一种驱动功率晶体管的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种驱动功率晶体管的系统和方法。提供了一种驱动功率晶体管的系统，包括比例转换电路，被配置为基于第一控制信号，利用第一转换比例或第二转换比例对表征流过功率晶体管的电流的第一表征信号进行转换生成第二表征信号；以及开关驱动电路，被配置为基于第二控制信号、第三控制信号和第二表征信号，生成控制功率晶体管的导通与截止的驱动信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路领域，更具体地涉及驱动功率晶体管的系统和方法。
技术介绍
近年来，随着电子产业和集成电路的快速发展，各国对电子产品能耗的要求越来越高。在小功率电源转换器领域，双极型功率晶体管(bipolar power transistor，本文简称为功率晶体管)以良好的开关特性和低廉的价格等优势得以广泛使用。为了满足能耗标准，期望降低用于功率晶体管的驱动电路的损耗，提高该驱动电路的效率。在现有的用于功率晶体管的驱动电路中，不管输入电压高低，都采用固定的驱动电流来驱动功率晶体管。这样，很容易出现以下情况：当输入电压低时，由于导通时间长，功率晶体管的输入电荷过多，功率晶体管很容易进入深度饱和的工作状态，从而导致功率晶体管的关断速度慢，关断损耗上升；当输入电压高时，由于导通时间短，功率晶体管的输入电荷不足，功率晶体管未进入饱和的工作状态，从而导致功率晶体管的导通损耗上升。在上述两种情况下，用于功率晶体管的驱动电路的能耗都比较高。
技术实现思路
鉴于以上所述的问题，本专利技术提供了一种新颖的驱动功率晶体管的系统和方法。根据本公开的一个方面，提供了一种驱动功率晶体管的系统，包括：比例转换电路，被配置为基于第一控制信号，利用第一转换比例或第二转换比例对表征流过功率晶体管的电流的第一表征信号进行转换，生成第二表征信号；以及开关驱动电路，被配置为基于第二控制信号、第三控制信号、以及第二表征信号，生成控制功率晶体管的导通与截止的驱动信号， 其中比例转换电路在第一控制信号处于高电平时利用第一转换比例对第一表征信号进行转换，并且在第一控制信号处于低电平时利用第二转换比例对第一表征信号进行转换，开关驱动电路在第二控制信号处于高电平且第三控制信号处于低电平的第一时段内将第一预定信号作为驱动信号，在第二控制信号处于高电平且第三控制信号处于低电平的第二时段内将第二表征信号作为驱动信号，并且在第二控制信号和第三控制信号均处于高电平时将第二预定信号作为驱动信号。根据本公开的另一方面，提供了一种驱动功率晶体管的方法，包括：基于第一控制信号，利用第一转换比例或第二转换比例对表征流过功率晶体管的电流的第一表征信号进行转换，生成第二表征信号；以及基于第二控制信号、第三控制信号、以及第二表征信号，生成控制功率晶体管的导通与截止的驱动信号，其中在第一控制信号处于高电平时利用第一转换比例对第一表征信号进行转换，并且在第一控制信号处于低电平时利用第二转换比例对第一表征信号进行转换，在第二控制信号处于高电平且第三控制信号处于低电平的第一时段内将第一预定信号作为驱动信号，在第二控制信号处于高电平且第三控制信号处于低电平的第二时段内将第二表征信号作为驱动信号，并且在第二控制信号和第三控制信号均处于高电平时将第二预定信号作为驱动信号。根据本申请实施例的基于导通时间控制驱动功率晶体管的系统和方法提供了一种以较低功率损耗来驱动功率晶体管的途径。取决于实施例，还可以获得一个或多个益处。参考下面的详细描述和附图可以全面地理解本专利技术的这些益处以及各个另外的目的、特征和优点。附图说明下面，将结合附图对本专利技术的示例性实施例的特征、优点和技术效果进行描述，附图中相似的附图标记表示相似的元件，其中：图1是示出了根据本公开的实施例的、基于导通时间控制驱动功率晶体管的系统的框图。图2是示出了根据本公开的实施例的、基于导通时间控制驱动功率晶 体管的方法的流程图。图3是示出了根据本公开的实施例的、示出基于导通时间控制驱动功率晶体管的方法中各信号与功率晶体管的基极电流的时序关系的简化时序图。图4是示出了根据本公开的实施例的、示出基于导通时间控制驱动功率晶体管的方法中各信号与功率晶体管的基极电流的另一时序关系的简化时序图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。图1是示出根据本专利技术实施例的驱动功率晶体管的系统的框图。如图1所示，驱动功率晶体管的系统100包括开关驱动电路102、采样电压K1/K2比例转换电路104，并且还可选的包括脉冲生成电路101、偏置电流电路103、固定导通时间生成电路105。此外，系统还可以包括变压器的原边绕组电感106、功率晶体管107、以及采样电阻108。在一个示例中，功率晶体管107是双极结型晶体管。在另一示例中，功率晶体管107是场效应晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。在又另一示例中，功率晶体管107是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在各种示例中，偏置电路往往有若干元件，其中偏置电阻Re的电阻值可以由本领域技术人员根据需要设置。如图1所示，脉冲生成电路101与开关驱动电路102、偏置电流电路103、K1/K2比例转换电路104、以及功率晶体管107的基极相耦接。开关 驱动电路102与脉冲生成电路101、偏置电流电路103、K1/K2比例转换电路104相耦接。偏置电流电路103与脉冲生成电路101、开关驱动电路102相耦接。K1/K2比例转换电路104与脉冲生成电路101、开关驱动电路102、固定导通时间生成电路105、以及采样电阻108相耦接。原边绕组电感106的一端相耦接与功率晶体管107的集电极相耦接，另一端接开关电源的输入电压VIN。功率晶体管107的基极与脉冲生成电路101相耦接，集电极与原边绕组电感106的一端相耦接，并且发射极与采样电阻108的一端相耦接。采样电阻108的一端与功率晶体管107的发射极相耦接，另一端接地。根据一些实施例，开关驱动电路102接收来自脉冲生成电路101的脉宽调制(PWM)信号/预关断信号(PWM_PRE)、来自偏置电流电路103的偏置电流信号IB、以及来自K1/K2比例转换电路104的电流信号ICS。开关驱动电路102可以基于所接收的脉冲开关信号PWM/PWM_PRE、偏置电流信号IB和斜坡电流信号ICS来生成基极驱动电流信号IBASE，以控制功率晶体管107的导通和截止。采样电阻106上对开关电源进行采样，所得的电压信号VCS被输入K1/K2比例转换电路104。随后K1/K2比例转换电路104按不同K1/K2比例将电压信号VCS转换成斜坡电流信号ICS。具体地，如果脉冲开关信号PWM的导通时间PWM_ON小于固定导通时间TON_TH(例如，导通时间阈值)，则K1/K2比例转换电路104将VCS按K1比例转换成ICS，并且如果脉冲开关信号PWM的导通时间PWM_ON大于固定导通时间TON_TH，则K1/K2比例转换电路104首先将VCS以较大的K1比例转换，随后再进一步以较小的K2比例转换成ICS，其中K1比例在大小上相较K2比例更大；并且其中固定导通时间TON_TH是可以根据实际情况预定义的阈值时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动功率晶体管的系统，包括：比例转换电路，被配置为基于第一控制信号，利用第一转换比例或第二转换比例对表征流过功率晶体管的电流的第一表征信号进行转换，生成第二表征信号；以及开关驱动电路，被配置为基于第二控制信号、第三控制信号、以及所述第二表征信号，生成控制所述功率晶体管的导通与截止的驱动信号，其中所述比例转换电路在所述第一控制信号处于高电平时利用所述第一转换比例对所述第一表征信号进行转换，并且在所述第一控制信号处于低电平时利用所述第二转换比例对所述第一表征信号进行转换，所述开关驱动电路在所述第二控制信号处于高电平且所述第三控制信号处于低电平的第一时段内将第一预定信号作为所述驱动信号，在所述第二控制信号处于高电平且所述第三控制信号处于低电平的第二时段内将所述第二表征信号作为所述驱动信号，并且在所述第二控制信号和所述第三控制信号均处于高电平时将第二预定信号作为所述驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种驱动功率晶体管的系统，包括：比例转换电路，被配置为基于第一控制信号，利用第一转换比例或第二转换比例对表征流过功率晶体管的电流的第一表征信号进行转换，生成第二表征信号；以及开关驱动电路，被配置为基于第二控制信号、第三控制信号、以及所述第二表征信号，生成控制所述功率晶体管的导通与截止的驱动信号，其中所述比例转换电路在所述第一控制信号处于高电平时利用所述第一转换比例对所述第一表征信号进行转换，并且在所述第一控制信号处于低电平时利用所述第二转换比例对所述第一表征信号进行转换，所述开关驱动电路在所述第二控制信号处于高电平且所述第三控制信号处于低电平的第一时段内将第一预定信号作为所述驱动信号，在所述第二控制信号处于高电平且所述第三控制信号处于低电平的第二时段内将所述第二表征信号作为所述驱动信号，并且在所述第二控制信号和所述第三控制信号均处于高电平时将第二预定信号作为所述驱动信号。2.如权利要求1所述的驱动功率晶体管的系统，其中，所述第一表征信号是通过对流过所述功率晶体管的发射极的电流进行采样生成的。3.如权利要求1所述的驱动功率晶体管的系统，其中，所述第一表征信号是通过对流过所述功率晶体管的发射极的电流进行采样生成的采样电压信号。4.如权利要求3所述的驱动功率晶体管的系统，其中，所述第二表征信号是通过对所述第一表征信号进行转换生成的采样电流信号。5.如权利要求1所述的驱动功率晶体管的系统，其中，所述驱动信...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，张允超，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31