使用双极达林顿器件作为功率开关器件的开关变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种开关变换器电路，包括作为主开关元件的具有达林顿结构的双极器件。开关控制电路向第一基极端子提供电流驱动以导通所述达林顿双极器件。开关控制电路向所述第一基极端子和内基极端子提供弛张电路关断所述达林顿双极器件。本发明专利技术还公开了使用达林顿结构相关的开关控制器IC。

Switching converters using bipolar Darlington devices as power switching devices

A switching converter circuit includes a bipolar device having a Darlington structure as a main switching element. The switch control circuit provides current drive to the first base terminal to conduct the Darlington bipolar device. The switch control circuit to the first base terminal and a base terminal provides relaxation circuit on-off the Darlington bipolar devices. The invention also discloses a switch controller IC that is related with a Darlington structure.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关变换器。本专利技术特别涉及(但不限于)利用达林顿结构的双极晶体管的开关变换器。
技术介绍
在图1和图2中示出现有技术的开关变换器电路。图1和图2之间的主要区别在于主开关元件的选择。在图1中，主开关元件是双极晶体管117，而在图2中主开关元件是MOSFET217。双极晶体管比MOSFET廉价得多。然而，MOSFET是优选的，尤其是在较高输出功率的情况下。这是由于如下原因：（a）双极晶体管需要持续的基极电流以使其保持导通状态，而MOSFET仅需要栅极电容的充电来使其导通。（b）具有高击穿电压（如600-700V）的功率双极晶体管的电流增益通常不高（约10至25，或者甚至在一些情况下小于10）。这使得用于驱动基极的功率相当大，当功率变换器将高功率传递至其输出端时尤其如此。开关变换器电路的效率将随之降低。通过使用达林顿结构的双极晶体管(或称为达林顿对)，有效电流增益是各个晶体管的电流增益的乘积。因此，能够容易地获得几百的有效电流增益，并且由于基极驱动引起的功率损耗能够降低至与相同功率级的MOSFET对应部件的栅极驱动所引起的功率损耗相若。然而，商业上可供使用的达林顿晶体管通常为3引脚封装，其中B为第一个基极，而E为最后一个发射极，如图4所示。易于通过小的基极电流使达林顿晶体管导通，但是由于内基极处的基极弛张（图4中晶体管402或404的基极引脚），关断很缓慢。因此，由r>于从导通状态至关断状态的缓慢开关转换在开关器件上产生大量的热，所以不适用于开关变换器应用。这造成了散热问题以及效率降低。另一用于非隔离型LED照明应用的典型开关变换电路示于图3中。该功率开关器件还是MOSFET315而不是双极晶体管。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服或基本上改善上述缺点和/或更概括地提供一种改进的开关变换器。本文公开了一种开关变换器电路，其包括：作为主开关器件的达林顿双极器件，所述达林顿双极器件具有四个端子，即集电极、发射极、第一基极和内基极；以及开关控制电路，在所述达林顿双极器件的导通期间，所述开关控制电路把连接所述内基极的控制引脚保持为高阻抗的同时，向所述第一基极提供电流驱动；以及开关控制电路，在所述达林顿开关器件的关断期间，所述开关控制电路为所述达林顿开关器件的第一基极端子和内基极端子两者均提供基极弛张。优先选择，所述达林顿双极器件由两个分立式双极晶体管组成。另一选择，所述达林顿双极器件可以由两个分立式双极晶体管封装在单个四引脚封装中组成。优先选择，所述达林顿双极器件由两个在同一单块式芯片上的双极晶体管组成。在本文中还公开了一种开关控制器IC，其用于控制具有由两个双极晶体管形成的两个对应的基极端子的外置达林顿晶体管，所述开关控制器IC包括：两个控制引脚，其用于控制所述外置达林顿晶体管的两个对应的基极端子，第一控制引脚向达林顿晶体管的第一基极提供电流驱动以导通达林顿晶体管，并且为达林顿晶体管的第一基极端子提供基极弛张通道以使达林顿晶体管关断，第二控制引脚在达林顿晶体管的导通期间提供高阻抗状态，并且为达林顿晶体管的内基极端子提供基极弛张通道以使达林顿晶体管关断。在本文中还公开了一种开关控制器IC，其集成一个开关控制电路和达林顿对的第一晶体管，所述IC具有用于与外置双极晶体管相接以形成所述达林顿对的下列引脚：基极连接引脚，其作为在IC中的所述达林顿对的第一双极晶体管的发射极，所述基极连接引脚提供基极电流从而导通所述外置双极晶体管，并且还具有用于关断所述外置双极晶体管的基极弛张功能；以及集电极引脚，其作为在所述达林顿晶体管对的IC中的第一双极晶体管的集电极，所述集电极引脚连接至所述外置双极晶体管的集电极。在本文中还公开了开关变换器电路，其包括：作为主开关元件的达林顿双极器件，所述达林顿双极器件具有第一基极端子和内基极端子；以及用于向所述第一基极端子提供电流驱动以导通所述达林顿双极器件的装置；到所述第一基极端子和所述内基极端子以关断所述达林顿双极器件的基极弛张电路。达林顿双极器件可以由分立式双极晶体管组成。另一选择，达林顿双极器件可以由两个在同一单块式芯片上的双极晶体管组成。达林顿器件可以设置在例如单个四引脚封装中。达林顿双极器件的第一双极晶体管可以与开关控制电路一起封装为单个集成电路（IC）。用于IC內的第一双极晶体管的发射极和内基极弛张电路的引脚连接至外置双极晶体管的基极，并且IC內的第一双极晶体管的集电极引脚连接至外置双极晶体管的集电极以将所述达林顿晶体管有效地形成为具有所专利技术的控制电路的功率开关器件。在优选的电路构造中，达林顿双极晶体管结构的内基极直接可达并且连接至有源器件以加快关断时间。附图说明图1描绘了使用双极晶体管作为功率开关器件的现有技术的隔离型开关变换应用；图2描绘了使用MOSFET作为功率开关器件的现有技术的隔离型开关变换应用；图3描绘了使用MOSFET作为功率开关器件的用于LED照明的现有技术的非隔离型开关变换应用；图4更详细地示意性地示出了两种典型的3引脚达林顿双极晶体管；图5示意性地描绘了本专利技术实施例的使用分立式部件的隔离型开关变换应用；图6是本专利技术实施例的使用开关控制器IC的隔离型开关变换应用的另一示意性描绘；图7是体现本专利技术的用于LED照明的非隔离型开关变换应用的示意性描绘；以及图8示意性地示出了将所述开关控制电路与达林顿双极晶体管的第一双极晶体管集成在一起作为单个集成电路（IC）。具体实施方式在图5中，二极管501、502、503和504形成将AC输入整流成高压DC的二极管电桥。电容器505用作高压DC的滤波电容器。电阻器507是提供初始电流以便在上电时开始工作的启动电阻器。启动电流进入双极晶体管514的基极。双极晶体管514和515形成达林顿晶体管开关器件。该基极电流产生流经变压器519的绕组Lp的集电极电流，因此还产生流经变压器519的绕组La、流经电阻器513和电容器510的电流，以进一步提高到达晶体管514的基极电流。集电极电流随后续增加，并且因此发射极电流（接近集电极电流）增加。这将使得电阻器517处的电压升高。当电阻器517两端的电压足够高以使双极晶体管508和511均导通时，晶体管508去除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关变换器电路，包括：作为主开关器件的达林顿双极器件，所述达林顿双极器件具有四个端子，即集电极、发射极、第一基极和内基极；以及开关控制电路，在所述达林顿双极器件的导通期间，所述开关控制电路把连接内基极的控制引脚保持为高阻抗的同时，向所述第一基极提供电流驱动；以及开关控制电路，在所述达林顿双极器件的关断期间，所述开关控制电路为所述达林顿双极器件的第一基极端子和内基极端子两者均提供基极弛张。

【技术特征摘要】
2012.11.27 CN 201210491492.X1.一种开关变换器电路，包括：
作为主开关器件的达林顿双极器件，所述达林顿双极器件具有四个端
子，即集电极、发射极、第一基极和内基极；以及
开关控制电路，在所述达林顿双极器件的导通期间，所述开关控制电路
把连接内基极的控制引脚保持为高阻抗的同时，向所述第一基极提供电流驱
动；以及
开关控制电路，在所述达林顿双极器件的关断期间，所述开关控制电路
为所述达林顿双极器件的第一基极端子和内基极端子两者均提供基极弛张。
2.如权利要求1所述的开关变换器电路，其中所述达林顿双极器件由
分立式双极晶体管组成。
3.如权利要求1所述的开关变换器电路，其中所述达林顿双极器件由
两个分立式双极晶体管封装在单个四引脚封装中组成。
4.如权利要求1所述的开关变换器电路，其中所述达林顿双极器件由
两个在同一单块式芯片上的双极晶体管组成。
5.一种开关控制器IC，其用于控制具有由两个双极晶体管（分立式的
或单块式的）组成有两...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢潮声，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：科域半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81