一种开关功率转换器，包括：变压器（１１０），与变压器（１１０）耦合的开关（１０８），以及与开关（１０８）耦合用于产生开关驱动信号（２０７）来接通或切断开关（１０８）的开关控制器（２００）。在一个开关周期内部和／或多个开关周期中，开关驱动信号（２０７）的驱动电流是根据线路或负载条件而被动态调整的。除了驱动电流的脉冲宽度和脉冲频率之外，在一个开关周期内部和／或多个开关周期中还可以动态调整驱动电流的幅度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种开关功率转换器，尤其涉及的是动态驱动开关功率转换器的开 关晶体管。
技术介绍
开关功率转换器包括用于将电力从电源递送到负载的功率级，功率级中将负载 电耦合到电源或与电源去耦合的开关器件，以及与开关耦合用于控制开关器件的接通时 间和切断时间的开关控制器。该开关典型是MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管) 或BJT (双极结型晶体管)。开关控制器包括产生用于驱动开关晶体管接通或切断的脉冲 生成器。例如，该脉冲的逻辑高和逻辑低部分对应的是开关晶体管的接通时间和切断时 间。换言之，当脉冲处于其逻辑高状态时，开关晶体管是接通的，并且当脉冲处于其逻 辑低状态的时候，开关晶体管是切断的。开关的接通时间和切断时间可以由开关控制器 根据代表输出功率、输出电压或输出电流的反馈信号来修改。图IA概念性地示出了一个常规的回扫型开关AC-DC功率转换器，其中该功率 转换器使用了 BJT 108作为开关器件。该功率转换器包括变压器110、二极管D1、电容 器CQ、BJT开关108、脉冲生成器102、以及开关驱动模块106。脉冲生成器102产生驱 动开关108的输出驱动信号104。开关驱动模块106包括开关112、114。当输出驱动脉 冲104处于其逻辑高状态时，该开关驱动模块106通过接通开关112以及切断开关114来 改变逻辑电平输出驱动脉冲104的电压电平，从而产生具有适合驱动开关108接通的高电 压(+Vcc)的开关驱动信号107。当输出驱动脉冲104处于其低状态时，该开关驱动模块 106通过切断开关112以及接通开关114来改变逻辑电平输出驱动脉冲104的电压电平， 从而产生具有适合切断开关108的低电压(-Vdd)的开关驱动信号107。当开关108接通时，由于二极管Dl是反向偏压的，因此，经过整流的输入AC 功率(DC)将会保存在变压器110中。然后，当开关108切断时，由于二极管Dl会变成 正向偏压，因此，这个经过整流的输入AC功率(DC)将会经由电容器C。传送到负载(未 显示)。脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)是用于控制开关功率转换器的常 规技术，其中该技术是通过控制用于驱动开关108的输出驱动脉冲104的宽度或频率来控 制开关功率转换器从而实现输出功率调整的。举个例子，在PWM控制方案中，输出驱 动脉冲104的宽度由脉冲生成器102进行调整，以便实现负载和线路调整以及输出电压纹 波调整。如上所述，开关功率转换器中的开关器件可以是MOSFET或BJT，并且该器件 通常是硅材料半导体器件。当开关器件是MOSFET时，脉冲生成器可以在接通时间期间 直接将+Vcc电压施加到MOSFET的栅极，并且MOSFET的栅极在切断时间会短接到接 地端或-Vdd。这种输出驱动是相对简单的。但是，当开关器件是图1所示的BJT 108时，由于BJT 108是一个电流驱动的器 件，因此，将+Vcc直接施加到BJT 108的基极并不是非常理想的。BJT 108的基极-发射极结应该正向偏压大约0.6V，以使BJT 108正常工作。对于BJT 108来说，它的一个 重要属性是其很小的基极电流Ib控制了数量大出很多的集电极电流Ie，也就是说，Ic = β XIb，其中β是取决于BJT 108的物理属性的电流放大因子。对于功率BJT来说，β 的典型值的范围是从5到50。BJT开关器件108通常具有很大的接通和切断延迟。BJT具有很长的切断时间是 因为其具有很长的存储时间。通常，如果& 那么BJT 108是在工作区工作的，或者BJT 108无法完全接通。如果乙 >,，那么BJT 108是在深饱和区工作的，并且切断时间将会更长。理论上，基极驱动电流Ib应该与集电极电流Ic成比例。图IB示出了开关功率转换器中的BJT开关的基极电流与集电极电流之间的理想 关系。在回扫型开关功率转换器中，集电极电流Ie具有正斜率120。正斜率120的幅度 会随着输出负载和输入电压条件而改变。应该注意的是，如果基极驱动电流Ib过高，则 接通将会很快，但这会导致产生很高的初始接通电流尖峰118。这个尖峰118将会产生谐 波电流，并且导致产生EMI (电磁干扰)。因此，所需要的是一种有效控制开关功率转换器的开关器件的输出驱动(电流 或电压)，以便减小开关器件的接通和切断时间并控制初始电流尖峰的技术。此外还需要 一种有效控制BJT开关器件的输出驱动电流，以便在多种工作条件下保持BJT开关器件 的基极电流与集电极电流之间的比例关系的技术。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括一种开关功率转换器，在该转换器中，开关的驱动电流或 驱动电压是根据一个开关周期内部和/或多个开关周期中的线路或负载条件而被动态调 整的。除了调整开关驱动电流或电压的脉冲宽度或脉冲频率之外，在一个开关周期内部 和/或多个开关周期中可以动态调整开关驱动电流或开关驱动电压的幅度。在一个实施例中，一种开关功率转换器包括耦合在电源与负载之间的变压 器，与变压器耦合而通过变压器将负载耦合到电源或者与电源去耦合的开关，以及与开 关耦合并且产生用于接通或切断开关的开关驱动信号的开关控制器，其中开关控制器在 开关功率转换器的开关周期内部动态调整开关驱动信号的幅度。该开关驱动信号可以是 电流信号或电压信号。开关控制器包括脉冲生成器，用于产生在开关周期的第一部分 期间处于第一逻辑状态以及在开关周期的第二部分期间处于第二逻辑状态的输出驱动信 号，以及动态开关驱动模块，用于接收输出驱动信号并动态调整开关驱动信号的幅度。在一个实施例中，在开关周期的第一部分的开端，动态开关驱动模块在预定时 段中将开关驱动信号的幅度调整到预定电平。该预定时段可以依照开关功率转换器的一 个或多个组件的器件特性而保持固定。在另一个实施例中，开关是双极结型晶体管，并且开关驱动信号是双极结型晶 体管的基极电流。并且，动态开关驱动模块将基极电流的幅度调整成基本与双极结型晶 体管的发射极电流成比例。开关驱动电流信号的幅度可以根据开关功率转换器的输入电 压以及开关功率转换器的负载而被调整。在另一个实施例中，在开关周期第一部分的末端，动态开关驱动模块在预定时 段中将开关驱动信号的幅度调整为零。这个开关驱动信号为零的预定时段是根据开关功 率转换器的输入电压以及开关功率转换器的负载确定的。在一个实施例中，该动态开关驱动模块包括开关驱动控制信号生成器，用于 产生在开关周期内部动态调整的数字开关驱动控制信号，以及开关复用器，用于接收多 个参考电流输入并且产生作为电流信号的开关驱动信号，其中开关驱动电流信号的幅度 对应于数字开关驱动控制信号的幅度。所述多个参考电流输入包括参考电流的多个不同 加权幅度，其中该幅度可以通过单个电阻器来确定。在另一个实施例中，该开关是双极结型晶体管，开关驱动信号是双极结型晶体 管的基极电流，并且该开关功率转换器还包括与双极结型晶体管的基极耦合的另一个晶 体管。所述另一个晶体管被配置成在双极结型晶体管切断的时候接通，以便提供用于双 极结型晶体管的基极上的电荷的快速放电路径。在另一个实施例中，除了在开关周期内部动态调整开关驱动信号的幅度之外， 开关控制器还调整在开关周期内部开关接通的持续时间。此外，开关控本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关功率转换器，包括： 耦合在电源与负载之间的变压器； 与变压器耦合而通过变压器将负载耦合到电源或者与电源去耦合的开关；以及 与开关耦合并且产生用于接通或切断开关的开关驱动信号的开关控制器，其中开关控制器在开关功率转换器的开关周期内部动态调整开关驱动信号的幅度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊杰，郑军，AKC李，JW科斯特森，AML林，HH布伊，C塞姆，李勇，
申请(专利权)人：艾沃特有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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