[发明专利]切换控制电路及用于提供附加基极驱动的方法

说明书

本发明一般涉及开关模式功率变换器(SMPC)，和用来为SMPC的双极晶体管提供附加基极驱动的方法，并且更特别地涉及用于SMPC的切换控制电路，所述SMPC具有：电感部件，所述电感部件被连接用来从到所述SMPC的输入接收功率；双极晶体管，所述双极晶体管被连接用来控制所述电感部件中的电流流动；辅助功率干线；电荷存储装置，所述电荷存储装置用来通过所述辅助干线供应功率到切换控制电路以便驱动所述双极晶体管；和引导电路，所述引导电路用来从到所述双极晶体管的输入释放电流，从而因此提供放大的电流到所述电荷存储装置，所述切换控制电路包括：基极电流线路，所述基极电流线路用来连接到所述双极晶体管的基极终端；发射极电流线路，所述发射极电流线路用来连接到所述双极晶体管的发射极终端；辅助线路，所述辅助线路用来连接到所述辅助功率干线；和至少一个参考线路，所述至少一个参考线路用来连接到参考电压；基极电流开关，所述基极电流开关被构造用来以可控制的方式将基极电流源连接到所述基极电流线路；发射极电流开关，所述发射极电流开关被构造用来以可控制的方式将所述发射极电流线路连接到所述参考线路；引导元件，所述引导元件用来从所述发射极电流线路释放电流到所述辅助线路，所述引导元件还可用于根据电流或电压偏置阻塞所述电流；基极放电开关，所述基极放电开关被构造用来以可控制的方式从所述基极电流线路释放电流到所述参考线路；和附加基极驱动线路，所述附加基极驱动线路用来连接到串联电路，所述串联电路包括串联连接的附加基极驱动电阻器和电流控制元件，所述串联电路用来从所述输入释放电流到所述基极终端，所述电流控制元件用来阻塞从所述引导电路到所述附加基极驱动电阻器的电流流动。

技术领域

本发明总体涉及开关模式功率变换器(SMPC)，和用来提供附加基极驱动到SMPC的双极晶体管的方法，并且更特别地涉及用于SMPC的切换控制电路。

背景技术

低成本双极结晶体管(BJT)用于离线功率变换器中的主开关是理想的，这是由于它提供高的击穿电压和低的接通状态电压。然而，双极结晶体管通常需要相对高的驱动电流，并且这可能引起例如关于功率耗散的缺点。

因此仍然需要用于诸如BJT的主开关的改进的驱动方案，例如在离线的且/或具有主侧感测的变换器中。这种需要可能特别地涉及成本，变换器输出功率容量/定额和/或可靠性，优选地在解决广泛的双极晶体管等等的驱动方案中。此外，可以通过现有的SMPC和/或SMPC控制器实现的驱动方案是合意的，例如其中现有的SMPC和/或控制器可以适合于允许较高变换器输出功率操作和/或使用具有较低的电流增益的通常更廉价的双极主晶体管。

当与电压控制的MOSFET，IGBT等等相比时BJT存在的另外缺点是在启动程序期间需要的比较大的电荷存储库。典型地，从到初始化电压的整流主输入充电存储库电容器Caux；然后，它提供所有电荷(作为辅助电源)，从而为IC控制器提供功率并且驱动BJT，直到偏置绕组电压充分升高以接管这些任务。如果Caux中的初始化电荷不为IC和BJT提供功率持续足够长以将偏置绕组电压升高到其操作水平，则功率变换器将不能启动。具有高的输入电容的载荷是特别的挑战，这是由于它们在“冷启动”情况中提供有效的短路；因此需要更多切换循环来升高输出且偏置绕组电压。与电压控制的装置相比，BJT需要显著更多电荷来接通，因此电荷存储库更快地耗尽。较大的存储库电容需要较高的启动电流，这可以增加功率消耗。通过较高存储库电压的操作提供更多电荷以支持用于给定存储库电容的启动，并且也提供更多顶部空间以便驱动IC中的装置。然而，由于耗散损失，它也增加功率消耗。

其它操作条件可以类似地引起技术问题。偏置绕组电压通常与变换器输出电压密切相关，因此当输出电压是低的时，可能存在不足的控制器IC偏置功率。对于以不变电流或不变功率输出模式操作的变换器，当低阻抗负载引起输出电压降低时，这可能发生。虽然对于基于MOSFET的变换器出现这个问题，但BJT所需的大的电流显著地恶化了它。

因此，关于使用例如BJT作为主开关的离线功率变换器，希望改进高效操作且/或通常改进通过常规装置的电荷到控制器IC的有效供应。