申请/专利权人：无锡友达电子有限公司

申请日：2016-12-13

公开（公告）日：2020-07-28

公开（公告）号：CN108617061B

主分类号：H02M1/08(20060101)

分类号：H02M1/08(20060101);H02M3/155(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.28#授权;2018.10.30#实质审查的生效;2018.10.02#公开

摘要：本发明公开了一种驱动电流调节装置，可根据采样电阻两端的线电压自动调整三极管驱动电流的大小，其包括线性驱动模块，采样模块和可变电阻模块。可变电阻模块根据采样模块从采样电阻两端采样得到的线电压产生等效电阻，线性驱动模块根据可变电阻模块产生的等效电阻自动调整三极管的驱动电流。保证三极管在全电压范围内，都处在最佳的驱动电流状态。本发明与已知的固定电流驱动方式与线性驱动方式相比，效率得到提升。

主权项：1.一种驱动电流调节装置，包括：采样模块，所述采样模块对串接在功率NPN三极管的发射极的采样电阻进行电压采样以获得等效线电压，并将所述等效线电压转换为等效线电流；可变电阻模块，所述可变电阻模块从所述采样模块接收所述等效线电流，并根据所述等效线电流产生等效电阻，所述可变电阻模块包括：第一负反馈电路，所述第一负反馈电路从所述采样模块接收所述等效线电流，根据所述等效线电流输出栅极控制电压；和第一晶体管，其栅极接收所述栅极控制电压，并将所述第一晶体管在所述栅极控制电压下的导通电阻作为所述等效电阻；和线性驱动模块，所述线性驱动模块基于所述可变电阻模块的所述等效电阻以及所述功率NPN三极管的发射极的所述等效线电压而产生驱动电流以驱动所述功率NPN三极管，其中所述第一负反馈电路包括：第二晶体管，其漏极接收所述等效线电流；第三晶体管，其漏极与所述第二晶体管源极电性联接，所述第三晶体管源极接地，所述第三晶体管栅极与所述第一晶体管栅极电性联接，所述第三晶体管栅极电压为所述第一负反馈电路产生的所述栅极控制电压；和第一运算放大器，其正输入端与低压基准单元电性联接，负输入端电性联接于所述第二晶体管源极和所述第三晶体管漏极之间，输出端与所述第二晶体管栅极电性联接；其中，所述第三晶体管漏极电压为所述低压基准单元产生的电压，所述第三晶体管的栅极电压为使其工作在漏极电压等于所述低压基准单元产生的电压且工作电流等于所述等效线电流的电压，其中所述第一、第二和第三晶体管是NMOS晶体管。

全文数据：驱动电流调节装置技术领域[0001]本发明涉及AC-DC开关电源驱动领域，特别涉及一种驱动电流调节装置。背景技术[0002]在AC-DC开关电源驱动领域，一般采样金属氧化物半导体场效应晶体管M0S管和三极管驱动。因三极管的成本远远低于M0S管，且三极管高温特性优于M0S管，所以现在采用三极管驱动的开关电源越来越多。但是三极管对驱动电流要求极其严格，过大的驱动电流，就会导致芯片供电的损耗加大，过小的驱动电流，不能够让三极管进入到深饱和区，导致三极管的饱和压降增大。[0003]现在三极管驱动方式有两种，一种为直接用固定电流驱动三极管，本方式简单，但是驱动损耗过大，尤其在低线电压驱动时，效率大大降低。另一种采用线性驱动方式，如图1所示，流经功率三极管NPN电流II为流经外部原边电感LP的电流，当电流II线性增加时，采样电阻Res两端的电压Vin也线性增加，依据线电压Vin和电阻R调整流经电阻R的电流，进而控制流经M0S管P1和M0S管P2的电流，实现线性驱动。由于本驱动方式中驱动电流的调整范围受到固定电阻R的限制，故无法兼顾全电压输入，在低线电压输入时，此时电路处在最大占空比的工作状态，供电损耗最大，若为了兼顾低压，高压时也无法设置成足够大的驱动电流，所以也就是无法实现全电压范围内的高效率。发明内容[0004]为了解决上述问题，本发明提供一种驱动电流调节装置，可根据线电压的大小自动调整可变电阻，再根据可变电阻的大小调整驱动电流，从而兼顾全电压输入。[0005]为了实现上述目的，本发明提供种驱动电流调节装置，可根据采样电阻两端的线电压自动调整三极管驱动电流的大小，包括：[0006]采样模块，所述采样模块对串接在三极管的发射极的采样电阻进行电压采样以获得线电压，并将所述线电压转换为线电流；[0007]可变电阻模块，所述可变电阻模块从所述采样模块接收所述线电流，并根据所述线电流产生等效电阻；[0008]线性驱动模块，所述线性驱动模块基于所述可变电阻模块的所述等效电阻，以及三极管的发射极的所述线电压而产生驱动电流以驱动所述三极管。[0009]上述的驱动电流调节装置，其中所述三极管的驱动电流与所述采样电阻和所述线电压的关系公式为：lout=kXIpeakXResXVinK，其中：lout为所述三极管的驱动电流，Ipeak为流经所述三极管的集电极电流，Res为所述采样电阻的阻值，Vin为所述线电压，k与K为比例系数。[0010]上述的驱动电流调节装置，其中所述采样模块包括：[0011]采样控制单元，电性联接于所述采样电阻和所述三极管的发射极之间，用以采样所述线电压；[0012]第一电容，电性联接于所述采样控制单元并接地，用以保持所述线电压；[0013]电压转电流单元，电性联接于所述采样控制单元和所述第一电容，用以将所述线电压转化为所述线电流。[0014]上述的驱动电流调节装置，其中所述可变电阻模块包括：[0015]第一负反馈电路，所述第一负反馈电路从所述采样模块接收所述线电流，根据所述线电流输出栅极控制电压；[0016]第一晶体管，其栅极接收所述栅极控制电压，并将所述第一晶体管在所述栅极电压下的电阻作为所述等效电阻。[0017]上述的驱动电流调节装置，其中所述可变电阻模块还包括电流基准单元，接收所述采样模块的线电流，并将所述线电流进行低通处理后，再提供至所述第一负反馈电路。[0018]上述的驱动电流调节装置，其中所述第一负反馈电路包括：[0019]第二晶体管，其漏极接收所述线电流；[0020]第三晶体管，其漏极与所述第二晶体管源极电性联接，所述第三晶体管源极接地，所述第三晶体管栅极与所述第一晶体管栅极电性联接，所述第三晶体管栅极电压为所述第一负反馈电路产生的所述栅极控制电压；[0021]第一运算放大器，其正输入端与低压基准单元电性联接，负输入端电性联接于所述第二晶体管源极和所述第三晶体管漏极之间，输出端与所述第二晶体管栅极电性联接；[0022]其中，所述第三晶体管漏极电压为所述低压基准单元产生的电压，所述第三晶体管的栅极电压为使其工作在漏极电压等于所述低压基准单元产生的电压且工作电流等于所述线电流的电压。[0023]上述的驱动电流调节装置，其中所述线性驱动模块包括：[0024]第二负反馈电路，其与三极管的发射极电性连接以获得所述线电压，根据所述线电压和所述可变电阻模块产生的所述等效电阻产生中间电流；[0025]电流转换电路，将所述第二负反馈电路产生的所述中间电流转换为所述驱动电流。[0026]上述的驱动电流调节装置，其中所述线性驱动模块还包括固定电流单元，与所述电流转换电路电性联接，用以提供所述三极管的初始电流。[0027]上述的驱动电流调节装置，其中所述第二负反馈电路包括：[0028]第二运算放大器，其正输入端接收所述线电压，负输入端与所述第四晶体管电性联接，输出端与所述第四晶体管栅极电性联接；[0029]第四晶体管，其漏极串接于所述电流转换电路，所述第四晶体管源极与所述第二运算放大器负输入端电性联接，所述第四晶体管栅极与所述第二运算放大器输出端电性联接；[0030]其中，所述中间电流同时流经串联设置的所述电流转换电路和所述第四晶体管，并满足Im=VinRout，其中Im为所述中间电流，Vin为所述线电流，Rout为所述等效电阻。[0031]上述的驱动电流调节装置，其中所述第一晶体管和所述第四晶体管串接，所述中间电流同时流经串联设置的所述电流转换电路、所述第四晶体管和所述第一晶体管；[0032]上述的驱动电流调节装置，其中所述电流转换电路包括：[0033]第五晶体管，其源极与所述第二负反馈电路电性联接，用以将所述电流转换电路与所述第二负反馈电路串接，所述中间电流流经所述第五晶体；[0034]第六晶体管，其栅极与所述第五晶体管栅极电性联接和源极电性联接，且所述第六晶体管漏接和所述第五晶体管漏极与电源电压电性联接，用以将所述中间电流转换为所述驱动电流，所述所述第六晶体管源极与所述三极管基极电性联接并接地，用以将所述驱动电流输送至所述三极管。[0035]上述的驱动电流调节装置，其中所述线性驱动模块还包括：[0036]第七晶体管，其漏极与所述晶体管源极电性联接，所述第七晶体管源极接地；[0037]漏极控制单元，分别与所述第六晶体管和所述第七晶体管栅极电性联接，用以控制所述第六晶体管和所述第其晶体管，当所述第六晶体管导通，所述第其晶体管截止时，所述三极管导通，当所述第六晶体管截止，所述第七晶体管导通时，所述三极管关断。[0038]综上所述，本发明提出的驱动电流调节装置的有益效果为:将可变电阻模块代替用于调节驱动电流的电阻R，可产生与不同的线电压对应的不同阻值的等效电阻，再通过这些不同阻值等效电阻对三极管的驱动电流进行调节，可得到与当前线电压合适的驱动电流，从而保证三极管始终工作在最佳的工作状态。附图说明[0039]图1为现有技术的线性驱动电流调节装置的结构示意图；[0040]图2为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的结构示意图；[0041]图3为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的具体结构示意图；[0042]图4为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的线性驱动模块的结构示意图；[0043]图5为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的采样模块的结构示意图；[0044]图6为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的可变电阻模块的结构示意图；具体实施方式[0045]下面通过附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明，但并非用以限制本发明。[0046]请参见图2,图2为本发明一实施方式的驱动电流调节装置10的结构示意图，如图1所示，驱动电流调节装置10包含三极管NPN、采样电阻Res、线性驱动模块11，采样模块12和可变电阻模块I3,其中^三极管NPN的集电极与原边电感LP电性联接，使得原边电感电流Ipeak流入三极管NPN，采样电阻RCS—端与三极管NpN的发射极电性联接，另一端接地，使得在采样电阻两端产生线电压Vin，线电压Vin满足公式1:[0047]Vin=IpeakXRes⑴[0048]采样模块lj的输入端IN3电性联接于三极管NPN发射极和采样电阻Res之间，用以对线电压Vin采样，采样模块12可根据采样而得的线电压Vin从输出端0UT2输出线电流Iin;可变电阻模块13的输入端IN4从采样模块输出端0UT2接收线电流〗in，并根据线电流〗in在输出口0UT3出产生等效电阻Rout;之后，线性驱动模块丨丨通过输入|nIN2与输出P0UT3电性联接将可变电阻模块串接在线性驱动模块U之后，同时根据从输入口IN1处接收的线电压Vin调整驱动电流lout并从输出口1输出至三极管见^的基极。[0049]请继续参见图3和图4,图3为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的具体结构不意图，图4为本发明一实施方式的驱动电流调节装置ii的结构示意图；晶体管？1与?2的漏极电性联接后与电压VCC电性联接，晶体管P2实际由k个相同的晶体管并联而成（图中未表示），由于晶体管P1的栅极与晶体管P2的栅极电性联接，且与晶体管P1自身的漏极电性联接，使得流经晶体管P2的电流IP2满足公式2:[0050]Ip2=IplXk2[0051]在本发明的较佳实施方式中，构成晶体管P2的晶体管数量范围为60〜100,因此，比例系数k为60和100之间的整数，晶体管N1的漏极与晶体管p丨的源极电性联接，且固定电流单元111电性联接于晶体管N1的漏极与晶体管P1的源极之间，在本发明的较佳实施方式中，固定电流单元111为驱动电流调节装置10提供零温度系数的三极管NPN的初始驱动电流;运算放大器A1的正输入端与输入口IN1电性联接，接收线电压Vin，运算放大器A1的输出口电性联接于晶体管N1的栅极，运算放大器A1的负输入端电性联接于晶体管附的源极，根据闭环运算放大器的虚短特点，使得晶体管N1的源极（即输入口IN2处的电压也为Vin;晶体管N2的漏极与晶体管P2的源极电性联接，晶体管N2的源极接地；由于输出口0UT1与晶体管P2的源极电性联接，使得电流IP2即为从输出口输出的驱动电流I〇ut，即：[0052]Iout=Ip23[0053]另外，控制逻辑单元112分别与晶体管P2和N2的栅极电性联接，在本发明的较佳实施方式中，控制漏极单元112可控制晶体管P2和N2，当晶体管P2导通，晶体管N2截止时，三极管NPN导通，当晶体管P2截止，晶体管N2导通时，三极管NPN关断。[0054]请继续参见图3和图5,图5为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的采样模块12的结构示意图；采样控制单元121的一端与输入端IN3电性联接，用以接收线电压Vin，另一端电性联接于电压转电流单元122的一端，在本发明的较佳实施方式中，采样控制单元121可用以调整采样时序，使采样模块12以预设的时序对线电压Vin进行采样；电容C1的一端电性联接于采样控制单元121和电压转电流单元122之间，另一端接地，电容C1用以保持经由控制单兀121采样的线电压Vin;电压转电流单兀将电容C1保持的线电压Vin转换为线电流Iin，并从输出口0UT2输出。[0055]请继续参阅图3与图6,图6为本发明一实施方式的驱动电流调节装置的可变电阻模块13的结构示意图;输入口IN4从采样模块I2接收线电流Iin，并通过电流基准单元131将线电流传输至晶体管N3漏极，在本实施方式中，在线电流通过电流基准单元131时，可通过低通滤波器，以对线电流Iin进行低通处理，从而去除线电流Iin中的高频噪音；由于晶体管N3的源极与晶体管N4的漏极电性联接，晶体管N3的栅极与运算放大器A2的输出端电性联接，且运算放大器A2的负输入端电性联接于晶体管N3源极与晶体管N4漏极之间，使得运算放大器A2、晶体管N3源极与晶体管N4构成负反馈系统，由于闭环运放的虚短特点，从而晶体管N4的漏极电压即为输入至运算放大器A2正输入端的低压基准单元132产生的电压，在本发明的较佳实施方式中，低压基准单元132产生低压零温漂基准;晶体管N4的栅极与晶体管N5的栅极和电流基准单元131电性联接，晶体管N4的源极接地，此时，晶体管N4的栅极电压即为使晶体管N4工作在其漏极电压等于低压基准单元131产生的电压，并且工作电流等于电流基准单元131输出的电流的电压；当晶体管工作的电阻区域时，其等效电阻与该晶体管的栅源电压成反比，即栅源电压越高，晶体管的等效电阻越低，反之当栅源电压越低，晶体管的等效电阻越高，对于晶体管N5而言，由于晶体管N5源极接地，因此晶体管N5的栅源电压即为其栅极电压，由于晶体管N5的栅极电性联接于晶体管N4的栅极，晶体管N5的栅极电压与晶体管N4的栅极电压相同，从而晶体管N5的等效电阻受控于晶体管N4的栅极电压，晶体管N4的栅极电压受控于电流基准单元131输出的电流，电流基准单元131输出的电流受控于采样单元12输出的电流Iin，而采样单元I2输出的电流Iin，与采样单元12采样的采样电阻Res两端的线电压Vin成正比，即，晶体管的等效电阻受控于线输入电压，在本发明的实施方式中，将晶体管N5的等效电阻作为可变电阻模块13产生的等效电阻Rout输出至输出端0UT3，因此，等效电阻Rout与线电压Vin成反比，其满足公式⑷：[0056]Rout=KVin⑷[0057]其中比例系数K为与三极管NPN输出功率成正比的常数，在本发明的较佳实施方式中，比例系数K的范围为8.0〜12.0。[0058]请再次参见图3，由于晶体管P1、晶体管N1与晶体管N5串接，因此流经晶体管p1的电流Ipl与流经晶体管N5的电流IN5相同，gp:[0059]IN5=Ipl5[0060]同时，由于晶体管N1的源极处电压为线电压Vin，即晶体管N5的漏极处电压也为线电压Vin，因此电流IN5还满足公式⑹：[0061]IN5=VinRout⑹[0062]结合公式（1、（2、⑶、（4、（5和⑹，可得出三极管NPN的驱动电流lout满足公式⑺：[0063]lout=kXIpeakXResXVinK7[00M]综上所述，本发明的驱动电流调节装置实现了在全电压范围内的不同斜率的线性驱动，驱动电流lout的大小正比与线电压Vin的大小，当三极管NPN为高线电压输入时，驱动电流lout也相应的变大，当三极管NPN为低电压输入时，驱动电流lout也相应的变小，使三极管NPN在全电压范围内始终保持最佳的驱动电流状态，从而实现三极管的自适应驱动。另夕卜，在本实施方式中，晶体管？1、？2、附、似、吧、财和阳均使用了砌3管，但并非用以对本发明进行限定，熟悉本领域的技术人员可依据需要使用不同类型的晶体管元件以达到相同的功效。[0065]上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

权利要求：1.一种驱动电流调节装置，包括：采样模块，所述采样模块对串接在三极管的发射极的采样电阻进行电压采样以获得线电压，并将所述线电压转换为线电流；可变电阻模块，所述可变电阻模块从所述采样模块接收所述线电流，并根据所述线电流产生等效电阻；线性驱动模块，所述线性驱动模块基于所述可变电阻模块的所述等效电阻，以及三极管的发射极的所述线电压而产生驱动电流以驱动所述三极管。2.根据权利要求1所述的驱动电流调节装置，其中所述三极管的驱动电流与所述采样电阻和所述线电压的关系公式为：，其中：lout为所述三极管的驱动电流，Ipeak为流经所述三极管的集电极电流，Res为所述采样电阻的阻值，Vin为所述线电压，比例系数k为60至100之间的整数，比例系数K为与所述三极管输出功率成正比的常数，且K的范围为8.0〜12.0。3.根据权利要求1所述的驱动电流调节装置，其中所述采样模块包括：采样控制单元，电性联接于所述采样电阻和所述三极管的发射极之间，用以采样所述线电压；第一电容，电性联接于所述采样控制单元并接地，用以保持所述线电压；电压转电流单元，电性联接于所述采样控制单元和所述第一电容，用以将所述线电压转化为所述线电流。4.根据权利要求1所述的驱动电流调节装置，其中所述可变电阻模块包括：第一负反馈电路，所述第一负反馈电路从所述采样模块接收所述线电流，根据所述线电流输出栅极控制电压；第一晶体管，其栅极接收所述栅极控制电压，并将所述第一晶体管在所述栅极控制电压下的电阻作为所述等效电阻。5.根据权利要求4所述的驱动电流调节装置，其中所述可变电阻模块还包括电流基准单元，接收所述采样模块的线电流，并将所述线电流进行低通处理后，再提供至所述第一负反馈电路。6.根据权利要求4所述的驱动电流调节装置，其中所述第一负反馈电路包括：第二晶体管，其漏极接收所述线电流；第三晶体管，其漏极与所述第二晶体管源极电性联接，所述第三晶体管源极接地，所述第三晶体管栅极与所述第一晶体管栅极电性联接，所述第三晶体管栅极电压为所述第一负反馈电路产生的所述栅极控制电压；第一运算放大器，其正输入端与低压基准单元电性联接，负输入端电性联接于所述第二晶体管源极和所述第三晶体管漏极之间，输出端与所述第二晶体管栅极电性联接；其中，所述第三晶体管漏极电压为所述低压基准单元产生的电压，所述第三晶体管的栅极电压为使其工作在漏极电压等于所述低压基准单元产生的电压且工作电流等于所述线电流的电压。7.根据权利要求1所述的驱动电流调节装置，其中所述线性驱动模块包括：第二负反馈电路，其与三极管的发射极电性连接以获得所述线电压，根据所述线电压和所述可变电阻模块产生的所述等效电阻产生中间电流；电流转换电路，将所述第二负反馈电路产生的所述中间电流转换为所述驱动电流。8.根据权利要求7所述的驱动电流调节装置，其中所述线性驱动模块还包括固定电流单元，与所述电流转换电路电性联接，用以提供所述三极管的初始电流。9.根据权利要求7所述的驱动电流调节装置，其中所述第二负反馈电路包括：第二运算放大器，其正输入端接收所述线电压，负输入端与所述第四晶体管电性联接，输出端与所述第四晶体管栅极电性联接；^第四晶体管，其漏极串接于所述电流转换电路，所述第四晶体管源极与所述第二运算放大器负输入端电性联接，所述第四晶体管栅极与所述第二运算放大器输出端电性联接；其中，所述中间电流同时流经串联设置的所述电流转换电路和所述第四晶体管，并满足Im二VinRout，其中Im为所述中间电流，Vin为所述线电流，Rout为所述等效电阻。10.根据权利要求4或9所述的驱动电流调节装置，其中所述第一晶体管和所述第四晶体管串接，所述中间电流同时流经串联设置的所述电流转换电路、所述第四晶体管和所述第一晶体管。11.根据权利要求7所述的驱动电流调节装置，其中所述电流转换电路包括：第五晶体管，其源极与所述第二负反馈电路电性联接，用以将所述电流转换电路与所述第二负反馈电路串接，所述中间电流流经所述第五晶体；第六晶体管，其栅极与所述第五晶体管栅极电性联接和源极电性联接，且所述第六晶体管漏接和所述第五晶体管漏极与电源电压电性联接，用以将所述中间电流转换为所述驱动电流，所述所述第六晶体管源极与所述三极管基极电性联接并接地，用以将所述驱动电流输送至所述三极管。12.根据权利要求11所述的驱动电流调节装置，其中所述线性驱动模块还包括：第七晶体管，其漏极与所述晶体管源极电性联接，所述第七晶体管源极接地；漏极控制单元，分别与所述第六晶体管和所述第七晶体管栅极电性联接，用以控制所述第六晶体管和所述第其晶体管，当所述第六晶体管导通，所述第其晶体管截止时，所述三极管导通，当所述第六晶体管截止，所述第七晶体管导通时，所述三极管关断。

百度查询： 无锡友达电子有限公司 驱动电流调节装置

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD