一种用于开关电源的低功耗驱动电路以及开关电源系统技术方案

一种用于开关电源的低功耗驱动电路以及开关电源系统，包括有受控电流源，上拉开关和下拉开关，受控电流源提供开关电源中双极性功率晶体管的基极电流，使得基极电流的大小跟随流过所述双极性晶体管的电流改变，上拉开关，用于控制受控电流源开通和关断，下拉开关，用于下拉所述双极性晶体管的基极电位。该低功耗驱动电路能够有效降低芯片的功耗和所需的供电电容容值。电电容容值。电电容容值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于开关电源的低功耗驱动电路以及开关电源系统


[0001]本专利技术涉及电子电路，具体涉及一种用于开关电源的低功耗驱动电路以及开关电源系统。

技术介绍

[0002]开关电源当前被广泛应用于在各种电路应用领域中。为驱动开关电源中的功率晶体管，绝大多数开关电源控制芯片中包含有驱动电路，为开通和关断功率晶体管提供驱动所需的电压或电流。在开关电源功率晶体管的选型时，双极性晶体管(BJT)因为成本低廉，在低成本应用中较受青睐。
[0003]但是由于双极性晶体管是电流型控制器件，需要采用调制基极电流的方式来控制电流输出，往往伴随有功耗较高的问题，不适用于对效率要求较高的应用。具体的，双极性晶体管输出电流越大，驱动双极性晶体管所需的基极电流IB就越大，即控制芯片消耗的电流就越大，这不仅降低了系统效率，而且也需要较高容值的系统供电(VCC)电容给芯片进行供电，在相当程度上抵消了双极性晶体管的成本优势。
[0004]更加不利的是，在现有技术中，为了始终为双极性晶体管提供足够的驱动电流，驱动电流需要保证能够提供合适的基极电流适配于流过双极性晶体管的峰值电流，这就需要驱动电流始终保持一个较高水平，这样，较高的基极电流造成了较大的浪费，尤其是当开关电源工作在占空比较大的工况下时，系统效率迅速下降，控制芯片发热严重，随之带来散热问题。
[0005]因此，需要对现有技术进行改进，以降低驱动电路的功耗。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的一个或多个问题，提出了用于开关电源的低功耗驱动电路。/>[0007]本专利技术的一个方面提出了一种驱动电路，用于驱动位于开关电源系统中作为功率开关的双极性晶体管，所述双极性晶体管耦接到开关电源系统中的功率电感或变压器，其中，所述驱动电路包括：受控电流源，用于输出一个受控电流提供所述双极性晶体管的基极电流，其中在每个工作周期内，在所述双极性晶体管导通之后，所述受控电流的大小跟随流过所述双极性晶体管的电流改变；上拉开关，耦接到所述受控电流源，用于控制受控电流源开通和关断；下拉开关，耦接到所述双极性晶体管的基极，用于下拉所述双极性晶体管的基极电位。
[0008]在一个实施例中，在所述双极性晶体管开始导通后，所述受控电流跟随所述双极性晶体管的电流增大而增大，直至增大至最大值。
[0009]在一个实施例中，在开关电源的每个工作周期内，所述受控电流线性跟随所述双极性晶体管的电流，并在早于所述上拉开关控制所述受控电流源关断的时刻上升至所述最大值。
[0010]在一个实施例中，在开关电源的每个工作周期内，在所述双极性晶体管导通完成
的时刻，所述受控电流具有一个不为零的初始值，所述初始值根据流过所述双极性晶体管的电流的最小值得出。
[0011]在一个实施例中，在开关电源的每个工作周期内，所述上拉开关关断所述受控电流源的时刻早于所述下拉开关下拉所述双极性晶体管基极电位的时刻。
[0012]在一个实施例中，所述上拉开关受控于一个第一脉宽调制信号，所述下拉开关受控于一个第二脉宽调制信号，在所述双极性晶体管导通期间，当所述双极性晶体管的电流上升至第一参考值时，所述第一脉宽调制信号控制所述上拉开关关断所述受控电流源，当所述双极性晶体管的电流继续上升至第二参考值时，所述第二脉宽调制信号控制所述下拉开关下拉所述双极性晶体管的基极电位。
[0013]在一个实施例中，所述受控电流源接收一个晶体管电流感测信号作为控制所述受控电流的依据，所述晶体管电流感测信号表征流过所述双极性晶体管的电流。
[0014]在一个实施例中，所述驱动电路位于集成电路芯片中，所述受控电流源包括一个镜像电流源，所述镜像电流源包括：第一镜像支路，包括一个第一上臂晶体管，所述第一上臂晶体管的第一端耦接接收所述集成电路芯片的系统供电，所述第一上臂晶体管的第二端耦接所述双极性晶体管的基极以及所述下拉开关的第一端，所述下拉开关的第二端耦接所述集成电路芯片的芯片地；第二镜像支路，包括一个第二上臂晶体管和一个第二下臂晶体管，所述第一上臂晶体管的控制端和所述第二上臂晶体管的控制端相连，并进一步连接所述第二上臂晶体管的第二端，所述第二上臂晶体管的第一端耦接接收所述集成电路芯片的系统供电，所述第二上臂晶体管的第二端进一步连接到所述上拉开关的第一端，所述第二下臂晶体管耦接于所述上拉开关的第二端和所述芯片地之间，并受控于一个动态基准偏置信号，所述动态基准偏置信号至少基于所述晶体管电流感测信号生成；所述受控电流源还包括动态基准运算器，用于至少基于所述晶体管电流感测信号生成所述动态基准偏置信号。
[0015]在一个实施例中，所述动态基准运算信号器包括一个第三镜像支路和一个电流抽取电路，所述电流抽取电路自所述第三镜像支路抽取一个动态电流，所述动态电流至少基于所述晶体管电流感测信号生成，在所述双极性晶体管开通后，所述动态电流逐渐变小直至为零；所述第三镜像支路包括：第一基准电流源，第一端耦接接收所述集成电路芯片的系统供电，第二端输出一个第一基准电流，其中，所述电流抽取电路自所述第一基准电流源的第二端抽取所述动态电流；第三上臂晶体管，第一端耦接所述第一基准电流源的第二端，控制端连接所述第三上臂晶体管的第二端；第三下臂晶体管，控制端和第一端耦接所述第三上臂开关管的第二端，第二端连接所述芯片地；其中，所述第三上臂晶体管的第二端输出所述动态基准偏置信号。
[0016]本专利技术的另一方面提出了一种开关电源系统，其中，所述开关电源系统的功率开关至少包含一双极性晶体管，所述双极性晶体管耦接到开关电源系统中的功率电感或变压器，所述双极性晶体管由上述任一实施例所述的驱动电路驱动。
[0017]在一个实施例中，所述开关电源系统进一步包含一晶体管电流采样电阻，所述晶体管电流采样电阻的第一端连接到所述双极性晶体管的发射极，以及所述下拉开关远离所述双极性晶体管基极的一端，所述晶体管电流采样电阻的第二端连接到系统地，所述驱动电路位于集成电路芯片中，所述集成电路芯片具有芯片地，所述芯片地为所述晶体管电流
采样电阻的第一端。
[0018]本专利技术实施例所提出的用于开关电源的低功耗驱动电路。相较于传统的应用于双极性晶体管的驱动电路，能够有效减小芯片的平均工作电流，从而降低芯片的功耗和所需的VCC电容容值。
附图说明
[0019]在下面所有附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
[0020]图1示出了根据本专利技术一个实施例的驱动电路100的电路结构示意图；
[0021]图2示出了根据本专利技术一个实施例的驱动电路100的波形图；
[0022]图3示出了根据本专利技术一个实施例的受控电流源101的结构图；
[0023]图4示出了根据本专利技术一个实施例的动态基准运算器201的电路结构示意图；
具体实施方式
[0024]下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种驱动电路，用于驱动位于开关电源系统中作为功率开关的双极性晶体管，所述双极性晶体管耦接到开关电源系统中的功率电感或变压器，其中，所述驱动电路包括：受控电流源，用于输出一个受控电流提供所述双极性晶体管的基极电流，其中在每个工作周期内，在所述双极性晶体管导通之后，所述受控电流的大小跟随流过所述双极性晶体管的电流改变；上拉开关，耦接到所述受控电流源，用于控制受控电流源开通和关断；下拉开关，耦接到所述双极性晶体管的基极，用于下拉所述双极性晶体管的基极电位。2.如权利要求1所述的驱动电路，其中，在所述双极性晶体管开始导通后，所述受控电流跟随所述双极性晶体管的电流增大而增大，直至增大至最大值。3.如权利要求2所述的驱动电路，其中，在每个工作周期内，所述受控电流线性跟随所述双极性晶体管的电流，并在早于所述上拉开关控制所述受控电流源关断的时刻上升至所述最大值。4.如权利要求2所述的驱动电路，其中，在每个工作周期内，在所述双极性晶体管导通完成的时刻，所述受控电流具有一个不为零的初始值，所述初始值根据流过所述双极性晶体管的电流的最小值得出。5.如权利要求2所述的驱动电路，其中，在每个工作周期内，所述上拉开关关断所述受控电流源的时刻早于所述下拉开关下拉所述双极性晶体管基极电位的时刻。6.如权利要求5所述的驱动电路，其中，所述上拉开关受控于一个第一脉宽调制信号，所述下拉开关受控于一个第二脉宽调制信号，在所述双极性晶体管导通期间，当所述双极性晶体管的电流上升至第一参考值时，所述第一脉宽调制信号控制所述上拉开关关断所述受控电流源，当所述双极性晶体管的电流继续上升至第二参考值时，所述第二脉宽调制信号控制所述下拉开关下拉所述双极性晶体管的基极电位。7.如权利要求1所述的驱动电路，其中，所述受控电流源接收一个晶体管电流感测信号作为控制所述受控电流的依据，所述晶体管电流感测信号表征流过所述双极性晶体管的电流。8.如权利要求7所述的驱动电路，其中，所述驱动电路位于集成电路芯片中，所述受控电流源包括一个镜像电流源，所述镜像电流源包括：第一镜像支路，包括一个第一上臂晶体管，所述第一上臂晶体管的第一端耦接接收所述集成电路芯片的系统供电，所述第一上臂晶体管的第二端耦接所述双极性晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晓辉，闾建晶，刘新燕，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：