直流电流驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种直流电流驱动电路。本发明的电路至少包括：供电单元、储能元件、多个受控开关、待驱动器件、采样所述待驱动器件的电气参数的采样单元及控制单元，其中，所述控制单元根据所述电气参数来控制所述多个受控开关开闭，使所述待驱动器件的被驱动端电压为负时所形成的电路回路包含能量吸收单元，以便通过吸收所述储能元件所存储的能量来使流经所述待驱动器件的电流保持稳定。
【专利说明】直流电流驱动电路【技术领域】
[0001]本发明涉及电路领域，特别是涉及一种直流电流驱动电路。
【背景技术】
[0002]功率开关器件，例如，双极性晶体管(BJT)、门极可关断晶闸管(GT0)、集成门极换流晶闸管(IGCT)、发射极可关断晶闸管(ETO)等，需要驱动电路向自身的门极提供直流电流以便导通工作。
[0003]现有驱动电路一种为线性调节电路，如图1所示，其为一种优选的线性调节电路示意图。该线性调节电路包括提供电压V1的供电单元、采样电阻Rs、控制晶体管Q1开闭的控制电路，该控制电路将采样电阻Rs两端的电压与参考电压Vref进行比较来控制晶体管Q1的开闭，从而使电路提供给功率开关器件门极的电流Ig=Vref/Rs，其中，Vg表示功率开关器件的门极电压。该线性调节电路虽然电路结构简单，但由于其效率H =Vg/'，而功率开关器件的门极Vg=0.7V，若电压V1=5V，则效率η = VgA1=0.7/5=14%，显然效率非常低。
[0004]现有另一种驱动电路为降压式变换器(即Buck电路)。如图2所示，该Buck电路包括提供电压V1的供电单元、电感L、采样电阻Rs、晶体管Q1与Q2及控制电路。该控制电路根据采样电阻Rs两端的电压来控制晶体管Q1导通、晶体管Q2关断，使电路进入状态1，如图3a所示，在该状态I下，供电单元通过电感L向功率开关器件的门极提供驱动电流，随着电感电流的逐步上升，当上升至电流ILb时，控制电路基于采样电阻Rs此时两端的电压高于其自身内设的第一参考电压来控制晶体管Q2导通、晶体管Q1关断，使电路由状态I进入状态2，如图3b所示，在该状态2下，电感L通过功率开关器件放电，由此，流经功率开关器件门极的电流由电流ILb开始下降，当降至电流ILa时，控制电路基于采样电阻Rs此时两端的电压低于其自身内设的第二参考电压来重新使晶体管Q1导通、晶体管Q2关断，使电路由状态2重返状态1，如此电路不断在状态I与状态2之间反复，如图3c所示，在控制电路的控制下，最终流经功率开关器件门极的平均电流为Vref’ /Rs，该参考电压Vref ’基于功率开关器件来预先确定。
[0005]然而，在某些应用中，由于功率开关器件的门极电压Vg可能为负值，而当门极电压Vg为负值时，上述Buck电路无论处于状态I还是状态2，电感两端的电压始终是正值，导致电感电流Ig (即功率开关器件门极电流)会持续增加而无法维持在某一水平，如图3d所示。因此，迫切需要一种新型的直流电流驱动电路，以避免因功率开关器件的门极电压为负值而导致驱动电流持续增加 。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种直流电流驱动电路，以避免因功率开关器件的门极电压为负值而导致驱动电流不能保持稳定的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种直流电流驱动电路，其包括:供电单元、储能元件、多个受控开关、待驱动器件、采样所述待驱动器件的电气参数的采样单元及控制单元，其中，所述控制单元根据所述电气参数来控制所述多个受控开关开闭，使所述待驱动器件的被驱动端电压为负时所形成的电路回路包含能量吸收单元，以便通过吸收所述储能元件所存储的能量来使流经所述待驱动器件的电流保持稳定。
[0008]优选地,所述能量吸收单元包括所述供电单元。
[0009]如上所述，本发明的直流电流驱动电路，具有以下有益效果:在待驱动器件的门极电压为负值时，任能使流经待驱动器件的驱动电流保持稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1显示为现有技术中的线性调节电路示意图。
[0011]图2显示为现有技术中的降压式变换器示意图。
[0012]图3a与3b显示为图2所示的降压式变换器在不同状态时电流示意图。
[0013]图3c显示为图2所示的降压式变换器的状态转换示意图。
[0014]图3d显示为图2所示的降压式变换器在门极电压为负值时的电流示意图。
[0015]图4显示为本发明的直流电流驱动电路的一种优选示意图。
[0016]图5a与5b显示为待驱动器件的门极电压为正时图4所示的直流电流驱动电路在不同状态时电流示意图。
[0017]图5c显示为待驱动器件的门极电压为正时图4所示的直流电流驱动电路的状态转换示意图。
[0018]图6a与6b显示为待驱动器件的门极电压为负时图4所示的直流电流驱动电路在不同状态时电流示意图。
[0019]图6c显示为待驱动器件的门极电压为负时图4所示的直流电流驱动电路的状态转换示意图。
[0020]图7a显示为待驱动器件的门极电压由正转为负时图4所示的直流电流驱动电路的状态转换示意图。
[0021]图7b显示为待驱动器件的门极电压由负转为正时图4所示的直流电流驱动电路的状态转换示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0023]请参阅图4至图7b。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0024]本发明提供的直流电流驱动电路包括:供电单元、储能元件、多个受控开关、待驱动器件、采样所述待驱动器件的电气参数的采样单元及控制单元。其中，所述控制单元根据所述电气参数来控制所述多个受控开关开闭，使所述待驱动器件的被驱动端电压为负时所形成的电路回路包含能量吸收单元，以便通过吸收所述储能元件所存储的能量来使流经所述待驱动器件的电流保持稳定。
[0025]其中，所述电气参数包括但不限于:电流、电压等等。所述采样单元包括任何能采样所述待驱动器件的电气参数的单元，优选地，包括但不限于:电阻、电流传感器等等。所述储能元件包括但不限于:电感、电感与电容构成的储能电路等等；受控开关包括晶体管、场效应管、二极管等等；所述待驱动器件包括任何工作时其门极需要直流驱动电流的器件，优选地，包括但不限于:双极性晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、或发射极可关断晶闸管等；所述控制单元包括任何能基于所述电气参数来控制多个受控开关开闭的单元，优选地，其包括比较电路、或数字处理器等；所述能量吸收单元包括任何能吸收所述储能元件所存储的能量的单元，优选地，包括但不限于:所述供电单元、或者由受控开关、电阻及地构成的串接电路等。
[0026]例如，如图4所示，其为一种优选直流电流驱动电路示意图。该直流电流驱动电路包括:能提供电压V1的供电单元、储能元件L1、受控开关QpQ2、与Q3、待驱动器件、采样所述待驱动器件的电流的采样电阻Rs、控制单元及二极管D1，各器件的连接关系如图所示，在此不再一一详述。需要说明的是，为简化图示，图中未示出待驱动器件，仅以电压源Vg来表示待驱动器件的门极电压。
[0027]上述直流电流驱动电路的工作过程如下:
[0028]当所述待驱动器件的门极电压Vg为正时，所述控制单元将所述采样电阻Rs两端的电压与第一参考电压进行比较后，控制所述受控开关Q1与Q3导通、受控开关Q2关断，由此，电路进入状态I，在该状态1，电路电流如图5a中的箭头所示，基于供电单元所提供的电能，电感电流(即流经待驱动器件门极的电流)不断上升，进而采样电阻Rs两端电压也不断上升，当电感电流上升至ILlb时，所述控制单元基于采样电阻Rs两端电压高于第二参考电压而控制所述受控开关Q1关断、受控开关Q2与Q3导通，由此，电路由状态I进入状态2，在该状态2，电路电流如图5b中的箭头所示，随着电感不断放电，电感电流不断下降，进而采样电阻Rs两端电压也不断下降，当电感电流下降至ILla时，所述控制单元基于采样电阻Rs两端电压低于第一参考电压而再次控制所述受控开关Q1与Q3导通、受控开关Q2关断，电路又由状态2重返状态1，由此可见，当所述待驱动器件的被驱动端电压为正时，直流电流驱动电路不断在状态I与状态2之间交替，如图5c所示，从而使得流经待驱动器件门极的平均电流稳定在Vref Ι/Rs，其中，Vrefl为第一预定参考电压。
[0029]当所述待驱动器件的门极电压Vg由正转变为负时，若此时电路处于状态1，则当电感电流上升至ILlb时，所述控制单元控制所述受控开关Q1关断、受控开关Q2与Q3导通，使电路进入状态2，在该状态2，电路电流如图6a中的箭头所示，由于门极电压Vg为负，故电感电流由ILlb继续上升，进而采样电阻Rs两端电压也随之不断上升，当电感电流上升至IL2b时，所述控制单元基于采样电阻Rs两端电压高于第三参考电压而控制所述受控开关Q1与Q3关断、受控开关Q2导通，由此，电路由状态2进入状态3，在该状态3，电路电流如图6b中的箭头所示，即供电单元作为能量吸收单元吸收电感的电能，使电感电流由IL2b不断下降，进而采样电阻Rs两端电压也不断下降，当电感电流降至IL2a时，所述控制单元基于采样电阻Rs两端电压低于第四参考电压而控制所述受控开关Q1关断、受控开关Q2与仏导通，由此，电路由状态3重返状态2 ;如此，电路不断在状态2与状态2之间交替，如图6c所示。
[0030]当所述待驱动器件的门极电压Vg由正转变为负时，若此时电路处于状态2，则由于门极电压Vg为负，故电感电流由下降转变为逐步上升，如图7a所示，在控制单元的控制下，电路同样不断在状态2与状态2之间交替。
[0031]当所述待驱动器件的门极电压Vg由负转变为正时，此时若电路处于状态3，则由于门极电压Vg为正，故电感电流下降至IL2a后，会继续下降，当下降至ILla时，控制单元控制所述受控开关Q1与Q3导通、受控开关Q2关断，电路由状态3进入状态1，进而电路开始不断在状态I与状态2之间交替；若所述待驱动器件的门极电压Vg由负转变为正时，电路处于状态2，则由于门极电压Vg为正，故电感电流由上升转变为下降，当降至ILla时，控制单元控制所述受控开关Q1与Q3导通、受控开关Q2关断，电路由状态2进入状态I，进而电路也开始不断在状态I与状态2之间交替，如图7b所示。
[0032]由此可见，当所述待驱动器件的被驱动端电压由正变为负时，直流电流驱动电路无论出于状态I还是状态2，在控制单元的控制下，电路都会进入状态3，进而会不断在状态2与状态2之间交替，使得流经待驱动器件门极的平均电流最终稳定在Vref2/Rs，其中，Vref2为第二预定参考电压；当所述待驱动器件的被驱动端电压由负变为正时，直流电流驱动电路无论出于状态3还是状态2，在控制单元的控制下，电路都会进入状态1，进而会不断在状态I与状态2之间交替，使得流经待驱动器件门极的平均电流最终稳定在Vrefl/Rs0
[0033]由上所述可见，当待驱动器件的被驱动端电压(即门极电压)为负时，控制单元根据所述采样电阻Rs两端的电压来控制受控开关％、Q2与Q3的开闭，使所形成的电路回路包含吸收电感L1所存储的能量的供电单元，从而使流经所述待驱动器件门极的电流稳定在Vref2/Rs，而且，由于电感L1所存储的能量被供电单元所回收，故电路的功耗低。该直流电流驱动电路的优点包括:
[0034]1、当待驱动器件的门极电压Vg为正值，电路的状态I和状态2交替出现，电感电流维持在Vrefl/Rs ;当待驱动器件的门极电压Vg为负值，电路的状态2和状态3交替出现，电感电流维持在Vref2/Rs。
[0035]2、当待驱动器件的门极电压Vg为负值并且电路工作在状态3时，供电单元吸收能量，从而使得电路的功耗低。
[0036]3、当待驱动器件的门极电压Vg在正负之间变化时，电路能自动切换工作状态。
[0037]此外，需要说明的是，上述图4所示的直流电流驱动电路仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，电路中的二极管Dl可用受控开关等来取代；当待驱动器件的门极电压Vg为负值时，电感的能量也可通过受控开关流向地等等。
[0038]总之，上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种直流电流驱动电路，其包括:供电单元、储能元件、多个受控开关、待驱动器件、采样所述待驱动器件的电气参数的采样单元及控制单元，所述低功耗的直流电流驱动电路的特征在于:所述控制单元根据所述电气参数来控制所述多个受控开关开闭，使所述待驱动器件的被驱动端电压为负时所形成的电路回路包含能量吸收单元，以便通过吸收所述储能元件所存储的能量来使流经所述待驱动器件的电流保持稳定。
2.根据权利要求1所述的直流电流驱动电路，其特征在于:所述能量吸收单元包括所述供电单元。
3.根据权利要求1所述的直流电流驱动电路，其特征在于:所述采样单元包括用于采样所述待驱动器件的电流的采样电阻。
4.根据权利要求1所述的直流电流驱动电路，其特征在于:所述控制单元包括比较电路。
5.根据权利要求1所述的直流电流驱动电路，其特征在于:所述待驱动器件包括:双极性晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、发射极可关断晶闸管中的一种。
【文档编号】G05F1/565GK103513692SQ201210206136
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】陈迁, 黄勤 申请人:无锡维赛半导体有限公司