过驱动发射极开关的双极性结型晶体管的基极电流的方法和相应电路的制作方法
【专利说明】过驱动发射极开关的双极性结型晶体管的基极电流的方法和相应电路
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年12月6日递交的美国临时申请N0.61/913，070的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入文中。
技术领域
[0003]本公开涉及过驱动发射极开关的双极性结型晶体管的基极电流的方法和相应电路。
【背景技术】
[0004]本部分提供了涉及本公开的背景信息，这些信息不一定是现有技术。
[0005]图1示出了现有技术的发射极开关的双极性晶体管。这种电路布置与金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)相比可以具有更高的开关速度，具有用于高电压应用的更低的饱和电压，且成本可以更低。其可以用在电源充电器或适配器中。低电压的MOSFET Q2通过高频PWM控制信号控制，并接通或关断流经双极性结型晶体管(Bipolar Junct1n Transistor，BJT) Ql的发射极的电流。BJT通过适合于基于设备的增益特性的导通操作状态的固定的基极驱动来驱动。
[0006]在施加基极电流之后，开关BJT可能需要很长时间使集电极电压降低，由于在BJT仍然在线性模式时集电极电流开始建立，这可能导致更高的接通损耗。大的基极电流过驱动可以用于接通BJT并使其快速饱和以增强接通性能。
[0007]图2示出了现有技术的发射极开关的双极性晶体管，该双极性晶体管具有联接到BJT Ql的基极的电容器Cl。当BJT以高于将其保持在饱和状态所需的基极电流被驱动时，过量的基极驱动能量存储在基极区域中，其可以引起更慢的关断和过驱动产生的能量损耗。在工作中，当控制MOSFET Q2关断时，BJT Ql的发射极电流被快速关断，且集电极电流从基极转移出来，直到所有的存储电荷被移除。电容器Cl可以用于恢复存储电荷并以再生方式使用。从基极流出的集电极电流在反方向上对电容器Cl充电。因此，在关断后，电容器Cl上的电压可以高于偏置电压电源VI。在下一个接通时刻，基极电流脉冲可以通过经电阻器Rl存储在电容器Cl的能量被传送。齐纳二极管Zl可以用于限制电容器Cl上的电压。
[0008]图3示出了现有技术的发射极开关的双极性晶体管，该双极性晶体管具有提供成比例的基极驱动电流的电流变换器TX1。通过从基极转移出集电极电流而返回的储存能量用于将电容器Cl充电至所需电压电平。电压电平可以根据在基极区域中存储的能量、参数变化和电容器Cl的值而变化。电压可以通过齐纳二极管ZDl限制，该齐纳二极管ZDl可以在超过其击穿电压时消散剩余能量。
[0009]上面现有技术的每一电路需要电容器存储元件并因此不能实施在集成电路中。
[0010]图4示出了现有技术的具有发射极开关的双极性晶体管的电源转换器。该电源转换器是具有位于DC(直流电)输入端的低侧的控制开关的典型的降压转换器。偏置电压电源Vl是高电压输入的DC源。发射极开关的双极性晶体管包括开关Ql和开关Q2。二极管Dl是续流二极管。电感器LI是降压输出电感器。电容器Cl是滤波电容器。还示出了多种寄生电容:C2是控制MOSFET的(Q2的)漏极到源极电容；C3是BJT的(Ql的)集电极-发射极电容；C4是电感器LI的绕组间并联电容；C5是续流二极管的体电容；C6表示从集电极返回的任意寄生电容。
【发明内容】
[0011]该部分提供本公开的总体概述且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
[0012]根据本公开的一个方面，公开了过驱动发射极开关的双极性结型晶体管(bipolarjunct1n transistor,BJT)的基极电流的方法。所述BJT包括基极、集电极和发射极。该方法包括:向BJT的基极供给电流，监控集电极电压，以及响应于所监控的集电极电压降低至阈值电压而降低所供给的电流，该阈值电压指示BJT基本上饱和。
[0013]根据本公开的另一方面，公开了过驱动发射极开关的双极性结型晶体管(bipolarjunct1n transistor,BJT)的基极电流的方法。该BJT包括基极、集电极和发射极。该方法包括:向所述BJT的基极供给第一电流，以及，仅在固定的时间段内，向所述BJT的基极供给第二电流。
[0014]根据本公开的另一方面，发射极开关的双极性晶体管电路包括:具有联接至输出端子的集电极的双极性结型晶体管(bipolar junct1n transistor，BJT)、联接至所述BJT的发射极的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effecttransistor，MOSFET)、联接至所述BJT的基极的偏置电压电源、联接至所述BJT的基极的缓冲器、和比较器。所述比较器包括联接至所述BJT的集电极的第一输入端、联接至基准电压的第二输入端、和联接至所述缓冲器的输入端的输出端。所述比较器配置成，在所述比较器的第一输入端接收所述BJT的集电极电压、将所接收的集电极电压与基准电压比较、以及使缓冲器向所述BJT的基极注入电流脉冲直到集电极电压小于基准电压，所述基准电压指示BJT基本上饱和。
[0015]根据本公开的另一方面，BJT基极电流过驱动电路包括:具有联接至输出端子的集电极的双极性结型晶体管(bipolar junct1n transistor，BJT)、联接至所述BJT的发射极的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effecttransistor, MOSFET)、联接至所述BJT的基极的偏置电压电源、和缓冲器。所述缓冲器包括:联接至所述BJT的集电极和偏置电压电源的输入端、和联接至所述BJT的基极的输出端。所述缓冲器配置成，向所述BJT的基极注入电流脉冲直到所述BJT的集电极电压小于缓冲器的阈值电压，所述阈值电压指示所述BJT基本上饱和。
[0016]根据本公开的另一方面，电源转换器控制电路包括:具有基极、集电极和发射极的双极性结型晶体管(bipolar junct1n transistor，BJT)。所述电源转换器控制电路还包括:联接至所述发射极的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductorfield effect transistor，MOSFET)、联接至所述基极的偏置电压电源、联接至所述基极的缓冲器、和联接至所述MOSFET的栅极的控制器。所述控制器配置成，施加脉冲宽度调制(pulse width modulated,PWM)信号以控制所述MOSFET。所述电源转换器控制电路还包括在所述控制器和所述缓冲器的输入端之间联接的定时器元件。定时器元件配置成，响应于接收到来自所述控制器的用于接通所述MOSFET的控制信号，而使所述缓冲器在固定的时间段内向所述基极注入电流脉冲。选择所述固定的时间段，使得所述电流脉冲将基本上使所述BJT饱和。
[0017]概念1、一种过驱动发射极开关的双极性结型晶体管BJT的基极电流的方法，所述BJT具有基极、集电极和发射极，所述方法包括:
[0018]向所述BJT的所述基极供给电流；
[0019]监控所述集电极的电压；和
[0020]响应于所监控的所述集电极的电压降低至阈值电压而降低所供给的电流，所述阈值电压指示所述BJT基本上饱和。
[0021]概念2、根据概念I所述的方法，其中，所述供给电流包括向所述BJT的所述基极供给第一电流和第二电流，所述降低所供给的电流包括响应于所监控的所述集电极的电压降低至所述阈值电压而关断所述第二电流，所述阈值电压指示所述BJT基本上饱和。
[0022]概念3、根据前述概念中任一项所述的方法，其中，所述关断所述第二电流包括在供给所述第一电流的同时关断所述第二电流。
[0023]概念4、根据前述概念中任一项所述的方法，其中，所述关断所述第二电流包括将所监控的所述集电极的电压与基准电压比较。
[0024]概念5、根据前述概念中任一项所述的方法，其中，所述第一电流为固定电流。
[0025]概念6、根据前述概念中任一项所述的方法，其中，所述第一电流为与流过所述集电极的电流成比例的电流。
[0026]概念7、根据前述概念中任一项所述的方法，还包括，在所述BJT被关断之后，从所述BJT的所述基极回收能量。
[0027]概念8、一种过驱动发射极开关的双极性结型晶体管BJT的基极电流的方法，所述BJT具有基极、集电极和发射极，所述方法包括:
[0028]向所述BJT的所述基极供给第一电流；和
[0029]仅在固定的时间段内，向所述BJT的所述基极供给第二电流。
[0030]概念9、根据概念8所述的方法，其中，所述第二电流为恒定电流。
[0031]概念10、根据概念8和9中任一项所述的方法，其中，所述供给所述第二电流包括，仅在使所述BJT基本上饱和的足够长的时间段内，向所述BJT的所述基极供给所述第二电流。
[0032]概念11、一种双极性结型晶体管BJT基极电流过驱动电路，包括:
[0033]所述BJT，所述BJT具有联接至输出端子的集电极；
[0034]金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述MOSFET联接至所述BJT的发射极；
[0035]联接至所述BJT的基极的偏置电压电源；和
[0036]缓冲器，所述缓冲器包括联接至所述BJT的所述集电极和所述偏置电压电源的输入端、和联接至所述BJT的所述基极的输出端，所述缓冲器配置成，向所述BJT的所述基极注入电流脉冲直到所述BJT的集电极电压小于所述缓冲器的阈值电压，所述阈值电压指示所述