專利名稱：交流/直流開關電源的脈寬調制控制電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于模擬集成電路領域，尤其涉及一種交流/直流開關電源的脈寬調制 (P麗，Pulse Width Modulation)控制電路。
背景技術：
在現有技術中，開關電源的功率開關管連接變壓器，在開關關斷時會出現較大的 浪涌電壓，如果功率開關器件選擇不當，不僅轉換效率較低，而且會出現擊穿現象，造成電 源失效。 開關電源中常用的有源功率器件主要有雙極型晶體管(BJT)、金屬氧化物功率場 效應管(MOSFET)、隔離柵雙極型晶體管(IBGT)和可控硅管(SCR)等，如果僅從成本以及耐 壓方面考慮多選BJT功率晶體管。但是BJT同時也存在一些缺點，BJT從飽和區向截止區 轉換時，由于基區存儲效應使功率雙極晶體管的關斷速度較慢；其次BJT是電流驅動型，且 在輸出大電流時的放大倍數較小，需要較大的基極驅動電流，而當今使用的驅動電路大多 固定驅動電流，造成輸出功率變化時效率降低；同時，BJT存在二次擊穿的可能，因此安全 工作范圍縮小。現在的AC/DC開關電源驅動器都采用較大啟動電阻，啟動電流在微安級，因 此啟動較慢。 因此，有必要采用一種新的結構來克服BJT功率晶體管的缺點。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種交流/直流開關電源的脈寬調制控
制電路，可以有效提高驅動電流和響應速度，同時可有效提高功率NPN晶體管的耐壓。 為了達到上述目的，本發明提供一種交流/直流開關電源的脈寬調制控制電路，
包括斜坡電流驅動電路、用于輸出功率的功率NPN晶體管和輸出電流檢測電路，其中 所述斜坡電流驅動電路，用于采樣所述功率NPN晶體管的輸出電流，并根據所述
功率NPN晶體管的輸出電流產生所述功率NPN晶體管的基極驅動電流； 所述輸出電流檢測電路，用于檢測所述功率NPN晶體管的發射極電流。 優選的，所述脈寬調制控制電路還包括啟動電路，用于提供所述脈寬調制控制電
路的啟動電流。 優選的，所述斜坡電流驅動電路的輸出電流與所述功率NPN晶體管的發射極電流 成正比。 優選的，所述斜坡電流產生電路包括雙極型晶體管Ql、雙極型晶體管Q2、雙極型 晶體管Q3、雙極型晶體管Q4、雙極型晶體管Q5、雙極型晶體管Q6、雙極型晶體管Q7、電阻 R1、電阻R2、電阻R3、電流源Il和反相器INV1，其中 所述雙極型晶體管Ql的集電極分別接所述雙極型晶體管Q2的集電極、所述雙極 型晶體管Q2的基極和所述電流源II的一端，所述電流源II的另一端接電壓源VCC ;
所述雙極型晶體管Q2的發射極接所述電阻R1的一端，所述電阻R1的另一端接所述脈寬調制控制電路的IS端口 ； 所述雙極型晶體管Q3的發射極與所述電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端 接地； 所述雙極型晶體管Q3的集電極分別接所述雙極型晶體管Q4的集電極、所述雙極 型晶體管Q4的基極和所述雙極型晶體管Q5的基極；所述雙極型晶體管Q4的發射極和所述 雙極型晶體管Q5的發射極接所述電壓源VCC ;所述雙極型晶體管Q5的集電極分別接所述 電阻R3和所述雙極型晶體管Q6的基極，所述電阻R3的另一端接地，所述雙極型晶體管Q6 的集電極接所述電壓源VCC，所述雙極型晶體管Q6的射極分別接所述雙極型晶體管Q7的集 電極和所述脈寬調制控制電路的OB端口 ； 所述雙極型晶體管Q7的發射極接地，所述雙極型晶體管Q7的基極接所述雙極型 晶體管Q1的基極和所述反相器INV1的輸出，所述反相器INV1的輸入接脈寬調制P麗信號。
優選的，所述功率NPN晶體管關斷時，所述雙極型晶體管Q7反抽所述功率NPN晶 體管的基極電流。 優選的，所述啟動電路包括雙極型晶體管Qll、雙極型晶體管Q12、雙極型晶體管 Q13、電阻R7和電阻R8，其中 所述電阻R8的一端接交流整流后電源，所述電阻R8的另一端接所述雙極型晶體 管Qll的基極和所述脈寬調制控制電路的0B端口 ； 所述雙極型晶體管Q13的基極接所述脈寬調制控制電路的0E端口 ；
所述雙極型晶體管Q11和雙極型晶體管Q13的發射極懸空，所述雙極型晶體管Q13 的集電極分別接所述雙極型晶體管Q12和所述電阻R7 ;所述雙極型晶體管Q12的集電極接 所述雙極型晶體管Qll的集電極，所述雙極型晶體管Q12的發射極和所述電阻R7的另一端 接所述電壓源VCC。 優選的，所述功率NPN晶體管的集電極接變壓器的原邊繞組的一端，所述功率NPN 晶體管的發射極接所述脈寬調制控制電路的0E端口 ，所述功率NPN晶體管的基極接所述脈 寬調制控制電路的OB端口。 優選的，所述輸出電流檢測電路包括電流源12 、電阻R4、電阻R5 、電阻R6 、雙極型
晶體管Q8和雙極型晶體管Q9，其中 所述電流源12的一端接所述電阻R4和所述雙極型晶體管Q8的基極，所述電阻R4 的另一端接地； 所述雙極型晶體管Q9的集電極接所述雙極型晶體管Q8的發射極和所述脈寬調制 控制電路的OE端口，所述雙極型晶體管Q9的發射極和所述電阻R6的一端接所述脈寬調制 控制電路的IS端口，所述電阻R6的另一端接地。 本發明實施例具有以下的有益效果首先斜坡電流驅動電路采樣功率NPN晶體管 的輸出電流，并根據功率NPN晶體管的輸出電流的大小產生功率NPN晶體管的基極驅動電 流，以減弱由于輸出電流較大時放大倍數降低的影響；同時在功率NPN晶體管關斷時產生 反抽功率NPN功率管的基極的電流，以加快功率NPN晶體管的關斷，減小功耗，有效防止變 壓器飽和； 另外，在功率NPN晶體管關斷時，輸出電流檢測電路可將功率NPN晶體管的發射極 箝位在1.5V，使功率NPN晶體管的基射極反相偏置，提高了功率NPN晶體管的集射極反向擊穿電壓；通過電阻進行輸出電流采樣，提高了環路的響應速度，并可防止過載和變壓器飽和 的發生。另外，此電源的脈寬調制控制電路啟動采用電阻和功率晶體管啟動，利用功率NPN 晶體管的放大倍數加快了啟動速度，同時為防止啟動電流太大，內置了一啟動電路，在啟動 電流較大時，減小功率晶體管的基極電流，以保護電源驅動器。


圖1為本發明的實施例中脈寬調制控制電路的電路原理圖；
圖2為本發明的實施例中反相器的電路結構圖。
具體實施例方式
為了使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和 附圖，對本發明實施例做進一步詳細地說明。在此，本發明的示意性實施例及說明用于解釋 本發明，但并不作為對本發明的限定。 參見圖l，為本發明的實施例中脈寬調制控制電路的電路原理圖，該脈寬調制控制 電路包括斜坡電流驅動電路IO，啟動電路20，功率NPN晶體管30以及輸出電流檢測電路 40，其中 斜坡電流驅動電路10，用于采樣功率NPN晶體管30的輸出電流，并根據功率NPN 晶體管30的輸出電流產生功率NPN晶體管30的基極驅動電流； 啟動電路20，分別與斜坡電流驅動電路10和功率NPN晶體管30連接，用于提供脈 寬調制控制電路的啟動電流。 功率NPN晶體管30，用于輸出功率；以及 輸出電流檢測電路40，用于檢測功率NPN晶體管30的發射極電流。 在本實施例中，斜坡電流驅動電路10的輸出電流與功率NPN晶體管30的發射極
電流成正比。 在本實施例中，斜坡電流驅動電路10包括雙極型晶體管Q1、雙極型晶體管Q2、雙 極型晶體管Q3、雙極型晶體管Q4、雙極型晶體管Q5、雙極型晶體管Q6、雙極型晶體管Q7、電 阻R1、電阻R2、電阻R3、電流源Il和反相器INV1，其中 雙極型晶體管Ql的集電極分別接雙極型晶體管Q2的集電極、雙極型晶體管Q2的 基極和電流源II的一端，電流源II的另一端接電壓源VCC ;雙極型晶體管Q2的發射極接 電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接脈寬調制控制電路的IS端口 ，該IS端口用于檢測功率 NPN晶體管的發射極電流；雙極型晶體管Q3的發射極與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一 端接地；雙極型晶體管Q3的集電極分別接雙極型晶體管Q4的集電極、雙極型晶體管Q4的 基極和雙極型晶體管Q5的基極；雙極型晶體管Q4的發射極和雙極型晶體管Q5的發射極接 電壓源VCC ;雙極型晶體管Q5的集電極分別接電阻R3和雙極型晶體管Q6的基極，電阻R3 的另一端接地，雙極型晶體管Q6的集電極分別接電壓源VCC，雙極型晶體管Q6的射極分別 接雙極型晶體管Q7的集電極和脈寬調制控制電路的0B端口，該0B端口用于系統啟動；
雙極型晶體管Q7的發射極接地，雙極型晶體管Q7的基極接雙極型晶體管Ql的基 極和反相器INV1的輸出，反相器INV1的輸入接脈寬調制P麗信號。當P麗為高電平時，雙 極型晶體管Ql和雙極型晶體管Q7處于關斷狀態，雙極型晶體管Q6輸出功率NPN晶體管30的驅動電流，此電流與IS端口處的電壓成正比，即IS端口處電壓增高時，雙極型晶體管Q6 的射極電流也增大，用以補償功率NPN晶體管輸出電流較大時放大倍數降低的影響，提高 了功率NPN晶體管的驅動能力；當P麗為低電平時，雙極型晶體管Q6關斷，雙極型晶體管Q7 打開，反抽功率NPN晶體管30的基極電流，可加快功率NPN晶體管的關斷，有效防止變壓器 的飽和以及過載的發生。 在本實施例中，功率NPN晶體管30關斷時，雙極型晶體管Q7反抽功率NPN晶體管 30的基極電流。 由圖1可知，該啟動電路20包括雙極型晶體管Q11、雙極型晶體管Q12、雙極型晶 體管Q13、電阻R7和電阻R8，其中，電阻R8的一端接交流整流后電源，電阻R8的另一端接 雙極型晶體管Qll的基極和脈寬調制控制電路的OB端口 ；雙極型晶體管Q13的基極接脈寬 調制控制電路的OE端口 ；雙極型晶體管Qll和雙極型晶體管Q13的發射極懸空，雙極型晶 體管Q13的集電極分別接雙極型晶體管Q12和電阻R7 ;雙極型晶體管Q12的集電極接雙極 型晶體管Qll的集電極，雙極型晶體管Q12的發射極和電阻R7的另一端接電壓源VCC。在 啟動時電阻R8提供較小的電流，流入功率NPN晶體管30的基極，利用功率NPN晶體管30 的放大作用在功率NPN晶體管的射極得到更大的電流，此電流經過雙極型晶體管Q13、雙極 型晶體管Q12的BE結和電阻R7給電壓源VCC上的電容充電，當電壓源VCC電壓大于10V 時電源轉換器啟動；如果在啟動過程中啟動電流過大，則電阻R7上的電壓降使雙極型晶體 管Q12、雙極型晶體管Qll導通，反抽功率NPN晶體管30基極的電流，減弱了功率NPN晶體 管30的導通，因此啟動電流下降，保護AC/DC電源控制器。 雙極型晶體管和雙極型晶體管采用射極開路連接方式，利用其BVCB。(集電極-發 射極反向擊穿電壓)較大的特點，保護AC/DC驅動器內部電路。這種啟動方式加快了AC/DC 電源控制器的啟動速度，啟動電阻R8的功耗較小，提高了 AC/DC電源控制器的效率。
在本實施例中，功率NPN晶體管30的集電極接變壓器的原邊繞組的一端，功率NPN 晶體管30的發射極接脈寬調制控制電路的OE端口，功率NPN晶體管30的基極接脈寬調制 控制電路的OB端口，用于提供輸出較大的功率和承受功率NPN晶體管30關斷時變壓器原 邊繞組產生的高壓。 根據晶體管的原理，當在基射極反相偏置時，集電極的反相電流ICEO流入基區 后，有一部分流出基極，因此在基區中積累的空穴量減少，發射極正向注入的電子流到達集 電結的電流隨之減小，因此要發生擊穿需要的集電結雪崩倍增因子增大，同時需要的集電 結反偏電壓也增大，即提高了功率NPN晶體管30的集電極發射極的擊穿電壓，使功率NPN 晶體管30的安全工作范圍更大。 輸出電流檢測電路40包括電流源12 、電阻R4、電阻R5 、電阻R6 、雙極型晶體管Q8 和雙極型晶體管Q9，其中電流源12的一端接電阻R4和雙極型晶體管Q8的基極，電阻R4的 另一端接地；雙極型晶體管Q9的集電極接雙極型晶體管Q8的發射極和脈寬調制控制電路 的OE端口，雙極型晶體管Q9的發射極和電阻R6的一端接脈寬調制控制電路的IS端口，電 阻R6的另一端接地。此電路用于檢測功率NPN晶體管30的發射極電流，即采樣功率NPN晶 體管30的電流。因為根據變壓器的原理，功率NPN晶體管30的輸出電流決定了輸出功率， 故通過采樣功率管的電流大小控制輸出功率的大小，同時電流采樣也加快了環路的響應時 間，更好的防止過載或變壓器飽和的發生；同時還用于在功率NPN晶體管30反偏時將功率NPN晶體管30的發射極箝位于1. 5V，提高功率NPN晶體管30的集射極電壓。 如圖2所示，為圖1中的反相器的結構示意圖，電流源13的一端接電源VCC，另一
端接輸出和功率NPN晶體管的集電極，功率NPN晶體管的基極接輸入IN，功率NPN晶體管的
發射極接地。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
權利要求
一種交流/直流開關電源的脈寬調制控制電路，其特征在于，包括斜坡電流驅動電路、用于輸出功率的功率NPN晶體管和輸出電流檢測電路，其中所述斜坡電流驅動電路，用于采樣所述功率NPN晶體管的輸出電流，并根據所述功率NPN晶體管的輸出電流產生所述功率NPN晶體管的基極驅動電流；所述輸出電流檢測電路，用于檢測所述功率NPN晶體管的發射極電流。
2. 根據權利要求1所述的脈寬調制控制電路，其特征在于，所述脈寬調制控制電路還 包括啟動電路，用于提供所述脈寬調制控制電路的啟動電流。
3. 根據權利要求2所述的脈寬調制控制電路，其特征在于，所述斜坡電流驅動電路的 輸出電流與所述功率NPN晶體管的發射極電流成正比。
4. 根據權利要求3所述的脈寬調制控制電路，其特征在于，所述斜坡電流產生電路包 括雙極型晶體管Ql、雙極型晶體管Q2、雙極型晶體管Q3、雙極型晶體管Q4、雙極型晶體管 Q5 、雙極型晶體管Q6 、雙極型晶體管Q7 、電阻Rl 、電阻R2 、電阻R3 、電流源11和反相器INV1 ， 射所述雙極型晶體管Q1的集電極分別接所述雙極型晶體管Q2的集電極、所述雙極型晶 體管Q2的基極和所述電流源II的一端，所述電流源II的另一端接電壓源VCC ;所述雙極型晶體管Q2的發射極接所述電阻R1的一端，所述電阻R1的另一端接所述脈 寬調制控制電路的IS端口 ；所述雙極型晶體管Q3的發射極與所述電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端接地；所述雙極型晶體管Q3的集電極分別接所述雙極型晶體管Q4的集電極、所述雙極型晶 體管Q4的基極和所述雙極型晶體管Q5的基極；所述雙極型晶體管Q4的發射極和所述雙極 型晶體管Q5的發射極接所述電壓源VCC ;所述雙極型晶體管Q5的集電極分別接所述電阻 R3和所述雙極型晶體管Q6的基極，所述電阻R3的另一端接地，所述雙極型晶體管Q6的集 電極接所述電壓源VCC，所述雙極型晶體管Q6的射極分別接所述雙極型晶體管Q7的集電極 和所述脈寬調制控制電路的OB端口 ；所述雙極型晶體管Q7的發射極接地，所述雙極型晶體管Q7的基極接所述雙極型晶體 管Q1的基極和所述反相器INV1的輸出，所述反相器INV1的輸入接脈寬調制PWM信號。
5. 根據權利要求4所述的脈寬調制電路，其特征在于，所述功率NPN晶體管關斷時，所 述雙極型晶體管Q7反抽所述功率NPN晶體管的基極電流。
6. 根據權利要求5所述的脈寬調制控制電路，其特征在于，所述啟動電路包括雙極型 晶體管Qll、雙極型晶體管Q12、雙極型晶體管Q13、電阻R7和電阻R8，其中所述電阻R8的一端接交流整流后電源，所述電阻R8的另一端接所述雙極型晶體管Q11的基極和所述脈寬調制控制電路的OB端口 ；所述雙極型晶體管Q13的基極接所述脈寬調制控制電路的0E端口 ； 所述雙極型晶體管Qll和雙極型晶體管Q13的發射極懸空，所述雙極型晶體管Q13的集電極分別接所述雙極型晶體管Q12和所述電阻R7 ;所述雙極型晶體管Q12的集電極接所述雙極型晶體管Qll的集電極，所述雙極型晶體管Q12的發射極和所述電阻R7的另一端接所述電壓源VCC。
7. 根據權利要求6所述的脈寬調制電路，其特征在于，所述功率NPN晶體管的集電極接變壓器的原邊繞組的一端，所述功率NPN晶體管的發射極接所述脈寬調制控制電路的0E 端口，所述功率NPN晶體管的基極接所述脈寬調制控制電路的OB端口。
8.根據權利要求7所述的脈寬調制電路，其特征在于，所述輸出電流檢測電路包括電 流源12、電阻R4、電阻R5、電阻R6、雙極型晶體管Q8和雙極型晶體管Q9，其中所述電流源12的一端接所述電阻R4和所述雙極型晶體管Q8的基極，所述電阻R4的 另一端接地；所述雙極型晶體管Q9的集電極接所述雙極型晶體管Q8的發射極和所述脈寬調制控制 電路的0E端口 ，所述雙極型晶體管Q9的發射極和所述電阻R6的一端接所述脈寬調制控制 電路的IS端口，所述電阻R6的另一端接地。
全文摘要
本發明提供一種交流/直流開關電源的脈寬調制控制電路，包括斜坡電流驅動電路、功率NPN晶體管和輸出電流檢測電路，其中所述斜坡電流驅動電路，用于采樣所述功率NPN晶體管的輸出電流，并根據所述功率NPN晶體管的輸出電流產生所述功率NPN晶體管的基極驅動電流；所述功率NPN晶體管用于輸出功率；所述輸出電流檢測電路，用于檢測功率NPN晶體管的發射極電流，可防止其發射極電流過大，導致功率NPN晶體管損壞，并且還可有效提高驅動電流，提高響應速度。
文檔編號H02M7/217GK101741268SQ20101011295
公開日2010年6月16日 申請日期2010年2月3日 優先權日2010年2月3日
發明者劉洪濤, 李建鋒 申請人:西安民展微電子有限公司