[發明專利]使用雙極達林頓器件作為功率開關器件的開關變換器

無效

• 申請號: 201310553749.4
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103840672A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 謝潮聲;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 科域半導體有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/092
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;董領遜

技術領域

本發明涉及開關變換器。本發明特別涉及(但不限于)利用達林頓結構的雙極晶體管的開關變換器。

背景技術

在圖1和圖2中示出現有技術的開關變換器電路。圖1和圖2之間的主要區別在于主開關元件的選擇。在圖1中，主開關元件是雙極晶體管117，而在圖2中主開關元件是MOSFET?217。

雙極晶體管比MOSFET廉價得多。然而，MOSFET是優選的，尤其是在較高輸出功率的情況下。這是由于如下原因：

（a）雙極晶體管需要持續的基極電流以使其保持導通狀態，而MOSFET僅需要柵極電容的充電來使其導通。

（b）具有高擊穿電壓（如600-700V）的功率雙極晶體管的電流增益通常不高（約10至25，或者甚至在一些情況下小于10）。這使得用于驅動基極的功率相當大，當功率變換器將高功率傳遞至其輸出端時尤其如此。開關變換器電路的效率將隨之降低。

通過使用達林頓結構的雙極晶體管(或稱為達林頓對)，有效電流增益是各個晶體管的電流增益的乘積。因此，能夠容易地獲得幾百的有效電流增益，并且由于基極驅動引起的功率損耗能夠降低至與相同功率級的MOSFET對應部件的柵極驅動所引起的功率損耗相若。然而，商業上可供使用的達林頓晶體管通常為3引腳封裝，其中B為第一個基極，而E為最后一個發射極，如圖4所示。易于通過小的基極電流使達林頓晶體管導通，但是由于內基極處的基極弛張（圖4中晶體管402或404的基極引腳），關斷很緩慢。因此，由于從導通狀態至關斷狀態的緩慢開關轉換在開關器件上產生大量的熱，所以不適用于開關變換器應用。這造成了散熱問題以及效率降低。

另一用于非隔離型LED照明應用的典型開關變換電路示于圖3中。該功率開關器件還是MOSFET?315而不是雙極晶體管。

發明內容

本發明的目的在于克服或基本上改善上述缺點和/或更概括地提供一種改進的開關變換器。

本文公開了一種開關變換器電路，其包括：

作為主開關器件的達林頓雙極器件，所述達林頓雙極器件具有四個端子，即集電極、發射極、第一基極和內基極；以及

開關控制電路，在所述達林頓雙極器件的導通期間，所述開關控制電路把連接所述內基極的控制引腳保持為高阻抗的同時，向所述第一基極提供電流驅動；以及

開關控制電路，在所述達林頓開關器件的關斷期間，所述開關控制電路為所述達林頓開關器件的第一基極端子和內基極端子兩者均提供基極弛張。

優先選擇，所述達林頓雙極器件由兩個分立式雙極晶體管組成。

另一選擇，所述達林頓雙極器件可以由兩個分立式雙極晶體管封裝在單個四引腳封裝中組成。

優先選擇，所述達林頓雙極器件由兩個在同一單塊式芯片上的雙極晶體管組成。

在本文中還公開了一種開關控制器IC，其用于控制具有由兩個雙極晶體管形成的兩個對應的基極端子的外置達林頓晶體管，所述開關控制器IC包括：

兩個控制引腳，其用于控制所述外置達林頓晶體管的兩個對應的基極端子，第一控制引腳向達林頓晶體管的第一基極提供電流驅動以導通達林頓晶體管，并且為達林頓晶體管的第一基極端子提供基極弛張通道以使達林頓晶體管關斷，第二控制引腳在達林頓晶體管的導通期間提供高阻抗狀態，并且為達林頓晶體管的內基極端子提供基極弛張通道以使達林頓晶體管關斷。

在本文中還公開了一種開關控制器IC，其集成一個開關控制電路和達林頓對的第一晶體管，所述IC具有用于與外置雙極晶體管相接以形成所述達林頓對的下列引腳：

基極連接引腳，其作為在IC中的所述達林頓對的第一雙極晶體管的發射極，所述基極連接引腳提供基極電流從而導通所述外置雙極晶體管，并且還具有用于關斷所述外置雙極晶體管的基極弛張功能；以及

集電極引腳，其作為在所述達林頓晶體管對的IC中的第一雙極晶體管的集電極，所述集電極引腳連接至所述外置雙極晶體管的集電極。

在本文中還公開了開關變換器電路，其包括：

作為主開關元件的達林頓雙極器件，所述達林頓雙極器件具有第一基極端子和內基極端子；以及

用于向所述第一基極端子提供電流驅動以導通所述達林頓雙極器件的裝置；

到所述第一基極端子和所述內基極端子以關斷所述達林頓雙極器件的基極弛張電路。

達林頓雙極器件可以由分立式雙極晶體管組成。

另一選擇，達林頓雙極器件可以由兩個在同一單塊式芯片上的雙極晶體管組成。

達林頓器件可以設置在例如單個四引腳封裝中。