[发明专利]使用双极达林顿器件作为功率开关器件的开关变换器

说明书

技术领域

本发明涉及开关变换器。本发明特别涉及(但不限于)利用达林顿结构的双极晶体管的开关变换器。

背景技术

在图1和图2中示出现有技术的开关变换器电路。图1和图2之间的主要区别在于主开关元件的选择。在图1中，主开关元件是双极晶体管117，而在图2中主开关元件是MOSFET 217。

双极晶体管比MOSFET廉价得多。然而，MOSFET是优选的，尤其是在较高输出功率的情况下。这是由于如下原因：

（a）双极晶体管需要持续的基极电流以使其保持导通状态，而MOSFET仅需要栅极电容的充电来使其导通。

（b）具有高击穿电压（如600-700V）的功率双极晶体管的电流增益通常不高（约10至25，或者甚至在一些情况下小于10）。这使得用于驱动基极的功率相当大，当功率变换器将高功率传递至其输出端时尤其如此。开关变换器电路的效率将随之降低。

通过使用达林顿结构的双极晶体管(或称为达林顿对)，有效电流增益是各个晶体管的电流增益的乘积。因此，能够容易地获得几百的有效电流增益，并且由于基极驱动引起的功率损耗能够降低至与相同功率级的MOSFET对应部件的栅极驱动所引起的功率损耗相若。然而，商业上可供使用的达林顿晶体管通常为3引脚封装，其中B为第一个基极，而E为最后一个发射极，如图4所示。易于通过小的基极电流使达林顿晶体管导通，但是由于内基极处的基极弛张（图4中晶体管402或404的基极引脚），关断很缓慢。因此，由于从导通状态至关断状态的缓慢开关转换在开关器件上产生大量的热，所以不适用于开关变换器应用。这造成了散热问题以及效率降低。

另一用于非隔离型LED照明应用的典型开关变换电路示于图3中。该功率开关器件还是MOSFET 315而不是双极晶体管。

发明内容

本发明的目的在于克服或基本上改善上述缺点和/或更概括地提供一种改进的开关变换器。

本文公开了一种开关变换器电路，其包括：

作为主开关器件的达林顿双极器件，所述达林顿双极器件具有四个端子，即集电极、发射极、第一基极和内基极；以及

开关控制电路，在所述达林顿双极器件的导通期间，所述开关控制电路把连接所述内基极的控制引脚保持为高阻抗的同时，向所述第一基极提供电流驱动；以及

开关控制电路，在所述达林顿开关器件的关断期间，所述开关控制电路为所述达林顿开关器件的第一基极端子和内基极端子两者均提供基极弛张。

优先选择，所述达林顿双极器件由两个分立式双极晶体管组成。

另一选择，所述达林顿双极器件可以由两个分立式双极晶体管封装在单个四引脚封装中组成。

优先选择，所述达林顿双极器件由两个在同一单块式芯片上的双极晶体管组成。

在本文中还公开了一种开关控制器IC，其用于控制具有由两个双极晶体管形成的两个对应的基极端子的外置达林顿晶体管，所述开关控制器IC包括：

两个控制引脚，其用于控制所述外置达林顿晶体管的两个对应的基极端子，第一控制引脚向达林顿晶体管的第一基极提供电流驱动以导通达林顿晶体管，并且为达林顿晶体管的第一基极端子提供基极弛张通道以使达林顿晶体管关断，第二控制引脚在达林顿晶体管的导通期间提供高阻抗状态，并且为达林顿晶体管的内基极端子提供基极弛张通道以使达林顿晶体管关断。

在本文中还公开了一种开关控制器IC，其集成一个开关控制电路和达林顿对的第一晶体管，所述IC具有用于与外置双极晶体管相接以形成所述达林顿对的下列引脚：

基极连接引脚，其作为在IC中的所述达林顿对的第一双极晶体管的发射极，所述基极连接引脚提供基极电流从而导通所述外置双极晶体管，并且还具有用于关断所述外置双极晶体管的基极弛张功能；以及

集电极引脚，其作为在所述达林顿晶体管对的IC中的第一双极晶体管的集电极，所述集电极引脚连接至所述外置双极晶体管的集电极。

在本文中还公开了开关变换器电路，其包括：

作为主开关元件的达林顿双极器件，所述达林顿双极器件具有第一基极端子和内基极端子；以及

用于向所述第一基极端子提供电流驱动以导通所述达林顿双极器件的装置；

到所述第一基极端子和所述内基极端子以关断所述达林顿双极器件的基极弛张电路。

达林顿双极器件可以由分立式双极晶体管组成。

另一选择，达林顿双极器件可以由两个在同一单块式芯片上的双极晶体管组成。

达林顿器件可以设置在例如单个四引脚封装中。