[发明专利]一种功率开关器件的内部连接方式及器件

说明书

本发明涉及一种功率开关器件的内部电连接方式及由此而构成的器件，特别是类似于达林顿连接方式的高放大倍数功率开关器件的电连接方式及器件。

现有的功率开关器件（管）为了解决普通晶体管直流放大系数h_FE小的问题，一般都将两个或两个以上的晶体管采取达林顿连接方式，以使其总的h_FE增大。《脉宽调制变换器稳压电源》（科学出版社，1983年版）第48页公开的就是这样一种连接方式。而且，这种连接方式已较广泛地用于功率开关器件之中，并生产出了用于不同场合的组合管、模块。但是，这种连接方式，h_FE的增大是以末级晶体管的饱和压降增加为代价的。由于该管的饱和压降增大，导通期间集电极损耗将增加，在大电流负载的情况下，这种损耗将是可观的。另外，这对晶体管的大功率承受能力的要求也就相应地增高了。

本发明的目的是提供一种高直流电流放大倍数、低饱和压降的电连接方式及其器件的连接模式，以克服现有技术之不足。

本发明是通过以下途径实现的：在保持现有的达林顿连接中的基极和发射极连接方式不变的情况下，改变各晶体管的集电极连接方式，使前级各晶体管（一个或一个以上。当前级为一个管子时，称二级连接，两个管子时称三级连接，依次类推）的集电极之共接点与末级晶体管的集电极断开，以改变前级各晶体管的集电极由末级晶体管集电极电源直接提供工作电源的方式，而采取其它方式提供前级各晶体管集电极工作电源。采取这种方式连接的情况下（如附图1），C、E两点间的电压降即为末级晶体管BG₃的饱和压降V_CES3。显然，该压降值远低于达林顿连接时的饱和压降值（达林顿二级连接时饱和压降为（V_CES1+V_BE2）三级连接时为（V_CES1+V_BE2+V_BE3），

这里，前级各晶体管的工作电源可以由一个附加的电源提供，也可以通过一个稳压电路间接地与末级晶体管的集电极连接，利用末级晶体管的集电极电源提供其工作电源。另外，还可以通过负载间接提供其所需的工作电源。

本发明可以在前级各晶体管集电极之共接点与末级晶体管的集电极简单地断开的情况下，做成一个四端口功率开关管。也可以在前级各晶体管集电极之共接点与末级晶体管集电极之间接一个稳压电路的情况下，将稳压电路制作在其中，使其总体上仍成为一个三端口功率开关管。

本发明所述的前级各晶体管，可以是与末级晶体管相同的双极晶体管，也可以是场效应晶体管。

本发明所述的稳压电路，可以是简单的由末级指向前级的单向的DRC电路，也可以是DC/DC变换器、AC/DC变换器或直流开关稳压电源等。

本发明除可制作成四端口或三端口的功率开关管外，也可以制作成用于不同场合的组合管、模块。即可以在现有的采用达林顿连接方式的各种功率开关器件中，改用本发明所述的连接方式。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

1.以本发明连接方式所构成的管（或模块）的饱和压降，明显低于达林顿连接时的饱和压降，从而导通功耗小。在同等条件下，以本发明所构成的管（模块）的功耗仅为达林顿连接时功耗的1/2-1/4;2.一般地说，晶体管所需的耗散功率越大，管子成本越高，所以在负载一定的情况下，利用本发明后，则可用低耗散功率管替代高耗散功率管，以降低电路成本;3.在选择材料的条件相同的情况下，由于本发明功耗较小，所制作的晶体管（模块）的稳定性、可靠性和耐压能力，都优于达林顿连接方式。4.由于以本发明连接方式构成的管子（或模块），前级管工作在非饱和或浅饱和状态，其总体动态特性和电流放大系数都有所改善。

下面将结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是体现本发明特征的三级电连接方式图。

图2是符合本发明的由末级晶体管集电极间接提供前级晶体管集电极工作电源的一种电连接方式图。

图3是符合本发明的负载为变压器时的一种电连接方式图。

图4是符合本发明的一种模块式连接方式图。