直流電流驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種直流電流驅(qū)動電路。本發(fā)明的電路至少包括：供電單元、儲能元件、多個受控開關(guān)、待驅(qū)動器件、采樣所述待驅(qū)動器件的電氣參數(shù)的采樣單元及控制單元，其中，所述控制單元根據(jù)所述電氣參數(shù)來控制所述多個受控開關(guān)開閉，使所述待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓為負時所形成的電路回路包含能量吸收單元，以便通過吸收所述儲能元件所存儲的能量來使流經(jīng)所述待驅(qū)動器件的電流保持穩(wěn)定。
【專利說明】直流電流驅(qū)動電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，特別是涉及一種直流電流驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]功率開關(guān)器件，例如，雙極性晶體管(BJT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、發(fā)射極可關(guān)斷晶閘管(ETO)等，需要驅(qū)動電路向自身的門極提供直流電流以便導通工作。
[0003]現(xiàn)有驅(qū)動電路一種為線性調(diào)節(jié)電路，如圖1所示，其為一種優(yōu)選的線性調(diào)節(jié)電路示意圖。該線性調(diào)節(jié)電路包括提供電壓V1的供電單元、采樣電阻Rs、控制晶體管Q1開閉的控制電路，該控制電路將采樣電阻Rs兩端的電壓與參考電壓Vref進行比較來控制晶體管Q1的開閉，從而使電路提供給功率開關(guān)器件門極的電流Ig=Vref/Rs，其中，Vg表示功率開關(guān)器件的門極電壓。該線性調(diào)節(jié)電路雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但由于其效率H =Vg/'，而功率開關(guān)器件的門極Vg=0.7V，若電壓V1=5V，則效率η = VgA1=0.7/5=14%，顯然效率非常低。
[0004]現(xiàn)有另一種驅(qū)動電路為降壓式變換器(即Buck電路)。如圖2所示，該Buck電路包括提供電壓V1的供電單元、電感L、采樣電阻Rs、晶體管Q1與Q2及控制電路。該控制電路根據(jù)采樣電阻Rs兩端的電壓來控制晶體管Q1導通、晶體管Q2關(guān)斷，使電路進入狀態(tài)1，如圖3a所示，在該狀態(tài)I下，供電單元通過電感L向功率開關(guān)器件的門極提供驅(qū)動電流，隨著電感電流的逐步上升，當上升至電流ILb時，控制電路基于采樣電阻Rs此時兩端的電壓高于其自身內(nèi)設(shè)的第一參考電壓來控制晶體管Q2導通、晶體管Q1關(guān)斷，使電路由狀態(tài)I進入狀態(tài)2，如圖3b所示，在該狀態(tài)2下，電感L通過功率開關(guān)器件放電，由此，流經(jīng)功率開關(guān)器件門極的電流由電流ILb開始下降，當降至電流ILa時，控制電路基于采樣電阻Rs此時兩端的電壓低于其自身內(nèi)設(shè)的第二參考電壓來重新使晶體管Q1導通、晶體管Q2關(guān)斷，使電路由狀態(tài)2重返狀態(tài)1，如此電路不斷在狀態(tài)I與狀態(tài)2之間反復，如圖3c所示，在控制電路的控制下，最終流經(jīng)功率開關(guān)器件門極的平均電流為Vref’ /Rs，該參考電壓Vref ’基于功率開關(guān)器件來預先確定。
[0005]然而，在某些應用中，由于功率開關(guān)器件的門極電壓Vg可能為負值，而當門極電壓Vg為負值時，上述Buck電路無論處于狀態(tài)I還是狀態(tài)2，電感兩端的電壓始終是正值，導致電感電流Ig (即功率開關(guān)器件門極電流)會持續(xù)增加而無法維持在某一水平，如圖3d所示。因此，迫切需要一種新型的直流電流驅(qū)動電路，以避免因功率開關(guān)器件的門極電壓為負值而導致驅(qū)動電流持續(xù)增加 。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種直流電流驅(qū)動電路，以避免因功率開關(guān)器件的門極電壓為負值而導致驅(qū)動電流不能保持穩(wěn)定的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種直流電流驅(qū)動電路，其包括:供電單元、儲能元件、多個受控開關(guān)、待驅(qū)動器件、采樣所述待驅(qū)動器件的電氣參數(shù)的采樣單元及控制單元，其中，所述控制單元根據(jù)所述電氣參數(shù)來控制所述多個受控開關(guān)開閉，使所述待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓為負時所形成的電路回路包含能量吸收單元，以便通過吸收所述儲能元件所存儲的能量來使流經(jīng)所述待驅(qū)動器件的電流保持穩(wěn)定。
[0008]優(yōu)選地,所述能量吸收單元包括所述供電單元。
[0009]如上所述，本發(fā)明的直流電流驅(qū)動電路，具有以下有益效果:在待驅(qū)動器件的門極電壓為負值時，任能使流經(jīng)待驅(qū)動器件的驅(qū)動電流保持穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的線性調(diào)節(jié)電路示意圖。
[0011]圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的降壓式變換器示意圖。
[0012]圖3a與3b顯示為圖2所示的降壓式變換器在不同狀態(tài)時電流示意圖。
[0013]圖3c顯示為圖2所示的降壓式變換器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖。
[0014]圖3d顯示為圖2所示的降壓式變換器在門極電壓為負值時的電流示意圖。
[0015]圖4顯示為本發(fā)明的直流電流驅(qū)動電路的一種優(yōu)選示意圖。
[0016]圖5a與5b顯示為待驅(qū)動器件的門極電壓為正時圖4所示的直流電流驅(qū)動電路在不同狀態(tài)時電流示意圖。
[0017]圖5c顯示為待驅(qū)動器件的門極電壓為正時圖4所示的直流電流驅(qū)動電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖。
[0018]圖6a與6b顯示為待驅(qū)動器件的門極電壓為負時圖4所示的直流電流驅(qū)動電路在不同狀態(tài)時電流示意圖。
[0019]圖6c顯示為待驅(qū)動器件的門極電壓為負時圖4所示的直流電流驅(qū)動電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖。
[0020]圖7a顯示為待驅(qū)動器件的門極電壓由正轉(zhuǎn)為負時圖4所示的直流電流驅(qū)動電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖。
[0021]圖7b顯示為待驅(qū)動器件的門極電壓由負轉(zhuǎn)為正時圖4所示的直流電流驅(qū)動電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。
[0023]請參閱圖4至圖7b。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。
[0024]本發(fā)明提供的直流電流驅(qū)動電路包括:供電單元、儲能元件、多個受控開關(guān)、待驅(qū)動器件、采樣所述待驅(qū)動器件的電氣參數(shù)的采樣單元及控制單元。其中，所述控制單元根據(jù)所述電氣參數(shù)來控制所述多個受控開關(guān)開閉，使所述待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓為負時所形成的電路回路包含能量吸收單元，以便通過吸收所述儲能元件所存儲的能量來使流經(jīng)所述待驅(qū)動器件的電流保持穩(wěn)定。
[0025]其中，所述電氣參數(shù)包括但不限于:電流、電壓等等。所述采樣單元包括任何能采樣所述待驅(qū)動器件的電氣參數(shù)的單元，優(yōu)選地，包括但不限于:電阻、電流傳感器等等。所述儲能元件包括但不限于:電感、電感與電容構(gòu)成的儲能電路等等；受控開關(guān)包括晶體管、場效應管、二極管等等；所述待驅(qū)動器件包括任何工作時其門極需要直流驅(qū)動電流的器件，優(yōu)選地，包括但不限于:雙極性晶體管、門極可關(guān)斷晶閘管、集成門極換流晶閘管、或發(fā)射極可關(guān)斷晶閘管等；所述控制單元包括任何能基于所述電氣參數(shù)來控制多個受控開關(guān)開閉的單元，優(yōu)選地，其包括比較電路、或數(shù)字處理器等；所述能量吸收單元包括任何能吸收所述儲能元件所存儲的能量的單元，優(yōu)選地，包括但不限于:所述供電單元、或者由受控開關(guān)、電阻及地構(gòu)成的串接電路等。
[0026]例如，如圖4所示，其為一種優(yōu)選直流電流驅(qū)動電路示意圖。該直流電流驅(qū)動電路包括:能提供電壓V1的供電單元、儲能元件L1、受控開關(guān)QpQ2、與Q3、待驅(qū)動器件、采樣所述待驅(qū)動器件的電流的采樣電阻Rs、控制單元及二極管D1，各器件的連接關(guān)系如圖所示，在此不再一一詳述。需要說明的是，為簡化圖示，圖中未示出待驅(qū)動器件，僅以電壓源Vg來表示待驅(qū)動器件的門極電壓。
[0027]上述直流電流驅(qū)動電路的工作過程如下:
[0028]當所述待驅(qū)動器件的門極電壓Vg為正時，所述控制單元將所述采樣電阻Rs兩端的電壓與第一參考電壓進行比較后，控制所述受控開關(guān)Q1與Q3導通、受控開關(guān)Q2關(guān)斷，由此，電路進入狀態(tài)I，在該狀態(tài)1，電路電流如圖5a中的箭頭所示，基于供電單元所提供的電能，電感電流(即流經(jīng)待驅(qū)動器件門極的電流)不斷上升，進而采樣電阻Rs兩端電壓也不斷上升，當電感電流上升至ILlb時，所述控制單元基于采樣電阻Rs兩端電壓高于第二參考電壓而控制所述受控開關(guān)Q1關(guān)斷、受控開關(guān)Q2與Q3導通，由此，電路由狀態(tài)I進入狀態(tài)2，在該狀態(tài)2，電路電流如圖5b中的箭頭所示，隨著電感不斷放電，電感電流不斷下降，進而采樣電阻Rs兩端電壓也不斷下降，當電感電流下降至ILla時，所述控制單元基于采樣電阻Rs兩端電壓低于第一參考電壓而再次控制所述受控開關(guān)Q1與Q3導通、受控開關(guān)Q2關(guān)斷，電路又由狀態(tài)2重返狀態(tài)1，由此可見，當所述待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓為正時，直流電流驅(qū)動電路不斷在狀態(tài)I與狀態(tài)2之間交替，如圖5c所示，從而使得流經(jīng)待驅(qū)動器件門極的平均電流穩(wěn)定在Vref Ι/Rs，其中，Vrefl為第一預定參考電壓。
[0029]當所述待驅(qū)動器件的門極電壓Vg由正轉(zhuǎn)變?yōu)樨摃r，若此時電路處于狀態(tài)1，則當電感電流上升至ILlb時，所述控制單元控制所述受控開關(guān)Q1關(guān)斷、受控開關(guān)Q2與Q3導通，使電路進入狀態(tài)2，在該狀態(tài)2，電路電流如圖6a中的箭頭所示，由于門極電壓Vg為負，故電感電流由ILlb繼續(xù)上升，進而采樣電阻Rs兩端電壓也隨之不斷上升，當電感電流上升至IL2b時，所述控制單元基于采樣電阻Rs兩端電壓高于第三參考電壓而控制所述受控開關(guān)Q1與Q3關(guān)斷、受控開關(guān)Q2導通，由此，電路由狀態(tài)2進入狀態(tài)3，在該狀態(tài)3，電路電流如圖6b中的箭頭所示，即供電單元作為能量吸收單元吸收電感的電能，使電感電流由IL2b不斷下降，進而采樣電阻Rs兩端電壓也不斷下降，當電感電流降至IL2a時，所述控制單元基于采樣電阻Rs兩端電壓低于第四參考電壓而控制所述受控開關(guān)Q1關(guān)斷、受控開關(guān)Q2與仏導通，由此，電路由狀態(tài)3重返狀態(tài)2 ;如此，電路不斷在狀態(tài)2與狀態(tài)2之間交替，如圖6c所示。
[0030]當所述待驅(qū)動器件的門極電壓Vg由正轉(zhuǎn)變?yōu)樨摃r，若此時電路處于狀態(tài)2，則由于門極電壓Vg為負，故電感電流由下降轉(zhuǎn)變?yōu)橹鸩缴仙鐖D7a所示，在控制單元的控制下，電路同樣不斷在狀態(tài)2與狀態(tài)2之間交替。
[0031]當所述待驅(qū)動器件的門極電壓Vg由負轉(zhuǎn)變?yōu)檎龝r，此時若電路處于狀態(tài)3，則由于門極電壓Vg為正，故電感電流下降至IL2a后，會繼續(xù)下降，當下降至ILla時，控制單元控制所述受控開關(guān)Q1與Q3導通、受控開關(guān)Q2關(guān)斷，電路由狀態(tài)3進入狀態(tài)1，進而電路開始不斷在狀態(tài)I與狀態(tài)2之間交替；若所述待驅(qū)動器件的門極電壓Vg由負轉(zhuǎn)變?yōu)檎龝r，電路處于狀態(tài)2，則由于門極電壓Vg為正，故電感電流由上升轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆担斀抵罥Lla時，控制單元控制所述受控開關(guān)Q1與Q3導通、受控開關(guān)Q2關(guān)斷，電路由狀態(tài)2進入狀態(tài)I，進而電路也開始不斷在狀態(tài)I與狀態(tài)2之間交替，如圖7b所示。
[0032]由此可見，當所述待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓由正變?yōu)樨摃r，直流電流驅(qū)動電路無論出于狀態(tài)I還是狀態(tài)2，在控制單元的控制下，電路都會進入狀態(tài)3，進而會不斷在狀態(tài)2與狀態(tài)2之間交替，使得流經(jīng)待驅(qū)動器件門極的平均電流最終穩(wěn)定在Vref2/Rs，其中，Vref2為第二預定參考電壓；當所述待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓由負變?yōu)檎龝r，直流電流驅(qū)動電路無論出于狀態(tài)3還是狀態(tài)2，在控制單元的控制下，電路都會進入狀態(tài)1，進而會不斷在狀態(tài)I與狀態(tài)2之間交替，使得流經(jīng)待驅(qū)動器件門極的平均電流最終穩(wěn)定在Vrefl/Rs0
[0033]由上所述可見，當待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓(即門極電壓)為負時，控制單元根據(jù)所述采樣電阻Rs兩端的電壓來控制受控開關(guān)％、Q2與Q3的開閉，使所形成的電路回路包含吸收電感L1所存儲的能量的供電單元，從而使流經(jīng)所述待驅(qū)動器件門極的電流穩(wěn)定在Vref2/Rs，而且，由于電感L1所存儲的能量被供電單元所回收，故電路的功耗低。該直流電流驅(qū)動電路的優(yōu)點包括:
[0034]1、當待驅(qū)動器件的門極電壓Vg為正值，電路的狀態(tài)I和狀態(tài)2交替出現(xiàn)，電感電流維持在Vrefl/Rs ;當待驅(qū)動器件的門極電壓Vg為負值，電路的狀態(tài)2和狀態(tài)3交替出現(xiàn)，電感電流維持在Vref2/Rs。
[0035]2、當待驅(qū)動器件的門極電壓Vg為負值并且電路工作在狀態(tài)3時，供電單元吸收能量，從而使得電路的功耗低。
[0036]3、當待驅(qū)動器件的門極電壓Vg在正負之間變化時，電路能自動切換工作狀態(tài)。
[0037]此外，需要說明的是，上述圖4所示的直流電流驅(qū)動電路僅僅只是列示，而非對本發(fā)明的限制，事實上，電路中的二極管Dl可用受控開關(guān)等來取代；當待驅(qū)動器件的門極電壓Vg為負值時，電感的能量也可通過受控開關(guān)流向地等等。
[0038]總之，上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種直流電流驅(qū)動電路，其包括:供電單元、儲能元件、多個受控開關(guān)、待驅(qū)動器件、采樣所述待驅(qū)動器件的電氣參數(shù)的采樣單元及控制單元，所述低功耗的直流電流驅(qū)動電路的特征在于:所述控制單元根據(jù)所述電氣參數(shù)來控制所述多個受控開關(guān)開閉，使所述待驅(qū)動器件的被驅(qū)動端電壓為負時所形成的電路回路包含能量吸收單元，以便通過吸收所述儲能元件所存儲的能量來使流經(jīng)所述待驅(qū)動器件的電流保持穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流驅(qū)動電路，其特征在于:所述能量吸收單元包括所述供電單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流驅(qū)動電路，其特征在于:所述采樣單元包括用于采樣所述待驅(qū)動器件的電流的采樣電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流驅(qū)動電路，其特征在于:所述控制單元包括比較電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流驅(qū)動電路，其特征在于:所述待驅(qū)動器件包括:雙極性晶體管、門極可關(guān)斷晶閘管、集成門極換流晶閘管、發(fā)射極可關(guān)斷晶閘管中的一種。
【文檔編號】G05F1/565GK103513692SQ201210206136
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】陳遷, 黃勤 申請人:無錫維賽半導體有限公司