专利名称：电源单元,晶体管驱动方法及记录媒质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种待驱动的晶体管所使用的电源单元(调节器电路)。
然而，如果集电极由于某种原因被意外地接地，则在传统调节器电路中会发生问题。也即，由于即使增加基极电流也无法提高集电极输出电压，因此调节器电路连续地保持增加基极电流，从而随后在待驱动晶体管中产生热量。而当热量损耗超过其允许极限时，被驱动晶体管即被烧坏。
考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种改进的调节器电路(电源单元)，因而能够防止被驱动晶体管的热故障，该热故障可能在其集电极(副端)输出被意外地接地时发生。
该较低阈值计算装置根据被驱动晶体管的一个所需目标输出来计算该输出的一个较低阈值。该较低阈值比较装置将该晶体管的实际输出与较低阈值进行比较。而如果晶体管的实际输出小于较低阈值则该电流控制装置停止提供驱动电流。
根据具有这一电路配置的电源单元，当由于晶体管输出的意外接地等而使晶体管的实际输出变为小于该较低阈值时，该电流控制装置停止向晶体管提供驱动电流。因此，有可能防止由于过度提供驱动电流而造成的晶体管热故障。
本发明的电源单元还优选地包括一个定时器。当晶体管的实际输出变为小于较低阈值时，启动该定时器，及定时器启动后经过一段固定时间，定时器给出通知，表示这段时间已过。更优选地，当从定时器的启动直至收到通知之前的时间内晶体管的实际输出被连续地保持于较低阈值之下时，电流控制装置停止提供驱动电流。
即使晶体管的输出没有接地，它的实际输出也可能暂时减至较低阈值之下。因此，如果在实际输出减至较低阈值之后，即使经过一段固定时间之后，实际输出仍然连续地低于较低阈值，则不认为它是暂时现象。在此情况下，电流控制装置被启动以便停止向晶体管提供驱动电流，从而当晶体管的输出真正地接地或类似情况时，停止提供驱动电流。
更优选地，本发明的电源单元可以还包括一个电压比较装置，它将晶体管的实际输出与一个它的所需目标输出进行比较。在此情况下，电流控制装置根据从电压比较装置获得的比较结果来调整驱动电流的提供量。
该电源单元最好由一个IC(集成电路)组成，及该晶体管位于IC之外。
在晶体管之外提供一个这类IC的优点是便于晶体管散热。
图3是一个用于显示另一个具有一个代表本发明第二实施例的内含电源单元的晶体管驱动电路的结构的框图。
本发明的优选实施例以下参照附图详细地解释本发明的某些实施例。
第一实施例
图1是一个用于显示一个具有一个代表本发明第一实施例的内含电源单元的晶体管驱动电路的结构的框图。
此晶体管驱动电路包括一个电源单元10，一个晶体管20，一个电池30，一个负载电路40和一个参考电压电源50。
电源单元10是一个调节电路，用于向晶体管20的基极端提供驱动电流而驱动晶体管20。电源单元10用于保持晶体管20的集电极输出电压恒定。电源单元10自晶体管20的集电极端采集集电极输出电压Vin。在集电极输出电压等的基础上确定驱动电流。以下将详细地描述电源单元10的内部结构。电源单元10本身由一个IC(集成电路)组成。
晶体管20是一个待驱动的晶体管。晶体管20的射极端连至电池30，它的集电极端连至负载电路40，及它的基极端连至电源单元10。能够通过增加提供给基极端的驱动电流而提高集电极输出电压Vin，同时能够通过减少驱动电流而降低集电极输出电压Vin。晶体管20位于由一个IC组成的电源单元10之外。
电池30是一个用于向晶体管20提供DC电压的电源单元。负载电路40是一个用于接收晶体管20的集电极输出的电路，它是接地的。正常情况下晶体管20的集电极端通过负载电路40接地。然而有时候集电极端直接接地。在此情况下，虽然增加驱动电流也无法提高集电极输出电压Vin。
参考电压电源50用作一个向电源单元10发送一个晶体管20所需目标输出的电源。更具体地，电源单元10以这种方式向晶体管20的基极端提供一个驱动电流以使参考电压电源50的电压Vref(所需目标输出)变为等于自晶体管20的集电极端输出的电压。
现在参照图1解释电源单元10的内部结构。电源单元10具有一个较低阈值计算器12，一个较低阈值比较器14，一个电压比较器16，一个电流控制器18和一个定时器19。
较低阈值计算器12根据参考电压电源50的电压Vref(所需目标输出)来计算一个较低阈值。例如，该较低阈值具有等于0.5Vref的值。该较低阈值能够被设置为一个任意值，或能够具有以下特点。首先，当出现集电极端输出电压直接接地等的情况时，集电极输出电压Vin被置为低于该较低阈值。然而，在任何其它情况下，集电极输出电压Vin都超过该较低阈值。
较低阈值比较器14将集电极输出电压Vin与较低阈值(例如0.5Vref)进行比较。而如果此比较结果表明集电极输出电压Vin小于较低阈值，则较低阈值比较器14发送一个停止信号给电流控制器18。该电路可以被修改为，如果从定时器19启动后到收到通知表明已度过一段固定时间之间的时间内，集电极输出电压Vin被连续地保持于较低阈值之下，则较低阈值比较器14发送一个停止信号给电流控制器18。
电压比较器16将参考电压电源50的电压Vref(目标输出)与集电极输出电压Vin进行比较。并且电流控制器18响应于从电压比较器16获得的比较结果来提供一个驱动电流给晶体管20的基极端。更具体地，如果比较结果表明Vin高于Vref，则减少驱动电流。相反，如果Vin低于Vref，则增加驱动电流。每次可以将驱动电流增加或减少一个固定量，或者可以根据Vin与Vref的差别来设置。也即，能够根据从电压比较器16获得的比较结果来确定驱动电流的增量或减量。响应于自较低阈值比较器14发送来的停止信号，电流控制器18停止提供驱动电流给晶体管20的基极端。
当检测到集电极输出电压Vin已经响应于来自较低阈值比较器14的信号而变为小于较低阈值时，定时器19被启动。然后，在启动后度过一段固定时间后，定时器19将检测情况通知较低阈值比较器14。
其次，以下参照图2的流程图描述本发明的第一实施例中完成的操作。首先，定时器19被设置为时间0而不启动。此处现在假设由定时器19测量的时间称为“Timer”，“Timer”被设为0(S10)。在此步骤中电压比较器16将集电极输出电压Vin与参考电压电源50的电压Vref(所需目标输出)进行比较。并且如果这一比较结果表明Vin等于Vref(S12，是)，则使用电源单元10的目的已经达到，因此保持现状，并且继续比较Vin与Vref(S12)。
与此同时，如果这一比较结果表明Vin不等于Vref(S12，否)，可以认为Vin大于Vref(S14，是)。在此情况下，电流控制器18将提供给基极端的驱动电流减少(S16)。驱动电流的减量可以是一个固定量，或者根据Vin和Vref之间的差别来确定。然后该操作回至Vin和Vref的比较操作(S12)。
在Vin不大于Vref的情况下(S14，否)，当然Vin就小于Vref。在此情况下，取决于Vin和较低阈值0.5Vref之间的数值关系而采取不同操作。
较低阈值计算器12根据参考电压电源50的电压Vref来计算较低阈值。例如，较低阈值具有0.5Vref的值。较低阈值比较器14将集电极输出电压Vin和较低阈值(例如0.5Vref)进行比较(S18)。并且如果这一比较结果表明Vin大于较低阈值0.5Vref(S18，否)，则较低阈值比较器14不向电流控制器18发送停止信号。然后电流控制器18增加提供给基极端的驱动电流(S20)。此后该操作回至Vin和Vref的比较操作(S12)。
与此同时，如果以上比较结果表明Vin小于较低阈值0.5Vref(S18，是)，有可能晶体管20的集电极输出被直接接地。在集电极输出被直接接地的情况下，虽然设法增加提供给基极端的驱动电流，但也无法提高Vin。因此，在Vin被连续地保持为较低阈值0.5Vref之下一段固定时间的情况下，可以认为集电极输出被直接接地，然后能够停止提供驱动电流。
当以上比较结果表明Vin小于较低阈值0.5Vref(S18，是)时，较低阈值比较器14进行判断看Timer是否超过Tset(固定时间)(S22)。执行此判断的依据是一个用于标明超过固定时间的通知是否已经从定时器19发送至较低阈值比较器14。
如果Timer没有超过Tset(固定时间)(S22，否)，则较低阈值比较器14指令比较器19将Timer增加1(S24)。此处1表示一个时间单元，例如1s，1ms等。然后电流控制器18增加提供给基极端的驱动电流(S20)。此后该操作回至Vin和Vref的比较操作(S12)。当Timer已经超过Tset(固定时间)时(S22，是)，定时器19通知较低阈值比较器14已经超过该固定时间，因而较低阈值比较器14确定集电极输出直接接地并且发送一个停止信号给电流控制器18。随后电流控制器18停止向晶体管20的基极端提供驱动电流(S26)。
更具体地，即使集电极输出Vin没有接地等，晶体管20的实际集电极输出Vin也会暂时地减至较低阈值0.5Vref之下。因此，在实际输出Vin减至较低阈值0.5Vref之后，即使经过一段固定时间之后，实际输出Vin仍然连续地低于较低阈值0.5Vref，则不认为它是暂时现象。
在此情况下，电流控制器能够停止向晶体管20提供驱动电流，从而当晶体管20的输出实际上接地或类似情况时，停止提供驱动电流。
在此实施例中，电源单元10本身由一个IC组成，及晶体管20位于IC电源单元10之外，因而得到的优点是晶体管20的散热。
现在解释将晶体管20放置于电源单元10本身之外的理由。根据第一实施例，如果只能获得Vin和Vref，电源单元10能够决定提供给晶体管的驱动电流。也即，不必知道晶体管20的特性。因此，有可能提供电源单元10之外的晶体管20，而无论替代晶体管20与否，电源单元10仍然能够决定提供给晶体管20的驱动电流。
以上优点无法用以下方法获得，该方法形成一个与晶体管平行的电路，其中流动一个对应于1/N负载电流的电流，然后通过监视这一1/N电流而检测多余的驱动电流。在此方法中，必须知道晶体管的特性。因此，如果允许在外部提供晶体管，则将晶体管替代等的结果是晶体管特性的改变。因此，在此方法中，晶体管必须位于电源单元(调节器电路)之内。然而，由于晶体管散热的需要，不可能将晶体管包括在其内。
然而，根据第一实施例，有可能将晶体管20放置于电源单元10之外。
第二实施例第二实施例如此构造以便在第一实施例中的个别块之外形成一个电气硬件配置，其中省略定时器19。
图3是一个用于显示一个具有一个涉及本发明第二实施例的内含电源单元的晶体管驱动电路的结构的电路图。此晶体管驱动电路包括一个电源单元10，一个晶体管20，一个电池30，一个负载电路40和一个参考电压电源50。以上晶体管20，电池30，负载电路40和参考电压电源50与第一实施例中的完全相同。
电源单元10具有一个较低阈值计算器12，一个较低阈值比较器14，一个电压比较器16和一个电流控制器18。
较低阈值计算器12由两个彼此串联的电阻器R组成。较低阈值计算器12的两端连至参考电压电源50。而在电阻器R的连点处获得的电位用作一个较低阈值0.5Vref。
较低阈值比较器14将两个晶体管Tr3与Tr4进行比较。具有较低阈值0.5Vref电位的连点连至晶体管Tr3的基极，而晶体管20的集电极输出连至晶体管Tr4的基极。晶体管Tr3的射极连至晶体管Tr4的射极。
电压比较器16包括两个晶体管Tr1和Tr2。参考电压电源50连至晶体管Tr1的基极，而晶体管20的集电极输出连至晶体管Tr2的基极。晶体管Tr1的射极连至晶体管Tr2的射极。而晶体管Tr2的集电极连至电池30。
电流控制器18包括两个晶体管Tr5和Tr6。如果晶体管Tr5响应于电压比较器16而增加集电极电流，则它促使所提供的驱动电流增加而提高集电极输出Vin。当晶体管Tr6被接通时，即停止提供驱动电流。
为接通晶体管Tr6，电流14必须超过一个固定值。而为增加电流14，必须响应于电压比较器16而增加晶体管20的驱动电流，及晶体管20的集电极输出必须低于较低阈值比较器14中的较低阈值。允许只与晶体管20的驱动电流的增加的同时接通晶体管Tr6的理由在于防止误操作，以免较低阈值比较器14早些时候在初始接通时进行操作。
其次解释本发明第二实施例中完成的操作。由于第二实施例的操作实际上类似于第一实施例的操作，以下将参照图2的流程图进行解释。然而由于在第二实施例中不使用定时器19，将省略设置Timer为0(S10)，确定Timer与Tset之间的数值关系(S22)和Timer增1(S24)这些步骤。
首先，省略设置Timer为0的步骤(S10)，及电压比较器16将集电极输出电压Vin与参考电压电源50的电压Vref(所需目标输出)进行比较。这一比较是可能的，因为Vref被提供给晶体管Tr1的基极而Vin被提供给晶体管Tr2的基极。并且如果此比较结果表明Vin等于Vref(S12，是)，则使用电源单元10的目的已经达到，因此保持现状，并且继续比较Vin与Vref(S12)。
与此同时，如果这一比较结果表明Vin不等于Vref(S12，否)，可以认为Vin大于Vref(S14，是)。在此情况下，电流控制器18将提供给基极端的驱动电流减少(S16)。驱动电流的减量可以是一个固定量，或者可以根据Vin和Vref之间的差别来确定。然后该操作回至Vin和Vref的比较操作(S12)。
在Vin不大于Vref的情况下(S14，否)，当然Vin就小于Vref。在此情况下，取决于Vin和较低阈值0.5Vref之间的数值关系而采取不同操作。
较低阈值计算器12根据参考电压电源50的电压Vref来计算较低阈值。例如在图3的电路中，较低阈值具有0.5Vref的值。较低阈值比较器14将集电极输出电压Vin和较低阈值(例如0.5Vref)进行比较(S18)。这一比较是可能的，因为较低阈值0.5Vref被提供给晶体管Tr3的基极而Vin被提供给晶体管Tr4的基极。并且如果这一比较结果表明Vin大于较低阈值0.5Vref(S18，否)，则较低阈值比较器14不向电流控制器18发送停止信号。然而在电压比较器16中，电流i1流过晶体管Tr1的集电极，而电流i2流过晶体管Tr2的集电极。然后电流控制器18中的晶体管Tr5的集电极电流被增加，从而增加提供给晶体管20的基极端的驱动电流(S20)。此后该操作回至Vin和Vref的比较操作(S12)。
与此同时，如果以上比较结果表明Vin小于较低阈值0.5Vref(S18，是)，则电流i3流过较低阈值比较器14中的晶体管Tr3的集电极，而电流i4流过晶体管Tr7的集电极。随后电流控制器18中的晶体管Tr6被接通，及电流控制器18停止向晶体管20的基极端提供驱动电流(S26)。在此实施例中，省略确定Timer与Tset之间的数值关系(S22)和Timer增1(S24)这些步骤。电流i3和i4对应于自较低阈值比较器14送来的停止信号。
同样在第二实施例中，如同第一实施例中一样，能够得到有利的效果。
以上所述实施例能够通过以下方式实现。在一个配备有一个CPU，一个硬盘和一个媒质(软盘，CD-ROM等)读取器的计算机中，一个包含一个用于实现每个以上所述块尤其是电源单元10的部件块的记录的程序的媒质由媒质读取器读出并且被安装于硬盘内。以上所述功能也能够由这一方法完成。
根据本发明，例如如果晶体管的输出意外地被接地，则实际输出被限于较低阈值之下，以使电流控制装置停止向晶体管提供驱动电流，因而防止晶体管由于过度增加驱动电流而被烧坏。
权利要求
1.一种用于向晶体管提供驱动电流以便驱动所述晶体管的电源单元，包括用于根据所述晶体管的一个所需目标输出来计算所述输出的一个较低阈值的较低阈值计算装置；用于将所述晶体管的实际输出与较低阈值进行比较的较低阈值比较装置；及用于在所述晶体管的实际输出小于较低阈值的情况下停止提供所述驱动电流的电流控制装置。
2.根据权利要求1的电源单元，还包括一个定时器，当所述晶体管的实际输出减至小于较低阈值时，所述定时器被启动，并且在启动后经过一段固定时间后给出通知，其中如果自定时器启动后至收到所述通知的时间内所述晶体管的实际输出被连续地保持于较低阈值之下，则所述电流控制装置停止提供驱动电流。
3.根据权利要求1或2的电源单元，还包括一个电压比较装置，用于将所述晶体管的实际输出与一个它的所需目标输出进行比较，其中所述电流控制装置根据从所述电压比较装置获得的比较结果来调整驱动电流的提供量。
4.根据权利要求1或2的电源单元，其中所述电源单元由一个IC组成，及所述晶体管位于IC之外。
5.根据权利要求1或2的电源单元，还包括一个电压比较装置，用于将所述晶体管的实际输出与一个它的所需目标输出进行比较，其中所述电流控制装置根据从所述电压比较装置获得的比较结果来调整驱动电流的提供量，及所述电源单元由一个IC组成，及所述晶体管位于IC之外。
6.一种用于向晶体管提供驱动电流以便驱动所述晶体管的晶体管驱动方法，包括一个根据所述晶体管的一个所需目标输出来计算所述输出的一个较低阈值的步骤；一个将所述晶体管的实际输出与较低阈值进行比较的步骤；及在所述晶体管的实际输出小于较低阈值的情况下停止提供驱动电流的步骤。
7.一种计算机可读及包含一个被记录程序的记录媒质，所述被记录程序适用于由计算机执行一个晶体管驱动程序，用于向晶体管提供驱动电流以便驱动所述晶体管，所述程序包括一个根据所述晶体管的一个所需目标输出来计算所述输出的较低阈值的过程；一个将所述晶体管的实际输出与较低阈值进行比较的过程；及如果所述晶体管的实际输出小于较低阈值则停止提供驱动电流的过程。
全文摘要
本发明提供一种电源单元(调节器电路)，能够防止被驱动晶体管的热故障，该热故障可能在晶体管集电极输出被意外地接地时发生。电源单元(10)用于向晶体管(20)的基极提供驱动电流而驱动晶体管(20)，该电源单元(10)具有一个较低阈值比较器(14)，用于将晶体管(20)的实际集电极输出Vin与较低阈值0.5Vref进行比较，如果集电极输出电压Vin小于较低阈值0.5Vref，则较低阈值比较器(14)发送一个停止信号给电流控制器(18)。因此，当由于晶体管(20)的集电极输出不通过负载电路(40)而直接接地时，集电极输出Vin变为小于较低阈值0.5Vref，导致电流控制器(18)从较低阈值比较器(14)接收停止信号，从而停止向晶体管(20)提供驱动电流。因此，有可能防止由于过度提供驱动电流而造成的晶体管(20)的热故障。
文档编号H02H3/24GK1398365SQ01804556
公开日2003年2月19日 申请日期2001年11月29日 优先权日2000年12月5日
发明者须藤一夫 申请人:索尼株式会社