专利名称：将双极性结型晶体管用于缓冲电路的方法和缓冲电路的制作方法
技术领域：
本发明是有关于电力/电子组件的保护电路，尤指一种缓冲电路(SnubberCircuit)以及将双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)用于缓冲电路的方法。
背景技术：
近年来由于电子电路的技术不断地发展，各种电力/电子组件的保护电路被广泛地实施于诸多应用中。因此，这些保护电路的设计遂成为相当热门的议题。传统的保护电路当中，有某些缓冲电路，其构造简单、易于实施，故被广泛地应用于电力/电子电路。然而，这些传统的缓冲电路还是有不足之处。例如传统的缓冲电路的能量损耗很高，且其效率通常很差。又例如传统的缓冲电路无法确保最高突波电压值的限制，也就是说，突波电压值可能超过整体电路所能承受的范围，故采用传统的缓冲电路易造成半导体组件的损坏。因此，需要一种新颖的方法来提升缓冲电路的电路保护的效能。
发明内容
因此本发明的一目的在于提供一种缓冲电路(Snubber Circuit)以及将双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)用于缓冲电路的方法，以解决上述问题。本发明的一目的在于提供一种缓冲电路以及将双极性结型晶体管用于缓冲电路的方法，以保护负载所连接的电路，且降低突波电压、改善效率。本发明的较佳实施例中提供一种缓冲电路，该缓冲电路包含有一电容器，该电容器具有一第一端子与一第二端子，其中该电容器的该第一端子是电气连接至该缓冲电路的一第一端子；以及一双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT),其中该双极性结型晶体管的发射极(Emitter)与集电极(Collector)中的一者是电气连接至该电容器的该第二端子，且该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的另一者是电气连接至该缓冲电路的一第二端子。尤其是，该双极性结型晶体管的基极(Base)与发射极是被导通。本发明的较佳实施例中提供一种缓冲电路，该缓冲电路包含有一第一电容器，该第一电容器具有一第一端子与一第二端子，其中该第一电容器的该第一端子是电气连接至该缓冲电路的一第一端子；一电阻器，该电阻器具有一第一端子与一第二端子，其中该电阻器的该第一端子是电气连接至该第一电容器的该第二端子；以及一双极性结型晶体管，其中该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的一者是电气连接至该电阻器的该第二端子，且该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的另一者是电气连接至该缓冲电路的一第二端子。尤其是，该双极性结型晶体管的基极与发射极是被导通。本发明于提供上述缓冲电路的同时，亦对应地提供一种将一双极性结型晶体管用于一缓冲电路的方法，该方法包含有下列步骤将该双极性结型晶体管的基极与发射极导通；以及基于该双极性结型晶体管的基极与集电极之间的至少一接面特性，利用该双极性结型晶体管作为一快速二极管，以供设置于该缓冲电路。尤其是，利用该双极性结型晶体管作为该快速二极管以供设置于该缓冲电路的步骤包含将该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的一者电气连接至一电容器的一端子；将该电容器的另一端子电气连接至该缓冲电路的一第一端子；以及将该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的另一者电气连接至该缓冲电路的一第二端子。本发明的好处之一是，本发明的缓冲电路的构造简单且易于实施，同时能避免相关技术的问题。另外，本发明的缓冲电路可并联于一主动组件或一负载以保护负载所连接的电路，例如可设置于交换式电源供应器中以保护变压器一次侧连接的交换组件或二次侧连接的输出整流电路，尤其可吸收主动组件在高频切换时所产生的突波或噪声以做能量回收，而可降低突波电压、提高效率。
图1为依据本发明一第一实施例的一种缓冲电路(Snubber Circuit)的示意图，其中该缓冲电路是为电容器-双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)缓冲电路，故可简称为CB缓冲器。图2至图5绘示图1所示的缓冲电路于不同的实施例中所涉及的实施细节，其中图2至图5的实施例分别对应于类型TYPEp TYPE2、TYPE3、TYPE4。图6至图9为依据本发明一第二实施例的一种缓冲电路的不同类型的示意图，其中图6至图9所示的一系列的缓冲电路是为电阻器(Resistor)-电容器(Capacitor)-双极性结型晶体管(BJT)缓冲电路，故可简称为RCB缓冲器。图10绘示图1所示的缓冲电路于一实施例中所涉及的某些实验的架构。图11绘示图10右半部所示的缓冲电路于一实施例中的实施细节。图12绘示图10右半部所示的缓冲电路于另一实施例中的实施细节。图13绘示上述实施例的缓冲电路于一实施例中所涉及的交换式电源供应器。图14绘示图2所示的缓冲电路于一实施例中针对图13所示的交换式电源供应器中的隔离功率变压器的一次侧的设置方案，其中该设置方案对应于类型TYPEp图15绘示图3所示的缓冲电路于另一实施例中针对图13所示的交换式电源供应器中的隔离功率变压器的二次侧的设置方案，其中该设置方案对应于类型type2。图16绘示本发明的缓冲电路诸如上述的CB缓冲器与RCB缓冲器于某些实施例中对突波电压的影响。其中，附图标记说明如下100、缓冲电路100A、100B、100C、100D、200A、200B、200C、200D、300A、300B、300C、400120、C1、C2、C6、C7、电容器C8、C9、C10、C11、C12130、Q1、Q2、Q7、Q8、双极性结型晶体管Q9、Q10、Q11、Q12A、B缓冲电路的端子
Dll二极管G接地端子LI电感器Qa, Qb, Qc金属氧化物半导体场效应晶体管R1、R2、R3、R4、R5、R6 电阻器T1隔离功率变压器Vin输入电压Vout输出电压
具体实施例方式图1为依据本发明一第一实施例的一种缓冲电路(Snubber Circuit) 100的示意图，其中缓冲电路100是为电容器(Capacitor)-双极性结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor, BJT)缓冲电路，故可简称为CB缓冲器。于本实施例中，缓冲电路100包含一电容器120以及一双极性结型晶体管130。尤其是，电容器120具有一第一端子与一第二端子，其中电容器120的该第一端子是电气连接至缓冲电路100的一第一端子A，而双极性结型晶体管130的发射极(Emitter)与集电极(Collector)中的一者是电气连接至电容器120的该第二端子，并且双极性结型晶体管130的发射极与集电极中的另一者是电气连接至缓冲电路100的一第二端子B。实作上，双极性结型晶体管130的基极(Base)与发射极是被导通。依据本实施例，一种将一双极性结型晶体管诸如双极性结型晶体管130用于一缓冲电路诸如缓冲电路100的方法包含有下列步骤将该双极性结型晶体管的基极与发射极导通；以及基于该双极性结型晶体管的基极与集电极之间的至少一接面特性，利用该双极性结型晶体管作为一快速二极管，以供设置于该缓冲电路。其中利用该双极性结型晶体管作为该快速二极管以供设置于该缓冲电路的步骤包含将该双极性结型晶体管诸如双极性结型晶体管130的发射极与集电极中的一者电气连接至一电容器诸如电容器120的一端子(于本实施例中尤其是电容器120的该第二端子)；将该电容器诸如电容器120的另一端子(于本实施例中尤其是电容器120的该第一端子)电气连接至该缓冲电路诸如缓冲电路100的第一端子A ;以及将该双极性结型晶体管诸如双极性结型晶体管130的发射极与集电极中的另一者电气连接至该缓冲电路诸如缓冲电路100的第二端子B。尤其是，该至少一接面特性包含导通快的特性、恢复时间(Storage Time)慢的特性、变换缓和的特性、以及基极-集电极接面电容Cb。小的特性，其中上述利用该双极性结型晶体管作为该快速二极管的步骤另包含利用该导通快的特性将漏感能量快速地转移至该缓冲电路当中的该电容器中，再利用该恢复时间慢的特性使该电容器中的能量反推回源头；以及利用该变换缓和的特性以及该基极-集电极接面电容Cb。小的特性缩小共振幅度。图2至图5绘示图1所示的缓冲电路100于不同的实施例中所涉及的实施细节，其中图2至图5的实施例分别对应于类型TYPE^ TYPE2, TYPE3、TYPE4。为了便于理解且便于说明，图2至图5所示的缓冲电路可分别称为缓冲电路100A、100B、100C、100D。如图2所示，缓冲电路100A包含电容器Cl以及双极性结型晶体管Q1，其中双极性结型晶体管Ql的基极与发射极是被导通并电气连接至该缓冲电路100A的第二端子B，而该双极性结型晶体管Ql的集电极是电气连接至该电容器Cl的一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第二端子)，且该电容器Cl的另一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第一端子)是电气连接至该缓冲电路100A的第一端子A。如图3所示，缓冲电路100B包含电容器C6以及双极性结型晶体管Q7，其中双极性结型晶体管Q7的基极与发射极是被导通并电气连接至该电容器C6的一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第二端子)，而该双极性结型晶体管Q7的集电极是电气连接至该缓冲电路100B的第二端子B，且该电容器C6的另一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第一端子)是电气连接至该缓冲电路100B的第一端子A。如图4所示，缓冲电路100C包含电容器C2以及双极性结型晶体管Q2，其中双极性结型晶体管Q2的基极与发射极是被导通并电气连接至该缓冲电路100C的第二端子B，而该双极性结型晶体管Q2的集电极是电气连接至该电容器C2的一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第二端子)，且该电容器C2的另一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第一端子)是电气连接至该缓冲电路100C的第一端子A。如图5所示，缓冲电路100D包含电容器C7以及双极性结型晶体管Q8，其中双极性结型晶体管Q8的基极与发射极是被导通并电气连接至该电容器C7的一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第二端子)，而该双极性结型晶体管Q8的集电极是电气连接至该缓冲电路100D的第二端子B，且该电容器C7的另一端子(其对应于图1所示实施例中的电容器120的该第一端子)是电气连接至该缓冲电路100D的第一端子A。依据某些实施例诸如上述各个实施例及其变化例，缓冲电路100可动态地调整端子A对端子B的电压Vab。基于上述的至少一接面特性，缓冲电路100可利用双极性结型晶体管130作为一快速二极管。尤其是，缓冲电路100可利用该导通快的特性将漏感能量快速地转移至该缓冲电路当中的一电容器中、然后利用该恢复时间慢的特性使该电容器中的能量反推回源头，并且利用该变换缓和的特性以及该基极-集电极接面电容Cb。小的特性缩小共振幅度。图6至图9为依据本发明一第二实施例的一种缓冲电路的不同类型的示意图，其中图6至图9所示的一系列的缓冲电路是为电阻器(Resistor)-电容器(Capacitor)-双极性结型晶体管(BJT)缓冲电路，故可简称为RCB缓冲器。相较于该第一实施例，该第二实施例的缓冲电路中设置有至少一电阻。尤其是，该第二实施例的缓冲电路包含一第一电容器诸如电容器120、一电阻器以及一双极性结型晶体管诸如双极性结型晶体管130，其中该第一电容器具有一第一端子与一第二端子，该第一电容器的该第一端子是电气连接至该缓冲电路的一第一端子诸如第一端子A，而该电阻器具有一第一端子与一第二端子，其中该电阻器的第一端子是电气连接至该第一电容器的第二端子，该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的一者是电气连接至该电阻器的该第二端子，且该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的另一者是电气连接至该缓冲电路的一第二端子诸如第二端子B;实作上，双极性结型晶体管130的基极与发射极是被导通。如图6所示，缓冲电路200A包含电容器C8、电阻器R2以及双极性结型晶体管Q9，其中双极性结型晶体管Q9的基极与发射极是被导通并电气连接至该缓冲电路200A的第二端子B，该双极性结型晶体管Q9的集电极是电气连接至该电阻器R2的该第二端子，而该电阻器R2的第一端子是电气连接至该电容器CS的第二端子，且该电容器CS的第一端子是电气连接至该缓冲电路200A的第一端子A。如图7所示，缓冲电路200B包含电容器C9、电阻器R3以及双极性结型晶体管QlO，其中双极性结型晶体管QlO的基极与发射极是被导通并电气连接至该电阻器R3的该第二端子，双极性结型晶体管QlO的集电极是电气连接至缓冲电路200B的第二端子B，而该电阻器R3的该第一端子是电气连接至该电容器C9的第二端子，且该电容器C9的第一端子是电气连接至该缓冲电路200B的第一端子A。如图8所示，缓冲电路200C包含电容器C10、电阻器R4以及双极性结型晶体管Q11，其中双极性结型晶体管Qll的基极与发射极是被导通并电气连接至该缓冲电路200C的第二端子B，该双极性结型晶体管Qll的集电极是电气连接至该电阻器R4的该第二端子，而该电阻器R4的第一端子是电气连接至该电容器ClO的第二端子，且该电容器ClO的第一端子是电气连接至该缓冲电路200C的第一端子A。如图9所示，缓冲电路200D包含电容器C11、电阻器R5以及双极性结型晶体管Q12，其中双极性结型晶体管Q12的基极与发射极是被导通并电气连接至该电阻器R5的该第二端子，双极性结型晶体管Q12的集电极是电气连接至缓冲电路200D的第二端子B，而该电阻器R5的该第一端子是电气连接至该电容器Cll的第二端子，且该电容器Cll的第一端子是电气连接至该缓冲电路200D的第一端子A。其中上述第一实施例及第二实施例的缓冲电路100A 100D、200A 200D是可并联于一主动组件或一负载，该主动组件是为一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)、一二极管(Diode)、一双极性结型晶体管(BJT)、一绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)、一静电感应晶体管(Static Induction Transistor, SIT)、一闸流体或其组成的电路,而该负载是为一电感、一电阻、一电容或其组成的电路。图10绘示图6所示的缓冲电路200A于一实施例中所涉及的某些实验的架构，其中图10右半部所示架构为本实施例的缓冲电路300A，而图10左半部中的缓冲电路400则为采用二极管(Diode)的现有架构(其可称为传统RCD缓冲电路)且可供对照的用。为了便于理解，图10中绘示了缓冲电路300A、400并接于电感器LI，电感器LI在本实施例中是为一负载，其中该负载亦可为一电阻、一电容或其组成的电路。依据本实施例，该缓冲电路300A相较于上述的RCB缓冲器诸如图6的缓冲电路200A更包含电容器C12，其中该电容器C12是并联于该电容器Cl的第一端子与该电阻器Rl的第二端子，而电容器Cl的电容值大于电容器C12的电容值,使电容器C12可用来阻挡微小的电气噪声。尤其是，于本实施例中，双极性结型晶体管Ql是可为制造商Fairchild Semiconductor生产的型号KSP44,而 二极管 Dll 是可为制造商 Fairchild Semiconductor、ON Semiconductor 或 DiodesIncorporated生产的型号1N4007，且电阻器R1、R6的电阻值可分别为10奥姆(Ohm)与100千奥姆，并且电容器C12、Cl的电容值可分别为2. 2奈法拉(Nano-Farad)与10奈法拉，其中该型号为KSP44的双极性结型晶体管Q1，其规格如下集电极-发射极最大电压(V·)为400V，发射极-基极最大电压(Vebq)为6V，集电极电流(I。)为300mA。这只是为了说明的目的而已，并非对本发明的限制。依据本实施例的某些变化例，诸如图11至图12所示的实施例，电容器C12可从图10右半部所示的缓冲电路300A架构中移除，亦即该缓冲电路300B可在电容器C12不存在的状况下正常运作。例如在图11所示的实施例中，电阻器Rl的电阻值可为O奥姆至C 奥姆，较佳者为100奥姆至200奥姆，亦可小于100奥姆。又例如在图12所示的实施例中，上述的电阻器Rl的电阻值为零时，Rl等同于自图11所示的架构中移除，亦即缓冲电路300C可在电阻器Rl与电容器C12不存在的状况下正常运作，其中本实施例的缓冲电路300C是等同于图2所示的CB缓冲器架构。基于图10所示的实施例，表I至表6列出该些实验的测试结果，可供证实图10右半部所示的缓冲电路300A (其测试结果为表2、表4、表6)相较于图10左半部中采用二极管的缓冲电路400 (其测试结果为表1、表3、表5)的优势。于表I至表6中的每一者当中，参数Input_Voltage与Load_分别代表输入电压与负载,其中表I至表2是为输入电压Input_Voltage=90Vac的测试结果(Vac的下标「ac」代表交流电),表3至表4是为输入电压Input_Voltage=100Vac的测试结果，而表5至表6是为输入电压Input_Voltage=115Vac的测试结果。另外,参数Percent_of_Rated_Load代表指定负载的百分比(Percent of RatedLoad),其中不同的百分比诸如「1%」、「2%」、· . .「100%Jο此外,后续的参数Output_Current、0utput_VoItage、Efficiency_、与 Average_Eff iciency_ 分别代表输出电流、输出电压、效率、与平均效率，其中该平均效率是为指定负载的百分比25%、50%、75%与100%的平均效率。表I
权利要求
1.一种缓冲电路，该缓冲电路的特征在于包含有一电容器，该电容器具有一第一端子与一第二端子，其中该电容器的该第一端子是电气连接至该缓冲电路的一第一端子；以及一双极性结型晶体管，其中该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的一者是电气连接至该电容器的该第二端子，且该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的另一者是电气连接至该缓冲电路的一第二端子。
2.如权利要求1所述的缓冲电路，其特征在于，基于该双极性结型晶体管的基极与集电极之间的至少一接面特性，该缓冲电路利用该双极性结型晶体管作为一快速二极管。
3.如权利要求2所述的缓冲电路，其特征在于，该至少一接面特性包含导通快的特性、 恢复时间慢的特性、变换缓和的特性以及基极-集电极接面电容小的特性，而该缓冲电路利用该导通快的特性将漏感能量快速地转移至该电容器中，且利用该恢复时间慢的特性使该电容器中的能量反推回源头，以及该缓冲电路利用该变换缓和的特性、该基极-集电极接面电容小的特性缩小共振幅度。
4.一种缓冲电路，该缓冲电路的特征在于包含有一第一电容器，该第一电容器具有一第一端子与一第二端子，其中该第一电容器的该第一端子是电气连接至该缓冲电路的一第一端子；一电阻器，该电阻器具有一第一端子与一第二端子，其中该电阻器的该第一端子是电气连接至该第一电容器的该第二端子；以及一双极性结型晶体管，其中该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的一者是电气连接至该电阻器的该第二端子，且该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的另一者是电气连接至该缓冲电路的一第二端子。
5.如权利要求4所述的缓冲电路，其特征在于，该缓冲电路更包含一第二电容器，该第二电容器是并联于该第一电容器的该第一端子与该电阻器的该第二端子。
6.如权利要求1、4或5所述的缓冲电路，其特征在于，该双极性结型晶体管的基极与发射极是被导通。
7.如权利要求1、4或5所述的缓冲电路，其特征在于，该缓冲电路是并联于一主动组件或一负载，该主动组件是为一金属氧化物半导体场效应晶体管、一二极管、一双极性结型晶体管、一绝缘栅双极晶体管、一静电感应晶体管、一闸流体或其组成的电路，而该负载是为一电感、一电阻、一电容或其组成的电路。
8.如权利要求7所述的缓冲电路，其特征在于，当该缓冲电路使用于一变压器的一次侧时，该缓冲电路是并联于该变压器的一次侧且串联于至少一开关管。
9.如权利要求7所述的缓冲电路，其特征在于，当该缓冲电路使用于一变压器的二次侧时，该缓冲电路是并联于一输出整流电路的一开关管。
10.如权利要求1、4或5所述的缓冲电路，其特征在于，该缓冲电路是电性连接一轻负载，而使该缓冲电路相较于传统缓冲电路在轻负载时可提高效率，其中该轻负载是为负载占全负载的20%以下。
11.一种将一双极性结型晶体管用于一缓冲电路的方法，该方法的特征在于包含有下列步骤将该双极性结型晶体管的基极与发射极导通；以及基于该双极性结型晶体管的基极与集电极之间的至少一接面特性，利用该双极性结型晶体管作为一快速二极管，以供设置于该缓冲电路，其中利用该双极性结型晶体管作为该快速二极管以供设置于该缓冲电路的步骤包含 将该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的一者电气连接至一电容器的一端子；将该电容器的另一端子电气连接至该缓冲电路的一第一端子；以及将该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的另一者电气连接至该缓冲电路的一第二端子。
全文摘要
本发明公开了一种将一双极性结型晶体管用于一缓冲电路的方法和缓冲电路。该缓冲电路包含有一电容器，该电容器具有一第一端子与一第二端子，其中该电容器的该第一端子是电气连接至该缓冲电路的一第一端子；以及一双极性结型晶体管，其中该双极性结型晶体管的发射极与集电极中的一者是电气连接至该电容器的该第二端子，且其发射极与集电极中的另一者是电气连接至该缓冲电路的一第二端子。该缓冲电路可并联于一主动组件或一负载以保护负载所连接的电路，尤其可吸收主动组件在高频切换时所产生的突波或噪声以做能量回收，而可达到降低突波电压、提高效率的功效。
文档编号H02M1/34GK103001477SQ20121033878
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者林国藩 申请人:全汉企业股份有限公司