反激式电源适配器电路的制作方法

本申请涉及开关器件技术领域，特别涉及一种反激式电源适配器电路。

背景技术：

绝缘栅双极型晶体管(igbt，insulatedgatebipolartransistor)是双极结型晶体管(bjt，bipolarjunctiontransistor)和场效应晶体管(mosfet，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)的复合器件，兼有功率三极管和场效应管的优点。igbt将bjt的电导调制效应引入到vdmos(verticaldouble-diffusedmetaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)的高阻漂移区，大大改善了器件的导通特性,同时还具有mosfet栅极输入阻抗高、开关速度快的特点，在电源适配器中广为应用。但是，igbt因为存在电子器件的漂移，在使用过程中出现较长的电流拖尾，需要对控制时序设置死区时间，这样就降低了工作效率。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

本申请提出一种动态控制开关器件关断时间的方法及反激式电源适配器电路，可减少绝缘栅双极型晶体管的电流拖尾，从而可提高工作频率。

在第一方面，本申请还提供一种反激式电源适配器电路，包括绝缘栅双极型晶体管、栅极驱动电压调节电路、栅极驱动电流调节电路和栅极放电电流调节电路；

所述栅极驱动电压调节电路可调节所述绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电压；

所述栅极驱动电流调节电路可调节所述绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电流；

所述栅极放电电流调节电路可调节所述绝缘栅双极型晶体管的栅极放电电流。

在一些优选的实施方式中，还包括延时比较电路；所述延时比较电路用于将所述绝缘栅双极型晶体管的导通电流对应的电压与基准电压进行比较。

在一些优选的实施方式中，所述延时比较电路包括比较器和采样电阻；所述比较器的一个输入端与所述采样电阻的一端连接；所述采样电阻的一端连接至所述绝缘栅双极型晶体管以采集所述绝缘栅双极型晶体管的导通电流；所述采样电阻的另一端连接至地。

在一些优选的实施方式中，所述栅极驱动电压调节电路包括一个晶体管。

在一些优选的实施方式中，所述栅极驱动电流调节电路包括电流调节电阻。

在一些优选的实施方式中，所述栅极放电电流调节电路包括放电调节电阻。

在第二方面，本申请提供一种动态控制开关器件关断时间的方法，包括：

a1、计算开关器件的驱动信号的下降沿到所述开关器件关断之间的实时关断延迟时间；

a2、将所述实时关断延迟时间与基准关断延迟时间进行比较，得到第一比较结果；

a3、基于所述第一比较结果，调整所述开关器件的栅极驱动电压，调整所述开关器件的栅极驱动电流，调整所述开关器件的栅极放电电流，从而使所述实时关断延迟时间在所述基准关断延迟时间的范围内。

在一些优选的实施方式中，

还包括：

a4、计算所述开关器件的驱动信号的上升沿到所述开关器件开通之间的实时开通延迟时间；

a5、将所述实时开通延迟时间与基准开通延迟时间进行比较，得到第二比较结果；

所述a3为：

基于所述第一比较结果和所述第二比较结果，调整所述开关器件的栅极驱动电压，调整所述开关器件的栅极驱动电流，调整所述开关器件的栅极放电电流，从而使所述实时关断延迟时间在所述基准关断延迟时间的范围内。

在一些优选的实施方式中，所述a1具体包括：基于所述开关器件的导通电流判定所述开关器件关断。

在一些优选的实施方式中，所述a4具体包括：基于所述开关器件的导通电流判定所述开关器件开通。

在一些优选的实施方式中，所述基于所述开关器件的导通电流判定所述开关器件关断包括：将所述开关器件的导通电流转换为第一电压，将所述第一电压与第一基准电压进行比较，若所述第一电压在所述第一基准电压的范围内则判定所述开关器件为关断。

在一些优选的实施方式中，所述基于所述开关器件的导通电流判定所述开关器件开通包括：将所述开关器件的导通电流转换为第二电压，将所述第二电压与第二基准电压进行比较，若所述第二电压在所述第二基准电压的范围内则判定所述开关器件为开通。

在一些优选的实施方式中，所述a1还包括：判定所述开关器件为关断时关断第一电平信号，计算所述开关器件的驱动信号的下降沿到所述第一电平信号的下降沿的第一时间，所述第一时间为所述实时关断延迟时间。

在一些优选的实施方式中，所述a4还包括：判定所述开关器件为开通时输出第一电平信号，计算所述开关器件的驱动信号的上升沿到所述第一电平信号的上升沿的第二时间，所述第二时间为所述实时开通延迟时间。

在一些优选的实施方式中，所述开关器件为绝缘栅双极型晶体管；

所述调整所述开关器件的栅极驱动电压为：输出第一调节信号对所述开关器件的栅极驱动电压进行调整；

所述调整所述开关器件的栅极驱动电流为：输出第二调节信号对所述开关器件的栅极驱动电流进行调整；

所述调整所述开关器件的栅极放电电流为：输出第三调节信号对所述开关器件的栅极放电电流进行调整。

在第三方面，本申请提供一种开关器件电路，可执行上述方法。

在第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，包括：所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行上述方法。

与现有技术相比，本申请的有益效果有：

栅极驱动电压调节电路、栅极驱动电流调节电路和栅极放电电流调节电路的存在，允许分别对绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电压、栅极驱动电流和栅极放电电流进行调节，可减少绝缘栅双极型晶体管的电流拖尾，从而可提高工作频率。

附图说明

图1示出igbt的等效电路；

图2示出igbt的基本结构；

图3示出开关器件关断后开关器件的导通电流和栅极电压的变化；

图4示出开关器件的沟道关断后沟道电流的变化；

图5为本申请一个实施例的反激式电源适配器电路的结构示意图；

图6为本申请一个实施例的控制时序图；

图7为本申请一个实施例的动态控制开关器件关断时间的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图7及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

igbt的结构等同于n沟道mosfet与pnp晶体管构成的达林顿结构；mosfet的漏极与pnp晶体管的基极相连。igbt的等效电路和基本结构如图1和图2所示。

igbt的关断波形如图3所示，大致分为三个阶段：①关断延迟时间td(off)；②关断过程中电压上升到10％到电流下降到90％的时间δt；③关断下降时间tf。由此，igbt关断时间toff的表达式如下(1)式。

toff＝td(off)+δt+tf＝(t1-t0)+(t2-t1)+(t3-t2)(1)

bjt是一种电流控制型器件，其发射极e和集电极c传导的工作电流受基极b引入的较小电流的控制。(1)式中的时间td(off)和时间δt由mosfet的固有参数决定。因此，对于确定的igbt来说，时间td(off)和时间δt也是确定不变的。igbt的关断时间toff的变化由电流下降时间tf决定。为了使igbt从正向导通状态转入正向阻断状态，必须首先通过外电路对栅极电容进行放电，使栅极电压下降到mosfet的开启电压vth以下，这时，沟道反型层消失，沟道电流imos迅速下降为零。

参考图4，沟道关断后，器件igbt的电流几乎在瞬时从i0下降到i1，这一过程称为阶段i；阶段i结束后，n-区的过剩载流子空穴将通过复合消失，这一过程称为阶段ii。因此，igbt关断后，电流下降时间tf由两部分组成，分别是阶段i电流δi下降时间和阶段ii电流i1下降时间。阶段i过程在瞬间发生，时间非常短；而阶段ii，n-区过剩载流子空穴复合过程较慢，会引起igbt关断过程拖尾电流现象，所以igbt的关断电流下降时间tf主要由阶段ii电流下降时间决定。而阶段ii电流下降时间即为n-区过剩载流子复合所需时间。

本实施例提供一种动态控制开关器件关断时间的方法，可减小上述阶段ii的电流下降时间。该方法可由本实施例的反激式电源适配器电路执行。参考图5，本实施例的反激式电源适配器电路，包括绝缘栅双极型晶体管s1、栅极驱动电压调节电路10、栅极驱动电流调节电路20、栅极放电电流调节电路30和动态门级补偿驱动电路40。绝缘栅双极型晶体管s1为开关器件。

在本实施例中，栅极驱动电压调节电路10为包括晶体管t1的电路，具体为线性稳压器(ldo，lowdropoutregulator)；栅极驱动电压调节电路10的一端接入器件电源vcc；栅极驱动电压调节电路10可起到稳压的作用，可将输出电压vcc_g稳定在指定范围内。栅极驱动电流调节电路20为一个电流调节电阻rchz，具体的，电流调节电阻rchz为一个可调的充电电阻。栅极放电电流调节电路30为一个放电调节电阻rdis，具体的，放电调节电阻rdis为一个可调的放电电阻。

栅极驱动电流调节电路20的一端也即电流调节电阻rch的一端连接至栅极驱动电压调节电路10的一个输出端，电流调节电阻rch的另一端连接至绝缘栅双极型晶体管s1的栅极。也即，电流调节电阻rch将绝缘栅双极型晶体管s1的栅极与栅极驱动电压调节电路10的输出端连接，可调节流入绝缘栅双极型晶体管s1的栅极的驱动电流的大小。

栅极放电电流调节电路30的一端也即放电调节电阻rdis的一端连接至绝缘栅双极型晶体管s1的栅极，放电调节电阻rdis的另一端连接至地。

动态门级补偿驱动电路40为数字逻辑控制电路，可产生驱动信号并可将驱动信号发送至栅极驱动电压调节电路10、栅极驱动电流调节电路20和栅极放电电流调节电路30。示例的，动态门级补偿驱动电路40分别与栅极驱动电压调节电路10、栅极驱动电流调节电路20和栅极放电电流调节电路30连接。

结合本实施例的方法对本实施例进行说明。参考图7，本实施例的方法包括步骤a1至步骤a3。

步骤a1、计算开关器件的驱动信号的下降沿到开关器件关断之间的实时关断延迟时间。

参考图6，驱动信号pwm_ctrl用于控制绝缘栅双极型晶体管s1的导通和关断，具有上升沿和下降沿。驱动信号pwm_ctrl的上升沿可使绝缘栅双极型晶体管s1导通，下降沿则可使绝缘栅双极型晶体管s1关断。

动态门级补偿驱动电路40可判断绝缘栅双极型晶体管s1是否关断。示例的，基于绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流判定绝缘栅双极型晶体管关断；具体可以检测到绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流达到指定电流值时判定绝缘栅双极型晶体管为关断，或者检测到绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流对应的电压达到指定电压值时判定绝缘栅双极型晶体管为关断，如此，便可检测到绝缘栅双极型晶体管在何时关断；对于绝缘栅双极型晶体管而言，绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流为其bjt管的集电极-发射极电流ice。

动态门级补偿驱动电路40从驱动信号pwm_ctrl的下降沿出现时开始计时，直到检测到绝缘栅双极型晶体管s1关断时停止计时，从而可计算出绝缘栅双极型晶体管s1的实时关断延迟时间toff_dly。

步骤a2、将实时关断延迟时间与基准关断延迟时间进行比较，得到第一比较结果。

针对应用场景的实际情况，可设置开关器件电路的基准关断延迟时间ton_dly_ref。当然，基准关断延迟时间ton_dly_ref可以是固定的，也可以是可调的。

动态门级补偿驱动电路40计算出绝缘栅双极型晶体管s1的实时关断延迟时间toff_dly之后，将实时关断延迟时间toff_dly与基准关断延迟时间ton_dly_ref进行比较，得到第一比较结果。第一比较结果可为实时关断延迟时间toff_dly与基准关断延迟时间ton_dly_ref之间的差值，称为关断延迟差值δtoff_dly。在本实施例中，δtoff_dly＝(toff_dly-ton_dly_ref)。

步骤a3、基于第一比较结果，调整开关器件的栅极驱动电压，调整开关器件的栅极驱动电流，调整开关器件的栅极放电电流，从而使实时关断延迟时间在基准关断延迟时间的范围内。

动态门级补偿驱动电路40根据第一比较结果也即关断延迟差值δton_dly，产生第一调节信号vreg、第二调节信号vrc和第三调节信号vrdis。其中，第一调节信号vreg为栅极驱动电压调节信号；第二调节信号vrc为栅极驱动电流调节信号；第三调节信号vrdis为栅极放电电流调节信号。

动态门级补偿驱动电路40将第一调节信号vreg输出至栅极驱动电压调节电路10，对栅极驱动电压调节电路10的参数进行调节，从而改变绝缘栅双极型晶体管s1的栅极驱动电压，也即改变从栅极驱动电压调节电路10输出至绝缘栅双极型晶体管s1的栅极的电压。动态门级补偿驱动电路40将第二调节信号vrc输出至栅极驱动电流调节电路20，对栅极驱动电流调节电路20的参数也即电流调节电阻rch的阻值进行调节，从而改变绝缘栅双极型晶体管s1的栅极驱动电流。动态门级补偿驱动电路40将第三调节信号vrdis输出至栅极放电电流调节电路30，对栅极放电电流调节电路30的参数也即放电调节电阻rdis进行调节，从而改变绝缘栅双极型晶体管s1的栅极放电电流。动态门级补偿驱动电路40对栅极驱动电压调节电路10、栅极驱动电流调节电路20和栅极放电电流调节电路30的调节，最终使得实时关断延迟时间toff_dly在基准关断延迟时间ton_dly_ref的范围内，也就使得绝缘栅双极型晶体管s1的关断时间toff在指定的范围内。其中，基准关断延迟时间ton_dly_ref可为一个值，也可以为一个范围；那么，使得实时关断延迟时间toff_dly在基准关断延迟时间ton_dly_ref的范围内就可以是使得实时关断延迟时间toff_dly小于基准关断延迟时间ton_dly_ref，或者使得实时关断延迟时间toff_dly落在基准关断延迟时间ton_dly_ref。

调整绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电压、调整绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电流和调整绝缘栅双极型晶体管的栅极放电电流是一个动态的过程，也即步骤a1至步骤a3是一个循环的过程，调节的目标是逐渐逼近最终的结果，使得实时关断延迟时间toff_dly在基准关断延迟时间ton_dly_ref的范围内。

绝缘栅双极型晶体管的关断时间随电压的增大单调增大；随电流的增大而减小。电流较小时，关断时间很长；随着电流的增大，关断时间迅速缩短。当电流大于一定值时，关断时间恢复至产品设计的正常值(比如使用手册的正常值)附近，并随着电流的增大而缓慢减小。因此，本实施例的方法最终可以减少绝缘栅双极型晶体管的关断时间。

栅极驱动电压调节电路10、栅极驱动电流调节电路20和栅极放电电流调节电路30的存在，允许分别对绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电压、栅极驱动电流和栅极放电电流进行调节。

绝缘栅双极型晶体管s1的栅极电压vg的导通波形存在一个米勒平台，同样的，栅极电压vg的关断波形也存在一个米勒平台。米勒平台持续的时间长短会影响绝缘栅双极型晶体管s1的关断时间。如果导通波形的米勒平台的持续时间变短，那么关断波形的米勒平台的持续时间也就变短，从而使得绝缘栅双极型晶体管s1的关断时间变短。或者说，绝缘栅双极型晶体管s1的导通延迟时间变短，绝缘栅双极型晶体管s1的关断延迟时间也就变短。为此，本实施例的方法还包括步骤a4和步骤a5。

步骤a4、计算开关器件的驱动信号的上升沿到开关器件开通之间的实时开通延迟时间。

动态门级补偿驱动电路40可判断绝缘栅双极型晶体管s1是否导通或者说开通。示例的，动态门级补偿驱动电路40基于绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流判定开关器件开通；具体可以检测到绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流达到指定电流值时判定开关器件为开通，或者检测到绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流对应的电压达到指定电压值时判定开关器件为开通，如此，便可检测到开关器件在何时开通。

动态门级补偿驱动电路40从驱动信号pwm_ctrl的上升沿出现时开始计时，直到检测到绝缘栅双极型晶体管s1开通时停止计时，从而可计算出绝缘栅双极型晶体管s1的实时开通延迟时间ton_dly。

在本实施例中，在绝缘栅双极型晶体管s1的导通波形中，米勒平台的结束点为绝缘栅双极型晶体管s1开通的时间点。

步骤a5、将实时开通延迟时间与基准开通延迟时间进行比较，得到第二比较结果。

针对应用场景的实际情况，可设置开关器件电路的基准开通延迟时间ton_dly_ref。当然，基准开通延迟时间ton_dly_ref可以是固定的，也可以是可调的。

动态门级补偿驱动电路40计算出绝缘栅双极型晶体管s1的实时开通延迟时间ton_dly之后，将实时开通延迟时间ton_dly与基准开通延迟时间ton_dly_ref进行比较，得到第二比较结果。第二比较结果可为实时开通延迟时间ton_dly与基准开通延迟时间ton_dly_ref之间的差值，称为开通延迟差值δton_dly。在本实施例中，δton_dly＝(ton_dly-ton_dly_ref)。

基于步骤a4和步骤a5的存在，步骤a3具体为：基于第一比较结果和第二比较结果，输出第一调节信号vreg调整绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电压，输出第二调节信号vrc调整绝缘栅双极型晶体管的栅极驱动电流，输出第三调节信号vrdis调整绝缘栅双极型晶体管的栅极放电电流，从而使实时关断延迟时间toff_dly在基准关断延迟时间ton_dly_ref的范围内。

输出第一调节信号vreg、第二调节信号vrc和第三调节信号vrdis的信号大小也即电压大小是与第一比较结果δton_dly和第二比较结果δtoff_dly有关的，具体如(2)式至(4)式。

vreg＝k1*f(δton_dly,δtoff_dly)(2)

vrc＝k2*f(δton_dly,δtoff_dly)(3)

vrdis＝k3*f(δton_dly,δtoff_dly)(4)

其中，vreg、vrc和vrdis分别为输出第一调节信号vreg、第二调节信号vrc和第三调节信号vrdis的电压值；k1、k2和k3为调节系数，是动态改变的，分别决定第一调节信号vreg、第二调节信号vrc和第三调节信号vrdis的调节程度；f(δton_dly,δtoff_dly)为基于第一比较结果δton_dly和第二比较结果δtoff_dly的函数。通过不断改变k1、k2和k3，可达到最终的调节目的。

对本实施例作进一步的说明。

本实施例的反激式电源适配器电路还包括延时比较电路50。延时比较电路50用于将绝缘栅双极型晶体管的导通电流对应的电压与基准电压进行比较。

延时比较电路50包括比较器u1和采样电阻rc；比较器u1的一个输入端与采样电阻rc的一端连接。采样电阻rc的一端连接至绝缘栅双极型晶体管s1的一个电流输出端也即源极，采样电阻rc的另一端连接至地。

基于开关器件的导通电流判定开关器件开通包括：将绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流ice转换为第二电压，将第二电压与第二基准电压进行比较，若第二电压在第二基准电压的范围内则判定绝缘栅双极型晶体管为开通。

示例的，延时比较电路50的采样电阻rc采集绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流ice并转换为第二电压；第二电压输入至比较器u1；比较器u1将第二电压与第二基准电压进行比较，其中，第二基准电压为0.1v；若第二电压在第二基准电压的范围内比如已超过0.1v则判定绝缘栅双极型晶体管s1为开通。

步骤a4还包括：判定绝缘栅双极型晶体管s1为开通时输出第一电平信号vcs_delay，计算绝缘栅双极型晶体管s1的驱动信号pwm_ctrl的上升沿到第一电平信号vcs_delay的上升沿的第二时间，第二时间为实时开通延迟时间ton_dly。

比较器u1判定绝缘栅双极型晶体管s1为开通时输出第一电平信号vcs_delay。第一电平信号vcs_delay是绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流ice与基准电压0.1v的比较结果。第一电平信号vcs_delay为高低电平信号。第一电平信号vcs_delay输入至动态门级补偿驱动电路40，参考图6，由动态门级补偿驱动电路40计算绝缘栅双极型晶体管s1的驱动信号pwm_ctrl的上升沿到第一电平信号vcs_delay的上升沿的第二时间也即实时开通延迟时间ton_dly。

基于开关器件的导通电流判定开关器件关断具体包括：将绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流ice转换为第一电压，将第一电压与第一基准电压进行比较，若第一电压在第一基准电压的范围内则判定绝缘栅双极型晶体管s1为关断。

示例的，延时比较电路50的采样电阻rc采集绝缘栅双极型晶体管s1的导通电流ice并转换为第一电压；第一电压输入至比较器u1；比较器u1将第一电压与第一基准电压进行比较，其中，第一基准电压也为0.1v；若第一电压在第一基准电压的范围内比如已小于0.1v则判定绝缘栅双极型晶体管s1为关断。

步骤a1还包括：判定绝缘栅双极型晶体管s1为关断时关断第一电平信号vcs_delay，计算绝缘栅双极型晶体管s1的驱动信号pwm_ctrl的下降沿到第一电平信号vcs_delay的下降沿的第一时间，第一时间为实时关断延迟时间toff_dly。

比较器u1判定绝缘栅双极型晶体管s1为关断时停止输出第一电平信号vcs_delay。第一电平信号vcs_delay输入至动态门级补偿驱动电路40，参考图6，由动态门级补偿驱动电路40计算绝缘栅双极型晶体管s1的驱动信号pwm_ctrl的下降沿到第一电平信号vcs_delay的下降沿的第一时间也即实时关断延迟时间toff_dly。

本实施例动态调整绝缘栅双极型晶体管s1的栅极驱动电压、栅极驱动电流和栅极放电电流，可快速地减少n-区过剩载流子复合需要的时间，可减少电流拖尾以及缩短死区时间，从而可提高工作频率，可减少损耗，可提高工作可靠性。

本领域的技术人员可以理解实施例方法中的全部或部分流程可以由计算机程序来命令相关的硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：rom或随机存储记忆体ram、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本申请的保护范围。