一种三极管的驱动电路及驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路技术领域，更具体地说，涉及一种三极管的驱动电路及驱动方法，应用于三极管源级驱动实现恒流输出功能的LED驱动或充电器等开关电源中。
【背景技术】
[0002]功率晶体管大致可分为场效应晶体管、双极型晶体管以及绝缘栅极晶体管。在小功率电源转换器领域，双极型晶体管以良好的开关特性和低廉的价格等优势而被广泛使用。
[0003]如图1所示，是现有技术中三极管的驱动电路，如图2所示，是现有技术中该三极管驱动电路的相关波形图，下面结合图1和图2详细说明下现有技术中的三极管的驱动电路的工作原理:VKEF用来设定三极管工作时的电感峰值电流，当逻辑处理模块的输出Ton =
I时，Ml导通，M2关断，电流Ibase通过Ml流入三极管Ql的基极，使三极管Ql导通，此时Ic将线性增大，同时CS电压(即Vcs)也相应增大。当tl时，Ton = 0，电流Ibase关断，三极管Ql开始预关断，但基区的存储电荷将使得三极管Ql在一定时间内保持导通，于是Ic继续增大，直到时，Vcs= Vkef，达到预期电感峰值电流Ipk，此时Toff = 1，Ic = 0，直到PFM控制检测到输出三极管的放电时间之后，三极管Ql再次打开，之后每个周期将重复之前的开关动作。
[0004]现有驱动电路的好处是操作简单，电路容易实现，但是此驱动电路有如下缺点:
[0005]I) Ibase与Ipk没有联系，若Ibase太小而Ipk设计太大，可能会由于电流放大倍数不够而造成Vce很大，如图3所示，若设定Ipk = 500mA,而Ibase = 34mA，则需要非常大的Vce，因而导通损耗太大，甚至于存在烧坏三极管Ql (BJT)的危险。
[0006]2)由于Ibase的大小是按Ipk去设计的，因而当Ic较小时，用同样大小的Ibase去驱动三极管Q1，会造成Ibase的浪费，因而损失效率。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺点，提供一种三极管的驱动电路及驱动方法。
[0008]本发明解决上述问题的技术方案是提供了一种三极管的驱动电路，该驱动电路包括电流判断模块、逻辑控制模块、第一开关管和第二开关管，其特征在于，该驱动电路还包括电流检测模块、恒流源和计算装置，其中，所述电流检测模块的输入端与三极管的射极连接，用于实时检测三极管的集电极电流的变化，并根据该集电极电流产生第二电流；所述恒流源与所述计算装置的输入端连接，用于提供第一电流；所述计算装置的输出端经过串联的所述第一开关管和所述第二开关管与参考地连接，且所述计算装置的输出端经过所述第一开关管与三极管的基极连接，所述计算装置根据所述第一电流和所述第二电流计算出提供给三极管基极的驱动电流。
[0009]在上述的三极管的驱动电路中，所述第二电流与电感峰值电流的关系公式为Ib2=alpk，其中:Ib2为所述第二电流，Ipk为所述电感峰值电流，a为比例系数，且a的范围为1/8?1/5。
[0010]在上述的三极管的驱动电路中，所述驱动电流与所述第一电流和所述第二电流的关系公式为Ibase = Ibl+Ib2，其中:Ibase为所述驱动电流，Ibl为所述第一电流，Ib2为所述第二电流。
[0011]在上述的三极管的驱动电路中，所述电流判断模块包括比较器；所述逻辑控制模块的开启信号端与所述电流判断模块的输出端连接，且采用脉冲频率调制方式。
[0012]在上述的三极管的驱动电路中，所述第一开关管和所述第二开关管均为N型MOS管。
[0013]本发明还提供了一种三极管的驱动方法，应用于包括电流判断模块、逻辑控制模块、第一开关管、第二开关管和恒流源的驱动电路，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0014]S1、实时检测三极管的集电极电流的变化，并根据该集电极电流产生第二电流；
[0015]S2、恒流源提供第一电流；
[0016]S3、根据所述第一电流和所述第二电流计算出提供给三极管基极的驱动电流。
[0017]在上述的三极管的驱动方法中，在所述步骤SI中，所述第二电流与电感峰值电流的关系公式为Ib2 = a Ipk，其中:Ib2为所述第二电流，Ipk为所述电感峰值电流，α为比例系数，且α的范围为1/8?1/5。
[0018]在上述的三极管的驱动方法中，在所述步骤S3中，所述驱动电流与所述第一电流和所述第二电流的关系公式为Ibase = Ibl+Ib2，其中:Ibase为所述驱动电流，Ibl为所述第一电流，Ib2为所述第二电流。
[0019]本发明的三极管驱动电路及驱动方法对三极管的集电极电流Ic进行实时检测，并根据集电极电流Ic的值不断调整提供给三极管基极的驱动电流Ibase，在集电极电流Ic较大时用较大的驱动电流Ibase去驱动，而在集电极电流Ic较小时则用较小的驱动电流Ibase驱动，因而可以不浪费驱动电流Ibase，从而获得最优的驱动效果。同时，建立电感峰值电流Ipk与驱动电流Ibase之间的联系，确保三极管的集电极电流与基极电流之比不会超出电流放大系数的正常范围，保证三极管的安全，同时可以减少三极管的导通损耗。
【附图说明】
[0020]图1是现有技术中三极管的驱动电路。
[0021]图2是现有技术中该三极管驱动电路的相关波形图。
[0022]图3是三极管的输出特性曲线(1-V特性曲线)。
[0023]图4是本发明实施例的三极管的驱动电路图。
[0024]图5是图4中的三极管的驱动电路的关键波形。
[0025]图6是本发明实施例的三极管的驱动方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
[0027]下面结合图说明下本发明的驱动电路及驱动方法的原理:如图3所示，是三极管的输出特性曲线(Ι-v特性曲线)，从图中可以看出，可以将集电极电流分为两种情况，即为较小值和较大值时，进而讨论三极管的导通损耗问题。
[0028]需要说明的是，在分析三极管的工作原理时，集电极电流Ic与图中Ice是近似相等的，本领域技术人员均知Ice的含义，在此不再赘述，在本发明中，均匀集电极电流Ic来阐述。
[0029]集电极电流Ic为较小值时，即集电极电流Ic〈150mA，此时，不相同的驱动电流Ibase对应的I_V特性曲线几乎重合，例如，Ibase = 20mA和Ibase = 70mA的1-V曲线，可以看出，在集电极电流Ic相同时，基极与射极之间的电压Vce相同，因此，可以采用较小值的驱动电流Ibase来提供给三极管的基极，使三极管导通，因此，减小了驱动三极管导通的驱动电流的损耗；
[0030]集电极电流Ic为较大值时，驱动电流Ibase对基极与射极之间的电压Vce的影响较大，此时，采用较大值的驱动电流提供给三极管的基极，使三极管导通，例如，当Ice =400mA 时，若 Ibase = 34mA,则 Vce = 1.4V ;若 Ibase = 56mA,则 Vce = 0.6V，可以看出米用较大值的驱动电流提供给三极管的基极，使三极管导通，三极管的导通损耗明显下降。
[0031]根据上述的分析，如图4所示，是本发明实施例的三极管的驱动电路图，在本实施例中，三极管选用NPN型三极管Ql。该驱动电路包括电流判断模块401、逻辑控制模块402、电流检测模块403、恒流源404、计算装置405，第一开关管Ml和第二开关管M2 ;其中:
[0032]电流判断模块401包括比较器C，其同向输入端连接电流检测模块403提供的检测电压Vcs、反向输入端连接参考电压VKEF，其中，参考电压Vkef为内部基准电压，在本实施例中，电流判断模块401还可以采用多个比较器进行的组合，例如，比较器Cl和比较器C2，其中，其同向输入端连接电流检测模块403提供的检测电压Vcs，比较器Cl的反向输入端连接一个参考电压，比较器C2的反向输入端连接另一个参考电压。
[0033]逻辑控制模块402的开启