[发明专利]通过调节基极电流来驱动双极结型晶体管的系统和方法

说明书

本申请提供了通过调节基极电流来驱动双极结型晶体管的系统和方法。该系统包括电流生成器，被配置为向双极结型晶体管输出驱动电流信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流。电流生成器还被配置来：输出驱动电流信号以使双极结型晶体管在第一时间段、第二时间段和第三时间段期间导通，第二时间段将第一时间段与第三时间段分离开；在第一时间段和第二时间段期间驱动双极结型晶体管在硬饱和区域中工作；并且在第三时间段期间驱动双极结型晶体管在准饱和区域中工作。

本申请是申请日为2011年6月20日、题为“通过调节基极电流来驱动双极结型晶体管的系统和方法”的中国发明专利申请No.201110171960.0的分案申请。

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于驱动双极结型晶体管(bipolar junction transistor)的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已被应用来利用随着时间改变的基极电流驱动双极结型晶体管。但是将认识到，本发明具有宽得多的应用范围。

背景技术

双极结型晶体管(BJT)已被广泛用作电源电子系统中的电源开关。图1(A)示出了传统N-P-N双极结型晶体管(BJT)的简化剖面图。N-P-N BJT 102包括P型掺杂层106、n型轻掺杂层108和n型重掺杂层110。层110被连接到端子118(例如，表示集电极的端子“C”)，并且层108用作集电极漂移区域。如图1(A)所示，在层106中有三个重掺杂区域，包括p型重掺杂区域112和两个n型重掺杂区域114。区域112连接到端子116(例如，表示基极的端子“B”)，并且区域114连接到端子120(例如，表示发射极的端子“E”)。通常，通过向区域112注入电流来使N-P-N BJT 102导通，该电流使得电子从区域114流向层110。图1(B)示出了传统N-P-N双极结型晶体管102的简化示意符号。该示意符号104包括分别表示基极、集电极和发射极的端子116、118和120。端子120的箭头122指示了当N-P-N BJT 102导通时电流的流向。

图2是示出作为N-P-N BJT 102的集电极到发射极电压的函数的集电极电流的简化传统示图。如图所示，N-P-N BJT至少可以在线性区域、准饱和区域(quasi-saturationregion)和硬饱和区域(hard saturation region)中工作。在线性区域中，对于特定的基极电流(例如，I_b)，集电极电流(例如，I_c)相对于集电极到发射极电压(例如，V_ce)保持恒定。另外，如果集电极到发射极电压(例如，V_ce)充分地被减小，则BJT 102进入准饱和区域，并且如果集电极到发射极电压(例如，V_ce)被进一步充分减小，则BJT 102进入硬饱和区域。

通常要求电源电子系统中的电源开关提供高的开关速度、低的导通状态输出阻抗和高的截止状态输出阻抗。因此，作为电源开关，当BJT 102导通时BJT 102通常工作在硬饱和区域，以使输出阻抗保持较低。然而，在硬饱和区域中，BJT 102的最大开关频率通常受到限制。例如，当BJT 102进入硬饱和区域时，许多少数载流子被累积在基极中；因此，在BJT102可被截止之前通常需要移除这些少数载流子。移除累积的少数载流子所需的时间被称为存储时间，其表示即使在基极电流下降到接近零时BJT 102仍导通的时间。因此，少数载流子的存储时间可能限制BJT 102的最大开关频率。

为了提高BJT 102的最大开关频率，需要减少存储在基极中的少数载流子的量。例如，负基极电流被用来从BJT 102的基极扫除少数载流子。但是，当BJT 102工作在硬饱和区域时，通常难以利用负基极电流来快速地使BJT 102截止，这是因为在使BJT 102截止之前，载流子将被存储到BJT 102的基极区域中。