晶体管安全工作区自适应调节装置及晶体管应用系统的制作方法

本发明涉及晶体管安全工作区控制，尤其涉及一种晶体管安全工作区自适应调节装置及晶体管应用系统。

背景技术：

1、晶体管的安全工作区，是指功率半导体器件能够按照预期正常工作而不会造成损坏时的电压电流等条件的范围，用来确认晶体管是否在安全的条件下工作的信息。在半导体器件产品的手册或datasheet里，安全工作区通常以坐标图像的形式标明，常规三极管安全工作区的直角坐标图，如图1所示，以三极管为例，其安全工作区坐标图的横坐标是 vce（集电极-发射极电压）、纵坐标是 ice（集电极-发射极电流），而安全工作区的范围即为曲线与坐标轴所包围的区域。这一边界曲线中结合了器件的以下各项工作限制：最大电压、最大电流与最大耗散电功率。三极管若处于非安全工作区持续工作，其内部电流集中将会引起局部发热，因而导致器件退化甚至完全失效，为了防止晶体管在使用中损坏，必须使之一直处于安全工作区内，对于功率管还必须满足散热条件。

2、目前现有的晶体管安全工作区控制方法较少，常规的针对晶体管安全工作区调节装置原理图如图2所示，该控制方法是采集晶体管的饱和管压降输入比较器进行比较判断，当其电压超过比较器的阈值电压后，将会直接瞬间关闭晶体管，来达到保护晶体管的目的。虽然该方法能够起到保护晶体管的目的，但是不能线性调整晶体管的输出状态，因此晶体管不能持续输出电压电流，甚至在开关瞬间还会引起较大尖峰毛刺电压，同时该方法结构较为复杂，使用的元器件较多，将会导致成本升高。

3、因此，如何能够精准有效地控制晶体管处于安全工作区内成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种晶体管安全工作区自适应调节装置及晶体管应用系统，解决相关技术中存在的无法精准有效控制晶体管处于安全工作区的技术问题。

2、作为本发明的第一个方面，提供一种晶体管安全工作区自适应调节装置，其中，包括：电流采样单元、电压采样单元、驱动调节单元和晶体管单元，所述电流采样单元分别与所述电压采样单元和所述晶体管单元电连接，所述电压采样单元与所述晶体管单元电连接，所述驱动调节单元分别与所述电压采样单元和所述晶体管单元电连接，所述电流采样单元用于对所述晶体管单元的工作电流进行采样，获得所述晶体管单元的当前工作电流；所述电压采样单元用于采集所述晶体管单元在当前工作电流下的饱和管压降；所述驱动调节单元用于根据负载需求对所述当前工作电流或所述饱和管压降进行自适应调节，以获得所述晶体管单元的驱动调节电压；所述晶体管单元能够根据所述驱动调节电压工作在安全工作区，所述安全工作区为所述晶体管单元的实时工作电流io满足：0≤io≤c-k*vce，其中，vce表示所述晶体管单元在当前工作电流下的饱和管压降，c和k均表示可变调节参数。

3、进一步地，所述驱动调节单元用于根据负载需求对所述当前工作电流或所述饱和管压降进行自适应调节，以获得所述晶体管单元的驱动调节电压，包括：当所述负载需求为获取预设幅度的电流时，所述驱动调节单元用于根据晶体管单元的自身功耗对所述饱和管压降进行自适应调节，以获得所述晶体管单元的驱动调节电压；当所述负载需求为获取预设幅度的电压时，所述驱动调节单元用于根据晶体管单元的自身功耗对所述当前工作电流进行自适应调节，以获得所述晶体管单元的驱动调节电压。

4、进一步地，所述驱动调节单元包括：电压与电流转换单元和电流驱动单元，所述电压与电流转换单元与所述电压采样单元连接，所述电流驱动单元分别与所述电压与电流转换单元以及所述晶体管单元连接；所述电压与电流转换单元用于将当前工作电流下的饱和管压降转换为饱和管电流；所述电流驱动单元用于根据所述负载需求对所述饱和管电流或对所述当前工作电流进行自适应调节，以获得所述晶体管单元的驱动调节电压。

5、进一步地，所述电压与电流转换单元包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一恒流源和第四电阻，所述第一三极管的发射极为所述电压与电流转换单元的输入端，用于连接所述电压采样单元，所述第一三极管的集电极与所述第一恒流源的正极连接，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极连接供电电源，所述第二三极管的集电极与所述第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的发射极连接信号地，所述第三三极管的集电极与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的基极连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的集电极为所述电压与电流转换单元的输出端，用于连接所述电流驱动单元，所述第四三极管的发射极连接所述信号地，所述第一恒流源的负极连接所述信号地，所述第四电阻的一端连接所述第三三极管的基极，所述第四电阻的另一端连接所述信号地。

6、进一步地，所述电流驱动单元包括第二恒流源，所述第二恒流源的正极连接供电电源，所述第二恒流源的负极连接所述电压与电流转换单元的输出端。

7、进一步地，所述驱动调节单元包括电压驱动单元，所述电压驱动单元分别连接所述电压采样单元和所述晶体管单元，所述电压驱动单元用于根据所述负载需求对所述当前工作电流或对所述饱和管压降进行自适应调节，以获得所述晶体管单元的驱动调节电压。

8、进一步地，所述电流采样单元包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接供电电源，所述第一电阻的另一端分别连接所述电压采样单元和所述晶体管单元。

9、进一步地，所述电压采样单元包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端连接所述电流采样单元，所述第二电阻的另一端连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述晶体管单元，所述第二电阻和所述第三电阻的连接端连接所述驱动调节单元。

10、进一步地，所述晶体管单元包括晶体管，所述晶体管的控制端与所述驱动调节单元连接，所述晶体管的输入端分别连接所述电压采样单元和所述电流采样单元，所述晶体管的输出端连接所述电压采样单元。

11、作为本发明的另一个方面，提供一种晶体管应用系统，其中，包括：前置放大模块、负载和前文所述的晶体管安全工作区自适应调节装置，所述前置放大模块与所述晶体管安全工作区自适应调节装置的晶体管单元连接，所述负载与所述晶体管安全工作区自适应调节装置的输出端连接，所述前置放大模块用于对待输入信号进行放大处理，获得放大处理信号；所述晶体管安全工作区自适应调节装置中的晶体管单元用于在安全工作区对所述放大处理信号进行放大处理，且所述晶体管安全工作区自适应调节装置能够根据负载需求自适应调节所述晶体管单元的驱动调节电压，以使得所述晶体管单元能够工作在安全工作区，所述安全工作区为所述晶体管单元的实时工作电流io满足：0≤io≤c-k*vce，其中，vce表示所述晶体管单元在当前工作电流下的饱和管压降，c和k均表示可变调节参数。

12、本发明提供的晶体管安全工作区自适应调节装置，通过电流采样单元对晶体管单元的工作电流进行实时采样，并通过电压采样单元对晶体管单元的饱和管压降进行采样，进而驱动调节单元能够根据负载需求对当前工作电流或饱和管压降进行自适应调节以获得能够使得晶体管单元工作在安全工作区的驱动调节电压，且该安全工作区为晶体管单元的实时工作电流io满足：0≤io≤c-k*vce，这种晶体管安全工作区自适应调节装置能够通过自适应调节的方式使得晶体管单元工作在安全工作区，可以精准有效的控制晶体管的最大耗散功率，提高晶体管单元的使用可靠性。