CN101291108B - 电荷泵启动电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电荷泵启动电路，包含：一个耗乏型晶体管，其漏极与一电压源电连接，其源极与一电压节点电连接；以及一个电荷泵电路，其输入与该电压节点电连接，输出与该耗乏型晶体管的栅极电连接，其中当该电压节点之电压到达一预定电压后，该电荷泵电路停止操作。本发明至少有以下优点：(1)不使用电阻，故无散热与大幅耗电的问题；(2)不需要使用复杂的高压元件；(3)解决了耗乏型晶体管的本体效应问题。

Description

电荷泵启动电路与方法
技术领域
本发明涉及一种启动电路，特别是指一种以电荷泵方式来控制启动晶体管，以达成启动功能的启动电路，以及与该电荷启动电路相关的方法。
背景技术
从电压源供应电压至集成电路芯片的电源电路时，经常需要使用到启动电路。启动电路的目的是提供启始偏压，直到电源电路能够正常工作为止。之后，理想的话，启动电路应当功成身退，不再耗用任何电源。其简单示意图如图1所示，由于在电路的启动阶段，电源电路200本身尚无电源，因此必须提供一个启动电路10，以对电容器C进行充电，直到节点Vbias处的电压到达默认值，能够启动电源电路为止。当电源电路启动之后，即可自行工作(例如通过别的路径从电压源100取得电力、并转换成芯片所需的直流低压Vdd，其详细内容为本技术领域者所熟知，在此不予赘示)。
上述启动电路10，现有技术中对此最简单的作法如图2所示。由于启动电路10，应该只消耗很少的电流，故最简单的作法是提供一个大电阻20。电阻20将电压源100而来的电压转换成低电流，并对电容器C进行充电，直到节点Vbias处的电压到达默认值。而节点Vbias处的电压，举例而言，可供驱动一个在电源电路200内的脉宽调变电路12，由该脉宽调变电路12来控制电源电路200的工作(其详细内容亦为本技术领域者所熟知，故在此不予赘示)。
在图2所示的现有技术中，由于电压源100所提供的电压经常相当高，故电阻20必须相当大，才能达成限流的功能。但如此一来，造成电阻20在芯片内所占面积过大、且会产生大量的热。此外，此种设计，并无自动关闭启动电路的机制；耗电与热的问题，不但相当严重，且在电源电路启动之后，还会持续。因此，此种设计虽然简单，但并不理想。
另一种现有技术的作法揭示于美国专利第5,285,369号中。该案之电路相当复杂，经简化后其概念大致如图3所示，是利用金氧半场效晶体管(以下简称MOSFET)中寄生接面晶体管的特性，将MOSFET 84分解视为包含一个接面场效晶体管(以下简称晶体管)86与一个MOSFET 88。晶体管86为耗乏型晶体管，本身具有限流的功能，且由于其耗乏型之特性，在栅极接地的电路设计下，将常态维持为导通状态(normally ON)。该案从晶体管86与MOSFET 88之间的节点取出电流，使用该电流来启动一个控制电路14，此控制电路14一方面对电容器C进行充电，一方面可在节点Vbias处的电压到达默认值时，发出控制信号，关闭MOSFET 88，以切断由MOSFET 84和控制电路14所构成的整体启动电路。
上述图3所示的现有技术，虽能达成自动关闭启动电路的功能，且电路所产生的热远较图2电路为低，但详细参酌该案可知，其控制电路14的结构过于复杂，并不能令人满意。
因此，在美国专利第5,477,175号中，揭示另一种电路结构，其设计即较图3所示电路为简单。如图4所示，在该案中，是直接从耗乏型晶体管101与MOSFET 102间的节点取出电流，并使用一个电阻器103来将电流转换成电压，以控制MOSFET 102的栅极，使其导通。当电源电路200启动后，可通过控制节点113，使开关晶体管109导通，即可将MOSFET 102的栅极电压拉低，使MOSFET 102关闭。
上述图4所示的电路，其复杂度虽较美国专利第5,285,369号现有技术已有大幅改善，但未臻完全理想。首先，该案在电源电路200启动后，为求关闭MOSFET 102，必须使开关晶体管109导通，因此仍会构成一条自耗乏型晶体管101-电阻器103-开关晶体管109的耗电路径。此外，耗乏型晶体管101本身具有「本体效应」(body effect)，当其提供电流至电阻器103使MOSFET 102的栅极电压升高时，耗乏型晶体管101本身的源极电压也会升高，使本体效应劣化，因而减低耗乏型晶体管101的电流。甚至，耗乏型晶体管101可能会完全关闭。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术之不足，提出一种较佳之启动电路，而得以解决前述耗电和本体效应的困扰。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种以电荷泵方式来控制启动晶体管，以达成启动功能的启动电路。
本发明的第二目的在于提供一种相关的启动方法。
为达上述之目的，在本发明的其中一个实施例中，提供了一种电荷泵启动电路，包含：一个耗乏型晶体管，其漏极与一电压源电连接，其源极与一电压节点电连接；以及一个电荷泵电路，其输入与该电压节点电连接，输出与该耗乏型晶体管的栅极电连接，其中当该电压节点之电压到达一预定电压后，该电荷泵电路停止操作。
前述实施例中，当电压节点之电压到达一预定电压后，可将启动晶体管的栅极接地，并使电荷泵电路停止操作。
根据本发明的又另一个实施例，也提供了一种经由耗乏型晶体管自一电压源提供电压给一电压节点的启动方法，该启动方法包含：提供一个耗乏型晶体管，其漏极与一电压源电连接，其源极与一电压节点电连接；使该耗乏型晶体管导通；以及随着该耗乏型晶体管之源极电压升高，也对应地使其栅极电压升高，使该耗乏型晶体管的栅极对源极跨压不降低，其中使该耗乏型晶体管的栅极对源极跨压不降低的步骤，包括：提供一个电荷泵电路，其输入与该耗乏型晶体管之源极电连接，输出与该耗乏型晶体管的栅极电连接。
上述实施例中，当电压节点之电压到达一预定电压后，可将耗乏型晶体管的栅极接地，并不再根据耗乏型晶体管的源极电压而升高耗乏型晶体管的栅极电压。
总之，本发明与现有技术相比较，至少有以下优点：(1)不使用电阻，故无散热与大幅耗电的问题；(2)不需要使用复杂的高压元件；(3)解决了耗乏型晶体管的本体效应问题。因此，本发明较现有技术更为进步。
以下将通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明之目的、技术内容、特点及其所达成之功效。
附图说明
图1为启动电路的概念说明图。
图2为现有技术中，以电阻器来构成启动电路的示意电路图。
图3为示意电路图，说明现有技术启动电路的一例。
图4为示意电路图，说明现有技术启动电路的另一例。
图5为根据本发明一实施例的示意电路图。
图中符号说明
10启动电路
12脉宽调变电路
14控制电路
20电阻器
50启动电路
51耗乏型晶体管
55电荷泵电路
57控制节点
59开关晶体管
84金氧半场效晶体管
86接面场效晶体管
88金氧半场效晶体管
100电压源
101接面场效晶体管
102金氧半场效晶体管
103电阻器
109开关晶体管
113控制节点
200电源电路
300启动电路
C电容器
Vbias节点
Vdd直流电压
具体实施方式
请参考图5，其中以示意电路图的方式显示本发明的一个实施例。本实施例中，在电压源100与电源电路200间的启动电路50，包含有一个启动晶体管51，此启动晶体管为耗乏型晶体管；一个电荷泵电路55；和一个开关晶体管59。图标中，耗乏型晶体管51为MOSFET，但也可以是其它型式的晶体管，例如JEFT。
如图所示，耗乏型晶体管51的栅极由电荷泵电路55的输出所控制。于电路启始阶段，节点Vbias处的电压为零，电荷泵电路55的输出也为零，故耗乏型晶体管51导通。当节点Vbias处的电压逐渐上升时，耗乏型晶体管51的本体效应开始劣化，但由于电荷泵电路55的作用，使其输出较输入为高，且输出与输入间具有函数关系，因此当节点Vbias处的电压逐渐上升时，耗乏型晶体管51的栅极电压也相对上升，使耗乏型晶体管51的栅极对源极跨压也增加，消除了本体效应所造成的影响。
当电容器C上的跨压到达默认值后，电源电路200启动，此时可通过电源电路200所产生的电流，控制节点57，使开关晶体管59导通，以将耗乏型晶体管51的栅极电压拉低，而将晶体管51关闭。此时电荷泵电路55的操作也相应关闭，故启动电路50中不再有任何电流耗损，可较现有技术更为省电。
至于电荷泵电路55的具体结构，则并非本案重点，可有各种实施方式，熟悉本技术者当可在本发明的教导下自行思及。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为了使熟悉本技术者易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明的权利范围。例如，在所示各电路元件之间，可插入不影响电路主要功能的其它元件，例如开关等。故凡依本发明之概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求保护范围内。

Claims (7)

1.一种电荷泵启动电路，包含：
一个耗乏型晶体管，其漏极与一电压源电连接，其源极与一电压节点电连接；以及
一个电荷泵电路，其输入与该电压节点电连接，输出与该耗乏型晶体管的栅极电连接，
其中当该电压节点之电压到达一预定电压后，该电荷泵电路停止操作。
2.如权利要求1所述的电荷泵启动电路，其中该耗乏型晶体管的栅极另经一开关晶体管而电性接地。
3.如权利要求1所述的电荷泵启动电路，其中该电压节点与一电源电路电连接。
4.一种经由耗乏型晶体管自一电压源提供电压给一电压节点的启动方法，该启动方法包含：
提供一个耗乏型晶体管，其漏极与一电压源电连接，其源极与一电压节点电连接；
使该耗乏型晶体管导通；以及
随着该耗乏型晶体管之源极电压升高，也对应地使其栅极电压升高，使该耗乏型晶体管的栅极对源极跨压不降低，
其中使该耗乏型晶体管的栅极对源极跨压不降低的步骤，包括：提供一个电荷泵电路，其输入与该耗乏型晶体管之源极电连接，输出与该耗乏型晶体管的栅极电连接。
5.如权利要求4所述的启动方法，还包含：当该电压节点之电压到达一预定电压后，将该耗乏型晶体管的栅极电压拉低。
6.如权利要求5所述的启动方法，其中将该耗乏型晶体管的栅极电压拉低的步骤，包括：使该耗乏型晶体管的栅极电性接地。
7.如权利要求4所述的启动方法，还包含：当该电压节点之电压到达一预定电压后，使该电荷泵电路停止操作。
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