CN102566648B - 软启动控制器 - Google Patents
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Abstract
一种软启动控制器，包括：一输入端，所述输入端电学连接至芯片的基准电压源；一非门，所述非门的输入端电学连接至所述软启动控制器的输入端；一场效应晶体管，所述场效应晶体管的栅极电学连接至所述非门的输出端，漏极/源极电学连接至软启动控制器的工作电压源，源极/漏极电学连接至所述软启动控制器的输出端；一限流单元，所述限流单元连接一电流镜像单元，电流镜像单元通过所述限流单元控制非门及场效应晶体管的电流。
Description
技术领域
本发明是关于一种软启动控制器，特别涉及一种结构简单，易于实现的软启动控制电路。
背景技术
集成电路芯片是一种具有极高电学精度的电子元件。集成电路的启动首先需要为芯片施加一电压，该电压通常为数伏或者数十伏。
突然在集成电路芯片上施加工作电压，带来瞬间上电冲击电流，常会造成供电电源电压的瞬间突变，使芯片内部各器件的工作状态突然发生变化，容易引起某个或者某些器件的电学失效，导致芯片无法工作甚至烧毁。芯片的集成度越高，上述现象越容易发生。一种解决上述问题的有效方法是为芯片提供一个缓慢升高的启动电压，缓慢升高芯片上某些特定的元件的电压，待这些元件的负载电压逐渐升高到允许范围内，在启动芯片进行正常工作，以避免发生芯片失效的问题。而实现这一软启动通常需要复杂的控制电路来实现，从而提高了集成电路的成本。目前常用的方案有如下两种：一种是串入限流电阻之类器件，使输入电流缓慢增长，但该方案抑制电流增速效果非常小，应用性差；另一种是串入场效应晶体(简称MOS)管，通过缓充电电路控制MOS管栅极-源极（GS）间电压上升，缓慢打开MOS管，但该方案是以MOS管的大电流为代价的，面对大容量储能单元时，则不足以抑制电压的瞬态冲击。
因此，能够设计一种结构简单，易于实现的软启动控制电路，同时能实现下述功能：1）刚上电时，输入电压及电流能缓慢增长，尽量降低对芯片内部器件的冲击；2）电路正常工作时，允许大电流正常通过，且对芯片内部器件损耗尽可能低，是现有技术亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种软启动控制器，该控制器在刚上电时输入电压及电流能缓慢增长，并且在电路正常工作时，允许大电流正常通过。
为了解决上述问题，本发明提供了一种软启动控制器，包括：一输入端，所述输入端电学连接至芯片的基准电压源；一非门，所述非门的输入端电学连接至所述软启动控制器的输入端；一场效应晶体管，所述场效应晶体管的栅极电学连接至所述非门的输出端，漏极/源极电学连接至软启动控制器的工作电压源，源极/漏极电学连接至所述软启动控制器的输出端；一限流单元，所述限流单元连接一电流镜像单元，电流镜像单元通过所述限流单元控制非门及场效应晶体管的电流。
可选的，进一步包括一第一电流源，所述第一电流源的输出端电学连接至所述非门，为所述非门提供限流电流，输入端电学连接至软启动控制器的工作电压源；所述限流单元中进一步包括一初始场效应晶体管，第一电流源中设置一第一镜像场效应晶体管，所述第一镜像场效应晶体管源漏极之间的电流为第一电流源的输出电流；初始场效应晶体管与第一镜像场效应晶体管共栅极，并共源极/漏极；电流镜像单元通过调节限流单元中的初始场效应晶体管源漏极之间的电流来调节第一镜像场效应晶体管的漏极/源极的输出电流，从而控制第一电流源的输出电流。
可选的，进一步包括一第二电流源，所述场效应晶体管的漏极/源极通过所述第二电流源电学连接至软启动控制器的工作电压源；所述限流单元中进一步包括一初始场效应晶体管，第二电流源中设置一第二镜像场效应晶体管，所述第二镜像场效应晶体管源漏极之间的电流为第二电流源的输出电流；初始场效应晶体管与第二镜像场效应晶体管共栅极，并共源极/漏极；电流镜像单元通过调节限流单元中的初始场效应晶体管源漏极之间的电流来调节第二镜像场效应晶体管的漏极/源极的输出电流，从而控制第二电流源的输出电流。
在本发明提供的技术方案中，在芯片初始上电时，利用限流单元限制最大流入电流，并通过场效应晶体管对电容进行充电，使得芯片内部的电源电压及上电电流缓慢增长，避免了芯片上电瞬态电压及电流的冲击对芯片内部元器件的影响。同时，利用非门的开关特性，当芯片内部电压达到所需要求时，切换芯片内部电源至供电电源，从而保障了正常工作所需的电流。由于软启动控制器只在供电电源初始上电时工作，该电流引入的功耗可忽略不计。此外，本软启动控制器结构简单，易于实现。
附图说明
附图1所示是本发明的具体实施方式所述软启动控制器的结构示意图。
附图2所示是附图1所示软启动控制器的一种电路图。
具体实施方式
接下来结合附图详细介绍本发明所述一种软启动控制器的具体实施方式。
附图1所示是本具体实施方式所述软启动控制器的结构示意图，包括：一输入端U1，所述输入端U1电学连接至芯片的基准电压源VLIN；一非门N1，所述非门N1的输入端电学连接至所述软启动控制器的输入端U1；一第一电流源I1，所述第一电流源I1的输出端电学连接至所述非门N1，为所述非门N1提供偏置电流，输入端电学连接至软启动控制器的工作电压源VLIN；一场效应晶体管M177，所述场效应晶体管M177的栅极电学连接至所述非门N1的输出端，漏极电学连接至软启动控制器的工作电压源VLIN，源极电学连接至所述软启动控制器的输出端U2；一第二电流源I2，所述场效应晶体管M177的漏极通过所述第二电流源I2电学连接至软启动控制器的工作电压源；一限流单元I0，所述限流单元I0中设置一初始场效应晶体管M238，第一电流源I1和第二电流源I2中分别设置一第一镜像场效应晶体管M240和一第二镜像场效应晶体管M239（以上三个场效应晶体管请参阅后续的附图2），所述限流单元I0连接一电流镜像单元M1，电流镜像单元M1外接一使能控制信号（ENCR），以通过所述限流单元控制非门及场效应晶体管的电流。以上场效应晶体管M177的源极和漏极可以互换。本具体实施方式中，芯片中需要预先充电的元件为电容C2，电容C2的一端电学连接至软启动控制器的输出端U2。在其他的实施方式中，需要预先充电的元件也可以是更多的或者其他类型的电子元件。
以上第一电流源I1与第二电流源I2的目的在于为电路提供较稳定的偏置电流I1和I2，可根据基准稳定性对电容C2大小的要求和基准启动时间要求来确定电流I1、I2的大小。第二电流源I2还进一步在软启动控制器的输出端U2输出一逐渐增大的软启动电流。
芯片的基准电压源的输出电压输送至软启动控制器的输入端U1，并通过非门N1来控制M177的工作状态。软启动控制器的工作原理如下：芯片刚上电时，基准源电路没有启动，输入端U1为低电平，经过非门N1后输出高电平，场效应晶体管M177饱和导通，第二电流源I2给电容C2充电，这一过程中利用限流单元限制最大流入电流，并通过场效应晶体管对电容进行充电，使得芯片内部的电源电压及上电电流缓慢增长，避免了芯片上电瞬态电压及电流的冲击对芯片内部元器件的影响；当电容上的电压达到门限值后，芯片其他各个元件开始工作，芯片的基准电压源的输出电压升高；芯片的基准电压源的输出电压升高至被非门N1识别为高电平时，非门N1反转输出低电平，使场效应晶体管M177截止，停止对电容C2充电，软启动完成，此时切换芯片内部电源至供电电源，从而保障了正常工作所需的电流。
附图2所示是附图1所示软启动控制器的一种电路图。
参考附图2所示，ENCR是使能控制信号，控制该部分电路偏置电流的产生。场效应晶体管M243、M244、R222S5组成峰值电流镜（Peaking Current Mirror），并与场效应晶体管M241、M242构成了带使能控制的自偏置电路；场效应晶体管M132、M117、M118、M119P2组成了附图1中的非门N1，M239提供启动电流I2，M177作为一个“开关”，决定第二电流源I2是否对电容C2充电。
系统加电后，只要ENCR是低电平，电路产生偏置电流Ib。由于场效应晶体管M242的宽长比很大，而场效应晶体管M241的沟道长度比沟道宽度大，场效应晶体管M242处于线性区工作，而场效应晶体管M241将处于饱和区工作，因此偏置电流Ib可由场效应晶体管M241及输入电压确定。
峰值电流镜的原理是电阻R222S5使场效应晶体管M244处于亚阈值区工作，当偏置电流Ib在某一个值时，电流I0达到峰值。
所述第一镜像场效应晶体管M240和第二镜像场效应晶体管M239源漏极之间的电流分别对应于第一电流源I1和第二电流源I2的输出电流I1和I2；初始场效应晶体管M238与第一镜像场效应晶体管M240共栅极，并共源极；初始场效应晶体管M238与第二镜像场效应晶体管M239共栅极，并共源极；通过调节初始场效应晶体管M238源漏极之间的电流I0来调节第一镜像场效应晶体管M240和第二镜像场效应晶体管M239的漏极的输出电流，从而控制第一电流源I1和第二电流源I2的输出电流。
由以上内容可推出偏置电流Ib的关系式为：
根据MOS峰值电流镜的原理，可推出：
其中N是亚阈值常数通常N＝1.85，VT是热电压VT＝kT/q。从上式中看出当Ib＝NVT/R222S5时，输出电流I0达到最大。
进而，I2、I1与I0的关系由场效应晶体管M239、M240与M238的镜像比例确定。
综上所述，虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所申请的专利范围所界定者为准。
Claims (3)
1.一种软启动控制器，包括： 一输入端，所述输入端电学连接至芯片的基准电压源； 一非门，所述非门的输入端电学连接至所述软启动控制器的输入端； 一场效应晶体管，所述场效应晶体管的栅极电学连接至所述非门的输出端，漏极/源极电学连接至软启动控制器的工作电压源，源极/漏极电学连接至所述软启动控制器的输出端；
一限流单元，所述限流单元连接一电流镜像单元，电流镜像单元通过所述限流单元控制非门及场效应晶体管的电流；其特征在于，
进一步包括一第一电流源和一第二电流源，所述第一电流源的输出端电学连接至所述非门，为所述非门提供偏置电流，输入端电学连接至软启动控制器的工作电压源，所述场效应晶体管的漏极/源极通过所述第二电流源电学连接至软启动控制器的工作电压源。
2.根据权利要求1所述的软启动控制器，其特征在于，所述限流单元中进一步包括一初始场效应晶体管，第一电流源中设置一第一镜像场效应晶体管，所述第一镜像场效应晶体管源漏极之间的电流为第一电流源的输出电流；初始场效应晶体管与第一镜像场效应晶体管共栅极，并共源极/漏极；电流镜像单元通过调节限流单元中的初始场效应晶体管源漏极之间的电流来调节第一镜像场效应晶体管的漏极/源极的输出电流，从而控制第一电流源的输出电流。
3.根据权利要求1所述的软启动控制器，其特征在于，所述限流单元中进一步包括一初始场效应晶体管，第二电流源中设置一第二镜像场效应晶体管，所述第二镜像场效应晶体管源漏极之间的电流为第二电流源的输出电流；初始场效应晶体管与第二镜像场效应晶体管共栅极，并共源极/漏极；电流镜像单元通过调节限流单元中的初始场效应晶体管源漏极之间的电流来调节第二镜像场效应晶体管的漏极/源极的输出电流，从而控制第二电流源的输出电流。
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