CN102957126A - 高压元件电路及其电压过低锁定电路 - Google Patents

Abstract

一种电压过低锁定电路，应用于高压元件电路中，包含：具有接收第一供应电压的第一端的负载模块、参考电位高压晶体管、偏压电流源模块、比较电流源模块以及比较高压晶体管。参考电位高压晶体管的栅极接收参考预设电位，源极连接负载模块第二端。偏压电流源模块连接于参考电位高压晶体管的漏极及负接地电位间。比较高压晶体管的输入栅极连接参考电位高压晶体管的漏极，输出漏极连接于比较电流源模块。当第一供应电压提升至特定高电平，使比较高压晶体管的电流汲取能力大于比较电流源模块的电流供应能力，且使输出漏极产生电源启动信号。

Description

高压元件电路及其电压过低锁定电路

技术领域

本发明是有关于一种电路，且特别是有关于一种高压元件电路及其电压过低锁定电路。

背景技术

高压元件及电路系统应用范围非常广泛，举凡电源供应器、汽车电子、显示器驱动、马达控制与照明设备等民生电子产品，皆可见其踪迹。近年来，由于环保与能源问题，各国皆致力于发展节能产品，若能进一步拓展高压元件及电路系统应用，对节能电子产品的开发有极大的帮助。

电压过低锁定电路可以对电路的电源电压进行控制，以在供应电压到达适当的电平时起始将电源电压送至功能电路中，并在供应电压过低时停止供应电源电压至功能电路，达到电路保护的功效。然而，在高压元件电路的环境下，用以建构电压过低锁定电路的部分模块由于已知的元件如电阻、电容等无法承受高压，将难以于高压元件电路的环境中实现。

因此，如何设计一个新的电压过低锁定电路，以应用于高压元件电路中，乃为此业界亟待解决的问题。

发明内容

因此，本发明的一方面是在于提供一种电压过低锁定(under voltagelock-up)电路，应用于高压元件电路中，电压过低锁定电路包含：负载模块、参考电位高压晶体管、偏压电流源模块、比较电流源模块以及比较高压晶体管。负载模块的第一端用以接收第一供应电压。参考电位高压晶体管包含接收参考预设电位的栅极，以及连接于负载模块的第二端的源极。偏压电流源模块连接于参考电位高压晶体管的漏极以及负接地电位间。比较高压晶体管包含连接于参考电位高压晶体管的漏极的输入栅极以及连接于比较电流源模块的输出漏极。其中当第一供应电压提升至特定高电平，使比较高压晶体管导通，且使其电流汲取能力大于比较电流源模块的电流供应能力，进一步使输出漏极产生电源启动信号。

依据本发明一实施例，其中偏压电流源模块包括第一电流源，依据第一供应电压而运作，以及第二电流源，依据第二供应电压运作，其中第二供应电压低于第一供应电压。

依据本发明另一实施例，其中输出漏极连接于奇数个反相器，以通过奇数个反相器输出电源启动信号。电源启动信号输出至高压电源启动电路或常压电源启动电路，俾控制高压元件电路的高压电源供应电路以及常压电源供应电路分别提供高压电源以及常压电源。

依据本发明又一实施例，其中参考电位高压晶体管的基极(bulk)是与参考电位高压晶体管的源极相连接。

依据本发明再一实施例，其中负载模块包含多个相串联的二极管连接形式(diode-connected)高压晶体管。电压过低锁定电路还包含延迟开关，连接于负载模块的高压晶体管至少其中之一的两端，并用以接收电源启动信号，当第一供应电压降低至第一特定低电压电平，延迟开关使高压晶体管至少其中之一短路，以使输出漏极继续输出电源启动信号。当第一供应电压降至低于第一特定低电压电平的第二特定低电压电平，比较高压晶体管关闭，输出漏极停止输出电源启动信号。当第一供应电压提升至特定高电平时，第一供应电压大于负载模块的高压晶体管的临界电压以及比较高压晶体管的临界电压之和。

依据本发明更具有的一实施例，还包含去耦高压晶体管，连接于参考电位高压晶体管的源极。

本发明的另一方面是在于提供一种高压元件电路，包含：至少一高压功能模块、高压电源供应电路以及电压过低锁定电路。高压功能模块包含至少一高压元件。高压电源供应电路用以根据电源启动信号供应高压电源至高压功能模块。电压过低锁定电路包含：负载模块、参考电位高压晶体管、偏压电流源模块、比较电流源模块以及比较高压晶体管。负载模块的第一端用以接收第一供应电压。参考电位高压晶体管包含接收参考预设电位的栅极，以及连接于负载模块的第二端的源极。偏压电流源模块连接于参考电位高压晶体管的漏极以及负接地电位间。比较高压晶体管包含连接于参考电位高压晶体管的漏极的输入栅极以及连接于比较电流源模块的输出漏极。其中当第一供应电压提升至特定高电平，使比较高压晶体管导通，且使其电流汲取能力大于比较电流源模块的电流供应能力，进一步使输出漏极产生电源启动信号。

依据本发明一实施例，其中偏压电流源模块包括第一电流源，依据第一供应电压而运作，以及第二电流源，依据第二供应电压运作，其中第二供应电压低于第一供应电压。

依据本发明另一实施例，其中输出漏极连接于奇数个反相器，以通过奇数个反相器输出电源启动信号。

依据本发明又一实施例，高压元件电路还包含高压电源启动电路，电源启动信号使高压电源启动电路启动高压电源供应电路，以供应高压电源至高压功能模块。

依据本发明再一实施例，高压元件电路，还包含一常压电源启动电路、至少一常压功能模块以及一常压电源供应电路，该电源启动信号还输出至该常压电源启动电路，以供应一常压电源至该常压功能模块。

依据本发明更具有的一实施例，其中参考电位高压晶体管的基极(bulk)是与参考电位高压晶体管的源极相连接。

依据本发明再具有的一实施例，其中负载模块包含多个相串联的二极管连接形式(diode-connected)高压晶体管。电压过低锁定电路还包含延迟开关，连接于负载模块的高压晶体管至少其中之一的两端，并用以接收电源启动信号，当第一供应电压降低至第一特定低电压电平，延迟开关使高压晶体管至少其中之一短路，以使输出漏极继续输出电源启动信号。当第一供应电压降至低于第一特定低电压电平的第二特定低电压电平，比较高压晶体管关闭，输出漏极停止输出电源启动信号。当第一供应电压提升至特定高电平时，第一供应电压大于负载模块的高压晶体管的临界电压以及比较高压晶体管的临界电压之和。

依据本发明一实施例，电压过低锁定电路还包含去耦高压晶体管，连接于参考电位高压晶体管的源极。

应用本发明的优点是在于通过负载模块及比较高压晶体管的设置，使无法采用电阻的高压元件电路环境亦能实现电压过低锁定的功效，而轻易地达到上述的目的。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1为本发明一实施例的一高压元件电路的方块图；

图2为本发明一实施例中，图1中的电压过低锁定电路更详细的电路图；

图3为本发明一实施例中，第一供应电压随时间变化的示意图；

图4为本发明一实施例中，高压电源启动电路及常压电源启动电路详细的电路图；

图5为本发明另一实施例中，图1中的电压过低锁定电路的电路图；以及

图6为本发明另一实施例中，第一供应电压随时间变化的示意图。

[主要元件标号说明]

1：高压元件电路             10：电压过低锁定电路

11：第一供应电压            12：高压电源启动电路

12’：常压电源启动电路      13：电源启动信号

14：高压功能模块            14’：常压功能模块

20：负载模块                22：参考电位高压晶体管

24：偏压电流源模块          240：第一电流源

242：第二电流源             26：比较电流源模块

28：比较高压晶体管          280：反相器

50：延迟开关                52：电容

具体实施方式

请参照图1。图1为本发明一实施例的一高压元件电路1的方块图。高压元件电路1包含：电压过低锁定电路10、高压电源启动电路12以及高压功能模块14。

电压过低锁定电路10用以接收第一供应电压11，以在第一供应电压11到达一个特定高电平时，产生电源启动信号13至高压电源供应电路12。高压电源启动电路12将因而驱动高压功能模块14中的高压电源供应电路(未绘示)开始供电，俾使高压功能模块14启始运作。于一实施例中，高压元件电路1亦可包含常压电源启动电路12’以及常压功能模块14’，高压电源启动电路12可进一步使常压电源启动电路12’驱动常压功能模块14’中的常压电源供应电路(未绘示)开始供电，以使常压功能模块14’启始运作。

于一实施例中，高压功能模块14包含至少一个高压元件，如高压的P型及N型金属氧化物半导体晶体管。一般而言，高压元件是指可以承受至少10伏特或以上的电子元件，而相对于高压功能模块14的常压功能模块14’则包含仅能承受较低的小电压，如5伏特或3.3伏特的P型及N型金属氧化物半导体晶体管。需注意的是，上述的数值仅为举例，并非用以限定高压及常压元件所承受的电压值。

请同时参考图2。图2为本发明一实施例中，图1中的电压过低锁定电路10更详细的电路图。电压过低锁定电路10包含：负载模块20、参考电位高压晶体管22、偏压电流源模块24、比较电流源模块26以及比较高压晶体管28。

负载模块20的第一端用以接收第一供应电压11。于本实施例中，负载模块20是由数个相串联的二极管连接形式高压晶体管形成。一实施例中，此些二极管连接形式高压晶体管为二极管连接形式的P型高压金属氧化物半导体晶体管。参考电位高压晶体管22于本实施例中，为一基极(bulk)与源极相连接的P型高压金属氧化物半导体晶体管，其栅极用以接收参考预设电位。于本实施例中，参考预设电位为约零伏特的接地电位GND。参考电位高压晶体管22的源极则连接于负载模块20的第二端。由于参考电位高压晶体管22的设置，将可确保第一供应电压11的值是相对此参考预设电位GND而非相对于负接地电位VGL。

偏压电流源模块24连接于参考电位高压晶体管22的漏极(于图2中绘示为I点)以及负接地电位VGL间。于一实施例中，偏压电流源模块24包括第一电流源240，依据第一供应电压11而运作，以及第二电流源242，依据第二供应电压(未绘示)运作，其中第二供应电压低于第一供应电压11。于一实施例中，第一供应电压11的电压电平可供应至高压元件，而第二供应电压的电压电平是供应至常压元件。通过第一电流源240及第二电流源242的设置，偏压电流源模块24可以在较高的第一供应电压尚未准备完全(如电路刚启动而未达到电平时)而无法使第一电流源240运作时，仍可通过第二电流源242输出偏压电流。比较高压晶体管28于本实施例中为一N型高压金属氧化物半导体晶体管，其输入栅极连接于参考电位高压晶体管22的漏极(即I点)，而其输出漏极(于图2中绘示为O点)则连接于比较电流源模块26。于一实施例中，比较电流源模块26亦可如偏压电流源模块24，包含两个接收不同电压而运作的电流源。

请同时参照图3。图3为本发明一实施例中，第一供应电压11随时间变化的示意图。在初始的情形下，第一供应电压11的电平较低，尚不足以使负载模块20中相串联的P型金属氧化物半导体晶体管导通，因此图2中的I点的电位将维持在低电平。比较高压晶体管28因此而未导通，使得其输出漏极O点由于比较电流源模块26的存在而维持在高电平。于本实施例中，输出漏极O点还与奇数个反相器280相连接，以输出低电平的信号，因此使高压电源启动电路12尚未对高压功能模块14的电源进行驱动。

在第一供应电压11逐渐提升以后，将使I点的电位提高，进而使比较高压晶体管28导通。于本实施例中，由于负载模块20具有三个相串联的P型金属氧化物半导体晶体管，再加上一个比较高压晶体管28，因此第一供应电压11需达到大于负载模块10的高压晶体管的临界电压Vthp以及比较高压晶体管的临界电压Vthn之和，即为3Vthp+Vthn的特定高电平，以使比较高压晶体管28导通。

因此，第一供应电压11在提升至特定高电平后，将使比较高压晶体管28导通。在比较高压晶体管28导通后，其电流汲取能力将大于比较电流源模块26的电流供应能力，因此将拉低输出漏极O点的电位。在经过奇数个反相器280后，将产生高电位的电源启动信号13。

请参照图4。图4为本发明一实施例中，高压电源启动电路12及常压电源启动电路12’详细的电路图。高压电源启动电路12在接收到电源启动信号13，将产生高压电源驱动信号VGH_OKH，以启始高压功能模块14。高压电源驱动信号VGH_OKH可进一步做为驱动常压电源启动电路12’的信号，以使其启始常压功能模块14’，并进入图3所绘示电源启动的周期。需注意的是，于一实施例中，高压电源启动电路12所连接的VGH与VGL即相当于图2中的第一供应电压11以及负接地电位，而常压电源启动电路12’所连接的VDD与VSS相当于第二供应电压以及零接地电位。

而在第一供应电压11降低后，在低于3Vthp+Vthn的特定高电平时，将无法再使比较高压晶体管28导通，因此电源启动信号13将转为低电平而使高压电源启动电路12及常压电源启动电路12’停止启动高压功能模块14及常压功能模块14’。

因此，本发明的电压过低锁定电路可通过负载模块及比较高压晶体管的设置，使无法采用电阻的高压元件电路环境亦能实现电压过低锁定的功效，达到电路保护的作用。须注意的是，上述实施例中，负载模块20中的高压晶体管的数目，以及P型及N型金属氧化物半导体晶体管的配置，均可视实际需求进行调整，不为以上的叙述所限。

请同时参照图5及图6。图5为本发明另一实施例中，图1中的电压过低锁定电路10的电路图。图6为本发明另一实施例中，第一供应电压11随时间变化的示意图。本实施例中的电压过低锁定电路10与图2所绘示的大同小异。图5中的电压过低锁定电路10还包含延迟开关50，连接于负载模块20的高压P型晶体管至少其中之一的两端。于本实施例中，延迟开关50连接于一个高压P型晶体管的两端，并接收电源启动信号13。于本实施例中，延迟开关50实质上是接收输出漏极O点在经过两个反相器后的信号，相当于电源启动信号13的反相。

在电源启动信号13为高电平的情形下，延迟开关50将不会导通，因此不会对电压过低锁定电路10造成影响。然而在电源启动信号13由于第一供应电压11降低至一个第一特定低电压电平，如图6所绘示的3Vthp+Vthn，而自高电平转换为低电平时，延迟开关50将导通而使其所连接的高压P型晶体管短路。因此即使第一供应电压11降低，亦可延迟其使电源启动信号13关闭的时间，达到使输出漏极O点继续输出高电平的电源启动信号13，延迟电源的关闭的功效。因此，第一供应电压需降至低于前述第一特定低电压电平的第二特定低电压电平，如图6所绘示的2Vthp+Vthn，才会使高压电源启动电路12及常压电源启动电路12’将电源关闭。

本实施例中的电压过低锁定电路10可还包含电容52，在此以去耦高压晶体管实现，连接于参考电位高压晶体管22的源极，以提供一个稳压的作用。

因此，本发明的电压过低锁定电路可通过负载模块及比较高压晶体管的设置，使无法采用电阻的高压元件电路环境亦能实现电压过低锁定的功效，达到电路保护的作用。更进一步的，通过延迟开关的设置，可以达到延迟电源关闭的功效，使设计上更具有弹性。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，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所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (21)

1.一种电压过低锁定电路，用于一高压元件电路中，该电压过低锁定电路包含：

一负载模块，该负载模块的一第一端用以接收一第一供应电压；

一参考电位高压晶体管，包含接收一参考预设电位的栅极，以及连接于该负载模块的一第二端的源极；

一偏压电流源模块，连接于该参考电位高压晶体管的漏极以及一负接地电位间；

一比较电流源模块；以及

一比较高压晶体管，包含连接于该参考电位高压晶体管的漏极的一输入栅极以及连接于该比较电流源模块的一输出漏极；

其中当该第一供应电压提升至一特定高电平，使该比较高压晶体管导通，且使其电流汲取能力大于该比较电流源模块的电流供应能力，进一步使该输出漏极产生一电源启动信号。

2.根据权利要求1所述的电压过低锁定电路，其中该偏压电流源模块包括一第一电流源，依据该第一供应电压而运作，以及一第二电流源，依据一第二供应电压运作，其中该第二供应电压低于该第一供应电压。

3.根据权利要求1所述的电压过低锁定电路，其中该输出漏极连接于奇数个反相器，以通过该奇数个反相器输出该电源启动信号。

4.根据权利要求3所述的电压过低锁定电路，其中该电源启动信号被输出至一高压电源启动电路或一常压电源启动电路，俾控制该高压元件电路的一高压电源供应电路以及一常压电源供应电路分别提供一高压电源以及一常压电源。

5.根据权利要求1所述的电压过低锁定电路，其中该参考电位高压晶体管的基极是与该参考电位高压晶体管的源极相连接。

6.根据权利要求1所述的电压过低锁定电路，其中该负载模块包含多个相串联的二极管连接形式高压晶体管。

7.根据权利要求6所述的电压过低锁定电路，还包含一延迟开关，连接于该负载模块的该等高压晶体管至少其中之一的两端，并用以接收该电源启动信号，当第一供应电压降低至一第一特定低电压电平，该延迟开关使该等高压晶体管至少其中之一短路，以使该输出漏极继续输出该电源启动信号。

8.根据权利要求7所述的电压过低锁定电路，当该第一供应电压降至低于该第一特定低电压电平的一第二特定低电压电平，该比较高压晶体管关闭，该输出漏极停止输出该电源启动信号。

9.根据权利要求6所述的电压过低锁定电路，其中当该第一供应电压提升至该特定高电平时，该第一供应电压大于该负载模块的该等高压晶体管的临界电压以及该比较高压晶体管的临界电压之和。

10.根据权利要求1所述的电压过低锁定电路，还包含一电容，连接于该参考电位高压晶体管的源极。

11.一种高压元件电路，包含：

至少一高压功能模块，包含至少一高压元件；

一高压电源供应电路，用以根据一电源启动信号供应一高压电源至该高压功能模块；以及

一电压过低锁定电路，包含：

一负载模块，该负载模块的一第一端用以接收一第一供应电压；

一参考电位高压晶体管，包含接收一参考预设电位的栅极，以及连接于该负载模块的一第二端的源极；

一偏压电流源模块，连接于该参考电位高压晶体管的漏极以及一负接地电位间；

一比较电流源模块；以及

一比较高压晶体管，包含连接于该参考电位高压晶体管的漏极的一输入栅极以及连接于该比较电流源模块的一输出漏极；

其中当该第一供应电压提升至一特定高电平，使该比较高压晶体管导通，且使其电流汲取能力大于该比较电流源模块的电流供应能力，进一步使该输出漏极产生一电源启动信号。

12.根据权利要求11所述的高压元件电路，其中该偏压电流源模块包括一第一电流源，依据该第一供应电压而运作，以及一第二电流源，依据一第二供应电压运作，其中该第二供应电压低于该第一供应电压。

13.根据权利要求11所述的高压元件电路，其中该输出漏极连接于奇数个反相器，以通过该奇数个反相器输出该电源启动信号。

14.根据权利要求11所述的高压元件电路，还包含一高压电源启动电路，该电源启动信号使该高压电源启动电路启动该高压电源供应电路，以供应该高压电源至该高压功能模块。

15.根据权利要求11所述的高压元件电路，还包含一常压电源启动电路、至少一常压功能模块以及一常压电源供应电路，该电源启动信号还输出至该常压电源启动电路，以供应一常压电源至该常压功能模块。

16.根据权利要求11所述的高压元件电路，其中该参考电位高压晶体管的基极是与该参考电位高压晶体管的源极相连接。

17.根据权利要求11所述的高压元件电路，其中该负载模块包含多个相串联的二极管连接形式高压晶体管。

18.根据权利要求17所述的高压元件电路，其中该电压过低锁定电路还包含一延迟开关，连接于该负载模块的该等高压晶体管至少其中之一的两端，并用以接收该电源启动信号，当第一供应电压降低至一第一特定低电压电平，该延迟开关使该等高压晶体管至少其中之一短路，以使该输出漏极继续输出该电源启动信号。

19.根据权利要求18所述的高压元件电路，当该第一供应电压降至低于该第一特定低电压电平的一第二特定低电压电平，该比较高压晶体管关闭，该输出漏极停止输出该电源启动信号。

20.根据权利要求17所述的高压元件电路，其中当该第一供应电压提升至该特定高电平时，该第一供应电压大于该负载模块的该等高压晶体管的临界电压以及该比较高压晶体管的临界电压之和。

21.根据权利要求11所述的高压元件电路，其中该电压过低锁定电路还包含一电容，连接于该参考电位高压晶体管的源极。

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