CN103117649A - 一种零功耗的启动电路控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种零功耗的启动电路控制方法和装置。本发明实施例提出了一种启动电路，包括负阈值场效应管、使能模块、防倒灌模块以及电压检测模块，电压检测模块检测芯片的工作电压VDD，当VDD达到芯片预定工作电压时，芯片启动，同时电压检测模块输出使能信号EN通过使能模块关闭负阈值场效应管；使能模块接收EN信号，使得负阈值场效应管的栅源电压为负值，关闭负阈值场效应管；负阈值场效应管的源极连接防倒灌模块，防倒灌模块使得负阈值场效应管单向导通。本发明提出的方案，通过在启动电路中引入负阈值场效应管，使得启动电路在启动的过程中才有启动电流流入，芯片正常工作后启动电路关闭，这不仅大大降低了低功耗系统实现的难度，提高了电源系统的转换效率，同时能有效节省电路元件。

Description

一种零功耗的启动电路控制方法和装置

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，具体而言，本发明涉及一种零功耗的启动电路控制方法和装置。

背景技术

由于现代开关电源对于功耗的要求与日俱增，而且绿色开关电源是所有应用所必需的，而不仅是过去所指的手持式和电池供电系统，因此在保护环境生态的大前提下，降低电力线供电系统及电池供电系统的能耗都是必不可少的，对中国来说，这更可以带来特别的优点：降低燃煤发电站的负荷。这就不仅要求电源芯片控制核心具备低功耗特性，而且还要求它具备一些能进一步降低系统功耗的特性。

图1示了一个典型的开关电源应用方案，其中R_start为芯片的启动电阻，VCC端接320V电压，而芯片的VDD端电压为18V，那么流过R_start的电流为：

$I_{\mathrm{start}}=\frac{\mathrm{VCC}-\mathrm{VDD}}{R_{\mathrm{start}}}$

传统的芯片的启动电阻一般会在1M电阻左右，那么当系统正常工作后消耗在该启动电阻上的功耗为：

$P_{\mathrm{diss}}=\frac{{(\mathrm{VCC}-\mathrm{VDD})}^2}{R}=\frac{{(311-16)}^2}{1000000}=87\mathrm{mW}$

由于能源之星出台了对现代小功率开关电源系统待机功耗要低于30mW，甚至低于4mW的要求，所以如果在启动电阻上消耗了过大的功耗，那么低功耗系统的设计难度就会大大的提高，电源系统的转换效率也受到影响。

因此，有必要提出有效的技术方案，解决现有技术中开关电源功率消耗过大的难题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别通过负阈值场效应管的灵活应用，使得启动电路在启动的过程中才有启动电流流入，芯片正常工作后启动电路关闭。

本发明实施例提出了一种启动电路，包括负阈值场效应管、使能模块、防倒灌模块以及电压检测模块，

所述电压检测模块检测芯片的工作电压VDD，当VDD达到芯片预定工作电压时，所述芯片启动，同时所述电压检测模块输出使能信号EN通过所述使能模块关闭所述负阈值场效应管；

所述使能模块接收所述EN信号，使得所述负阈值场效应管的栅源电压为负值，关闭所述负阈值场效应管；

所述负阈值场效应管的源极连接所述防倒灌模块，所述防倒灌模块使得所述负阈值场效应管单向导通。

本发明实施例提出的上述方案，通过在启动电路中引入负阈值场效应管，使得启动电路在启动的过程中才有启动电流流入，芯片正常工作后启动电路关闭，这不仅大大降低了低功耗系统实现的难度，提高了电源系统的转换效率，同时能有效节省电路元件(启动电阻)。此外，本发明提出的上述方案，对现有的电路系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为传统的启动电路图；

图2为本发明实施例启动电路的功能框图；

图3为本发明实施例具体启动电路示意图；

图4为应用本发明的启动电路的方案示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了实现本发明之目的，本发明实施例提出了一种启动电路，包括负阈值场效应管、使能模块、防倒灌模块以及电压检测模块，

所述电压检测模块检测芯片的工作电压VDD，当VDD达到芯片预定工作电压时，所述芯片启动，同时所述电压检测模块输出使能信号EN通过所述使能模块关闭所述负阈值场效应管；

所述使能模块接收所述EN信号，使得所述负阈值场效应管的栅源电压为负值，关闭所述负阈值场效应管；

所述负阈值场效应管的源极连接所述防倒灌模块，所述防倒灌模块使得所述负阈值场效应管单向导通。

如图2所示，为本发明提出的启动电路的功能框图。本发明电路由一个负阈值场效应管器件使能电路模块、一个芯片供电电压检测模块和负阈值场效应管器件组成。芯片供电电压检测模块检测芯片的工作电压VDD，当VDD达到芯片工作电压要求时该模块输出使能信号关闭负阈值场效应管器件，芯片启动完成。此外，同时为了防止负阈值场效应管器件栅源电压反偏时电流会倒灌，还在启动电路中加入了防倒灌模块，以保证负阈值场效应管器件的单向导通。

作为本发明的实施例，例如，负阈值场效应管包括但不限于开启电压阈值为负值的N型半导体器件。

作为本发明的实施例，例如，负阈值场效应管包括但不限于耗尽型场效应管或结型场效应管。

作为本发明的实施例，例如，电压检测模块包括但不限于使用分压电阻和电压比较器实现，该电路当检测工作电压VDD达到芯片预定工作电压时，输出使能信号EN。

作为本发明的实施例，例如，使能模块包括但不限于使用反相器和MOS管的电路实现。

作为本发明的实施例，例如，防倒灌模块包括但不限于二极管或NMOS管，只要能起到单向导通的功能，即可使得负阈值场效应管单向导通。

进一步而言，图3是本发明的一个具体电路实现例举，电阻R1，R2和一个电压比较器形成了芯片的供电电压检测模块，芯片刚上电时，因为负阈值场效应管器件的阈值电压为负值，所以负阈值场效应管器件导通，VDD的电压开始上升，图中所示的电压VC也跟随上升，当VC＞VREF时电压比较器输出使能信号，该使能信号通过两级反相器INV1和INV2打开MOS管M2，负阈值场效应管器件的栅极被拉低关闭，同时MOS管M1被关断，此时负阈值场效应管器件的栅源电压为负，负阈值场效应管器件被关闭，同时为了防止负阈值场效应管器件栅源电压反偏时电流会倒灌，所以电路中加入了防倒灌模块，以保证负阈值场效应管器件的单向导通。

显然，上述具体电路中，负阈值场效应管器件包括但不限于耗尽型场效应管、结型场效应管等开启电压阈值为负值的N型器件；电压检测模块包括但不限于使用分压电阻和电压比较器实现；使能模块包括但不限于使用反相器和MOS管的电路实现，只要能令负阈值场效应管器件的栅源电压为负，关闭负阈值场效应管器件即可。

图4为一个典型的应用方案例举。芯片刚上电时，负阈值场效应管器件导通，系统通过开关功率管的漏极经过负阈值场效应管器件给VDD的旁路电容充电，当VDD的电压被充至芯片的开启电压阈值时芯片开始工作，负阈值场效应管器件被内部的使能信号通过使能负阈值场效应管器件使能模块关断，芯片由变压器的辅助绕组供电，系统上电完成，正常工作。

本发明实施例提出的上述方案，通过在启动电路中引入负阈值场效应管，使得启动电路在启动的过程中才有启动电流流入，芯片正常工作后启动电路关闭，这不仅大大降低了低功耗系统实现的难度，提高了电源系统的转换效率，同时能有效节省电路元件(启动电阻)。此外，本发明提出的上述方案，对现有的电路系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。

因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种启动电路，其特征在于，包括负阈值场效应管、使能模块、防倒灌模块以及电压检测模块，

所述电压检测模块检测芯片的工作电压VDD，当VDD达到芯片预定工作电压时，所述芯片启动，同时所述电压检测模块输出使能信号EN通过所述使能模块关闭所述负阈值场效应管；

所述使能模块接收所述EN信号，使得所述负阈值场效应管的栅源电压为负值，关闭所述负阈值场效应管；

所述负阈值场效应管的源极连接所述防倒灌模块，所述防倒灌模块使得所述负阈值场效应管单向导通。

2.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述负阈值场效应管包括开启电压阈值为负值的N型半导体器件。

3.如权利要求2所述的启动电路，其特征在于，所述负阈值场效应管包括耗尽型场效应管或结型场效应管。

4.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述电压检测模块包括分压电阻和电压比较器，当检测工作电压VDD达到芯片预定工作电压时，输出使能信号EN。

5.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述防倒灌模块包括二极管或NMOS管，使得所述负阈值场效应管单向导通。

6.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述使能模块包括作为输出驱动的反相器和作为开关用途的MOS管。

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