CN104518654A - 高压启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压启动电路，包括启动电容、检测及控制电路、充电开关器件、偏置电路。所述检测及控制电路检测所述启动电容的电压，在所述电压低于一个电压阈值时，控制所述偏置电路给所述充电开关器件提供偏置电压，以使得充电开关器件导通，进而使得电源通过充电开关器件给所述启动电容充电，否则，控制所述偏置电路不给所述充电开关器件提供偏置电压，以使得充电开关器件关断，进而使得电源停止给所述启动电容充电。本发明由于无需外置电阻，且系统集成度高，在降低启动时间的同时也降低了待机功耗，具有高性能低温漂特性，不但有助于维持启动电路的电流稳定，而且能提高电路的可靠性与稳定性。

Description

高压启动电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种电源转换器中使用的具有恒流低温漂特性的高压启动电路。
背景技术
众所周知，集成电路的核心组成部分芯片的正常运行对保证电路的整体工作效果有着重要的作用。随着芯片的广泛应用，人们对芯片的启动要求越来越高，如要求启动时间快、损耗低和成本低等，而更为重要的是要求芯片启动过程满足一定的稳定性，以保证芯片的正常启动和稳定运行。
目前常见的用高压器件设计电源管理类芯片的启动电路，一般采用外置启动电阻的方法，实现从高压取电，完成降压和芯片的启动。请参考图1所述的电源管理类芯片的启动应用电路图，其中，1为整流器，2为滤波器，先将市电整流，再进行滤波，得到直流电平，3为外置启动电阻，4为启动电容，5为电源管理芯片，所述电源管理芯片5通过启动电阻4从直流线网取电，为启动电容4充电，当启动电容4电平达到启动电压时，芯片开始工作。由此可以看出来，启动电阻3上的电流并不能被关断，而这是一路持续消耗的电流，功率由高压线网的输入电压和启动电阻3共同决定，
即R3表示启动电阻3的电阻。
由公式可知，用来解决电源管理芯片启动结束后，启动电路不能关断，导致系统待机功耗偏大的问题，启动电路在启动过程中，由于启动电压高，电流较大，会产生较大的热量。
为了降低上述这部分损耗，一般产品会选择具有较大阻值的电阻，用来降低功耗，但同时，这会大大提高系统的启动时间，于是需要设计一种具有高性能低温漂特性的启动电路，在降低待机功耗的前提下，不但有助于减少热对充电电流的影响，而且能提高电路的可靠性与稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种不但能提高电路的可靠性与稳定性，同时又更加节能的高压启动电路。
为了实现上述目的，本发明提供一种高压启动电路，其包括：启动电容；检测及控制电路，其检测所述启动电容的电压，并且所述电压高于一个电压阈值时，输出完成启动控制信号，否则输出非完成启动控制信号；充电开关器件，其一个连接端与电源端HVDC相连，另一个连接端与所述启动电容相连，其控制端能够控制所述充电开关器件的导通和关断；偏置电路，其与电源端HVDC相连接，其给所述充电开关器件的控制端提供偏置电压，并接收来自所述检测及控制电路的控制信号；其中，在来自所述检测及控制电路的控制信号为非完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，所述偏置电路给所述充电开关器件的控制端提供一个偏置电压以使得所述充电开关器件导通，此时所述电源通过所述充电开关器件给所述启动电容充电，在来自所述检测及控制电路的控制信号为完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，所述偏置电路给所述充电开关器件的控制端提供另一个偏置电压以使得所述充电开关器件关断，此时所述电源不能通过所述充电开关器件给所述启动电容充电。
进一步的，所述高压启动电路还包括有控制开关管，其一个连接端作为所述电源端HVDC，另一个连接端与所述偏置电路和所述充电开关器件相连，其控制端接地，在所述电源连接至所述电源端HVDC时，所述控制开关管导通。
进一步的，所述控制开关管为N型结型场效应晶体管，其栅极接地，漏极接所述电源端HVDC，源极接与所述偏置电路和所述充电开关器件相连。
进一步的，所述充电开关器件为第一MOS晶体管，其漏极与所述N型结型场效应晶体管的源极相连，其源极与启动电容的一端相连，其栅极与所述偏置电路的输出端相连。
进一步的，所述偏置电路包括：第一电阻型器件、第二电阻型器件、第三电阻型器件、第四电阻型器件、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管和双极型晶体管，双极型晶体管的集电极通过第一电阻型器件与所述N型结型场效应晶体管的源极相连，其发射极通过第三电阻型器件接地，第二MOS晶体管的漏极通过第二电阻型器件与所述N型结型场效应晶体管的源极相连，其源极通过第四电阻型器件接地，其漏极作为所述偏置电路的输出端与第一MOS晶体管的栅极相连，其源极还与双极型晶体管的基极相连，第三MOS晶体管的漏极与双极型晶体管的集电极相连，其源极接地，其栅极接收自所述检测及控制电路的控制信号，在来自所述检测及控制电路的控制信号为非完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，第三MOS晶体管截止，第二MOS晶体管和双极型晶体管导通，从而使得第一MOS晶体管导通；在来自所述检测及控制电路的控制信号为完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，第三MOS晶体管导通，第二MOS晶体管和双极型晶体管关断，从而使得第一MOS晶体管关断。
与现有技术相比，本发明所述的高压启动电路，由于无需外置电阻，且系统集成度高，所以有效降低了启动电路的电流损耗，在降低启动时间的同时也降低了待机功耗，其启动电流恒定，具有高性能低温漂特性，不但有助于维持启动电路的电流稳定，而且能提高电路的可靠性与稳定性。
附图说明
图1是现有电源管理类芯片的启动应用电路图；
图2是根据本发明所述高压启动电路的详细结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参考图2所述，本发明所述高压启动电路，其包括：启动电容18、检测及控制电路15、充电开关器件9、偏置电路19和控制开关管6。
所述启动电容18的一端接地，另一端VDD通过二极管16与一个线圈17相连。所述检测及控制电路15，其与电容18的VDD端相连，其检测所述启动电容18的电压，并且所述电压高于一个电压阈值时，输出完成启动控制信号，否则输出非完成启动控制信号。
所述控制开关管6的一个连接端作为电源端HVDC，另一个连接端与所述偏置电路19和所述充电开关器件9相连，其控制端接地，在所述电源连接至所述电源端HVDC时，所述控制开关管6导通。在一个实施例中，所述控制开关管6为N型结型场效应晶体管，其栅极接地，漏极为所述电源端HVDC，源极接与所述偏置电路19和所述充电开关器件9相连。
所述充电开关器件的一个连接端通过所述控制开关管6与所述电源端HVDC相连，另一个连接端与所述启动电容18的VDD相连，其控制端能够控制所述充电开关器件18的导通和关断。在一个实施例中，所述充电开关器件9为第一MOS晶体管，其漏极与所述N型结型场效应晶体管的源极相连，其源极与启动电容18的VDD端相连，其栅极与所述偏置电路19的输出端相连。
所述偏置电路19的一端通过所述控制开关管6与所述电源端HVDC相连，其输出端给所述充电开关器件9的控制端提供偏置电压，并接收来自所述检测及控制电路15的控制信号SD。
其中，在来自所述检测及控制电路15的控制信号为非完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，所述偏置电路19给所述充电开关器件9的控制端提供一个偏置电压以使得所述充电开关器件9导通，此时所述电源通过所述充电开关器件9给所述启动电容18充电。在来自所述检测及控制电路15的控制信号SD为完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，所述偏置电路19给所述充电开关器件9的控制端提供另一个偏置电压以使得所述充电开关器件9关断，此时所述电源不能通过所述充电开关器件给所述启动电容充电。
所述偏置电路19包括：第一电阻型器件7、第二电阻型器件8、第三电阻型器件13、第四电阻型器件14、第二MOS晶体管10、第三MOS晶体管12和双极型晶体管11。
所述双极型晶体管11的集电极通过第一电阻型器件7与所述N型结型场效应晶体管6的源极相连，其发射极通过第三电阻型器件13接地。第二MOS晶体管20的漏极通过第二电阻型器件8与所述N型结型场效应晶体管6的源极相连，其源极通过第四电阻型器件14接地，其漏极作为所述偏置电路19的输出端与第一MOS晶体管9的栅极相连，其源极还与双极型晶体管11的基极相连。第三MOS晶体管12的漏极与双极型晶体管11的集电极相连，其源极接地，其栅极接收自所述检测及控制电路15的控制信号SD。
在来自所述检测及控制电路15的控制信号为非完成启动控制信号(比如低电平)且所述电源端HVDC与电源连接时，第三MOS晶体管截止12，第二MOS晶体管10和双极型晶体管11导通，给第一MOS晶体管9的栅极端提供偏置电压，从而使得第一MOS晶体管9导通。在来自所述检测及控制电路15的控制信号为完成启动控制信号（比如高电平）且所述电源端HVDC与电源连接时，第三MOS晶体管导通12，第二MOS晶体管10和双极型晶体管11关断，给第一MOS晶体管9的栅极端提供0偏置电压，从而使得第一MOS晶体管9关断。
在所述高压启动电路中，所述偏置电路19为所述第一个MOS晶体管9提供电压偏置VGS（即栅极和源极间电压），此时所述第一个MOS晶体管9被偏置在了饱和工作区，使其可以被等效成一个恒电压控制的恒流源器件，从而实现了高压启动电路的启动电流的恒流特性。在所述电压偏置电路19中，所述双极型晶体管11与第四个电阻型器件14可以组成一个较稳定的电流偏置结构，且第二个电阻型器件8和第四个电阻型器件14组成了比例电阻，使偏置电压可以得到精确的复制。当所述SD端为低时，可以为第一个MOS晶体管9提供偏置电压，使启动电路进入充电状态；当所述SD端为低时，所述偏置电压为零，从而关断第一个MOS晶体管9，使启动电路进入待机状态。同时，所述第三个电阻型器件13，用于优化启动电流的温度特性，可以为所述双极型晶体管11提供温度补偿作用，也可以作为负反馈电阻，稳定所述双极型晶体管11的直流工作点，降低温度对启动电路的影响。为了给所述第一个MOS晶体管9提供电压偏置，所述电压偏置电路19不止上述一种结构，总之，凡是能实现等效成一个恒电压控制的恒流源器件均在本发明的范围之内。
本发明所述高压启动电路的工作原理如下：所述HVDC端的电源上电后，SD端初始电位为低电平(非完成启动控制信号)，所述电容18上的电压VDD=0V，此时N型结型场效应晶体管6先开始工作，其源极端电压会从零电位开始逐渐上升，电流通过第一个电阻型器件7，从而使第二个MOS晶体管10开始导通，这时电流通过第二个电阻型器件8，从而使双极型晶体管11导通。随着启动电路开始工作并对所述电容18进行充电，VDD的电压开始升高，所述检测与控制电路15会对VDD电压进行监测，当VDD电压达到启动电压后，所述检测与控制电路15会产生一个高信号（完成启动控制信号）并输入给SD端，用于打开第三个MOS晶体管12，所述第三个MOS晶体管12打开后，会降低通过所述N型结型场效应晶体管6的电流，同时这个电流远小于第三个MOS晶体管12打开后的电流；随着第三个MOS晶体管12的打开，会将第二个晶体管10的栅端电压拉低，用于关断第二个MOS晶体管10和双极型晶体管11，进而关断第一个MOS晶体管9，用于结束电容器18的充电状态，此时VDD电压停止上升，启动电路被关断，从而实现降低启动电路的功耗。
所述高压启动电路的启动过程完成，所述使用该启动电路的电源转换器系统开始启动，所述电容器18开始为系统提供能量，维持系统的工作，当系统启动完成后，依靠所述变压器的一个线圈17为系统供电。
本发明所述的高压启动电路，所述N型结型场效应晶体管6具有负的阈值电压，是一个电压控制电流型器件，其电流能力会随着源端电压的升高而降低；所述电阻型器件7、8以及13和14可以是电阻或者晶体管，而本发明所述的各种晶体管，也可以采用JFET、LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）等代替，一样可以实现本发明的功效。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (5)

1.一种高压启动电路，其特征在于，其包括：
启动电容；
检测及控制电路，其检测所述启动电容的电压，并且所述电压高于一个电压阈值时，输出完成启动控制信号，否则输出非完成启动控制信号；
充电开关器件，其一个连接端与电源端HVDC相连，另一个连接端与所述启动电容相连，其控制端能够控制所述充电开关器件的导通和关断；
偏置电路，其与电源端HVDC相连接，其给所述充电开关器件的控制端提供偏置电压，并接收来自所述检测及控制电路的控制信号；
其中，在来自所述检测及控制电路的控制信号为非完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，所述偏置电路给所述充电开关器件的控制端提供一个偏置电压以使得所述充电开关器件导通，此时所述电源通过所述充电开关器件给所述启动电容充电，
在来自所述检测及控制电路的控制信号为完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，所述偏置电路给所述充电开关器件的控制端提供另一个偏置电压以使得所述充电开关器件关断，此时所述电源不能通过所述充电开关器件给所述启动电容充电。
2.如权利要求1所述的高压启动电路，其特征在于：其还包括有控制开关管，其一个连接端作为所述电源端HVDC，另一个连接端与所述偏置电路和所述充电开关器件相连，其控制端接地，在所述电源连接至所述电源端HVDC时，所述控制开关管导通。
3.如权利要求2所述的高压启动电路，其特征在于：所述控制开关管为N型结型场效应晶体管，其栅极接地，漏极接所述电源端HVDC，源极接与所述偏置电路和所述充电开关器件相连。
4.如权利要求3所述的高压启动电路，其特征在于：所述充电开关器件为第一MOS晶体管，其漏极与所述N型结型场效应晶体管的源极相连，其源极与启动电容的一端相连，其栅极与所述偏置电路的输出端相连。
5.如权利要求4所述的高压启动电路，其特征在于：所述偏置电路包括：第一电阻型器件、第二电阻型器件、第三电阻型器件、第四电阻型器件、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管和双极型晶体管，
双极型晶体管的集电极通过第一电阻型器件与所述N型结型场效应晶体管的源极相连，其发射极通过第三电阻型器件接地，
第二MOS晶体管的漏极通过第二电阻型器件与所述N型结型场效应晶体管的源极相连，其源极通过第四电阻型器件接地，其漏极作为所述偏置电路的输出端与第一MOS晶体管的栅极相连，其源极还与双极型晶体管的基极相连，
第三MOS晶体管的漏极与双极型晶体管的集电极相连，其源极接地，其栅极接收自所述检测及控制电路的控制信号，
在来自所述检测及控制电路的控制信号为非完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，第三MOS晶体管截止，第二MOS晶体管和双极型晶体管导通，从而使得第一MOS晶体管导通；
在来自所述检测及控制电路的控制信号为完成启动控制信号且所述电源端HVDC与电源连接时，第三MOS晶体管导通，第二MOS晶体管和双极型晶体管关断，从而使得第一MOS晶体管关断。
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