CN214380647U - 一种交流启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种交流启动电路，属于集成电路技术领域，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括第一自偏置端和第二自偏置端，交流启动电路包括第一开关管、第二开关管和耦合电路；第一开关管的受控端与第一自偏置端连接，第一开关管的第二连接端接地，第一开关管的第一连接端与第二开关管的受控端连接，以形成交流启动端；第二开关管的第一连接端与第一自偏置端连接，第二开关管的第二连接端与第二自偏置端连接；耦合电路，用于将电源端的阶跃变化信号耦合至交流启动端，控制第二开关管的通断；第二开关管，用于控制参考电流产生电路中第一自偏置端和第二自偏置端的连通或断开。本实用新型技术方案提升了物联网设备中电源的启动速度。

Description

一种交流启动电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种交流启动电路。

背景技术

随着物联网设备的大量普及，无线终端节点可以广泛收集各种物理信息，也可通过智能手机或者其他网络节点进行数据传输，数据传输时需要消耗较多的电能，电源模块即是物联网设备不可缺少的部分，电源的启动快慢直接决定了整个物联网设备的响应速度。特别是在低功耗设计的设备中，其响应时间将更加长，传统的启动电路设计已经不能满足目前的设计要求。

传统采用“灌电流”方式的启动电路在低功耗设计中的电阻值将非常大，工作电流非常的小，同时电路中的寄生电容会比常规的功耗设计更大，采用“灌电流”的方式就会需要更加长的时间去对电路中的寄生电容充电，这需要比较长的时间才能完成。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种交流启动电路，旨在提升物联网设备的启动速度。

本实用新型提供的基础方案：

一种交流启动电路，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括第一自偏置端和第二自偏置端，所述交流启动电路包括第一开关管、第二开关管和耦合电路；

所述第一开关管的受控端与所述第一自偏置端连接，所述第一开关管的第二连接端接地，所述第一开关管的第一连接端与所述第二开关管的受控端连接，以形成交流启动端；所述第二开关管的第一连接端与所述第一自偏置端连接，所述第二开关管的第二连接端与所述第二自偏置端连接；

所述耦合电路，用于将电源端的阶跃变化信号耦合至所述交流启动端，控制所述第二开关管的通断；

所述第二开关管，用于控制所述电流/电压产生电路中第一自偏置端和第二自偏置端的连通或断开。

本实用新型基础方案的原理为：

本方案中，交流启动电路包括第一开关管、第二开关管和耦合电路，耦合电路的第一端连接电源端，第一开关管的第二连接端接地，第一开关管的受控端与第二开关管的第一连接端连接，即是第一开关管的通断由第二开关管的第一连接端控制；第二开关管的受控端连接至第一开关管的第一连接端和耦合电路的第二端的公共端，即是其公共端控制第二开关管的通断；当电源端的电源从0上升到被控设备的系统电压值时，耦合电路将这个阶跃变化信号耦合至第一开关管的第一连接端和耦合电路的第二端的公共端，此时，第二开关管连通，上升电源中电流/电压产生电路的第一自偏置端和第二自偏置端导通，电路脱离死区，自启动成功。第一开关管的第一连接端和耦合电路的第二端的公共端上的电压被第二开关管缓慢拉到GND，第二开关管关断。

基础方案的有益效果为：

(1)本方案中，交流启动电路通过耦合电容以耦合电源上电阶跃变化信号，实现自启动，可以极大加快电流/电压产生电路的启动时间。

(2)本方案中，交流启动电路中由于没有直流通路，其启动后的电流可忽略不计，实现了电流/电压产生电路的低功耗启动。

进一步，所述第一开关管为第一N型MOS管，所述第一N型MOS管的栅极为所述第一开关管的受控端，所述第一N型MOS管的源极为所述第一开关管的第一连接端，所述第一N型MOS管的漏极为所述第一开关管的第二连接端。

由于在交流启动电路中，第一开关管采用N型MOS管，相对于双极型晶体管和功率晶体管，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象，使得交流启动电路可靠性更高；同时便于配合耦合电路对电源端的电源阶跃变化信号进行耦合，以控制第二开关管。

进一步，所述第二开关管为第二N型MOS管，所述第二N型MOS管的栅极为所述第二开关管的受控端，所述第二N型MOS管的源极为所述第二开关管的第一连接端，所述第二N型MOS管的栅极为所述第二开关管的第二连接端。

由于在交流启动电路中，第二开关管采用N型MOS管，相对于双极型晶体管和功率晶体管，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象，使得交流启动电路可靠性更高；同时便于控制电流/电压产生电路中第一自偏置端和第二自偏置端的连通或断开。

进一步，所述耦合电路包括一耦合电容，所述耦合电容的第一端与电源端连接，所述耦合电容的第二端、所述第一开关管的受控端和所述第二开关管的第二连接端公共连接。

通过耦合电路中的耦合电容，便于结合第一开关管，对电源端的电源阶跃变化信号进行耦合，从而快速生成控制信号至第二开关管。

进一步，所述电流/电压产生电路还包括第三开关管和第四开关管；

所述第三开关管的受控端为所述第一自偏置端，所述第三开关管的第一连接端连接电源端，所述第四开关管的受控端为所述第二自偏置端，所述第四开关管的第二连接端接地，所述第三开关管的第二连接端和所述第四开关管的第一连接端分别连接至所述上升电源中的被控制电路。

通过电流/电压产生电路中包括的第三开关管的第一自偏置端和第四开关管的第二自偏置端，以使得交流启动电路中第二开关管连通时，第三开关管的受控端和第四开关管的受控端连接，从而通过控制第三开关管和第四开关管的通断，以对上升电源中的被控制电路进行启动控制。

进一步，所述第三开关管为第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的栅极为所述第三开关管的受控端，所述第一P型MOS管的源极为所述第三开关管的第一连接端，所述第一P型MOS管的漏极为所述第三开关管的第二连接端。

由于在电流/电压产生电路中，第三开关管采用P型MOS管，使得第三开关管的受控端与源极之间的电压值小于一定的值就会导通，以更加适用于本方案中第三开关管源极连接电源。

进一步，所述第四开关管为第三N型MOS管，所述第三N型MOS管的栅极为所述第四开关管的受控端，所述第三N型MOS管的源极为所述第四开关管的第一连接端，所述第三N型MOS管的漏极为所述第四开关管的第二连接端。

由于在电流/电压产生电路中，第四开关管采用N型MOS管，使得第四开关管的受控端与源极之间的电压值大于一定的值就会导通，相对于双极型晶体管和功率晶体管，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象。

附图说明

图1是本实用新型交流启动电路一实施例的模块示意图；

图2为本实用新型交流启动电路一实施例的电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一开关管10、第二开关管20、耦合电路30、第三开关管40、第四开关管50、第一N型MOS管Q1、第二N型MOS管Q2、耦合电容C、第一P型 MOS管Q3、第三N型MOS管Q4。

在一实施例中，参照如图1所示，交流启动电路，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括第一自偏置端VP和第二自偏置端VN，所述交流启动电路包括第一开关管10、第二开关管20和耦合电路30；

所述第一开关管10的受控端与所述第一自偏置端VP连接，所述第一开关管10的第二连接端接地，所述第一开关管10的第一连接端与所述第二开关管20的受控端连接，以形成交流启动端；所述第二开关管20的第一连接端与所述第一自偏置端VP连接，所述第二开关管20的第二连接端与所述第二自偏置端VN连接；

所述耦合电路30，用于将电源端的阶跃变化信号耦合至所述交流启动端，控制所述第二开关管20的通断；

所述第二开关管20，用于控制所述电流/电压产生电路中第一自偏置端VP和第二自偏置端VN的连通或断开。

本实施例中，参照如图2所示，电流/电压产生电路包括的交流启动电路、第三开关管 40、第四开关管50，第三开关管40为第一P型MOS管Q1，第四开关管50为第三N型MOS 管Q4，交流启动电路中包括第一N型MOS管Q1漏极、第二N型MOS管Q2和耦合电容C，第一N型MOS管Q1的漏极接地，第一N型MOS管Q1的源极、耦合电容C的第二端和第二N型 MOS管Q2的栅极公共连接；第一N型MOS管Q1的栅极、第二N型MOS管Q2的源极、第一P 型MOS管Q1的栅极公共连接，且为电流/电压产生电路的第一自偏置端VP；耦合电容C的第一端连接电源端；第二N型MOS管Q2的漏极与第三N型MOS管Q4的栅极连接，且为电流/ 电压产生电路的第二自偏置端VN；第一P型MOS管Q1的源极连接电源端，第三N型MOS管 Q4的漏极接地，第一P型MOS管Q1的漏极和第三N型MOS管Q4的源极分别连接至上升电源中的被控制电路。也即是通过耦合电容C对电源阶跃变化信号进行耦合，控制第二N型MOS 管Q2的通断，从而经第一P型MOS管Q1和第三N型MOS管Q4控制上升电源中的被控制电路工作。

进一步地，图2中的VP点和VN点为电流/电压产生电路中的两个自偏置端，VP点为第一自偏置端VP，VN点为第二自偏置端VN，如若电路没有启动，第一自偏置端VP点电压为电源VDD，第二自偏置端VN点的电压为GND。当电源VDD从0上升到到被控设备的系统电压值时，耦合电容C将这个阶跃变化信号耦合至第一N型MOS管Q1的源极和耦合电容C的第二端的公共端S_AC上，此时，第二N型MOS管Q2打开，第一自偏置端VP点和第二自偏置端 VN点导通，电路脱离死区，自启动成功。而后第一N型MOS管Q1的源极和耦合电容C的第二端的公共端上的电压被第二N型MOS管Q2缓慢拉到地电压GND，第二N型MOS管Q2关断。需要说明的是，此交流启动电路可以极大加快电流/电压产生电路的启动时间，但只适用于斜率相对较大的上升电源。

上述实施例中，对于N型MOS管，是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，N型MOS管集成电路的输入阻抗很高，基本上不需要吸收电流，因此，CMOS与N型MOS管集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。N型MOS管集成电路大多采用单组正电源供电，且以5V为多。CMOS 集成电路只要选用与NMOS集成电路相同的电源，就可与N型MOS管集成电路直接连接。需要说明的是，N型MOS管中栅极与源极之间的电压Vgs大于一定的值就会导通，适用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或者10V就可实现导通。

上述实施例中，对于P型MOS管，是P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，P沟道MOS 晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，P 型MOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性,与双极型晶体管逻辑电路不兼容。P沟道MOS晶体管因逻辑摆幅大，充电放电过程长，器件跨导小，从而工作速度更低，工艺简单,价格便宜，在一些中规模和小规模数字控制电路仍采用P沟道MOS晶体管电路技术。需要说明的是，P沟道MOS管中栅极与源极之间的电压Vgs小于一定的值就会导通，适用于源极接电源VCC的情况(高端驱动)。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种交流启动电路，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括第一自偏置端和第二自偏置端，其特征在于，所述交流启动电路包括第一开关管、第二开关管和耦合电路；

所述第一开关管的受控端与所述第一自偏置端连接，所述第一开关管的第二连接端接地，所述第一开关管的第一连接端与所述第二开关管的受控端连接，以形成交流启动端；所述第二开关管的第一连接端与所述第一自偏置端连接，所述第二开关管的第二连接端与所述第二自偏置端连接；

所述耦合电路，用于将电源端的阶跃变化信号耦合至所述交流启动端，控制所述第二开关管的通断；

所述第二开关管，用于控制所述电流/电压产生电路中第一自偏置端和第二自偏置端的连通或断开。

2.根据权利要求1所述的交流启动电路，其特征在于，所述第一开关管为第一N型MOS管，所述第一N型MOS管的栅极为所述第一开关管的受控端，所述第一N型MOS管的源极为所述第一开关管的第一连接端，所述第一N型MOS管的漏极为所述第一开关管的第二连接端。

3.根据权利要求1所述的交流启动电路，其特征在于，所述第二开关管为第二N型MOS管，所述第二N型MOS管的栅极为所述第二开关管的受控端，所述第二N型MOS管的源极为所述第二开关管的第一连接端，所述第二N型MOS管的栅极为所述第二开关管的第二连接端。

4.根据权利要求1所述的交流启动电路，其特征在于，所述耦合电路包括一耦合电容，所述耦合电容的第一端与电源端连接，所述耦合电容的第二端、所述第一开关管的受控端和所述第二开关管的第二连接端公共连接。

5.根据权利要求1所述的交流启动电路，其特征在于，所述电流/电压产生电路还包括第三开关管和第四开关管；

所述第三开关管的受控端为所述第一自偏置端，所述第三开关管的第一连接端连接电源端，所述第四开关管的受控端为所述第二自偏置端，所述第四开关管的第二连接端接地，所述第三开关管的第二连接端和所述第四开关管的第一连接端分别连接至所述上升电源中的被控制电路。

6.根据权利要求5所述的交流启动电路，其特征在于，所述第三开关管为第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的栅极为所述第三开关管的受控端，所述第一P型MOS管的源极为所述第三开关管的第一连接端，所述第一P型MOS管的漏极为所述第三开关管的第二连接端。

7.根据权利要求5所述的交流启动电路，其特征在于，所述第四开关管为第三N型MOS管，所述第三N型MOS管的栅极为所述第四开关管的受控端，所述第三N型MOS管的源极为所述第四开关管的第一连接端，所述第三N型MOS管的漏极为所述第四开关管的第二连接端。

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