TW201611490A - 電源供應電路及其軟啓動電路 - Google Patents

Abstract

一種軟啟動電路，包含：第一及第二充電電晶體、第一及第二電容以及箝位P型電晶體。第一充電電晶體依據驅動脈衝導通，以每隔預設時間提供第一充電電流，由第一電容接收後使第一輸出端之第一輸出電壓逐步上升。第二充電電晶體依據第一輸出電壓而導通，以提供第二充電電流至第二輸出端，由第二電容電性接收後使第二輸出端之第二輸出電壓逐步上升。箝位P型電晶體包含電性連接於箝位端之源極端、電性連接於接地電位之汲極端以及電性連接於第二輸出端之閘極端，並於箝位端之電壓超過箝位臨界值時導通，以將箝位端之電壓拉低。

Description

電源供應電路及其軟啟動電路

本發明是有關於一種電路技術，且特別是有關於一種電源供應電路及其軟啟動電路。

電源供應裝置在現代電腦技術中扮演著重要的角色。在不同的電源供應裝置中，直流至直流轉換穩壓器(DC-DC switching regulator)十分常見，並經常被使用來提供穩定的直流電壓源至電子元件中。

然而，在啟動的時候，在直流至直流轉換穩壓器電路中的部份節點可能會由於大量突波電流的產生造成電壓升高，進一步使裝置損壞。

因此，如何設計一個新的電源供應電路及其軟啟動電路，以解決上述的問題，乃為此一業界亟待解決的問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種軟啟動電路，包含：第一充電電晶體、第一電容、第二充電電晶體、第二電容以及箝位(clamping)P型電晶體。第一充電電晶體依據複數驅動脈衝而導通，以每隔預設時間提供第一充電電流至第一輸出端。第一電容電性連接於第一輸出端，以 接收第一充電電流，俾使第一輸出端之第一輸出電壓逐步上升。第二充電電晶體依據第一輸出電壓而導通，以提供第二充電電流至第二輸出端。第二電容電性連接於第二輸出端，以接收第二充電電流，俾使第二輸出端之第二輸出電壓逐步上升。箝位P型電晶體包含電性連接於箝位端之源極端、電性連接於接地電位之汲極端以及電性連接於第二輸出端之閘極端，其中箝位P型電晶體於箝位端之電壓超過箝位臨界值時導通，以將箝位端之電壓拉低。

依據本發明一實施例，軟啟動電路更包含定壓負載，電性連接於第一輸出端，以防止第一輸出電壓超過最大電壓準位。

依據本發明另一實施例，其中定壓負載包含相串聯之複數二極體。

依據本發明又一實施例，其中箝位臨界值為第二輸出電壓以及箝位P型電晶體之臨界電壓之和。

依據本發明再一實施例，其中箝位端為設置於電壓轉換電路中之運算放大器的放大器輸出端。

依據本發明更具有之一實施例，其中電壓轉換電路包含低壓降線性穩壓器(low dropout regulator)、升壓(boost)電路、降壓(buck)電路或電荷唧筒(charge pump)電路。

依據本發明再具有之一實施例，軟啟動電路更包含第一放電電晶體，電性連接於第一輸出端，其中當電壓轉換電路之短路狀況被偵測到時，第一放電電晶體係被啟動 以對第一輸出端進行放電。

依據本發明之一實施例，其中電壓轉換電路更包含短路偵測模組，用以偵測電壓轉換電路之短路狀況，以於偵測到短路狀況時啟動第一放電電晶體。

依據本發明之另一實施例，軟啟動電路更包含第二放電電晶體，電性連接於第二輸出端，以持續對第二輸出端進行放電，其中第二充電電晶體之充電能力大於第二放電電晶體之放電能力。

依據本發明之又一實施例，其中驅動脈衝係由單觸發(one-shot)電路提供。

本發明之另一態樣是在提供一種電源供應電路，包含：電壓轉換電路以及軟啟動電路。電壓轉換電路包含具有迴授結構之運算放大器，且運算放大器包含放大器輸出端。軟啟動電路包含：第一充電電晶體、第一電容、第二充電電晶體、第二電容以及箝位P型電晶體。第一充電電晶體依據複數驅動脈衝而導通，以每隔預設時間提供第一充電電流至第一輸出端。第一電容電性連接於第一輸出端，以接收第一充電電流，俾使第一輸出端之第一輸出電壓逐步上升。第二充電電晶體依據第一輸出電壓而導通，以提供第二充電電流至第二輸出端。第二電容電性連接於第二輸出端，以接收第二充電電流，俾使第二輸出端之第二輸出電壓逐步上升。箝位P型電晶體包含電性連接於放大器輸出端之源極端、電性連接於接地電位之汲極端以及電性連接於第二輸出端之閘極端，其中箝位P型電晶體於 放大器輸出端之電壓超過箝位臨界值時導通，以將放大器輸出端之電壓拉低。

依據本發明一實施例，軟啟動電路更包含定壓負載，電性連接於第一輸出端，以防止第一輸出電壓超過最大電壓準位。

依據本發明另一實施例，其中定壓負載包含相串聯之複數二極體。

依據本發明又一實施例，其中箝位臨界值為第二輸出電壓以及箝位P型電晶體之臨界電壓之和。

依據本發明再一實施例，其中電壓轉換電路包含低壓降線性穩壓器、升壓電路、降壓電路或電荷唧筒電路。

依據本發明更具有之一實施例，軟啟動電路更包含第一放電電晶體，電性連接於第一輸出端，其中當電壓轉換電路之短路狀況被偵測到時，第一放電電晶體係被啟動以對第一輸出端進行放電。

依據本發明再具有之一實施例，其中電壓轉換電路更包含短路偵測模組，用以偵測電壓轉換電路之短路狀況，以於偵測到短路狀況時啟動第一放電電晶體。

依據本發明之一實施例，軟啟動電路更包含第二放電電晶體，電性連接於第二輸出端，以持續對第二輸出端進行放電，其中第二充電電晶體之充電能力大於第二放電電晶體之放電能力。

依據本發明之另一實施例，其中驅動脈衝係由單觸發電路提供。

應用本發明之優點在於藉由軟啟動電路之設計，以驅動脈衝控制第一充電電晶體的導通使第一輸出端的第一輸出電壓逐步上升，再進而使第二充電電晶體導通以抬升第二輸出端的第二輸出電壓，最終使箝位P型電晶體的箝位端允許達到的最大電壓值逐漸上升，而實現軟啟動的機制。

1‧‧‧軟啟動電路

100‧‧‧第一充電電晶體

101‧‧‧驅動脈衝

102‧‧‧第一電容

104‧‧‧第二充電電晶體

106‧‧‧第二電容

108‧‧‧箝位P型電晶體

110‧‧‧電阻

112‧‧‧定壓負載

114‧‧‧二極體

116‧‧‧放電電晶體

118‧‧‧電阻

120‧‧‧放電電晶體

20‧‧‧電壓轉換電路

200‧‧‧低壓降線性穩壓器

202‧‧‧運算放大器

第1圖為本發明一實施例中，一種軟啟動電路之電路圖；第2圖為本發明一實施例中，一種電源供應電路之電路圖；以及第3A圖及第3B圖分別為箝位端的電壓在不同短路保護機制下的波形圖。

請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，一種軟啟動電路1之電路圖。軟啟動電路1包含：第一充電電晶體100、第一電容102、第二充電電晶體104、第二電容106以及箝位P型電晶體108。

於本實施例中，第一充電電晶體100如第1圖所示，為P型電晶體。第一充電電晶體100的閘極接收複數驅動脈衝101，以根據驅動脈衝101而導通，並在導通時每隔預設時間提供第一充電電流I1至第一輸出端O1。於一實施例中，第一充電電流I1透過電性連接於第一充電電晶體 100的電阻110傳送至第一輸出端O1。

於一實施例中，驅動脈衝101是由一個單觸發電路(未繪示)每隔預設時間所產生，且驅動脈衝101是低態脈衝，以使P型的第一充電電晶體100導通。

第一電容102電性連接於第一輸出端O1，以接收第一充電電流I1。因此，第一輸出端O1之第一輸出電壓V1將由於第一充電電流I1的充電行為，每隔預設時間步階式地逐步上升。

於一實施例中，軟啟動電路1可選擇性地包含定壓負載112。定壓負載112電性連接於第一輸出端O1，以防止第一輸出電壓V1超過最大電壓準位。換句話說，第一輸出電壓V1將由於第一充電電流I1而逐步上升，直到到達此最大電壓準位為止。於一實施例中，定壓負載112包含相串聯之複數二極體114。因此，上述的最大電壓準位，相當於此些二極體114導通時的總跨壓。

以實際數值為例，如果單一導通的二極體114為0.7伏特，且定壓負載112共包含五個二極體114，則最大電壓準位將等於0.7x5=3.5伏特。

於本實施例中，第二充電電晶體104如第1圖所示，為N型電晶體。第二充電電晶體104的閘極電性連接於第一輸出端O1。當第一輸出端O1的第一輸出電壓V1逐步上升，第二充電電晶體104將逐漸導通，以提供第二充電電流I2至第二輸出端O2。

第二電容106電性連接於第二輸出端O2，以接收 第二充電電流I2。因此，第二輸出端O2之第二輸出電壓V2將由於第二充電電流I2的充電行為逐步上升。

於一實施例中，軟啟動電路1更包含放電電晶體116。放電電晶體116電性連接於第二輸出端O2，以持續對第二輸出端O2進行放電。於一實施例中，第二充電電晶體104之充電能力大於放電電晶體116之放電能力。因此，在初始狀態時，第二輸出端O2將由於放電電晶體116的放電而維持在低電壓準位。當第二充電電晶體104由於第一輸出電壓V1逐漸導通，第二充電電晶體104將可提供第二充電電流I2對第二電容106充電，並使第二輸出端O2的第二輸出電壓V2上升。

箝位P型電晶體108包含電性連接於箝位端OC之源極端S、電性連接於接地電位GND之汲極端D以及電性連接於第二輸出端O2之閘極端G。於一實施例中，汲極端D可選擇性地透過電阻118電性連接至接地電位GND。箝位端OC電性連接至一外部電路(未繪示)。

箝位P型電晶體108於箝位端OC之電壓Voc超過箝位臨界值時導通，以將箝位端OC之電壓Voc拉低。於一實施例中，箝位臨界值為第二輸出電壓V2以及箝位P型電晶體108之臨界電壓Vth之和。更詳細地來說，箝位端OC之電壓Voc、第二輸出電壓V2以及箝位P型電晶體108之臨界電壓Vth的關係可由下式表示：Voc≦V2+Vth

因此，箝位端OC之電壓Voc可被箝位在相當於 V2+Vth的電壓值。

總結來說，當軟啟動電路1開始運作時，第一輸出電壓V1將由於第一充電電晶體100提供的第一充電電流I1，而以步進的方式逐步上升。更進一步地，第二輸出電壓V2將由於第二充電電晶體104提供的第二充電電流I2而逐步上升，其中第二充電電晶體104是由於第一輸出電壓V1而導通。因此，在第二輸出電壓V2逐步上升的情形下，電壓Voc所允許到達的最大值，也將隨之上升。因此，上述的方式可實現箝位端OC之電壓Voc的軟啟動機制。

需注意的是，第一充電電晶體100亦可由N型電晶體實現。此時驅動脈衝101將為高態脈衝，以使N型的第一充電電晶體100導通。更進一步地，第二充電電晶體104亦可在適當調整軟啟動電路1的電路設計後，由P型電晶體實現。

第2圖為本發明一實施例中，一種電源供應電路2之電路圖。電源供應電路2包含第1圖所示的軟啟動電路1以及電壓轉換電路20。

軟啟動電路1實質上包含與第1圖所繪示相同的元件。因此，電路中相同的元件將不再對其細節進行討論。於本實施例中，軟啟動電路1更包含電性連接於第一輸出端O1的放電電晶體120。其中，放電電晶體120可在導通時，對第一輸出端O1進行放電。

於本實施例中，電壓轉換電路20包含低壓降線性穩壓器200，且此低壓降線性穩壓器200包含運算放大器 202。運算放大器202係包含迴授結構，並包含電性連接於箝位端OC的放大器輸出端OA。

低壓降線性穩壓器200可由本領域之通常知識者所知悉的各種電路拓樸結構實現，並不為第2圖所繪示的結構所限。更進一步地，於其他實施例中，電壓轉換電路20亦可包含升壓電路、降壓電路或電荷唧筒電路。

因此，軟啟動電路1將提供電壓轉換電路20，特別是電壓轉換電路20中，低壓降線性穩壓器200的運算放大器202的放大器輸出端OA一個軟啟動的機制。

更進一步地，電壓轉換電路20包含短路偵測模組204，用以偵測電壓轉換電路20是否發生短路的狀況。在偵測到短路狀況時，電壓轉換電路20將啟動放電電晶體120對第一輸出端O1進行放電。

因此，第一輸出端O1的第一輸出電壓V1將由於放電電晶體120的放電行為而降低。第二充電電晶體104將接著被關閉，且第二輸出端O2的第二輸出電壓V2將由於放電電晶體116的存在而降低。由於箝位臨界值如上所述，與第二輸出電壓V2相關，因此箝位端OC的電壓Voc將因為無法超過箝位臨界值而進一步被拉低。

因此，上述的方式可實現電源供應電路2中的短路保護機制，以避免電壓轉換電路20因短路而燒燬。

第3A圖及第3B圖分別為箝位端OC的電壓Voc在不同短路保護機制下的波形圖。

第3A圖中，電壓Voc逐步上升，直到達到最高電 壓準位為止。其中，最高電壓準位由於第1圖及第2圖中所繪示的定壓負載112的存在而受限。當短路狀況被偵測到時，電壓Voc將被箝位P型電晶體108拉低。接著，電壓Voc再次上升直到達到最高電壓準位為止。

第3B圖中，係進行與第3A圖類似的過程。然而，在第3B圖中，進行短路偵測的頻率較高。因此，如果短路狀況尚未恢復，則電壓Voc將上升一段時間而後被拉低，並反覆數次。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧軟啟動電路

100‧‧‧第一充電電晶體

101‧‧‧驅動脈衝

102‧‧‧第一電容

104‧‧‧第二充電電晶體

106‧‧‧第二電容

108‧‧‧箝位P型電晶體

110‧‧‧電阻

112‧‧‧定壓負載

114‧‧‧二極體

116‧‧‧放電電晶體

118‧‧‧電阻

Claims (19)

1. 一種軟啟動電路，包含：一第一充電電晶體，用以依據複數驅動脈衝而導通，以每隔一預設時間提供一第一充電電流至一第一輸出端；一第一電容，電性連接於該第一輸出端，以接收該第一充電電流，俾使該第一輸出端之一第一輸出電壓逐步上升；一第二充電電晶體，用以依據該第一輸出電壓而導通，以提供一第二充電電流至一第二輸出端；一第二電容，電性連接於該第二輸出端，以接收該第二充電電流，俾使該第二輸出端之一第二輸出電壓逐步上升；以及一箝位(clamping)P型電晶體，包含電性連接於一箝位端之一源極端、電性連接於一接地電位之一汲極端以及電性連接於該第二輸出端之一閘極端，其中該箝位P型電晶體於該箝位端之一電壓超過一箝位臨界值時導通，以將該箝位端之該電壓拉低。
2. 如請求項1所述之軟啟動電路，更包含一定壓負載，電性連接於該第一輸出端，以防止該第一輸出電壓超過一最大電壓準位。
3. 如請求項2所述之軟啟動電路，其中該定壓負載包含相串聯之複數二極體。
4. 如請求項1所述之軟啟動電路，其中該箝位臨界值為該第二輸出電壓以及該箝位P型電晶體之一臨界電壓之和。
5. 如請求項1所述之軟啟動電路，其中該箝位端為設置於一電壓轉換電路中之一運算放大器的一放大器輸出端。
6. 如請求項5所述之軟啟動電路，其中該電壓轉換電路包含一低壓降線性穩壓器(low dropout regulator)、一升壓(boost)電路、一降壓(buck)電路或一電荷唧筒(charge pump)電路。
7. 如請求項5所述之軟啟動電路，更包含一第一放電電晶體，電性連接於該第一輸出端，其中當該電壓轉換電路之一短路狀況被偵測到時，該第一放電電晶體係被啟動以對該第一輸出端進行放電。
8. 如請求項7所述之軟啟動電路，其中該電壓轉換電路更包含一短路偵測模組，用以偵測該電壓轉換電路之該短路狀況，以於偵測到該短路狀況時啟動該第一放電電晶體。
9. 如請求項1所述之軟啟動電路，更包含一第二放電電晶體，電性連接於該第二輸出端，以持續對該第二輸出端進行放電，其中該第二充電電晶體之一充電能力大於該第二放電電晶體之一放電能力。
10. 如請求項1所述之軟啟動電路，其中該等驅動脈衝係由一單觸發(one-shot)電路提供。
11. 一電源供應電路，包含：一電壓轉換電路，包含具有一迴授結構之一運算放大器，且該運算放大器包含一放大器輸出端；以及一軟啟動電路，包含：一第一充電電晶體，用以依據複數驅動脈衝而導通，以每隔一預設時間提供一第一充電電流至一第一輸出端；一第一電容，電性連接於該第一輸出端，以接收該第一充電電流，俾使該第一輸出端之一第一輸出電壓逐步上升；一第二充電電晶體，用以依據該第一輸出電壓而導通，以提供一第二充電電流至一第二輸出端；一第二電容，電性連接於該第二輸出端，以接收該第二充電電流，俾使該第二輸出端之一第二輸出電壓逐步上升；以及一箝位P型電晶體，包含電性連接於該放大器輸 出端之一源極端、電性連接於一接地電位之一汲極端以及電性連接於該第二輸出端之一閘極端，其中該箝位P型電晶體於該放大器輸出端之一電壓超過一箝位臨界值時導通，以將該放大器輸出端之該電壓拉低。
12. 如請求項11所述之電源供應電路，其中該軟啟動電路更包含一定壓負載，電性連接於該第一輸出端，以防止該第一輸出電壓超過一最大電壓準位。
13. 如請求項12所述之電源供應電路，其中該定壓負載包含相串聯之複數二極體。
14. 如請求項11所述之電源供應電路，其中該箝位臨界值為該第二輸出電壓以及該箝位P型電晶體之一臨界電壓之和。
15. 如請求項11所述之電源供應電路，其中該電壓轉換電路包含一低壓降線性穩壓器、一升壓電路、一降壓電路或一電荷唧筒電路。
16. 如請求項11所述之電源供應電路，其中該軟啟動電路更包含一第一放電電晶體，電性連接於該第一輸出端，其中當該電壓轉換電路之一短路狀況被偵測到時，該第一放電電晶體係被啟動以對該第一輸出端進行放電。
17. 如請求項16所述之電源供應電路，其中該電壓轉換電路更包含一短路偵測模組，用以偵測該電壓轉換電路之該短路狀況，以於偵測到該短路狀況時啟動該第一放電電晶體。
18. 如請求項11所述之電源供應電路，其中該軟啟動電路更包含一第二放電電晶體，電性連接於該第二輸出端，以持續對該第二輸出端進行放電，其中該第二充電電晶體之一充電能力大於該第二放電電晶體之一放電能力。
19. 如請求項11所述之電源供應電路，其中該等驅動脈衝係由一單觸發電路提供。