TW201725838A - 軟啟動電路以及具備該電路的電源裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可獲得高精度的軟啟動時間的軟啟動電路。所述軟啟動電路包括：定電流源；輸出端子，輸出軟啟動電壓；接地端子；第1電晶體，連接於定電流源與接地端子之間，且閘極與汲極短路；第2電晶體，連接於定電流源與輸出端子之間，在閘極接受時脈信號；以及電容器，連接於第2電晶體與接地端子之間。

Description

軟啟動電路以及具備該電路的電源供應裝置
本發明是有關於一種軟啟動（soft start）電路以及具備該電路的電源裝置。
在直流-直流（Direct Current-Direct Current，DCDC）轉換器（converter）等電源裝置中，一般設有用於防止電源接通時的衝擊電流的軟啟動電路。 習知的軟啟動電路中存在下述問題：為了獲得在數毫秒的時間內上升的軟啟動電壓，需要電容值高的電容器（condenser），在積體電路晶片（Integrated Circuit chip，IC chip）內佔用大的面積。
針對該問題，在專利文獻1中提出有一種方法，採用使用時脈（clock）信號來使開關（switch）導通/斷開（ON/OFF），從而以定電流來對電容器進行間歇充電的結構，藉此來減小電容器，抑制電路規模。 現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利第4853003號公報 [發明所欲解決之問題]
然而，使用時脈信號來對電容器進行間歇充電的方法中，在開關導通時與開關斷開時，構成開關的電晶體（transistor）的動作點不同，因此在開關剛剛切換之後會有與所需的電流值不同的電流流至電容器。因此存在下述問題：軟啟動時間會偏離根據電容與電流值而在理論上算出的值，從而難以獲得所需的軟啟動時間。
本發明是有鑒於所述問題而完成，其目的在於提供一種可獲得高精度的軟啟動時間的軟啟動電路。 [解決問題之手段]
為了解決所述問題，本發明的軟啟動電路的特徵在於包括：定電流源；輸出端子，輸出軟啟動電壓；接地端子；第1電晶體，連接於所述定電流源與所述接地端子之間，且閘極（gate）與汲極（drain）短路；第2電晶體，連接於所述定電流源與所述輸出端子之間，在閘極接受時脈信號；以及電容器，連接於所述第2電晶體與所述接地端子之間。 [發明的效果]
本發明的軟啟動電路中，當第2電晶體為導通狀態時，從定電流源流出的電流的一部分經由第2電晶體而供給至電容器，藉此，給電容器充電，當第2電晶體為斷開狀態時，從定電流源流出的電流全部經由第1電晶體而流至接地端子。即，在第2電晶體導通、斷開時，均有電流持續流經軟啟動電路。
因此，與如專利文獻1般使作為開關的電晶體斷開而阻止電流的方法相比，第2電晶體剛剛導通之後，動作點確定，能夠使所需的電流流動，因此軟啟動電壓Vref_ss穩定地上升。因而，根據本發明，可獲得高精度的軟啟動時間。
以下，參照圖式來說明本發明的實施形態。 圖1是本實施形態的軟啟動電路100的電路圖。 本實施形態的軟啟動電路100具備定電流源10、P通道金屬氧化物半導體（Positive-channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS）電晶體11及PMOS電晶體12與電容器13。
定電流源10的一端連接於電源輸入端子Vin。 PMOS電晶體11連接於定電流源10與接地端子Vss之間，閘極與汲極短路。 PMOS電晶體12連接於定電流源10與輸出端子SSout之間，在閘極接受時脈信號CLK。
電容器13連接於PMOS電晶體12與接地端子Vss之間。 對電源輸入端子Vin供給有輸入電壓，對接地端子Vss供給有接地電壓，從輸出端子SSout輸出軟啟動電壓Vref_ss。
如上所述般構成的軟啟動電路100以下述方式動作。 電源接通後，當時脈信號CLK成為低位準（low level）時，電晶體12導通，電晶體11始終導通，因此與電晶體11及電晶體12的尺寸比相應的電流分別流至電晶體11及電晶體12。
並且，來自定電流源10的電流的一部分經由電晶體12而流入電容器13，對電容器13進行充電。 另一方面，當時脈信號CLK成為高位準（high level）時，電晶體12斷開，來自定電流源10的電流全部經由始終導通的電晶體11而流至接地端子Vss。
如此，根據本實施形態，在電晶體12導通、斷開的任一時間，均有電流始終流經軟啟動電路100，因此可將定電流源10與電晶體11及電晶體12的連接點的電壓保持為大致固定。即，電晶體12在導通時與斷開時，源極電壓幾乎不發生變化，從剛剛導通之後直至穩定為止，其動作點幾乎不發生變化。因此，軟啟動電壓Vref_ss可穩定地上升，從而可獲得高精度的軟啟動時間。
此處，使電晶體11的尺寸充分大於電晶體12，例如，使電晶體11與電晶體12的尺寸比大至9：1左右。 這是因為，流至電容器的電流是由二個電晶體11及電晶體12的尺寸比來決定的。即，藉由加大尺寸比，可減小流至電容器13的電流，藉此，能以小的電容器來延長軟啟動時間。
而且，輸入至電晶體12的時脈信號CLK的佔空（DUTY）越小越佳，例如，如圖2所示，將佔空（DUTY）設為10%左右。 藉此，電晶體12的導通時間變短，可縮短電流流至電晶體12的時間，因此，對電容器13的充電時間亦變短，從而產生能以小的電容器來進一步延長軟啟動時間的效果。而且，經由電晶體11而流至接地端子Vss的電流量越多，而且，時間越長，則該效果越大。
進而，減小時脈信號CLK的佔空（DUTY），與提高定電流源的精度，即，提高軟啟動時間的精度相關聯。以下說明其理由。 習知的軟啟動電路中，藉由定電流源生成100 nA左右的微小電流，利用該微小電流來對電容器進行充電，藉此來延長軟啟動時間。
另一方面，本實施形態中，若將時脈信號CLK的佔空（DUTY）設為10%，則即使在使定電流源10的電流大至1 μA的情況下，由於電流流至電晶體12的期間為1/10，亦可獲得與在習知的軟啟動電路中將定電流源的電流設為100 nA的情況同等的軟啟動時間。
在減小定電流源的電流的情況下，例如，若欲利用電流鏡（current mirror）來使電流折返而形成小的電流，則誤差將變大，而且，若電流變小，則亦容易受到漏（leak）電流的影響或雜訊（noise）的影響。因此，大電流的定電流源比小電流者可精度良好地製造，因此1 μA的定電流源的精度比100 nA的定電流源的精度高。 根據本實施形態，可使用精度高的定電流源10，作為結果，可進一步提高軟啟動時間的精度。
接下來，對將本發明的軟啟動電路用於電源裝置的示例進行說明。 圖3是具備圖1的軟啟動電路100的DCDC轉換器200的電路圖。
DCDC轉換器200的結構為普通結構，因此，此處省略詳細說明，而對如何使用軟啟動電路100的輸出即軟啟動電壓Vref_ss進行說明。
誤差放大電路20的二個非反相輸入端子分別輸入有基準電壓電路21的基準電壓Vref與軟啟動電壓Vref_ss，在反相輸入端子輸入有DCDC轉換器200的輸出電壓Vout經分壓而成的反饋電壓Vfb。
誤差放大電路20將基準電壓Vref及軟啟動電壓Vref_ss中的電壓低者與反饋電壓Vfb進行比較，將誤差電壓Verr輸出至脈寬調變比較器（Pulse-Width Modulation comparator，PWM comparator）22。
電源接通後，軟啟動電壓Vref_ss逐漸上升，但在軟啟動電壓Vref_ss低於基準電壓Vref的期間，在誤差放大電路20中，對反饋電壓Vfb與軟啟動電壓Vref_ss進行比較，基準電壓Vref不會對輸出即誤差電壓Verr造成影響。
並且，當經過規定的軟啟動時間時，軟啟動電壓Vref_ss變得高於基準電壓Vref。因此，隨後，在誤差放大電路20中，對反饋電壓Vfb與基準電壓Vref進行比較，軟啟動電壓Vref_ss不會對輸出即誤差電壓Verr造成影響。 如此，軟啟動電路100可在DCDC轉換器200中發揮軟啟動功能。
如以上所說明般，根據本實施形態的軟啟動電路100，可獲得高精度的軟啟動時間，藉由在DCDC轉換器200中使用軟啟動電路100，可實現高精度的軟啟動。
以上，對本發明的實施形態進行了說明，但本發明並不限定於所述實施形態，當然可在不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種變更。 例如，所述實施形態中，表示了使用PMOS電晶體來作為電晶體11及電晶體12的示例，但亦可對電晶體11及電晶體12這兩者或者其中任一者使用NMOS電晶體。
而且，所述實施形態中，表示了將本發明的軟啟動電路用於DCDC轉換器的示例，但並不限於此，可適當用於需要軟啟動的電源裝置。
10‧‧‧定電流源
11、12‧‧‧PMOS電晶體
13‧‧‧電容器
20‧‧‧誤差放大電路
21‧‧‧基準電壓電路
22‧‧‧PWM轉換器
100‧‧‧軟啟動電路
200‧‧‧DCDC轉換器
CLK‧‧‧時脈信號
SSout‧‧‧輸出端子
Verr‧‧‧誤差電壓
Vfb‧‧‧反饋電壓
Vin‧‧‧電源輸入端子
Vout‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧基準電壓
Vref_ss‧‧‧軟啟動電壓
Vss‧‧‧接地端子
圖1是本發明的實施形態的軟啟動電路的電路圖。 圖2是表示圖1的時脈信號的一例的波形圖。 圖3是具備圖1的軟啟動電路的開關調節器的電路圖。
100‧‧‧軟啟動電路
10‧‧‧定電流源
11、12‧‧‧PMOS電晶體
13‧‧‧電容器
CLK‧‧‧時脈信號
SSout‧‧‧輸出端子
Vin‧‧‧電源輸入端子
Vref_ss‧‧‧軟啟動電壓
Vss‧‧‧接地端子

Claims (3)

  1. 一種軟啟動電路，其特徵在於包括： 定電流源； 輸出端子，輸出軟啟動電壓； 接地端子； 第1電晶體，連接於所述定電流源與所述接地端子之間，且所述第1電晶體的閘極與所述第1電晶體的汲極短路； 第2電晶體，連接於所述定電流源與所述輸出端子之間，在所述第2電晶體的閘極接受時脈信號；以及 電容器，連接於所述第2電晶體與所述接地端子之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的軟啟動電路，其中 所述第1電晶體的尺寸大於所述第2電晶體尺寸。
  3. 一種電源裝置，其特徵在於包括申請專利範圍第1項或第2項所述的軟啟動電路，且 使用所述軟啟動電路所輸出的所述軟啟動電壓而在電源接通時執行軟啟動。
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