TWI354875B - Soft start apparatus - Google Patents

Description

1354875 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 ·. _本發_有關—種軟啟動裝置，特別是-種切換過程平順而無突波並 同時可以延長啟動時間的軟啟動裝置。 【先前技術】 倾織置（soft咖）可應_種魏。為了避錄級動（ρ_Γ 〇n)初期’過大的汤入電流（mshc_)或過量的電塵易對 馨«料成娜’而須雜人電賴慢上升之電路，皆可使躲啟動裝置。 以交換穩壓器為例作說明。錢穩壓器有較好的電壓轉換效率，因此 通常被使麟轉換大駐及大負，交換讎^在電源啟動初 期’容易造成過大_人電流或過量的電壓，進而可能造成電路的損壞。 因此，在電源啟動時，需使用軟啟動裝置而讓電源電壓可緩慢上升。 凊參照「第1A圖」為習知技術的軟啟動裝置示意圖。習知技術針對軟 啟動裝置的設計上，包含：電流源(Ι)Α1〇、電容(〇Α20、開關A30、參考電 • 壓CVWA40及固定電壓源(Vbg)A50。 軟啟動裝置一開始為開迴路操作，也就是說開關A30為開啟的狀態。 利用電流源A10對電容A2〇充電，在充電過程中電容A2〇會緩慢的增加電 壓，而產生一個斜率電壓(ramp voltage)。因此，參考電壓A40也同時跟隨 斜率電壓而緩慢上升，如此可達到軟啟動的功能。 當斜率電壓接近固定電壓源A50之電壓值時(於此，固定電壓源A50之 電壓值可以是能隙電壓(bandgap voltage))，必須結束軟啟動機制，使整個系 統恢復正常操作。傳統作法是：將« A3G Μ，而切_迴路，使參考 •、輪出固定電塵源Α5〇之電壓值，也就是輸出能隙電壓。 /…開關AM的切換時間點不易控制，容易造成不連續的突波使 得系統^觀_作。請參照「第㈣」為f知技術餘啟練置切換 =形不思圖(-）。由「第1B圖」所示可知如果開關鳩切換的太晚，會 造成參考籠(vref)超過輯戰Vbg)，而往上職—個突波後才回到能隙 電壓，Vbg)。相對的’請參照「第ic圖」為習知技術陳啟動裝置切換波 t不爾_)。由「第lc圖」所示可知，如果開關颜切換的太早，會造 成參考電壓(vref)尚未到達能隙電壓(Vbg)，使得參考電壓越與能隙電壓間 產生一間距。 另方面’軟啟動裝置的主要功能在於使電源電壓缓慢上升，以避免 電原啟動蝴’目過大的狀電流產生錢成電路_壞。當電源電塵上 ^的速度越慢，表示單位咖崎上升的電壓越小，而對電路較不易造成 相壞因此’―般針難啟紐置的需求，希望其軟啟動_較長，而讓 電源電壓可啸緩和虹升。其巾，軟啟動所需的時間⑸如下式所示： Ts="fxvbg。 由上述的公式可知，如果要讓軟啟動時間㈤較長，必須電流源①要小 而電令(C)要大。傳、統作法上，會利用額外的接腳㈣來外接大電容，使電 合值變大。然而，這樣的作法除了闕增加額外的接腳與大電容，使得成 本支出增加’且所外接的電容也不易整合於1C内部。 因此’如何解決觀技社軟啟動裝置對於開_換錢軟啟動時間 1354875 相關的問題，為一亟待解決的議題。 【發明内容】 有鑑於此本發明提出一種軟啟動裝置。本發明所提出之軟啟動裝置， 採用軟切換電路’作為如先前技術帽提及之開迴路與舰路之間的切換 機制，而解決傳統技術上切換時間點不易控制的問題，使得轉換過程平順 且無突波。再者，對於延長軟啟動時間方面，不須如傳統技術般須額外增 加接腳與外接大電容，而是彻衰減電路來增加時間常數。其中，衰減電 路的結構簡單且歸化，因此料延長軟啟鱗間，而使電職動初期的 電源電壓更緩和上升。 本發明提出一種軟啟動裝置，包含：電流源；第一電晶體耦接於電流 源’依據第-電壓決^第—電晶體導通的電流量；第二電晶體，輕接於電 流源，依細定驗決定第二電晶體導通的電流量；其巾，第—電壓的勒 始電壓值小於固定偏壓的電壓值，並在軟啟紐，第一電壓的電壓值逐步 增加至大於固定偏壓的電壓值。 本發明亦提¢-種軟啟動裝置，包括：衰親路，接收第二電壓，藉 由縮小第二電壓之比率而擴大時間常數；放大器，具有至少—個輪入端與 輸出端，輪入端耦接衰減電路，且輸入端與輸出端間串聯第二電容，第一 電壓經由衰減電路而對第二電容充電，並由輸出端輸出逐漸上升之第—電 壓；軟切換電路，耦接放大器之輸出端，用以接收第—電壓，並依據第一 電壓而輸出參考電壓。 有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如後。 7 1354875 【實施方式】 請參照「第2A圖」，該圖所示為軟啟動裝置之第一實施例示意圖，包 括電流源⑽、第-電晶體11G、第二電晶體⑼、第—電阻U1、第二電阻 121、第三電阻112、第四電阻124、第一比11>3咕 ^ ^扣較15 U3、第二比較器125、第 一電容122及重置開關123，其相互連接關係如圖所示。 此實施綱X作方式是在軟啟動後，控鄕_電晶體训的第一電壓將 由初始電祕(姆之《齡)醇增加，此她龍值小於⑽控制第二 電晶體120的電壓值(即固定偏壓的電壓值），但隨著第一電壓的電壓值逐漸 的增加’其最終將大於Hi定偏壓的電紐。由於第—電晶體11G與第二電晶 體120為PMOS開關，加上PMOS開關的特性為負電壓導通，因此隨著第一 電壓的電壓值逐漸的上升，將使得第一電晶體11〇逐漸關閉，而第二電晶體 120則將逐漸導通。其中，電流源100的電流量為第一電晶體11〇導通的電流 量與第二電晶體120導通的電流量的總和。因此，在第一比較器113接收的 第一電壓決定第一電晶體110導通的電流量，進而決定第一電阻1U兩端的電 位差的同時，第二電晶體12〇導通的電流量亦已決定，連帶的第二電阻121 兩端的電位差也將隨之改變。 除此之外，「第2A圖」中之第三電阻112與第四電阻124可產生退化式源 極電路(source degeneration)，以除去以往軟啟動裝置的開啟(on)及關閉(off) 的不連續狀態，如此將使得參考電壓的輸出更加平順，也就是在開迴路控 制下可平穩的切換為閉迴路控制。隨著第二電晶體的導通，第二電阻121兩 端將產生穩定增加的電位差，並在第一電容122穩壓後產生軟啟動所應得到 8 1354875 之參考電屢’而此參考電虔最終將可達到一穩定的電壓值，可做為能隙電 麼值(bandgap voltage) 〇 此外，「第2A圖」更可包含一個重置開關123，其與第二電阻121互相 並聯，用以重置參考電壓，使得參考電壓的起始值由原先相對的零電壓的 電壓值重新開始。 「第2A圖」中是以PMOS開關實現第一電晶體11〇與第二電晶體12〇,

其相對應制NMOS關之變形亦屬於本義之齡，其實施例請參照「第 2B圖」所示。 請參照「第3A圖」’該圖所示為軟啟動裝置之第三實施例示意圖。於 第三實施例中’為了延長軟啟動時間，而使電源啟動初期的電源電壓可更 緩和上升，因此第三實施例更包含：第二電容4()、衰減電路2G以及放大器 3〇。其中，「第Μ圖」結合上述「第2A圖」或「第2β圖」之實施例，於 此將其稱之為軟切換電路1G，組絲三實補之軟啟練置。軟切換電路 10耦接放大器30之輸出端34 出參考電壓。 “接收第電壓，並依據第-電壓而輸 缩小第-電壓L匕车农減電路20接收一個第二電壓，其工作機制是藉由 紹第-《之_彌大時間常數，此點於後 所稱之_常數麵Rc_常數。 以盡的說明。此處 放大器3〇具有至少-個輸入端32與 衰減電路2〇，而在輪入端32與輪出端職 '中’輸入端3娜 經由衰減電路20而對第二 二電容4G。第二電壓 充電，並由輸出料輪出逐漸上升之第 9 1354875 一電壓。由於第二電壓經過衰減電路20後已將時間常數擴大，因此利用第 二電壓在已擴大時間常數下對第二電容40充電，可得到更為緩和的軟啟動 效果。 請參照「第3B圖」為軟啟動裝置之第四實施例示意圖。第四實施例中， . 舉例說明衰減電路2〇的組成示意圖之一實施例，但並不以此為限。第四實 - 施例中，衰減電路20包含：第一線路22及第二線路24。第一線路22包含 第一端222與第二端224，其中第一端222接收第二電壓(V2)之正值，且串 • 聯第一衰減器226而產生第三電壓。第二線路24包含第三端242與第四端 244，其中第三端242接收第二電壓(V2)之負值’且串聯第二衰減器2妨而 產生第四電壓。其中，第—線路22之第二端224與第二線路24之第四端 244共點，而耦接至放大器3〇之輸入端32。 ' 興第二 電阻248。第一電阻228串連於第一衰減器226與第二端224之間；第一電 阻248串連於第二衰減器246與第四端244之間。 八丫第一電阻228之 電阻值與第二電阻248之電阻值得以相等。 如「第3B圖」所示，第一衰減器226的衰減比率為〇卜因此第三 壓即為0.1V2;第二衰減器246的衰減比率為〇 一 因此第四魏即為〇 〇9 V2，請注意，所述衰減比率並不以此為限。由「 ^ 第圖」的例子可推導出， 透過农減電路2〇使得放大器3〇的輸出端％所細的第— V V2 犯-硕兩。其中’RC即為時間常數，g HV2-0.09V2 / ()如下式 所示·· νΐ = ^ ϋ /- V2 1354875 此由左式可得知’藉由衰減電路2G使數因輯加了⑽倍。 「第3B圖」的例子為依據第二電塵而產生第三電麼與第四電壓，並依 據第三電壓與-第四電壓之差值而擴大時間常數。此外，衰減電路也可 採用更為簡單的做法，如「第3C圖」所示。 「第3C圖」中衰減電路2()不須分為兩條線路，只須具有_條線路即 :。線路-端接«二電壓，之後經由财連的衰直接將第二電壓⑽ 哀減為0.01 V2’如此所得到第一電卿）同樣具有擴大i⑽倍的時間常 數。 經由上述朗可知，衰減電路2G可據有多種的變化性，並不應以上述 所舉的例子為限，衰減電路2G只要可縮小第二電紅比率，便可進而擴大 時間常數’因此其相對應之變化皆應屬本發明之範嗜。例如：輯電路如 也可包含至少-個分壓電阻，而藉由分壓電阻使第二電壓產生不同比率的 第-電壓與第四縫，職便可依據第三縣與第四電壓之差值而擴大時 間常數。由此可知’本發明不須如傳統技術般利用額外設置接腳以外接大 電谷來延鱗間常數，藉由本發明所提出之衰減電路Μ，便可輕易擴大時 數進而了獲侍更穩定的緩啟動電壓(ramp voltage)。 吻參照「第4圖」’該圖所示為電壓波形示意圖。由「第*圖」可更清楚 了解第一電壓、第一電壓與參考電壓三者之間的關係。一開始，輸入至衰 減電路2G的第二電壓在短時間内即由零電壓值上升至第二電壓之電壓值。 而第-電壓經由衰減電路2G而對第二電容4G充電，再由放大器3()之輸出端 4輸出逐漸上升的第—電壓。由「第4圖」可知，第-電壓之電壓值可由零 1354875 電壓值逐漸上升至第二電壓之電壓值。最後，第—電壓經由軟切換電物 ❿產生參考電^其中，初期的參考電壓之波形，也就是第小於固 賴壓時，參考„會跟隨該第—電壓上升。而當第—賴大於固定偏壓 時，，考電壓便不再跟隨第··電壓上升，㈣現_穩定的電驗。 ' 翻本發0腾提出的倾絲置可帽_換倾賴賴正常機制 -使得切換過程平無突波，_亦可在柯加電容的情況下擴大時間常 數使得切換過雖以更加緩和，解決傳統麟上蝴時間料易控制，容 籲易造成不連續突波，進而使系統不穩定而誤動作的問題。 雖然本發_技_容已經啸佳實施例揭露如上，然其並非用卿 定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作此許之更動^ 潤飾，皆應涵蓋於本發明的鱗内，因此本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1Α圖：習知技術的軟啟動裝置示意圖 第1Β圖：習知技術的軟啟動裝置切換波形示意圖(一） 第1C圖：習知技術的軟啟動裝置切換波形示意圖㈡ 第2Α圖：軟啟動裝置之第_實施例示意圖 第2Β圖··軟啟動裝置之第二實施例示意圖 第3Α圖：軟啟動裝置之第三實施例示意圖 第3Β圖·軟啟動裝置之第四實施例示意圖 第3C圖··軟啟動裝置之第五實施例示意圖 12 1354875

第4圖：電壓波形示意圖 【主要元件符號說明】 A10 :電流源 A20 :電容 A30 :開關 A40 :參考電壓 A50 :固定電壓源 10 :軟切換電路 100 :電流源 110 :第一電晶體 111 :第一電阻 112 :第三電阻 113 :第一比較器 120:第二電晶體

121 :第二電阻 122 :第一電容 123 :重置開關 124 :第四電阻 125 :第二比較器 20 :衰減電路 22 :第一線路 13 1354875 :第一端 :第二端 :第一衰減器 :第一電阻 第二線路 :第三端 :第四端 :第二衰減器 :第二電阻 放大器 輸入端 輸出端 40 :第二電容

Claims (1)

1354875 十、申請專利範圍： 1〜〜 1. 一種軟啟動裝置，包括： 一電流源； -第一電晶體’與該電流源輕接， 體導通的電流量； 一第一電晶體，與該電流源耦接 體導通的電流量；以及 ’依據一第一電壓決定該第—電晶 依據一固定偏壓決定該第二電曰

依據該第一電 依據該第二電 -第-電阻’ _於-輕源與該第—電晶體之間， 晶體導通的電流量极該第—電阻兩端的電位差； 第一電阻1¾接於該電麼源與該第二電晶體之間， 晶體導通的糕f決定該第二雜_的電位差；以及 -第-電容’與該第二電阻並聯，依據該第二電阻兩端的電位差產 生一參考電壓； 其中，該第一電壓的初始電壓值小於該固定偏壓的電壓值，並在軟 啟動後，該第一電壓的電壓值逐步增加至大於該固定偏壓的電壓值，且 當該第一電壓的電壓值大於該固定偏壓的電壓值時，該參考電壓為—穩 定的電壓值。 2.如請求項1之軟啟動裝置，更包括： 一重置開關，與該第二電阻並聯，用以重置該參考電壓。 3_如請求項1之軟啟動裝置，更包括： 一第三電阻，耦接於該電流源與該第一電晶體之間，以產生一退化 15 1354875 式源極電路；以及 -第四電阻’接_電絲_第二電晶體之間，以產生該退化 式源極電路； 其中，該退化式源極電路將開迴路控制平穩切換為閉迴路控制。 4.如請求項3之軟啟動裝置，更包括： -第-比較器，其-正輸人端接收該第—電壓，其—負輸入端魄 於該第三電阻與該第-電晶體的搞接處，以及其一輸出端控制該第_電 晶體；以及 -第二比較器’其-正輸人端接收制定偏壓，其—諸入端_ 於該第四電阻與該第二電晶體的輕接處，以及其一輪出端控制該第二電 晶體。 5·如請求項1之軟啟動裝置，其中該電流源的電流量為該第—電晶體導通 的電流量與該第二電晶體導通的電流量的總和。 6.如請求項1之軟啟動裝置，更包括： -放大器，包括至少__輸人端與—輸出端； 第一電谷，耦接於該放大器的輸入端與輸出端之間：以及 衰減電路，接收—第H衰減該第二電叙比率並輸出至該 放大器的輸入端； 其令，該第二電_衰減後對該第二電容充電，並由該放大器的輪 出端輪出逐漸上升之該第一電壓。 月求項6之軟啟動裝置，其巾該衰減電路依據該第二電壓而產生—第 16 1354875 1354875 四電壓之差值而擴大 二電屡與-苐四電廢，並依據該第三與該第 時間常數。 8.如請求項7之軟啟動裝置，其中該衰減電路包含： ‘第-線路，包含-第-端、—第二端與—第—衰減器，該第1 接收該第二電壓之正值，且串聯該第一衰減器而產生該第三電墨；及 -第二線路，包含_第三端、—第四端與—第二衰減器，該第三端 接收該第二電壓之負值，且串聯該第二衰減器而產生該第四電壓； 其中，魏鄕：端蝴 放大器之該輸入端。 X 9·如請她嫩嶋，跑g — _账輪別更包含： 第一電阻’串連於該第—衰減器與該第二端之間；及 〃电阻串連於該第—衣減器與該第四端之間，且該第二電阻 之電阻值與該第-電阻之電阻值實質上相等。 10.如請求項7之軟啟動裝置，其中 这哀減電路包含至少-分«阻，藉由 該分壓電阻而產生該第三電塵與該第四籠。 U.如請求項6之軟啟較置，其巾雜 电至·壓值由相對之零電壓值 上升至該第一電壓之電麼值。 12.—種軟啟動裝置，包括： 器包括至少一輸入端與_輸出$ _繼㈣入猶㈣之間； -哀減電路’接收—第二電壓， 第—電壓之比率並輸出至該 放大器的輸入端； -軟切換電路，接於該放大器的輪出端，接收並依據該第—電壓 以輪出一參考電壓，該軟切換電路包括： 一電流源， -第-電晶體’與該電流源Μ接’依據該第—電壓決定該第一 電晶體導通的電流量；以及 -第二電晶體’與該電流馳接，依據定偏壓決定該第-電晶體導通的電流量； -第-電阻，墟於-電壓源與該第—電晶體之間，依據該第 一電晶體導通的電流量決定該第一電阻兩端的電位差； -第二電阻，耗接於該電壓源與該第二電晶體之間，依據該第 二電晶體導通的電流量決定該第二電阻兩端的電位差；以及 -第-電谷’與該第二電阻並聯，依據該第二電阻兩端的電位 差產生該參考電壓； 其中’在該第二電壓經衰減後對該第二電容充電，並由該放大器的 輪出端輸出逐漸上升的該第-電壓，其中該第一電壓的初始電壓值小於 該固疋偏壓的電壓值，並在軟啟動後，該第―電壓的電壓值逐步增加至 大於該固定驗的電壓值’以及其巾當該第—電壓的電壓值大於該固定 偏壓的電壓值時，該參考電壓為一穩定的電壓值。 13.如清求項I2之軟啟動裝置，其中該穩定的電壓值係為一能隙電壓值。 如》月求項12之軟啟動裝置’其巾該軟切換電路更包括： 18 1354875 一重置開關，與該第二電阻並聯，用以重置該參考電壓。 15. 如請求項12之軟啟動裝置，其中該軟切換電路更包括： 一第二電阻，耦接於該電流源與該第一電晶體之間，以產生一退化 式源極電路；以及 一第四電阻，耦接於該電流源與該第二電晶體之間，以產生該退化 式源極電路； 其中，該退化式源極電路將開迴路控制平穩切換為閉迴路控制。 16. 如請求項15之軟啟動裝置，其中該軟切換電路更包括： -第-比較H，其-正輪人端接收該第—電壓，其—負輸入端輕接 於該第三f阻與該第一電晶體的耗接處，以及其一輸出端鄕該第一電 晶體；以及 -第二比鮮，其-正輸人端接收翻定讎，其—錄入端織 於該第四電阻與忒第一電晶體的耦接處，以及其一輪出端控制該第二電 晶體。