TWI420795B - 可降低功率耗損的啟動電路 - Google Patents

Description

可降低功率耗損的啟動電路

本發明關於一種電路，尤指一種可降低功率耗損的啟動電路。

美國專利公開號US 2007/0236970揭露一種高壓啟動電路。請參考第1圖，其為習知高壓啟動電路的電路圖。高壓啟動電路的運作說明如下，當第二電晶體50依據控制訊號S_N 之致能狀態而截止時，阻抗裝置30會提供偏壓至第一電晶體25與接面場效電晶體20，該偏壓可以導通第一電晶體25與接面場效電晶體20。另一方面，當第二電晶體50依據控制訊號S_N 之禁能狀態而導通時，阻抗裝置30將提供一負偏壓，第一電晶體25將會截止，以截止電壓源V_IN ，進而停止輸出供應電壓至控制電路10，以節省電源消耗。此時，變壓器繞組100將經由二極體90提供供應電壓至控制電路10。同時，阻抗裝置30亦提供負偏壓至接面場效電晶體20，如此亦可控制接面場效電晶體20截止。

請參考第2圖，其為習知高壓啟動電路導通時，電流I_J 之流動方向之電路示意圖。其中，電阻60為第1圖之阻抗裝置30。當控制訊號S_N 為致能狀態時，第二電晶體50則依據控制訊號S_N 之致能狀態而截止，因此沒有電流通過電阻60。電阻60會提供零偏壓至接面場效電晶體20的電壓V_J 。此外，電阻60亦提供一相同偏壓於第一電晶體25之閘極與汲極之間，因此，接面場效電晶體20與第一電晶體25兩者皆會導通。在此情況下，電流I_J 通過接面場效電晶體20與第一電晶體25，以提供控制電路10運作時所需之電壓。另一方面，請參考第3圖，其為習知高壓啟動電路截止時，電流I_J 之流動方向之電路示意圖。當控制訊號S_N 為禁能狀態時，第二電晶體50則依據控制訊號S_N 之禁能狀態而導通，第一電晶體25因其閘極為低電壓準位而截止。在此情況下，電流I_J 流過第二電晶體50與電阻60。由上述可知，當第一電晶體25截止時，仍然有一電流通過接面場效電晶體20及第二電晶體50，造成功率損耗。

因此，本發明之主要目的在於提供一種可降低功率損耗之啟動電路，以解決上述問題。

本發明揭露一種可降低功率損耗的啟動電路，包含有：一啟動單元，包含一第一空乏型電晶體，用來於該啟動電路啟動時，提供一啟動電流，以及於接收一開關電壓時關閉該第一空乏型電晶體，以使該啟動單元停止提供該啟動電流；一控制電路，用來透過該啟動電流啟動，以產生一控制電壓；以及一開關電路，用來根據該控制電壓，產生該啟動單元之開關電壓。

請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一啟動電路10之電路 圖。啟動電路包含一啟動單元100、一開關電路110、一控制電路120、一電容C1、一線圈MS、一第一二極體130，以及一第二二極體140。其中，啟動單元100用來於啟動電路啟動時，提供一啟動電流I1，以及於接收一開關電壓Vs時關閉高壓空乏型電晶體M1，以使啟動單元100停止提供啟動電流I1。啟動單元100可透過一高壓空乏型電晶體M1、一低壓空乏型電晶體M2及一電阻R1來實現。其詳細說明如下，高壓空乏型電晶體M1的源極電性連接於低壓空乏型電晶體M2的汲極、其汲極電性連接於一電壓源Vin、其閘極電性連接於其源極，以及其基體端電性連接於一接地電壓。而低壓空乏型電晶體M2的閘極與源極透過電阻R1連接，以及其基體端電性連接其源極。控制電路120用來透過啟動電流I1啟動，以產生一控制電壓Vc及一驅動電壓Vg。開關電路110用來根據控制電壓Vc，產生啟動單元100之開關電壓Vs。開關電路110包含一第一開關S1及一第二開關S2。其中，第一開關S1用來根據控制電路120的控制，連接或斷開於電阻R1的第一端，以輸入或截止開關電壓Vs至低壓空乏型電晶體M2的源極。上述之開關電壓Vs可從電容C1之充電電壓Vd產生。另外，第二開關S2用來根據控制電路120的控制，連接或斷開於電阻R1的第二端，以輸入或截止一接地電壓至低壓空乏型電晶體M2的閘極。線圈MS包含一主線圈及一次線圈，根據控制電路120啟動時所產生之驅動電壓Vg動作，以產生一工作電流I2。電容C1用來透過啟動電流I1進行充電，以提供控制電路120啟動所需之第一電壓，以及於控制電路120啟動後，透過工作電流I2進行充電，以提供控制電路120運作所需之第二電 壓。

值得注意的是，啟動單元100的結構不限於上述。舉例來說，相較於上述結構，不同處在於高壓空乏型電晶體M1的閘極可電性連接於低壓空乏型電晶體M2的閘極。此外，高壓空乏型電晶體M1為高壓空乏型N通道金屬氧化物半導體(high voltage depletion n-channel metal oxide semiconductor，high voltage depletion NMOS)，以及低壓空乏型電晶體M2為低壓空乏型N通道金屬氧化物半導體(low voltage depletion n-channel metal oxide semiconductor，low voltage depletion NMOS)。

啟動電路10的運作如下。請參考第5圖與第6圖，其為本發明實施例啟動電路10運作的電路示意圖。首先，由於高壓空乏型電晶體M1與低壓空乏型電晶體M2的導通臨界電壓(threshold voltage)為負電壓，因此高壓空乏型電晶體M1與低壓空乏型電晶體M2在初始狀態呈現導通狀態。當電壓源Vin上升時，啟動單元100產生啟動電流I1。如第5圖所示，啟動電流I1會從高壓空乏型電晶體M1的汲極流經低壓空乏型電晶體M2的源極，接著透過第一二極體130接收並輸出啟動電流I1至電容C1，以對電容C1進行充電。當電容C1之充電電壓Vd達到控制電路120所設定之可工作電壓臨界值(start operation threshold)時，控制電路120開始運作。此時，控制電路120輸出驅動電壓Vg及控制電壓Vc，並控制第一開關S1與第二開關S2分別連接電阻R1的第一端與第二端。其中，第一開 關S1會根據控制電壓Vc，連接開關電壓Vs，並於連接電阻的第一端時，輸入開關電壓Vs至低壓空乏型電晶體M2的源極。而第二開關S2使得低壓空乏型電晶體M2的閘極連接接地電壓。此時，空乏型電晶體M2的閘極與源極間的電壓差即為開關電壓Vs。因此，當開關電壓Vs小於低壓空乏型電晶體M2的臨界電壓時，低壓空乏型電晶體M2會被關閉。而高壓空乏型電晶體M1的閘極與源極上升，直至基體效應(body effect)使得高壓空乏型電晶體M1關閉。在此情況下，啟動電啟動電流I1的導通路徑被斷開，不會流過高壓空乏型電晶體M1及低壓空乏型電晶體M2，因此不會有任何功率損耗。換句話說，啟動單元100停止提供啟動電流I1，進而降低啟動電路10整體的功率損耗。

另一方面，請繼續參考第6圖，控制電路120除了輸出控制電壓Vc控制開關電路110以外，另輸出驅動電壓Vg至線圈MS。其中，驅動電壓Vg包含一時脈訊號，用來控制主線圈的開啟或關閉。當主線圈根據時脈訊號開啟時，次線圈會耦合主線圈的能量而產生工作電流I2。接著，工作電流I2流經第二二極體140並輸出至電容C1，以對電容C1進行充電。因此，在啟動單元100停止提供啟動電流I1後，將透過工作電流I2充電電容C1，以提供控制電路120運作所需之最低可工作電壓臨界值(minimum operation threshold)，以維持控制電路120的持續運作。此時流經電阻R1的電流由產生開關電壓Vs的電容C1的充電電壓Vd提供，即是由次線圈產生的工作電流I2提供。

值得注意的是，本發明實施例在控制電路120開始運作後，可透過開關電路110及開關電壓Vs關閉低壓空乏型電晶體M2，使啟動單元100停止提供啟動電流I1(即，高壓空乏型電晶體M1與低壓空乏型電晶體M2皆不流電流)，藉以降低啟動電路10的功率耗損。然後，利用線圈MS產生工作電流I2，以維持控制電路120與開關電壓Vs的持續運作。

綜上所述，本發明實施例之啟動電路讓於啟動控制電路之後，能有效降低整體的功率消耗。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．啟動電路

M1．．．高壓空乏型電晶體

M2．．．低壓空乏型電晶體

S1．．．第一開關

S2．．．第二開關

100．．．啟動單元

110．．．開關電路

120．．．控制電路

MS．．．線圈

C1．．．電容

R1．．．電阻

Vc．．．控制電壓

Vg．．．驅動電壓

Vs．．．開關電壓

Vin．．．電壓源

130．．．第一二極體

140．．．第二二極體

Vd．．．充電電壓

I1．．．啟動電流

I2．．．工作電流

Q．．．連接點

第1圖為習知一高壓啟動電路之電路圖。

第2～3為習知高壓啟動電路運作的電路示意圖。

第4圖為本發明實施例一啟動電路之電路圖。

第5～6圖為本發明實施例啟動電路運作的電路示意圖。

10．．．啟動電路

M1．．．高壓空乏型電晶體

M2．．．低壓空乏型電晶體

S1．．．第一開關

S2．．．第二開關

100．．．啟動單元

110．．．開關電路

120．．．控制電路

MS．．．線圈

C1．．．電容

R1．．．電阻

Vc．．．控制電壓

Vg．．．驅動電壓

Vs．．．開關電壓

Vin．．．電壓源

130．．．第一二極體

140．．．第二二極體

Vd．．．充電電壓

Q．．．連接點

Claims (11)

1. 一種可降低功率損耗的啟動電路，包含有：一啟動單元，包含一第一空乏型電晶體，用來於該啟動電路啟動時，提供一啟動電流，以及於接收一開關電壓時關閉該第一空乏型電晶體，以使該啟動單元停止提供該啟動電流；一控制電路，用來透過該啟動電流啟動，以產生一控制電壓；以及一開關電路，用來根據該控制電壓，產生該啟動單元之開關電壓。
2. 如請求項1所述之啟動電路，其中該啟動單元另包含：一第二空乏型電晶體，包含有一第二源極電性連接於該第一空乏型電晶體的一第一汲極、一第二汲極電性連接於一電壓源、一第二閘極電性連接於該第二源極，以及一第二基體端電性連接於一接地電壓，用來根據該電壓源，產生該啟動電流；以及一電阻，包含有一第一端電性連接於該第一空乏型電晶體的一第一閘極，以及一第二端電性連接於該第一空乏型電晶體的一第一源極。
3. 如請求項2所述之啟動電路，其中該開關電路包含：一第一開關，用來根據該控制電路的控制，連接或斷開於該電 阻的該第一端，以輸入或截止該開關電壓至該第一端；以及一第二開關，用來根據該控制電路的控制，連接或斷開於該電阻的該第二端，以輸入或截止一接地電壓至該第二端；其中當第一開關及該第二開關分別連接該電阻的該第一端及該第二端且該開關電壓小於該第一空乏型電晶體之一臨界電壓時，該第一空乏型電晶體關閉。
4. 如請求項1所述之啟動電路，其中該啟動單元另包含：一第二空乏型電晶體，包含有一第二源極電性連接於該第一空乏型電晶體的一第一汲極、一第二汲極電性連接於一電壓源、一第二閘極電性連接於該第一空乏型電晶體的一第一閘極，以及一第二基體端電性連接於一接地電壓，用來根據該電壓源，產生該啟動電流；以及一電阻，包含有一第一端電性連接於該第一空乏型電晶體的一第一閘極，以及一第二端電性連接於該第一空乏型電晶體的一第一源極。
5. 如請求項4所述之啟動電路，其中該開關電路包含：一第一開關，用來根據該控制電路的控制，連接或斷開於該電阻的該第一端，以輸入或截止該開關電壓至該第一端；以及一第二開關，用來根據該控制電路的控制，連接或斷開於該電 阻的該第二端，以輸入或截止一接地電壓至該第二端；其中當第一開關及該第二開關分別連接該電阻的該第一端及該第二端且該開關電壓小於該第一空乏型電晶體之一臨界電壓時，該第一空乏型電晶體關閉。
6. 如請求項1所述之啟動電路，其另包含：一線圈，用來根據該控制電路啟動時所產生之一驅動電壓動作，以產生一工作電流；以及一電容，用來透過該啟動電流進行充電，以提供該控制電路啟動所需之第一電壓，以及於該控制電路啟動後，透過該工作電流進行充電，以提供該控制電路運作所需之第二電壓。
7. 如請求項6所述之啟動電路，其中該第一電壓的大小為該控制電路之工作電壓臨界值(start operation threshold)，以及該第二電壓的大小為該控制電路之工作電壓(operation voltage)。
8. 如請求項6所述之啟動電路，其中該線圈包含有一主線圈，以及一次線圈。
9. 如請求項6所述之啟動電路，其中該電容之充電電壓是用來產生該開關電壓。
10. 如請求項8所述之啟動電路，其中該驅動電壓包含一時脈訊號，用來控制該主線圈的開啟或關閉，以及當該主線圈根據該時脈訊號開啟時，該次線圈耦合該主線圈的能量，以產生該工作電流。
11. 如請求項2所述之啟動電路，其中該第一空乏型電晶體及該第二空乏型電晶體為空乏型N通道金屬氧化物半導體(depletion n-channel metal oxide semiconductor，depletion NMOS)。