TWI577118B - 高電壓啟動積體電路及具有高電壓啟動電路之電源轉換系統及方法 - Google Patents

高電壓啟動積體電路及具有高電壓啟動電路之電源轉換系統及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI577118B
TWI577118B TW101117234A TW101117234A TWI577118B TW I577118 B TWI577118 B TW I577118B TW 101117234 A TW101117234 A TW 101117234A TW 101117234 A TW101117234 A TW 101117234A TW I577118 B TWI577118 B TW I577118B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
value
transistor
power
line voltage
Prior art date
Application number
TW101117234A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201308847A (zh
Inventor
拉維夏可 克利思南木斯
拉杜 皮提戈伊艾倫
徐兆揚
Original Assignee
邁威爾世界貿易有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/449,407 external-priority patent/US8742735B2/en
Application filed by 邁威爾世界貿易有限公司 filed Critical 邁威爾世界貿易有限公司
Publication of TW201308847A publication Critical patent/TW201308847A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI577118B publication Critical patent/TWI577118B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/02—Circuits specially adapted for the generation of grid-control or igniter-control voltages for discharge tubes incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/2176—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only comprising a passive stage to generate a rectified sinusoidal voltage and a controlled switching element in series between such stage and the output

Description

高電壓啟動積體電路及具有高電壓啟動電路之電源轉換系統及方法
本發明涉及一種高電壓啟動電路，尤其涉及一種用於當電源於初始開啟時需要直流(Direct Current，DC)電源來運行的系統的高電壓啟動電路。
本文提供的先前技術描述是為了一般性地呈現出本發明背景的目的。發明人所做的工作，即已在此先前技術部分中作出描述的工作，以及說明書方面不應作為申請時的現有技術的內容，這些均不應被明確地或隱含地承認為本發明的現有技術。
參考第1圖，電源100將交流(Alternating Current，AC)線路電壓101轉換為一個或多個適合負載102的直流電壓。AC線路電壓101可為110V，60Hz或220V，50Hz。DC電壓可包括一小部分的1V、1.5V、±5V、±12V、24V或其他任何適合的電壓值以驅動負載102。電源100包括降壓(step-down)變壓器104以及整流器106。降壓變壓器104將AC線路電壓101轉換成AC電壓，該AC電壓值小於依產生的該DC電壓值而定的AC線路電壓101(例如，24V AC、12V AC等等)。整流器106將由降壓變壓器104輸出的AC電壓轉換成DC電壓，並且輸出DC電壓至負載102。
參考第2圖，電源150將AC線路電壓101轉換成一個或多個適合負載102的DC電壓。電源150包括整流器152以及DC-DC轉換器154。整流器152將AC線路電壓101轉換成DC電壓。DC-DC轉換器154將由整流器152輸出的DC電壓轉換成一個或多個適合於運行負載102的DC電壓。
DC-DC轉換器154典型地包括開關控制器(例如，脈寬調變(Pulse Width Modulation，PWM)控制器)。該開關控制器需要一個DC電壓來運行。使用電阻器典型地產生在啟動狀態(startup)時(也就是，當電源被開啟時)運行該開關控制器所需的DC電壓。該電阻器將AC線路電壓101降到一低值，用來在啟動狀態下驅動該開關控制器。隨後，當產生了運行負載102的DC電壓後，使用該DC電壓中的一個來運行該開關控制器。
電源的效率係通過電源輸出電壓與輸入電壓的比值來給定。電源150 的效率非常低。例如，如果由電源150提供給負載102的DC電壓值為5V，而AC線路電壓101的值為120V(也就是，大約170V均方根(Root Mean Square，RMS))，則電源150的效率為5/170，大約等於3%。如果提供給負載102的DC電壓為12V，而AC線路電壓101為220V(也就是，大約311V RMS)，則電源150的效率為12/311大約等於4%。
此外，在啟動狀態下用來驅動該開關控制器的該電阻器耗費電力。進一步，在有些申請中，儘管負載102可以從正常運行模式轉到節能模式，但電源150持續運行，因而耗費電力。
本發明揭露一種系統，包括：一功率電晶體，配置以接收一交流線路電壓；以及一控制電路。在該交流線路電壓的一半週期的一上升部分期間，當該交流線路電壓達到一第一值時將該功率電晶體開啟以及當該交流線路電壓達到一第二值時將該功率電晶體關閉，其中該第二值大於該第一值。在該半週期的一下降部分期間，當該交流線路電壓達到該第二值時將該功率電晶體開啟以及當該交流線路電壓達到該第一值時將該功率電晶體關閉。
在其他特徵中，該系統進一步包括一電容，其中當該功率電晶體被開啟時該功率電晶體為該電容充電，以及其中該電容輸出一電壓值小於該第一值的一電壓。
在其他特徵中，其中該控制電路係配置以當由該電容輸出的該電壓大於或等於該第一值時，將該功率電晶體關閉。
在其他特徵中，該系統進一步包括：一電源，配置以基於該交流線路電壓產生一直流電壓；以及一控制器，配置以控制該電源，其中由該電容輸出的該電壓驅動該控制器。
在其他特徵中，該控制電路係配置以停用(disable)該功率電晶體。
又在其他特徵中，一種系統，包括一功率電晶體，配置以接收一交流線路電壓並基於當在該交流線路電壓的一半週期期間該功率電晶體被開啟時為一電容充電至一輸出電壓；以及一控制電路，配置以當在該交流線路電壓的該半週期期間該交流線路電壓在一第一值與一第二值之間時，將該 功率電晶體開啟以為該電容充電，其中該第一值大於或等於該輸出電壓，以及其中該第二值比該第一值大一預設量值，以及當在該交流線路電壓的該半週期期間該交流線路電壓不在該第一值與該第二值之間時或當該電容被充電至該輸出電壓時，將該功率電晶體關閉。
在其他特徵中，該系統進一步包括一控制器，配置以控制一電源，其中該電源基於該交流線路電壓產生一直流電壓，以及其中該電容將該輸出電壓輸出至該控制器。
在其他特徵中，該控制電路係配置以將該功率電晶體以及該控制電路的複數個元件關閉。
在其他特徵中，該控制電路包括：一電壓分配器，配置以分配該交流線路電壓；一比較器，配置以將該電壓分配器的一輸出與一參考電壓作比較；以及一開關，配置以基於該比較的結果，當該交流線路電壓在該第一值與該第二值之間時將該功率電晶體開啟，以及當該交流線路電壓不在該第一值與該第二值之間時將該功率電晶體關閉。
在其他特徵中，該控制電路包括：一電壓分配器，配置以分配該輸出電壓；一比較器，配置以將該電壓分配器的一輸出與一參考電壓作比較；以及一開關，配置以基於該比較的結果，當該交流線路電壓在該第一值與該第二值之間以及當該電容充電至小於該輸出電壓時將該功率電晶體開啟，以及當該電容充電至大於或等於該輸出電壓時將該功率電晶體關閉。
又在其他特徵中，一積體電路包括：一第一電阻，具有一第一端點及一第二端點，該第一端點連接至一交流線路電壓；一第二電阻，具有一第一端點及一第二端點，該第一端點連接至該第一電阻的該第二端點；一第一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一第一輸出端，該第一輸入端連接至該第一電阻的該第二端點以及該第二輸入端連接至一參考電壓；一第一電晶體，具有一閘極、一源極以及一汲極，該閘極連接至該第一比較器的該第一輸出端以及該源極連接至該第二電阻的該第二端點；一第二電晶體，具有一閘極、一源極以及一汲極，該源極連接至該第二電阻的該第二端點以及該汲極連接至該第一電晶體的該汲極；一第二比較器，具有一第二輸出端、一第一輸入端以及一第二輸入端，該第二輸出端連接至該第二電晶體的該閘極以及該第一輸入端連接至該參考電壓；一第三電阻，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該第二電阻的該 第二端點以及該第二端點連接至該第二比較器的該第二輸入端；一第四電阻，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該第二比較器的該第二輸入端；一第五電阻，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該第四電阻的該第二端點以及該第二端點連接至該第一電晶體的該汲極；一二極體，具有一陰極以及一陽極，該陰極連接至該第五電阻的該第一端點；一第三電晶體，具有一源極、一汲極以及一控制端，該源極連接至該二極體的該陽極、該汲極連接至該第一電阻的該第一端點以及該控制端連接至該第二電晶體的該汲極；以及一電容，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該二極體的該陰極以及該第二端點連接至該第二電阻的該第二端點。
從本發明的實施方式、申請專利範圍以及所附圖式中能夠很清楚理解本發明進一步的適用範圍。實施方式以及特定實例只是為了舉例說明，而並非意圖限制本發明的範圍。
本發明涉及一種啟動電路，該啟動電路於啟動狀態下(startup)(也就是，當電源被開啟時)時提供電力至系統，該系統從AC線路電壓(例如，120V AC)獲取電力以及需要電力(例如5V DC)來運行。例如，該啟動電路在啟動狀態下提供電力至電源的開關控制器。基於該啟動電路提供的電力，該開關控制器能夠在啟動狀態下控制該電源的運行，以便該電源能夠從該AC線路電壓產生一個或多個DC電壓來運行一負載。
在該電源產生DC電壓後，該DC電壓的其中之一能夠被用來驅動該開關控制器。基於由該電源產生的DC電壓，該開關控制器接著運行並且控制該電源。在該電源產生的該DC電壓被用來驅動該開關控制器之後，該啟動電路可以被停用(disable)。雖然用電源作為例子描述了本發明的原理，但本發明可應用到任何啟動狀態下從AC線路電壓獲取電力並需要電力(例如5V)來運行的系統。
參考第3A圖與第3B圖，顯示了依據本發明包括啟動電路202的電源200。在第3A圖中，啟動電路202被安排在整流器204與DC-DC轉換器206之間。在第3B圖中，啟動電路202被安排在AC線路電壓101與整流器204之間。在以上任何一種安排中，在啟動狀態下啟動電路202都從AC 線路電壓101獲取電力，並且提供適合運行DC-DC轉換器206元件(例如，開關控制器(switching controller))的DC電壓。DC-DC轉換器206產生一個或多個適合運行負載102的DC電壓。在該DC電壓產生之後，DC-DC轉換器206利用該DC電壓的其中之一運行元件(例如DC-DC轉換器206的開關控制器)並停用啟動電路202。
參考第4A圖與第4B圖，詳細地展示了啟動電路202。在第4A圖中，啟動狀態下在該AC線路電壓的每個半週期，啟動電路202為電容器Cout充電。啟動電路202為電容器Cout充電至輸出電壓Vout。啟動狀態下電容器Cout提供輸出電壓Vout至DC-DC轉換器206的元件(例如開關控制器，圖中未示出)。僅作為舉例，假設該開關控制器需要5V DC來運行。啟動狀態下啟動電路202為電容器Cout充電至5V DC，並提供5V DC給該開關控制器。
當在AC線路電壓的每個半週期期間該AC線路電壓值在第一值與第二值之間時，啟動電路202為電容器Cout充電。基於輸出電壓Vout值來選取第一值。第二值大於第一值。例如，如果Vout=5V，則第一值可為任一大於5V的值。僅作為舉例，假設第一值為5.1V。第二值可為6V、7V、8V或任何大於第一值的值。僅作為舉例，假設第二值為6V。
在第4B圖中，在AC線路電壓的半週期期間當該AC線路電壓從0增大至大於5V RMS的第一值(例如5.1V RMS)時，啟動電路202在t1時刻開始為電容器Cout充電。當該AC線路電壓增大至大於第一值的第二值(例如，6V RMS)時，啟動電路202為電容器Cout一直充電至t2時刻。當該AC線路電壓大於或等於第二值(例如，6V RMS)時，啟動電路202在t2時刻停止為電容器Cout充電。
接下來，該AC線路電壓增大至一峰值(peak value)(例如，1.44＊110V)後開始減小。當AC線路電壓從該峰值減小至第二值(例如，6V RMS)時，啟動電路202在t3時刻再次開始為電容器Cout充電。當該AC線路電壓從第二值減小至第一值(例如，從6V RMS到5.1V RMS)，啟動電路202為電容器Cout一直充電至t4時刻。當該AC線路電壓小於或等於第一值(例如，5.1V RMS)時，啟動電路202在t4時刻停止為電容器Cout充電。然後該AC線路電壓回到0，依據該AC線路電壓的線路頻率(如50Hz)而重複該週期。電容器Cout輸出輸出電壓Vout=5V給該開關控制器。
基於由啟動電路202提供的輸出電壓Vout，DC-DC轉換器206的開關控制器在啟動狀態期間運行，並且DC-DC轉換器206產生一個或多個DC電壓來運行負載102。接下來，由DC-DC轉換器206產生的DC電壓的其中之一(例如，5V)被用來驅動該開關控制器，並且啟動電路202可以被停用。
在上述實例中，當輸入至啟動電路202的輸入電壓在5V RMS與6V RMS之間時，電容器Cout被充電。由於輸入至啟動電路202的最大輸入電壓為6V RMS，且啟動電路202的輸出電壓為5V，則啟動電路202的最壞情況的效率為5/6大約等於83%。現在詳細描述啟動電路202。
在第4A圖中，啟動電路202可以作為具有VAC、Vout、停用(Disable，DIS)以及地線(Ground，GND)四個插腳的積體電路來生產製造。該VAC插腳連接至AC線路電壓101。該Vout插腳連接至輸出電容器Cout並在啟動狀態下提供由啟動電路202產生的輸出電壓Vout至DC-DC轉換器206。該GND插腳接地。在啟動狀態後(也就是，DC-DC轉換器206產生該一個或多個DC電壓)該DIS插腳可以用來輸入一停用信號，關閉啟動電路202，從而達到節能的目的。例如，在DC-DC轉換器206產生該一個或多個DC電壓之後，DC-DC轉換器206可發送一控制信號至該DIS插腳。該控制信號關閉啟動電路202。或者，該DIS插腳不用時可以接地。
啟動電路202包括：超高壓、耗盡型功率電晶體M1，由比較器C1與比較器C2控制；電晶體M2、電晶體M3和電晶體M4；以及電阻器R1至電阻器R5。比較器C1與比較器C2；電晶體M2、電晶體M3和電晶體M4；以及電阻器R1至電阻器R5可稱為控制功率電晶體M1的控制電路。電晶體M2、電晶體M3以及電晶體M4可為互補式金屬氧化半導體場效電晶體(Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，CMOSFET)。電阻器R1、電阻器R2為高壓電阻器。
功率電晶體M1的閘極電壓由電阻器R5以及電晶體M2、電晶體M3、電晶體M4決定。電晶體M2、電晶體M3、電晶體M4由AC線路電壓VAC、輸出電壓Vout以及停用(DIS)輸入端分別控制。電阻器R5用來為功率電晶體M1的閘極電壓充電至Vout。二極體D為反向阻斷(reverse blocking)二極體，能夠通過功率電晶體M1的內接二極體(body diode)阻止輸出電壓Vout放電。
當開啟電源(也就是，啟動狀態下)，Vout初始時是低的；電晶體M2、電晶體M3及電晶體M4係被關閉的；且功率電晶體M1的閘極電壓等於Vout。由於功率電晶體M1為耗盡型MOSFET，因此臨界電壓為負的，且已經形成通道。所以，當初始開啟電源時，功率電晶體M1被開啟。電容器Cout被該AC線路電壓充電至接近功率電晶體M1的臨界電壓。一能隙參考(Bandgap Reference，BGR)產生器(圖中未示)提供參考電壓Vref至比較器C1與比較器C2。
比較器C1接收提供AC線路電壓VAC的指示(indication)的信號Vac_sense。該信號Vac_sense是利用電阻分壓器產生的，該電阻分壓器包含電阻器R1以及電阻器R2。具體地，Vac_sense=VAC ＊R2/(R1+R2)。當VAC大於Vac_sense，電晶體M2開啟並將功率電晶體M1的閘極電壓接地以關閉功率電晶體M1。上述實例中，當VAC大於或等於6V RMS時，比較器C1關閉功率電晶體M1。通過選取電阻器R1、電阻器R2的值，關閉功率電晶體M1時的VAC值(例如，6V RMS)可設為任何值(例如，7V RMS、8V RMS、9V RMS等等)。
比較器C2接收提供輸出電壓Vout的指示的信號Vout_sense。該信號Vout_sense是利用電阻分壓器產生的，該電阻分壓器包含電阻器R3以及電阻器R4。具體地，Vout_sense=Vout ＊R4/(R3+R4)。當輸出電壓Vout大於Vout_sense，電晶體M3開啟並將功率電晶體M1的閘極電壓接地以關閉功率電晶體M1。上述實例中，當輸出電壓Vout達到5V時，比較器C2關閉功率電晶體M1並停止為電容器Cout充電。輸出電壓Vout因此被限制在5V且不能超過5V。
據此，在本實例中，當VAC小於6V RMS且Vout小於5V時，比較器C1開啟功率電晶體M1並允許電容器Cout充電，而當VAC大於或等於6V RMS時，則關閉功率電晶體M1並停止電容器Cout充電。當VAC小於6V RMS時比較器C2允許比較器C1開啟功率電晶體M1以及當Vout小於5V時允許電容器Cout充電，而當Vout等於5V時則關閉功率電晶體M1並停止電容器Cout充電。
啟動電路202的停用(DIS)輸入端為可選控制選項(control)，可被獨立專用控制器用來關閉啟動電路202以達到節能的目的。例如，當該DIS插腳被提升(pulled-up)時，電晶體M4開啟並將功率電晶體M1的閘極電壓 接地以關閉功率電晶體M1。不考慮由比較器C1、比較器C2決定的電晶體M2、電晶體M3的狀態電晶體M4關閉功率電晶體M1。或者，也可以通過應用大於該Vout插腳處的Vout的電壓來關閉功率電晶體M1。該大於Vout的電壓可由電源(例如，該DC-DC轉換器206)產生。
在第4B圖中，當開啟電源時，AC線路電壓VAC(或整流器204的輸出電壓Vrect)從0增加。例如，在t1時刻，VAC從0增加至5.1V RMS。功率電晶體M1在t1時刻開啟。例如，在t2時刻，VAC從5.1 V RMS增加至6V RMS。功率電晶體M1一直被開啟直到t2時刻並在t2時刻關閉。接下來，VAC增加至VAC峰值後開始減小。例如，在t3時刻，VAC從該峰值減小至6V。功率電晶體M1在t3時刻開啟。例如，在t4時刻，VAC從6V減小至5.1V。功率電晶體M1一直被開啟直到t4時刻並在t4時刻關閉。接下來，VAC減小至0V，並在AC線路電壓VAC的線路頻率下重複該週期。
一汲極電流Idrain流經功率電晶體M1並在t1至t2時刻以及t3至t4時刻為電容器Cout充電至輸出電壓Vout。輸出電壓Vout在t1至t2時刻以及t3至t4時刻增加。功率電晶體M1在半週期的其他時刻關閉不為電容器Cout充電。電容器Cout在t2至t3時刻以及t4至t1時刻放電。因此在t2至t3時刻以及t4至t1時刻輸出電壓Vout減小。
參考第5圖，顯示了在啟動狀態下用於驅動電源的控制器的方法250。在步驟252，控制選項決定是否開啟電源(例如，AC線路電壓)並等待直到電源打開。在步驟254，於開啟電源時，在AC線路電壓的每半週期的部分上升與下降期間，當AC線路電壓在第一值與第二值之間時，控制選項開啟功率電晶體並為電容器充電。在每半週期的其他時刻控制選項關閉該功率電晶體。控制選項還基於該電容器的輸出電壓是否小於或等於所需電壓(例如，5V DC)開啟與關閉該功率電晶體。在步驟256，控制選項利用由該電容器輸出的電壓來驅動該電源的控制器。據此，該電源可以從AC線路電壓產生一個或多個DC電壓。在步驟258，控制選項決定該電源的輸出是否穩定。如果該電源的輸出不穩定則控制選項返回步驟254。在步驟260，如果該電源的輸出穩定，則控制選項利用該電源的輸出來驅動該控制器並關閉包括該功率電晶體與該電容器在內的啟動電路。
前面所述內容本質上僅僅是為了說明，而絕非意圖限制本發明以及本發明的應用或使用。本發明的廣泛教導能夠以各種形式實施。因此，雖然 本發明包含特別實例，但本發明的實際範圍不應因通過研究學習本發明做出的其他修改而被限制。為了描述清楚，所附圖式中所使用的相同的元件符號表示同樣的元件。本文所使用的A、B及C的至少其中之一這樣的句型應解釋為採用非排他的邏輯“或”來表示(A或B或C)。而應該理解地是在不改變本發明原理的基礎上，方法中的一個或多個步驟可以不同的順序(或同時地)被執行。
本申請案主張享有2011年5月16日提出之美國臨時專利申請案第61/486488號的利益。
本申請案與2011年6月8提出的美國臨時專利申請案第61/494619號相關聯。
上述申請案所公開的內容全部引用到本申請案中。
100、150、200‧‧‧電源
101‧‧‧交流線路電壓
102‧‧‧負載
104‧‧‧降壓變壓器
106、152、204‧‧‧整流器
154、206‧‧‧DC-DC轉換器
202‧‧‧啟動電路
250‧‧‧方法
252、254、256、258、260‧‧‧步驟
Cout‧‧‧電容器
Vout‧‧‧輸出電壓
t1-t4‧‧‧時刻
VAC‧‧‧AC線路電壓
DIS‧‧‧停用插腳
GND‧‧‧地線插腳
IC‧‧‧積體電路
C1、C2‧‧‧比較器
M1‧‧‧功率電晶體
M2、M3、M4‧‧‧電晶體
R1-R5‧‧‧電阻器
D‧‧‧二極體
從實施方式以及所附圖式將更加充分理解本發明，其中：第1圖為依據現有技術之整流降壓交流線路電壓的電源的功能方塊圖；第2圖為依據現有技術之整流AC線路電壓以及產生一個或多個DC電壓的電源的功能方塊圖；第3A圖至第3B圖為依據本發明包括啟動電路的電源的功能方塊圖；第4A圖為啟動電路的電路原理圖；第4B圖為描述AC線路電壓、啟動電路的輸出電壓以及由啟動電路提供的汲極電流作為一時間函數的曲線圖；以及第5圖為在啟動狀態(也就是，當開啟電源時)用於驅動電源的控制器的方法流程圖。
101‧‧‧交流線路電壓
102‧‧‧負載
200‧‧‧電源
202‧‧‧啟動電路
204‧‧‧整流器
206‧‧‧DC-DC轉換器

Claims (20)

  1. 一種電源轉換系統，包括：一功率電晶體，配置以接收一交流線路電壓；以及一控制電路，配置以在該交流線路電壓的一半週期的一上升部分期間，當該交流線路電壓達到一第一值時將該功率電晶體開啟以及當該交流線路電壓達到一第二值時將該功率電晶體關閉，其中該第二值大於該第一值，以及在該半週期的一下降部分期間，當該交流線路電壓達到該第二值時將該功率電晶體開啟以及當該交流線路電壓達到該第一值時將該功率電晶體關閉。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的電源轉換系統，進一步包括一電容，其中當該功率電晶體被開啟時該功率電晶體為該電容充電，以及其中該電容輸出一電壓值小於該第一值的一電壓。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述的電源轉換系統，其中該控制電路係配置以當由該電容輸出的該電壓大於或等於該第一值時，將該功率電晶體關閉。
  4. 依據申請專利範圍第2項所述的電源轉換系統，進一步包括：一電源，配置以基於該交流線路電壓產生一直流電壓；以及一控制器，配置以控制該電源，其中由該電容輸出的該電壓驅動該控制器。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述的電源轉換系統，其中該控制電路係配置以停用該功率電晶體。
  6. 一種電源轉換系統，包括：一功率電晶體，配置以接收一交流線路電壓並基於當在該交流線路電壓的一半週期期間該功率電晶體被開啟時為一電容充電至一輸出電壓；以及 一控制電路，配置以：當在該交流線路電壓的該半週期期間該交流線路電壓在一第一值與一第二值之間時，將該功率電晶體開啟以為該電容充電，其中該第一值大於或等於該輸出電壓，以及其中該第二值比該第一值大一預設量值，以及當在該交流線路電壓的該半週期期間該交流線路電壓不在該第一值與該第二值之間時或當該電容被充電至該輸出電壓時，將該功率電晶體關閉。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述的電源轉換系統，進一步包括：一控制器，配置以控制一電源，其中該電源基於該交流線路電壓產生一直流電壓，以及其中該電容將該輸出電壓輸出至該控制器。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述的電源轉換系統，其中該控制電路係配置以將該功率電晶體以及該控制電路的複數個元件關閉。
  9. 依據申請專利範圍第6項所述的電源轉換系統，其中該控制電路包括：一電壓分配器，配置以分配該交流線路電壓；一比較器，配置以將該電壓分配器的一輸出與一參考電壓作比較；以及一開關，配置以基於該比較的結果，當該交流線路電壓在該第一值與該第二值之間時將該功率電晶體開啟，以及當該交流線路電壓不在該第一值與該第二值之間時將該功率電晶體關閉。
  10. 依據申請專利範圍第6項所述的電源轉換系統，其中該控制電路包括：一電壓分配器，配置以分配該輸出電壓；一比較器，配置以將該電壓分配器的一輸出與一參考電壓作比較；以及一開關，配置以基於該比較的結果，當該交流線路電壓在該第一值與該第二值之間以及當該電容充電至小於該輸出電壓時將該功率電晶體開 啟，以及當該電容充電至大於或等於該輸出電壓時將該功率電晶體關閉。
  11. 一種高電壓啟動積體電路，包括：一第一電阻，具有一第一端點及一第二端點，該第一端點連接至一交流線路電壓；一第二電阻，具有一第一端點及一第二端點，該第一端點連接至該第一電阻的該第二端點；一第一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一第一輸出端，該第一輸入端連接至該第一電阻的該第二端點以及該第二輸入端連接至一參考電壓；一第一電晶體，具有一閘極、一源極以及一汲極，該閘極連接至該第一比較器的該第一輸出端以及該源極連接至該第二電阻的該第二端點；一第二電晶體，具有一閘極、一源極以及一汲極，該源極連接至該第二電阻的該第二端點以及該汲極連接至該第一電晶體的該汲極；一第二比較器，具有一第二輸出端、一第一輸入端以及一第二輸入端，該第二輸出端連接至該第二電晶體的該閘極以及該第一輸入端連接至該參考電壓；一第三電阻，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該第二電阻的該第二端點以及該第二端點連接至該第二比較器的該第二輸入端；一第四電阻，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該第二比較器的該第二輸入端；一第五電阻，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該第四電阻的該第二端點以及該第二端點連接至該第一電晶體的該汲極；一二極體，具有一陰極以及一陽極，該陰極連接至該第五電阻的該第一端點；一第三電晶體，具有一源極、一汲極以及一控制端，該源極連接至該二極體的該陽極、該汲極連接至該第一電阻的該第一端點以及該控制端連接至該第二電晶體的該汲極；以及一電容，具有一第一端點以及一第二端點，該第一端點連接至該二極體的該陰極以及該第二端點連接至該第二電阻的該第二端點。
  12. 依據申請專利範圍第11項所述的高電壓啟動積體電路，進一步包括：一第四電晶體，具有一閘極、一源極以及一汲極，該汲極連接至該第一電晶體的該汲極以及該源極連接至該第二電阻的該第二端點，其中當該第四電晶體的該閘極被提升時，不考慮該第一電晶體以及該第二電晶體的狀態，該第四電晶體將該第三電晶體關閉。
  13. 一種電源轉換方法，包括：在一交流線路電壓的一半週期的一上升部分期間，當該交流線路電壓達到一第一值時將一功率電晶體開啟以及當該交流線路電壓達到一第二值時將該功率電晶體關閉，其中該第二值大於該第一值；以及在該半週期的一下降部分期間，當該交流線路電壓達到該第二值時將該功率電晶體開啟以及當該交流線路電壓達到該第一值時將該功率電晶體關閉。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述的電源轉換方法，進一步包括：當該功率電晶體被開啟時為一電容充電；以及輸出一電壓值小於該第一值的一電壓。
  15. 依據申請專利範圍第14項所述的電源轉換方法，進一步包括當由該電容輸出的該電壓大於或等於該第一值時，將該功率電晶體關閉。
  16. 依據申請專利範圍第14項所述的電源轉換方法，進一步包括：利用一電源，基於該交流線路電壓而生一直流電壓；以及利用由該電容輸出的該電壓驅動一控制器，該控制器配置以控制該電源。
  17. 一種電源轉換方法，包括：基於當在一交流線路電壓的一半週期期間一功率電晶體被開啟時，為一電容充電至一輸出電壓； 當在該交流線路電壓的該半週期期間該交流線路電壓在一第一值與一第二值之間時，將該功率電晶體開啟以為該電容充電，其中該第一值大於或等於該輸出電壓，以及其中該第二值比該第一值大一預設量值，以及當在該交流線路電壓的該半週期期間該交流線路電壓不在該第一值與該第二值之間時或當該電容被充電至該輸出電壓時，將該功率電晶體關閉。
  18. 依據申請專利範圍第17項所述的電源轉換方法，進一步包括基於該輸出電壓控制一電源，該電源配置以基於該交流線路電壓產生一直流電壓。
  19. 依據申請專利範圍第17項所述的電源轉換方法，進一步包括：利用一電壓分配器分配該交流線路電壓；將該電壓分配器的一輸出與一參考電壓作比較；以及基於該比較的結果，當該交流線路電壓在該第一值與該第二值之間時將該功率電晶體開啟，以及當該交流線路電壓不在該第一值與該第二值之間時將該功率電晶體關閉。
  20. 依據申請專利範圍第17項所述的電源轉換方法，進一步包括：利用一電壓分配器分配該交流線路電壓；將該電壓分配器的一輸出與一參考電壓作比較；以及基於該比較的結果，當該交流線路電壓在該第一值與該第二值之間時以及當該電容充電至小於該輸出電壓時將該功率電晶體開啟，以及當該電容充電至大於或等於該輸出電壓時將該功率電晶體關閉。
TW101117234A 2011-05-16 2012-05-15 高電壓啟動積體電路及具有高電壓啟動電路之電源轉換系統及方法 TWI577118B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161486488P 2011-05-16 2011-05-16
US13/449,407 US8742735B2 (en) 2011-05-16 2012-04-18 High-voltage startup circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201308847A TW201308847A (zh) 2013-02-16
TWI577118B true TWI577118B (zh) 2017-04-01

Family

ID=47177570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101117234A TWI577118B (zh) 2011-05-16 2012-05-15 高電壓啟動積體電路及具有高電壓啟動電路之電源轉換系統及方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9502957B2 (zh)
EP (1) EP2710724A2 (zh)
JP (1) JP6109817B2 (zh)
KR (1) KR101909696B1 (zh)
CN (1) CN103534915B (zh)
TW (1) TWI577118B (zh)
WO (1) WO2012158496A2 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8913409B2 (en) 2010-02-12 2014-12-16 City University Of Hong Kong Self-driven AC-DC synchronous rectifier for power applications
EP2775604A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-10 Nxp B.V. A mains power converter, and methods of operating and equipment incorporating the same
US9603205B2 (en) * 2014-07-07 2017-03-21 Dialog Semiconductor Inc. Multi-function terminal configurable to implement two functionalities
CN108302134B (zh) * 2017-01-13 2019-10-18 柯尼卡美能达办公系统研发（无锡）有限公司 电源装置
EP3593446A4 (en) * 2017-03-06 2020-11-18 Hubbell Incorporated SYSTEM AND PROCEDURE FOR POWER DISTRIBUTION

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6229681B1 (en) * 1998-03-07 2001-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Switching mode power supply apparatus having a low voltage protection circuit
US20020134999A1 (en) * 2001-03-23 2002-09-26 Tdk Corporation Semiconductor device
TW200514357A (en) * 2003-10-14 2005-04-16 Semiconductor Components Ind Llc Power control system startup method and circuit
US20060034109A1 (en) * 2004-08-11 2006-02-16 Ghafour Benabdelaziz Capacitive power supply circuit and method
US20090230870A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Energy Conservation Technologies, Inc. Electronic ballast for high intensity discharge lamps
CN101951137A (zh) * 2010-10-12 2011-01-19 苏州大学 高压启动电路

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3953702A (en) 1974-08-13 1976-04-27 Texas Instruments Incorporated Solid state microwave oven power source
US4072890A (en) 1976-10-18 1978-02-07 Honeywell Inc. Voltage regulator
DE3304759A1 (de) * 1983-02-11 1984-08-16 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren und schaltungsanordnung zur transformatorlosen erzeugung kleiner gleichspannungen und deren verwendung
US4553082A (en) 1984-05-25 1985-11-12 Hughes Aircraft Company Transformerless drive circuit for field-effect transistors
US4859921A (en) 1988-03-10 1989-08-22 General Electric Company Electronic control circuits, electronically commutated motor systems, switching regulator power supplies, and methods
DE3907410C1 (zh) * 1989-03-08 1990-10-04 Ant Nachrichtentechnik Gmbh, 7150 Backnang, De
US5039931A (en) 1989-10-04 1991-08-13 Onan Corporation 12 Volt battery charger circuit
KR950701469A (ko) 1992-05-07 1995-03-23 피켄셔, 클라이너트 모오스(mos) 전께효과 트랜지스터의 구동회로(drive circuitry for a mos field effect tranststor)
US5359281A (en) 1992-06-08 1994-10-25 Motorola, Inc. Quick-start and overvoltage protection for a switching regulator circuit
US5302889A (en) * 1992-06-19 1994-04-12 Honeywell Inc. Voltage regulator
US5360962A (en) 1993-05-13 1994-11-01 Pettit Frederick B Heating appliance with transformerless power supply using low-loss passive divider to reduce AC line voltages
JP2750072B2 (ja) 1993-07-27 1998-05-13 松下電工株式会社 電力変換装置
US5479090A (en) * 1993-11-24 1995-12-26 Raytheon Company Power converter having optimal dynamic operation
JP3263225B2 (ja) * 1994-02-24 2002-03-04 株式会社リコー 電源高調波電流の抑制手段
JP3515811B2 (ja) 1994-08-30 2004-04-05 三菱電機株式会社 インピーダンス整合回路
US5559395A (en) 1995-03-31 1996-09-24 Philips Electronics North America Corporation Electronic ballast with interface circuitry for phase angle dimming control
JP3526701B2 (ja) 1995-08-24 2004-05-17 セイコーインスツルメンツ株式会社 半導体装置
US5798635A (en) 1996-06-20 1998-08-25 Micro Linear Corporation One pin error amplifier and switched soft-start for an eight pin PFC-PWM combination integrated circuit converter controller
US6075715A (en) 1997-03-26 2000-06-13 Matsushita Electric Works, Ltd. Power source device
US5869935A (en) 1997-05-07 1999-02-09 Motorola Inc. Electronic ballast with inverter protection circuit
US6369109B1 (en) 1998-10-28 2002-04-09 Deutsches Krebsforschungszentrum Stiftung Des Offentlichen Rechts Betulinic acid and derivatives thereof useful for the treatment of neuroectodermal tumor
JP2002142447A (ja) 2000-10-31 2002-05-17 Sony Corp 電源装置及び電子機器
US6448713B1 (en) 2000-12-07 2002-09-10 General Electric Company Sensing and control for dimmable electronic ballast
FR2828598B1 (fr) 2001-08-10 2003-12-05 Somfy Convertisseur electrique non regule
US6727661B2 (en) 2001-09-10 2004-04-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Self-ballasted fluorescent lamp
JP4333519B2 (ja) 2004-08-18 2009-09-16 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
US20060062026A1 (en) 2004-09-18 2006-03-23 Wittenbreder Ernest H Jr High efficiency power conversion circuits
US20060284698A1 (en) 2005-06-15 2006-12-21 Nokia Corporation Low-loss microstrip transmission line structure and a method for its implementation
US7372083B2 (en) 2005-08-09 2008-05-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Embedded silicon-controlled rectifier (SCR) for HVPMOS ESD protection
ITMI20052055A1 (it) 2005-10-27 2007-04-28 St Microelectronics Srl Dispositivo di controllo per un convertitore a commutazione e relativo convertitore a commutazione
KR100844904B1 (ko) 2006-11-21 2008-07-09 한국과학기술원 전력 결합기를 이용한 전력 증폭기
US7824977B2 (en) 2007-03-27 2010-11-02 Alpha & Omega Semiconductor, Ltd. Completely decoupled high voltage and low voltage transistor manufacturing processes
JP5528667B2 (ja) 2007-11-28 2014-06-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および半導体装置の制御方法
US8129815B2 (en) 2009-08-20 2012-03-06 Power Integrations, Inc High-voltage transistor device with integrated resistor
US8274109B2 (en) 2007-12-26 2012-09-25 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with dynamical avalanche breakdown characteristics and method for manufacturing a semiconductor device
JP2009260444A (ja) 2008-04-11 2009-11-05 Toshiba Corp 合成器、増幅器、送信機
TWI353709B (en) 2008-06-24 2011-12-01 Elan Microelectronics Corp Embedded bridge rectifier integrated with configur
JP4880762B2 (ja) 2008-09-26 2012-02-22 株式会社ＭＥＲＳＴｅｃｈ 電力変換装置
US8169045B2 (en) 2009-04-28 2012-05-01 Infineon Technologies Ag System and method for constructing shielded seebeck temperature difference sensor
EP2517341B1 (en) * 2009-12-23 2019-06-26 Marvell World Trade Ltd. Start-up supply for a switch mode power supply
US20120313692A1 (en) 2011-06-08 2012-12-13 Sehat Sutardja Super-high-voltage resistor on silicon
JP5230777B2 (ja) 2011-07-06 2013-07-10 三菱電機株式会社 電力変換装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6229681B1 (en) * 1998-03-07 2001-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Switching mode power supply apparatus having a low voltage protection circuit
US20020134999A1 (en) * 2001-03-23 2002-09-26 Tdk Corporation Semiconductor device
TW200514357A (en) * 2003-10-14 2005-04-16 Semiconductor Components Ind Llc Power control system startup method and circuit
US20060034109A1 (en) * 2004-08-11 2006-02-16 Ghafour Benabdelaziz Capacitive power supply circuit and method
US20090230870A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Energy Conservation Technologies, Inc. Electronic ballast for high intensity discharge lamps
CN101951137A (zh) * 2010-10-12 2011-01-19 苏州大学 高压启动电路

Also Published As

Publication number Publication date
US9502957B2 (en) 2016-11-22
WO2012158496A4 (en) 2013-09-12
EP2710724A2 (en) 2014-03-26
KR101909696B1 (ko) 2018-12-19
TW201308847A (zh) 2013-02-16
JP6109817B2 (ja) 2017-04-05
KR20140027386A (ko) 2014-03-06
WO2012158496A2 (en) 2012-11-22
CN103534915A (zh) 2014-01-22
CN103534915B (zh) 2016-08-17
US20140268937A1 (en) 2014-09-18
JP2014513914A (ja) 2014-06-05
WO2012158496A3 (en) 2013-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8310845B2 (en) Power supply circuit with a control terminal for different functional modes of operation
TWI478474B (zh) 切換式電源電路及具有升壓輔助繞組供應器的方法
EP2915243B1 (en) Power converter with bias voltage regulation circuit
US6900620B2 (en) Switching regulator having two or more outputs
US9960690B2 (en) Semiconductor device for controlling power supply
JP6255577B2 (ja) 直流電源回路
US9343971B2 (en) Synchronous VCC generator for switching voltage regulator
JP7066876B2 (ja) 自己バイアス理想ダイオード回路
US8222872B1 (en) Switching power converter with selectable mode auxiliary power supply
US7259973B2 (en) Semiconductor apparatus for controlling a switching power supply
US8823353B2 (en) Power controller with smooth transition to pulse skipping
US20110157919A1 (en) Vcc generator for switching regulator
TWI577118B (zh) 高電壓啟動積體電路及具有高電壓啟動電路之電源轉換系統及方法
US9912235B2 (en) Boost converter
TWI597927B (zh) 電源供應器的管理電路以及電源供應器的管理方法
US8742735B2 (en) High-voltage startup circuit
US9954444B1 (en) Pfm-pwm control for power regulators
CN112286277B (zh) 电压调节电路

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees