CN101582628B - 定电流控制的高压启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有定电流控制的高压启动电路，是应用于开关电源，其包含有一高压接面晶体管、一控制晶体管与一电流检测电阻与一偏压电阻，其中高压接面晶体管漏极耦接一高压电源，栅极耦接至控制晶体管漏极，源极耦接至该电流检测电阻，电流检测电阻藉由高压接面晶体管电流流经检测电阻两端产生固定电压降提供高压接面晶体管栅-源极负偏压使高压接面晶体管输出一固定电流。偏压电阻其一端耦接于高压接面晶体管栅极，另一端则耦接于高压启动电路输出端，使高压接面晶体管栅极电压相同于输出电压，使高压晶体栅-源极维持一固定负偏压以提供固定输出电流。

Description

定电流控制的高压启动电路
技术领域
本发明涉及一种具有定电流控制的高压启动电路，应用于开关电源，可使用于宽广输入范围的高压电源产生定电流输出使启动电路的输出电流与时间固定，并可防止若输出端发生短路异常时造成的输出电流过大而致使组件遭受破坏的情形。
背景技术
请参阅图1，为现有的高压启动电路之一。如图1所示，此现有的高压启动电路是利用高压接面晶体管栅-源极负偏压限制输出电流，包含有一高压接面晶体管Q1、一第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2、一第二金属氧化物半导体场效应晶体管Q3、一偏压电阻R1、一PNP晶体管Q4、一齐纳二极管ZD1以及一迟滞比较器COMP1。其中高压接面晶体管Q1的漏极耦接一高压电源VIN，其源极耦接至第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的漏极，其栅极则直接与电路的参考地端相接。第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的源极耦接输出电压VOUT，当高压接面晶体管Q1导通后偏压电阻R1提供正偏压使第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2导通。当输出电压VOUT到达预定基准电压VT时利用迟滞比较器COMP1产生控制信号使第二金属氧化物半导体场效应晶体管Q3导通，使第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2偏压为负值低于夹止电压而停止第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2导通且停止电流输出。齐纳二极管ZD1与PNP晶体管Q4串接于第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2防止第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2栅极可能发生电压过高的异常情形。
再参阅图2，为另一现有的高压启动电路。如图2所示，此现有的高压启动电路近似于图1所示的现有高压启动电路，图2的现有高压启动电路包含有一高压接面晶体管Q1、一第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2、一第二金属氧化物半导体场效应晶体管Q3、一偏压电阻R1，其中高压接面晶体管Q1的栅极改与第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的栅极相接，其漏极耦接一高压电源VIN，其源极耦接至第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的漏极，第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的源极耦接输出电压端VOUT，当高压接面晶体管Q1导通后偏压电阻R1提供正偏压使第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2导通，当输出电压VOUT到达预定基准电压VT时利用迟滞比较器COMP1产生控制信号使第二金属氧化物半导体场效应晶体管Q3导通，使第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2偏压为负值低于阈电压而停止第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2导通且停止电流输出。
参阅图3，为高压接面晶体管的漏极电流ID和栅-源极电压Vgs的对应特性曲线，目前高压启动电路是利用其栅-源极负偏压漏极电流降低特性以限制输出电流大小，但现有的高压启动电路无电流检测电阻，故无法提供固定的负偏压于高压接面晶体管栅-源极之间，遂其输出电流ID则由大变小，如图4所示，其启动瞬间输出最大电流IDL(最大电流会随高压输入电源的电压高低不同)，随后漏极电流ID即输出电流随时间T呈抛物曲线降低。现有的高压启动电路其高压接面晶体管的负偏压可表示如下：
Vgs(Q1)＝-(Vth(Q2)+Vo)
其中，Vth(Q2)为第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2导通的阈电压(Gate to Source Threshold Voltage)。
由于输出电压随时间上升而造成接面晶体管栅-源极电压Vgs(Q1)改变所以输出电流会渐渐变小，为提供足够输出电流必须提高启动瞬间输出电流的限流点，在发生输出端短路时易造成消耗功率过大而烧毁的情形。
发明内容
有鉴于此，本发明目的乃提供一固定输出电流使启动电路的输出电流与时间固定，并可防止若输出端发生短路异常时造成的输出电流过大而致使组件遭受破坏情形。本发明的定电流控制高压启动电路，其包含一高压接面晶体管、一控制晶体管以及一偏压电阻。该高压接面晶体管具有一第一源/漏极、一第二源/漏极及一第一栅极，该第一源/漏极耦接一高压电源，该第二源/漏极耦接一输出端。该控制晶体管具有一第三源/漏极、一第四源/漏极及一第二栅极，该第三源/漏极耦接该高压接面晶体管的该第一栅极，该第四源/漏极耦接地，该第二栅极接收一控制信号，并根据该控制信号进行切换。该偏压电阻的一端耦接该高压接面晶体管的该第一栅极，另一端耦接该输出端。其中，当该控制晶体管于截止状态时，该高压接面晶体管输出一稳定电流至该输出端，当该控制晶体管于导通状态时，该高压接面晶体管停止输出该电流。如此，该电流检测单元藉由该高压接面晶体管电流流经该检测电阻两端产生的固定电压降来提供该高压接面晶体管栅-源极负偏压，使该高压接面晶体管输出固定电流，并可藉由改变电流检测电阻的电阻值来设定输出电流值。
本发明的电路上的优点是定电流设计可使用于宽广输入范围的高压电源产生定电流输出使启动电路的输出电流与时间固定，并可防止若输出端发生异常时造成的输出电流过大而致使组件遭受破坏的情形。本发明的高压启动电路其接面晶体管的负偏压可表示如下：
Vgs(Q1)＝-(Io X R)
其中，Io为输出电流，R为检测电阻的电阻值。
由上式可知，因R为定值则高压接面晶体管栅-源极电压Vgs(Q1)以及输出电流Io可维持定值。
附图说明
图1为现有的高压启动电路之一；
图2为另一现有的高压启动电路；
图3为接面晶体管漏极电流和栅-源极电压的对应特性曲线；
图4为现有的高压启动电路输出电流对应时间T曲线变化图；
图5为本发明的定电流控制高压启动电路具体应用代表图；
图6为本发明的定电流控制高压启动电路另一实施例图；以及
图7为本发明的定电流控制高压启动电路输出电流与时间关系图。
【主要组件符号说明】
现有技术：
高压接面晶体管Q1
第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q2
第二金属氧化物半导体场效应晶体管Q3
PNP晶体管Q4
偏压电阻R1
齐纳二极管ZD1
迟滞比较器COMP1
高压电源VIN
输出电压VOUT
基准电压VT
储能电容C1
电流ID、IDL
电压Vgs
时间T
本发明：
高压接面晶体管Q1
控制晶体管Q5
偏压电阻R1
电流检测单元R2
迟滞比较器COMP
高压电源VIN
输出电压VOUT
基准电压VT
储能电容C1
控制器CON
整流二极管D
变压器的绕组T
电流ID
时间T、t1
具体实施方式
图5所示，为本发明的定电流控制高压启动电路具体应用代表图，其包含有一高压接面晶体管Q1、一控制晶体管Q5、一电流检测单元R2、一偏压电阻R1及一储能电容C1，其中高压接面晶体管Q1可以是结型场效应晶体管(Junction Field Effect Transistor，JFET)或耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管(Depletion MOSFET)，在此以JFET为例来说明。高压接面晶体管Q1的漏极耦接一高压电源VIN，源极耦接至电流检测单元R2，电流检测单元R2藉由高压接面晶体管Q1的电流流经电流检测单元R2两端产生电压降提供高压接面晶体管Q1栅-源极负偏压使高压接面晶体管Q1输出电流。在实际应用上，高压接面晶体管Q1的源极可直接耦接于高压启动电路的输出端VOUT，依然可以达到固定输出电流的作用，若透过耦接一电流检测单元R2于高压接面晶体管Q1的源极与高压启动电路的输出端VOUT之间，则可进一步藉由改变其电阻值来设定定电流控制高压启动电路的输出电流值。偏压电阻R1的一端耦接于高压接面晶体管Q1的栅极，另一端则耦接于高压启动电路的输出端VOUT，使高压接面晶体管Q1栅极电压相同于输出电压。输出端VOUT耦接一控制电路或一负载装置(未绘出)，以提供其操作所需电力。透过电流检测单元R2及偏压电阻R1所形成的反馈，高压接面晶体管Q1栅-源极可维持一固定负偏压以提供固定输出电流。利用一控制单元，如本实施例的迟滞比较器COMP，当输出电压到达预定基准电压VT时产生控制信号使控制晶体管Q5导通，控制晶体管Q5导通使提供高压接面晶体管Q1的栅-源极负偏压高于夹止电压而停止导通且同时停止电流输出。
图6所示，为本发明的定电流控制高压启动电路另一实施例图。在本实施例中，输出端VOUT耦接一控制器CON以提供电力供其操作。另外，输出端VOUT透过一整流二极管D耦接一变压器的绕组T。当控制器CON开始运作而高压接面晶体管Q1停止导通时，变压器的绕组T即可透过整流二极管D提供电力给控制器CON持续运作。
最后，请参考图7，该图为本发明的定电流控制高压启动电路输出电流与时间关系图。其中相关的电路图请一并参考图5以及图6。如图7所示，输出电流从启动后呈固定型态，直至时间为t1时，输出电压VOUT达到基准电压VT，高压接面晶体管Q1停止导通时，输出电流才降为零。因此，本发明的定电流控制高压启动电路，可防止若输出端发生短路异常时造成的输出电流过大而致使组件遭受破坏情形。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1. 一种具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，包含有：
一高压接面晶体管，具有一第一源/漏极、一第二源/漏极及一第一栅极，该第一源/漏极耦接一高压电源，其中该第二源/漏极耦接一输出端；
一控制晶体管，具有一第三源/漏极、一第四源/漏极及一第二栅极，该第三源/漏极耦接该高压接面晶体管的该第一栅极，该第四源/漏极耦接地，该第二栅极接收一控制信号，并根据该控制信号进行切换；以及
一偏压电阻，其一端耦接该高压接面晶体管的该第一栅极，另一端耦接该输出端；
其中，当该控制晶体管于截止状态时，该高压接面晶体管输出一稳定电流至该输出端，当该控制晶体管于导通状态时，该高压接面晶体管停止输出该稳定电流。
2. 如权利要求1所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，更包含一个电流检测单元，其一端耦接该高压接面晶体管的该第二源/漏极而另一端耦接该输出端。
3. 如权利要求2所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，更包含一储能电容耦接于该输出端，该储能电容接收该稳定电流并产生一输出电压。
4. 如权利要求3所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，该输出端耦接一输出装置，该输出装置为一控制电路或一负载装置。
5. 如权利要求3所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，更包含一控制单元，提供该控制信号，其中该控制单元于该输出端的准位到达一预定准位时，控制该控制晶体管进入截止状态。
6. 如权利要求5所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，该控制单元包含一迟滞比较器，该迟滞比较器的一输入端耦接该输出端，另一输入端接一参考基准电压，而其输出端输出该控制信号。
7. 如权利要求6所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，该输出端耦接一输出装置，该输出装置为一控制电路或一负载装置。
8. 如权利要求3所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，更包含一二极管，其一端耦接该输出端及一控制器，另一端耦接一变压器的绕组。
9. 如权利要求8所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，更包含一控制单元，提供该控制信号，其中该控制单元于该输出端的准位到达一预定准位时，控制该控制晶体管进入截止状态。
10. 如权利要求9所述的具有定电流控制的高压启动电路，其特征在于，该控制单元包含一迟滞比较器，该迟滞比较器的一输入端耦接该输出端，另一输入端接一参考基准电压而其输出端输出该控制信号。
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