CN105846802B - 一种超低压启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超低压启动电路，包括外部电源、第一电流源、第一P型半导体器件、第一电阻、电压感应模块和电源转换模块；其中，第一P型半导体器件包括：第一端口、第二端口及第三端口，且第一端口及第一电流源的正极均与外部电源相连，第二端口与第一电流源的负极相连，第三端口分别与电压感应模块和电源转换模块相连，且第一电阻的一端与第一电流源的负极相连，第一电阻的另一端接地。本发明的方案在LED芯片内部电源未产生时，外部电源可快速给基准等关键模块提供合适的电源电压，并可在内部电路正常后关闭该启动电路，简化了基准和内部电源等模块的设计难度。

Description

一种超低压启动电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种超低压启动电路。

背景技术

针对高压发光二极管(HV LED)的线性LED驱动技术，需要低压启动的电路以提高整体电路的效率，在无需电解电容的条件下，交流信号直接输入，LED芯片并联于HV LED的两端，通过并联三个LED芯片来工作，在此情况下，芯片的启动电压越小越好。

一般的做法是芯片内有独立一路低精度基准源由充电源供电并用于判断充电源的***，另有独立一路高精度基准源在芯片退出待机模式后开始工作。这种方法的缺点是电路规模大，控制复杂，且两路基准源间的精度误差不能过大，尤其是充电源为高压时，上述方案还需要增加高压低压差线性稳压器(LDO)以提供合适的电源给内部电路和高精度基准，由此导致基准电路的启动难以设计。

其他的做法还包括使用稳压二极管等器件搭建钳位电路，用于产生低压电源给内部电路等电路供电，这种方法的缺点是需要有特殊器件的工艺支撑，并且此类电路的电源抑制比特性很差，直接给基准和内部电路供电会恶化芯片的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超低压启动电路，能够给基准电路供电，并在内部产生电源后自动关闭。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种超低压启动电路，包括：

外部电源、第一电流源、第一P型半导体器件、第一电阻、电压感应模块和电源转换模块；

其中，所述第一P型半导体器件包括：第一端口、第二端口及第三端口，且所述第一端口及所述第一电流源的正极均与所述外部电源相连，所述第二端口与所述第一电流源的负极相连，所述第三端口分别与所述电压感应模块和所述电源转换模块相连，且所述第一电阻的一端与所述第一电流源的负极相连，所述第一电阻的另一端接地；

所述第一P型半导体器件导通时，所述第一P型半导体器件的第三端口输出的电压为所述电源转换模块供电，且当所述电压感应模块感应到所述第一P型半导体器件的第三端口的电压大于预设电压值时，所述电压感应模块控制所述第一电流源中的电流增大，使得所述第一P型半导体器件的第一端口的电压与所述第二端口的电压之差小于所述第一P型半导体器件的开启电压，所述第一P型半导体器件截止。

其中，所述第一P型半导体器件为P型场效应管，所述P型场效应管的源极与所述外部电源连接，所述P型场效应管的栅极与所述第一电流源的负极相连，所述P型场效应管的漏极与所述电压感应模块相连。

其中，所述第一电流源包括：第二P型场效应管和第三P型场效应管，且所述第二P型场效应管的源极和所述第三P型场效应管的源极均与所述外部电源相连，所述第二P型场效应管的栅极与所述第三P型场效应管的栅极相连，所述第二P型场效应管的漏极与所述第一P型半导体器件的第三端口相连，所述第三P型场效应管的漏极与所述电压感应模块相连，且所述第三P型场效应管的栅极与所述第三P型场效应管的漏极相连。

其中，所述电压感应模块包括：第二电阻、第三电阻及第一N型场效应管；

其中，所述第二电阻的一端与所述第一P型半导体器件的第三端口相连，所述第二电阻的另一端分别与所述第一N型场效应管的栅极和所述第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端及所述第一N型场效应管的源极均接地，所述第一N型场效应管的漏极与所述第一电流源的负极相连；

当所述第一P型半导体器件的第三端口的电压大于预设电压值时，所述第一N型场效应管的栅极电压增大，所述第一电流源的电流增大，使得所述第一P型半导体器件的第一端口的电压与所述第二端口的电压之差小于所述第一P型半导体器件的开启电压，所述第一P型半导体器件截止。

其中，所述电压感应模块还包括：第二N型场效应管及第二电流源，且所述第二电流源的正极与所述第一电流源的负极相连，所述第二电流源的负极与所述第二N型场效应管的漏极相连，所述第二N型场效应管的源极接地，所述第二N型场效应管的栅极接入一用于控制第二N型场效应管开启与关闭的控制信号；

其中，所述控制信号的电压与所述第二N型场效应管的源极电压之差大于或等于所述第二N型场效应管的开启电压时，所述第二N型场效应管导通，所述第一电流源的电流值增大，且所述第一P型半导体器件的第一端口电压与所述第二端口的电压之差小于所述第一P型半导体器件的开启电压，所述第一P型半导体器件截止；

所述控制信号的电压与所述第二N型场效应管的源极电压之差小于所述第二N型场效应管的开启电压时，所述第二N型场效应管截止。

其中，所述电源转换模块包括：

第一输入端口、第二输入端口及输出端口，其中所述第一输入端口与所述第一P型半导体器件的第三端口相连，所述第二输入端口与一供电电源相连，所述输出端口根据算法选择所述第一输入端口或所述第二输入端口的信号并输出。

本发明的有益效果是：

本发明实施例的超低压启动电路，在上电启动时，外部电源使得第一P型半导体器件导通直接给LED芯片内部供电，当第一P型半导体器件的第三端口的电压上升到一定程度时，电压感应模块控制关闭第一P型半导体器件，转换为通过电源转换模块内部产生的电源为LED芯片内部供电，实现了快速给基准等关键模块提供合适的电源电压，并可在内部电路正常后关闭该启动电路，简化了基准和内部电源等模块的设计难度。

附图说明

图1表示本发明实施例的超低压启动电路的原理图之一；

图2表示本发明实施例的超低压启动电路的原理图之二；

图3表示本发明实施例的超低压启动电路的原理图之三。

其中图中：Vdd_ext、外部电源；pm1、第一P型半导体器件；R1、第一电阻；VS、电压感应模块；PM、电源转换模块；pm101、第一端口；pm102、第二端口；pm103、第三端口；I1、第一电流源；pm2、第二P型场效应管；pm3、第三P型场效应管；R2、第二电阻；R3、第三电阻；nm1、第一N型场效应管；nm2、第二N型场效应管；I2、第二电流源；ctrl、控制信号；LDO、低压差线性稳压器；BP、带隙基准模块；int1、第一输入端口；int2、第二输入端口；out、输出端口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

依据本发明实施例的一个方面，提供了一种超低压启动电路，如图1所示，该电路包括：

外部电源Vdd_ext、第一电流源I1、第一P型半导体器件pm1、第一电阻R1、电压感应模块VS和电源转换模块PM；

其中，所述第一P型半导体器件pm1包括：第一端口pm101、第二端口pm102及第三端口pm103，且所述第一端口pm101及所述第一电流源I1的正极均与所述外部电源Vdd_ext相连，所述第二端口pm102与所述第一电流源I1的负极相连，所述第三端口pm103分别与所述电压感应模块VS和所述电源转换模块PM相连，且所述第一电阻R1的一端与所述第一电流源I1的负极相连，所述第一电阻R1的另一端接地。

本发明实施例的超低压启动电路，属于LED芯片的一部分，用于给LED芯片内部的基准电路供电，并在内部产生电源后自动关闭。

本发明实施例的超低压启动电路，在上电启动时，所述第一P型半导体器件pm1导通，所述第一P型半导体器件pm1的第三端口pm103输出的电压为所述电源转换模块PM供电，且当所述电压感应模块VS感应到所述第一P型半导体器件pm1的第三端口pm103的电压大于预设电压值时，所述电压感应模块VS控制所述第一电流源I1中的电流增大，使得所述第一P型半导体器件pm1的第一端口pm101的电压与所述第二端口pm102的电压之差小于所述第一P型半导体器件pm1的开启电压，所述第一P型半导体器件pm1截止。

如图1所示，当电压感应模块VS检测到第三端口pm103输出的电压Vdd_temp超过一定阈值后，会通过调整第一电流源I1的电流，将第一电阻R1上的电压抬升，从而关闭第一P型半导体器件pm1，防止Vdd_temp继续上升烧毁内部电路。

如图1所示，其中的电源转换模块PM用于选择Vdd_temp或其他电源Vdd_int作为最终的输出电压Vdd_final来为芯片内部电路供电，其中电源Vdd_int可以是外部的电源供电，或者是芯片内其他模块的输出。即，当第一P型半导体器件pm1导通时，电源转换模块PM选择Vdd_temp来为芯片内部电路供电；当第一半导体器件pm1截止时，电源转换模块PM选择Vdd_int或外部的电源来供电。

可选地，所述第一P型半导体器件pm1为P型场效应管，所述P型场效应管的源极与所述外部电源Vdd_ext连接，所述P型场效应管的栅极与所述第一电流源I1的负极相连，所述P型场效应管的漏极与所述电压感应模块VS相连。

当然，可以理解的是，本发明实施例的超低压启动电路中，第一P型半导体器件pm1还可为PNP型三极管。若第一P型半导体器件pm1为PNP型三极管，则PNP三极管的发射极与外部电源Vdd_ext连接，PNP型三极管的基极与第一电流源I1的负极相连，PNP型三极管的集电极与电压感应模块VS相连，则从PNP型三极管的集电极输出电压Vdd_temp。

可选地，如图2所示，所述第一电流源I1包括：第二P型场效应管pm2和第三P型场效应管pm3，且所述第二P型场效应管pm2的源极和所述第三P型场效应管pm3的源极均与所述外部电源Vdd_ext相连，所述第二P型场效应管pm2的栅极与所述第三P型场效应管pm3的栅极相连，所述第二P型场效应管pm2的漏极与所述第一P型半导体器件pm1的第三端口pm103相连，所述第三P型场效应管pm3的漏极与所述电压感应模块VS相连，且所述第三P型场效应管pm3的栅极与所述第三P型场效应管pm3的漏极相连。

当然，可以理解的是，本发明实施例的超低压启动电路中，并不具体限定第一电流源I1的电路形式。

可选地，如图2和图3所示，所述电压感应模块VS包括：第二电阻R2、第三电阻R3及第一N型场效应管nm1。其中，所述第二电阻R2的一端与所述第一P型半导体器件pm1的第三端口pm103相连，所述第二电阻R2的另一端分别与所述第一N型场效应管nm1的栅极和所述第三电阻R3的一端相连，所述第三电阻R3的另一端及所述第一N型场效应管nm1的源极均接地，所述第一N型场效应管nm1的漏极与所述第一电流源I1的负极相连。

其中，第二电阻R2和第三电阻R3组成分压网络，所以当第一P型半导体器件pm1的第三端口pm103的电压，即Vdd_temp，大于预设电压值时，所述第一N型场效应管nm1的栅极电压增大，所述第一电流源I1的电流增大，使得所述第一P型半导体器件pm1的第一端口pm101的电压与所述第二端口pm102的电压之差小于所述第一P型半导体器件pm1的开启电压，所述第一P型半导体器件pm1截止。

可选地，如图2所示，所述电压感应模块VS还包括：第二N型场效应管nm2及第二电流源I2，且所述第二电流源I2的正极与所述第一电流源I1的负极相连，所述第二电流源I2的负极与所述第二N型场效应管nm2的漏极相连，所述第二N型场效应管nm2的源极接地，所述第二N型场效应管nm2的栅极接入一用于控制第二N型场效应管nm2开启与关闭的控制信号ctrl。

当电压感应模块VS增加第二N型场效应管nm2和第二电流源I2，且在第二N型场效应管nm2的栅极增加一控制信号ctrl时，若该控制信号ctrl的电压与第二N型场效应管nm2的源极电压之差大于或等于所述第二N型场效应管nm2的开启电压时，所述第二N型场效应管nm2导通，所述第一电流源I1的电流值增大，且所述第一P型半导体器件pm1的第一端口pm101电压与所述第二端口pm102的电压之差小于所述第一P型半导体器件pm1的开启电压，所述第一P型半导体器件pm1截止，即通过外接的控制信号ctrl可以强制关闭本发明实施例的超低压启动电路。当控制信号ctrl的电压与所述第二N型场效应管nm2的源极电压之差小于所述第二N型场效应管nm2的开启电压时，所述第二N型场效应管nm2截止，即此时并不影响本发明实施例的超低压启动电路的正常工作。

可选地，如图2所示，所述电源转换模块PM包括：

第一输入端口int1、第二输入端口int2及输出端口out，其中所述第一输入端口int1与所述第一P型半导体器件pm1的第三端口pm103相连，所述第二输入端口int2与一供电电源相连，所述输出端口out根据算法选择所述第一输入端口int1或所述第二输入端口int2的信号并输出。

在本发明实施例的超低压启动电路中，对于电源转换模块PM选择相应信号进行输出所依据的算法，可以是选择第一输入端口int和第二输入端口int2中的最高者后输出。其中，第一输入端口int1与第二输入端口int2也可短接后，从输出端口out中输出第一输入端口int和第二输入端口int2中的信号最高者。

其中，Vdd_temp可与其他内部电源短接，具体地，如图3所示，低压差线性稳压器LDO与所述外部电源Vdd_ext相连，且所述低压差线性稳压器LDO的输出端与所述第一P型半导体器件pm1的第三端口pm103短接后，与所述带隙基准模块BP相连，所述带隙基准模块BP的输出端与所述低压差线性稳压器LDO相连。

如图3所示的电路，在启动时，LDO的输出电压不足以为带隙基准模块BP供电，则外部电源Vdd_ext通过第一P型半导体器件pm1的导通产生Vdd_temp为带隙基准模块BP供电，当Vdd_temp上升到设定的阈值后，电压感应模块VS控制第一电流源I1的电流增大，则第一电阻R1的压降增大，第一P型半导体器件pm1的第一端口pm101电压与第二端口pm102的电压之差小于第一P型半导体器件pm1的开启电压，则第一P型半导体器件pm1截止，该启动电路关闭，此后由低压差线性稳压器LDO输出的电压为带隙基准模块BP供电。即，当Vdd_temp为带隙基准模块BP供电并使基准电压正常后，低压差线性稳压器LDO会开始作其输出，并稳定到更高阈值强制所述电压感应模块VS关闭该超低压启动电路。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种超低压启动电路，其特征在于，包括：

外部电源、第一电流源、第一P型半导体器件、第一电阻、电压感应模块和电源转换模块；

其中，所述第一P型半导体器件包括：第一端口、第二端口及第三端口，且所述第一端口及所述第一电流源的正极均与所述外部电源相连，所述第二端口与所述第一电流源的负极相连，所述第三端口分别与所述电压感应模块和所述电源转换模块相连，且所述第一电阻的一端与所述第一电流源的负极相连，所述第一电阻的另一端接地；

所述第一P型半导体器件导通时，所述第一P型半导体器件的第三端口输出的电压为所述电源转换模块供电，且当所述电压感应模块感应到所述第一P型半导体器件的第三端口的电压大于预设电压值时，所述电压感应模块控制所述第一电流源中的电流增大，使得所述第一P型半导体器件的第一端口的电压与所述第二端口的电压之差小于所述第一P型半导体器件的开启电压，所述第一P型半导体器件截止；

其中所述电源转换模块包括：

第一输入端口、第二输入端口及输出端口，其中所述第一输入端口与所述第一P型半导体器件的第三端口相连，所述第二输入端口与一供电电源相连，所述输出端口根据算法选择所述第一输入端口或所述第二输入端口的信号并输出。

2.如权利要求1所述的超低压启动电路，其特征在于，所述第一P型半导体器件为P型场效应管，所述P型场效应管的源极与所述外部电源连接，所述P型场效应管的栅极与所述第一电流源的负极相连，所述P型场效应管的漏极与所述电压感应模块相连。

3.如权利要求1所述的超低压启动电路，其特征在于，所述第一电流源包括：第二P型场效应管和第三P型场效应管，且所述第二P型场效应管的源极和所述第三P型场效应管的源极均与所述外部电源相连，所述第二P型场效应管的栅极与所述第三P型场效应管的栅极相连，所述第二P型场效应管的漏极与所述第一P型半导体器件的第三端口相连，所述第三P型场效应管的漏极与所述电压感应模块相连，且所述第三P型场效应管的栅极与所述第三P型场效应管的漏极相连。

4.如权利要求1所述的超低压启动电路，其特征在于，所述电压感应模块包括：第二电阻、第三电阻及第一N型场效应管；

其中，所述第二电阻的一端与所述第一P型半导体器件的第三端口相连，所述第二电阻的另一端分别与所述第一N型场效应管的栅极和所述第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端及所述第一N型场效应管的源极均接地，所述第一N型场效应管的漏极与所述第一电流源的负极相连；

当所述第一P型半导体器件的第三端口的电压大于预设电压值时，所述第一N型场效应管的栅极电压增大，所述第一电流源的电流增大，使得所述第一P型半导体器件的第一端口的电压与所述第二端口的电压之差小于所述第一P型半导体器件的开启电压，所述第一P型半导体器件截止。

5.如权利要求4所述的超低压启动电路，其特征在于，所述电压感应模块还包括：第二N型场效应管及第二电流源，且所述第二电流源的正极与所述第一电流源的负极相连，所述第二电流源的负极与所述第二N型场效应管的漏极相连，所述第二N型场效应管的源极接地，所述第二N型场效应管的栅极接入一用于控制第二N型场效应管开启与关闭的控制信号；

其中，所述控制信号的电压与所述第二N型场效应管的源极电压之差大于或等于所述第二N型场效应管的开启电压时，所述第二N型场效应管导通，所述第一电流源的电流值增大，且所述第一P型半导体器件的第一端口电压与所述第二端口的电压之差小于所述第一P型半导体器件的开启电压，所述第一P型半导体器件截止；

所述控制信号的电压与所述第二N型场效应管的源极电压之差小于所述第二N型场效应管的开启电压时，所述第二N型场效应管截止。