CN1764049A - 为应用电路提供启动电压的启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将来自高压DC总线电压的启动电压提供给应用电路的启动电路，包括用于至少一个控制电路以便驱动应用电路至少一个功率开关的集成电路组件；包括设置在集成电路组件中的降压电阻器，该降压电阻器具有连接到高压DC总线的第一端子并且在第二端子处将该高压DC总线电压降低到减少的电压电平；还包括设置在该组件中的低压调节器，该低压调节器连接到第二端子，用于在预设电平下提供启动调节的低压DC输出，以便在应用电路启动期间为应用电路的至少一个部件供电。应用电路可以是例如开关式电源。

Description

为应用电路提供启动电压的启动电路
相关申请的交叉引用
本申请要求2004年8月9日提交的名称为“高压开关调节器的启动电阻器”的美国临时申请60/600,046的权益和优先权，其全部内容合并在此以供参考。
技术领域
本发明涉及一种启动电路，其用于将来自于高压DC总线的启动电压提供给高压应用电路，例如，其中该应用电路可以包括连接到高压DC总线的开关调节器电路。
背景技术
在过去，包括外部电阻器的启动电路提供给应用电路，其中所述应用电路包括集成电路，并希望能够去掉外部电阻器。但是，因为高电压的存在而使得这在过去难以实现。另外，也希望提供一种具有自动关闭功能(feature)的启动电路，该功能为检测到电压调节器输出时，即由电压调节器电路产生电压调节器的输出时，关闭该启动电路。这样，在启动期间最大的功率消耗就限制在很小的时间间隔之内。
此外，希望能够提供过电流保护功能，其在输出短路或者过载的情况下限制启动电路中的功率消耗。
如前所述，在过去，通过外部电阻器提供的这种启动电源不仅增加成本而且其既没有有自动关闭功能，也没有过电流保护功能。
该电路的主要目的是在调节器能够自给之前将来自高压DC总线的启动电源提供给开关电压调节器。例如，典型的DC总线电压可以接近600伏特。
发明内容
本发明具有很多优点。将降压电阻器合并在集成电路组件(package)中用作应用电路的控制器，例如开关调节器或者开关调节器输出电路的控制和驱动电路。
另外，本发明提供一种当电压调节器输出时使电路关闭的自动关闭功能。这样，在启动期间最大的功率消耗就被限制在很小的时间间隔之内。
进一步，提供一种在输出短路或者过载的情况下限制电路中的功率消耗的过电流保护电路。
根据本发明，上述目的通过将来自高压DC总线电压的启动电压提供给应用电路的启动电路来实现，所述启动电路包括用于至少一个控制电路以便驱动应用电路至少一个功率开关的集成电路组件；包括设置在集成电路组件中的降压电阻器，所述降压电阻器具有连接到高压DC总线的第一端子并且在第二端子处将该高压DC总线电压降低到减少的电压电平(电压级)；还包括设置在该组件中的低压调节器，该低压调节器连接到第二端子用于在预设电平下提供启动调节的低压DC输出，以便在应用电路启动期间为应用电路的至少一个部件供电。
附图说明
现在将参考附图，在下面的具体说明中对本发明进行详细的描述，其中图1所示为依据本发明的启动电路。
依据下面的具体说明，本发明的其它目的、特征和优点将更加清楚。
具体实施方式
现在参考附图，图1示出了依据本发明的启动电路。例示地，启动电路包括表明电路的高压和低压部分的NMOS启动电路。高压部分包含在高压势阱(well)HW中。高压势阱HW的边缘有多晶硅电阻器(螺旋形R)，该电阻器可以是用于形成电场的螺旋形多电阻器(polyresistor)。多电阻器的一端设置在高压势阱中并连接到高压DC总线VB，另一端设置在低压部分并连接到高压NMOS Q1的栅极。螺旋形R的电阻值是几十兆欧姆，其用于导通高压晶体管Q1。
如图1所示，来自高压总线的电压被提供给应用电路10。所述应用电路可以是开关式电源或者开关式电源(SMPS)输出级12的控制和驱动部分，尽管SMPS可以是其它类型的SMPS，如升压变换器、降压升压变换器和逆向正向变换器等等，但是例示的是同步反相变换器(buck converter)输出级。根据本发明，应用电路10作为启动电路典型地包含在方形组件(IC组件)中。在应用电路能够自调节以施加输出电压V0之前，由所示的启动电路提供启动电压VCC，所述应用电路可以包括开关调节器。一旦应用电路开始提供调节的输出电压，高压启动电路被关闭。
所示的启动电路还能够用作诸如比较器电路的很低电流的电源X，例如，在大约12伏特时流出例如几十微安的小电流。在例示的实施例中，通过电流在具有齐纳二极管(稳压二极管)的支路中流动使得VCC点维持在大约12伏特，该齐纳二极管例示为两个齐纳二极管Z1和Z2。在例示的实施例中，每个齐纳二极管具有5伏的雪崩电压从而总共为10伏电压。这些齐纳二极管的压降与电阻器R3上的压降和为VCC。给出的VCC大约为10伏加上Q2的阈值(大约1.5伏)。
启动电路通过反馈机构如下调节VCC：如果VCC电压因为某种原因增加到其稳态值以上，将导致R3的电压增加而使得Q2进一步导通，从而导致Q1的栅极节点电压降低。栅极电压的降低减小了Q1的漏电流，使得最初增加的VCC电压降低而接着关闭反馈环。如果VCC的变化相反，即如果VCC降低的话，则将导致相反的情况。
期望的操作中，是从标记为VCC的点获取输出。如上所述，在例示的实施例中，输出电压大约为12伏。该电压只是当应用电路启动时瞬时需要的。一旦应用电路启动，则希望关闭该启动电路以节省功率。在对诸如开关式电源的应用电路提供电源并且加电后，Q2检测到VCC的电源输出并且依据检测通过R3的电压而提供电路的关闭功能。VCC较高的电压使得通过R3的电压较高，其将使Q2进一步导通(VT为大约1.5伏)并且降低供电晶体管Q1的栅极驱动。在启动电路关闭之后，对称器件Q3漏极接地并且其栅极/源极连接到VCC，从而使得Q3因源极和漏极互换而导通。因此，在Q3互换的源极电路中的R1在关闭操作期间限制功率消耗。
该电路还提供短路电流保护功能。假设VCC短路或者过载，那么VCC点之下的电路的所有部分都可以不予考虑并且Q1的源极将通过电阻器R2接地，例如所述R2可以是20K欧姆。没有电流限制将导致更多的VB功率消耗。这种情况下，Q3检测到短路操作中通过R2的更大压降并导通，并降低了Q1的栅极电压，限制了最大电流。
尽管根据其特定实施例对本发明进行了描述，但是许多其它的变化和修改以及其它应用对于本领域技术人员是清楚的。因此，本发明不应该由文中特定公开内容来限制，而仅仅由所附权利要求来限制。

Claims (20)

1、一种启动电路，用于将来自高压DC总线电压的启动电压提供给应用电路，其包括：
集成电路组件，其用于至少一个控制电路以便驱动应用电路至少一个功率开关；
降压电阻器，其设置在集成电路组件中，具有连接到高压DC总线的第一端子并且在第二端子将该高压DC总线电压降低到减少的电压电平；
还包括设置在该组件中的低压调节器，所述低压调节器连接到第二端子用于在预设电平下提供启动调节的低压DC输出，以便在应用电路启动期间为应用电路的至少一个部件供电。
2、如权利要求1所述的启动电路，其中所述低压调节器包括在第一电阻的串联电路中的第一高压控制开关，该串联电路连接在所述第一端子和所述低压DC输出之间；
第二开关，连接在所述第二端子和参考电压之间，并且具有连接到检测所述低压DC输出的电压检测器的控制极；
电压参考源，用于设定低压DC输出；
所述电压参考和电压检测器串联连接在所述低压DC输出和所述参考电压之间；
由此，当所述低压DC输出改变时，所述第二开关的导电性改变，从而改变第一高压控制开关控制极的电压以驱动低压DC输出返回到预设电平。
3、如权利要求2所述的启动电路，其中如果低压DC输出增加，通过所述电压检测器的电压增加，使得所述第二开关的导电性增加，由此降低所述第一高压开关控制极的电压，从而减少所述高压开关中的电流并且使得低压DC输出降低到预设电平。
4、如权利要求3所述的启动电路，其中如果低压DC输出降低，那么通过所述电压检测器的电压降低，使得所述第二开关的导电性减小，由此增加所述第一高压开关的控制极的电压，从而增加所述高压开关中的电流并且使得低压DC输出增加到预设电平。
5、如权利要求2所述的启动电路，其中所述第二开关通过所述电压检测器检测所述低压DC输出，因此，当启动之后由开关调节器电路提供的所述低压DC输出出现较高电压时，所述第二开关的导电性将增加以降低第一高压开关的控制极电压从而使得第一高压开关关闭。
6、如权利要求5所述的启动电路，还包括第三控制开关，所述第三控制开关与第二串联电阻串联连接在所述第二端子和所述低压DC输出之间，以便当所述第一高压开关关闭时限制所述第二开关中的功率消耗。
7、如权利要求6所述的启动电路，其中所述第三开关具有通过所述第一电阻连接到所述低压DC输出的控制电极，因此，当低压DC输出启动之后，在开关调节器电路出现输出而所述第二开关导通时，所述第三开关导通从而使得电流流过所述第二串联电阻。
8、如权利要求7所述的启动电路，其中所述第三开关包括对称的MOSFET，从而，当所述第三开关导通时，第三开关的源极和漏极互换。
9、如权利要求6所述的启动电路，其中所述第三开关检测通过所述第一电阻的电压，从而，如果通过所述第一电阻的所述电压表明所述低压DC输出处于短路状态时，所述第三开关工作并将所述第一开关中的电流限制在预设安全级。
10、如权利要求9所述的启动电路，其中如果通过所述第一电阻的电压表明所述低压DC输出处于短路状态时，所述第三开关导通，并降低所述第一开关的所述控制极的电压，从而将所述第一开关中的电流限制在预设安全级。
11、如权利要求1所述的启动电路，其中所述降压电阻器包括包含在高压势阱中的多晶硅电阻器。
12、如权利要求11所述的启动电路，其中多晶硅电阻器包括设置在高压势阱边缘上用于形成电场的螺旋形多晶硅电阻器。
13、如权利要求12所述的启动电路，其中所述第一高压开关包含在高压势阱中。
14、如权利要求13所述的启动电路，其中第二和第三开关包含在低压势阱中。
15、如权利要求2所述的启动电路，其中电压参考源包括至少一个齐纳二极管。
16、如权利要求6所述的启动电路，其中所述第一、第二和第三开关包括MOSFET。
17、如权利要求2所述的启动电路，还包括连接到所述第一开关的控制极的瞬间保护电路。
18、如权利要求11所述的启动电路，其中所述多晶硅电阻器具有几十兆欧姆的电阻值。
19、如权利要求1所述的启动电路，其中应用电路包括高压应用电路。
20、如权利要求19所述的启动电路，其中高压应用电路包括开关调节器。
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