專利名稱：用于開關(guān)電源的自舉電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于開關(guān)電源(SMPS)的啟動電路，涉及一種包括啟動電路的開關(guān)電源，并涉及一種開關(guān)電源集成電路。
背景技術(shù)：
大部分用于開關(guān)電源的控制集成電路在啟動時需要一個電流對其集成電路的自供電電路的電容器充電。這種電流來自啟動電路，這種啟動電路在最簡單的情況下由和電源線相連的電阻構(gòu)成。
當(dāng)電容上的電壓達到一個被稱為啟動電壓的預(yù)設(shè)的電壓值時，控制電路便由自供電電路供電。自供電電路一般由在開關(guān)電源的主變壓器上纏繞的一個附加繞組構(gòu)成，一個合適的整流和濾波電路和其相連。
因為近來出現(xiàn)的對于減少供電消耗的越來越高的要求，上述的簡單的電阻被在啟動階段期間是有源的在正常操作期間是無源的電路代替。
近來還需要具有一些用于開關(guān)電源的包括控制電路和啟動電路(有源的)的單片器件。
不過，這些集成電路使用的技術(shù)，例如被命名為RESURE(Reduced surface field)的技術(shù)，具有關(guān)于在晶體管DMOS的源極/本體和襯底之間的最大可承受電壓的限制。對于元件的可承受電壓所需的在外延層中存在的電荷的控制不能保證高于大約20V的擊穿電壓。
制造厚的外延層允許增加擊穿電壓，但是其導(dǎo)致工業(yè)工藝的復(fù)雜化和成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
由上述的現(xiàn)有技術(shù)看來，本發(fā)明的目的在于提供一種器件，最好是單片的，其消除可用于器件本身的最大電源電壓的緊迫的電壓限制，其利用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)來實現(xiàn)，或者不必使用新的技術(shù)，因此能夠使用低成本的解決方案來實現(xiàn)。
按照本發(fā)明，這個目的由一種用于開關(guān)電源的啟動電路實現(xiàn)了，所述開關(guān)電源具有來自第一端子的第一電源電壓和來自第二端子以及第三端子的第二電源電壓；所述啟動電路包括在所述第一端子和所述第三端子之間的第一電流通路；在所述第一端子和所述第二端子之間的第二電流通路；在所述第二端子和所述第三端子之間的第三電流通路；其特征在于還包括沿著所述第二電流通路設(shè)置的雙向電壓調(diào)節(jié)器。
按照本發(fā)明，這個目的還由一種開關(guān)電源實現(xiàn)了，所述開關(guān)電源包括所述開關(guān)電源的控制電路；以及按照權(quán)利要求1的所述控制電路的啟動電路。
按照本發(fā)明，這個目的還由一種開關(guān)電源的集成電路實現(xiàn)了，所述開關(guān)電源包括所述開關(guān)電源的控制電路；以及按照權(quán)利要求1的啟動電路，所述啟動電路能夠承受大于40V，最好大于80V，更好大于160V的自電源電壓。
由于本發(fā)明，可以實現(xiàn)一種雙向的啟動電路，其交替地構(gòu)成一個低阻抗通路，該通路允許電流從主電源朝向集成電路通過，或者當(dāng)集成電路由自動供電電路供電時允許穩(wěn)定和限制供給集成電路的內(nèi)部電路的最大電壓。


由下面的特定實施例的詳細說明可以更清楚地看出本發(fā)明的特征和優(yōu)點，所述實施例在附圖中以非限制性的例子示出了，其中圖1表示按照已知技術(shù)的第一實施例的包括啟動電路的開關(guān)電源的原理圖；圖2表示按照已知技術(shù)的第二實施例的包括啟動電路的開關(guān)電源的原理圖；圖3表示按照本發(fā)明的第一實施例的包括啟動電路的開關(guān)電源的原理圖；以及圖4表示按照本發(fā)明的第二實施例的包括啟動電路的開關(guān)電源的原理圖。
具體實施例方式
參見圖1，其表示按照已知技術(shù)的第一實施例的包括啟動電路13的開關(guān)電源的原理圖，其中示出了主電源的整流和濾波電路10，自供電電路12和整流和濾波電路10的控制電路11。
主電源的整流和濾波的電路10在輸入側(cè)接收電網(wǎng)的供電電壓Vac，通過二極管橋14對其整流，通過電容器15進行濾波，將其提供給變壓器16的一次繞組W1的暖(warm)端子。變壓器16的二次繞組W2a對整流二極管17和濾波電容18提供出現(xiàn)在其端子上的電壓。電路10對其輸出提供輸出電壓Vout。
主電源的整流和濾波的電路10的控制電路11在輸入端接收輸出電壓Vout，這個電壓用已知的方式由加工電路19加工，并被提供給和變壓器16的二次繞組W1的冷端相連的功率晶體管M1的驅(qū)動電路20。
自供電電路12包括另一個二次繞組W2b，其將其端子上的電壓提供給和電阻R1串連的二極管D1，然后提供給電容器Cvcc，所述電容器的端子可以得到電源電壓Vcc。電壓Vcc用作控制電路11的電源并用作其它未示出的對于開關(guān)電源的操作和控制所需的電路的電源。
在這種情況下，啟動電路13由被連接在一次繞組W1的冷端和Vcc之間的一個簡單的電阻Rs構(gòu)成。在一次繞組W1的冷端上存在的電壓被稱為Vin。
在開關(guān)電源啟動時，當(dāng)變壓器16的二次側(cè)上還沒有電壓時，電容器Cvcc由啟動電路13充電。在電容器Cvcc的端子上的電壓增加時，開關(guān)電源的所有電路被啟動，這些電路由自供電電路12提供的電壓Vcc供電。
使用一個簡單的電阻作為啟動電路13大大簡化了電路，但是因為一直是有源的，其消耗大量的電流。因此找到了一種具有減少的消耗的解決方案，例如圖2所示的方案，其中和圖1類似的元件用相同的標(biāo)號表示。
在圖2中啟動電路13是有源的，并且更加復(fù)雜。其包括晶體管M2，具有和電壓Vcc相連的漏極以及和電流發(fā)生器21相連的源極，所述電流發(fā)生器向電容器Cvcc提供電流。在晶體管M2的柵極，施加由和齊納二極管DZ1串連設(shè)置的電阻R2產(chǎn)生的參考電壓，它們被連接在電壓Vin和地之間。一個受控的開關(guān)S和齊納二極管DZ1并聯(lián)。由電阻R3，R4構(gòu)成的分壓器被連接在電壓Vcc和地之間。在電阻R3和電阻R4之間的連接節(jié)點得到的電壓被施加于比較器UVLO的輸入端，在比較器的另一個輸入端施加參考電壓Vref。比較器UVLO的輸出控制受控開關(guān)S。
在這種情況下，在開關(guān)電源啟動時，電容器Cvcc通過啟動電路13被充電，晶體管M2得電(因為由電壓Vin供電)。當(dāng)電壓Vcc超過一個預(yù)設(shè)值，或者當(dāng)由分壓器R3，R4提供的電壓超過參考電壓Vref時，受控開關(guān)S閉合，并停止在Vin和開關(guān)電源的電路之間通過電流。此刻，電壓Vcc足以供應(yīng)開關(guān)電源的電路，因而，由于啟動電路13，電流消耗被消除或者至少被減小了。
此時應(yīng)當(dāng)注意，在二次繞組W2b的端子上的電壓是方波Vsq，其由電路D1，R1，Cvcc濾波，然后被變成連續(xù)的電壓Vcc，這是一個被積分的電壓源。在開關(guān)瞬變期間，和一次繞組相關(guān)的寄生電感引起一些脈沖，因而電壓VSQ不是一個理想的方波，而是具有一些脈沖，其幅值隨輸出的負載的增加而增加。
借助于對電壓Vsq濾波而獲得的電壓Vcc可能超過可以應(yīng)用的最大值，并且系統(tǒng)將被未示出的電路OVP(過電壓保護)切斷。
自供電電路12實際上是一種峰值檢測器，其檢測Vsq的電壓脈沖。
電阻R1用于夾斷所述脈沖Vsq，以便使其影響最小，并且當(dāng)負載高時，其能夠解決問題，但是，當(dāng)負載低時，其成為一個缺點，因為在這種情況下，電壓Vsq呈現(xiàn)一些被弄圓的邊沿，并且可能使得Vcc成為一個比可應(yīng)用的最小電壓低的值，因而使系統(tǒng)截止。
因此，要附加一個小的和輸入電壓的相關(guān)性，其可以改變，在利用通用電源的系統(tǒng)中其是一個大于3∶1的系數(shù)。
電壓值Vcc根據(jù)操作條件可以十分不同，然而其必須在最小截止電壓和最大可允許電壓之間。
因此，需要用實驗求出R1的極好的值，其使得能夠滿足上述兩個條件，但是這有時是不可能的，因此需要修改二次繞組W2b。
現(xiàn)在參看圖3，其表示按照本發(fā)明的第一實施例的包括啟動電路的開關(guān)電源的原理圖。
該圖和圖1類似，其中和圖1類似的元件用相同的標(biāo)號表示。
在該圖中，晶體管M3被插入Vcc的端子和端子30之間，端子30是和電阻Rs相連的端子，并且還是在其上得到電壓Vcc2的端子，該電壓對開關(guān)電源的所有電路供電。具體地說，晶體管M3具有和端子Vcc相連的漏極，以及和端子30相連的源極。借助于被連接在電壓Vin和地之間的、和齊納二極管DZ2串連設(shè)置的電阻R6產(chǎn)生一個參考電壓。所述參考電壓最好通過由電阻Rf和電容Cf構(gòu)成的低通濾波器，然后提供給晶體管M3的柵極。
在開關(guān)電源啟動時，電容器Cvcc由電阻Rs充電，因為晶體管M3處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且其對稱結(jié)構(gòu)使得其能夠工作在第三象限，這是作為源極的漏極行為，反之亦然。
當(dāng)電壓Vcc增加時，晶體管M3工作在第一象限，具有和端子Vcc相連的漏極以及和端子30相連的源極，并且其對集成電路的所有電路供電。晶體管M3的柵極和二極管DZ2的陰極相連，因此集成電路的內(nèi)部電路的電源電壓Vcc2將等于齊納二極管DZ2的擊穿電壓減去晶體管M3的柵-源電壓，并且其將獨立于電壓VCC，可以增加到晶體管M3的擊穿值的電壓。因此，消除了對Vcc的任何限制，結(jié)果消除了對晶體管源極的電壓的限制。
由電阻Rf和電容Cf構(gòu)成的濾波器用于當(dāng)在每個開關(guān)周期電壓Vin由晶體管M1接地時維持晶體管M3的柵極電壓。
晶體管M3可以承受在漏極和源極之間的高電壓，同時集成電路的電路承受由齊納二極管DZ2和晶體管M3限制的中低電壓。
現(xiàn)在參看圖4，其表示按照本發(fā)明的第二實施例的包括啟動電路的開關(guān)電源的原理圖。
該圖和圖2類似，其中和圖2類似的元件用相同的標(biāo)號表示。
在這種情況下，也在Vcc的端子和端子30之間插入一個晶體管M3，所述端子30是和電流發(fā)生器21相連的端子，并且也是在其上可得到電壓Vcc2的端子，所述電壓向開關(guān)電源的所有電路供電。具體地說，晶體管M3具有和端子Vcc相連的漏極，以及和端子30相連的源極。由被連接在電壓Vin和地之間的、和齊納二極管DZ2串連、然后和齊納二極管DZ1串連的電阻R5產(chǎn)生一個參考電壓。所述參考電壓，其可以在二極管DZ2的端子上得到，最好通過由電阻Rf和電容Cf構(gòu)成的低通濾波器，然后被提供給晶體管M3的柵極。
在二極管DZ2，DZ1之間的連接節(jié)點和晶體管M2的柵極相連。由比較器UVLO控制的受控開關(guān)S和二極管DZ1并聯(lián)地設(shè)置。
當(dāng)電壓Vcc增加時，受控開關(guān)S閉合，因而其短路二極管DZ1，切斷通過晶體管M2的電流，并且使電壓調(diào)節(jié)器開始工作，所述電壓調(diào)節(jié)器由晶體管M3、二極管DZ2、最好還由濾波器構(gòu)成，所述濾波器由Rf和Cf構(gòu)成。
最好是，控制電路11、啟動電路13以及最后用于開關(guān)電源的操作和控制所需的其它電路被包含在一個集成電路中。因此，能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)(例如能夠承受大約20V的源極/本體和襯底之間的電壓的技術(shù))獲得一種能夠承受非常高的電壓Vcc(在漏極和地之間)的集成電路，所述電壓大于40V，較優(yōu)選地大于80V，甚至更好地大于160V(例如等于大約700V的擊穿電壓)。
權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)電源的啟動電路(13)，具有來自第一端子的第一電源電壓(Vin)和來自第二端子以及第三端子(30)的第二電源電壓(Vcc)；所述啟動電路包括在所述第一端子和所述第三端子(30)之間的第一電流通路；在所述第一端子和所述第二端子之間的第二電流通路；在所述第二端子和所述第三端子(30)之間的第三電流通路；其特征在于還包括沿著所述第二電流通路設(shè)置的雙向電壓調(diào)節(jié)器(M3，Dz2，R5，R6)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于開關(guān)電源的啟動電路，其特征在于，所述的雙向電壓調(diào)節(jié)器(M3，Dz2，R5，R6)包括由所述第一電源電壓(Vin)供電的電壓限制電路(R5，R6，Dz2)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于開關(guān)電源的啟動電路，其特征在于，所述的雙向電壓調(diào)節(jié)器(M3，Dz2，R5，R6)包括晶體管(M3)，所述晶體管具有和所述第二端子相連的漏極以及和所述第一和第三端子(30)相連的源極。
4.如權(quán)利要求3所述的用于開關(guān)電源的啟動電路，其特征在于，所述的雙向電壓調(diào)節(jié)器(M3，Dz2，R5，R6)包括和所述晶體管(M3)的柵極相連的預(yù)設(shè)電壓發(fā)生器(R5，R6，Dz2)。
5.如權(quán)利要求3所述的用于開關(guān)電源的啟動電路，其特征在于，所述的雙向電壓調(diào)節(jié)器(M3，Dz2，R5，R6)包括和所述晶體管(M3)的柵極相連的電容器(Cf)。
6.如權(quán)利要求1所述的用于開關(guān)電源的啟動電路，其特征在于，所述第一電流通路包括一個電阻(Rs)。
7.如權(quán)利要求1所述的用于開關(guān)電源的啟動電路，其特征在于，所述第一電流通路包括一個受控的開關(guān)(S)。
8.如權(quán)利要求1所述的用于開關(guān)電源的啟動電路，其特征在于，當(dāng)所述第二電源電壓(Vcc)低于一個預(yù)設(shè)的參考值時，所述受控開關(guān)(S)閉合，當(dāng)?shù)诙娫措妷?VCC)高于所述預(yù)設(shè)的參考值時，所述受控開關(guān)斷開。
9.一種開關(guān)電源，包括所述開關(guān)電源的控制電路；以及按照權(quán)利要求1的所述控制電路的啟動電路(13)。
10.一種開關(guān)電源的集成電路，包括所述開關(guān)電源的控制電路；以及按照權(quán)利要求1的啟動電路(13)，所述啟動電路能夠承受大于40V，最好大于80V，甚至更好地大于160V的自電源電壓(Vcc)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于開關(guān)電源(SMPS)的啟動電路，涉及一種包括啟動電路的開關(guān)電源，并涉及一種開關(guān)電源集成電路。在本發(fā)明的一個實施例中，公開了一種用于開關(guān)電源的啟動電路，所述開關(guān)電源具有來自第一端子的第一電源電壓和來自第二端子以及第三端子的第二電源電壓；所述啟動電路包括在所述第一端子和所述第三端子之間的第一電流通路；在所述第一端子和所述第二端子之間的第二電流通路；在所述第二端子和所述第三端子之間的第三電流通路；以及沿著所述第二電流通路設(shè)置的雙向電壓調(diào)節(jié)器。
文檔編號H02M1/00GK1639952SQ02829345
公開日2005年7月13日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月19日
發(fā)明者茂羅·法格納尼, 奧比諾·皮杜蒂, 克勞迪奧·埃德瑞格納 申請人:St微電子公司