專利名稱：正電源上電緩啟動的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
正電源上電緩啟動的電路技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域的電源技術(shù)，特別涉及一種正電源上電緩啟動的電路。
背景技術(shù)：
近年來，各種便攜式電子產(chǎn)品發(fā)展迅猛，特別是手持式計(jì)算機(jī)、移動通 信裝置、視頻或音頻產(chǎn)品、照相機(jī)、醫(yī)療儀器及測試儀器等發(fā)展更為神速，而這些電子產(chǎn)品都需要低壓正電源例如5V、 12V等電源供電。然而正電源的上電過程中，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，即在負(fù)載上電過程 中建立正常工作電壓從輸入端所吸收的瞬間電流，該沖擊電流過大將引起產(chǎn) 品發(fā)生故障，因此需要緩啟動電路控制低壓正電源的上電速度。目前業(yè)界普遍使用P溝道MOS管(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管)來設(shè)計(jì)緩啟動電路，并且該緩啟動電路是利用電阻、電容充電原理控 制P溝道MOS管柵極，達(dá)到緩慢開啟P溝道MOS管的目的。請參閱圖1,圖1為 -種現(xiàn)有技術(shù)使用的正電源上電緩啟動的電路。如 圖所示，這種正電源上電緩啟動的電路包括電容Cl，其一端與正電源的 輸入端相連；第一電阻R1，其一端與電容C1的另一端相連，另一端接地； P溝道MOS管，其源極與正電源的輸入端相連，漏極與輸出端相連，以及 柵極連接在電容C1與第一電阻R1的連接點(diǎn)上。在電源上電時(shí)，正電源從輸入端輸入Vin為5V或12V等的正電源電壓， 開始時(shí)，正電源先通過第一電阻Rl對電容Cl充電，當(dāng)Cl兩端電壓達(dá)到 PMOS管閾值電平Vcs(th)時(shí)，PMOS開始導(dǎo)通，輸出端開始有電壓V。ut輸出。假設(shè)在圖1中的電路在輸入電壓Vin二12V， R1 = 10KQ， Cl = luF，負(fù) 載電容為400uF條件下，測試出的正電源上電緩啟動電路的輸出電壓和電流 波形圖如圖2所示；從圖2可以看出，由于采用RICI充電電路來控制MOS 管柵極，P溝道MOS管的Vgs電壓上升速度由R1C1充電速度控制，而R1C1
充電曲線不是線性的，導(dǎo)致Vgs變化也是非線性的，使P溝道MOS管的輸出 電壓V。ut的上電輸出曲線也是非線性的；并且上電速度比較快，該電路啟動 時(shí)沖擊電流很大；如果根據(jù)公式I = CXdV。ut/dt計(jì)算該電路啟動時(shí)沖擊電流 時(shí)，由于dv。ut/dt非線性，所以沖擊電流I也是非線性的，在設(shè)計(jì)中無法準(zhǔn)確 判斷和估算上電時(shí)電路的沖擊電流I有多大，以及無法確定電源上的保險(xiǎn)管 合適值。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的為設(shè)計(jì)一種能對上電時(shí)沖擊電流大 小精確可控，并且在電路設(shè)計(jì)過程中還能計(jì)算出上電沖擊電流的正電源緩啟 動電路。基于上述目的，本發(fā)明提供一種正電源上電緩啟動的電路，包括電容 Cl，其一端與正電源的輸入端相連；第一電阻R1，其一端與電容C1的另一 端相連，另一端接地；P溝道MOS管，其源極與正電源的輸入端相連，漏 極與輸出端相連，以及柵極連接在電容C1與第一電阻R1的連接點(diǎn)上；該電 路還包括反饋電容C2，其并聯(lián)在P溝道MOS管的漏極和柵極之間，其中， 反饋電容C2的電容值遠(yuǎn)大于P溝道MOS管的漏極和柵極之間的寄生電容 Cgd。根據(jù)所述的正電源上電緩啟動的電路，還包括二極管Dl，該二極管Dl的陰極連接在P溝道MOS管的柵極，陽極連接在電容Cl與第一電阻Rl 的連接點(diǎn)之間；以及第二電阻R2，串接在P溝道MOS管的柵極和地之間。 根據(jù)所述的正電源上電緩啟動的電路，所述的第二電阻R2大于第一電 阻R1。根據(jù)所述的正電源上電緩啟動的電路，所述的電容C1為等效于電容的 網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)所述的正電源上電緩啟動的電路，所述的第一電阻R1為等效于電 阻的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)所述的正電源上電緩啟動的電路，所述的反饋電容C2為等效于電 容的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)所述的正電源上電緩啟動的電路，所述的第二電阻R2為等效于電
阻的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)所述的正電源上電緩啟動的電路，所述的二極管D1為隔離電容C1 和第一電阻R1串聯(lián)充電電路影響的單向網(wǎng)絡(luò)。 通過上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)-1) 由于在P溝道MOS管柵極與漏極間并聯(lián)了一個等效電容C2，并且 該電容取值遠(yuǎn)大于P溝道MOS管的寄生電容Cgd，其中C2可以是一個電容 器件，也可以是一個能等效為電容的網(wǎng)絡(luò)，并且使用了一個二極管Dl對 R1C1充電電路部分進(jìn)行了隔離，另外還增加一個等效電阻R2作為P溝道 MOS管的驅(qū)動電阻，其中，R2可以是一個電阻，也可以是一個能等效為電 阻的網(wǎng)絡(luò)，Dl可以是一個二極管，也可以是一個能達(dá)到隔離R1C1充電影響 的單向網(wǎng)絡(luò)，因此，R2、 C2充電回路控制P溝道MOS管的開啟過程，通過 控制漏源電壓的下降速度來抑制上電時(shí)的瞬態(tài)電流，延長平臺電壓V-的時(shí) 間達(dá)到緩起的目的，從而減小了沖擊電流I，提高了產(chǎn)品的可靠性。2) 在柵源電壓V(is到達(dá)平臺電壓Vp,t后，通過D1的反向截止特性，削 弱了R1、 Cl對P溝道MOS管柵極的控制作用，Rl、 Cl繼續(xù)充電，但不會 影響到Vcjs。3) Rl、 Cl在本電路中只是起MOS管開啟前的延時(shí)和防上電抖動作用。4) 設(shè)計(jì)的這個電路時(shí)使C2》Cgd，該電路實(shí)現(xiàn)上電時(shí)沖擊電流可以計(jì)算。 因此應(yīng)用該電路時(shí)，可以做到在產(chǎn)品開發(fā)過程中精確估計(jì)電源上電沖擊電流 的大小，避免誤選電源保險(xiǎn)管。


圖1為一種傳統(tǒng)的正電源上電緩啟動的電路； 圖2為傳統(tǒng)的正電源上電緩啟動電路的輸出電壓和電流波形圖； 圖3為正電源上電緩啟動的電路中MOS管從截止到導(dǎo)通過程中需經(jīng)歷 的4個階段所對應(yīng)的曲線圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的正電源上電緩啟動的電路；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的正電源上電緩啟動電路的輸出電壓和電流測試結(jié) 果的波形圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例的正電源上電緩啟動的電路；該電路除包括圖1所示的傳統(tǒng)電路所具有的電容Cl、第一電阻Rl和P溝道MOS管外，還包括反饋電容C2，并聯(lián)在P溝道MOS管的漏極和柵極之間；其中，反饋電容C2的電容值遠(yuǎn)大于P溝道MOS管的漏極和柵極之間的寄生電 容Cgd; 二極管D1，該二極管D1的陰極連接在P溝道MOS管的柵極以及 二極管D1的陽極連接在電容C1與第一電阻R1的連接點(diǎn)之間；以及第二電 阻R2，串接在P溝道MOS管的柵極和地之間。在P溝道MOS管的漏極和柵極之間并聯(lián)反饋電容C2，并且反饋電容 C2的電容值遠(yuǎn)大于P溝道MOS管的漏極和柵極之間的寄生電容Cgd的具體 理由如下通常情況下，P溝道MOS管的制造工藝決定了 P溝道MOS管的柵極、 源極、漏極間會寄生有Cgs、 Cgd和Cds三個電容。請參閱圖3，圖3為正電源 上電緩啟動的電路中MOS管從截止到導(dǎo)通過程中需經(jīng)歷的4個階段所對應(yīng)的曲線圖；從圖中可以看出，該曲線分的四個階段如下第一階段在電源上電時(shí)，正電源從輸入端輸入Vin為5V或12V等正電源電壓， 該正電源加載在P溝道MOS管的柵源極之間，正電源先通過第一電阻Rl 對電容C1充電，柵源極兩端電壓Vcs對輸入電容Cgs和Cgd充電，P溝道MOS 管的柵源極兩端電壓Vos為-^=^[1-， ] (公式D 其中，Ro為柵極電阻P溝道MOS管開啟時(shí)間可用下面公式計(jì)算，其中，Vth是MOS管的閾 值電壓，艮口<formula>formula see original document page 6</formula>第二階段P溝道MOS管開啟后，漏極電流開始增大，漏極電流即Id^是隨柵源 化而變化^^g加x, (公式3)其中Win是漏極電流，gfin是PMOS管跨導(dǎo)。第三階段一旦P溝道MOS的漏極電流Idrain達(dá)到最大負(fù)載電流，漏源電壓VDS從 截止電壓變化到飽和電壓，柵源電壓Vcs為平臺電壓Vplt。如果這一段時(shí)間 內(nèi)漏極電流Idrain保持恒定，柵源電壓VCS必然滿足^/'=^+~^^ (公式4)g Xmax)由于固定的柵源電壓Vos使柵極驅(qū)動電流Ic都通過寄生電容Cgd，柵極電流Ic為/c=^_J^ (公式5)及G柵極電流lG與流過寄生電容Cgd的電流相等，艮P: ^7=^v (公式6) 如果P溝道MOS的柵源電壓Vcjs在這時(shí)間段內(nèi)保持恒定的話，柵漏電 壓VGD和漏源電壓VDs的變化率就相等，艮P:J^OS = d^G￡> = Kw _ (公式7)力 一 必—i GxCgd 其中Ro是指P溝道MOS管柵極的驅(qū)動電阻。第四階段柵源極電壓Vds逐漸升至V^ Vos也達(dá)到最低。但是，由于受MOS管制造工藝所限，漏源間電容的電容值Cgd不是固定的，它隨漏源間電壓VDS的變化而變化，導(dǎo)致(公式7)不成立。為了使(公式7)成立，本發(fā)明在設(shè)計(jì)中加入了反饋電容C2，使C2》 Cgd,其中C2可以是一個電容器件，也可以是一個能等效為電容的網(wǎng)絡(luò)，因 此Cgd的寄生效應(yīng)可以忽略不計(jì)；這時(shí)，P溝道MOS管柵極的驅(qū)動電阻為 Rl，(公式7)中的Cgd就由C2取代，公式7變換成(公式8):^k = ^k = ^C^k (公式8)7
從上述公式可以看出，R1、C2充電回路控制P溝道MOS管的開啟過程，通過控制漏源電壓VDS的下降速度來抑制上電時(shí)的瞬態(tài)電流，延長平臺電壓Vpu的時(shí)間達(dá)到緩起的目的。然而，在柵源電壓V(3s到達(dá)平臺電壓Vp,t后，需防止R1、 Cl對MOS管 柵極的控制作用，在本實(shí)施例中使用了一個二極管D1對R1C1充電電路部 分進(jìn)行隔離，該二極管Dl的陰極連接在P溝道MOS管的柵極以及二極管 Dl的陽極連接在電容C1與第一電阻R1的連接點(diǎn)之間；另外還增加了一個 等效電阻R2作為P溝道MOS管的驅(qū)動電阻；R2可以是一個電阻，也可以 是一個能等效為電阻的網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)選地，R2大于R1; Dl可以是一個二極管， 也可以是一個能達(dá)到隔離R1C1充電影響的單向網(wǎng)絡(luò)。通過D1的反向截止特性，削弱了 Rl、 Cl繼續(xù)充電，而且還不會影響 到柵源電壓Ves;因此，Rl、 Cl在本電路中只是起MOS管開啟前的延時(shí)和 防上電抖動作用，并且電容C1可以為等效于電容的網(wǎng)絡(luò)，第一電阻R1可以 為等效于電阻的網(wǎng)絡(luò)；R2、 C2充電回路控制P溝道MOS管的開啟過程，通 過控制漏源電壓的下降速度來抑制上電時(shí)的瞬態(tài)電流，延長平臺電壓V-的 時(shí)間達(dá)到緩起的目的，從而減小了沖擊電流I，提高了產(chǎn)品的可靠性。與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的電路增加了 R2、 C2與Dl 三個關(guān)鍵器件，iC2》Cgd，這時(shí)，P溝道MOS管柵極的驅(qū)動電阻為R2， 由(公式7)變換成(公式9):^ — & _ ^xc2 (公式9)由 ^得到電源上電過程中沖擊電流計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)對緩啟動過程沖擊電流的精確控制。<formula>formula see original document page 8</formula>(公式IO)其中，I,"nM為緩啟動過程的沖擊電流，C^d是指電路輸出端接的負(fù)載電容。通過(公式10)式，可以直接計(jì)算出沖擊電流的大小了。本發(fā)明電路上
電沖擊電流計(jì)算過程如下假設(shè)輸入電壓Vin二12V， R1 = 10KQ, Cl = luF， R2=120K， C2 = 0.022uF，負(fù)載電容為400uF，選用的PMOS與上面現(xiàn)有技術(shù)用的P溝道MOS 管一樣，平臺電壓Vp,產(chǎn)1.5V，這時(shí)，電路啟動沖擊電流I。ut的計(jì)算值為/" 一 /一r1 《"'—廣 x _—纖x 12-1.5 J -1 6/f ;一7薩a-C^ & — C^Xi 2xC2 —備Xl20xl0、0.022請參閱圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例的正電源上電緩啟動電路的輸出電 壓和電流測試結(jié)果波形圖。如圖所示，該電路啟動沖擊電流1。ut計(jì)算值與測 試結(jié)果值基本相符。因此，本發(fā)明可以在產(chǎn)品開發(fā)過程中精確估計(jì)電源上電 沖擊電流的大小，避免誤選電源保險(xiǎn)管，并且減小了沖擊電流，提高了產(chǎn)品 的可靠性。以上所述，僅為本發(fā)明中的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí) 施范圍；即凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆為本發(fā)明專 利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求1、一種正電源上電緩啟動的電路，包括電容(C1)，其一端與正電源的輸入端相連；第一電阻(R1)，其一端與電容(C1)的另一端相連，另一端接地；P溝道MOS管，其源極與正電源的輸入端相連，漏極與輸出端相連，以及柵極連接在電容(C1)與第一電阻(R1)的連接點(diǎn)上；其特征在于，該電路還包括反饋電容(C2)，其并聯(lián)在P溝道MOS管的漏極和柵極之間，其中，反饋電容(C2)的電容值遠(yuǎn)大于P溝道MOS管的漏極和柵極之間的寄生電容(Cgd)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正電源上電緩啟動的電路，其特征在于，還 包括二極管(Dl)，該二極管(Dl)的陰極連接在P溝道MOS管的柵極， 陽極連接在電容(Cl)與第一電阻(Rl)的連接點(diǎn)之間；以及 第二電阻(R2)，串接在P溝道MOS管的柵極和地之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的正電源上電緩啟動的電路，其特征在于，所 述的第二電阻(R2)大于第一電阻(Rl)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3任一所述的正電源上電緩啟動的電路，其特 征在于，所述的電容(Cl)為等效于電容的網(wǎng)絡(luò)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3任一所述的正電源上電緩啟動的電路，其特 征在于，所述的第一電阻(Rl)為等效于電阻的網(wǎng)絡(luò)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3任一所述的正電源上電緩啟動的電路，其特 征在于，所述的反饋電容(C2)為等效于電容的網(wǎng)絡(luò)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2或3任一所述的正電源上電緩啟動的電路，其特征 在于，所述的第二電阻(R2)為等效于電阻的網(wǎng)絡(luò)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2或3任一所述的正電源上電緩啟動的電路，其特征 在于，所述的二極管(DO為隔離電容(Cl)和第一電阻(Rl)串聯(lián)充電 電路影響的單向網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種正電源上電緩啟動的電路，該電路包括相互串聯(lián)的電容C1和第一電阻R1，連接在電源和地之間；PMOS管，其源極與正電源的輸入端相連，漏極與輸出端相連，以及柵極連接在電容C1與第一電阻R1的連接點(diǎn)上；反饋電容C2，并聯(lián)在PMOS管的漏極和柵極之間；其中，反饋電容C2的電容值遠(yuǎn)大于PMOS管的漏極和柵極之間的寄生電容C_gd；二極管D1，該二極管D1的陰極連接在PMOS管的柵極以及二極管D1的陽極連接在電容C1與第一電阻R1的連接點(diǎn)之間；以及第二電阻R2，串接在PMOS管的柵極和地之間。本實(shí)用新型能在產(chǎn)品開發(fā)過程中精確地計(jì)算電源上電沖擊電流的大小，避免誤選電源保險(xiǎn)管、減小沖擊電流以及提高產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號H02M3/04GK201029021SQ20062013301
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者林健明 申請人:杭州華三通信技術(shù)有限公司