專利名稱：為脈寬調(diào)制器集成電路提供抵抗單粒子翻轉(zhuǎn)能力的電路的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2002年11月14日提交的題為“具有抵抗單粒子翻轉(zhuǎn)(singleevent upset)能力的脈寬調(diào)制器集成電路”的第60/426,448號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益。該申請(qǐng)所公開的內(nèi)容并入本申請(qǐng)以作為參考。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的DC到DC(直流-直流)轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源通常使用商用脈寬調(diào)制器集成電路(PWM IC)以顯著地降低電路的復(fù)雜性和總部件數(shù)。這些PWMIC通常包括緩慢地向外部電容充電以控制開關(guān)電源的啟動(dòng)速率的軟啟動(dòng)特征。在各種故障情況下，PWM IC可以使該軟啟動(dòng)電容放電并啟動(dòng)電源重啟動(dòng)以保護(hù)電源和負(fù)載不會(huì)遭受因故障而產(chǎn)生的過(guò)載(overstress)。因?yàn)閱瘟Ｗ臃D(zhuǎn)(SEU)的潛在性，所以這種放電機(jī)制導(dǎo)致商用PWM IC不適合于空間應(yīng)用(即，衛(wèi)星、行星探測(cè)器、國(guó)際空間站等)。
SEU由通常在空間環(huán)境中遇到的高能粒子引致。這些高能粒子能夠意外地使半導(dǎo)體結(jié)導(dǎo)通，并導(dǎo)致電子設(shè)備和系統(tǒng)的操中出現(xiàn)不期望看到的變化。PWM IC軟啟動(dòng)電路的SEU能夠?qū)е码娫摧敵龅呐R時(shí)中斷，這樣影響包括電源負(fù)載的任意電子系統(tǒng)。因此，許多電源和有意在空間應(yīng)用中使用的DC到DC的轉(zhuǎn)換器采用的是由許多分立的組件構(gòu)成的PWM電路，這些分立的組件以能夠消除SEU可能性的方式設(shè)置。與采用PWM IC的設(shè)計(jì)相比，此舉增加了總的組件數(shù)目和電路的復(fù)雜度。較高的組件數(shù)目和電路復(fù)雜度通常對(duì)于電源的整體可靠性具有負(fù)面的影響。


圖1示出了PWM IC中軟啟動(dòng)復(fù)位裝置的一個(gè)常規(guī)的非鎖存實(shí)現(xiàn)方案。電流源Is在啟動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中對(duì)軟啟動(dòng)電容C1進(jìn)行充電。在故障情況或關(guān)斷(shutdown)命令生成時(shí)，Qd使C1放電。SEU事件能夠意外地導(dǎo)致Qd導(dǎo)通并迅速使電容C1放電，這就導(dǎo)致了電源在正常操作中的中斷。
圖2示出了用于改進(jìn)圖1中電路的SEU響應(yīng)的一個(gè)改型。電阻R1的增加限制了通過(guò)Qd的放電電流。因此，在SEU事件的過(guò)程當(dāng)中，C1將只會(huì)部分地放電，這樣防止了電源操作的中斷，并允許從SEU事件中更快地恢復(fù)。由于C1通過(guò)恒流源Is被充電，所以R1不會(huì)干擾C1的所需充電持續(xù)時(shí)間。
圖3示出了PWM IC中軟啟動(dòng)復(fù)位裝置的一個(gè)鎖存實(shí)現(xiàn)方案。在電源啟動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，軟啟動(dòng)電容C1通過(guò)由R1和R2構(gòu)成的電阻分壓器(resistordivider)被充電到預(yù)定的電壓。在故障或關(guān)斷命令產(chǎn)生時(shí)，SCR(可控硅整流器)被觸發(fā)并使C1放電，直到放電流下降到低于SCR的保持電流為止。這樣，放電裝置一直被鎖存，直到C1被放電到預(yù)定電平為止，在該預(yù)定電平點(diǎn)處，上述放電裝置被復(fù)位，并且電源隨后被重啟。SEU事件能夠意外地導(dǎo)致SCR(或等同的鎖存電路)的觸發(fā)，這會(huì)迫使電容C1接近完全地放電，從而使電源在正常的操作中產(chǎn)生中斷。在這種情況下增加與電容串聯(lián)的電阻(如上述例子(圖2)所示)將不會(huì)起作用，這是因?yàn)樗璧淖杩怪祵?huì)大的驚人，因此產(chǎn)生了對(duì)C1的所需充電持續(xù)時(shí)間的干擾。
雖然有助于緩解SEU，但圖2的現(xiàn)有技術(shù)的電路不能夠防止軟啟動(dòng)電容C1的SEU放電。在圖2的電路中，盡管電阻R1減少了電容因?yàn)镾EU而放電的速率，但是它也降低了在實(shí)際故障或關(guān)斷發(fā)生時(shí)的電容放電速率，而這是不期望看到的。因此，期望提供這樣一種電路，它既可以防止SEU使上述軟啟動(dòng)電容放電，也不會(huì)導(dǎo)致實(shí)際故障或關(guān)斷事件中電容充電持續(xù)時(shí)間的改變。
還期望提供一種電路，它既可以防止SEU對(duì)上述軟啟動(dòng)電容進(jìn)行放電，也可在實(shí)際故障或關(guān)斷情況中允許電容放電。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供這樣一種電路，其能夠防止由于SEU引致的軟啟動(dòng)電容的放電，并同時(shí)允許在啟動(dòng)后軟啟動(dòng)電容的正常充電持續(xù)時(shí)間。
本發(fā)明的另一目的在于提供這樣一種電路，該電路在實(shí)際故障或關(guān)斷情況中允許電容被放電。
通過(guò)對(duì)位于PWM IC外部的少數(shù)分立組件進(jìn)行精心布置，就可最小化或消除PWM IC的軟啟動(dòng)電路中的SEU效應(yīng)，同時(shí)可以保留PWM IC所能夠提供的大部分其它特性和有益效果。
本發(fā)明的上述和其它目的是通過(guò)一種與具有軟啟動(dòng)復(fù)位功能的脈寬調(diào)制集成電路一起使用的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該電路包括二極管，其具有與所述集成電路的軟啟動(dòng)復(fù)位端相連的第一端；分壓器，其耦合在所述集成電路的基準(zhǔn)電壓和公共端之間，所述二極管具有與所述分壓器的抽頭(tap)耦合連接的第二端，并且在所述二極管的第二端和所述公共端之間耦合連接有軟啟動(dòng)電容，由此，在所述集成電路通電啟動(dòng)時(shí)，所述軟啟動(dòng)電容通過(guò)所述分壓器的抽頭被充電，并且在發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)所述集成電路的軟啟動(dòng)復(fù)位端降低到處于或接近所述集成電路的公共端電平的電平時(shí)，所述二極管防止所述軟啟動(dòng)電容通過(guò)所述集成電路放電。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述電路還包括外部故障檢測(cè)和關(guān)斷觸發(fā)電路，它與所述軟啟動(dòng)電容并聯(lián)耦合以用于對(duì)所述電容放電。
本發(fā)明的其它目標(biāo)、特征和有益效果將通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明而變得清楚。
附圖的簡(jiǎn)要描述現(xiàn)在將參照附圖在以下詳細(xì)描述中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1顯示了具有非鎖存軟啟動(dòng)復(fù)位電路的現(xiàn)有技術(shù)的PWM IC；圖2顯示了采用具有外部限制電阻的非鎖存軟啟動(dòng)復(fù)位的現(xiàn)有技術(shù)的PWM IC；圖3顯示了一種使用鎖存軟啟動(dòng)復(fù)位電路的PWM IC；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的鎖存軟啟動(dòng)復(fù)位電路，該電路防止由SEU引致的電容放電，并且具有外部復(fù)位裝置。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述再參照附圖，圖4描述了用于防止由SEU引致的電容C1放電的電路。二極管CR1的增加防止了PWM IC使電容C1放電，同時(shí)不影響所需的C1的充電持續(xù)時(shí)間。Q1和R3提供了可選的SEU耐受裝置(tolerantmechanism)，以用于在故障或關(guān)斷事件發(fā)生時(shí)使C1放電。
啟動(dòng)電容C1通過(guò)由電阻R1和R2構(gòu)成的分壓器充電。晶體管Q1通常是截止的。
在SEU使SCR導(dǎo)通的情況下，二極管CR1防止電容C1通過(guò)SCR放電。
在發(fā)生故障或關(guān)斷的情況下，軟啟動(dòng)電容C1由于二極管CR1而不能通過(guò)SCR放電。一種替代裝置(alternate mechanism)被提供用來(lái)在故障或關(guān)斷情況發(fā)生時(shí)使軟啟動(dòng)電容放電。這是通過(guò)晶體管Q1來(lái)提供的，如果晶體管Q1被故障或關(guān)斷的情況導(dǎo)通，則它允許電容C1通過(guò)包括R3和Q1的串聯(lián)電路放電。
因此，商業(yè)可用的PWM IC可被用于發(fā)生SEU的應(yīng)用中(例如空間和軍事應(yīng)用)，這是因?yàn)檐泦?dòng)電容在發(fā)生SEU的情況下不會(huì)被放電，因此不會(huì)關(guān)斷用于設(shè)備的電源。包括晶體管Q1和電阻R3的單獨(dú)的故障檢測(cè)和關(guān)斷電路被配備用以提供關(guān)斷和故障檢測(cè)。而且，由于電容C1通過(guò)電阻R1充電，所以根據(jù)本發(fā)明的電路不會(huì)干擾正常的電容充電持續(xù)時(shí)間。
盡管對(duì)本發(fā)明的描述是根據(jù)其具體實(shí)施方案來(lái)進(jìn)行的，但是許多其它的變換、修改和其它應(yīng)用對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此，本發(fā)明不應(yīng)受本文的具體公開內(nèi)容的限制，而應(yīng)由所附權(quán)利要求書來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種與具有軟啟動(dòng)復(fù)位功能的脈寬調(diào)制集成電路一起使用的電路，包括二極管，其具有與所述集成電路的軟啟動(dòng)復(fù)位端相連的第一端；分壓器，其耦合連接在所述集成電路的基準(zhǔn)電壓和公共端之間，所述二極管具有與所述分壓器的抽頭耦合連接的第二端；以及耦合連接在所述二極管的所述第二端與所述公共端之間的軟啟動(dòng)電容；由此，在所述集成電路通電啟動(dòng)時(shí)，所述軟啟動(dòng)電容通過(guò)所述分壓器的抽頭被充電，并且在發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)所述集成電路的軟啟動(dòng)復(fù)位端降低到處于或接近所述集成電路的公共端電平的電平時(shí)，所述二極管防止所述軟啟動(dòng)電容通過(guò)所述集成電路放電。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，還包括外部故障檢測(cè)和關(guān)斷觸發(fā)電路，其與所述軟啟動(dòng)電容并聯(lián)耦合以用于使所述電容放電。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述外部故障檢測(cè)和關(guān)斷電路包括與所述軟啟動(dòng)電容并聯(lián)耦合的開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述開關(guān)以串聯(lián)電阻的方式與所述軟啟動(dòng)電容并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其中，所述開關(guān)包括具有控制端的晶體管，所述控制端與外部故障檢測(cè)和關(guān)斷信號(hào)耦合連接。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述PWM IC具有耦合連接在所述公共端與所述軟啟動(dòng)復(fù)位端之間的半導(dǎo)體開關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述的電路，其中，所述PWM集成電路中的所述開關(guān)包括半導(dǎo)體閘流管。
8.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述分壓器包括電阻分壓器電路。
9.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述二極管的極性被設(shè)置為使得所述第一端為陽(yáng)極、所述第二端為陰極。
全文摘要
一種與具有軟啟動(dòng)復(fù)位功能的脈寬調(diào)制集成電路一起使用的電路，包括二極管，其具有與所述集成電路的軟啟動(dòng)復(fù)位端相連的第一端；分壓器，其耦合在所述集成電路的基準(zhǔn)電壓和公共端之間，所述二極管具有與所述分壓器的抽頭耦合連接的第二端，并且在所述二極管的第二端和所述公共端之間耦合連接有軟啟動(dòng)電容，由此，在所述集成電路通電啟動(dòng)時(shí)，所述軟啟動(dòng)電容通過(guò)所述分壓器的抽頭被充電，并且在發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)所述集成電路的軟啟動(dòng)復(fù)位端降低到處于或接近所述集成電路的公共端電平的電平時(shí)，所述二極管防止所述軟啟動(dòng)電容通過(guò)所述集成電路放電。
文檔編號(hào)H02M1/32GK1714506SQ200380103074
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月14日
發(fā)明者史蒂夫·貝克 申請(qǐng)人:國(guó)際整流器公司