專利名稱：一種上電啟動電路及其上電啟動方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種電源的上電啟動電路及其上電啟動方法，屬于一種電子電路。
背景技術：
隨著便攜式電子產(chǎn)品在通信、計算機及消費類電子等領域中的不斷增長，對電源 管理IC的需求也呈上升趨勢，例如典型的DC/DC直流-直流開關電源、AC/DC開關電源等 得到了越來越廣泛的應用。隨著電子系統(tǒng)趨于復雜化，系統(tǒng)對電源電壓的上電時序和上電 的平穩(wěn)度提出了更高的要求。在一個復雜的電子系統(tǒng)，如筆記本電腦中具有多組供電電源。同時每一組供電電 源的輸出電壓又可能同時給多個負載供電。這里的負載通常為電子系統(tǒng)中的數(shù)字芯片。每 個數(shù)字芯片的供電電壓都需要較大的濾波電容以保證供電電壓的平穩(wěn)來維持正常工作。為 了降低待機損耗，通常會使用一具有啟動作用的開關來啟動需要的工作狀態(tài)。另外，為了保 證系統(tǒng)正常啟動，不同的電源電壓上電的時序也是不一樣的。這樣，就需要啟動開關能夠調(diào) 節(jié)上電延時時間。由于濾波電容上的初始電壓為零，如果啟動開關啟動時沒有限流，該電容會對供 電的電源形成很大的瞬時沖擊電流即浪涌電流，特別是大電流的數(shù)字芯片需要很大的濾波 電容，其沖擊電流可達100A以上。在電源接通瞬間如此大的沖擊電流幅值，往往會導致開 關損壞，而造成開關電源無法正常工作。因此，有必要對啟動時的浪涌電流進行限制。如圖1所示的現(xiàn)有的一種實現(xiàn)方案中，其采用由電荷泵CP、信號開關Q、功率開關 M、反相器IV以及由電阻和電容組成的RC延時電路組成的拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)上電時間的延 遲。當使能信號處于高電平時，信號開關管Q截止，電荷泵CP電容Cl持續(xù)充電，功率開關管 M的柵極電壓持續(xù)上升，在經(jīng)過一定的延時時間后，當柵極電壓上升到大于功率開關管的閾 值電壓時，功率開關管M導通，所述上電啟動電路輸出一電壓信號。當使能信號處于低電平 時，信號開關管Q導通，功率開關管M截止，所述上電啟動電路不工作，沒有輸出電壓。但是，采用這種實現(xiàn)方法，(1)所需要的分立的元器件數(shù)目較多；各個分立元器件所占用的面積較大；(2)上電延時由電阻和電容組成的延時電路來控制，由于功率開關管M的柵極閾 值電壓的離散性，因此延時控制不精確；(3)上電時，當開關器件瞬間導通或者使能啟動信號EN突然增大較大幅值，這都 會導致可能會產(chǎn)生較大的浪涌電流，這將給后續(xù)供電的芯片中的元器件造成損害，或者浪 涌電流可能造成輸入電源電壓的降低，足以引起使用同一輸入電源的其他動力設備瞬間掉 H1^ ο可見，采用圖1所示的實現(xiàn)方案時，上電延時控制不夠準確，并且由于沒有限流保 護功能，給后級電路的正常工作帶來了隱患。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種集成的上電啟動電路，其將功率開關管以 及控制電路集成于一芯片中，并通過一外接的RC延時電路，利用所述芯片的一個復用管腳 來同時實現(xiàn)上電延時控制功能以及電流限流保護功能，并使得所述上電啟動電路的輸出電 壓按照一定的上升斜率緩慢上升。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上電啟動方法，其通過一延時電路和一箝位的基 準電壓來設定上電啟動的延時時間，以及通過將輸出電流和復用管腳的輸入電流進行比較 控制，來限制輸出電流，并且使得上電啟動的輸出電壓根據(jù)輸入電流確定的斜率緩慢上升。依據(jù)本發(fā)明一實施例的一種上電啟動電路，它包括一延時電路和一控制芯片，所 述延時電路包括第一電阻和第一電容，所述控制芯片至少具有復用管腳、輸入管腳和輸出 管腳三個管腳；所述復用管腳通過所述第一電阻與外加使能信號連接，所述輸入管腳與輸入電壓 源連接，所述輸出管腳的輸出用以給下級連接設備供電，并且所述控制芯片內(nèi)具有第一基 準電壓；所述第一電容連接至第一電阻和復用管腳的連線上與地之間；所述上電啟動電路根據(jù)所述復用管腳處的電壓與所述第一基準電壓的關系在一 定的延時時間后，以在所述輸出管腳處輸出一電信號，所述延時時間由所述第一電容和所 述第一基準電壓的數(shù)值確定；并且，啟動階段的所述輸出管腳處的輸出電壓按照一定的上升斜率持續(xù)增加，所 述上升斜率由經(jīng)過所述復用管腳的輸入電流確定。進一步的，所述控制芯片進一步包括有比較器，其一輸入端與所述復用管腳連接，另一輸入端連接所述第一基準電壓；箝位模塊，與所述復用管腳連接，用以將復用管腳處的電壓箝位至第二基準電 壓；邏輯控制模塊，與其所述比較器的輸出端連接，接收所述比較器的輸出信號；驅(qū)動模塊，與所述邏輯控制模塊和箝位模塊連接，用以接收邏輯控制模塊的輸出 和箝位模塊的電流；功率開關管，其第一端接收所述驅(qū)動模塊的輸出，其第二端與輸入管腳連接，用以 接收所述輸入電壓源，其第三端與所述輸出管腳連接以根據(jù)所述驅(qū)動模塊的輸出以在所述 延時時間后在輸出管腳處輸出一電壓信號，所述輸出管腳上的電壓信號在啟動時的上升斜 率由流入所述復用管腳的輸入電流決定。優(yōu)選的，所述上電啟動電路進一步包括一輸出電容，其與所述功率開關管的輸出 端連接，用以接收所述功率開關管的輸出電流，所述輸出電容兩端的電壓作為所述復用管 腳處輸出的電壓信號，所述電壓信號按照一定的上升斜率上升，所述上升斜率由流入復用 管腳的輸入電流和所述輸出電容確定。優(yōu)選的，所述箝位模塊進一步包括，第一運算放大器，其同相輸入端連接至所述復用管腳，反相輸入端連接所述第二 基準電壓；箝位開關，其第一端連接至所述放大器的輸出，第二端連接至所述復用管腳，其第三端連接至地；當使能信號為高使能邏輯時，如果復用管腳上的電壓大于所述第二基準電壓時， 所述箝位模塊將復用管腳上的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第二基準電壓等于或者 略高于所述第一基準電壓。優(yōu)選的，所述箝位模塊可以進一步包括，第二運算放大器，其反相輸入端連接至所述復用管腳，同相輸入端連接至所述第 二基準電壓； 箝位開關，其第一端連接至所述放大器的輸出，第二端連接至所述復用管腳，其第 三端連接至地；當使能信號為低使能邏輯時，如果復用管腳上的電壓小于所述第二基準電壓時， 所述箝位模塊將復用管腳上的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第二基準電壓等于或者 略低于所述第一基準電壓。較佳的，所述控制芯片還可以進一步包括電流控制模塊，其分別與所述功率開關 管的輸出和所述復用管腳連接，用以接收所述功率開關管的輸出電流和流入所述復用管腳 的輸入電流并將兩者進行比較放大運算，進而控制啟動階段的流過所述功率開關管的輸出 電流。進一步的，所述電流控制模塊進一步包括輸入電流檢測電路、第三放大器和輸出 電流檢測電路，其中，所述輸入電流檢測電路與所述復用管腳連接，用以檢測流過所述復用管腳的輸入 電流；所述輸出電流檢測電路與所述功率開關管的輸出連接，用以檢測所述功率開關管 的輸出電流；所述第三放大器的一輸入端與所述輸入電流檢測電路連接，所述第三放大器的另 一輸入端與所述輸出電流檢測電路連接，用以將流過所述復用管腳的輸入電流和所述功率 開關管的輸出電流進行比較，所述第三放大器的輸出連接至所述驅(qū)動模塊，進而驅(qū)動模塊 控制所述功率開關管的工作狀態(tài)；當檢測到的功率開關管的輸出電流大于所述復用管腳的輸入電流時，所述驅(qū)動模 塊根據(jù)所述電流控制模塊的輸出，來改變所述功率開關管的柵源電壓進而來限制所述功率 開關管的輸出電流。優(yōu)選的，所述電流控制模塊進一步包括衰減電路，所述衰減電路分別與所述第三 放大器和輸出電流檢測電路連接，用以將檢測到的所述功率開關管的輸出電流進行衰減 后，再輸入到所述第三放大器。依據(jù)本發(fā)明一實施例的一種上電啟動方法，包括以下步驟(1)外部使能信號通過第一電阻施加到一控制芯片的復用管腳，所述控制芯片具 有至少所述復用管腳、輸入管腳和輸出管腳三個管腳，并且內(nèi)部具有第一基準電壓；(2)將所述復用管腳處的電壓和所述第一基準電壓相比，以在一定的延時時間之 后使得復用管腳處的電壓高于所述第一基準電壓時，開始啟動以輸出一電信號，所述電信 號在啟動階段持續(xù)上升；所述延時時間由第一基準電壓和第一電容確定，所述第一電容連接至第一電阻和復用管腳的連線上與地之間；(3)將所述復用管腳處的電壓和第二基準電壓相比，當復用管腳處的電壓高于第 二基準電壓時，將復用管腳處的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第一基準電壓等于或 者略低于第二基準電壓；(4)由流入所述復用管腳的輸入電流和一接收輸出管腳處的輸出電流的輸出電容 決定輸出管腳上的電壓的上升斜率。依據(jù)本發(fā)明另一實施例的一種上電啟動方法，包括以下步驟(1)外部使能信號通過第一電阻施加到一控制芯片的復用管腳，所述控制芯片具 有至少所述復用管腳、輸入管腳和輸出管腳三個管腳，并且內(nèi)部具有第一基準電壓；(2)將所述復用管腳處的電壓和所述第一基準電壓相比，以在一定的延時時間之 后使得復用管腳處的電壓低于所述第一基準電壓時，開始啟動以輸出一電信號，所述電信 號在啟動階段持續(xù)上升；所述延時時間由第一基準電壓和第一電容確定，所述第一電容連接至第一電阻和 復用管腳的連線上與地之間；(3)將所述復用管腳處的電壓和第二基準電壓相比，當復用管腳處的電壓低于第 二基準電壓時，將復用管腳處的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第一基準電壓等于或 者略高于第二基準電壓；(4)由流入所述復用管腳的輸入電流和一接收輸出管腳處的輸出電流的輸出電容 決定輸出管腳上的電壓的上升斜率。較佳的，在所述步驟(3)后進一步包括電流控制步驟，用以控制所述上電啟動階 段的輸出電流，所述電流控制步驟進一步包括以下步驟(I)檢測流入所述復用管腳的輸入電流；(II)檢測流出所述輸出管腳的輸出電流；(III)將檢測到的表征輸出電流的電流信息與檢測到的表征輸入電流的電流信息 進行比較；(IV)根據(jù)步驟(III)的運算結(jié)果，輸出一經(jīng)過限流處理的與第一電流限值閾值一 致的輸出電流，所述第一電流限值閾值由流入所述復用管腳的輸入電流確定。較佳的，在所述(III)對檢測到的輸出電流進行衰減后，再與檢測到的表征輸入 電流的電流信息進行比較。采用本發(fā)明的實現(xiàn)方案，不僅可以實現(xiàn)對電源上電延時的精確控制，同時也提供 了對電源的限流保護功能。由于上電延時控制和輸出限流保護共用所述集成控制芯片的同 一個復用管腳，因此使得芯片管腳的數(shù)目減小，減小了芯片的體積。并且，所述上電啟動電 路的輸出電壓按照一定的上升斜率緩慢上升，從而避免了上電時的輸出電壓的過沖，造成 后續(xù)電路的損壞或者影響其正常工作。


圖1所示為采用現(xiàn)有技術的上電啟動電路的原理框圖；圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第一實施例的原理框圖；圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第二實施例的原理框8
圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第三實施例的原理框圖；圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第四實施例的原理框圖；圖6所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動方法的第一實施例的流程圖；圖7所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動方法的第二實施例的流程圖。圖8所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動方法中的電流控制步驟的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這 些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。 為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)， 而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。參考圖2，所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第一實施例的原理框圖。其由延時 電路201和控制芯片202組成，所述控制芯片202至少具有復用管腳ON、輸入管腳IN和輸 出管腳OUT三個管腳。其中，所述控制芯片202進一步包括箝位模塊203、比較器204、邏輯 控制模塊205、驅(qū)動模塊206和功率開關管207。其中，比較器204將復用管腳上的電壓和 第一基準電壓Vkefi相比來決定上電延時。箝位模塊203具有第二基準電壓Vkef2，用以將復 用管腳上的電壓箝位至該第二基準電壓VKEF2。所述延時電路201包括第一電阻Rl和第一 電容Cl，第一電阻Rl的一端連接外部使能信號EN，另一端與第一電容Cl的一端連接，第一 電容Cl的另一端接地，復用管腳ON連接至第一電阻Rl和第一電容Cl的連線上。以下以功率開關管207為N型金屬氧化物半導體晶體管MOSFET以及高使能邏輯 為例詳細說明依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第一實施例的工作原理。在控制芯片202內(nèi)，復用管腳ON分別與箝位模塊203和比較器204的同相輸入端 連接，箝位模塊203具有第二基準電壓Vkef2，用以當復用管腳ON上的電壓大于所述第一基 準電壓Vkefi時，將復用管腳ON上的電壓箝位至該第二基準電壓源VKEF2。比較器204的反相 輸入端連接第一基準電壓Vkefi，并且第二基準電壓Vkef2數(shù)值略大于第一基準電壓Vkefi的數(shù) 值。比較器204的輸出連接至邏輯控制模塊205，邏輯控制模塊205的輸出連接至驅(qū)動模塊 206。驅(qū)動模塊206的輸出連接至功率開關管207的柵極，功率開關管207的漏極連接至輸 入管腳IN，源極連接至輸出管腳OUT。箝位模塊203同時檢測經(jīng)過復用管腳ON上的輸入電 流，并將該輸入電流輸入至驅(qū)動模塊206，以控制輸出管腳ON處的啟動階段的輸出電壓的 上升斜率。當使能信號EN變?yōu)楦唠娖綍r，以3. 3V為例，通過第一電阻R1，第一電容Cl持續(xù) 充電，第一電容Cl兩端的電壓持續(xù)上升，即復用管腳ON上的電壓持續(xù)上升。假設箝位模塊 203的第二基準電壓Vkef2為1. 2V，比較器204的第一基準電壓Vkefi為1. 199V。當復用管腳 ON處的電壓小于1. 199V時，箝位模塊203不工作，比較器204的輸出使功率開關管207處 于截止狀態(tài)。當經(jīng)過一定的延時時間t后，第一電容Cl兩端的電壓上升至1. 199V，即復用 管腳ON上的電壓上升至1. 199V時，比較器204的輸出使功率開關管207開始導通。當復用 管腳ON上的電壓繼續(xù)上升，箝位模塊203開始工作，將復用管腳ON上的電壓箝位至所述第 二基準電壓Vkef2即1. 2V?？梢酝浦鲅訒r時間t由第一電容Cl以及第一基準電壓Vkefi 的數(shù)值確定。
同時，流入復用管腳ON的電流大小如下式(1)計算
(1)該輸入電流Iin經(jīng)由箝位模塊203傳送至驅(qū)動模塊206，從而驅(qū)動模塊206根據(jù)該 輸入電流控制功率開關管207的柵源極電壓可控地上升。另外，可以通過輸出管腳外接一 輸出電容，來利用功率開關管207輸出電流對輸出電容充電時，從而使得輸出電容兩端的 輸出電壓將按照一定的上升斜率持續(xù)上升，避免了對輸入電源產(chǎn)生瞬間電流過沖而給造成 損壞或者影響其正常工作，所述上升斜率由復用管腳的輸入電流和輸出電容的數(shù)值確定?？梢?，采用圖2所示的實施例，可以通過設定第一電容Cl以及第一基準電壓Vkefi 的數(shù)值即可以精確控制所需要的延時時間，可以很方便的實現(xiàn)對延時時間的精確控制。并 且通過在輸出管腳處連接一輸出電容即可以實現(xiàn)輸出電壓的緩慢上升。所述輸出電壓的上 升斜率通過調(diào)整第一電阻Rl的數(shù)值或者輸出電容的數(shù)值來進行調(diào)整。參考圖3，所示為圖2所示的箝位模塊203的具體實現(xiàn)電路的電路原理圖。同樣以 功率開關管207為N型金屬氧化物半導體晶體管MOSFET以及高使能邏輯為例詳細說明依 據(jù)本發(fā)明的箝位模塊203的工作原理。所述箝位模塊203由第一運算放大器301和箝位開關302組成。這里以箝位開關 302為N型金屬氧化物半導體晶體管MOSFET為例。所述第一運算放大器301的同相輸入端 連接至復用管腳0N，反相輸入端連接第二基準電壓源Vkef2，第一運算放大器301的輸出連接 至箝位開關302的柵極，用以驅(qū)動所述箝位開關302，其漏極連接至所述復用管腳0N，箝位 開關302的源極接地。使能信號EN變?yōu)楦唠娖綍r，通過第一電阻R1，第一電容Cl持續(xù)充電，第一電容Cl 兩端的電壓持續(xù)上升，即復用管腳ON上的電壓持續(xù)上升。當復用管腳ON處的電壓小于第 二基準電壓時，箝位模塊203不工作，當經(jīng)過一定的延時時間t后，第一電容Cl兩端的電壓 上升至第二基準電壓VKEF2，即復用管腳ON上的電壓上升至略第二基準電壓Vkef2時，箝位模 塊203開始工作，其中的第一運算放大器301的同相輸入端接收復用管腳ON處的電壓，由 于運算放大器本身的“虛短”原理，同相輸入端處的電壓被箝位至反相輸入端的電壓，即復 用管腳ON上的電壓被箝位至第二基準電壓VKEF2。同時流過箝位開關302的電流和流入復用 管腳的輸入電流Iin —致，流過箝位模塊302的電流傳遞至驅(qū)動模塊206，進而驅(qū)動模塊206 根據(jù)該電流信息來控制功率開關管，使得外接輸出電容輸出的輸出電壓的根據(jù)該電流信息 按照一定的上升斜率持續(xù)緩慢上升。當外部使能信號為負邏輯信號，即低使能信號時，圖2中的箝位模塊203將復用管 腳ON上的電壓箝位至不低于第二基準電壓VKEF2，比較器204只在復用管腳ON上的電壓低于 第一基準電壓Vkefi時開始工作，以在輸出管腳OUT上有輸出一定的電信號，與高使能邏輯同 樣的原理，所述上電啟動電路通過檢測復用管腳的輸入電流來調(diào)整輸出電壓的上升斜率。參考圖4，所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第二實施例的原理框圖。其在圖 2所示的依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的基礎上增加了電流控制模塊401。所述電流控制模塊 401分別與復用管腳ON和所述功率開關管207的輸出連接，用以接收流入復用管腳ON的 輸入電流Iin和功率開關管207的輸出電流IQUT，電流控制模塊401的輸出連接至驅(qū)動模塊 206，以來根據(jù)所述輸入電流Iin來調(diào)制所述上電啟動電路的啟動階段的功率開關管207的輸出電流I·，從而來控制輸出電流以避免啟動階段可能會出現(xiàn)的浪涌電流。參考圖5，所示為圖4所示的依據(jù)本發(fā)明的上電啟動電路的第二實施例中電流控 制模塊401的具體實現(xiàn)電路原理框圖。同樣以功率開關管207為N型金屬氧化物半導體晶 體管MOSFET以及高使能邏輯的工作模式為例，詳細說明依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電流控 制模塊401的工作原理。所述電流控制模塊401包括輸入電流檢測模塊501、第二運算放大器502和輸出電 流檢測模塊503組成，輸入電流檢測模塊501與所述復用管腳ON連接，用以接收流入復用 管腳ON的輸入電流Iin ；輸出電流檢測模塊503與所述功率開關管207連接，用以檢測功率 開關管207的輸出電流Iqut ；第二運算放大器502的反相輸入端接收反映輸入電流Iin的電 信號，同相輸入端接收反映輸出電流Iot的電信號，并對兩者進行比較，比較結(jié)果輸入至驅(qū) 動模塊206，進而驅(qū)動模塊206根據(jù)輸入電流Iin和輸出電流Itm的關系來控制功率開關管 207，從而開控制功率開關管207的輸出電流。所述電流控制模塊401也可以進一步包括衰減模塊504，其分別與所述輸出電流 檢測模塊503和第二運算放大器502連接，用以將檢測到的輸出電流進行衰減后再輸入到 所述第二運算放大器502，再進行后續(xù)的控制操作。根據(jù)功率開關管207的工作狀態(tài)，所述上電啟動電路的工作過程包括三個工作階 段。以下假設第一基準電壓的數(shù)值為1. 199V，第二基準電壓的數(shù)值為1.2V，使能信號EN的 峰值電壓數(shù)值為3. 3V來詳細描述所述上電啟動電路的延時和限流工作過程。第一工作階段輸出電壓為零；當所述上電啟動電路一開始上電時，由于延時電路201中第一電容Cl的作用，使 能信號EN通過第一電阻Rl向第一電容Cl充電，與復用管腳ON連接的第一電容Cl的A端 電壓逐漸上升，即復用管腳ON上的電壓逐漸上升。在延時時間t內(nèi)，即電容Cl的A端的電壓小于第一基準電壓VkefiL 199V時，比較 器204輸出使功率開關管207處于截止狀態(tài)，輸出管腳OUT處沒有輸出電流，即在延時時間 t內(nèi)，整個上電啟動電流沒有輸出，處于不工作狀態(tài)。第二工作階段輸出電壓上升；當經(jīng)過一定的延時時間t后，第一電容Cl兩端的電壓即復用管腳ON上的電壓上 升至第一基準電壓Vkefi，如約1. 199V時，比較器204輸出使功率開關管207開始導通，輸出 管腳上開始有輸出電信號。當?shù)谝浑娙軨l兩端的電壓繼續(xù)上升到第二基準電壓1.2V，箝 位模塊203開始工作。其中的第一運算放大器301的同相輸入端接收復用管腳ON處的電 壓，由于運算放大器本身的“虛短”原理，同相輸入端處的電壓被箝位至反相輸入端的電壓， 即復用管腳ON上的電壓被箝位開關302箝位至第二基準電壓1. 2V。功率開關管207導通后，輸出電流檢測模塊503檢測所述功率開關管207的輸出 電流I·，輸入電流檢測模塊501檢測箝位開關302上的電流，即流入復用管腳ON的輸入電 流IIN，第二運算放大器502的反相輸入端接收反映流入復用管腳ON的輸入電流IIN，同相輸 入端接收反映功率開關管207的輸出電流I·，并對兩者進行比較，比較結(jié)果輸出至所述驅(qū) 動模塊206，進而來控制功率開關管207的柵源電壓Ves。在該優(yōu)選實施例中，功率開關管207為N型MOSFET晶體管，由N型MOSFET晶體管 本身的輸出特性可知，當功率開關管207處于非飽和狀態(tài)時，即柵源電壓Ves小于功率開關管207自身的飽和限值電壓時，漏極電流Id隨著柵源電壓Ves的增加而上升。因此，當功率開關管207的柵源電壓Ves在由零逐漸上升至飽和限值電壓過程中， 如果檢測到的輸出電流Iott超過由輸入電流Iin決定的第一電流限制閾值時，驅(qū)動模塊206 控制功率開關管207的柵源電壓Ves，使得柵源電壓Ves減小，從而使得漏極電流Id即輸出電 流Iot減??；如果檢測到的輸出電流Iot小于由輸入電流Iin決定的第一電流限制閾值時， 驅(qū)動模塊206控制功率開關管207的柵源電壓Ves，使得柵源電壓Ves增加，從而使得漏極電 流Id即輸出電流Itm增加，保證上電啟動階段的輸出電流Itm跟由輸入電流Iin決定的第一 電流限制閾值一致。第三工作階段輸出電壓達到穩(wěn)態(tài)工作點。當功率開關管207的柵源電壓Ves上升至該N型MOSFET晶體管的飽和限值電壓后， 功率開關管207進入飽和工作狀態(tài)即處于全通狀態(tài)，輸出管腳上的輸出電壓跟輸入管腳上 的電壓基本一致。如果此時輸出電流Iqut過大，電流控制模塊401也可以限制輸出電流不超過由輸 入電流Iin決定的第二電流限制閾值。通常，第二電流限制閾值可以跟第一電流限制閾值成 比例或相同。另外，當所述上電啟動電路開始使能后，功率開關管207的柵極開始充電，為了保 持正常工作，使用的N型MOSFET晶體管即功率開關管207的柵極電壓必須高于源極，為了 在整個電源電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)這個條件，可以在所述上電啟動電路中提供一與所述驅(qū)動模塊 206連接的電荷泵。所述電荷泵可以設置在控制芯片202的外部，或者集成于控制芯片202 的內(nèi)部。同樣的原理，如果外部使能信號是負邏輯信號，即低使能信號，圖4中的箝位模塊 203應將復用管腳ON上的電壓箝位至不低于第二基準電壓VKEF2，比較器204只在復用管腳 ON上的電壓低于第一基準電壓Vkefi允許輸出管腳OUT上輸出一定的電信號，通過檢測流入 復用管腳的輸入電流來調(diào)整輸出管腳處的輸出電壓的上升斜率。根據(jù)以上對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述，本領域普通技術人員可以推知，其他晶體 管類型的功率開關管207以及箝位開關302也可以實現(xiàn)同樣的功能。以下結(jié)合附圖對依據(jù)本發(fā)明的上電啟動方法的優(yōu)選實施例進行詳細描述。參考圖6，600所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動方法的第一實施例的流程圖。其包括 以下步驟S601 外部使能信號通過第一電阻施加到一控制芯片的復用管腳，所述控制芯片 具有至少所述復用管腳、輸入管腳和輸出管腳三個管腳，并且內(nèi)部具有第一基準電壓；S602 將所述復用管腳處的電壓和所述第一基準電壓相比，以在一定的延時時間 之后使得復用管腳處的電壓高于所述第一基準電壓時，開始啟動以輸出一電信號，所述電 信號在啟動階段持續(xù)上升；所述延時時間由第一基準電壓和第一電容確定，所述第一電容連接至第一電阻和 復用管腳的連線上與地之間；S603:將所述復用管腳處的電壓和第二基準電壓相比，當復用管腳處的電壓高于 第二基準電壓時，將復用管腳處的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第一基準電壓等于 或者略低于第二基準電壓；
S604:由流入所述復用管腳的輸入電流和一接收輸出管腳處的輸出電流的輸出電 容決定輸出管腳上的電壓的上升斜率。參考圖7，700所示為依據(jù)本發(fā)明的上電啟動方法的第二實施例的流程圖。其包括 以下步驟S701 外部使能信號通過第一電阻施加到一控制芯片的復用管腳，所述控制芯片 具有至少所述復用管腳、輸入管腳和輸出管腳三個管腳，并且內(nèi)部具有第一基準電壓；S702 將所述復用管腳處的電壓和所述第一基準電壓相比，以在一定的延時時間 之后使得復用管腳處的電壓低于所述第一基準電壓時，開始啟動以輸出一電信號，所述電 信號在啟動階段持續(xù)上升；所述延時時間由第一基準電壓和第一電容確定，所述第一電容連接至第一電阻和 復用管腳的連線上與地之間；S703:將所述復用管腳處的電壓和第二基準電壓相比，當復用管腳處的電壓低于 第二基準電壓時，將復用管腳處的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第一基準電壓等于 或者略高于第二基準電壓；S704:由流入所述復用管腳的輸入電流和一接收輸出管腳處的輸出電流的輸出電 容決定輸出管腳上的電壓的上升斜率。其中，采用圖6或者圖7所示的上電啟動方法，可以在復用管腳外加第一電容，通 過對第一電容和第一基準電壓數(shù)值的選擇來精確實現(xiàn)對從使能信號來臨到輸出電壓開始 出現(xiàn)的延時時間的控制。為了實現(xiàn)對輸出電流的限流控制，可以在圖6所示的上電啟動方法步驟S603進一 步設置電流控制步驟；同樣的原理，可以在圖7所示的上電啟動方法步驟S703進一步設置 電流控制步驟。參考圖8，800所示為依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電流控制步驟的流程圖，其包括以 下步驟S801 檢測流入所述復用管腳的輸入電流；S802 檢測流出所述輸出管腳的輸出電流；S803 對檢測到的輸出電流進行衰減；S804:將檢測到的表征輸出電流的電流信息與檢測到的表征輸入電流的電流信息 進行比較；S805:根據(jù)比較運算結(jié)果，輸出一經(jīng)過限流處理的與第一電流限制閾值保持一致 的輸出電流，所述第一電流限制閾值由流入復用管腳的輸入電流確定。以上特定實施例通過圖示和文字描述對本發(fā)明的具有上電啟動電路及其上電啟 動方法進行了詳細描述。這些實施例并不是完全詳盡的，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體 實施例。顯然，根據(jù)上述教導，可以做很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實際應 用，從而使所屬技術領域技術人員能最好地利用這個發(fā)明。修改的實施例同樣也適用于預 期的特定應用。本發(fā)明的范圍為權(quán)利要求書全部范圍以及其等效物。
權(quán)利要求
一種上電啟動電路，其特征在于它包括有一延時電路和一控制芯片，所述延時電路包括第一電阻和第一電容，所述控制芯片至少具有復用管腳、輸入管腳和輸出管腳三個管腳；所述復用管腳通過所述第一電阻與外加使能信號連接，所述輸入管腳與輸入電壓源連接，所述輸出管腳的輸出用以給下級連接設備供電，并且所述控制芯片內(nèi)具有一第一基準電壓；所述第一電容連接至第一電阻和復用管腳的連線上與地之間；所述上電啟動電路根據(jù)所述復用管腳處的電壓與所述第一基準電壓的關系在一定的延時時間后，以在所述輸出管腳處輸出一電信號，所述延時時間由所述第一電容和所述第一基準電壓的數(shù)值確定；并且，啟動階段的所述輸出管腳處的輸出電壓按照一定的上升斜率持續(xù)增加，所述上升斜率由經(jīng)過所述復用管腳的輸入電流確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上電啟動電路，其特征在于所述控制芯片進一步包括有比較器，其一輸入端與所述復用管腳連接，另一輸入端連接所述第一基準電壓；箝位模塊，與所述復用管腳連接，用以將復用管腳處的電壓箝位至第二基準電壓；邏輯控制模塊，與其所述比較器的輸出端連接，接收所述比較器的輸出信號；驅(qū)動模塊，與所述邏輯控制模塊和箝位模塊連接，用以接收邏輯控制模塊的輸出和箝 位模塊的電流；功率開關管，其第一端接收所述驅(qū)動模塊的輸出，其第二端與輸入管腳連接，用以接收 所述輸入電壓源，其第三端與所述輸出管腳連接以根據(jù)所述驅(qū)動模塊的輸出以在所述延時 時間后在輸出管腳處輸出一電壓信號，所述輸出管腳上的電壓信號在啟動時的上升斜率由 流入所述復用管腳的輸入電流決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的上電啟動電路，其特征在于所述的功率開關管的輸出端與一 輸出電容連接，該輸出電容用以接收所述功率開關管的輸出電流，所述輸出電容兩端的電 壓作為所述復用管腳處輸出的電壓信號，所述電壓信號按照一定的上升斜率上升，所述上 升斜率由流入復用管腳的輸入電流和所述輸出電容確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的上電啟動電路，其特征在于當使能信號為高使能邏輯時，如 果復用管腳上的電壓大于所述第二基準電壓時，所述箝位模塊將復用管腳上的電壓箝位至 所述第二基準電壓，所述第二基準電壓等于或高于所述第一基準電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述上電啟動電路，其特征在于當使能信號為低使能邏輯時，如果 復用管腳上的電壓小于所述第二基準電壓時，所述箝位模塊將復用管腳上的電壓箝位至所 述第二基準電壓，所述第二基準電壓等于或低于所述第一基準電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的上電啟動電路，其特征在于所述功率開關管的輸出和所 述復用管腳分別與同一控制芯片的電流控制模塊連接，該電流控制模塊用以接收表征所述 功率開關管的輸出電流的信息和經(jīng)過所述復用管腳的輸入電流的信息，并將兩者進行比較 放大運算，進而控制啟動階段的流過所述功率開關管的輸出電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的上電啟動電路，其特征在于所述電流控制模塊進一步包括 有輸入電流檢測電路、第三放大器和輸出電流檢測電路，其中，所述輸入電流檢測電路與所述復用管腳連接，用以檢測流過所述復用管腳的電流；所述輸出電流檢測電路與所述功率開關管的輸出連接，用以檢測所述功率開關管的輸 出電流；所述第三放大器的一輸入端與所述輸入電流檢測電路連接，所述第三放大器的另一輸 入端與所述輸出電流檢測電路連接，用以將流過所述復用管腳的電流和所述功率開關管的 輸出電流進行比較，所述第三放大器的輸出連接至所述驅(qū)動模塊，進而驅(qū)動模塊控制所述 功率開關管的工作狀態(tài)；當檢測到的功率開關管的輸出電流大于由所述復用管腳的輸入電流所決定的第一電 流限制閾值時，所述驅(qū)動模塊根據(jù)所述電流控制模塊的輸出，來改變所述功率開關管的柵 源電壓進而來限制所述功率開關管的輸出電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的上電啟動電路，其特征在于所述電流控制模塊進一步包括衰 減電路，所述衰減電路分別與所述第三放大器和輸出電流檢測電路連接，用以將檢測到的 所述功率開關管的輸出電流進行衰減后，再輸入到所述第三放大器。
9.一種上電啟動方法，其特征在于它包括以下步驟(1)外部使能信號通過一個第一電阻施加到一控制芯片的復用管腳，所述控制芯片至 少具有所述復用管腳以及輸入管腳和輸出管腳三個管腳，并且內(nèi)部具有第一基準電壓；(2)將所述復用管腳處的電壓和所述第一基準電壓相比，以在一定的延時時間之后使 得復用管腳處的電壓高于所述第一基準電壓時，開始啟動以輸出一電信號，所述電信號在 啟動階段持續(xù)上升；所述延時時間由第一基準電壓和第一電容確定，所述第一電容連接至第一電阻和復用 管腳的連線上與地之間；(3)將所述復用管腳處的電壓和第二基準電壓相比，當復用管腳處的電壓高于第二基 準電壓時，將復用管腳處的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第一基準電壓略低于第二 基準電壓；(4)由流入所述復用管腳的輸入電流和一接收輸出管腳處的輸出電流的輸出電容決定 輸出管腳上的電壓的上升斜率。
10.一種上電啟動方法，其特征在于它包括以下步驟，(1)外部使能信號通過一個第一電阻施加到一控制芯片的復用管腳，所述控制芯片至 少具有所述復用管腳、輸入管腳和輸出管腳三個管腳，并且內(nèi)部具有第一基準電壓；(2)將所述復用管腳處的電壓和所述第一基準電壓相比，以在一定的延時時間之后使 得復用管腳處的電壓低于所述第一基準電壓時，開始啟動以輸出一電信號，所述電信號在 啟動階段持續(xù)上升；所述延時時間由第一基準電壓和第一電容確定，所述第一電容連接至第一電阻和復用 管腳的連線上與地之間；(3)將所述復用管腳處的電壓和第二基準電壓相比，當復用管腳處的電壓低于第二基 準電壓時，將復用管腳處的電壓箝位至所述第二基準電壓，所述第一基準電壓略高于第二 基準電壓；(4)由流入所述復用管腳的輸入電流和一接收輸出管腳處的輸出電流的輸出電容決定 輸出管腳上的電壓的上升斜率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的上電啟動方法，其特征在于所述步驟(3)后還包括有一電流控制步驟，用以控制所述上電啟動階段的輸出電流，所述電流控制步驟進一步包括 以下步驟(I)檢測流入所述復用管腳的輸入電流；(II)檢測流出所述輸出管腳的輸出電流；(III)將檢測到的表征輸出電流的電流信息與檢測到的表征輸入電流的電流信息進行 比較；(IV)根據(jù)步驟(III)的運算結(jié)果，輸出一經(jīng)過限流處理的與第一電流限值閾值一致的 輸出電流，所述第一電流限值閾值由流入所述復用管腳的輸入電流確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的上電啟動方法，其特征在于在所述步驟(III)對檢測到的 輸出電流進行衰減后，再與檢測到的表征輸入電流的電流信息進行比較。
全文摘要
一種上電啟動電路及其上電啟動方法，它是將功率開關管以及控制電路集成于一芯片中，并通過一外接的RC延時電路，利用所述芯片的一個復用管腳來同時實現(xiàn)上電延時控制功能以及電流限流保護功能，所述控制芯片具有至少復用管腳、輸入管腳和輸出管腳三個管腳，所述復用管腳與所述RC延時電路連接，所述輸入管腳與輸入電壓源連接，所述輸出管腳的輸出用以給下級連接設備供電，并且所述控制芯片內(nèi)具有一第一基準電壓源；并使得所述上電啟動電路在一定的延時時間后開始工作，所述輸出管腳處輸出一電壓信號，所述延時時間由所述第一電容和所述第一基準電壓確定；由于上電延時控制和輸出限流保護共用所述集成控制芯片的同一個復用管腳，因此使得芯片管腳的數(shù)目減小，減小了芯片的體積；并且所述上電啟動電路的輸出電壓按照一定的上升斜率緩慢上升，從而避免了上電時的輸出電壓的過沖，造成后續(xù)電路的損壞或者影響其正常工作。
文檔編號H02M1/36GK101882864SQ20101021406
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者陳偉 申請人:杭州矽力杰半導體技術有限公司