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软 启动 电路

阅读：937发布：2020-05-12

专利汇可以提供软启动电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种软启动电路，包含一参考信号产生器、一第一电流产生器、一第二电流产生器及一软启动电容。该参考信号产生器用以产生一第一信号及一第二信号。该第一电流产生器根据该第一信号产生一第一电流，而该第二电流产生器根据该第二信号产生一第二电流。该软启动电容耦接该第一电流产生器及该第二电流产生器，根据该第一电流及第二电流的电流差进行充电以产生一软启动信号。，下面是软启动电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种软启动电路，其特征在于，包含：
一参考信号产生器，用以产生一第一信号及一第二信号；
一第一电流产生器，其为一P型双载子晶体管，以根据该第一信号产生一第一电流；
一第二电流产生器，其为一N型双载子晶体管，以根据该第二信号产生一第二电流，其中该第一电流大于该第二电流；
一软启动电容，耦接该第一电流产生器及该第二电流产生器，根据该第一电流及第二电流的电流差进行充电以产生一软启动信号；
其中该第二电流产生器的N型双载子晶体管的β值的温度系数大于该第一电流产生器的P型双载子晶体管的β值的温度系数。
2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，更包含一电平调整电路耦接该软启动电容，用以调整该软启动信号的电平。
3.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，其中该参考信号产生器为一电流镜。
4.根据权利要求3所述的软启动电路，其特征在于，其中该P型双载子晶体管的射极耦接该参考信号产生器，该N型双载子晶体管的射极耦接该参考信号产生器。
5.根据权利要求4所述的软启动电路，其特征在于，其中该N型双载子晶体管的β值是大于该P型双载子晶体管的β值。
6.根据权利要求4所述的软启动电路，其特征在于，其中该P型双载子晶体管的基极电流是大于该N型双载子晶体管的基极电流。

说明书全文

软启动 电路

技术领域

[0001] 本发明是关于一种软启动电路，尤指一种以电流差作为充电电流源的软启动电路。

背景技术

[0002] 由于电路在启动时，电源供应器会对输出端输出大电流而造成负载或其它耦接组件的伤害。为了避免在电路启动时的伤害，电源供应器在启动之初会控制输出的能量由小逐渐上升直至正常操作以避免对电路的伤害，此即所谓的软启动。

[0003] 脉宽调变控制器利用将占空比由零逐渐增加的方式达到软启动作用，因此在电路内部会提供启动后随时间逐渐递增的电压源来作为软启动控制。

[0004] 参见图1A，为现有的一软启动电路的电路示意图。软启动电路包含一电流镜10、一P型双载子晶体管15、一软启动电容C1以及一重设开关20。电流镜10耦接一操作电源VDD、一偏压电压源Vbias以及该P型双载子晶体管15，以提供一电流Ie(即，射极电流)给该P型双载子晶体管15。电流Ie流经该P型双载子晶体管15后分成一基极电流Ib及一集极电流Ic，其中Ib/Ie为(1/1+β)，β为P型双载子晶体管15的电流增益。该软启动电容C1耦接该P型双载子晶体管15的基极，并以该基极电流Ib充电，以提供一随时间增加的软启动信号SS。该重设开关20接收一软启动控制信号XEN，于电路启动时，该软启动控制信号XEN为低电平，使该重设开关20截止，软启动电压SS随着时间上升。当电路需再度重启动，该软启动控制信号XEN为高电平，以将该软启动电容C1所储存的电荷释放，以提供下一次软启动之用。

[0005] 由于双载子晶体管的β值随温度上升而变大，温度降低而变小，会造成图1A所示软启动电路的软启动时间受环境温度影响很大。请参见图1B，为图1A所示软启动电路的软启动电压SS于不同温度下的仿真电压曲线图。在温度T1、T2、T3下，软启动电压SS达到软启动停止电压Se的时间点分别为t1、t2、t3，差异相当大。经模拟，在125℃的高温及在-40℃的低温下，其软启动时间相差近3倍，因此，图1A所示的软启动电路，其软启动时间的误差范围无法在可接受范围之内。

[0006] 在相同的软启动时间需求下，可以使用较小的电流源而减小充电电容大小，以利于将电容内建于集成电路中。图2A为现有的另一软启动电路的电路示意图。软启动电路包含一电流镜10、一达灵顿(Darlington)电路25、一软启动电容C2以及一重设开关20。相较于图1A所示的电路中的P型双载子晶体管15，该达灵顿电路25的输出的电流Ib’为电2
流镜10提供的电流Ie的1/(1+β) 倍，因此该软启动电容C2的大小可以减小为图1A所示的软启动电容C1的(1/1+β)倍。然而，该达灵顿电路25同时也放大了环境温度的影响。
请参见图2B，为图2A所示软启动电路的软启动电压SS于不同温度下的仿真电压曲线图。
在温度T1、T2下进行仿真(温度T3可能因充电电流过小而接近于漏电流，造成仿真时达灵顿电路25无法启动)，软启动电压SS达到软启动停止电压Se的时间点分别为t4、t5。而根据上述的充电电流公式可知达灵顿电路25随温度的充电电流变化会为单一双载子晶体管的平方倍，因此，图2A所示的软启动电路，其随温度的变化更大，软启动时间的误差范围亦无法在可接受范围之内。

发明内容

[0007] 鉴于上述现有技术所面临的问题，本发明利用两电流源的电流差作为软启动电路的充电电流源而可以得到较小的充电电流以减小软启动电路中充电电容的大小。再者，两电流源的电流对温度的温度系数并不相同，故利用此电路特性而补偿充电电流随温度的影响，使软启动时间的误差范围亦在可接受范围之内。

[0008] 为达上述目的，本发明提供了一种软启动电路，包含一参考信号产生器、一第一电流产生器、一第二电流产生器及一软启动电容。该参考信号产生器用以产生一第一信号及一第二信号。该第一电流产生器根据该第一信号产生一第一电流，而该第二电流产生器根据该第二信号产生一第二电流。该软启动电容耦接该第一电流产生器及该第二电流产生器，根据该第一电流及第二电流的电流差进行充电以产生一软启动信号。

[0009] 而该第一电流的温度系数大于该第二电流的温度系数，而可达到温度补偿的效果。

[0010] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

[0011] 图1A为现有的一软启动电路的电路示意图；

[0012] 图1B为图1A所示软启动电路的仿真软启动电压于不同温度下的电压曲线图；

[0013] 图2A为现有的另一软启动电路的电路示意图；

[0014] 图2B为图2A所示软启动电路的仿真软启动电压于不同温度下的电压曲线图；

[0015] 图3为本发明软启动电路的功能方块图；

[0016] 图4A为根据本发明的一较佳实施例的软启动电路示意图；

[0017] 图4B为图4A所示软启动电路的软启动电压于不同温度下的仿真电压曲线图。

[0018] 其中，附图标记

[0019] 现有技术：

[0020] 电流镜 10

[0021] P型双载子晶体管 15

[0022] 重设开关 20

[0023] 达灵顿电路 25

[0024] 软启动电容 C1、C2

[0025] 温度 T1、T2、T3

[0026] 时间点 t1、t2、t3、t4、t5

[0027] 软启动电压 S

[0028] 软启动控制信号 XEN

[0029] 软启动停止电压 Se

[0030] 射极电流 Ie

[0031] 基极电流 Ib

[0032] 集极电流 Ic

[0033] 操作电源 VDD

[0034] 偏压电压源 Vbias

[0035] 达灵顿电路输出电流 Ib’

[0036] 本发明：

[0037] 参考信号产生器 110

[0038] 第一电流产生器 115a

[0039] 第二电流产生器 115b

[0040] 软启动电容 Css

[0041] 第一信号 S1

[0042] 第一电流 I1

[0043] 第二信号 S2

[0044] 第二电流 I2

[0045] 软启动信号 SS

[0046] 第一电流产生器 215a

[0047] 第二电流产生器 215b

[0048] 软启动电容 C3

[0049] 第一电流镜 210

[0050] 第二电流镜 230

[0051] 第一电流信号 Ie1

[0052] 第二电流信号 Ie2

[0053] 晶体管 215

[0054] 第一电流 Ib1

[0055] 第二电流 Ib2

[0056] 重设开关 220

[0057] 软启动控制信号 XEN

[0058] 温度 T1、T2、T3

[0059] D软启动停止电压 Se

[0060] 时间点 t6、t7、t8

具体实施方式

[0061] 请参考图3，为本发明软启动电路的功能方块图。本发明的软启动电路包含一参考信号产生器110、一第一电流产生器115a、一第二电流产生器115b以及一软启动电容Css。该参考信号产生器产生一第一信号S1及一第二信号S2。该第一电流产生器115a根据该第一信号S1产生一第一电流I1，而该第二电流产生器115b根据该第二信号S2产生一第二电流I2。该软启动电容Css耦接该第一电流产生器115a及该第二电流产生器115b，并根据该第一电流I1及第二电流I2的电流差进行充电以产生一软启动信号SS。由于，第一电流I1及第二电流I2为反向，故可得到较小的软启动充电电流而有效降低该软启动电容Css的大小。

[0062] 请参考图4A，为根据本发明的一较佳实施例的软启动电路示意图。该软启动电路包含一参考信号产生器、一第一电流产生器215a、一第二电流产生器215b以及一软启动电容C3。该参考信号产生器包含一第一电流镜210及一第二电流镜230，以分别产生一第一电流信号Ie1及一第二电流信号Ie2，透过晶体管225耦接该第一电流镜210及该第二电流镜230，故第一电流信号Ie1及一第二电流信号Ie2大致相等。该第一电流产生器215a根据该第一电流信号Ie1产生一第一电流Ib1，该第二电流产生器215b根据该第二电流信号Ie2产生一第二电流Ib2。该软启动电容C3耦接该第一电流产生器215a及该第二电流产生器215b。在本实施例，该第一电流产生器215a为P型双载子晶体管，该P型双载子晶体管的射极耦接该第一电流镜210，产生的第一电流Ib1为Ie1/(βp+1)；而该第二电流产生器215b为N型双载子晶体管，该N型双载子晶体管的射极耦接该第二电流镜230，产生的第二电流Ib2为Ie2/(1+βn)。因此，该软启动电容C3的充电电流为Ib1-Ib2＝(Ie1/βp+1)(1-(βp+1/βn+1))，其中假设Ie1＝Ie2。即，该软启动电容C3的充电电流为第一电流Ib1及第二电流Ib2的电流差且第一电流Ib1大于第二电流Ib2，相较于图1A所示的软启动电路，充电电流缩小为(1-βP/βn)倍，故在相同的软启动时间要求下，该软启动电容C3可以为现有技术的(1-βp/βn)倍，大幅缩小软启动电容C3的大小。

[0063] 软启动电路可以包含一重设开关220，该重设开关220受一软启动控制信号XEN控制。当电路需再度重启动，该软启动控制信号XEN为高电平，以将该软启动电容C3所储存的电荷释放，以提供下一次软启动之用。

[0064] 在本实施例，软启动信号SS为该第二电流产生器215b的N型双载子晶体管的射极电压，相较于该软启动电容C3的电位，少了基极-射极(Vbe)的电位差。如此，软启动电路所提供的软启动信号SS会延迟一时间后才由零电位上升，可避免电路刚启动之初内部各组件尚未稳定而造成的电路操作错误。在本实施例，软启动信号SS的电平调整是透过该第二电流产生器215b而达成，实际电路上亦可透过一电平调整电路耦接该软启动电容C3以调整该软启动信号SS的电平。

[0065] 为了确保充电电流为正值，所选择的N型双载子晶体管的βn值应大于P型双载子晶体管的βp值。

[0066] 表一：双载子晶体管β值表(基极电流范围：1nA～10uA)

[0067]

[0068] 请参照表一，为不同晶格方向及温度下的P型双载子晶体管(PNP50)及N型双载子晶体管(NPN50)的β值。由表中的数值可知，N型双载子晶体管的β值均大于相同晶格方向的P型双载子晶体管的β值。

[0069] 另外，由于(Ie1/βp+1)(1-(βp+1/βn+1))中的Ie1/βp+1会随温度而变小，则(1-(βp+1/βn+1))必须随温度而变大以补偿温度的影响，即N型双载子晶体管的βn值的温度系数大于P型双载子晶体管的βp值的温度系数。也就是说，N型双载子晶体管的βn值随温度的变化须大于P型双载子晶体管的βp值随温度的变化。根据表一，从-40℃到125℃，NPN50(TT)的βn值由7.7-7.5上升到36.1-30.5，而同时PNP50(TT)的βp值由
5.87-5.06上升到15.8-10.6，其变化比例NPN50(TT)较PNP50(TT)为大。故本实施例的软启动电路具有温度补偿的效果，

[0070] 请参见图4B，为图4A所示软启动电路的软启动电压SS于不同温度下的仿真电压曲线图。在温度T1、T2、T3下，软启动电压SS达到软启动停止电压Se的时间点分别为t6、t7、t8，其时间差异变小使软启动时间的误差范围亦在可接受范围之内。

[0071] 当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

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