在本說明書中,有一些相同的符號,其表示具有相同或是類似之結構、功能、原理的元件,且為業界具有一般知識能力者可以依據本說明書之教導而推知。為說明書之簡潔度考量,相同之符號的元件將不再重述。
第2圖顯示一種電源控制器12a,為一積體電路,具有高壓啟動電路18a以及一高壓啟動控制器15。高壓啟動電路18a包含有一JFET JHV、電阻RH與RCC、NMOS NCHG、NCC與NINV、二極體D1,彼此的電性連接如同第2圖所示。JFET JHV為一耐超高壓電晶體,可耐受超過400V的一輸入電壓。如同第2圖所示,JFET JHV的閘極,也就是控制端,直接連接到一接地線。高壓啟動控制器15以操作電源電壓VCC作為操作電源,同時偵測操作電源電壓VCC。
當高壓啟動控制器15發現操作電源電壓VCC低於一預設的下限電壓VBTM(譬如10V)時,高壓啟動控制器15使充電停止信號SNCHG禁能,其邏輯電壓準位大約為0V,使得NMOS NINV關閉。NMOS NCHG開啟。因此,充電電流ICHG從第1圖中線電壓VLINE開始,流經電阻RS、第2圖中的高壓接腳HV、JFET JHV、NMOS NCHG、電阻RCC、二極體D1、以及操作電源接腳VCC,對第1圖中的操作電源電容C1充電。這樣的動作稱為高壓充電。因此,操作電源電壓VCC隨著時間漸漸地上升。
當高壓啟動控制器15發現操作電源電壓VCC超過於一預設的上限電壓VTOP(譬如20V)時,高壓啟動控制器15使充電停止信號SNCHG致能,其邏輯電壓準位大約為5V,使得NMOS NINV開啟。開啟的NMOS NINV拉低了NMOS NCHG的閘電壓Vg,使得NMOS NCHG關閉。因此,充電電流ICHG消失。高壓充電停止。
高壓啟動電路18a的設計,需要考慮兩個點:充電開始的反應速度與高壓充電停止後的電流損耗。
為了讓高壓啟動電路18a在充電停止信號SNCHG禁能時,能快速地開始進行高壓充電,電阻RH需要小。如此,流經電阻RH的電流IH才能夠使得NMOS NINV的閘電壓Vg快速的上升,使得NMOS NINV快速地被開啟,進行高壓充電。
但是,為了降低高壓充電停止後的電流損耗,電阻RH需要大。當充電停止信號SNCHG致能時,開啟的JFET JHV、電阻RH、以及NMOS NINV提供了一漏電路徑,造成電流損耗。這個漏電路徑中,電阻RH大,電流IH小,電流損耗就小。
從以上分析可知,第2圖中的電阻RH之選擇將無法兩全其美,不是降低了充電開始的反應速度,不然就是增加了對高壓充電停止後的電流損耗。
第3圖顯示了依據本發明所實施的一種電源控制器12b。在一實施例中,為一積體電路,可以取代第1圖中的電源控制器12。電源控制器12b具有高壓啟動電路18b以及一高壓啟動控制器15。高壓啟動電路18b包含有一JFET JHV、JC、NMOS NCHG、ND與NINV、PMOS PINV、以及二極體D1,彼此的電性連接如同第3圖所示。JFET JHV與該NMOS NCHG透過連接點NS1串聯於高壓接腳HV與操作電源接腳VCC之間。高壓啟動控制器15以操作電源電壓VCC作為操作電源,同時偵測操作電源電壓VCC。跟第2圖不同的,在第3圖中,JFET JHV的閘極,也就是控制端,連接到JFET JC的閘極,以及NMOS NCHG的閘極。
NMOS NINV、JFET JC、以及PMOS PINV一起,可以視為一反向器20,其接收充電停止信號SNCHG,用以控制NMOS NCHG的閘極。JFET JC以及PMOS PINV可以視為一上拉電路22,用以拉高NMOS NCHG的閘極之閘電壓Vg。NMOS NINV可以視為一下拉電路24,用以拉低NMOS NCHG的閘極之閘電壓Vg。
NMOS ND可以視為一二極體,逆向的連接於連接點NS1與NMOS NCHG的閘極之間。NMOS ND的漏電流,可以些許地提供上拉閘電壓Vg的能力。在一些實施例中,NMOS ND可以省略。
在第3圖之實施例中,JFET JHV與JC的臨界電壓VTH-HV與VTH-C大約分別是20V與5V。高壓啟動電路18b中所有的NMOS與PMOS都是高壓元件,最大耐受跨壓為30V。PMOS PINV具有一獨立的N型井,其沒有跟電源控制器12b其他的N型井相電連接。如同第3圖所示,PMOS PINV的N型井,作為基極,短路到PMOS PINV的源極,也就是連接點NS2。
在第3圖中,當高壓啟動控制器15發現操作電源電壓VCC低於一預設的下限電壓VBTM(譬如10V)時,高壓啟動控制器15使充電停止信號SNCHG禁能,其邏輯電壓準位大約為0V,使得NMOS NINV關閉,PMOS PINV開啟。此時,PMOS PINV短路了JFET JC的閘極與源極,所以JFET JC處以開啟狀態。開啟的PMOS PINV與JFET JC使得上拉電路22耦接NMOS NCHG的閘極至連接點NS1,因此NMOS NCHG開啟。下拉電路24呈現一斷路。充電電流ICHG從第1圖中線電壓VLINE開始,流經電阻RS、第3圖中的高壓接腳HV、JFET JHV、NMOS NCHG、二極體D1、以及操作電源接腳VCC,對第1圖中的操作電源電容C1充電,進行高壓充電。因此,操作電源電壓VCC隨著時間漸漸地上升。
在第3圖中,當高壓啟動控制器15發現操作電源電壓VCC超過於一預設的上限電壓VTOP(譬如20V)時,高壓啟動控制器15使充電停止信號SNCHG致能,其邏輯電壓準位大約為5V,使得NMOS NINV開啟,也降低了流經PMOS PINV的電流。閘電壓Vg隨之下降。下降的閘電壓Vg可以關閉NMOS NCHG。因此,充電電流ICHG消失。高壓充電停止。
NMOS NCHG的開關大致決定了充電電流ICHG的存在或是消失,可以視為一充電NMOS電晶體。
當充電停止信號SNCHG致能,高壓充電停止時,高壓啟動電路18b幾乎沒有電流損耗。當高壓充電停止時,連接點NS1的電壓大約會維持在20V,介於JFET JC與PMOS PINV之間的連接點NS2的電壓大約會維持在5V。JFET JC使得連接點NS2的電壓不大於PMOS PINV的閘電壓。JFET JHV、JC與PMOS PINV都關閉,上拉電路22呈現一斷路。NCHG的閘極離耦於連接點NS1。NMOS NINV開啟,下拉電路24將閘電壓Vg拉下到約0V。關閉的JFET JHV就可以證明第3圖中,在高壓充電停止時,高壓啟動電路18b除了被關閉元件本身的漏電流之外,幾乎沒有電流損耗。
第3圖中,當充電停止信號SNCHG由致能轉變成禁能時,NMOS NINV可以快速地關閉,PMOS PINV快速地開啟。隨後JFET JC快速地開啟,使得JFET JHV與NMOS NCHG接著開啟,產生充電電流ICHG,進行高壓充電。因此,只要PMOS PINV與JFET JC在開啟時的驅動電流夠大,充電開始的反應速度就可以非常的快。
從以上分析可知,要增加高壓啟動電路18b充電開始的反應速度,只要提高PMOS PINV與JFET JC在開啟時的驅動電流。而且,高壓啟動電路18b在高壓充電停止後的電流損耗,幾乎就是0,跟充電開始的反應速度無關。因此,高壓啟動電路18b可以同時具有高反應速度與低電流損耗兩種優點,非常適用於現今的高壓啟動電路設計。
第4圖顯示了依據本發明所實施的一種電源控制器12c,其為第3圖中的電源控制器12b修改加上第2圖中的NMOS NCC與電阻RCC。第4圖中,NMOS NCC與電阻RCC一起可以視為一定電流控制電路26,連接於NMOS NCHG與操作電源接腳VCC之間。定電流控制電路26可以限制充電電流ICHG的值,使其大約不大於NMOS NCC的臨界電壓對電阻RCC之電阻值的比值。高壓啟動電路18c一樣也可以有高反應速度與低電流損耗兩種優點。
第5圖顯示了依據本發明所實施的一種電源控制器12d,為一積體電路,其具有高壓啟動電路18d以及一高壓啟動控制器15。高壓啟動電路18d包含有一JFET JHV2、NMOS NCHG、ND與NINV、PMOS PINV、以及二極體D1,彼此的電性連接如同第5圖所示。JFET JHV與該NMOS NCHG透過連接點NS3串聯於高壓接腳HV與操作電源接腳VCC之間。高壓啟動控制器15以操作電源電壓VCC作為操作電源,同時偵測操作電源電壓VCC。第5圖與第3、4圖之間相似或是相同之處,可以透過先前的解說而得知,不再累述。
NMOS NINV以及PMOS PINV一起,可以視為一反向器30,其接收充電停止信號SNCHG,用以控制NMOS NCHG的閘極。PMOS PINV可以視為一上拉電路32,用以拉高NMOS NCHG的閘極之閘電壓Vg。NMOS NINV可以視為一下拉電路34,用以拉低NMOS NCHG的閘極之閘電壓Vg。
在第5圖之實施例中,JFET JHV2為一耐超高壓電晶體,可耐受超過400V的一輸入電壓。JFET JHV2的臨界電壓VTH-HV大約是5V。高壓啟動電路18d中所有的NMOS與PMOS都是高壓元件,最大耐受跨壓為30V。
在第5圖中,當充電停止信號SNCHG禁能時,其邏輯電壓準位大約為0V,NMOS NINV關閉,PMOS PINV開啟。開啟的PMOS PINV使得上拉電路32耦接NMOS NCHG的閘極至連接點NS3,下拉電路24呈現一斷路,因此NMOS NCHG開啟。JFET JHV2的源極連接到自己的閘極,所以JFET JHV2開啟。充電電流ICHG從第1圖中線電壓VLINE開始,流經電阻RS、第5圖中的高壓接腳HV、JFET JHV、NMOS NCHG、二極體D1、以及操作電源接腳VCC,對第1圖中的操作電源電容C1充電,進行高壓充電。因此,操作電源電壓VCC隨著時間漸漸地上升。
當第5圖中的充電停止信號SNCHG致能時,其邏輯電壓準位大約為5V,NMOS NINV開啟,流經PMOS PINV的電流降低。閘電壓Vg隨之下降。下降的閘電壓Vg可以關閉NMOS NCHG。因此,充電電流ICHG消失。高壓充電停止。
當第5圖中的充電停止信號SNCHG致能,高壓充電停止時,高壓啟動電路18b幾乎沒有電流損耗。當高壓充電停止時,連接點NS3的電壓大約會維持在5V,因此,JFET JHV2與PMOS PINV都關閉,NMOS NINV開啟。上拉電路32呈現一斷路,使NMOS NCHG的閘極離耦於連接點NS3。下拉電路34將閘電壓Vg拉下到約0V。關閉的JFET JHV2、NMOS NCHG、PMOS PINV可以證明第3圖中,在高壓充電停止時,高壓啟動電路18d除了被關閉元件本身的漏電流之外,幾乎沒有電流損耗。
要增加高壓啟動電路18d充電開始的反應速度,只要提高PMOS PINV在開啟時的驅動電流。高壓啟動電路18d在高壓充電停止後的電流損耗,幾乎就是0,跟充電開始的反應速度無關。因此,跟高壓啟動電路18a與18b類似的,高壓啟動電路18d可以同時具有高反應速度與低電流損耗兩種優點。
第6圖顯示了依據本發明所實施的一種電源控制器12e,其為第5圖中的電源控制器12d修改加上第2圖中的NMOS NCC與電阻RCC。第6圖中的高壓啟動電路18e一樣也可以有高反應速度與低電流損耗兩種優點。
以上實施例以返馳式電源轉換器作為應用的例子,但本發明並不限於此。本發明也可適用於其他的需要高壓啟動或是高壓充電的應用。舉例來說,本發明也可適用於升壓器、降壓器、LLC諧振電源轉換器等等。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。