用于使用旁路電容器實現壓擺率控制的方法和裝置制造方法
【專利摘要】公開了用于使用旁路電容器實現壓擺率控制的電路。一個示例性電路包括：電容電路，其耦合在第一節點和第二節點之間；調節器電路，其耦合到電容電路以在電路的正常運行模式期間用充電電流調節電容電路兩端的供應電壓；壓擺率控制電路，其耦合到電容電路和調節器電路，壓擺率控制電路被耦合以在電路的加電模式期間降低隨著時間變化第一和第二節點之間的電壓變化的壓擺率，其中壓擺率控制電路包括晶體管，該晶體管被耦合在第一和第二節點之間以將未被用來為電容電路充電的過剩電流從充電電流分流，其中壓擺率控制電路還包括耦合到電容電路的電阻器，其中該電阻器兩端的壓降被限制到晶體管的基極-發射極壓降以降低該壓擺率。
【專利說明】用于使用旁路電容器實現壓擺率控制的方法和裝置
[0001]本申請是申請日為2010年10月8日、名稱為“用于使用旁路電容器實現壓擺率控制的方法和裝置”的第201010503449.1號發明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明總體涉及這樣的電路:在該電路中，電容性元件被充電。更具體地，本發明涉及在加電狀態(power-up condition)期間電容性電路的充電。
【背景技術】
[0003]電力系統可以用于多種目的和應用。電力轉換器(power converter)通常是率禹合到電能源的電路，該電能源將電壓施加至該電力轉換器的輸入端之間。電路常常要求這樣的初始化時段，在該初始化時段中，在將輸入電壓初始地施加到輸入端之間后，電力源(power source)(例如，電容器)能夠使該電路加電。對電路設計者的一個挑戰是，在各種各樣的輸入電壓狀況下以相同的方式逐漸地驅動該電力源一有時是供電電容器(supplycapacitor)。例如在沒有能力控制供電電容器——其在加電時向電路的其余部分供應電力一的充電的情況下，一些電路可能會經受紊亂情況(race condition)或其它類似類型的問題，其時電路元件可能會出現未知的或不想要的結果。另外，如果瞬時輸入電壓太高，可能會出現過沖狀況(overshoot condition),在此情況下，由于該供電電容器的快速充電和該電路的緩慢響應時間，該供電電容器被過充電。這可導致其它電路元件被暴露于可能超出其額定電壓的高壓下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004]參照下列附圖描述本發明的非限制性的、非窮舉性的實施方案，在附圖中，所有各個視圖中的相同參考符號指代相同部件，除非另有說明。
[0005]圖1是一般地示出了這樣的示例性電路的框圖:在該電路中，加電期間被充電的電容電路兩端的電壓的壓擺率(slew rate)根據本發明的教導進行設置。
[0006]圖2是一般地示出了這樣的示例性電路的示意圖:在該電路中，加電期間被充電的電容電路兩端的電壓的壓擺率根據本發明的教導使用該電容的一部分進行設置。
[0007]圖3示出了與圖2的示例性電路相關聯的波形，在該電路中，加電期間被充電的電容上的電壓的壓擺率根據本發明的教導使用該電容的一部分進行控制。
【具體實施方式】
[0008]描述了用于實現對電容器元件的壓擺率控制的方法和裝置。在下面的描述中，闡釋了眾多具體細節，以提供對本發明的徹底理解。然而，對于本領域普通技術人員將明顯的是，實施本發明并不必須采用這些具體細節。在其他情況下，未詳細描述眾所周知的材料或方法，以避免模糊本發明。
[0009]在該說明書全文中提到“一個實施方案”、“一實施方案”、“一個實施例”或“一實施例”意味著關于該實施方案或實施例描述的特定特征、結構或特性被包括在本發明的至少一個實施方案中。因而，在該說明書全文中不同位置出現的用語“在一個實施方案中”、“在一實施方案中”、“一個實施例”或“一實施例”未必全都指同一實施方案或實施例。此外，該特定特征、結構或特性可以在一個或多個實施方案或實施例中以任何合適的組合和/或子組合進行組合。特定特征、結構或特性可以被包括在提供所述功能性的集成電路、電子電路、組合邏輯電路或其他合適部件中。另外，應意識到，隨此提供的附圖是出于向本領域普通技術人員進行解釋的目的，且附圖未必按比例繪制。
[0010]如將討論的，根據本發明的教導的示例性壓擺率控制電路在高阻抗集成電路中使用集成供電電容器的電容的一部分設置加電模式期間該供電電容器兩端的電壓的壓擺率。對該壓擺率的控制允許該高阻抗集成電路的所有內部節點以受控方式加電，這有助于避免紊亂情況。
[0011]在一個實施例中，根據本發明的教導的壓擺率控制電路可以用作這樣的集成電路的一部分:該集成電路直接連接到例如85Vac到265Vac的交流線電壓，并在交流電力被施加時將立即被暴露于高壓下。在一個實施例中，該壓擺率控制電路可以慮及直流電壓，在開啟(turn on)之時該直流電壓可能存在于該交流線上，因此當開始加電時在給定時刻的該直流電壓可以為O至375伏特之間的任何值。
[0012]進行說明，圖1是一般地示出示例性集成電路100的框圖，在集成電路100中，根據本發明的教導，被充電的電容電路兩端的電壓的壓擺率通過控制電容電路105的電容的一部分上的電壓的變化率來設置。如在所描繪的實施例中所示，集成電路100包括調節器電路103，該調節器電路被耦合以在電路100的正常運行模式期間調節電容電路105兩端的供應電壓(supply voltage)VsumY。在該實施例中，調節器電路103被稱合以接收輸入電壓Vin，該輸入電壓在一個實施例中是經整流的直流線電壓。在運行期間，調節器電路103被耦合以為電容電路105的第一節點A和第二節點B之間的電容Csupra充電。如所示的，壓擺率控制電路107也被耦合到調節器電路103和電容電路105。在運行期間，壓擺率控制電路107被耦合以在電路100的加電模式期間設置電容電路105的第一和第二節點之間的供應電壓VsumY的壓擺率(隨著時間變化而發生的電壓變化)。在加電模式中，壓擺率控制電路107從電容電路105接收壓擺率控制電流Is。。具體而言，壓擺率控制電路107限制壓擺率控制電流1%，以控制電容電路105兩端的壓擺率。
[0013]如將在下面更詳細討論的，壓擺率控制電路107的一個實施例僅在電路100的加電模式期間設置第一節點A和第二節點B之間的電容電路105兩端的供應電壓Vsupra的壓擺率。該壓擺率是電容電路105兩端的電壓的變化率。根據本發明的教導，通過壓擺率控制電路107設置壓擺率，有助于確保集成電路100上的電路的其余部分將無任何紊亂情況地以受控方式啟動。在加電模式完成之后，調節器電路103僅在電路100的正常運行模式期間調節該供應電壓VsumY。如在所描繪的實施例中所示，加電信號TOlll被耦合以由壓擺率控制電路107接收，以指示電路100的加電模式。
[0014]在一個實施例中，在正常運行模式期間由調節器電路103調節的供應電壓Vsuppw被耦合以為包括在集成電路100中的其他電路供電。如圖1所示，集成電路100中的其他電路可以包括例如控制器電路109，該控制器電路被耦合到供應電壓Vsuppw以接收運行電力。應意識到，為解釋的目的而在圖1中示出了控制器電路109，根據本發明的教導，在正常運行模式期間由Vsupra供電的其他類型的電路可以被包括在集成電路100中。
[0015]圖2是一般地示出示例性電路200的示意圖，在該電路中，根據本發明的教導，被充電的電容電路205兩端的電壓VSUPPly的壓擺率在加電模式期間使用電容電路205中的電容的一部分進行控制。在一個實施例中，調節器203、電容電路205和壓擺率控制器207均分別是圖1的根據本發明的教導的集成電路100的調節器103、電容電路105和壓擺率控制器107的示例性實現。如在所描繪的實施例中所示，電路200包括調節器電路203，該調節器電路被耦合以在正常運行期間調節電容電路205兩端的供應電壓VsumY。在運行期間，調節器電路203被耦合，以用供應電流Is為第一節點213和第二節點236之間的電容電路205充電。如所示，壓擺率控制電路207被耦合到調節器電路203和電容電路205。
[0016]在一個實施例中，集成電路200可以被包括在低功率集成電路中，且壓擺率控制電路207用來控制供應電壓——在所示出的實施例中是Vsuppw——的壓擺率(dv/dt)，直到該供應電壓達到調節閾值VKEF。在運行期間，壓擺率控制電路207被耦合以在電路200的加電模式期間設置第一和第二節點213和236之間的供應電壓Vsupra的壓擺率。
[0017]如圖2所不，電容電路205包括第一電氣兀件,該第一電氣兀件稱合到第二電氣兀件。在所描繪的實施例中，該第一和第二電氣兀件被不為電容器Cf稱合到電容器Cs。。電容器Cf具有第一電容，電容器Cse具有第二電容。在一個實施例中，在加電模式期間電容電路205的電容等于電容器Cf的電容。然而，在正常運行模式期間電容電路205的電容等于電容器Cf的電容和電容器Csc的電容之和。因而，在正常運行模式期間電容電路205的總體電容大于電容電路205在加電模式期間的總體電容。
[0018]在一個實施例中，電容器CjPCsc都被集成在含有電路200的集成電路的硅上，且被選擇以縮減電容電路205的面積而同時在正常運行模式期間維持供應電壓Vsupra的低脈動(ripple)(例如，峰-峰，0.5伏特)。在一個實施例中，電容電路205的總體電容是約200pF，其中電容器Cf是125pF，電容器Cse是75pF。在一個實施例中，含有電路200的整個集成電路的電流消耗在15uA到20uA的范圍內。
[0019]如在所描繪的實施例中所示，壓擺率控制電路207包括被耦合到電容電路205的開關T3和電阻器Rsc。當供應電壓Vsuppw小于調節電壓時，開關T3在加電模式期間由壓擺率控制電路207關斷；當供應電壓超過調節電壓時，開關T3由壓擺率控制電路207接通。根據本發明的教導，在運行中，開關T3在正常運行模式期間持續保持接通。結果，壓擺率控制電路207被耦合，以在加電模式期間利用來自電容電路205的電容的一部分。具體而言，由于開關T3被關斷，利用或借用的來自容電路205的這部分電容是電容器Cs。的電容。如
所示，當開關T3關斷時-意味著T3不能傳導電流，電容器Cse的第一節點-其實質上
通過開關T3耦合到節點236—現在實質上通過電阻器Rs。耦合到節點236。然而，壓擺率控制電路207在正常運行模式期間停止利用來自電容電路205的這部分電容。具體而言，響應于第一和第二節點213和236之間的電容電路205兩端的供應電壓Vsupra達到調節閾電壓，壓擺率控制電路207停止利用或借用來自電容電路205的電容器Cs。。在一個實施例中，該調節閾電壓是約5.6伏特的預定電壓。因而，在一個實施例中，根據本發明的教導，壓擺率控制電路207根據供應電壓Vsupra切換開關T3。
[0020]如圖2所示，壓擺率控制電路207還包括鎖存器(latch)237，該鎖存器被耦合以接收加電信號TO211。在一個實施例中，鎖存器237是置位-復位(set-reset) SR鎖存器，且鎖存器237通過反相器(inverter) 241響應于I3U信號而被置位，如所示。在該實施例中，在供應電壓Vsupra在加電時攀升(ramp-up)期間，信號將通過反相器241開始“低”置位鎖存器237，這迫使開關T3保持關斷。當開關T3關斷時，電容器Cse被壓擺率控制電路207利用，并且實際上被從電容電路205借用。
[0021]如在所描繪的實施例中所示，當開關T3關斷時，電容器(；。和電阻器Rs。串聯，使得供應電流Is的一部分一其為壓擺率控制電流Isc—流過電容器Csc和電阻器Rsc。在一個實施例中，電阻器Rs。具有約750千歐的電阻，電容器Cse具有約75pF的電容。如在所描繪的實施例中所示，雙極型晶體管Ql和Q2的基極端被耦合到電阻器Rsc。因而，在電阻器Rsc和雙極型晶體管Ql和Q2傳導電流時，電阻器Rsc兩端的壓降被限制到雙極型晶體管Ql和Q2的Vbe基極-發射極壓降，該Vbe基極-發射極壓降等于二極管壓降或約0.7伏特。因而，通過選擇電阻器Rsc的電阻，通過電阻器Rsc的電流根據歐姆法則來設置，該電流在該實施例中是約0.7伏特除以電阻器Rsc的電阻。根據本發明的教導，通過設置通過電阻器Rsc和電容器Csc的壓擺率控制電流Isc，設置在加電模式期間為電容電路205充電的壓擺率。
[0022]由于節點255處的電壓由雙極結型晶體管(BJT) Q2的基極-發射極壓降設置，所以充電電流Isc可以通過設置電阻器Rsc的值來設置。由于電容器Csc受以下方程式控制:
[0023]
【權利要求】
1.一種電路,包括: 電容電路，其耦合在第一節點和第二節點之間； 調節器電路，其耦合到該電容電路以在該電路的正常運行模式期間用充電電流調節該電容電路兩端的供應電壓； 壓擺率控制電路，其耦合到該電容電路和該調節器電路，該壓擺率控制電路被耦合以在該電路的加電模式期間降低隨著時間變化該第一和第二節點之間的電壓變化的壓擺率，其中該壓擺率控制電路包括晶體管，該晶體管被耦合在該第一和第二節點之間以將未被用來為該電容電路充電的過剩電流從該充電電流分流，其中該壓擺率控制電路還包括耦合到該電容電路的電阻器，其中該電阻器兩端的壓降被限制到該晶體管的基極-發射極壓降以降低該壓擺率。
2.如權利要求1所述的電路，其中該壓擺率控制電路還包括耦合到該電容電路的電阻器，其中該電阻器兩端的壓降被限制，并且通過該壓降、該電阻器和該電容電路的電容的一部分，該壓擺率被降低。
3.如權利要求1所述的電路，其中該電容電路包括具有第一電容的第一電氣元件，該第一電氣元件耦合到具有第二電容的第二電氣元件，其中在正常運行模式期間該電容電路的電容等于該第一電容和該第二電容之和。
4.如權利要求3所述的電路，其中該第一電氣元件包括具有第一電容的第一電容器，并且其中該第二電氣元件包括具有第二電容的第二電容器。
5.如權利要求1所述的電路，其中該調節器電路被耦合以僅在該正常運行模式期間調節該供應電壓。
6.如權利要求1所述的電路，其中該壓擺率控制電路被耦合以僅在該加電模式期間降低隨著時間變化該第一和第二節點之間的電壓變化的壓擺率。
7.如權利要求6所述的電路，其中在該正常運行模式期間該電容電路的電容大于在該加電模式期間該電容電路的電容。
8.如權利要求1所述的電路，其中該壓擺率控制電路包括耦合到該電容電路的開關，其中該壓擺率控制電路被耦合以根據該第一和第二節點之間的電壓來控制該開關。
9.如權利要求1所述的電路，其中該壓擺率控制電路包括鎖存器，該鎖存器被耦合以在該電路從加電模式變化到正常運行模式時切換開關。
10.如權利要求1所述的電路，其中該壓擺率控制電路被耦合以在該加電模式期間利用來自該電容電路的電容的一部分。
11.如權利要求10所述的電路，其中響應于該第一和第二節點之間的電壓達到調節閾電壓，該壓擺率控制電路停止利用來自該電容電路的這部分電容。
12.如權利要求1所述的電路，其中加電信號被耦合以由該壓擺率控制電路接收。
13.如權利要求12所述的電路，其中該壓擺率控制電路還包括: 電流比較器，其被耦合以檢測來自該調節器電路的該充電電流，以探測何時該加電模式完成；以及 鎖存器，其被耦 合以響應于該電流比較器而復位，以響應于該加電模式完成而將該開關接通。
14.如權利要求1所述的電路，其中該調節器電路包括電流源，該電流源被耦合以在該第一和第二節點之間的電壓小于調節閾值時提供該充電電流。
15.如權利要求14所述的電路，其中該調節器還包括比較器，該比較器被耦合以檢測何時該第一和第二節點之間的電壓小于該調節閾值，其中該比較器被耦合以在該第一和第二節點之間的電壓小于該調節閾值時致使該電流源用該充電電流為該電容電路充電。
16.如權利要求1所述的電路，其中該壓擺率控制電路的該晶體管被耦合以將未被用來為該電容電路充電的過剩電流從該充電電流分流至該第二節點。
17.—種電路,包括: 調節器電路，其在該電路的正常運行模式期間調節供應電壓； 電容電路，其耦合到該調節器電路，該調節器電路被耦合以用充電電流為該電容電路的第一節點和第二節點之間的電容充電， 其中該電容電路包括具有第一電容的第一電氣元件，該第一電氣元件耦合到具有第二電容的第二電氣元件；以及 壓擺率控制電路，其耦合到該調節器電路和該電容電路，該壓擺率控制電路在該電路的加電模式期間設置該第一和第二節點之間的電壓的壓擺率， 其中在該正常運行模式期間該第一和第二電氣元件都被用作旁路電容器以提供該供應電壓，并且其中在該加電模式期間該第一電氣元件被用作旁路電容器以提供該供應電壓，該第二電氣元件用于控制該電源的壓擺率。
18.如權利要求17所述的電路，其中在該加電模式期間該電容電路的旁路電容等于該第一電容，并且其中在該正常運行模式期間該電容電路的電容等于該第一電容和該第二電容之和。
19.如權利要求17所述的電路，其中該第一電氣元件包括具有第一電容的第一電容器，并且該第二電氣兀件包括具有第二電容的第二電容器。
20.如權利要求17所述的電路，其中該壓擺率控制電路包括耦合到該電容電路的開關和電阻器，其中該壓擺率控制電路被耦合以根據該第一和第二節點之間的電壓來切換該開關。
21.如權利要求17所述的電路，其中在該加電模式期間該第二電氣元件被耦合到該壓擺率控制電路。
22.—種電路,包括: 調節器電路，其在該電路的正常運行模式期間調節電容電路兩端的供應電壓； 該電容電路，其耦合在第一節點和第二節點之間并耦合到該調節器電路，該調節器電路被耦合以用充電電流為該電容電路的電容充電；以及， 壓擺率控制電路，其耦合到該調節器電路和該電容電路，該壓擺率控制電路在該電路的加電模式期間設置該第一和第二節點之間的電壓的壓擺率，其中該壓擺率控制電路包括晶體管，該晶體管被耦合在該第一和第二節點之間以將未被用來為該電容充電的過剩電流從該充電電流分流至該第二節點，其中該壓擺率控制電路還包括耦合到該電容電路的開關和電阻器，其中該壓擺率控制電路被耦合以根據該第一和第二節點之間的電壓來切換該開關，其中該電阻器兩端的壓降被限制到該晶體管的基極-發射極壓降以設置該壓擺率。
【文檔編號】H02M3/07GK103795240SQ201410057521
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2010年10月8日 優先權日:2009年10月2日
【發明者】D·龔, L·隆德 申請人:電力集成公司