專利名稱：用于功率芯片的快速啟動電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于功率芯片的快速啟動電源，尤其涉及一種用于交流-直流節能燈功率芯片的快速啟動電源。
背景技術：
在AC-DC節能燈功率芯片中，220V的交流輸入是唯一的電源。經過整流和濾波電 路后，一個高直流電壓(VHV)被用來驅動芯片和節能燈。在芯片內部，所有的邏輯和控制電 路都由低壓的CMOS(互補金屬氧化物半導體)構成。所以芯片中會有一個內部電源(Linear Regulator)將外部輸入的直流高電壓(VHV)轉換成直流低電壓(VREG)，以便用來給邏輯和 控制電路供電。為了使內部電源的回路穩定和減小瞬態電壓波動，一個大的外部電容會連 接在內部電源的輸出端。由于有這個大電容的存在，內部電容的反饋回路得到了很好的補 償，并且瞬態電壓的波動也可以被過濾掉。所以說，內部電源的穩定和負載調控是由外接大 電容來保證的。另一方面，外部大電容的存在會延長芯片在上電時的啟動時間。在上電啟動時，內部電源需要很長的一段時間來對外部大電容進行充電直至到達所設定的電壓值。一般情況下，整個啟動需要花費幾百個微秒。可是有些內部邏輯和控制電路需要在上電時立刻被供 電以便對芯片進行初始化。但是，由于內部電源的慢速啟動特性，不能一上電就立刻進行供電。因此，就需要一個可以快速啟動的電源電路在內部電源完全啟動之前對芯片進行正確的初始化。
發明內容
本發明提供一種用于功率芯片的快速啟動電源，可以在內部電源完全啟動之前對 芯片進行正確的初始化，使芯片內部的邏輯可以得到正確的實現。為了達到上述目的，本發明提供一種用于功率芯片的快速啟動電源，包含電路連 接的偏置電流電路、初始電壓電路、電壓調制電路、電流鏡電路和邏輯控制電路；所述的偏置電流電路通過電路連接所述的初始電壓電路、電壓調制電路和電流鏡 電路，為初始電壓電路、電壓調制電路和電流鏡電路提供電流，該偏置電流電路是由基準電 壓電路生成的PTAT (proportional to absolutetemperature正溫度系數電流)電流來提供偏置電流；所述的初始電壓電路包含若干串聯的柵漏端短接的P溝道金屬氧化物半導體管，該初始電壓電路由偏置電流電路提供電流，并生成初始電壓輸入到電壓調制電路，初始電壓的數值等于內部電路的輸出電壓；所述的電壓調制電路包含電路連接的升壓器件和降壓器件，升壓器件和降壓器件對初始電壓先進行升壓，再進行降壓，得到快速啟動電壓，將此快速啟動電壓輸出到邏輯控制電路；所述的電流鏡電路將偏置電流電路產生的電流提供給邏輯控制電路；
所述的邏輯控制電路分別輸入快速啟動電壓和內部電路的輸出電壓，該邏輯控制電路輸出最終的復合電源；上電復位電路產生的上電復位信號是一個內置信號，用來指明功率芯片的工作區 間，該復位信號輸入邏輯控制電路，在上電啟動時，上電復位信號為低電平，在正常工作時， 上電復位信號為高電平；當輸入的上電復位信號為低電平時，復合電源被短接至快速啟動 電壓，當上電復位信號為高電平時，復合電源被短接至內部電路的輸出電壓。在上電復位信號變高之前，只有少數邏輯和控制電路處于工作狀態以使芯片正確 初始化，因此快速啟動電壓并不需要提供很大的負載電流。當上電復位信號變高后，所有的 邏輯和控制電路都將進入工作狀態，負載需求就會變大。本發明由于在功率芯片中引入了快速啟動電壓，在上電時，功率芯片內部的邏輯 可以得到正確的實現。復合電源在啟動和正常工作狀態下可以自動的在快速啟動電壓和內 部電路的輸出電壓之間切換。有了在上電時可以快速啟動的能力，復合電源可以在上電復 位信號變高之前正確的初始化功率芯片，在上電復位信號變高之后，復合電源又可以給功 率芯片內的邏輯電路和控制電路進行穩定的供電。
圖1是本發明提供的一種用于功率芯片的快速啟動電源的電路圖。
具體實施例方式以下根據圖1，具體說明本發明的較佳實施例如圖1所示，為用于功率芯片的快速啟動電源的電路圖；柵端偏置管MP7和PMOS (P溝道金屬氧化物半導體)管MP8、MP9、MP10組成偏置電 流電路，該柵端偏置管MP7和PMOS管MP8、MP9、MPlO都是由基準電壓電路(Bandgap)生成 的PTAT電流來提供偏置電流，所述的基準電壓電路由直流高電壓VHV直接供電，可以快速 啟動，以便在上電過程中提供PTAT電流；若干串聯的柵漏端短接的PMOS管MPl MPX組成初始電壓電路，該初始電壓電路 由偏置電流電路中的MP8提供電流，并生成初始電壓Vl輸入到電壓調制電路，Vl的數值為 3. 3V或5V，接近內部電路的輸出電壓VREG ；NMOS (N溝道金屬氧化物半導體)管麗1和麗2組成電壓調制電路，升壓器件麗1 將初始電壓Vl提升一個柵源電壓VGS麗1，得到電壓V2，降壓器件麗2又將V2降低一個柵 源電壓VGS麗2，得到快速啟動電壓VPRE，將此快速啟動電壓VPRE輸出到邏輯控制電路；由于麗2的源端是一個低阻抗的點，所以快速啟動電壓VPRE就可以被用來在上電 啟動時對功率芯片進行初始化；快速啟動電壓VPRE的電壓值定義如下VPRE = V1+VGS_MN1-VGS_MN2 ；跟據快速啟動電壓VPRE的負載電流，工藝偏差，溫度漂移等具體情況，通過調整 麗1，麗2的尺寸和麗1的偏置電流12，快速啟動電壓VPRE可以幾乎等于初始電壓VI，并且 接近內部電路的輸出電壓VREG ；MN4,麗5和MP6組成電流鏡電路將偏置電流電路產生的PTAT電流提供給邏輯控制電路；匪OS管MN3，PMOS管MP3，反向器INVl和INV2，開關PMOS管MP4和MP5組成邏輯控制電路，麗3的柵極端輸入上電復位電路提供的上電復位信號POR，MP4的漏極端輸入快 速啟動電壓VPRE，MP5的漏極端輸入內部電路的輸出電壓VREG，MP4和MP5的源級端輸出 最終的復合電源VDD ；當上電復位信號POR為0時，麗3的漏級端電壓V3被抬高到1，反向 器INV2的輸出信號PWR_NRDY為1，反向器INVl的輸出信號PWR_RDY為0，MP4導通而MP5 截止，因此復合電源VDD被短接至快速啟動電壓VPRE，當POR為1時，V3被拉低到0，信號 PWR_NRDY為0，信號PWR_RDY為1，MP5導通，而MP4截止，VDD被短接至VREG。上電復位信號POR是一個內置信號，用來指明功率芯片的工作區間。在上電啟動 時，POR為低電平，在正常工作時，POR為高電平。在POR變高之前，只有少數邏輯和控制電 路處于工作狀態以使芯片正確初始化，因此快速啟動電壓VPRE并不需要提供很大的負載 電流。當POR變高后，所有的邏輯和控制電路都將進入工作狀態，負載需求就會變大。所述的邏輯控制電路由快速啟動電壓VPRE來供電，功率芯片內的其他邏輯電路 和控制電路都由復合電源VDD來供電；由于在功率芯片中引入了快速啟動電壓VPRE，在上電時，功率芯片內部的邏輯可 以得到正確的實現。復合電源VDD在啟動和正常工作狀態下可以自動的在快速啟動電壓 VPRE和內部電路的輸出電壓VREG之間切換。有了在上電時可以快速啟動的能力，復合電 源VDD可以在上電復位信號POR變高之前正確的初始化功率芯片，在上電復位信號POR變 高之后，復合電源VDD又可以給功率芯片內的邏輯電路和控制電路進行穩定的供電。盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
一種用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，包含電路連接的偏置電流電路、初始電壓電路、電壓調制電路、電流鏡電路和邏輯控制電路；所述的偏置電流電路通過電路連接所述的初始電壓電路、電壓調制電路和電流鏡電路，為初始電壓電路、電壓調制電路和電流鏡電路提供電流；所述的初始電壓電路由偏置電流電路提供電流，并生成初始電壓V1輸入到電壓調制電路；所述的電壓調制電路包含電路連接的升壓器件和降壓器件，升壓器件和降壓器件對初始電壓V1先進行升壓，再進行降壓，得到快速啟動電壓VPRE，將此快速啟動電壓VPRE輸出到邏輯控制電路；所述的電流鏡電路將偏置電流電路產生的電流提供給邏輯控制電路；所述的邏輯控制電路分別輸入快速啟動電壓VPRE和內部電路的輸出電壓VREG，該邏輯控制電路輸出最終的復合電源VDD；上電復位電路產生的上電復位信號POR是一個內置信號，用來指明功率芯片的工作區間，該復位信號POR輸入邏輯控制電路，在上電啟動時，上電復位信號POR為低電平，在正常工作時，上電復位信號POR為高電平；當輸入的上電復位信號POR為低電平時，復合電源VDD被短接至快速啟動電壓VPRE，當上電復位信號POR為高電平時，復合電源VDD被短接至內部電路的輸出電壓VREG。
2.如權利要求1所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的偏置電流 電路是由基準電壓電路生成的正溫度系數電流來提供偏置電流。
3.如權利要求2所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的基準電壓 電路由直流高電壓VHV直接供電，可以快速啟動，以便在上電過程中提供PTAT電流。
4.如權利要求1所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的初始電壓 電路包含若干串聯的柵漏端短接的P溝道金屬氧化物半導體管MPl MPX。
5.如權利要求4所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的初始電壓 Vl的數值等于內部電路的輸出電壓VREG。
6.如權利要求1所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的升壓器 件采用N溝道金屬氧化物半導體管MN1，所述的降壓器件采用N溝道金屬氧化物半導體管 MN2 ；升壓器件麗1將初始電壓Vl提升一個柵源電壓VGS麗1，得到電壓V2，降壓器件麗2 又將V2降低一個柵源電壓VGS MN2，得到快速啟動電壓VPRE，將此快速啟動電壓VPRE輸出 到邏輯控制電路。
7.如權利要求6所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的快速啟動 電壓VPRE的電壓值定義如下VPRE = Vl+VGS MNl-VGS MN2。
8.如權利要求7所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的快速啟動 電壓VPRE等于初始電壓Vl。
9.如權利要求1所述的用于功率芯片的快速啟動電源，其特征在于，所述的邏輯控制 電路包含電路連接的N溝道金屬氧化物半導體管MN3，P溝道金屬氧化物半導體管MP3，反 向器INVl和INV2，開關P溝道金屬氧化物半導體管MP4和MP5 ；MN3的柵極端輸入上電復位電路提供的上電復位信號P0R，MP4的漏極端輸入快速啟動 電壓VPRE，MP5的漏極端輸入內部電路的輸出電壓VREG，MP4和MP5的源級端輸出最終的 復合電源VDD ；當上電復位信號POR為0時，麗3的漏級端電壓V3被抬高到1，反向器INV2的輸出信號PWR NRDY為1，反向器INVl的輸出信號PWR RDY為0，MP4導通而MP5截止，因 此復合電源VDD被短接至快速啟動電壓VPRE，當POR為1時，V3被拉低到0，信號PWR NRDY 為0，信號PWR RDY為1，MP5導通，而MP4截止，復合電源VDD被短接至VREG。
全文摘要
一種用于功率芯片的快速啟動電源，包含電路連接的偏置電流電路、初始電壓電路、電壓調制電路、電流鏡電路和邏輯控制電路。本發明由于在功率芯片中引入了快速啟動電壓，在上電時，功率芯片內部的邏輯可以得到正確的實現。復合電源在啟動和正常工作狀態下可以自動的在快速啟動電壓和內部電路的輸出電壓之間切換。有了在上電時可以快速啟動的能力，復合電源可以在上電復位信號變高之前正確的初始化功率芯片，在上電復位信號變高之后，復合電源又可以給功率芯片內的邏輯電路和控制電路進行穩定的供電。
文檔編號H05B41/282GK101801150SQ20091024747
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者徐滔, 惠國瑜, 李應天, 職春星, 胡永華 申請人:燦芯半導體(上海)有限公司