专利名称：电荷泵启动电路与方法
技术领域：
本发明涉及一种启动电路，特别是指一种以电荷泵方式来控制启 动晶体管，以达成启动功能的启动电路，以及与该电荷启动电路相关的方法。
技术背景从电压源供应电压至集成电路芯片的电源电路时，经常需要使用 到启动电路。启动电路的目的是提供启始偏压，直到电源电路能够正 常工作为止。之后，理想的话，启动电路应当功成身退，不再耗用任 何电源。其简单示意图如图1所示，由于在电路的启动阶段，电源电路200本身尚无电源，因此必须提供一个启动电路10，以对电容器C 进行充电，直到节点Vbias处的电压到达默认值，能够启动电源电路为 止。当电源电路启动之后，即可自行工作(例如通过别的路径从电压 源100取得电力、并转换成芯片所需的直流低压Vdd，其详细内容为 本技术领域者所熟知，在此不予赘示)。上述启动电路IO，现有技术中对此最简单的作法如图2所示。由 于启动电路10，应该只消粍很少的电流，故最简单的作法是提供一个 大电阻20。电阻20将电压源IOO而来的电压转换成低电流，并对电容 器C进行充电，直到节点Vbias处的电压到达默认值。而节点Vbias 处的电压，举例而言，可供驱动一个在电源电路200内的脉宽调变电 路12,由该脉宽调变电路12来控制电源电路200的工作(其详细内容 亦为本技术领域者所熟知，故在此不予赘示)。在图2所示的现有技术中，由于电压源100所提供的电压经常相 当高，故电阻20必须相当大，才能达成限流的功能。但如此一来，造成电阻20在芯片内所占面积过大、且会产生大量的热。此外，此种设计，并无自动关闭启动电路的机制；耗电与热的问题，不但相当严重， 且在电源电路启动之后，还会持续。因此，此种设计虽然简单，但并 不理想。另一种现有技术的作法揭示于美国专利第5,285,369号中。该案之 电路相当复杂，经简化后其概念大致如图3所示，是利用金氧半场效 晶体管(以下简称MOSFET)中寄生接面晶体管的特性，将MOSFET 84 分解视为包含一个接面场效晶体管(以下简称晶体管)86与一个 MOSFET88。晶体管86为耗乏型晶体管，本身具有限流的功能，且由 于其耗乏型之特性，在栅极接地的电路设计下，将常态维持为导通状 态(normally ON)。该案从晶体管86与MOSFET 88之间的节点取出 电流，使用该电流来启动一个控制电路14，此控制电路14一方面对电 容器C进行充电， 一方面可在节点Vbias处的电压到达默认值时，发 出控制信号，关闭MOSFET 88，以切断由MOSFET 84和控制电路14 所构成的整体启动电路。上述图3所示的现有技术，虽能达成自动关闭启动电路的功能， 且电路所产生的热远较图2电路为低，但详细参酌该案可知，其控制 电路14的结构过于复杂，并不能令人满意。因此，在美国专利第5,477,175号中，揭示另一种电路结构，其设 计即较图3所示电路为简单。如图4所示，在该案中，是直接从耗乏 型晶体管101与MOSFET 102间的节点取出电流，并使用一个电阻器 103来将电流转换成电压，以控制MOSFET 102的栅极，使其导通。当 电源电路200启动后，可通过控制节点113，使开关晶体管109导通， 即可将MOSFET 102的栅极电压拉低，使MOSFET 102关闭。上述图4所示的电路，其复杂度虽较美国专利第5,285,369号现有 技术己有大幅改善，但未臻完全理想。首先，该案在电源电路200启动后，为求关闭MOSFET102，必须使开关晶体管109导通，因此仍会 构成一条自耗乏型晶体管101—电阻器103 —开关晶体管109的粍电路 径。此外，耗乏型晶体管IOI本身具有「本体效应」(body effect),当 其提供电流至电阻器103使MOSFET 102的栅极电压升高时，耗乏型 晶体管101本身的源极电压也会升高，使本体效应劣化，因而减低耗 乏型晶体管101的电流。甚至，耗乏型晶体管101可能会完全关闭。有鉴于此，本发明即针对上述现有技术之不足，提出一种较佳之 启动电路，而得以解决前述耗电和本体效应的困扰。发明内容本发明的第一目的在于提供一种以电荷泵方式来控制启动晶体 管，以达成启动功能的启动电路。本发明的第二目的在于提供一种相关的启动方法。为达上述之目的，在本发明的其中一个实施例中，提供了一种电 荷泵启动电路，包含 一个启动晶体管，其一端与一电压源电连接， 另一端与一电压节点电连接；以及一个电荷泵电路，其输入与该电压 节点电连接，输出与该启动晶体管的栅极电连接。前述实施例中，当电压节点之电压到达一预定电压后，可将启动 晶体管的栅极接地，并使电荷泵电路停止操作。根据本发明的又另一个实施例，也提供了一种启动方法，可自一 电压源提供电压给一电源电路，该启动方法包含提供一个耗乏型晶 体管，电连接在所述电压源与一电压节点之间；使该耗乏型晶体管导 通；以及随着该耗乏型晶体管之源极电压升高，也对应地使其栅极电 压升高，使该耗乏型晶体管的栅极对源极跨压不降低。上述实施例中，当电压节点之电压到达一预定电压后，可将耗乏 型晶体管的栅极接地，并不再根据耗乏型晶体管的源极电压而升高耗 乏型晶体管的栅极电压。
总之，本发明与现有技术相比较，至少有以下优点(l)不使用电 阻，故无散热与大幅耗电的问题；(2)不需要使用复杂的高压元件；(3) 解决了耗乏型晶体管的本体效应问题。因此，本发明较现有技术更为 进步。
以下将通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明之目的、 技术内容、特点及其所达成之功效。
图1为启动电路的概念说明图。
图2为现有技术中，以电阻器来构成启动电路的示意电路图。
图3为示意电路图，说明现有技术启动电路的一例。 图4为示意电路图，说明现有技术启动电路的另一例。 图5为根据本发明一实施例的示意电路图。
图中符号说明
10启动电路
12脉宽调变电路
14控制电路
20电阻器
50启动电路
51耗乏型晶体管
55电荷泵电路
57控制节点
59开关晶体管
84金氧半场效晶体管86接面场效晶体管
88金氧半场效晶体管
100电压源
101接面场效晶体管
102金氧半场效晶体管
103电阻器
109开关晶体管
113控制节点
200电源电路
300启动电路
C 电容器
Vbias节点
Vdd直流电压
具体实施例方式
请参考图5，其中以示意电路图的方式显示本发明的一个实施例。 本实施例中，在电压源100与电源电路200间的启动电路50，包含有 一个启动晶体管51，此启动晶体管为耗乏型晶体管； 一个电荷泵电路 55;和一个开关晶体管59。图标中，耗乏型晶体管51为MOSFET，但 也可以是其它型式的晶体管，例如JEFT。
如图所示，耗乏型晶体管51的栅极由电荷泵电路55的输出所控 制。于电路启始阶段，节点Vbias处的电压为零，电荷泵电路55的输 出也为零，故耗乏型晶体管51导通。当节点Vbias处的电压逐渐上升 时，耗乏型晶体管51的本体效应开始劣化，但由于电荷泵电路55的 作用，使其输出较输入为高，且输出与输入间具有函数关系，因此当 节点Vbias处的电压逐渐上升时，耗乏型晶体管51的栅极电压也相对 上升，使耗乏型晶体管51的栅极对源极跨压也增加，消除了本体效应 所造成的影响。当电容器C上的跨压到达默认值后，电源电路200启动，此时可
通过电源电路200所产生的电流，控制节点57，使开关晶体管59导通， 以将耗乏型晶体管51的栅极电压拉低，而将晶体管51关闭。此时电 荷泵电路55的操作也相应关闭，故启动电路50中不再有任何电流耗 损，可较现有技术更为省电。
至于电荷泵电路55的具体结构，则并非本案重点，可有各种实施 方式，熟悉本技术者当可在本发明的教导下自行思及。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为了使熟悉 本技术者易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明的权利范 围。例如，在所示各电路元件之间，可插入不影响电路主要功能的其 它元件，例如开关等。故凡依本发明之概念与精神所为之均等变化或 修饰，均应包括于本发明的权利要求保护范围内。
权利要求
1.一种电荷泵启动电路，包含一个启动晶体管，其一端与一电压源电连接，另一端与一电压节点电连接；以及一个电荷泵电路，其输入与该电压节点电连接，输出与该启动晶体管的栅极电连接。
2. 如权利要求l所述的电荷泵启动电路，其中该启动晶体管为耗 乏型晶体管。
3. 如权利要求l所述的电荷泵启动电路，其中该启动晶体管的栅 极另经一开关晶体管而电性接地。
4. 如权利要求l所述的具有电荷泵启动电路，其中该电压节点与 一电源电路电连接。
5. 如权利要求l所述的电荷泵启动电路，其中当该电压节点之电 压到达一预定电压后，该电荷泵电路停止操作。
6. —种启动方法，可自一电压源提供电压给一电源电路，该启动 方法包含提供一个耗乏型晶体管，电连接在所述电压源与一电压节点之间； 使该耗乏型晶体管导通；以及随着该耗乏型晶体管之源极电压升高，也对应地使其栅极电压升 高，使该耗乏型晶体管的栅极对源极跨压不降低。
7. 如权利要求6所述的启动方法，其中使该耗乏型晶体管的栅极 对源极跨压不降低的步骤，包括提供一个电荷泵电路，其输入与该 耗乏型晶体管之源极电连接，输出与该耗乏型晶体管的栅极电连接。
8. 如权利要求6所述的启动方法，还包含当该电压节点之电压 到达一预定电压后，将该耗乏型晶体管的栅极电压拉低。
9. 如权利要求8所述的启动方法，其中将该耗乏型晶体管的栅极电压拉低的步骤，包括使该耗乏型晶体管的栅极电性接地。
10. 如权利要求6所述的启动方法，还包含当该电压节点之电 压到达一预定电压后，使该电荷泵电路停止操作。
全文摘要
本发明提出一种电荷泵启动电路，包含一个启动晶体管，其一端与一电压源电连接，另一端与一电压节点电连接；以及一个电荷泵电路，其输入与该电压节点电连接，输出与该启动晶体管的栅极电连接。本发明至少有以下优点(1)不使用电阻，故无散热与大幅耗电的问题；(2)不需要使用复杂的高压元件；(3)解决了耗乏型晶体管的本体效应问题。
文档编号H02M3/04GK101291108SQ20071009665
公开日2008年10月22日 申请日期2007年4月19日 优先权日2007年4月19日
发明者周宏哲, 庄朝炫, 戴良彬, 范振炫 申请人:立锜科技股份有限公司