用于使用旁路电容器实现压摆率控制的方法和装置制造方法
【专利摘要】公开了用于使用旁路电容器实现压摆率控制的电路。一个示例性电路包括：电容电路，其耦合在第一节点和第二节点之间；调节器电路，其耦合到电容电路以在电路的正常运行模式期间用充电电流调节电容电路两端的供应电压；压摆率控制电路，其耦合到电容电路和调节器电路，压摆率控制电路被耦合以在电路的加电模式期间降低随着时间变化第一和第二节点之间的电压变化的压摆率，其中压摆率控制电路包括晶体管，该晶体管被耦合在第一和第二节点之间以将未被用来为电容电路充电的过剩电流从充电电流分流，其中压摆率控制电路还包括耦合到电容电路的电阻器，其中该电阻器两端的压降被限制到晶体管的基极-发射极压降以降低该压摆率。
【专利说明】用于使用旁路电容器实现压摆率控制的方法和装置
[0001]本申请是申请日为2010年10月8日、名称为“用于使用旁路电容器实现压摆率控制的方法和装置”的第201010503449.1号发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明总体涉及这样的电路:在该电路中，电容性元件被充电。更具体地，本发明涉及在加电状态(power-up condition)期间电容性电路的充电。
【背景技术】
[0003]电力系统可以用于多种目的和应用。电力转换器(power converter)通常是率禹合到电能源的电路，该电能源将电压施加至该电力转换器的输入端之间。电路常常要求这样的初始化时段，在该初始化时段中，在将输入电压初始地施加到输入端之间后，电力源(power source)(例如，电容器)能够使该电路加电。对电路设计者的一个挑战是，在各种各样的输入电压状况下以相同的方式逐渐地驱动该电力源一有时是供电电容器(supplycapacitor)。例如在没有能力控制供电电容器——其在加电时向电路的其余部分供应电力一的充电的情况下，一些电路可能会经受紊乱情况(race condition)或其它类似类型的问题，其时电路元件可能会出现未知的或不想要的结果。另外，如果瞬时输入电压太高，可能会出现过冲状况(overshoot condition),在此情况下，由于该供电电容器的快速充电和该电路的缓慢响应时间，该供电电容器被过充电。这可导致其它电路元件被暴露于可能超出其额定电压的高压下。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]参照下列附图描述本发明的非限制性的、非穷举性的实施方案，在附图中，所有各个视图中的相同参考符号指代相同部件，除非另有说明。
[0005]图1是一般地示出了这样的示例性电路的框图:在该电路中，加电期间被充电的电容电路两端的电压的压摆率(slew rate)根据本发明的教导进行设置。
[0006]图2是一般地示出了这样的示例性电路的示意图:在该电路中，加电期间被充电的电容电路两端的电压的压摆率根据本发明的教导使用该电容的一部分进行设置。
[0007]图3示出了与图2的示例性电路相关联的波形，在该电路中，加电期间被充电的电容上的电压的压摆率根据本发明的教导使用该电容的一部分进行控制。
【具体实施方式】
[0008]描述了用于实现对电容器元件的压摆率控制的方法和装置。在下面的描述中，阐释了众多具体细节，以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，实施本发明并不必须采用这些具体细节。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本发明。
[0009]在该说明书全文中提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意味着关于该实施方案或实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因而，在该说明书全文中不同位置出现的用语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指同一实施方案或实施例。此外，该特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。特定特征、结构或特性可以被包括在提供所述功能性的集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他合适部件中。另外，应意识到，随此提供的附图是出于向本领域普通技术人员进行解释的目的，且附图未必按比例绘制。
[0010]如将讨论的，根据本发明的教导的示例性压摆率控制电路在高阻抗集成电路中使用集成供电电容器的电容的一部分设置加电模式期间该供电电容器两端的电压的压摆率。对该压摆率的控制允许该高阻抗集成电路的所有内部节点以受控方式加电，这有助于避免紊乱情况。
[0011]在一个实施例中，根据本发明的教导的压摆率控制电路可以用作这样的集成电路的一部分:该集成电路直接连接到例如85Vac到265Vac的交流线电压，并在交流电力被施加时将立即被暴露于高压下。在一个实施例中，该压摆率控制电路可以虑及直流电压，在开启(turn on)之时该直流电压可能存在于该交流线上，因此当开始加电时在给定时刻的该直流电压可以为O至375伏特之间的任何值。
[0012]进行说明，图1是一般地示出示例性集成电路100的框图，在集成电路100中，根据本发明的教导，被充电的电容电路两端的电压的压摆率通过控制电容电路105的电容的一部分上的电压的变化率来设置。如在所描绘的实施例中所示，集成电路100包括调节器电路103，该调节器电路被耦合以在电路100的正常运行模式期间调节电容电路105两端的供应电压(supply voltage)VsumY。在该实施例中，调节器电路103被稱合以接收输入电压Vin，该输入电压在一个实施例中是经整流的直流线电压。在运行期间，调节器电路103被耦合以为电容电路105的第一节点A和第二节点B之间的电容Csupra充电。如所示的，压摆率控制电路107也被耦合到调节器电路103和电容电路105。在运行期间，压摆率控制电路107被耦合以在电路100的加电模式期间设置电容电路105的第一和第二节点之间的供应电压VsumY的压摆率(随着时间变化而发生的电压变化)。在加电模式中，压摆率控制电路107从电容电路105接收压摆率控制电流Is。。具体而言，压摆率控制电路107限制压摆率控制电流1%，以控制电容电路105两端的压摆率。
[0013]如将在下面更详细讨论的，压摆率控制电路107的一个实施例仅在电路100的加电模式期间设置第一节点A和第二节点B之间的电容电路105两端的供应电压Vsupra的压摆率。该压摆率是电容电路105两端的电压的变化率。根据本发明的教导，通过压摆率控制电路107设置压摆率，有助于确保集成电路100上的电路的其余部分将无任何紊乱情况地以受控方式启动。在加电模式完成之后，调节器电路103仅在电路100的正常运行模式期间调节该供应电压VsumY。如在所描绘的实施例中所示，加电信号TOlll被耦合以由压摆率控制电路107接收，以指示电路100的加电模式。
[0014]在一个实施例中，在正常运行模式期间由调节器电路103调节的供应电压Vsuppw被耦合以为包括在集成电路100中的其他电路供电。如图1所示，集成电路100中的其他电路可以包括例如控制器电路109，该控制器电路被耦合到供应电压Vsuppw以接收运行电力。应意识到，为解释的目的而在图1中示出了控制器电路109，根据本发明的教导，在正常运行模式期间由Vsupra供电的其他类型的电路可以被包括在集成电路100中。
[0015]图2是一般地示出示例性电路200的示意图，在该电路中，根据本发明的教导，被充电的电容电路205两端的电压VSUPPly的压摆率在加电模式期间使用电容电路205中的电容的一部分进行控制。在一个实施例中，调节器203、电容电路205和压摆率控制器207均分别是图1的根据本发明的教导的集成电路100的调节器103、电容电路105和压摆率控制器107的示例性实现。如在所描绘的实施例中所示，电路200包括调节器电路203，该调节器电路被耦合以在正常运行期间调节电容电路205两端的供应电压VsumY。在运行期间，调节器电路203被耦合，以用供应电流Is为第一节点213和第二节点236之间的电容电路205充电。如所示，压摆率控制电路207被耦合到调节器电路203和电容电路205。
[0016]在一个实施例中，集成电路200可以被包括在低功率集成电路中，且压摆率控制电路207用来控制供应电压——在所示出的实施例中是Vsuppw——的压摆率(dv/dt)，直到该供应电压达到调节阈值VKEF。在运行期间，压摆率控制电路207被耦合以在电路200的加电模式期间设置第一和第二节点213和236之间的供应电压Vsupra的压摆率。
[0017]如图2所不，电容电路205包括第一电气兀件,该第一电气兀件稱合到第二电气兀件。在所描绘的实施例中，该第一和第二电气兀件被不为电容器Cf稱合到电容器Cs。。电容器Cf具有第一电容，电容器Cse具有第二电容。在一个实施例中，在加电模式期间电容电路205的电容等于电容器Cf的电容。然而，在正常运行模式期间电容电路205的电容等于电容器Cf的电容和电容器Csc的电容之和。因而，在正常运行模式期间电容电路205的总体电容大于电容电路205在加电模式期间的总体电容。
[0018]在一个实施例中，电容器CjPCsc都被集成在含有电路200的集成电路的硅上，且被选择以缩减电容电路205的面积而同时在正常运行模式期间维持供应电压Vsupra的低脉动(ripple)(例如，峰-峰，0.5伏特)。在一个实施例中，电容电路205的总体电容是约200pF，其中电容器Cf是125pF，电容器Cse是75pF。在一个实施例中，含有电路200的整个集成电路的电流消耗在15uA到20uA的范围内。
[0019]如在所描绘的实施例中所示，压摆率控制电路207包括被耦合到电容电路205的开关T3和电阻器Rsc。当供应电压Vsuppw小于调节电压时，开关T3在加电模式期间由压摆率控制电路207关断；当供应电压超过调节电压时，开关T3由压摆率控制电路207接通。根据本发明的教导，在运行中，开关T3在正常运行模式期间持续保持接通。结果，压摆率控制电路207被耦合，以在加电模式期间利用来自电容电路205的电容的一部分。具体而言，由于开关T3被关断，利用或借用的来自容电路205的这部分电容是电容器Cs。的电容。如
所示，当开关T3关断时-意味着T3不能传导电流，电容器Cse的第一节点-其实质上
通过开关T3耦合到节点236—现在实质上通过电阻器Rs。耦合到节点236。然而，压摆率控制电路207在正常运行模式期间停止利用来自电容电路205的这部分电容。具体而言，响应于第一和第二节点213和236之间的电容电路205两端的供应电压Vsupra达到调节阈电压，压摆率控制电路207停止利用或借用来自电容电路205的电容器Cs。。在一个实施例中，该调节阈电压是约5.6伏特的预定电压。因而，在一个实施例中，根据本发明的教导，压摆率控制电路207根据供应电压Vsupra切换开关T3。
[0020]如图2所示，压摆率控制电路207还包括锁存器(latch)237，该锁存器被耦合以接收加电信号TO211。在一个实施例中，锁存器237是置位-复位(set-reset) SR锁存器，且锁存器237通过反相器(inverter) 241响应于I3U信号而被置位，如所示。在该实施例中，在供应电压Vsupra在加电时攀升(ramp-up)期间，信号将通过反相器241开始“低”置位锁存器237，这迫使开关T3保持关断。当开关T3关断时，电容器Cse被压摆率控制电路207利用，并且实际上被从电容电路205借用。
[0021]如在所描绘的实施例中所示，当开关T3关断时，电容器(；。和电阻器Rs。串联，使得供应电流Is的一部分一其为压摆率控制电流Isc—流过电容器Csc和电阻器Rsc。在一个实施例中，电阻器Rs。具有约750千欧的电阻，电容器Cse具有约75pF的电容。如在所描绘的实施例中所示，双极型晶体管Ql和Q2的基极端被耦合到电阻器Rsc。因而，在电阻器Rsc和双极型晶体管Ql和Q2传导电流时，电阻器Rsc两端的压降被限制到双极型晶体管Ql和Q2的Vbe基极-发射极压降，该Vbe基极-发射极压降等于二极管压降或约0.7伏特。因而，通过选择电阻器Rsc的电阻，通过电阻器Rsc的电流根据欧姆法则来设置，该电流在该实施例中是约0.7伏特除以电阻器Rsc的电阻。根据本发明的教导，通过设置通过电阻器Rsc和电容器Csc的压摆率控制电流Isc，设置在加电模式期间为电容电路205充电的压摆率。
[0022]由于节点255处的电压由双极结型晶体管(BJT) Q2的基极-发射极压降设置，所以充电电流Isc可以通过设置电阻器Rsc的值来设置。由于电容器Csc受以下方程式控制:
[0023]
【权利要求】
1.一种电路,包括: 电容电路，其耦合在第一节点和第二节点之间； 调节器电路，其耦合到该电容电路以在该电路的正常运行模式期间用充电电流调节该电容电路两端的供应电压； 压摆率控制电路，其耦合到该电容电路和该调节器电路，该压摆率控制电路被耦合以在该电路的加电模式期间降低随着时间变化该第一和第二节点之间的电压变化的压摆率，其中该压摆率控制电路包括晶体管，该晶体管被耦合在该第一和第二节点之间以将未被用来为该电容电路充电的过剩电流从该充电电流分流，其中该压摆率控制电路还包括耦合到该电容电路的电阻器，其中该电阻器两端的压降被限制到该晶体管的基极-发射极压降以降低该压摆率。
2.如权利要求1所述的电路，其中该压摆率控制电路还包括耦合到该电容电路的电阻器，其中该电阻器两端的压降被限制，并且通过该压降、该电阻器和该电容电路的电容的一部分，该压摆率被降低。
3.如权利要求1所述的电路，其中该电容电路包括具有第一电容的第一电气元件，该第一电气元件耦合到具有第二电容的第二电气元件，其中在正常运行模式期间该电容电路的电容等于该第一电容和该第二电容之和。
4.如权利要求3所述的电路，其中该第一电气元件包括具有第一电容的第一电容器，并且其中该第二电气元件包括具有第二电容的第二电容器。
5.如权利要求1所述的电路，其中该调节器电路被耦合以仅在该正常运行模式期间调节该供应电压。
6.如权利要求1所述的电路，其中该压摆率控制电路被耦合以仅在该加电模式期间降低随着时间变化该第一和第二节点之间的电压变化的压摆率。
7.如权利要求6所述的电路，其中在该正常运行模式期间该电容电路的电容大于在该加电模式期间该电容电路的电容。
8.如权利要求1所述的电路，其中该压摆率控制电路包括耦合到该电容电路的开关，其中该压摆率控制电路被耦合以根据该第一和第二节点之间的电压来控制该开关。
9.如权利要求1所述的电路，其中该压摆率控制电路包括锁存器，该锁存器被耦合以在该电路从加电模式变化到正常运行模式时切换开关。
10.如权利要求1所述的电路，其中该压摆率控制电路被耦合以在该加电模式期间利用来自该电容电路的电容的一部分。
11.如权利要求10所述的电路，其中响应于该第一和第二节点之间的电压达到调节阈电压，该压摆率控制电路停止利用来自该电容电路的这部分电容。
12.如权利要求1所述的电路，其中加电信号被耦合以由该压摆率控制电路接收。
13.如权利要求12所述的电路，其中该压摆率控制电路还包括: 电流比较器，其被耦合以检测来自该调节器电路的该充电电流，以探测何时该加电模式完成；以及 锁存器，其被耦 合以响应于该电流比较器而复位，以响应于该加电模式完成而将该开关接通。
14.如权利要求1所述的电路，其中该调节器电路包括电流源，该电流源被耦合以在该第一和第二节点之间的电压小于调节阈值时提供该充电电流。
15.如权利要求14所述的电路，其中该调节器还包括比较器，该比较器被耦合以检测何时该第一和第二节点之间的电压小于该调节阈值，其中该比较器被耦合以在该第一和第二节点之间的电压小于该调节阈值时致使该电流源用该充电电流为该电容电路充电。
16.如权利要求1所述的电路，其中该压摆率控制电路的该晶体管被耦合以将未被用来为该电容电路充电的过剩电流从该充电电流分流至该第二节点。
17.—种电路,包括: 调节器电路，其在该电路的正常运行模式期间调节供应电压； 电容电路，其耦合到该调节器电路，该调节器电路被耦合以用充电电流为该电容电路的第一节点和第二节点之间的电容充电， 其中该电容电路包括具有第一电容的第一电气元件，该第一电气元件耦合到具有第二电容的第二电气元件；以及 压摆率控制电路，其耦合到该调节器电路和该电容电路，该压摆率控制电路在该电路的加电模式期间设置该第一和第二节点之间的电压的压摆率， 其中在该正常运行模式期间该第一和第二电气元件都被用作旁路电容器以提供该供应电压，并且其中在该加电模式期间该第一电气元件被用作旁路电容器以提供该供应电压，该第二电气元件用于控制该电源的压摆率。
18.如权利要求17所述的电路，其中在该加电模式期间该电容电路的旁路电容等于该第一电容，并且其中在该正常运行模式期间该电容电路的电容等于该第一电容和该第二电容之和。
19.如权利要求17所述的电路，其中该第一电气元件包括具有第一电容的第一电容器，并且该第二电气兀件包括具有第二电容的第二电容器。
20.如权利要求17所述的电路，其中该压摆率控制电路包括耦合到该电容电路的开关和电阻器，其中该压摆率控制电路被耦合以根据该第一和第二节点之间的电压来切换该开关。
21.如权利要求17所述的电路，其中在该加电模式期间该第二电气元件被耦合到该压摆率控制电路。
22.—种电路,包括: 调节器电路，其在该电路的正常运行模式期间调节电容电路两端的供应电压； 该电容电路，其耦合在第一节点和第二节点之间并耦合到该调节器电路，该调节器电路被耦合以用充电电流为该电容电路的电容充电；以及， 压摆率控制电路，其耦合到该调节器电路和该电容电路，该压摆率控制电路在该电路的加电模式期间设置该第一和第二节点之间的电压的压摆率，其中该压摆率控制电路包括晶体管，该晶体管被耦合在该第一和第二节点之间以将未被用来为该电容充电的过剩电流从该充电电流分流至该第二节点，其中该压摆率控制电路还包括耦合到该电容电路的开关和电阻器，其中该压摆率控制电路被耦合以根据该第一和第二节点之间的电压来切换该开关，其中该电阻器两端的压降被限制到该晶体管的基极-发射极压降以设置该压摆率。
【文档编号】H02M3/07GK103795240SQ201410057521
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2010年10月8日 优先权日:2009年10月2日
【发明者】D·龚, L·隆德 申请人:电力集成公司