专利名称：切换式电源供应器的高压启动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种切换式电源供应器的高压启动装置；特别是关于将一切换式电源 供应器启动时，精准控制其高压启动电流的高压启动装置。
背景技术：
一般来讲，现有切换式电源供应器(switch mode power supply，SMPQ大多采 用高压启动方式进行操作控制。当切换式电源供应器采用高压启动方式时，需要将高压启 动电源与系统工作电源分别单独设置。为了降低能量损耗，当系统在稳定工作电压、轻载 (light load)或空载待机(standby)状态时，可关闭高压启动电源。
现有高压启动装置，如中国台湾专利公告似80501号的《启动装置(A START-UP APPARATUS FOR A POWER SUPPLY)》新型专利，其揭示一种启动装置，可于电源供应器启动 后，用来切断输入电压源对维持电容充电的充电路径，启动装置使用一电晶体的汲极端连 接到输入电压源，源极端连接到一维持电容与一启动控制单元的输入端；该启动控制单元 的输出端连接于该电晶体的闸极端与一切换开关。藉此，输入电压源控制该电晶体导通，并 对维持电容进行充电，该启动控制单元从维持电容取得一启动电压后，将控制该切换开关 导通，以提供维持电容上的电源给一控制电路使用，并控制该电晶体截止，用以切断该输入 电压源对维持电容充电的充电路径。
另一现有高压启动装置，如中国台湾专利公告第M302199号的《功率切换器的高 压启动电路(A HIGH VOLTAGE START UP CIRCULT FORPOffER CONVERTERS)》新型专禾Ij，其揭 示一种功率转换器的高压启动电路，其包含有一接面场效电晶体、一阻抗装置、一第一电晶 体、一第二电晶体与一二极管。接面场效电晶体耦接一电压源。第一电晶体串联于接面场效 电晶体，以依据电压源输出一供应电压至功率转换器的一控制电路。二极管耦接于功率转 换器的一变压器绕阻与控制电路之间，以供应另一供应电压至控制电路。第二电晶体依据 一控制信号控制第一电晶体与接面场效电晶体。阻抗装置耦接接面场效电晶体与第一电晶 体。当第二电晶体截止时，阻抗装置提供一偏压，以使接面场效电晶体与第一电晶体导通； 当第二电晶体导通时，第一电晶体截止，且接面场效电晶体为负偏压状态。
另一现有高压启动装置，如中国台湾专利公告第1325636号的《具有启动控制元 件的电晶体(TRANSISTOR WITH START-UP C0NTR0LELEMENT)》发明专利，其揭示一种具有启 动控制元件的电晶体，其包含一个N型耗乏型电晶体，其汲极可供与一外界电压源电性连 接，闸极常态接地；以及一个N型增进型电晶体，其汲极与前述电压源电性连接，间极与该 耗乏型电晶体的源极连接。
另一现有高压启动装置，如美国专利第5观5369号的《具高压启动自给偏压的 切换式电源供应晶片(SWITCH MODE POWER SUPPLY INTEGRATED CIRCULT WITH START-UP SELF-BIASING)》专利，其也揭示一切换式电源供应晶片包含高压功率场效电晶体(high voltage powerMOSFET)。
另一现有高压启动装置，如美国专利第5640317号的《高压启动电路及其方法3(HIGH VOLTAGE S TART-UP CIRCULT AND METHODTHEREFOR)》专禾U，其也揭示一切换式电源 供应器的高压启动电路。该高压启动电路可操作低压脉宽调变控制电路。
虽然有关高压启动电路技术已揭示于许多专利内容，但现有高压启动装置仍然存 在需要进一步改善于精准控制系统启动电流的潜在需求。或，现有高压启动装置需要进一 步改善于系统达稳定工作电压时，将启动电路关闭后，再将系统控制在最小截止电流的潜 在需求。
有鉴于此，本发明为了满足上述需求，其提供一种切换式电源供应器的高压启动 装置，其包含一高压启动电路，该高压启动电路包含一金属氧化半导体电晶体、一电压调整 单元、一电晶体及一二极管，以达成精准控制启动电流及减少整体面积的目的。发明内容
本发明的主要目的是提供一种切换式电源供应器的高压启动装置，其包含一高压 启动电路，该高压启动电路包含一金属氧化半导体电晶体、一电压调整单元、一电晶体及 一二极管，以达成精准控制启动电流及减少整体面积的目的。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的
一种切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于包含
一高压启动电路，连接一电源电路，且该电源电路包含一电容；
所述高压启动电路包含
一金属氧化半导体电晶体，设置于所述高压启动电路，将一电源电流输入至所述 金属氧化半导体电晶体，且该金属氧化半导体电晶体具有一源极、一射极及一闸极；
一电压调整单元，设置于所述高压启动电路，所述电压调整单元连接所述金属氧 化半导体电晶体，以便该电压调整单元调整该金属氧化半导体电晶体的电压；
一电晶体，设置于所述高压启动电路，所述电晶体连接至所述金属氧化半导体电 晶体的闸极；
其中，当该金属氧化半导体电晶体的闸极形成导通时，一充电电流流经该金属氧 化半导体电晶体及二极管，并进行充电该电容；
当充电该电容至一预定电压时，控制导通该电晶体，以便关闭该金属氧化半导体 电晶体，并截止该充电电流。
所述金属氧化半导体电晶体采用增强型金属氧化半导体电晶体或空乏型金属氧 化半导体电晶体。
所述电压调整单元由一电阻及一齐纳二极管组成。
所述电压调整单元的齐纳二极管耦接于所述金属氧化半导体电晶体的闸极。
所述电压调整单元由一第一电阻及一第二电阻组成。
所述电压调整单元的第一电阻串接于所述金属氧化半导体电晶体的源极。
所述电压调整单元的第二电阻耦接于该金属氧化半导体电晶体的闸极。
所述金属氧化半导体电晶体及电源电路之间连接一二极管。
所述金属氧化半导体电晶体的源极与电源电路之间连接一二极管。
本发明的有益效果是提供一种切换式电源供应器的高压启动装置，其包含一高 压启动电路，该高压启动电路包含一金氧电晶体、一电压调整单元、一电晶体及一二极管，以达成精准控制启动电流及减少整体面积的目的。
图1为本发明第一较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置及电源电路 的示意图。
图2为本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置及电源电路 的示意图。
图3为本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置采用空乏型 金属氧化半导体电晶体的电压与电流关系的曲线示意图。
图4为本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置在电源开启 瞬间形成启动电流的路径示意图。
图5为本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置在已稳定工 作电压时，截止启动电流的路径示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方案对本发明作进一步描述。
本发明较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置可适用于各种切换式电 源供应器装置或类似电源供应装置，以便精准控制高压启动电流，以降低其功率消耗，但其 并非用以限定本发明的高压启动装置的适用范围。
图1为本发明第一较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置及电源电路 的示意图。参照图1所示，该切换式电源供应器的高压启动装置包含一高压启动电路1(如 图中虚线所示)电性连接至一电源电路2，且一二极管3电性连接于该高压启动电路1及电 源电路2之间。该电源电路2包含一电容21、一电阻22及一 P丽控制电路23。
参照图1所示，该高压启动电路1包含一金属氧化半导体电晶体11、一电压调整 单元12及一电晶体13，其适当设置于该高压启动电路1内。该电压调整单元12及电晶体 13适当电性连接至该金属氧化半导体电晶体11，以构成该高压启动电路1。本发明第一较 佳实施例的该电压调整单元12由一电阻121及一齐纳二极管122组成。
参照图1所示，将一电源电流输入至该金属氧化半导体电晶体11，且该金属氧化 半导体电晶体11是一增强型金属氧化半导体电晶体(Enhance-Mode M0SFET)，其具有一源 极(source)、一射极(emitter)及一闸极(gate)。将该电压调整单元12耦接至该金属氧 化半导体电晶体11的闸极，以便该电压调整单元12调整该金属氧化半导体电晶体11的电 压。将该电晶体13连接至该金属氧化半导体电晶体11的闸极，将该二极管3连接至该金 属氧化半导体电晶体11的源极。
参照图1所示，当启动输入电源Vin时，该电源电路2的辅助绕阻电压Vaux及输 出电压Vo均为零。当该电晶体13控制该金属氧化半导体电晶体11的闸极导通时，一充电 电流Ihv流经该电源电路2的电阻22、该高压启动电路1的金属氧化半导体电晶体11及该 二极管3，并进行充电该电容21。利用调整控制该金属氧化半导体电晶体11、该电压调整单 元12的齐纳二极管122及该电源电路2的电阻22可调整控制该充电电流IHV。另外，为了 避免该金属氧化半导体电晶体11的闸极发生电压过高，将该电压调整单元12的齐纳二极管122耦接于该金属氧化半导体电晶体11的闸极。此时利用该齐纳二极管122的崩溃电 压Vz，将该金属氧化半导体电晶体11的闸极钳制在Vz准位。
参照图1所示，当利用该充电电流Ihv进行充电该电容21至一预定电压(例如额 定启动电压)时，该PWM控制电路23可驱动一外接功率电晶体(未标示)。同时，为了减少 整体电力损耗，需要关闭该高压启动电路1的充电电流IHV。此时，利用该PWM控制电路23 产生一控制信号UVLO导通该电晶体13方式，将该金属氧化半导体电晶体11的闸极形成接 地，以便关闭该金属氧化半导体电晶体11，并利用该电压调整单元12的电阻121的大阻抗 值降低该高压启动电路1的充电电流Ihv的电流值，直至截止该充电电流IHV。此时，由该电 源电路2的辅助绕阻电压Vaux可用以供电。
图2为本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置及电源电路 的示意图。参照图2所示，相对于第一较佳实施例，第二较佳实施例的该高压启动装置包含 一高压启动电路1’，其包含一金属氧化半导体电晶体11’、一电压调整单元12’及一电晶体 13，其余部分则对应于第一较佳实施例，于此并入参考，不予一一详细赘述。
参照图2所示，该金属氧化半导体电晶体11’选自一空乏型金属氧化半导体电晶 体(Depletion-Mode M0SFET)，其为负临界电压(-Vth)电晶体。该电压调整单元12，由一 第一电阻1 及一第二电阻12b组成。该第一电阻12a串接于该金属氧化半导体电晶体 11’的源极，而该第二电阻12b耦接于该金属氧化半导体电晶体11’的闸极。
图3为本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置采用空乏型 金属氧化半导体电晶体的电压与电流关系的曲线示意图，但其并非用以限定本发明的范 围。参照图2及图3所示，当该金属氧化半导体电晶体(负临界电压(-Vth)电晶体)11’ 的闸极端电压为零时，该金属氧化半导体电晶体11’为导通状态。此时，该金属氧化半导体 电晶体11’的电压与电流关系曲线，如图3所示，其中电晶体电压为Vds，电晶体电流为Id， 电晶体闸极端电压为Vgs。
参照图3所示，当Vds > (Vgs-(-Vth))时，该金属氧化半导体电晶体11’工作在饱 和区(saturation region)，且电晶体电流Id为稳定电流。当Vds < (Vgs-(-Vth))时，该 金属氧化半导体电晶体11’工作在三极体区(triode region)，电晶体电流Id随着Vds产 生变化。当Vds <-Vth时，该金属氧化半导体电晶体11，工作在截止区(cutoff region), 电晶体电流Id趋近于零。
图4为本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置在电源开启 瞬间形成启动电流的路径示意图，其对应于图2。参照图4所示，当启动输入电源Vin时， 该电源电路2的辅助绕阻电压Vaux及输出电压Vo均为零。当该电晶体13控制该金属氧 化半导体电晶体11’的闸极导通时，一启动电流(充电电流)Ist分流经该电源电路2的电 阻22、该高压启动电路1’的金属氧化半导体电晶体11’及该二极管3，并进行充电该电容 21，如图4的虚线箭头所示。利用调整控制该金属氧化半导体电晶体11’、该电压调整单元 12’的第一电阻1 及该电源电路2的电阻22可调整控制该充电电流IST。此时，该金属氧 化半导体电晶体11’的Vgs等于该电压调整单元12’的第一电阻12a的电压差。当该第一 电阻12a的电压差大于该金属氧化半导体电晶体11’的负临界电压-Vth时，可将该启动电 流Ist调控形成一稳定电流。
图5是本发明第二较佳实施例的切换式电源供应器的高压启动装置在已稳定工作电压时，截止启动电流的路径示意图，其对应于图2。参照图5所示，当利用该启动电流 Ist进行充电该电容21至一预定电压(例如额定启动电压)时，该PWM控制电路23可驱 动一外接功率电晶体(图中未标示)。同时，为了减少整体电力耗损，需要关闭该高压启动 电路1’的启动电流IST。此时，利用该PWM控制电路23产生一控制信号UVLO导通该电晶 体13方式，将该金属氧化半导体电晶体11’的闸极形成接地，以便关闭该金属氧化半导体 电晶体11’，并利用该电压调整单元12’的第一电阻1 及第二电阻12b将该金属氧化半 导体电晶体11’的Vgs调整至负临界电压(-Vth)。此时，该金属氧化半导体电晶体11’进 入至截止区，并利用该电源电路2的电阻22的电阻值Rhv将该高压启动电路1’的截止电流 I0FF形成最小电流值。
参照图1及图2所示，相对于第一较佳实施例，第二较佳实施例配置该高压启动电 路1’的第一电阻1 及第二电阻12b，其避免需要设置高阻抗及大面积的该电压调整单元 12的电阻121及齐纳二极管122，因此第二较佳实施例可相对降低整体面积。
前述较佳实施例仅举例说明本发明及其技术特征，该实施例的技术仍可适当进行 各种实质等效修饰及/或替换方式予以实施；因此，本发明的权利范围应以权利要求所界 定的范围为准。
权利要求
1.一种切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于包含一高压启动电路，连接一电源电路，且该电源电路包含一电容；所述高压启动电路包含一金属氧化半导体电晶体，设置于所述高压启动电路，将一电源电流输入至所述金属 氧化半导体电晶体，且该金属氧化半导体电晶体具有一源极、一射极及一闸极；一电压调整单元，设置于所述高压启动电路，所述电压调整单元连接所述金属氧化半 导体电晶体，以便该电压调整单元调整该金属氧化半导体电晶体的电压；一电晶体，设置于所述高压启动电路，所述电晶体连接至所述金属氧化半导体电晶体 的闸极；其中，当该金属氧化半导体电晶体的闸极形成导通时，一充电电流流经该金属氧化半 导体电晶体及二极管，并进行充电该电容；当充电该电容至一预定电压时，控制导通该电晶体，以便关闭该金属氧化半导体电晶 体，并截止该充电电流。
2.如权利要求1所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述金属氧 化半导体电晶体采用增强型金属氧化半导体电晶体或空乏型金属氧化半导体电晶体。
3.如权利要求1所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述电压调 整单元由一电阻及一齐纳二极管组成。
4.如权利要求3所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述电压调 整单元的齐纳二极管耦接于所述金属氧化半导体电晶体的闸极。
5.如权利要求1所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述电压调 整单元由一第一电阻及一第二电阻组成。
6.如权利要求5所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述电压调 整单元的第一电阻串接于所述金属氧化半导体电晶体的源极。
7.如权利要求5所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述电压调 整单元的第二电阻耦接于该金属氧化半导体电晶体的闸极。
8.如权利要求1所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述金属氧 化半导体电晶体及电源电路之间连接一二极管。
9.如权利要求1所述的切换式电源供应器的高压启动装置，其特征在于所述金属氧 化半导体电晶体的源极与电源电路之间连接一二极管。
全文摘要
一种切换式电源供应器的高压启动装置包含一高压启动电路，其包含一金属氧化半导体电晶体、一电压调整单元及一电晶体。将一电源电流输入至该金属氧化半导体电晶体。该电压调整单元连接该金属氧化半导体电晶体，以便该电压调整单元调整该金属氧化半导体电晶体的电压。该电晶体连接至该金属氧化半导体电晶体的闸极。当该金属氧化半导体电晶体的闸极形成导通时，一充电电流流经该金属氧化半导体电晶体及二极管，并对一电容进行充电。当充电该电容至一预定电压时，控制导通该电晶体，以便关闭该金属氧化半导体电晶体，并截止该充电电流。
文档编号H02M1/36GK102044957SQ20101057042
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者周保助 申请人:矽创电子股份有限公司