功率芯片的快速启动电路和用该电路制成的计量仪表的制作方法

本发明具体涉及一种功率芯片的快速启动电路和用该电路制成的计量仪表。

背景技术：

随着我国经济技术的发展和人们生活水平的提高，电力电子技术已经广泛应用于人们的生产和生活中。功率芯片作为电力电子技术领域中不可或缺的部分，其重要性不言而喻。

现有的电源变换器或其他电力电子产品的功率芯片，芯片在正常工作前都需要由整流后的高压母线通过电阻给芯片的电源引脚供电，当电源引脚达到工作电压后，芯片才能正常工作，此时输出侧建立电压，再由辅助绕组给电源引脚供电，所以启动时间由启动电阻和电源引脚的引脚电容来共同决定。如图1所示为某一AC-DC变换器的功率芯片供电电路示意图：可以看到，芯片正常工作前，整流后的高压母线通过启动电阻Rst给芯片的VDD电源引脚供电，同时电源引脚的启动电容充电，电源引脚VDD达到工作电压，此时功率芯片开始工作，控制DRV引脚工作，从而才开始在输出侧建立电压，再由供电绕组通过二极管和限流电阻供电；在芯片工作后，VDD电源电压将由变压器供电绕组来提供能量来源，此时我们需要足够大的启动电阻阻值来最小化启动电阻带来的静态功耗。另外，在电源引脚VDD第一次到达芯片启动电压时，芯片将开始工作，但是此时变压器辅助绕组还不能提供足够的能量维持芯片的电流消耗，这就需要启动电容Cvdd采用大的电容值维持VDD电压，使电源引脚电压不会低于芯片的关断电压，否则芯片将会重复启动而工作异常。因此，功率芯片的实际启动由启动电阻Rst和启动电容Cvdd决定；而芯片的启动过程则直接要求启动电阻Rst和启动电容Cvdd均取较大的值；但是，较大的电阻和电容值会直接导致功率芯片的启动时间变慢。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种能够保证功率芯片快速启动的功率芯片的快速启动电路。

本发明的目的之二在于提供一种应用所述功率芯片的快速启动电路制成的计量仪表。

本发明提供的这种功率芯片的快速启动电路，包括启动电阻、启动电容、供电二极管和限流电阻，还包括启动开关管、上电复位电路、带延时的触发器电路和箝位电路；变压器的供电绕组通过串联的供电二极管和限流电阻与功率芯片的电源引脚连接，启动电容连接在功率芯片的电源引脚与地之间，功率芯片的电源引脚信号通过上电复位电路、带延时的触发器电路和箝位电路输出箝位电压信号，箝位电压信号通过启动电阻与整流后的高压母线连接，箝位电压信号还连接启动开关管的控制端，启动开关管活动端的一端与整流后的高压母线连接，另一端与功率芯片的电源引脚连接；箝位电路用于在功率芯片上电时快速控制启动开关管导通，以提高启动电容的充电速率，保证功率芯片快速上电；上电复位电路用于在功率芯片快速上电后，通过带延时的触发器电路给箝位电路持续提供驱动信号，保证箝位电路在变压器的供电绕组不能独立给功率芯片供电时持续输出箝位信号，保证芯片的电源供应，并在变压器的供电绕组能够独立给功率芯片独立供电时停止给箝位电路提供驱动信号，以降低电路功耗。

所述的启动开关管为N型MOS管。

所述的带延时的触发器为R输入端带有上升沿延时电路的RS触发器。

所述的上电复位电路包括第一比较器、第二比较器、第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻；功率芯片的电源引脚通过串联的第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻与地连接，第一比较器的输入负极与第二比较器的输入正极均连接第二参考电平；第一比较器的输入正极连接在第三分压电阻于第二分压电阻之间，第二比较器的输入负极连接在第一分压电阻和第二分压电阻之间。

所述的第二参考电平为2V。

所述的箝位电路包括箝位开关管、运算放大器、第一箝位分压电阻、第二箝位分压电阻、第三箝位分压电阻和箝位控制开关管；第一箝位分压电阻、第二箝位分压电阻和第三箝位分压电阻串接在地与箝位电路输出信号之间；带延时的触发器电路的输出信号连接箝位控制开关管的控制端，箝位控制开关管活动端的一端与地连接，另一端连接在第三箝位分压电阻与第二箝位分压电阻之间；运算放大器的同相输入端连接在第一箝位分压电阻和第二箝位分压电阻之间；运算放大器的反相输入端连接第一参考电平；运算放大器的输出端连接箝位开关管的控制端，箝位开关管活动端的一端与地连接，另一端连接箝位电路输出信号。

所述的第一参考电平为6V。

所述的箝位开关管为N型MOS管。

所述的箝位控制开关管为N型MOS管。

本发明还提供了一种计量仪表，所述计量仪表应用所述功率芯片的快速启动电路制成。

本发明提供的这种功率芯片的快速启动电路，在电源上电时刻通过箝位电路快速打开启动开关管并对启动电容快速充电，从而保证功率芯片电源引脚在变压器供电线圈正常工作前即可快速上电，在功率芯片快速上电且变压器供电线圈正常工作前通过上电复位电路和延时电路保证功率芯片的持续上电，并在变压器供电线圈正常工作后通过上电复位电路关断箝位电路的输出信号，从而降低电路的功耗；因此本发明提供的这种功率芯片的快速启动电路能够保证功率芯片的快速启动，而且电路简单可靠，功耗极低。应用本发明提供的功率芯片的快速启动电路制成的计量仪表，同样能够保证计量仪表内的功率芯片快速启动，而且功耗较低。

附图说明

图1为本发明背景技术的功率芯片供电电路示意图。

图2为本发明的功率芯片的快速启动电路的功能模块图。

图3为本发明的功率芯片的快速启动电路的具体实施例的电路原理图。

图4为本发明的功率芯片的快速启动电路的具体实施例的工作波形图。

具体实施方式

如图2所示为本发明的功率芯片的快速启动电路的功能模块图：变压器的供电绕组通过串联的供电二极管和限流电阻与功率芯片的电源引脚(图中标示VDD)连接，启动电容(图中标示Cvdd)连接在功率芯片的电源引脚与地之间，功率芯片的电源引脚信号通过上电复位电路、带延时的触发器电路和箝位电路输出箝位电压信号(图中标示STG)，箝位电压信号通过启动电阻(图中标示Rst)与整流后的高压母线连接，箝位电压信号还连接启动开关管(图中标示Mst)的控制端，启动开关管活动端的一端与整流后的高压母线连接，另一端与功率芯片的电源引脚连接；箝位电路用于在功率芯片上电时快速控制启动开关管导通，以提高启动电容的充电速率，保证功率芯片快速上电；上电复位电路用于在功率芯片快速上电后，通过带延时的触发器电路给箝位电路持续提供驱动信号，保证箝位电路在变压器的供电绕组不能独立给功率芯片供电时持续输出箝位信号，保证芯片的电源供应，并在变压器的供电绕组能够独立给功率芯片供电时停止给箝位电路提供驱动信号，以降低电路功耗。

如图3所示为本发明的功率芯片的快速启动电路的具体实施例的电路原理图：上电复位电路包括第一比较器(图中标示Comp1)、第二比较器(图中标示Comp2)、第一分压电阻(图中标示R4)、第二分压电阻(图中标示R5)和第三分压电阻(图中标示R6)；功率芯片的电源引脚(图中标示VDD)通过串联的第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻与地连接，第一比较器的输入负极与第二比较器的输入正极均连接第二参考电平，具体为2V；第一比较器的输入正极连接在第三分压电阻于第二分压电阻之间，第二比较器的输入负极连接在第一分压电阻和第二分压电阻之间。

带延时的触发器为R输入端带有上升沿延时电路的RS触发器。

箝位电路包括箝位开关管(图中标示M1)、运算放大器(图中标示OP1)、第一箝位分压电阻(图中标示R1)、第二箝位分压电阻(图中标示)R2、第三箝位分压电阻(图中标示R3)和箝位控制开关管(图中标示M2)；第一箝位分压电阻、第二箝位分压电阻和第三箝位分压电阻串接在地与箝位电路输出信号之间；带延时的触发器电路的输出信号连接箝位控制开关管的控制端，箝位控制开关管活动端的一端与地连接，另一端连接在第三箝位分压电阻与第二箝位分压电阻之间；运算放大器的同相输入端连接在第一箝位分压电阻和第二箝位分压电阻之间；运算放大器的反相输入端连接第一参考电平，具体为6V；运算放大器的输出端连接箝位开关管的控制端，箝位开关管活动端的一端与地连接，另一端连接箝位电路输出信号。

在具体工作时，当电源上电后，STG的电压将通过启动电阻Rst上拉，STG的电压上升到高于启动开关管Mst的阈值电压以后，启动开关管Mst导通，给启动电容Cvdd充电，由于启动开关管Mst的等效电阻值很低，因此使用启动开关管Mst给芯片启动电容Cvdd充电将明显能提高启动速度。由于此时芯片电源VDD电压小于和所以此时VDD_ON信号电平为低，VDD_OFF信号电平为高，CLP_HI信号电平为高。

当STG信号电压上升并达到STG_CLP_H时，STG电压将被箝位不再上升，此时启动开关管Mst继续给启动电容Cvdd充电，当时，VDD_OFF电平信号由高变低，但VDD_ON电平信号依然为低，所以CLP_HI将保持为高不变。

当时，VDD_ON电平信号由低变高，芯片开始工作，但是由于此时芯片才刚刚开始工作，变压器的辅助绕组还不能够独立给功率芯片的电源VDD提供能量，但是由于有上升沿延时电路的存在，因此ON_DLY信号将在延时时间过后才变为高，在此延时时间内，启动开关管Mst将继续给功率芯片的电源引脚VDD提供能量，这就避免了在此阶段需要很大的启动电容Cvdd以维持VDD电压的问题，从而保证使用小的Cvdd电容能够显著地提高电路启动时间。

当延时时间过后后，ON_DLY信号变高，RS触发器的输出变高，CLP_HI变低，STG的钳位电压将降低到STG_CLP_L电压，启动开关管Mst将变为截止状态，芯片的VDD能量将完全有变压器辅助级提供，整个启动过程结束。整个启动过程中，启动电路各个关键点的工作波形图如图4所示。