高电压启动电路及开关模式电源的制作方法

下面的描述涉及一种用于将待机功耗归零的高电压启动电路。下面的描述还涉及具有这样的高电压启动电路的开关模式电源。
背景技术：
：开关模式电源(smps)表示具有有效地转换功率的开关调节器(switchingregulator)的电子电源。smps的正常操作通常需要启动电路。启动电路在所有的集成电路(ic)处于初始状态时提供电流路径和电压路径，使得ic能够适当地操作。启动电路在启动时包括电流路径以形成smps的启动所需的电流路径，其中，该电流路径即使在启动之后也始终处于接通状态。因此，由于启动之后电流路径的存在而导致待机功耗很大。可选的技术使用在启动之后将电流路径移动到其他位置的方法，以降低启动电路的待机功耗。然而，由于可选的技术在高电压(诸如，500v-600v)下驱动，因此即使电流的量被减小，但是待机功耗仍很大。技术实现要素：提供本
发明内容以简化的形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本
发明内容既不意在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。在一个总体方面，一种高电压启动电路包括：电源端，被配置为供应电力；锁存单元，连接到电源端并包括第一p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管、连接到第一pmos晶体管的第一n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管、第二pmos晶体管以及连接到第二pmos晶体管的第二nmos晶体管，其中，第一pmos晶体管和第一nmos晶体管以及第二pmos晶体管和第二nmos晶体管形成锁存结构；电荷分享单元，包括第一电容器和第二电容器，其中，第一电容器被配置为将第一电压供应给第二pmos晶体管的漏极，第二电容器被配置为将第二电压供应给第一pmos晶体管的漏极；切换单元，被配置为：形成基于第一电压和第二电压使用从电源端供应的电压作为电源电压对外部电容器进行充电的电流路径。第一pmos晶体管可响应于第一nmos晶体管截止而导通，第二pmos晶体管可响应于第二nmos晶体管导通而截止。锁存单元可不被配置为形成用于对外部电容器进行充电的电流路径并且切换单元可被配置为选择地形成用于对外部电容器进行充电的电流路径。第一电压的增长率可大于第二电压的增长率。切换单元可包括第三nmos晶体管和第三pmos晶体管，其中，第三nmos晶体管包括用于接收第一电压的栅极，第三pmos晶体管包括用于接收第二电压的栅极。第三nmos晶体管和第三pmos晶体管可同时导通或同时截止。通过第一nmos晶体管的栅极接收的信号和通过第二nmos晶体管的栅极接收的信号可互补。切换单元可被配置为：响应于外部电容器的充电电压达到一个电压，阻断用于对外部电容器进行充电的电流路径。在另一总体方面，一种开关模式电源(smps)包括：高电压端，被配置为供应高电压；结型场效应晶体管jfet，被配置为将高电压钳位到中间电压；高电压启动电路，被配置为从jfet的源极接收所述中间电压并响应于接收到的中间电压输出用于驱动smps的电源电压，其中，高电压启动电路包括：电源端，被配置为供应所述中间电压；锁存单元，连接到电源端子并包括第一p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管、连接到第一pmos晶体管的第一n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管、第二pmos晶体管以及连接到第二pmos晶体管的第二nmos晶体管，其中，第一pmos晶体管和第一nmos晶体管以及第二pmos晶体管和第二nmos晶体管形成锁存结构；电荷分享单元，包括第一电容器和第二电容器，其中，第一电容器被配置为将第一电压供应给第二pmos晶体管的漏极，第二电容器被配置为将第二电压供应给第一pmos晶体管的漏极；切换单元，被配置为：形成基于第一电压和第二电压使用从电源端供应的电压作为电源电压对外部电容器进行充电的电流路径。所述smps还可包括：比较器，被配置为将通过多个电阻器对充电到外部电容器的电压分压的电压与参考电压进行比较。比较器的输出可响应于分压的电压小于参考电压而呈现高电平。在另一总体方面，一种高电压启动电路包括：高电压输入端，被配置为从外部源接收高电压；转换器，被配置为将接收到的高电压输出为dc电压；锁存单元，连接到转换器的输出端；电荷分享单元，连接到锁存单元，并且电荷分享单元包括上拉电容器和下拉电容器；切换单元，连接到锁存单元和电荷分享单元，并且切换单元被配置为使用电源电压对外部电容器进行充电。转换器是结场效应晶体管(jfet)。所述高电压启动电路还可包括：比较器，被配置为基于充电的电源电压的电平来生成用于控制两个n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管的栅极电压，其中，锁存单元包括所述两个nmos晶体管。切换单元可被配置为响应于电源电压达到一个电平而阻断电流路径。锁存单元可包括彼此相反地导通和截止的第一p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管和第一nmos晶体管，并且第一pmos晶体管的源极端可连接到转换器的输出端。锁存单元还可包括彼此相反地导通和截止的第二pmos晶体管和第二nmos晶体管。第一pmos晶体管的漏极端与第二pmos晶体管的栅极端可彼此连接，并且第一pmos晶体管的栅极端与第二pmos晶体管的漏极端可彼此连接。所述高电压启动电路还可包括：反相器，连接在第一nmos晶体管的栅极端与第二nmos晶体管的栅极端之间。上拉电容器和下拉电容器可以能够忽略寄生电容。通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是清楚的。附图说明图1是用于解释启动电路的基本概念的电路。图2是用于解释图1的示例中示出的电路中的启动模式的时间图。图3是用于解释可选的技术中的启动电路的示图。图4是用于解释可选的技术中的启动电路的示图。图5是用于解释启动电路的示例的操作的电路。图6是用于解释图5的示例中示出的电路中的启动模式的时间图。图7是用于解释根据示例的在启动模式期间的电压的示意图。贯穿附图和具体实施方式，相同的参考标号表示相同的元件。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，附图中的元件的相对大小、比例和描绘可被夸大。具体实施方式提供下面的详细描述以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不受限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚地那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，可省略本领域中已知的特征的描述。在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不被解释为受限于在此描述的示例。更确切地讲，已经提供在此描述的示例，仅用于示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些方式，这在理解本申请的公开之后将是清楚的。贯穿本说明书，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为在另一元件“之上”、“连接到”或“结合到”另一元件时，它可直接在另一元件“之上”、“连接到”或“结合到”该另一元件，或者它们之间可存在一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件“之上”、“直接连接到”或“直接结合到”到另一元件时，它们之间可不存在其他元件。如在此使用的，术语“和/或”包括相关联所列项中的任何一个和任何两个或多个的任何组合。虽然在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或者部分，但是这些构件、组件、区域、层或者部分不被这些术语所限制。更确切地讲，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或者部分与另一构件、组件、区域、层或者部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中表示的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或者第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或者第二部分。为了便于描述，在此可使用诸如“上方”、“上面”、“下方”和“下面”的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另一个元件的关系。除了附图中描绘的方位之外，这样的空间相对术语意在包含使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为相对另一元件在“上方”或“上面”的元件之后将相对于该另一元件在“下方”或“下面”。因此，术语“上方”包含基于装置的空间方位的上方方位和下方方位二者。装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或在其他方位)，在此使用的空间相对术语将被相应地解释。在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”指明存在阐述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。由于制造技术和/或制造公差，在附图中示出的形状的改变可能发生。因此，在此描述的示例不限于在附图中示出的具体形状，而是包括在制造期间发生的形状的改变。在此描述的示例的特征可以如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样以各种方式被组合。此外，尽管在此描述的示例具有多种配置，但是如在理解本申请的公开之后将清楚的那样，其他配置也是可行的。如在此使用的诸如“第一导电类型”和“第二导电类型”的表述可表示相反的导电类型(诸如，n型导电类型和p型导电类型)，并且在此使用这样的表述描述的示例也包含互补示例。例如，第一导电类型是n型导电类型并且第二导电类型是p型导电类型的示例包含第一导电类型是p型导电类型并且第二导电类型是n型导电类型的示例。在此，应注意，针对示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或可实现什么)表示存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，然而所有的示例和实施例不限于此。提供下面的示例来解决上述问题并介绍用于将待机功耗归零的高电压启动电路以及具有这样的高电压启动电路的开关模式电源。图1是用于解释启动电路的基本概念的电路，图2是用于解释图1的示例中示出的电路中的启动模式的时间图。参照图1的示例，当结型场效应晶体管(jfet)的栅极连接到地并且高电压(诸如，500v-700v)被施加到jfet的漏极时，电压在jfet内部被钳位到中间电压(诸如，30v)。如图2的示例中所示，当开关s1处于接通状态时(参见图1，形成hv至vcc路径)，随着施加到启动电路的电压增大，电源电压vcc增大并且施加到启动电路的电压达到参考电压vref，其中，在达到参考电压的点处，开关s1断开。在hv、vcc和s1的电压由纵轴表示以及时间由横轴表示的情况下，图2示出hv、vcc和s1如何随时间改变。因为电源电压vcc在启动模式结束之后逐渐放电，所以即使当开关s1处于断开状态时也存在电流路径(例如，图1中的vcc至内部功率路径)，以再次允许启动模式。图3是用于解释可选的技术中的启动电路的示图。参照图3的电源70，全桥(或全波)整流器72对施加到其的交流电压进行整流，并且全波整流的第一电压(例如，260v)被输入到变压器74。如果第二电压(例如，650v)被施加到jfet86的漏极，则启动电路被施加有来自jfet86的源极端的预定电压(例如，30v)。比较器100的反相端(-)连接到jfet86的源极端，因此，比较器的输出最初呈现高电平。比较器100的输出连接到n型金属氧化物半导体(nmos)92的栅极和p型金属氧化物半导体(pmos)102的栅极中的每个，使得nmos92导通并且pmos102截止。nmos92是通过nmos92的漏极与栅极之间的连接而连接的二极管，因此，电容器110使用vcc端112与地之间的电压差来充电。因此，第一电流路径a形成。vcc端112的电压基于第一电阻器96与第二电阻器98之间的电阻比率而被分压，并且第二电阻器98的与第一电阻器96连接的一端的电压被输入到比较器100的反相端(-)。参考电压vref被输入到比较器100的非反相端(+)。比较器100将输入到反相端(-)的电压与参考电压进行比较。如果输入反相端(-)的电压大于供应给非反相端(+)的参考电压vref，则比较器100的输出变为低电平值。也就是说，如果vcc端112的电压达到特定电压，则比较器100的输出呈现低电平，使得pmos102导通并且nmos92截止。当nmos92截止时，电流经由电阻器94和比较器100流到地。也就是说，第二电流路径b相应地形成。当pmos102导通时，充入电容器110的电源电压经由pmos102被供应给脉冲宽度调制器(pwm)控制器104。因为在smps的启动之后存在第二电流路径b，所以同时消耗待机功率。图4是用于解释可选的技术中的启动电路的示图。参照图4的示例，最初，晶体管q3处于截止状态，并且晶体管q2由于流经连接到jfetq1的源极端的电阻器r3的电流而导通。因此，电容器c2使用vcc端f3与地之间的电压差来充电。也就是说，第一电流路径a’形成。因为晶体管q4的发射极端连接到vcc端f3，所以如果vcc端f3的电压达到预定电压，则晶体管q3导通。当晶体管q3导通时，电流经由电阻器r3和晶体管q3流到地。也就是说，第二电流路径b’也形成。因为在发生启动之后存在第二电流路径b’，所以也消耗待机功率。图5是用于解释启动电路的示例的操作的电路图，图6是用于解释图5的示例中示出的电路中的启动过程的时间图。这些示例通过一起使用电荷分享技术(chargesharingtechnique)和锁存结构来允许电流在启动之后被阻断。参照图5的示例，启动电路100可包括锁存单元110、电荷分享单元130和切换单元150。例如，锁存单元110可以是锁存器，电荷分享单元130可以是电荷分享器，切换单元150可以是开关。启动电路100、高电压端以及jfet构成开关模式电源(smps)。锁存单元110可包括第一pmos晶体管pm1、第二pmos晶体管pm2、第一nmos晶体管nm1以及第二nmos晶体管nm2。这些示例使用这样的锁存结构：第一pmos晶体管pm1和第一nmos晶体管nm1以彼此相反的方式导通和截止，第二pmos晶体管pm2和第二nmos晶体管nm2以彼此相反的方式导通和截止。第一pmos晶体管pm1连接在第一节点nd1与第三节点nd3之间，并且第一pmos晶体管pm1包括用于接收第一电压v1的栅极。第二pmos晶体管pm2连接在第一节点nd1与第二节点nd2之间，并且第二pmos晶体管pm2包括用于接收第二电压v2的栅极。第一nmos晶体管nm1连接在第三节点nd3与地gnd之间，并包括用于接收比较器com的输出信号s1的栅极。第二nmos晶体管nm2连接在第二节点nd2与地gnd之间，并且它包括用于接收关于比较器com的输出信号s1的互补信号s1_bar的栅极。反相器连接在第一nmos晶体管的栅极端与第二nmos晶体管的栅极端之间。电荷分享单元130可包括上拉电容器c1和下拉电容器c2。因为上拉电容器c1与下拉电容器c2之间的电荷平衡不匹配，所以启动电路100使用上拉电容器c1和下拉电容器c2中的每个电容器的两端的电压的差。切换单元150可包括第三nmos晶体管nm3和第三pmos晶体管pm3。通过使用第三nmos晶体管nm3和第三pmos晶体管pm3，电容器co被充电以在第四节点nd4与地gnd之间产生电压差。第三nmos晶体管nm3连接在第一节点nd1与第四节点nd4之间，并包括用于接收第二节点nd2的电压v1的栅极。第三pmos晶体管pm3连接在第一节点nd1与第四节点nd4之间，并包括用于接收第三节点nd3的电压v2的栅极。启动模式下面介绍根据示例的启动模式的讨论。jfet的漏极连接到第一功率节点hv(被称为高电压端或高电压输入端)，jfet的源极vjs连接到第一节点nd1并且jfet的栅极连接到地。如果最初从第一功率节点hv施加高电压，则电流经由jfet被供应给启动电路100。因为上拉电容器c1连接到jfet的源极端vjs，所以第二节点nd2的电压v1相应地增大。因为下拉电容器c2连接在第三节点nd3与地之间，所以电容器c2被相应地充电。因此，在这样的示例中，第二节点nd2的电压v1比第三节点nd3的电压v2更快地增大。如图6的示例中所示，随着施加到启动电路的电压增大，jfet的源极端vjs的电压和第二节点nd2的电压v1也增大。图6示出多个电压值如何随时间改变，其中，横轴表示时间，纵轴表示图6中示出的多个电压值中的每个的电压电平。此外，当与第二节点nd2的电压v1相比时，第三节点nd3的电压v2相对缓慢地增大。参照图5的示例，因为第二节点nd2的电压v1比第三节点nd3的电压v2更快增大，所以相应地，第一pmos晶体管pm1截止，第二pmos晶体管pm2导通，第三nmos晶体管nm3导通，并且第三pmos晶体管pm3导通。因此，在启动模式下，第三nmos晶体管nm3和第三pmos晶体管pm3根据电荷分享单元130和锁存单元110的正反馈现象而总是处于导通状态。电容器co响应于第四节点nd4与地之间的电压差经由第三nmos晶体管nm3和第三pmos晶体管pm3而被充电。如图6的示例中所示，随着施加到启动电路的电压hv增大，电源电压vcc相应地增大。第四节点nd4的电压基于连接到第四节点nd4的多个电阻器的电阻比率而被分压，并且分压的电压(即，节点rd的电压)和参考电压vref被输入到比较器com中。比较器com将分压的电压与参考电压vref进行比较，并且如果分压的电压小于参考电压vref，则比较器com的输出呈现高电平。因此，第一nmos晶体管nm1导通，并且第二nmos晶体管nm2截止。如果第一pmos晶体管pm1截止，则第一nmos晶体管nm1导通。如果第二pmos晶体管pm2导通，则第二nmos晶体管nm2截止。启动之后下面介绍根据示例的在启动模式之后操作如何发生的讨论。如果第四节点nd4的电压vcc达到预定电压，则比较器com的输出呈现低电平，并且相应地，第一nmos晶体管nm1截止，第二nmos晶体管nm2导通。如果第一nmos晶体管nm1截止并且第二nmos晶体管nm2导通，则相应地，第一pmos晶体管pm1导通并且第二pmos晶体管pm2截止。因此，第二节点nd2的电压呈现低电平，第三节点nd3的电压v2呈现高电平，并且第三nmos晶体管和第三pmos晶体管相应地截止。因此，因为锁存单元110在启动之后变为锁存结构，所以没有电流路径形成。以这种方式，切换单元150截止使得没有电流路径形成。也就是说，因为电流路径在启动模式之后被完全切断，所以待机功率的消耗被归零。这样的零待机功率是期望的，从而降低操作电路的能量需求。在下面表1中总结了启动模式之前和启动模式之后的晶体管的状态。表1晶体管启动模式启动之后pm1截止导通pm2导通截止nm1导通截止nm2截止导通nm3导通截止pm3导通截止图7是用于解释根据示例的在启动模式期间初始电压的示意图。参照图5和图7的示例，第二节点nd2的电压v1由等式1获得，并且根据条件1，上拉电容器c1足够大，从而从节点nd2观察忽略寄生电容。因此，第二节点nd2的电压v1变得接近施加到jfet的源极中的电压vjs。c1＞＞c_total_up1和c_total_down1(条件1)因为第三节点nd3的电压v2由下面等式2获得，并且根据条件2，下拉电容器c2足够大，从而从节点nd3观察忽略寄生电容。因此，第三节点nd3的电压v2变得接近零。c2＞＞c_total_up2和c_total_down2(条件2)如上所述，用于将待机功耗归零的高电压启动电路阻断在启动smps之后存在的电流路径，从而允许待机功耗的归零，改善电路的能量使用。虽然本公开包括具体示例，但是在理解本申请的公开之后将清楚，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可对这些示例进行形式和细节上的各种改变。在此描述的示例仅被认为是在描述性的意义上，而不是为了限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为适用于其他示例中的相似特征或方面。如果描述的技术以不同的顺序执行，和/或如果描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式组合，和/或由其他组件或它们的等同物替换或补充，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被理解为包括在本公开中。当前第1页12