一种双电容正回输交互加速器、驱动电路及多级加速器

技术领域

本发明涉及驱动电路启动加速技术领域，尤其涉及一种双电容正回输交互加速器、以及采用上述双电容正回输交互加速器的延时可控驱动电路和多级加速器。

背景技术

随着电子科学技术的发展，电子产品的应用市场越来越广泛，进而导致各种不同性能参数的电源电路或驱动电路的应用也越来越广泛，通常情况下，电源电路或驱动电路采用的电源上电电路或电源基准电路处于稳态不工作状态，需要一个上电启动电路产生启动信号(通常为启动电流)使其开始正常工作。一方面，现有技术中的上电启动电路的启动时间过长，或电路结构较复杂，或通常采用大电容值的电容导致电路面积过大，成本增加，例如采用施密特触发器(ST，Schmitt Trigger)构成的启动电路；此外，随着在电子设备或电子系统中使用的不同性能参数的电源电路或驱动电路的个数越来越多，为了保证电子设备或电子系统正常、正确启动和工作，必须使得其各自具有不同的电源上电时序，因此需要采用的上电启动电路能够实现不同的上电延时信号。

发明内容

本发明针对现有的上电启动电路存在的启动时间过长、或者通常采用大电容值电容导致电路体积过大以及不能够实现多个不同的上电延时信号等问题，提出了一种双电容正回输交互加速器，用于对上电启动电路输出的启动信号进行加速处理，该加速器采用两个加速电容分别配合两个限压电阻，产生很大的启动电流以用于电路上电启动，并大大减少了上电启动电路的启动时间，同时通过合理设置进一步还可以通过配合延时结构(即RC延时电路)实现不同的上电延时信号，满足不同电子产品的不同上电时序需求。本发明还涉及一种采用上述双电容正回输交互加速器的延时可控驱动电路和多级加速器。

本发明的技术方案如下：

一种双电容正回输交互加速器，用于对上电启动电路输出的启动信号进行加速处理，其特征在于，包括第一加速电容、第二加速电容、第一限压电阻、第二限压电阻、第一偏置电阻、第二偏置电阻、第一三极管和第二三极管，所述第一加速电容和第一限压电阻并联后的一端连接所述第二三极管的集电极，并联后的另一端同时连接所述第一偏置电阻的一端以及所述第一三极管的基极，所述第一偏置电阻的另一端和所述第一三极管的发射极均接地；所述第二加速电容和第二限压电阻并联后的一端同时连接所述第二偏置电阻的一端以及所述第二三极管的基极，并联后的另一端连接所述第一三极管的集电极，所述第二偏置电阻的另一端和所述第二三极管的发射极均连接电源输入端；

所述双电容正回输交互加速器具有第一输入端和第一输出端，所述第一加速电容和第一限压电阻并联后与第二三极管的集电极连接的一端还直接或间接连接第一输出端，并联后的另一端还连接第一输入端；和/或，所述双电容正回输交互加速器具有第二输入端和第二输出端，所述第二加速电容和第二限压电阻并联后与第一三极管的集电极连接的一端还直接或间接连接第二输出端，并联后的另一端还连接第二输入端。

所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管。

当所述双电容正回输交互加速器具有第一输入端和第一输出端时，所述第一加速电容和第一限压电阻并联后与第二三极管的集电极连接的一端间接连接第一输出端为：所述第一加速电容和第一限压电阻并联后与第二三极管的集电极连接的一端通过二极管连接第一输出端；当所述双电容正回输交互加速器具有第二输入端和第二输出端时，所述第二加速电容和第二限压电阻并联后与第一三极管的集电极连接的一端间接连接第二输出端为：所述第二加速电容和第二限压电阻并联后与第一三极管的集电极连接的一端通过另一二极管连接第二输出端。

所述第一加速电容和第二加速电容的电容值范围均为1pF-1nF。

所述第一输出端用于连接驱动电路驱动MOS管；和/或，所述第二输出端用于连接驱动电路驱动MOS管。

一种采用权利要求1至5之一所述的双电容正回输交互加速器的延时可控驱动电路。

包括第一加速器、第二加速器、第一输出电路和第二输出电路，所述第一加速器和第二加速器均为双电容正回输交互加速器且均具有第一输入端、第一输出端、第二输入端和第二输出端，所述第一加速器的第一输出端和所述第二加速器的第二输出端均连接所述第一输出电路的输入端，所述第一输出电路的输出端作为延时可控驱动电路的第一输出端，所述第一加速器的第一输入端或第二输入端作为延时可控驱动电路的第一输入端；和/或，所述第一加速器的第二输出端和所述第二加速器的第一输出端均连接所述第二输出电路的输入端，所述第二输出电路的输出端作为延时可控驱动电路的第二输出端，所述第二加速器的第一输入端或第二输入端作为延时可控驱动电路的第二输入端。

一种采用两个以上权利要求1至5之一所述的双电容正回输交互加速器的多级加速器。

包括第一加速器、第二加速器和第三加速器，所述第一加速器、第二加速器和第三加速器均为双电容正回输交互加速器且均具有第一输入端和第一输出端，所述第一加速器的第一输入端作为多级加速器的输入端，所述第一加速器的第一输出端分别连接所述第二加速器的第一输入端和所述第三加速器的第一输入端，所述第二加速器的第一输出端作为多级加速器的第一输出端，所述第三加速器的第一输出端作为多级加速器的第二输出端；所述第一加速器、第二加速器和第三加速器构成两级加速器。

所述第一加速器的第一输出端通过一延时结构连接第二加速器的第一输入端，所述第一加速器的第一输出端通过另一延时结构连接第三加速器的第一输入端，各延时结构均包括延时电阻、延时电容和分压电阻，所述延时电阻和分压电阻串联连接形成电阻串，两电阻串的一端均通过自身的延时电阻连接第一加速器的第一输出端，一电阻串的另一端通过自身的分压电阻连接第二加速器的第一输入端，另一电阻串的另一端通过自身的分压电阻连接第三加速器的第一输入端，各电阻串的延时电阻和分压电阻的连接节点还均连接一个延时电容的一端，所述延时电容的另一端均接地。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及一种双电容正回输交互加速器，其输入端连接至上电启动电路的输出端，也即是说，该加速器用于对上电启动电路输出的启动信号进行加速处理，该加速器采用两个加速电容分别与两个限压电阻并联的结构、再配合分别设置两个偏置电阻和两个三极管，整体构成该双电容正回输交互加速器；采用的加速电容的电容值优选可以限定在几个pF级至几个nF级，大大降低电路面积和成本以及功耗的同时，进一步还可以通过配合延时结构(即RC延时电路)以控制该加速器的上电延时。本发明提出的双电容正回输交互加速器在稳态时其两个三极管均不导通，即处于不工作状态；当在其输入端(第一输入端或第二输入端)给予一点点电流，即给予第一偏置电阻或第二偏置电阻一点点电流，即可以使得第一三极管或第二三极管导通，进而使得第二加速电容和第一加速电容(或第一加速电容和第二加速电容)相继开始充电，第二加速电容和第一加速电容(或第一加速电容和第二加速电容)的依次叠加效果导致一个非常大的启动电流，直至两个加速电容均充满电荷为止，上述这种叠加效果即为“正回输”或称为“正叠加”，这个非常大的启动电流可以用于电路上电启动，并且大大减少了电路上电启动时间，避免了现有技术上电启动电路启动时间过长以及启动时序不可控的问题，实现了大启动电流上电启动。此外，本发明提出的加速器优选可以用于连接驱动电路以驱动MOS管。

本发明还涉及一种延时可控驱动电路，采用上述的双电容正回输交互加速器，本发明的延时可控驱动电路其特殊电路结构可以实现优化的启动信号低电压拉低效果，避开现有技术中被驱动的MOS管或其它器件由于存在等效电容等参数造成的启动信号低电压值与被驱动的MOS管或其它器件的阈值电压过于接近因此极易造成电路上电启动失败或工作不正常等问题，进一步还可以通过配合延时结构(即RC延时电路)调节上电延时。

本发明还涉及一种多级加速器，采用两个以上上述的双电容正回输交互加速器的级联结构构成本发明的多级加速器，优选构成两级加速器结构。本发明可以通过该一个简单的多级(如两级)加速器结构即可以实现大电流启动的同时实现不同延时的启动信号，并且优选进一步可以通过配合延时结构(即RC延时电路)调节上电延时。

附图说明

图1为本发明双电容正回输交互加速器的一种优选结构示意图。

图2为本发明双电容正回输交互加速器的另一种优选结构示意图。

图3为本发明双电容正回输交互加速器连接驱动电路驱动MOS管的一种优选结构示意图。

图4为本发明延时可控驱动电路的一种优选结构示意图。

图5为本发明多级加速器的一种优选结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

图1为本发明双电容正回输交互加速器的一种优选结构示意图，如图1所示，包括第一加速电容C₁、第二加速电容C₂、第一限压电阻R_1a、第二限压电阻R_2a、第一偏置电阻R_1b、第二偏置电阻R_2b、第一三极管T₁和第二三极管T₂，该优选结构的双电容正回输交互加速器具有第一输入端in₁、第一输出端out₁、第二输入端in₂和第二输出端out₂，其中，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后的一端同时连接第二三极管T₂的集电极以及第一输出端out₁，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后的另一端同时连接第一输入端in₁、第一偏置电阻R_1b的一端以及第一三极管T₁的基极，第一偏置电阻R_1b的另一端和第一三极管T₁的发射极均接地；第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后的一端同时连接第二输入端in₂、第二偏置电阻R_2b的一端以及第二三极管T₂的基极，第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后的另一端同时连接第一三极管T₁的集电极以及第二输出端out₂，第二偏置电阻R_2b的另一端和第二三极管T₂的发射极均连接电源输入端V_cc。在本实施例中，第一三极管T₁优选采用的为NPN型三极管，第二三极管T₂采用的为PNP型三极管；第一加速电容C₁和第二加速电容C₂的电容值范围均可以为1pF-1nF。

图1所示实施例中的双电容正回输交互加速器同时具有第一输入端in₁、第一输出端out₁、第二输入端in₂和第二输出端out₂；当然，双电容正回输交互加速器也可以只具有一个输入端和一个输出端，比如只具有第一输入端in₁和第一输出端out₁，此时第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后的一端仅同时连接第二偏置电阻R_2b的一端以及第二三极管T₂的基极，第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后的另一端仅连接第一三极管T₁的集电极，结构示意图可理解为是将图1中的第二输入端in₂和第二输出端out₂去掉；同理，当只具有第二输入端in₂和第二输出端out₂时，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后的一端仅连接第二三极管T₂的集电极，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后的另一端仅同时连接第一偏置电阻R_1b的一端以及第一三极管T₁的基极，结构示意图可理解为是将图1中的第一输入端in₁和第一输出端out₁去掉。

此外，对于图1所示优选结构，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后与第二三极管T₂的集电极连接的一端是直接连接第一输出端out₁，第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后与第一三极管T₁的集电极连接的一端是直接连接第二输出端out₂。优选地，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后与第二三极管T₂的集电极连接的一端也可以间接连接第一输出端out₁，第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后与第一三极管T₁的集电极连接的一端也可以间接连接第二输出端out₂，如图2所示的本发明双电容正回输交互加速器的另一种优选结构示意图，如图2所示，在包括如图1所示的加速器的全部器件的基础上，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后与第二三极管T₂的集电极连接的一端通过二极管D₁连接第一输出端out₁，第一加速电容C₁和第一限压电阻R_1a并联后的另一端还连接第一输入端in₁；第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后与第一三极管T₁的集电极连接的一端通过另一二极管D₂连接第二输出端out₂，第二加速电容C₂和第二限压电阻R_2a并联后的另一端还连接第二输入端in₂。其中，第一输入端in₁或第二输入端in₂可以用于连接一个小小的电流输入(例如连接一个恒流源)；二极管D₁和D₂为反向保护二极管起到保护电路的作用。同样地在本实施例中，第一三极管T₁采用的为NPN型三极管，第二三极管T₂采用的为PNP型三极管；第一加速电容C₁和第二加速电容C₂的电容值范围均可以为1pF-1nF。如图1和图2所示的加速器，其输入端(即第一输入端in₁和/或第二输入端in₂)连接至上电启动电路的输出端，也即是说，该加速器用于对上电启动电路输出的启动信号进行快速处理，该加速器采用两个加速电容分别与两个限压电阻并联的结构、再配合分别设置的两个偏置电阻和两个三极管，整体构成可以实现正回输交互加速的电路结构，避免了现有技术上电启动电路启动时间过长以及启动时序不可控的问题，实现了大启动电流上电启动，进而大大减少了上电启动时间；同时即使采用很小电容值的电容即采用的加速电容C₁和C₂的电容值优选可以限定在几个pF级至几nF级，即可以实现该加速器的大电流上电启动效果，同时大大降低电路面积和成本以及功耗，进一步可以通过调整加速电容C₁和C₂的电容值或限压电阻R_1a和R_2a的电阻值控制该加速器的上电延时。

优选地，如图1和图2所示的加速器可以连接驱动电路驱动MOS管，图3为本发明双电容正回输交互加速器连接驱动电路驱动MOS管的一种优选结构示意图，如图3所示，双电容正回输交互加速器的第一输出端out₁(经由连接二极管D₁)连接一个驱动电路后再连接MOS管(或NMOS管)以驱动该MOS管(或NMOS管)；双电容正回输交互加速器的第二输出端out₂(经由连接二极管D₂)连接另一个驱动电路后再连接另一MOS管(或PMOS管)以驱动该MOS管(或PMOS管)，需要说明的是，对于图2所示的双电容正回输交互加速器是第一输出端out₁直接连接一个驱动电路，第二输出端out₂直接连接另一个驱动电路；对于图1所示的双电容正回输交互加速器是第一输出端out₁经由连接二极管D₁后再连接一个驱动电路，第二输出端out₂经由连接二极管D₂后再连接另一个驱动电路。其中，如图3所示的驱动电路可以采用推挽输出放大电路或变电驱动电路。如图3所示的其特殊电路结构可以实现优化的启动信号上升沿拉高以及下降沿拉低效果，可以有效地避免被驱动的MOS管或由于存在等效电容等参数(例如栅极电容，也即是说Gate>gb，这些电容均是没人想要的“杂音”)造成的启动信号失效因此极易造成电路上电启动失败或工作不正常等问题，同时实现无“杂音”大电流上电快速启动，因此本发明提出的双电容正回输交互加速器可以有效地适用于MOS管电流驱动。

本发明涉及的双电容正回输交互加速器的工作原理说明如下：

如图1、图2和图3所示的本发明提出的双电容正回输交互加速器，其在稳态时，由于V_cc*(R_1b/(R_1a+R_1b))<V_be或V_cc*(R_2b/(R_2a+R_2b))<V_be(V_be即三极管基极至发射极间电压，也即是指阈值电压或开启电压)，两个三极管(即第一三极管T₁和第二三极管T₂)均不导通，即处于不工作状态(即可以通过调整限压电阻R_1a和R_2a的电阻值将大部分电压分压至其上使电路处于稳态不导通，因此R_1a和R_2a称为限压电阻)；当在其输入端(第一输入端in₁或第二输入端in₂)给予一点点电流输入(例如连接一个恒流源)，即给予第一偏置电阻R_1b或第二偏置电阻R_2b一点点电流，当满足V_cc*(R_1b/(R_1a+R_1b))>V_be或V_cc*(R_2b/(R_2a+R_2b))>V_be时，即可以使得第一三极管T₁或第二三极管T₂导通，进而使得第二加速电容C₂和第一加速电容C₁相继开始充电(或第一加速电容C₁和第二加速电容C₂相继开始充电)，第二加速电容C₂至第一加速电容C₁(或第一加速电容C₁至第二加速电容C₂)的依次叠加效果(即“正回输”)可以导致一个非常大的启动电流，直至两个加速电容(C₁和C₂)均充满电荷为止(即等候时间，也即是指上电延时)，即加速电容(C₁和C₂)上的电压达到最大值即V_cc-V_be-V_ce(sat)(V_be即三极管基极至发射极间电压，也即是指阈值电压或开启电压；V_ce(sat)即三极管集电极至发射极间饱和电压)，这个非常大的启动电流通常情况下即加速电容(C₁和C₂)上电荷的积分*β(β即三极管的电流放大倍数，通常为几百倍)，此时电阻(第一偏置电阻R_1b和第二偏置电阻R_2b以及第一限压电阻R_1a和第二限压电阻R_2a)上仅有少量的电流，通常为μA级，因此几乎没有电荷在电阻上，全部电荷都在加速电容(C₁和C₂)上，因此理论上可以产生无限大电流，实际上由于例如电路管脚等串联等效电阻的引入不会无限大(即(V_cc-V_ide)/C，V_ide为残余电容电压，C为电荷转移量)，但是足以可以用于电路上电启动，实现了总电荷可控的大电流上电快速启动，并且大大减少了电路上电启动时间。实际应用结果说明，采用本发明提出的加速器，其上电开启时间可以小于6ns，断电关断时间可以小于5ns，远远小于现有技术中通常的几十至上百ns；并且上述时间可以通过进一步配合延时结构(即RC延时电路)以控制该加速器的上电/断电延时。当加速电容C₁和C₂充电完成时，即加速电容C₁和C₂均充满电荷，此时第一偏置电阻R_1b和第二偏置电阻R_2b上的电流大幅度回落减小至零，即第一偏置电阻R_1b和第二偏置电阻R_2b上的分压不再满足V_cc*(R_1b/(R_1a+R_1b))>V_be或V_cc*(R_2b/(R_2a+R_2b))>V_be，使得第一三极管T₁和第二三极管T₂均不再导通，处于截止状态；但是由于加速电容C₁和偏置电阻R_1b以及加速电容C₂和偏置电阻R_2b均分别可能产生放电回路，极易导致其输出端(第一输出端out₁和第二输出端out₂)连接的后一级电路(例如通过驱动电路连接的MOS管)非正常开启，因此，本发明提出的加速器优选引入保护二极管(即二极管D₁和D₂)以阻挡电流回流，即当该加速器不工作时(第一三极管T₁和第二三极管T₂均截止时)，避免了错误开启后一级的被驱动电路。

本发明还涉及一种采用上述的双电容正回输交互加速器的延时可控驱动电路，具体来说，可以采用包括上述的双电容正回输交互加速器的任意电路拓扑整体构成一个延时可控驱动电路，即可以通过合理设置进一步配合延时结构(即RC延时电路)调节上电延时。

图4为本发明提出的延时可控驱动电路的一种优选结构示意图，如图4所示，包括第一加速器、第二加速器、第一输出电路和第二输出电路，第一加速器和第二加速器均为双电容正回输交互加速器且均具有第一输入端in₁、第一输出端out₁、第二输入端in₂和第二输出端out₂，第一加速器的第一输出端out₁和第二加速器的第二输出端out₂均连接第一输出电路的输入端，第一输出电路的输出端作为延时可控驱动电路的第一输出端可以用于驱动例如如图4中示意的MOS管；第一加速器的第二输出端out₂和第二加速器的第一输出端out₁均连接第二输出电路的输入端，第二输出电路的输出端作为延时可控驱动电路的第二输出端可以用于驱动例如如图4中示意的MOS管；此时，第一加速器的第一输入端in₁或第二输入端in₂(图4中未示出)可以作为延时可控驱动电路的第一输入端，第二加速器的第一输入端in₁或第二输入端in₂(图4中未示出)可以作为延时可控驱动电路的第二输入端。其中，如图4所示的第一输出电路和第二输出电路可以采用推挽输出放大电路。本发明提出的延时可控驱动电路，在采用双电容正回输交互加速器实现快速上电启动的基础上，通过采用第一加速器的第一输出端和第二加速器的第二输出端均连接第一输出电路的输入端，或第一加速器的第二输出端和第二加速器的第一输出端均连接第二输出电路的输入端，分别负责拉高/拉低启动信号，且将电路启动信号的低电压拉低(例如从10v～0v拉低至10v～-4v)，使得此时启动信号的低电压-4v远离被驱动的MOS管或其它器件的阈值电压(例如2v)，其优化的启动信号低电压拉低效果，避开现有技术中被驱动的MOS管或其它器件由于存在等效电容等参数造成的启动信号低电压值与被驱动的MOS管或其它器件的阈值电压过于接近因此极易造成电路上电启动失败或工作不正常等问题，实现了大电流上电快速启动，并且大大减少了电路上电启动时间，并且优选可以通过进一步配合延时结构(即RC延时电路)调节上电/断电延时。

本发明还涉及一种采用两个以上上述的双电容正回输交互加速器的多级加速器，具体来说，可以采用包括两个以上上述的双电容正回输交互加速器的任意级联方式的电路拓扑整体构成一个多级加速器，实现多种不同时序上电延时信号的产生和输出。

图5为本发明提出的多级加速器的一种优选结构示意图，该实施例为两级加速器，如图5所示，包括第一加速器、第二加速器和第三加速器，以及两个延时电阻R_3a和R_3b、两个延时电容C_3a和C_3b和两个分压电阻R_4a和R_4b；该第一加速器、第二加速器和第三加速器均为双电容正回输交互加速器且均具有第一输入端in₁和第一输出端out₁，第一加速器的第一输入端in₁作为两级加速器的输入端；延时电阻R_3a、延时电容C_3a和分压电阻R_4a构成一延时结构(可称为第一延时结构，也可称为第一RC延时电路)，延时电阻R_3b、延时电容C_3b和分压电阻R_4b构成另一延时结构(可称为第二延时结构，也可称为第二RC延时电路)，第一加速器的第一输出端out₁通过第一延时结构连接第二加速器的第一输入端in₁，第一加速器的第一输出端out₁还通过第二延时结构连接第三加速器的第一输入端in₁，具体地，第一加速器的第一输出端out₁同时连接两个电阻串，每个电阻串均包括分别依次串联连接的一个延时电阻和一个分压电阻，即第一加速器的第一输出端out₁同时连接一包括延时电阻R_3a和分压电阻R_4a的电阻串以及包括一延时电阻R_3b和分压电阻R_4b的电阻串，然后两个电阻串的另一端分别连接第二加速器的第一输入端in₁和第三加速器的第一输入端in₁，延时电阻R_3a和分压电阻R_4a的连接节点还连接延时电容C_3a的一端，延时电阻R_3b和分压电阻R_4b的连接节点还连接延时电容C_3b的一端，延时电容C_3a的另一端和延时电容C_3b的另一端均接地；第二加速器的第一输出端out₁作为两级加速器的第一输出端，第三加速器的第一输出端out₁作为两级加速器的第二输出端。本发明提出的两级加速器，通过分压电阻(R_4a和R_4b)分别与后一级加速器(即本实施例中的第二加速器和第三加速器)中各自的偏置电阻R_1b形成输出端分压后连接后一级输入端的结构，以保证两级加速器的可靠性；还可以通过配合变电器件例如在全桥变压器的控制下实现例如第一加速器、第二加速器和第三加速器依次开启-关断或关断-开启，同时针对各个加速器通过调整该两级加速器中的两个延时电容C_3a和C_3b的电容值或两个延时电阻R_3a和R_3b的电阻值调节上电延时(即RC延时，也即等待时间)，使得其各自具有不同的电源上电时序，进而实现不同的上电延时信号，保证了电子设备或电子系统正常、正确启动和工作。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。