本發(fā)明屬于集成電路設計領域，特別是涉及一種高壓自供電電路。

背景技術：

在LED驅動電路中，通常會用到高壓供電電路，將母線電壓經處理后轉換為供內部電路使用的電平。傳統(tǒng)的方法是將母線電壓經啟動電阻限流后由鉗位二極管穩(wěn)壓，再由芯片內部的調制電路處理后得到所需電平。這種方法電源引腳是必不可少的，而且還需要啟動電阻、反饋電阻、鉗位二極管及穩(wěn)壓電容等外圍器件，系統(tǒng)成本高，體積大。

傳統(tǒng)的高壓供電電路如圖1所示，交流輸入電壓經橋堆整流及電容C1濾波后形成母線電壓，母線電壓經啟動電阻Rstart限流后為電容C2充電，VCC電壓逐漸上升，最終穩(wěn)定在鉗位二極管D1的穩(wěn)壓值。由于VCC電壓受工藝、溫度等因素影響，精度較低，因此VCC電壓需經過內部調制電路Regulator調制后產生精準的內部電平VDD，為芯片內部其他模塊供電。

該高壓供電電路由于使用高壓啟動電阻，內部電路需集成鉗位二極管，且需要調制電路，因此電路較為復雜，芯片VCC管腳也是必不可少，系統(tǒng)成本高，體積大。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高壓自供電電路，用于解決現(xiàn)有技術中電路較為復雜、系統(tǒng)成本高、體積大的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高壓自供電電路，所述高壓自供電電路包括：JFET調整管、限流電阻、第一開關管、第二開關管、穩(wěn)壓電容、控制電路、以及功率MOS管，其中：所述JFET調整管的柵極和襯底接地，漏極接功率MOS管的第二極，源極接限流電阻的第一端和第二開關管的第二極；所述限流電阻的第二端接第一開關管的第二極和第二開關管的柵極；所述第一開關管的柵極由控制電路控制，第一極和襯底接地；所述第二開關管的第二極和襯底為接VDD電壓，并接穩(wěn)壓電容的第一極板；所述穩(wěn)壓電容的第二極板接地；所述控制電路由VDD供電，并受系統(tǒng)環(huán)路調制，其第一輸出端用于控制功率MOS管的工作狀態(tài)，同時所述控制電路檢測VDD電壓值，其第二輸出端用于控制第一開關管的工作狀態(tài)；所述功率MOS管的柵極連接所述控制電路的第一輸出端，第二極與JFET調整管的漏極相連接，第一極和襯底接地。

作為本發(fā)明的高壓自供電電路的一種優(yōu)選方案，所述功率MOS管的第二極作為芯片輸出端口，片外接電感及肖特基二極管，同時作為自供電電路的電源輸入端。

作為本發(fā)明的高壓自供電電路的一種優(yōu)選方案，所述第一開關管、第二開關管為NMOS管，其第一極為源極，第二極為漏極。

作為本發(fā)明的高壓自供電電路的一種優(yōu)選方案，所述功率MOS管為功率NMOS管，其第一極為源極，第二極為漏極。

作為本發(fā)明的高壓自供電電路的一種優(yōu)選方案，還包括限流檢測電阻及限流控制管，其中：所述限流檢測電阻的第一端與第二開關管的第一極、限流控制管的柵極相連，第二端與VDD電壓相連；所述限流控制管的第二極與限流電阻的第二端、第二開關管的柵極和第一開關管的第二極相連，柵極與第二開關管的第一極和限流檢測電阻的第二端相連，第一極和襯底與VDD電壓相連。

進一步地，所述限流控制管為NMOS管，其第一極為源極，第二極為漏極。

如上所述，本發(fā)明的高壓自供電電路，具有以下有益效果：與傳統(tǒng)的高壓供電電路相比，本發(fā)明采用了一種高壓自供電電路結構，芯片省去了VCC供電引腳，外圍電路更為精簡，節(jié)省了高壓啟動電阻和穩(wěn)壓電容，系統(tǒng)成本低，體積小。電路內部省去了鉗位二極管和調制電路，電路結構簡單，可靠性高，芯片面積大幅縮減，芯片成本及系統(tǒng)成本大大降低。進一步地，帶有限流功能的高壓自供電電路，在系統(tǒng)建立過程中充電電流受到限制，電流值能夠保持恒定，VDD電壓線性上升，有效防止了上電過程中的過沖現(xiàn)象及電流過大對器件造成的損傷。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術中的一種高壓供電電路的電路結構示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的高壓自供電電路的電路結構示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明的高壓自供電電路的時序圖。

圖4顯示為本發(fā)明的帶限流功能的高壓自供電電路的電路結構示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明的無限流和帶限流高壓自供電電路的電壓電流時序圖。

元件標號說明

J1 JFET調整管

R1 限流電阻

NM1 第一開關管

NM2 第二開關管

C3 穩(wěn)壓電容

Control 控制電路

NM0 功率MOS管

R2 限流檢測電阻

NM3 限流控制管

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖2～圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

實施例1

如圖2所示，本實施例提供一種高壓自供電電路，所述高壓自供電電路包括：JFET調整管J1、限流電阻R1、第一開關管NM1、第二開關管NM2、穩(wěn)壓電容C3、控制電路Control、以及功率MOS管NM0，其中：所述JFET調整管J1的柵極和襯底接地，漏極接功率MOS管NM0的第二極，源極接限流電阻R1的第一端和第二開關管NM2的第二極；所述限流電阻R1的第二端接第一開關管NM1的第二極和第二開關管NM2的柵極；所述第一開關管NM1的柵極由控制電路Control控制，第一極和襯底接地；所述第二開關管NM2的第二極和襯底為接VDD電壓，并接穩(wěn)壓電容C3的第一極板；所述穩(wěn)壓電容C3的第二極板接地；所述控制電路Control由VDD供電，并受系統(tǒng)環(huán)路調制，其第一輸出端用于控制功率MOS管NM0的工作狀態(tài)，同時所述控制電路Control檢測VDD電壓值，其第二輸出端用于控制第一開關管NM1的工作狀態(tài)；所述功率MOS管NM0的柵極連接所述控制電路Control的第一輸出端，第二極與JFET調整管J1的漏極相連接，第一極和襯底接地，所述功率MOS管NM0的第二極作為芯片輸出端口，片外接電感及肖特基二極管，同時作為自供電電路的電源輸入端。

在本實施例中，所述第一開關管NM1、第二開關管NM2為NMOS管，其第一極為源極， 第二極為漏極，所述功率MOS管NM0為功率NMOS管，其第一極為源極，第二極為漏極。

具體地，如圖2所示，所述高壓自供電電路包括：

由JFET器件J1構成的JFET調整管，其柵極和襯底電位為GND，漏極接功率MOS管NM0的漏極SW，源極接限流電阻R1和第二開關管NM2的漏極；

由R1構成的限流電阻，一端接JFET調整管J1的源極和第二開關管NM2的漏極，另一端接第一開關管NM1的漏極和NM2的柵極；

由NM1構成的第一開關管，其柵極由控制電路Control控制，漏極接限流電阻R1和D第二開關管NM2的柵極，源極和襯底接地GND；

由NM2構成的第二開關管，柵極接限流電阻R1和第一開關管NM1的漏極，漏極接限流電阻R1另一端和JFET調整管J1源極，源極和襯底為VDD電壓，并接穩(wěn)壓電容C3的上極板；

由C3構成的穩(wěn)壓電容，上極板為VDD，接第二開關管NM2的源極和襯底，下極板接地GND；

由Control模塊構成的控制電路，由VDD供電，受系統(tǒng)環(huán)路調制，其第一輸出端DRV用于控制功率MOS管NM0的工作狀態(tài)，同時Control模塊檢測VDD電壓值，其第二輸出端VDD_OK用于控制第一開關管NM1的工作狀態(tài)；

由NM0構成的功率MOS管NM0，其柵極由控制電路Control的第一輸出端DRV控制，漏極為芯片SW端，片外接電感及肖特基二極管，同時作為自供電電路的電源輸入端，與JFET調整管J1漏極相連接，其源極和襯底接地GND。

總的來說，本實施例的高壓自供電電路主要由JFET調整管J1、限流電阻R1、第一開關管NM1、第二開關管NM2、穩(wěn)壓電容C3、控制電路Control、以及功率MOS管NM0，由功率MOS管漏極SW端供電，受控制模塊Control輸出端VDD_OK控制，產生的VDD電壓經濾波電容C3穩(wěn)壓后輸出，為芯片內部其他模塊供電。SW端電壓為母線電壓經LED及電感降壓后接入芯片得到，并受功率MOS管NM0調制。

本實施例的高壓自供電電路工作原理及實施方式結合圖2所示的電路圖及圖3所示時序圖進行詳細說明。

T0時刻，芯片上電，開始啟動，此時內部電平VDD為0V，由于Control模塊由VDD供電，因此此時其輸出信號DRV和VDD_OK均為0V，此時功率MOS管NM0和第一開關管NM1均關斷。母線電壓經LED和電感L1降壓后接入芯片SW端，作為自供電電路的電源與JFET調整管J1漏極相連。由于功率MOS管NM0關斷，因此此時SW端為高電平。由于第一開關管NM1關斷，第二開關管NM2柵極和漏極與穩(wěn)壓電阻R1相連，電位相等，因 此第二開關管NM2導通，由于此時VDD電壓為0V，因此JFET調整管J1源極電壓為低電平，JFET調整管J1導通。SW通過JFET調整管J1、第二開關管NM2為穩(wěn)壓電容C3充電，VDD電位逐漸升高，只到達到設定值。

T1時刻，VDD達到設定值，芯片開始正常工作。當Control模塊檢測到VDD達到設定值后輸出信號VDD_OK翻轉為高電平，此時第一開關管NM1導通，將第二開關管NM2的柵極電壓下拉到GND，因此第二開關管NM2關斷。此時SW無法再通過JFET調整管J1及第二開關管NM2為穩(wěn)壓電容C3充電，VDD電壓由穩(wěn)壓電容C3儲存的電荷維持，由于芯片內部模塊靜態(tài)電流的消耗，VDD電壓逐漸下降。當芯片開始正常工作以后，Control模塊會檢測SW電壓和電感電流，經系統(tǒng)環(huán)路調制后通過DRV信號控制功率管處于交替導通關斷狀態(tài)，進而實現(xiàn)LED電流的恒流控制。

T2時刻，VDD電平下降到設定值下限，Control模塊檢測到之后，輸出信號VDD_OK翻轉為低電平，第一開關管NM1關斷，第二開關管NM2柵極和漏極由限流電阻R1相連，電位相等，因此第二開關管NM2導通，SW通過JFET調整管J1、第二開關管NM2為穩(wěn)壓電容C3充電，VDD電位逐漸升高，直到達到設定值。

T3時刻，VDD達到設定值，該高壓自供電電路工作狀態(tài)與T1時刻相同，因此系統(tǒng)穩(wěn)定后，電路工作狀態(tài)及模式在T1至T3時刻循環(huán)。

當芯片開始正常工作后，受系統(tǒng)環(huán)路調制，DRV信號會控制功率管交替導通關斷。當DRV為高電平時功率MOS管NM0導通，此時SW電位為0V；當DRV為低電平時功率MOS管NM0關斷，此時SW為高電平，具備充電能力。因此Control模塊內部邏輯設定，只有當DRV信號為低電平時，檢測到VDD電平下降到設定值下限之后，VDD_OK信號才會翻轉為低電平。

以上所述，為本發(fā)明所采用的一種新穎的高壓自供電電路結構及方法，通過功率管漏極SW為電路供電，芯片省去了VCC供電引腳，因此外圍電路更為精簡，節(jié)省了高壓啟動電阻和穩(wěn)壓電容，系統(tǒng)成本低，體積小。電路內部由于采用JFET作為調整管，省去了鉗位二極管和調制電路，電路結構簡單，可靠性高，且芯片面積大幅縮減，芯片成本及系統(tǒng)成本大大降低。

實施例2

如圖4所示，本實施例提供一種帶限流功能的高壓自供電電路，其基本結構如實施例1，其中，本實施例的帶限流功能的高壓自供電電路還包括限流檢測電阻R2及限流控制管NM3，所述限流檢測電阻R2的第一端與第二開關管NM2的第一極、限流控制管NM3的柵極相連， 第二端與VDD電壓相連；所述限流控制管NM3的第二極與限流電阻R1的第二端、第二開關管NM2的柵極和第一開關管NM1的第二極相連，柵極與第二開關管NM2的第一極和限流檢測電阻R2的第二端相連，第一極和襯底與VDD電壓相連。在本實施例中，所述限流控制管NM3為NMOS管，其第一極為源極，第二極為漏極。

具體地，在傳統(tǒng)供電電路中，由于系統(tǒng)外圍使用了啟動電阻，在為穩(wěn)壓電容充電的同時也起到了限流的作用。在本發(fā)明所示的電路結構中，由于節(jié)省了高壓啟動電阻，內部電平VDD上升過程中，穩(wěn)壓電容C3的充電電流可通過其他方法進行限流，即在上述高壓自供電電路結構基礎上衍生出了帶有限流功能的高壓自供電電路結構，其電路圖如圖4所示，其中包括：

在高壓自供電電路基礎上增加由R2構成的限流檢測電阻，一端與第二開關管NM2源極、限流控制管NM3柵極相連，另一端為VDD端，以及

由NM3構成的限流控制管，其漏極與限流電阻R1、第二開關管NM2的柵極和第一開關管NM1的漏極相連，其柵極與NM2的源極和限流檢測電阻R2相連，其源極和襯底為VDD端。

本實施例的帶限流功能的高壓自供電電路工作原理及VDD電壓控制方式與實施例1類似，下面結合圖4所示電路圖和圖5所示的無限流功能和帶有限流功能的兩種電路在工作過程中VDD電壓電流時序圖，重點闡述限流功能的電路工作原理及控制方法。

實施例1中的無限流功能的高壓自供電電路在工作過程中的VDD電壓和充電電流IVDD隨時間變化波形圖如圖5中VDD1和IVDD1所示：

T0時刻為芯片初始態(tài)，此時芯片尚未工作，VDD電壓為零，充電電流IVDD為零。

T1時刻，芯片開始工作，VDD電壓開始升高，具體工作原理如實施例1所述，不再贅述。此時由于VDD電壓較低，JFET調整管J1源極電壓較低，此時IVDD充電電流很大，VDD電壓上升快速。隨著VDD電壓逐漸升高，JFET調整管J1源極電壓逐漸升高，充電電流IVDD逐漸下降。此時VDD電壓上升斜率逐漸減小。

T2時刻，VDD電壓達到設定值，之后第二開關管NM2關斷，充電電流IVDD降為零。在VDD電壓上升過程中，充電電流IVDD隨VDD電壓升高而減小，并受第二開關管NM2和JFET調整管J1工藝及器件參數(shù)影響，但由于沒有限流電路，具體電流值難以控制。

本實施例的帶限流功能的高壓自供電電路在工作過程中的VDD電壓和充電電流IVDD隨時間變化波形圖如圖5中VDD2和IVDD2所示：

T0時刻為芯片初始態(tài)，此時芯片尚未工作，VDD電壓為零，充電電流IVDD為零。

T1時刻，芯片開始工作，控制信號VDD_OK翻轉為低電平，此時由于充電電流IVDD為零，限流檢測電阻R2上的壓降為零，限流控制管NM3關斷，第二開關管NM2的柵極電 壓被限流電阻R1拉高，第二開關管NM2導通，充電電流IVDD增大，并開始為穩(wěn)壓電容C3充電，VDD電壓逐漸升高。隨著充電電流IVDD增大，限流檢測電阻R2上的壓降逐漸增大，即限流控制管NM3的柵源電壓增高。當充電電流IVDD增大到某一電流值后，限流檢測電阻R2上的壓降會導致限流控制管NM3導通，并將第二開關管NM2柵極電壓拉低，第二開關管NM2的柵源電壓減小，充電電流不再增大，此時的IVDD電流即為充電電流的限流值。此時電路中限流電阻R1、限流檢測電阻R2、第二開關管NM2和限流控制管NM3構成負反饋電路，系統(tǒng)環(huán)路控制充電電流穩(wěn)定在限流值上，并以此電流持續(xù)為VDD穩(wěn)壓電容C3充電，VDD電壓線性升高。充電電流的限流值由限流控制管NM3的柵源電壓和限流檢測電阻R2的阻值決定，即：

I_VDD＝V_{GS_NM3}/R2，

由此可知，調節(jié)限流檢測電阻R2的阻值，即可方便的設定充電電流的限流值。

T3時刻，VDD電壓達到設定值，控制信號VDD_OK翻轉為高電平，第一開關管NM1導通并將第二開關管NM2柵極電壓拉低，第二開關管NM2關斷，充電電流IVDD降為零。

該電路中，由于VDD電壓建立過程中充電電流受到限制，因此充電電流能夠保持恒定，VDD電壓線性上升，有效防止了上電過程中的過沖現(xiàn)象及電流過大對器件造成的損傷。

如上所述，本發(fā)明提供一種高壓自供電電路，所述高壓自供電電路包括：JFET調整管J1、限流電阻R1、第一開關管NM1、第二開關管NM2、穩(wěn)壓電容C3、控制電路Control、以及功率MOS管NM0，其中：所述JFET調整管J1的柵極和襯底接地，漏極接功率MOS管NM0的第二極，源極接限流電阻R1的第一端和第二開關管NM2的第二極；所述限流電阻R1的第二端接第一開關管NM1的第二極和第二開關管NM2的柵極；所述第一開關管NM1的柵極由控制電路Control控制，第一極和襯底接地；所述第二開關管NM2的第二極和襯底為接VDD電壓，并接穩(wěn)壓電容C3的第一極板；所述穩(wěn)壓電容C3的第二極板接地；所述控制電路Control由VDD供電，并受系統(tǒng)環(huán)路調制，其第一輸出端用于控制功率MOS管NM0的工作狀態(tài)，同時所述控制電路Control檢測VDD電壓值，其第二輸出端用于控制第一開關管NM1的工作狀態(tài)；所述功率MOS管NM0的柵極連接所述控制電路Control的第一輸出端，第二極與JFET調整管J1的漏極相連接，第一極和襯底接地，所述功率MOS管NM0的第二極作為芯片輸出端口，片外接電感及肖特基二極管，同時作為自供電電路的電源輸入端。本發(fā)明與傳統(tǒng)的高壓供電電路相比，采用了一種新穎的高壓自供電電路結構及方法，芯片省去了VCC供電引腳，外圍電路更為精簡，節(jié)省了高壓啟動電阻和穩(wěn)壓電容，系統(tǒng)成本低，體積小。電路內部省去了鉗位二極管和調制電路，電路結構簡單，可靠性高，芯片面積大幅縮減，芯片成本及系統(tǒng)成本大大降低。進一步地，帶有限流功能的高壓自供電電路，在系統(tǒng)建立過 程中充電電流受到限制，電流值能夠保持恒定，VDD電壓線性上升，有效防止了上電過程中的過沖現(xiàn)象及電流過大對器件造成的損傷。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。