为脉宽调制器集成电路提供抵抗单粒子翻转能力的电路

摘要

一种与具有软启动复位功能的脉宽调制集成电路一起使用的电路，包括：二极管，其具有与所述集成电路的软启动复位端相连的第一端；分压器，其耦合在所述集成电路的基准电压和公共端之间，所述二极管具有与所述分压器的抽头耦合连接的第二端，并且在所述二极管的第二端和所述公共端之间耦合连接有软启动电容，由此，在所述集成电路通电启动时，所述软启动电容通过所述分压器的抽头被充电，并且在发生单粒子翻转的情况下，当所述集成电路的软启动复位端降低到处于或接近所述集成电路的公共端电平的电平时，所述二极管防止所述软启动电容通过所述集成电路放电。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2002年11月14日提交的题为“具有抵抗单粒子翻转(singleevent upset)能力的脉宽调制器集成电路”的第60/426,448号美国临时专利申请的优先权权益。该申请所公开的内容并入本申请以作为参考。

发明背景

现代的DC到DC(直流-直流)转换器和开关电源通常使用商用脉宽调制器集成电路(PWM IC)以显著地降低电路的复杂性和总部件数。这些PWMIC通常包括缓慢地向外部电容充电以控制开关电源的启动速率的软启动特征。在各种故障情况下，PWM IC可以使该软启动电容放电并启动电源重启动以保护电源和负载不会遭受因故障而产生的过载(overstress)。因为单粒子翻转(SEU)的潜在性，所以这种放电机制导致商用PWM IC不适合于空间应用(即，卫星、行星探测器、国际空间站等)。

SEU由通常在空间环境中遇到的高能粒子引致。这些高能粒子能够意外地使半导体结导通，并导致电子设备和系统的操中出现不期望看到的变化。PWM IC软启动电路的SEU能够导致电源输出的临时中断，这样影响包括电源负载的任意电子系统。因此，许多电源和有意在空间应用中使用的DC到DC的转换器采用的是由许多分立的组件构成的PWM电路，这些分立的组件以能够消除SEU可能性的方式设置。与采用PWM IC的设计相比，此举增加了总的组件数目和电路的复杂度。较高的组件数目和电路复杂度通常对于电源的整体可靠性具有负面的影响。

图1示出了PWM IC中软启动复位装置的一个常规的非锁存实现方案。电流源Is在启动的过程当中对软启动电容C1进行充电。在故障情况或关断(shutdown)命令生成时，Qd使C1放电。SEU事件能够意外地导致Qd导通并迅速使电容C1放电，这就导致了电源在正常操作中的中断。

图2示出了用于改进图1中电路的SEU响应的一个改型。电阻R1的增加限制了通过Qd的放电电流。因此，在SEU事件的过程当中，C1将只会部分地放电，这样防止了电源操作的中断，并允许从SEU事件中更快地恢复。由于C1通过恒流源Is被充电，所以R1不会干扰C1的所需充电持续时间。

图3示出了PWM IC中软启动复位装置的一个锁存实现方案。在电源启动的过程当中，软启动电容C1通过由R1和R2构成的电阻分压器(resistordivider)被充电到预定的电压。在故障或关断命令产生时，SCR(可控硅整流器)被触发并使C1放电，直到放电流下降到低于SCR的保持电流为止。这样，放电装置一直被锁存，直到C1被放电到预定电平为止，在该预定电平点处，上述放电装置被复位，并且电源随后被重启。SEU事件能够意外地导致SCR(或等同的锁存电路)的触发，这会迫使电容C1接近完全地放电，从而使电源在正常的操作中产生中断。在这种情况下增加与电容串联的电阻(如上述例子(图2)所示)将不会起作用，这是因为所需的阻抗值将会大的惊人，因此产生了对C1的所需充电持续时间的干扰。

虽然有助于缓解SEU，但图2的现有技术的电路不能够防止软启动电容C1的SEU放电。在图2的电路中，尽管电阻R1减少了电容因为SEU而放电的速率，但是它也降低了在实际故障或关断发生时的电容放电速率，而这是不期望看到的。因此，期望提供这样一种电路，它既可以防止SEU使上述软启动电容放电，也不会导致实际故障或关断事件中电容充电持续时间的改变。

还期望提供一种电路，它既可以防止SEU对上述软启动电容进行放电，也可在实际故障或关断情况中允许电容放电。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供这样一种电路，其能够防止由于SEU引致的软启动电容的放电，并同时允许在启动后软启动电容的正常充电持续时间。

本发明的另一目的在于提供这样一种电路，该电路在实际故障或关断情况中允许电容被放电。

通过对位于PWM IC外部的少数分立组件进行精心布置，就可最小化或消除PWM IC的软启动电路中的SEU效应，同时可以保留PWM IC所能够提供的大部分其它特性和有益效果。

本发明的上述和其它目的是通过一种与具有软启动复位功能的脉宽调制集成电路一起使用的电路来实现的，该电路包括：二极管，其具有与所述集成电路的软启动复位端相连的第一端；分压器，其耦合在所述集成电路的基准电压和公共端之间，所述二极管具有与所述分压器的抽头(tap)耦合连接的第二端，并且在所述二极管的第二端和所述公共端之间耦合连接有软启动电容，由此，在所述集成电路通电启动时，所述软启动电容通过所述分压器的抽头被充电，并且在发生单粒子翻转的情况下，当所述集成电路的软启动复位端降低到处于或接近所述集成电路的公共端电平的电平时，所述二极管防止所述软启动电容通过所述集成电路放电。

根据本发明的另一方面，所述电路还包括外部故障检测和关断触发电路，它与所述软启动电容并联耦合以用于对所述电容放电。

本发明的其它目标、特征和有益效果将通过以下详细说明而变得清楚。

附图的简要描述

现在将参照附图在以下详细描述中对本发明进行更详细的说明，其中：

图1显示了具有非锁存软启动复位电路的现有技术的PWM IC；

图2显示了采用具有外部限制电阻的非锁存软启动复位的现有技术的PWM IC；

图3显示了一种使用锁存软启动复位电路的PWM IC；

图4显示了根据本发明的锁存软启动复位电路，该电路防止由SEU引致的电容放电，并且具有外部复位装置。

优选实施方案的详细描述

再参照附图，图4描述了用于防止由SEU引致的电容C1放电的电路。二极管CR1的增加防止了PWM IC使电容C1放电，同时不影响所需的C1的充电持续时间。Q1和R3提供了可选的SEU耐受装置(tolerantmechanism)，以用于在故障或关断事件发生时使C1放电。

启动电容C1通过由电阻R1和R2构成的分压器充电。晶体管Q1通常是截止的。

在SEU使SCR导通的情况下，二极管CR1防止电容C1通过SCR放电。

在发生故障或关断的情况下，软启动电容C1由于二极管CR1而不能通过SCR放电。一种替代装置(alternate mechanism)被提供用来在故障或关断情况发生时使软启动电容放电。这是通过晶体管Q1来提供的，如果晶体管Q1被故障或关断的情况导通，则它允许电容C1通过包括R3和Q1的串联电路放电。

因此，商业可用的PWM IC可被用于发生SEU的应用中(例如空间和军事应用)，这是因为软启动电容在发生SEU的情况下不会被放电，因此不会关断用于设备的电源。包括晶体管Q1和电阻R3的单独的故障检测和关断电路被配备用以提供关断和故障检测。而且，由于电容C1通过电阻R1充电，所以根据本发明的电路不会干扰正常的电容充电持续时间。

尽管对本发明的描述是根据其具体实施方案来进行的，但是许多其它的变换、修改和其它应用对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，本发明不应受本文的具体公开内容的限制，而应由所附权利要求书来限定。