專利名稱：一種脈寬調(diào)制dc-dc開關(guān)電源的軟啟動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于集成電路芯片技術(shù)，具體涉及一種脈寬調(diào)制DC-DC開 關(guān)電源的軟啟動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
DC-DC開關(guān)電源在啟動(dòng)過(guò)程中，由于輸入電壓從最小值上升到最大值， 開關(guān)管的PWM控制信號(hào)的占空比從最大值開始變化，逐漸變小。由于電路 中有電容存在，對(duì)電容充電容易產(chǎn)生浪涌電流，此時(shí)通過(guò)開關(guān)管的電流可 以達(dá)到很大，容易損壞電路系統(tǒng)。為了避免這種情況，需要在開關(guān)電源芯 片中加入軟啟動(dòng)電路。
軟啟動(dòng)電路是用來(lái)控制電源輸入電壓上升過(guò)程中PWM脈沖波形的占空 比從最小值逐步變化到正常工作時(shí)所需要的值，從而控制輸出電壓逐步變 化。由于占空比是從最小值開始逐步變化，不會(huì)使開關(guān)管較長(zhǎng)時(shí)間一直導(dǎo) 通，避免了浪涌電流的產(chǎn)生。在目前應(yīng)用的開關(guān)電源軟啟動(dòng)電路中主要有 以下幾類 一類是采用電容和電阻，利用電容充電時(shí)電壓指數(shù)上升的特性 來(lái)控制電壓上升過(guò)程。這種軟啟動(dòng)電路需要加入充電的恒流源和外部電容， 而且需要的電容值較大， 一般需要幾十nF到幾pF，這樣的大電容不容易集 成到大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)部。另一類是采用微控制器來(lái)控制啟動(dòng)過(guò)程的 純數(shù)字控制。這種軟啟動(dòng)電路雖然能夠集成到芯片內(nèi)部，但是由于是需要 另外的微控制器控制且需要在電源電路部分上電前就已經(jīng)開始工作。對(duì)于 一般用途的開關(guān)電源，過(guò)于復(fù)雜，成本也太高。
美國(guó)專利U.S.6，337,480 Bl中描述了一種輸出電壓分階段上升的新型軟
啟動(dòng)電路。這種軟啟動(dòng)電路不使用外部電容和微控制器，由振蕩器、數(shù)字
控制、PWM比較器、電阻網(wǎng)絡(luò)等幾個(gè)部分組成。PWM比較器負(fù)端接振蕩器 輸出，正端接電阻網(wǎng)絡(luò)的分壓值。PWM比較器通過(guò)比較電阻的分壓值和振 蕩器輸出的三角波信號(hào)，產(chǎn)生PWM脈寬控制信號(hào)控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通。 數(shù)字計(jì)數(shù)部分采樣振蕩器的三角波信號(hào)并計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值就通過(guò)控 制開關(guān)來(lái)改變電阻網(wǎng)絡(luò)的分壓值，使得分壓從O開始按階梯上升，從而使占 空比由最小分階段上升，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。這種電路彌補(bǔ)了前兩種電路的 缺點(diǎn)但是也帶來(lái)了新的不足。第一，這種電路采樣電壓控制，只適合于電 壓控制模式，不適合電流控制模式。第二，由于采用的是電阻分壓網(wǎng)絡(luò)， 當(dāng)需要適當(dāng)?shù)卦黾榆泦?dòng)上升階段來(lái)達(dá)到更好的軟啟動(dòng)效果時(shí)，電路太復(fù) 雜。第三，軟啟動(dòng)時(shí)間由數(shù)字計(jì)數(shù)部分和輸出電壓決定，不能根據(jù)不同的 負(fù)載電流自動(dòng)調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種脈寬調(diào)制DC-DC開關(guān)電源的軟啟動(dòng)電 路，該軟啟動(dòng)電路可以適用于電壓控制模式和電流控制模式，電路相對(duì)簡(jiǎn) 單，軟啟動(dòng)時(shí)間能根據(jù)不同的負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的脈寬調(diào)制DC-DC開關(guān)電源的軟 啟動(dòng)電路包括分頻計(jì)數(shù)模塊，電流閾值模塊，電流采樣模塊，限流比較器， 二輸入或門，振蕩器，RS觸發(fā)器；
RS觸發(fā)器的^輸出端連接外部開關(guān)整流管的柵級(jí)，控制開關(guān)整流管的 導(dǎo)通與關(guān)斷，RS觸發(fā)器的S端接振蕩器的輸出，R端接二輸入或門的輸出； 開關(guān)電源電路的脈寬調(diào)制信號(hào)和限流比較器的輸出接到二輸入或門的兩個(gè) 輸入端；限流比較器的輸入正端和負(fù)端分別連電流閾值模塊的輸出端和電 流采樣模塊的輸出端；
分頻計(jì)數(shù)模塊的輸入端分別接清零信號(hào)、置位信號(hào)和開關(guān)整流管的柵
極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)開關(guān)整流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的分頻和編碼產(chǎn)生第一至
第三編碼信號(hào)，分別與電流閾值模塊的三個(gè)輸入端相連；開關(guān)整流管的一 端接電源電壓，另一端和開關(guān)整流管的柵極接電流采樣模塊的兩個(gè)輸入端。
本實(shí)用新型軟啟動(dòng)電路不需要在外部加入大電容，不需要用微控制器 控制，能集成到大規(guī)模集成電路內(nèi)部；直接限制負(fù)載電流，軟啟效果好， 并且可以適用于電壓控制模式和電流控制模式；采用電流選通網(wǎng)絡(luò)，電路 相對(duì)簡(jiǎn)單；軟啟動(dòng)時(shí)間能根據(jù)不同的負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)。具體而言，本實(shí)用新 型具有以下技術(shù)特點(diǎn)
(1) 本實(shí)用新型脈寬調(diào)制DC-DC開關(guān)電源時(shí)，在外部開關(guān)整流管導(dǎo)通 時(shí)采樣功率電感上的電流，通過(guò)限制其峰值電流分階段由小到大變化，來(lái) 控制占空比階梯型變化，使輸出電壓分階段緩慢上升。由于該電路是限制 外部電感的峰值電流，直接避免了啟動(dòng)過(guò)程中的浪涌電流，軟啟動(dòng)效果好。
(2) 限流比較器比較采樣到的外部電感上的電流與電流閾值模塊提供 的電流閾值，并只是在軟啟過(guò)程中與振蕩器共同控制開關(guān)電源電路的占空 比，而在軟啟動(dòng)結(jié)束后，限流比較器只是起到限制最大輸出電流的作用， 并不參與控制開關(guān)電源電路的占空比，功能相對(duì)獨(dú)立，因此既能用于電壓 控制模式，又能用于電流控制模式。
(3) 本實(shí)用新型通過(guò)分頻計(jì)數(shù)模塊對(duì)外部開關(guān)整流管的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 分頻計(jì)數(shù)，并對(duì)分頻信號(hào)進(jìn)行編碼，輸出到電流閾值模塊中，選通不同的 電流支路來(lái)改變電流閾值。分頻計(jì)數(shù)模塊和電流選通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)相對(duì)靈活， 可以通過(guò)簡(jiǎn)單更改結(jié)構(gòu)來(lái)改變軟啟上升的階段數(shù)和每一階段的時(shí)間。
(4) 分頻計(jì)數(shù)模塊的置位端的作用是當(dāng)檢測(cè)到開關(guān)電源輸出電壓上升 到所需電壓值后，通過(guò)改變輸出編碼的值將電流閾值設(shè)為最高，軟啟動(dòng)結(jié) 束，電路進(jìn)入正常工作模式。軟啟動(dòng)時(shí)間與分頻計(jì)數(shù)模塊、輸出電壓以及 負(fù)載電流有關(guān)。例如在輕負(fù)載情況下，由于正常工作情況下的輸出負(fù)載電 流很小，軟啟動(dòng)或許只需歷經(jīng)一兩個(gè)階段，輸出電壓就達(dá)到電路正常工作
時(shí)的所需電壓值，從而進(jìn)入正常工作模式。

圖l為本實(shí)用新型軟啟動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型軟啟動(dòng)電路應(yīng)用于開關(guān)電源Buck結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)示意
圖3為本實(shí)用新型軟啟動(dòng)電路在軟啟動(dòng)過(guò)程中電流閾值的變化示意圖； 圖4為圖1中分頻計(jì)數(shù)模塊4的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為圖1中電流閾值模塊3的一種結(jié)構(gòu)示意圖6為圖1中電流采樣模塊2的一種結(jié)構(gòu)示意圖7為軟啟動(dòng)過(guò)程中關(guān)鍵控制信號(hào)的時(shí)序圖8為開關(guān)電源輸出VOUT在軟啟動(dòng)過(guò)程中的波形圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型提供的軟啟動(dòng)電路30包括以下幾個(gè)部分分頻
計(jì)數(shù)模塊4，電流閾值模塊3，電流采樣模塊2，限流比較器l， 二輸入或門5，
振蕩器7， RS觸發(fā)器6。
下面以外部開關(guān)整流管采用功率PMOS管8為例說(shuō)明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)。
RS觸發(fā)器6的^輸出端連接外部開關(guān)整流管功率PMOS管8的柵級(jí)，控 制功率PMOS管8的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制開關(guān)電源電路的占空比。RS觸發(fā) 器6的S端接振蕩器7的輸出，R端接二輸入或門5的輸出；開關(guān)電源電路的脈 寬調(diào)制信號(hào)VPWM和限流比較器1的輸出接到二輸入或門5的兩個(gè)輸入端； 限流比較器1的正輸入端和負(fù)輸入端分別接電流閾值模塊3的輸出端V1和電 流采樣模塊2的輸出端V2;分頻計(jì)數(shù)模塊4受外部清零信號(hào)RST、置位信號(hào)
LD和功率PMOS管8的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)VP控制，通過(guò)對(duì)功率PMOS管8的柵級(jí) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)VP的分頻和編碼產(chǎn)生三個(gè)編碼信號(hào)DO、 Dl、 D2，分別與電流閾 值模塊3的三個(gè)輸入端相連；電流采樣模塊2受功率PMOS管8的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)VP控制，在功率PMOS管8導(dǎo)通時(shí)采樣功率PMOS管8的漏極SW處的電壓 值，實(shí)際上是采樣了功率PMOS管8上的導(dǎo)通電流值。在軟啟動(dòng)電路中，清 零信號(hào)RST是開關(guān)電源電路中欠壓保護(hù)模塊的輸出，而當(dāng)采樣到開關(guān)電源電 路的輸出電壓VOUT大于其正常工作所需要的輸出電壓時(shí)，置位信號(hào)LD由 "0，，跳T。
圖2為本實(shí)用新型軟啟動(dòng)電路應(yīng)用于開關(guān)電源Buck結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)示意 圖。外部開關(guān)整流管功率PMOS管8，電感L0，電容C0，續(xù)流二級(jí)管DO構(gòu)成 開關(guān)電源Buck結(jié)構(gòu)。開關(guān)電源電路的輸出是VOUT，負(fù)載是ROUT。
清零信號(hào)RST控制著軟啟動(dòng)的開始。芯片上電之后，欠壓保護(hù)模塊的輸 出信號(hào)RST觸發(fā)軟啟動(dòng)開始工作，而這時(shí)振蕩器7已開始工作，產(chǎn)生脈沖信 號(hào)，通過(guò)RS觸發(fā)器6來(lái)開啟功率PMOS管8，續(xù)流二級(jí)管DO的偏置電壓反偏， 所以D0不導(dǎo)通。此時(shí)功率PMOS管8上電流開始上升，同時(shí)電流采樣模塊2 也開啟，采樣外部電感LO上的電流值也是逐漸升高的，當(dāng)電流值上升到電 流閾值模塊3所設(shè)定的電流閾值時(shí)，限流比較器l輸出跳變?yōu)楦唠娖讲⑼ㄟ^(guò) 二輸入或門5接到了RS觸發(fā)器6的R端，輸出信號(hào)VP為高電平，關(guān)斷功率 PMOS管8，外部電感LO上的電流值降低，而此時(shí)電流采樣模塊2受信號(hào)VP 控制，并不采樣當(dāng)前功率PMOS管8上的電流。當(dāng)下一個(gè)振蕩器輸出脈沖到 達(dá)時(shí)，RS觸發(fā)器6的輸出VP又跳為低電平，功率PMOS管8再次開啟，進(jìn)行 下一個(gè)周期的控制。電流閾值模塊3提供的電流閾值由分頻計(jì)數(shù)電路4來(lái)控 制，電流閾值分階段上升。這樣，軟啟動(dòng)電路很好的限制外部電感LO上的 峰值電流，從而限制了浪涌電流，并使開關(guān)電源的輸出VOUT分階段緩慢上 升，達(dá)到軟啟動(dòng)的效果。
如圖3所示，當(dāng)電路結(jié)束欠壓保護(hù)狀態(tài)，軟啟動(dòng)電路開始工作，分頻計(jì)
數(shù)模塊4設(shè)置第一階段的電流閾值大小2-I0和時(shí)間tsoftl。在這一階段中，功 率PMOS管8開啟并工作在深線性區(qū)，此時(shí)PMOS管8等效為線性區(qū)電阻且阻 值Row在環(huán)境溫度一定時(shí)是確定不變的。電流采樣模塊2采樣SW處的電壓 值，對(duì)應(yīng)與外部電感LO上電流值，其輸出端V2與限流比較器1的負(fù)輸入端相 連，限流比較器1的正輸入端同電流閾值模塊3的輸出端V1相連，輸出端V1 處的電壓值由分頻計(jì)數(shù)模塊4設(shè)定。在tsoftl時(shí)間內(nèi)，外部電感LO上的峰值電 流將不能超過(guò)分頻計(jì)數(shù)模塊4對(duì)于電流閾值模塊3所設(shè)定的電流閾值，功率 PMOS管8的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)VP的占空比也會(huì)限定在一個(gè)比較小的值。到達(dá) tsoft2時(shí)，分頻計(jì)數(shù)模塊4改變電流閾值為4*10，外部電感LO上的峰值電流可 以上升到更高的數(shù)值，按照第一階段的工作過(guò)程，功率PMOS管8的柵極驅(qū) 動(dòng)信號(hào)VP的占空比也上升到更高的一個(gè)數(shù)值。這樣，功率PMOS管8柵極驅(qū) 動(dòng)信號(hào)VP的占空比由小到大變化，控制輸出電壓VOUT分階段上升，直到
輸出電壓值達(dá)到開關(guān)電源電路正常工作所需的電壓值為止。
下面舉例說(shuō)明分頻計(jì)數(shù)模塊4、電流采樣模塊2和電流閾值模塊3的一種
具體實(shí)現(xiàn)電路。
如圖4所示，分頻計(jì)數(shù)模塊4包括分頻器51，編碼器52， 二輸入與非 門48、 49;分頻器51由n個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成，n由所設(shè)計(jì)的電路的軟啟動(dòng)時(shí)間來(lái) 確定，8Sr^12，下面以n-10為例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)。
IO個(gè)D觸發(fā)器的清零信號(hào)接RST，時(shí)鐘信號(hào)CLK接第一級(jí)D觸發(fā)器的時(shí) 鐘端，D觸發(fā)器的^輸出端接自身的輸入端D端，并接入下一級(jí)D觸發(fā)器的 時(shí)鐘端，這10個(gè)D觸發(fā)器按此接法串接成分頻器51， D觸發(fā)器38、 39的輸出 信號(hào)Q8、 Q9分別是時(shí)鐘信號(hào)CLK的512分頻和1024分頻。分頻信號(hào)Q8、 Q9 輸入到二輸入與非門48， 二輸入與非門48的輸出信號(hào)與外部功率PMOS管8 的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)VP經(jīng)二輸入與非門49輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK。編碼器52由二輸 入或非門40、 41、 45，非門42、 43、 46、 47和二輸入與非門44構(gòu)成。D觸發(fā) 器38的輸出信號(hào)Q8和置位信號(hào)LD輸入到二輸入或非門40再經(jīng)過(guò)非門42輸
出信號(hào)L80，D觸發(fā)器39的輸出信號(hào)Q9和置位信號(hào)LD輸入到二輸入或非門41 再經(jīng)過(guò)第二非門43輸出信號(hào)L60，非門42的輸出信號(hào)L80送到輸出端D1，非 門43的輸出信號(hào)L60和非門42的輸出信號(hào)L80輸入到二輸入與非門44再經(jīng)過(guò) 非門46送到輸出端D0，非門43的輸出信號(hào)L60和非門42的輸出信號(hào)L80輸入 到二輸入或非門45再經(jīng)過(guò)非門47送到輸出端D2。當(dāng)置位信號(hào)LD為"O"時(shí)， 編碼D0D1D2在分頻信號(hào)Q8、 Q9的變化過(guò)程中依次按照000， 001, 011， 111 變化，而當(dāng)置位信號(hào)LD為"1"時(shí)，編碼D0D1D2跳為111，并不再受分頻信號(hào) Q8、 Q9的影響。在軟啟過(guò)程中，當(dāng)分頻信號(hào)Q8、 Q9未同時(shí)跳到"l"時(shí)，時(shí) 鐘信號(hào)CLK采樣功率PM0S管8的柵極控制信號(hào)VP，當(dāng)分頻信號(hào)Q8、 Q9同 時(shí)跳到"l"時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLK恒為"1"，屏蔽了功率PM0S管8的柵極控制信 號(hào)VP，并使編碼D0D1D2跳為111,選定最高的電流閾值，軟啟動(dòng)結(jié)束。置 位信號(hào)LD是當(dāng)檢測(cè)到開關(guān)電源輸出電壓V0UT上升到所需電壓值后置"1"， 當(dāng)接輕負(fù)載時(shí)，軟啟動(dòng)過(guò)程不需要通過(guò)四個(gè)階段就能使輸出電壓VOUT上升 到額定的電壓值，只需要更少的兩個(gè)或者三個(gè)階段就完成軟啟動(dòng)。
如圖5所示，電流閾值模塊3的結(jié)構(gòu)為PM0S管MN1、 MN2、 MN3、 MN4、 MN6、 MN8、 MN9，恒流源I0和電阻R1構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)。輸出端V1 為PMOS管MN2的漏極。PMOS管MN5與PMOS管MN6串聯(lián)，PMOS管MN7 與PMOS管MN8串聯(lián)，PMOS管MN9與PMOS管MN10串聯(lián)，都接于輸出端 Vl和地之間。D0接PMOS管MN5的柵極控制PMOS管MN6所在電流支路的 導(dǎo)通和關(guān)斷，Dl接PMOS管MN7的柵極控制PMOS管MN8所在電流支路的導(dǎo) 通和關(guān)斷，D2接PMOS管MN9的柵極控制PMOS管MN10所在電流支路的導(dǎo) 通和關(guān)斷。
在軟啟動(dòng)過(guò)程中，編碼D0D1D2的變化分別控制電流支路依次導(dǎo)通，從 而控制電阻Rl所在支路上的電流Im的變化。不妨設(shè)MN4、 MN6、 MN8和 MN10的寬長(zhǎng)比分別是MN3寬長(zhǎng)比的2倍、8倍、4倍和2倍，那么當(dāng)編碼 D0D1D2按000、 001、 011、 lll變化時(shí)，流過(guò)電阻R的電流依次變?yōu)?lQ， 410，
8I0， 16IQ，則輸出到限流比較器l正端的電壓為
V1=VIN—IR1* Rl
如圖6所示，電流采樣模塊2的結(jié)構(gòu)為電流采樣支路由電阻R10和PMOS 管MP12串連構(gòu)成，MP12管的漏級(jí)接輸出端V2。 二極管連接的MP11接到電 源電壓VIN和MP12的源級(jí)之間、二極管連接的MN19接到MP12的源級(jí)和地 之間，起到保護(hù)電路的作用。控制信號(hào)VP連到MP12， MP13的柵極，并通 過(guò)第五非門16連到MP14的柵極。MP13和MP14串連后和電容C12并聯(lián)，連 入電源電壓VIN和輸出端V2之間，電容C11和MP13并聯(lián)。當(dāng)控制信號(hào)VP為 低電平時(shí)，即功率PMOS管8導(dǎo)通時(shí)，MP12和MP13導(dǎo)通，MP14關(guān)斷，采樣 通過(guò)功率PMOS管8上的電流^，輸出V2，并在電容C12上存儲(chǔ)了電荷。外部 功率PMOS管工作在深線性區(qū)，等效為線性區(qū)電阻RoN,忽略采樣支路上工 作在飽和區(qū)管MP12上的壓降，得到的輸出到限流比較器l負(fù)端的電壓為
V2=VIN-IL*(RoN+R10)
那么令V1-V2，得
j 一 IR1*R1 lo (RON+RI0)
即當(dāng)采樣到外部功率PMOS管8上的電流lL大于設(shè)定電流閾值lLo時(shí)，限
流比較器i的輸出由"o"跳"r。
芯片上電時(shí)，限流比較器1輸出初始值為"0"，振蕩器7的輸出使控制信 號(hào)VP跳"0"，功率PMOS管8開啟，外部電感LO上的電流L上升，采樣V2值
減小，當(dāng)iL值上升超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，限流比較器i輸出跳"r，使控制信號(hào)
VP跳"1"，關(guān)閉功率PMOS管8，控制開關(guān)電源占空比。
當(dāng)控制信號(hào)VP跳為高電平后，MP12和MP13關(guān)斷，MP14導(dǎo)通，V2并不 采樣功率PMOS管8上的電流lL,電源電壓VIN通過(guò)C11拉高輸出端V2的值， 使限流比較器1的輸出跳回為"0"。功率PMOS管8將在振蕩器7的上升沿到來(lái) 時(shí)再次開啟，重復(fù)以上過(guò)程直到電流閾值上升到下一階段的電流值，軟啟
動(dòng)也進(jìn)入到下一個(gè)階段，直到開關(guān)電源電路的輸出電壓VOUT上升到正常工
作時(shí)所需要的電壓值。
圖7為軟啟動(dòng)過(guò)程中關(guān)鍵控制信號(hào)的時(shí)序圖。分頻信號(hào)Q8、 Q9分別是功 率PMOS管8的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)VP的512分頻和1024分頻，D0，D1，D2則是通過(guò) 對(duì)分頻信號(hào)Q8、 Q9進(jìn)行編碼得到的。
圖8為開關(guān)電源電路在軟啟動(dòng)過(guò)程中的輸出VOUT的波形圖?？梢钥吹?VOUT分階段緩慢上升，很好的限制了浪涌電流。
雖然本實(shí)用新型經(jīng)具體實(shí)施例作為例示加以說(shuō)明，但是應(yīng)該明確的是， 本實(shí)用新型并不限于此處所公開的實(shí)施例，也不能被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型 權(quán)利要求的限制。如果其他人員依據(jù)本實(shí)用新型做出了非實(shí)質(zhì)性的改變或 改進(jìn)，都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1、一種脈寬調(diào)制DC-DC開關(guān)電源的軟啟動(dòng)電路，其特征在于該電路包括分頻計(jì)數(shù)模塊(4)，電流閾值模塊(3)，電流采樣模塊(2)，限流比較器(1)，二輸入或門(5)，振蕩器(7)，RS觸發(fā)器(6)；RS觸發(fā)器(6)的<overscore>Q</overscore>輸出端連接外部開關(guān)整流管的柵級(jí)，控制開關(guān)整流管的導(dǎo)通與關(guān)斷，RS觸發(fā)器(6)的S端接振蕩器(7)的輸出，R端接二輸入或門(5)的輸出；開關(guān)電源電路的脈寬調(diào)制信號(hào)和限流比較器(1)的輸出接到二輸入或門(5)的兩個(gè)輸入端；限流比較器(1)的輸入正端和負(fù)端分別連電流閾值模塊(3)的輸出端(V1)和電流采樣模塊(2)的輸出端(V2)；分頻計(jì)數(shù)模塊(4)的輸入端分別接清零信號(hào)(RST)、置位信號(hào)(LD)和開關(guān)整流管的的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)(VP)，通過(guò)對(duì)開關(guān)整流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)(VP)的分頻和編碼產(chǎn)生第一至第三編碼信號(hào)(D0、D1、D2)，分別與電流閾值模塊(3)的三個(gè)輸入端相連；開關(guān)整流管的一端接電源電壓，另一端(SW)和開關(guān)整流管的柵極接電流采樣模塊(2)的兩個(gè)輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軟啟動(dòng)電路，其特征在于分頻計(jì)數(shù)模塊(4) 包括分頻器(51)、第一、第二二輸入與非門(48、 49)和編碼器(52);分頻器(51)由n個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成，8Si^12，各D觸發(fā)器的清零端接清 零信號(hào)(RST),第一級(jí)D觸發(fā)器的時(shí)鐘端接第二二輸入與非門(49)輸出 的時(shí)鐘信號(hào)(CLK)，各D觸發(fā)器的Q輸出端接自身的輸入端D端，并接入下 一級(jí)D觸發(fā)器的時(shí)鐘端，各D觸發(fā)器按此接法串接構(gòu)成分頻器(51)，第n-l 級(jí)和第n級(jí)D觸發(fā)器的輸出信號(hào)(Q8， Q9)分別是時(shí)鐘信號(hào)(CLK)的2" 分頻和2"分頻；第n-l級(jí)和第n級(jí)D觸發(fā)器的輸出信號(hào)(Q8，Q9)接第一二輸入與非門(48) 的兩個(gè)輸入端，第一二輸入與非門(48)的輸出信號(hào)和開關(guān)整流管的柵極 驅(qū)動(dòng)信號(hào)(VP)輸入到第二二輸入與非門(49)中，輸出時(shí)鐘信號(hào)(CLK); 編碼器(52)包括第一至第三或非門(40、 41、 45)，第一至第四非門(42、 43、 46、 47)，以及與非門(44);置位信號(hào)(LD)和分頻器(51)的一個(gè)輸出端(Q8)所提供的時(shí)鐘信號(hào) (CLK)的2"分頻信號(hào)共同輸入到第一或非門(40)、再經(jīng)第一非門(42) 輸出信號(hào)(L80)，置位信號(hào)(LD)和分頻器(51)的另一個(gè)輸出端Q9提供的時(shí)鐘信號(hào) (CLK)的"分頻信號(hào)依次通過(guò)第二或非門(41)和第二非門(43)輸出信 號(hào)(L60);上述二個(gè)輸出信號(hào)(L60、 L80)經(jīng)與非門(44)再經(jīng)過(guò)第三非門(46) 的輸出作為第一編碼信號(hào)(DO);第一非門(42)輸出信號(hào)(L80)的輸出作為第二編碼信號(hào)(Dl); 上述二個(gè)輸出信號(hào)(L60、 L80)經(jīng)第三或非門(45)再經(jīng)過(guò)第四非門 (47)的輸出作為第三編碼信號(hào)(D2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軟啟動(dòng)電路，其特征在于電流閾值模塊 (3)的結(jié)構(gòu)為PM0S管MN1、 MN2、 MN3、 MN4、 MN6、 MN8、 MN9，恒流源IO和 電阻R1構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)；PMOS管MN5與PMOS管MN6串聯(lián)，PMOS管MN7與PMOS管MN8串聯(lián)， PMOS管MN9與PMOS管MN10串聯(lián)，均接于電流閾值模塊(3)的輸出端(V1) 和地之間；第一編碼信號(hào)(D0)接PMOS管MN5的柵極控制PMOS管MN6所在電流 支路的導(dǎo)通和關(guān)斷，第二編碼信號(hào)Dl接PMOS管MN7的柵極控制PMOS管 MN8所在電流支路的導(dǎo)通和關(guān)斷，第三編碼信號(hào)D2接PMOS管MN9的柵極 控制PMOS管MN10所在電流支路的導(dǎo)通和關(guān)斷。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軟啟動(dòng)電路，其特征在于電流采樣模塊 (2)的結(jié)構(gòu)為電阻R10和PMOS管MP12串聯(lián)，PMOS管MP12的漏級(jí)接電流采樣模塊 (2)的輸出端(V2);PMOS管MPll和MP19均為二極管連接，PMOS管MPll接到電源電壓 VIN和MP12的源級(jí)之間，PMOS管MN19接到PMOS管MP12的源級(jí)和地之 間；PMOS管MP12, MP13的柵極接開關(guān)整流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)(VP)，并 通過(guò)第五非門(16)連到PMOS管MP14的柵極；PMOS管MP13和MP14串連后和電容C12并聯(lián)，連入電源電壓(VIN) 和電流采樣模塊(2)的輸出端(V2)之間，電容Cll和PMOS管MP13并聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種脈寬調(diào)制DC-DC開關(guān)電源的軟啟動(dòng)電路，包括分頻計(jì)數(shù)模塊，電流閾值模塊，電流采樣模塊，限流比較器，二輸入或門，振蕩器，RS觸發(fā)器。在外部開關(guān)整流管導(dǎo)通時(shí)采樣功率電感上的電流，通過(guò)限制其峰值電流分階段由小到大變化，來(lái)控制占空比階梯型變化，使輸出電壓分階段緩慢上升，避免了啟動(dòng)過(guò)程中的浪涌電流，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。本實(shí)用新型不需要在外部加入大電容，不需要用微控制器控制，能集成到大規(guī)模集成電路內(nèi)部；直接限制負(fù)載電流，軟啟效果好，并且可以適用于電壓控制模式和電流控制模式；采用電流選通網(wǎng)絡(luò)，電路相對(duì)簡(jiǎn)單；軟啟動(dòng)時(shí)間能根據(jù)不同的負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H02M3/04GK201191806SQ20082006714
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者劉政林, 俊 吳, 浩 張, 濤 張, 李思臻, 泉 甘, 鄒雪城, 陳曉飛 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)