專利名稱：一種數(shù)模轉(zhuǎn)換控制的dc-dc開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路芯片技術(shù)，具體涉及一種數(shù)模轉(zhuǎn)換控制的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
DC-DC開(kāi)關(guān)電源在芯片加電過(guò)程中，電源電壓從最小值上升到最大值，此時(shí)輸出電壓也由最小值上升，芯片內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作給外部電感充電，電感積聚能量，兩端的電壓上升，輸出電壓隨之上升。如果輸出電壓端不接負(fù)載或者負(fù)載比較小，電感中的電能泄放比較緩慢，容易造成輸出電壓在上電過(guò)程中過(guò)沖比較大，具體表現(xiàn)在輸出電壓在一定時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)大于芯片設(shè)定的輸出電壓，當(dāng)芯片檢測(cè)到輸出電壓過(guò)大時(shí)，芯片停止給電感充電，電感中的電能緩慢泄放，直到輸出端電壓回到正常設(shè)定電壓為止。因?yàn)閺男酒瑱z測(cè)到輸出電壓過(guò)高到停止給電感充電需要一定的反應(yīng)時(shí)間，因此輸出電壓過(guò)沖這一現(xiàn)象很難避免。輸出電壓過(guò)沖會(huì)損壞電路系統(tǒng)，降低電路工作的可靠性和有效工作時(shí)間。為了避免這種情況，需要在開(kāi)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)控制電源電壓上升過(guò)程中輸出電壓從最小值緩慢上升到預(yù)先設(shè)定值，由于輸出電壓是緩慢上升的，所以不會(huì)對(duì)后面所帶負(fù)載造成損壞。在目前應(yīng)用的開(kāi)關(guān)電路中軟啟動(dòng)主要有下面幾類一類是采用恒定電流給電容充電，利用電容的電壓緩慢上升來(lái)控制輸出電壓隨之緩慢上升，但這種方法需要電容容值比較大，很難集成到芯片內(nèi)部，芯片需要外加一個(gè)額外的腳來(lái)外接此電容，增加了應(yīng)用成本；另外一類是采用數(shù)字控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制，這種方法可以集成到芯片內(nèi)部，但控制起來(lái)很復(fù)雜，芯片占用面積較大，成本很高。 目前DC-DC開(kāi)關(guān)電源的控制方法一般有兩種，一種是采用電壓控制，通過(guò)采樣輸出電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的比較來(lái)控制輸出開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷；另外一種是在前一種的基礎(chǔ)上再加入一路采樣開(kāi)關(guān)管的電流，來(lái)共同控制內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷。兩種方案都必須采樣輸出電壓與基準(zhǔn)電壓比較，基準(zhǔn)電壓的值和最終輸出電壓是線性比例關(guān)系，因此現(xiàn)行的軟啟動(dòng)方案一般是控制芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓，使基準(zhǔn)電壓的值在加電過(guò)程中緩慢上升，控制輸出電壓的值隨之緩慢上升。 鑒于現(xiàn)行的開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路的缺點(diǎn)以及電子系統(tǒng)對(duì)供電電源的要求越來(lái)越高和對(duì)芯片成本的考慮，需要采用一種新的方法，來(lái)可靠地控制芯片加電過(guò)程中輸出端電壓的過(guò)沖問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)模轉(zhuǎn)換控制的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路，該軟啟動(dòng)電路可以適用于任何一種電壓控制模式或者電壓加電流控制模式，電路相對(duì)簡(jiǎn)單，軟啟動(dòng)時(shí)間精確控制，工作穩(wěn)定可靠。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
—種數(shù)模轉(zhuǎn)換控制的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路，該電路包括振蕩器，計(jì)數(shù)器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，誤差放大器6， P麗比較器4，開(kāi)關(guān)控制器5 ; 開(kāi)關(guān)控制器的Q輸出端接外部開(kāi)關(guān)整流管的柵級(jí)，控制開(kāi)關(guān)整流管的導(dǎo)通與關(guān)斷，QN輸出端接外部續(xù)流管的柵級(jí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)整流管關(guān)斷時(shí)為外部電感提供續(xù)流電流；
P麗比較器的輸出端與振蕩器的輸出端連接到開(kāi)關(guān)控制器的輸入端，共同控制外部開(kāi)關(guān)整流管和續(xù)流管的開(kāi)關(guān)，P麗比較器的輸入端分別接振蕩器的輸出端和誤差放大器的輸出端，其作用是比較誤差放大器的輸出電壓值和振蕩器輸出斜波電壓值大小，當(dāng)誤差放大器的輸出電壓值小于于振蕩器輸出斜波電壓時(shí)，產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)給開(kāi)關(guān)控制器；
誤差比較器的輸入一端是輸出經(jīng)過(guò)外部第一采樣電阻和第二采樣電阻產(chǎn)生的采樣電壓，另外一端是輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓，誤差比較器的輸出端輸出的是采樣電壓和數(shù)模轉(zhuǎn)化電壓的差值放大信號(hào)，作為P麗比較器的輸入端； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入一端是基準(zhǔn)電壓，另外一輸入端連接的是計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的8位并行信號(hào)，輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓在8位并行總線信號(hào)控制下對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比例分壓得到；
計(jì)數(shù)器的一端連接的是振蕩器的輸出端，另外一端是清零信號(hào)，輸出是8位并行信號(hào)，振蕩器提供計(jì)數(shù)器的輸入方波信號(hào)和P麗比較器的輸入斜波信號(hào)。
所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、二選一 電路， 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)由14個(gè)電阻組成，電阻分別由第一電阻和第二電阻的電阻組成，第二電阻分別接二選一電路中第一二選一開(kāi)關(guān)、第二二選一開(kāi)關(guān)、第三二選一開(kāi)關(guān)、第四二選一開(kāi)關(guān)、第五二選一開(kāi)關(guān)、第六二選一開(kāi)關(guān)、第七二選一開(kāi)關(guān)的輸入端； 二選一電路由8個(gè)相同結(jié)構(gòu)的二選一開(kāi)關(guān)組成，由計(jì)數(shù)器輸出的8位并行信號(hào)第八位信號(hào)、第七位信號(hào)、第六位信號(hào)、第五位信號(hào)、第四位信號(hào)、第三位信號(hào)、第二位信號(hào)、第一位信號(hào)信號(hào)控制，第一位信號(hào)控制第一二選一開(kāi)關(guān)，第二位信號(hào)控制第二二選一開(kāi)關(guān)，第三位信號(hào)控制第三二選一開(kāi)關(guān)，第四位信號(hào)控制第四二選一開(kāi)關(guān)，第五位信號(hào)控制第五二選一開(kāi)關(guān)，第六位信號(hào)控制第六二選一開(kāi)關(guān)，第七位信號(hào)控制第七二選一開(kāi)關(guān)，根據(jù)信號(hào)的高低電平不同來(lái)控制二選一開(kāi)關(guān)接低電平還是接基準(zhǔn)電壓，第八位信號(hào)控制第八二選一開(kāi)關(guān)，控制數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓接權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端還是接基準(zhǔn)電壓。 計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)由8個(gè)D觸發(fā)器組成，各個(gè)D觸發(fā)器的清零端接清零信號(hào)，第一級(jí)D觸發(fā)器的輸入時(shí)鐘CK端連接振蕩器的輸出端，輸出端輸出信號(hào)第一位，同時(shí)第一級(jí)D觸發(fā)器的輸出QN端接到第二級(jí)D觸發(fā)器的輸入時(shí)鐘CK端，同時(shí)輸出信號(hào)第二位，第二級(jí)D觸發(fā)器)的輸出QN端接到下一級(jí)D觸發(fā)器的輸入時(shí)鐘CK端，依此類推，各D觸發(fā)器按此法構(gòu)成計(jì)數(shù)器，輸出信號(hào)第八位信號(hào)、第七位信號(hào)、第六位信號(hào)、第五位信號(hào)、第四位信號(hào)、第三位信號(hào)、第二位信號(hào)、第一位信號(hào)。 有益效果本發(fā)明軟啟動(dòng)電路不要外加大電容，也不需要復(fù)雜的數(shù)字控制，可以很方便的集成到DC-DC開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部，直接限制電路加電時(shí)輸出的電壓，使之受電路內(nèi)部控制緩慢上升到預(yù)設(shè)電壓值，軟啟動(dòng)效果好，并且可以適用于電壓模式的DC-DC開(kāi)關(guān)電路和電壓加電流模式的DC-DC開(kāi)關(guān)電路，采用計(jì)數(shù)器控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器3輸出緩慢上升的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓。具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn) 本發(fā)明DC-DC開(kāi)關(guān)電源，當(dāng)電源加電時(shí)由于采樣電壓的值很小，如果不加控制電路，直接使數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓等于基準(zhǔn)電壓，采樣電壓和數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓的電壓差很大，因?yàn)檎`差放大器是對(duì)采樣電壓和數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓的電壓差值進(jìn)行比較放大，所以
誤差放大器的輸出會(huì)使與相連的P麗比較器的輸出控制開(kāi)關(guān)控制器，使開(kāi)關(guān)控制器的輸出
一直使大功率管處于導(dǎo)通狀態(tài)，外部連接的電感一直出于充電狀態(tài)。電感的能量積聚的結(jié)
果是使輸出的芯片設(shè)定電壓上升，當(dāng)上升到設(shè)定電壓值時(shí)誤差放大器和P麗比較器會(huì)控制
開(kāi)關(guān)控制器，使開(kāi)關(guān)控制器的輸出關(guān)斷大功率管，停止對(duì)電感的充電，但這種控制需要一定
的反應(yīng)時(shí)間，在這段反應(yīng)時(shí)間內(nèi)電感還是處于充電狀態(tài)，造成的結(jié)果就是在這段時(shí)間芯片
設(shè)定電壓V0UT過(guò)沖。這種過(guò)沖會(huì)影響到系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性以及電路的可靠性。 本發(fā)明加入數(shù)模轉(zhuǎn)換控制軟啟動(dòng)電路，通過(guò)控制電路上電時(shí)候數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的
數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓的電壓值，使數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓的值在上電時(shí)候不是立刻等于基準(zhǔn)電壓的值，而
是在振蕩器、計(jì)數(shù)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制下把基準(zhǔn)電壓的電壓等分，在振蕩器的控制下，每
過(guò)一個(gè)時(shí)鐘數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓的值上升一點(diǎn)，此時(shí)芯片設(shè)定電壓也隨之上升，芯片設(shè)定電壓經(jīng)
過(guò)第一采樣電阻和第二采樣電阻的分壓產(chǎn)生采樣電壓電壓也隨之上升，因?yàn)椴蓸与妷汉蛿?shù)
模轉(zhuǎn)換電壓同時(shí)上升，采樣電壓和數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓的壓差很小，所以不會(huì)出現(xiàn)上述沒(méi)加軟啟
動(dòng)電路產(chǎn)生的芯片設(shè)定電壓過(guò)沖現(xiàn)象。當(dāng)128個(gè)時(shí)鐘周期過(guò)后，數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓的值等于基
準(zhǔn)電壓，此時(shí)的芯片設(shè)定電壓等于預(yù)設(shè)電壓值，輸出電壓正常，沒(méi)有過(guò)沖。


圖1為本發(fā)明軟啟動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明軟啟動(dòng)電路應(yīng)用于DC-DC開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明軟啟動(dòng)電路啟動(dòng)過(guò)程中數(shù)模轉(zhuǎn)換器3輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2變化
示意圖； 圖4為圖1中振蕩器1的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為圖1中計(jì)數(shù)器2的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為圖1中數(shù)模轉(zhuǎn)換器3的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為軟啟動(dòng)過(guò)程中計(jì)數(shù)器2在振蕩器1控制下的輸出時(shí)序圖； 圖8為DC-DC開(kāi)關(guān)電源中輸出芯片設(shè)定電壓V0UT在軟啟動(dòng)過(guò)程中的波形圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
加以詳細(xì)描述 —種數(shù)模轉(zhuǎn)換控制的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路，該電路包括振蕩器1，計(jì)數(shù)器2，數(shù)模轉(zhuǎn)換器3，誤差放大器6， P麗比較器4，開(kāi)關(guān)控制器5 ; 開(kāi)關(guān)控制器5的Q輸出端接外部開(kāi)關(guān)整流管P1的柵級(jí)，控制開(kāi)關(guān)整流管的導(dǎo)通與關(guān)斷，QN輸出端接外部續(xù)流管Nl的柵級(jí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)整流管Pl關(guān)斷時(shí)為外部電感Ll提供續(xù)流電流； P麗比較器4的輸出端與振蕩器1的輸出端連接到開(kāi)關(guān)控制器5的輸入端，共同控制外部開(kāi)關(guān)整流管Pl和續(xù)流管Nl的開(kāi)關(guān)，P麗比較器4的輸入端分別接振蕩器1的輸出端和誤差放大器6的輸出端，其作用是比較誤差放大器6的輸出電壓值和振蕩器1輸出斜波電壓值大小，當(dāng)誤差放大器6的輸出電壓值小于于振蕩器1輸出斜波電壓時(shí)，產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)給開(kāi)關(guān)控制器5
誤差放大器6的輸入一端是芯片設(shè)定電壓V0UT經(jīng)過(guò)外部第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2產(chǎn)生的采樣電壓V1，另外一端是輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器3產(chǎn)生的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2，誤差放大器6的輸出端輸出的是采樣電壓VI和數(shù)模轉(zhuǎn)換器3產(chǎn)生的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的差值放大信號(hào)，作為P麗比較器4的輸入端； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器3的輸入一端是基準(zhǔn)電壓Vbg，另外一輸入端連接的是計(jì)數(shù)器2產(chǎn)生的8位并行信號(hào)(D7 D0)，輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的值在8位并行信號(hào)(D7 D0)對(duì)基準(zhǔn)電壓Vbg進(jìn)行比例分壓得到； 計(jì)數(shù)器2的一端連接的是振蕩器1的輸出端，另外一端是清零信號(hào)RST，輸出是8位的并行信號(hào)第八位信號(hào)D7、第七位信號(hào)D6、第六位信號(hào)D5、第五位信號(hào)D4、第四位信號(hào)D3、第三位信號(hào)D2、第二位信號(hào)Dl、第一位信號(hào)D0，振蕩器1提供計(jì)數(shù)器2的輸入方波信號(hào)和P麗比較器4的輸入斜波信號(hào)。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器3包括權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)10、二選一電路11。 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)10由14個(gè)電阻組成，電阻阻值分別由第一電阻R和第二電阻2R的電阻組成，第二電阻2R —共有7個(gè)，分別接到二選一電路11中第一二選一開(kāi)關(guān)K0、第二二選一開(kāi)關(guān)Kl、第三二選一開(kāi)關(guān)K2、第四二選一開(kāi)關(guān)K3、第五二選一開(kāi)關(guān)K4、第六二選一開(kāi)關(guān)K5、第七二選一開(kāi)關(guān)K6的輸入端； 二選一電路11由8個(gè)二選一電路組成，由計(jì)數(shù)器2輸出的的并行信號(hào)第八位信號(hào)D7、第七位信號(hào)D6、第六位信號(hào)D5、第五位信號(hào)D4、第四位信號(hào)D3、第三位信號(hào)D2、第二位信號(hào)Dl、第一位信號(hào)D0信號(hào)控制，第一位信號(hào)D0控制第一二選一開(kāi)關(guān)K0，第二位Dl信號(hào)控制第二二選一開(kāi)關(guān)Kl，第三位信號(hào)D2控制第三二選一開(kāi)關(guān)K2，第四位信號(hào)D3控制第四二選一開(kāi)關(guān)K3，第五位信號(hào)D4控制第五二選一開(kāi)關(guān)K4，第六位信號(hào)D5控制第六二選一開(kāi)關(guān)K5，第七位信號(hào)D6控制第七二選一開(kāi)關(guān)K6，根據(jù)這七個(gè)信號(hào)的高低電平不同來(lái)控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)10中的第二電阻2R接電源低電平還是接基準(zhǔn)電壓Vbg，第八位信號(hào)D7控制第八二選一開(kāi)關(guān)K7，控制數(shù)模轉(zhuǎn)化電壓V2接權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)10的輸出端還是接基準(zhǔn)電壓Vbg。
計(jì)數(shù)器2的結(jié)構(gòu)由8個(gè)D觸發(fā)器50、51 、52、53、54、55、56、57組成，各個(gè)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50的輸入時(shí)鐘端連接振蕩器1的輸出端，輸出端輸出信號(hào)第一位信號(hào)D0，同時(shí)第一級(jí)D觸發(fā)器50的輸出QN端接到第二級(jí)D觸發(fā)器51的CK端，同時(shí)輸出信號(hào)第二位信號(hào)Dl，第二級(jí)D觸發(fā)器51的輸出QN端接到下一級(jí)D觸發(fā)器52的CK端，依此類推，各D觸發(fā)器按此法構(gòu)成計(jì)數(shù)器，輸出8位并行信號(hào)第八位信號(hào)D7、第七位信號(hào)D6、第六位信號(hào)D5、第五位信號(hào)D4、第四位信號(hào)D3、第三位信號(hào)D2、第二位信號(hào)D1、第一位信號(hào)D0。 振蕩器1產(chǎn)生計(jì)數(shù)器2所需要的方波信號(hào)以及P麗比較器4所需要的斜升波信號(hào)，振蕩頻率為一固定頻率，頻率占空比固定。 計(jì)數(shù)器2對(duì)振蕩器1輸出的方波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出端為信號(hào)第八位信號(hào)D7、第七位信號(hào)D6、第六位信號(hào)D5、第五位信號(hào)D4、第四位信號(hào)D3、第三位信號(hào)D2、第二位信號(hào)Dl、第一位信號(hào)D0。這八個(gè)輸出端從第八位信號(hào)D7到第一位信號(hào)DO轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)后的范圍從00000000到10000000，第一位信號(hào)D0為最低位，第八位信號(hào)D7為最高位，，用以設(shè)定后面連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器3的輸出電壓值，當(dāng)?shù)诎宋恍盘?hào)D7位是1時(shí)代表數(shù)模轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器3的輸入為計(jì)數(shù)器2的輸出以及基準(zhǔn)電壓Vbg，數(shù)模轉(zhuǎn)換器3的輸出按照計(jì)數(shù)器2的輸出8位并行信號(hào)(D7 D0)所表示的二進(jìn)制數(shù)對(duì)基準(zhǔn)電壓Vbg分壓，具體輸 出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的表達(dá)式為，<formula>formula see original document page 8</formula>前式根據(jù)8位并行信號(hào)(D7 D0)電平的高低轉(zhuǎn)換成1或者0。所以根據(jù)前式輸 出數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的最小值為0，最大值為基準(zhǔn)電壓Vbg。數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的數(shù)值在電路 上電時(shí)候從0上升到基準(zhǔn)電壓Vbg，采樣電壓VI的值跟隨數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的值也從0上升 到基準(zhǔn)電壓Vbg，因?yàn)椴蓸与妷篤I為DC-DC開(kāi)關(guān)電源芯片設(shè)定電壓VOUT通過(guò)第一采樣電阻 Rl和第二采樣電阻R2的分壓，最終可以推出DC-DC開(kāi)關(guān)電源最終輸出芯片設(shè)定電壓VOUT 也從O上升到設(shè)定值。 誤差放大器6是一個(gè)運(yùn)算放大器，其作用是放大數(shù)模轉(zhuǎn)換器3的輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換電 壓V2的電壓值與芯片設(shè)定電壓V0UT經(jīng)過(guò)第一采樣電阻R1和第二采樣電阻R2產(chǎn)生的采樣 電壓V1的電壓值，輸出給P麗比較器4做比較電平。 p麗比較器4是一個(gè)電壓比較器，其作用是比較誤差放大器6的輸出電壓與振蕩器 l輸出的斜升波電壓的大小，輸出高低電平控制開(kāi)關(guān)控制器5的輸出。 開(kāi)關(guān)控制器5的作用是按照振蕩器1輸出的時(shí)鐘信號(hào)和P麗比較器4輸出的高低 電平信號(hào)控制外部開(kāi)關(guān)管Pl和續(xù)流管Nl的開(kāi)啟和關(guān)斷。 方案中由振蕩器1，計(jì)數(shù)器2，數(shù)模轉(zhuǎn)換器3，誤差放大器6， P麗比較器4，開(kāi)關(guān)控制 器5和外部開(kāi)關(guān)管Pl，續(xù)流管Nl，以及電感Ll，第一采樣電阻Rl，第二采樣電阻R2組成控 制環(huán)路，始終使芯片設(shè)定電壓VOUT經(jīng)過(guò)采樣后的采樣電壓VI和數(shù)模轉(zhuǎn)換器3輸出的數(shù)模 轉(zhuǎn)換電壓V2保持一致，從而使芯片設(shè)定電壓V0UT電壓與模轉(zhuǎn)換器3輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓 V2保持線性關(guān)系。 如圖1所示，本發(fā)明提供的軟啟動(dòng)電路30包括以下幾個(gè)部分包括振蕩器l，計(jì)數(shù) 器2，數(shù)模轉(zhuǎn)換器3，誤差放大器6， P麗比較器4，開(kāi)關(guān)控制器5。
下面以接入功率管P1和續(xù)流管N1來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)。
開(kāi)關(guān)控制器5的Q輸出端接功率管P1的柵極，控制功率管P1的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而 控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比。QN端接續(xù)流管N1，當(dāng)功率管P1關(guān)斷時(shí)續(xù)流管N1導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)控制 器5的輸入端分別接振蕩器1的輸出端和P麗比較器4的輸出端，在這兩個(gè)信號(hào)的共同作 用下控制功率管Pl和續(xù)流管Nl的導(dǎo)通與關(guān)斷。P麗比較器4的輸入是振蕩器1輸出的斜 波電壓和誤差放大器6的輸出，作用是比較這兩個(gè)輸出電壓的高低，當(dāng)誤差放大器6的輸出 小于振蕩器1輸出的斜波電壓時(shí)，P麗比較器4的輸出控制開(kāi)關(guān)控制器5，使功率管Pl關(guān) 斷，續(xù)流管N1導(dǎo)通；反之當(dāng)誤差放大器6的輸出大于振蕩器1輸出的斜波電壓時(shí)，P麗比較 器4的輸出控制開(kāi)關(guān)控制器5，使功率管Pl導(dǎo)通，續(xù)流管Nl關(guān)斷。振蕩器1的輸出方波信 號(hào)給計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)，輸出8位并行控制信號(hào)D7 D0給數(shù)模轉(zhuǎn)換器3做數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出電壓 從0上升到基準(zhǔn)電壓Vbg的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2，數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2與芯片設(shè)定電壓V0UT的采 樣電壓VI接入到誤差放大器6的輸入，誤差放大器6放大芯片設(shè)定電壓V0UT經(jīng)過(guò)采樣后 的采樣電壓VI和數(shù)模轉(zhuǎn)換器3輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的差值作為P麗比較器4的一個(gè)輸 入電壓。 圖2為本發(fā)明軟啟動(dòng)電路應(yīng)用與DC-DC開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)示意圖。功率管 P1，續(xù)流管N1，外接電感L1，芯片設(shè)定電壓V0UT，第一采樣電阻R1和第二采樣電阻R2。開(kāi) 關(guān)電源的輸出是芯片設(shè)定電壓V0UT。
芯片上電之后，振蕩器1開(kāi)始輸出振蕩信號(hào)，計(jì)數(shù)器2開(kāi)始對(duì)振蕩器1輸出的方波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器3根據(jù)計(jì)數(shù)器2輸出的8位并行信號(hào)D7 D0和基準(zhǔn)電壓Vbg，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2從0上升到基準(zhǔn)電壓Vbg ;芯片上電時(shí)芯片設(shè)定電壓VOUT為0，經(jīng)過(guò)第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2分壓產(chǎn)生采樣電壓VI，因?yàn)椴蓸与妷篤I和數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2都是從0開(kāi)始上升，采樣電壓VI信號(hào)跟隨數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2上升，所以兩者的電壓差很小，經(jīng)過(guò)誤差放大器6輸出到P麗比較器4， P麗比較器4的輸出控制開(kāi)關(guān)控制器5輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)，因?yàn)椴蓸与妷篤I和數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的電壓差很小，由誤差比較器6和P麗比較器4和開(kāi)關(guān)控制器5控制的開(kāi)關(guān)信號(hào)處于正常的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。外部電感Ll上的充電電流呈周期性的上升下降。此時(shí)芯片設(shè)定電壓VOUT呈近似線性上升。始終跟隨數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的變化。當(dāng)計(jì)數(shù)器2計(jì)到128個(gè)周期后，數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2信號(hào)等于基準(zhǔn)電壓Vbg，此時(shí)芯片設(shè)定電壓VOUT信號(hào)等于由基準(zhǔn)電壓Vbg和第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2決定的設(shè)定電壓，V0UT = Vbg*(Rl+R2)/R2。軟啟動(dòng)完成，芯片設(shè)定電壓V0UT到達(dá)預(yù)先設(shè)定電壓后電路開(kāi)始正常工作。輸出電壓始終保持在預(yù)先設(shè)定的電壓VOUT = Vbg*(Rl+R2)/R2上。 如圖3所示，當(dāng)電路加電后，軟啟動(dòng)電路開(kāi)始工作。數(shù)模轉(zhuǎn)換器3根據(jù)計(jì)數(shù)器2輸出的8位并行信號(hào)D7 D0信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)為基準(zhǔn)電壓Vbg。在第一個(gè)時(shí)鐘周期，8位并行信號(hào)D7 D0都為低電平，轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)為00000000，輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2為Vbg*0/128 = O，在第二個(gè)時(shí)鐘周期8位并行信號(hào)D7 D0中的第一位信號(hào)DO為l，其余各位為O，轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)為00000001，輸出V2為VbgW/128，第三個(gè)時(shí)鐘周期，8位并行信號(hào)D7 D0中的第二位信號(hào)Dl為l，其余各位為O，轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)為00000010，輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2為Vbg承2/128，依此類推，每過(guò)一個(gè)時(shí)鐘二進(jìn)制數(shù)加一，第n個(gè)時(shí)鐘周期(0《n《128)，輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的值為Vbg^/128，數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2呈階梯狀上升。因?yàn)樾酒O(shè)定電壓V0UT經(jīng)過(guò)采樣的采樣電壓V1跟隨數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2的變化，所以芯片設(shè)定電壓V0UT也成階梯狀上升，當(dāng)計(jì)到128個(gè)周期后，數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓V2等于基準(zhǔn)電壓Vbg，輸出V0UT = Vbg*Rl+R2/R2。 如圖4所示是振蕩器1的一種結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)為PM0S管MP1，MP2，MP3，MP4，MP5，MP6的源端都是連接電源VDD，柵端都連接在PM0S管MP1的漏端，MP1的漏端連接到電流源10。 PM0S管MP2的漏端連接到NM0S管MN2的柵端，電容C0的一端，NM0S管匪l的柵端和漏端和NM0S管MN6的漏端。PM0S管MP3的漏端連接到NM0S管MN2的漏端，PM0S管MP4的漏端連接到NM0S管MN3的漏端和NM0S管MN4，電容Cl的一端，PM0S管MP7的柵端和NM0S管MN5的漏端。PM0S管MP5的漏端連接到NM0S管MN4的漏端。PM0S管MP6的漏端連接到NM0S管MP7的源端。NM0S管MN1， MN2， MN3， MN4， MN5， MN6的源端都是連接到地。反向器40的輸入端連接到PM0S管MP5和NM0S管麗4的漏端，輸出端連接到或非門42的輸入端；反相器41的輸入端連接到PM0S管MP3和NM0S管麗2的漏端，輸出端連接到或非門43的輸入端。反相器44輸入端是或非門42的輸出，輸出連接到NM0S管麗5的柵端。或非門42，43組成RS觸發(fā)器。工作原理為，電流源10在MP1上產(chǎn)生基準(zhǔn)電流，MP2， MP3， MP4，MP5， MP6因?yàn)楹蚆P1的柵源電壓一致，所以流過(guò)MP2， MP3， MP4， MP5， MP6的電流和10 —致。MP2，MP3，麗1，麗2，匪6，C0組成充放電電路，當(dāng)MN6的柵電壓為低電平時(shí)，電容C0上的電壓緩慢上升，當(dāng)此電壓上升到使麗2管導(dǎo)通時(shí)，麗2和MP3組成的輸出電路通過(guò)反向器41對(duì)或非門42和或非門43組成的RS觸發(fā)器置位，輸出OSC為高電平，此時(shí)由MP4， MP5，麗3，， 麗4，麗5和電容C1組成的充方電電路開(kāi)始充電，電容C1上的電壓線性上升，經(jīng)過(guò)MP6，MP7 組成的電平移位電路產(chǎn)生斜升波電壓，當(dāng)電容CI上的電壓大于MN4的開(kāi)啟電壓時(shí)，MP5和 麗4組成的輸出電路經(jīng)過(guò)反向器40對(duì)或非門42和或非門43組成的RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出 0SC為低電平，這時(shí)MP2， MP3， MN1 ， MN2，匪6， C0組成充放電電路又開(kāi)始充電，如此周而復(fù)始， 0SC端產(chǎn)生周期性方波信號(hào)，RAMP端產(chǎn)生周期性斜升波電壓。 如圖5所示，計(jì)數(shù)器2的結(jié)構(gòu)示意圖為8個(gè)D觸發(fā)器50、51、52、53、54、55、56、57 組成計(jì)數(shù)單元，RST信號(hào)接到每個(gè)D觸發(fā)器的清零端，CK信號(hào)為振蕩器1輸出的方波信號(hào)， 接到觸發(fā)器50的時(shí)鐘CK端。每個(gè)D觸發(fā)器的輸出QN端接到下級(jí)觸發(fā)器的CK端，當(dāng)電路加 電時(shí)候，RST信號(hào)先給每個(gè)D觸發(fā)器清零，然后在時(shí)鐘信號(hào)CK的作用下8個(gè)D觸發(fā)器開(kāi)始計(jì) 數(shù)，輸出8位控制信號(hào)D7 DO按照二進(jìn)制數(shù)的關(guān)系從00000000到00000001到00000010 一直計(jì)數(shù)到10000000，每個(gè)時(shí)鐘CK變化一次，每次變化在上次的變化基礎(chǔ)上加1 。當(dāng)計(jì)數(shù) 到二進(jìn)制數(shù)10000000時(shí)，計(jì)數(shù)停止。 如圖6所示，數(shù)模轉(zhuǎn)換器3的結(jié)構(gòu)為由第一電阻R和第二電阻2R電阻共14個(gè)電 阻組成權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)10， 二選一開(kāi)關(guān)K0、 Kl、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6組成選擇電路，控制每路接到 地還是接到基準(zhǔn)電壓Vbg，第一二選一開(kāi)關(guān)K0由第一位信號(hào)D0控制，當(dāng)?shù)谝晃恍盘?hào)D0為低 電平時(shí)，開(kāi)關(guān)選通左邊一路接地，當(dāng)?shù)谝晃恍盘?hào)D0為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)選通右邊一路接到基 準(zhǔn)電壓Vbg，第二二選一開(kāi)關(guān)Kl由第二位信號(hào)D1控制，第三二選一開(kāi)關(guān)K2由第三位信號(hào) D2控制，第四二選一開(kāi)關(guān)K3由第四位信號(hào)D3控制，第五二選一開(kāi)關(guān)K4由第五位信號(hào)D4控 制，第六二選一開(kāi)關(guān)K5由第六位信號(hào)D5控制，第七二選一開(kāi)關(guān)K6由第七位信號(hào)D6控制， 控制方法和第一位信號(hào)D0控制第一二選一開(kāi)關(guān)K0的方法相同。第八二選一開(kāi)關(guān)K7由第 八位信號(hào)D7控制，當(dāng)?shù)诎硕x一開(kāi)關(guān)K7為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)選通權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)10的輸出，當(dāng) 第八二選一開(kāi)關(guān)K7為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)選通接到基準(zhǔn)電壓Vbg，從圖中可以看出，輸出的數(shù)模 轉(zhuǎn)換電壓V2的表達(dá)式可表示為V2 = Vbg^DOAZG+DWZ^DZAZ^DSAZS+D^ZA+DSAZS+De* ^ D7)/128，式中第一位信號(hào)D0為低電平時(shí)用0替代，第一位信號(hào)DO為高電平是用1替代，其 余各位D7 Dl的表示方法和第一位信號(hào)D0的表示方法相同。 如圖7所示，軟啟動(dòng)過(guò)程中計(jì)數(shù)器2在振蕩器1控制下的輸出時(shí)序圖如圖所示，在 時(shí)鐘信號(hào)CK的驅(qū)動(dòng)下，輸出的8位并行信號(hào)D7 D0輸出轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)后，每來(lái)一個(gè)CK 信號(hào)。輸出8位并行信號(hào)D7 D0按每位低電平為0，高電平為1的方式由00000000開(kāi)始 累加，直到計(jì)數(shù)到10000000為止。 圖8為開(kāi)關(guān)電源電路在軟啟動(dòng)過(guò)程中芯片設(shè)定電壓V0UT的波形圖，可以看出芯片 設(shè)定電壓VOUT從小到大按階梯狀上升，當(dāng)上升到預(yù)設(shè)電壓時(shí)穩(wěn)定輸出，很好的抑制了過(guò)沖 電壓。 雖然本發(fā)明經(jīng)過(guò)具體實(shí)例作為例示加以說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限制于此處公開(kāi)的 實(shí)例，也不能被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。如果其他人根據(jù)本發(fā)明做出了非實(shí)質(zhì)性 的改變或改進(jìn)，都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種數(shù)模轉(zhuǎn)換控制的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路，其特征在于該電路包括振蕩器(1)，計(jì)數(shù)器(2)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(3)，誤差放大器(6)，PWM比較器(4)，開(kāi)關(guān)控制器(5)；開(kāi)關(guān)控制器(5)的Q輸出端接外部開(kāi)關(guān)整流管(P1)的柵級(jí)，控制開(kāi)關(guān)整流管的導(dǎo)通與關(guān)斷，QN輸出端接外部續(xù)流管(N1)的柵級(jí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)整流管(P1)關(guān)斷時(shí)外部續(xù)流管(N1)為外部電感(L1)提供續(xù)流電流；PWM比較器(4)的輸出端與振蕩器(1)的輸出端連接到開(kāi)關(guān)控制器(5)的輸入端，共同控制外部開(kāi)關(guān)整流管(P1)和續(xù)流管(N1)的開(kāi)關(guān)，PWM比較器(4)的輸入端分別接振蕩器(1)的輸出端和誤差放大器(6)的輸出端，其作用是比較誤差放大器(6)的輸出電壓值和振蕩器(1)產(chǎn)生的的輸出斜波電壓值大小，當(dāng)誤差放大器(6)的輸出電壓值小于振蕩器(1)產(chǎn)生的的輸出斜波電壓值時(shí)，產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)給開(kāi)關(guān)控制器(5)；誤差放大器(6)的輸入一端是輸出經(jīng)過(guò)外部第一采樣電阻(R1)和第二采樣電阻(R2)產(chǎn)生的采樣電壓(V1)，另外一端是輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器(3)產(chǎn)生的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓(V2)，誤差放大器(6)的輸出端輸出的是采樣電壓(V1)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(3)產(chǎn)生的數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓(V2)的差值放大信號(hào)，作為PWM比較器(4)的輸入端；數(shù)模轉(zhuǎn)換器(3)的輸入一端是基準(zhǔn)電壓(Vbg)，另外一輸入端連接的是計(jì)數(shù)器(2)產(chǎn)生的8位并行信號(hào)第八位信號(hào)(D7)、第七位信號(hào)(D6)、第六位信號(hào)(D5)、第五位信號(hào)(D4)、第四位信號(hào)(D3)、第三位信號(hào)(D2)、第二位信號(hào)(D1)、第一位信號(hào)(D0)的信號(hào)，輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓(V2)的值由這8位數(shù)字控制總線并行信號(hào)對(duì)基準(zhǔn)電壓(Vbg)進(jìn)行比例分壓得到；計(jì)數(shù)器(2)的一端連接的是振蕩器(1)的輸出端，另外一端是清零信號(hào)(RST)，輸出是8位的并行信號(hào)第八位信號(hào)(D7)、第七位信號(hào)(D6)、第六位信號(hào)(D5)、第五位信號(hào)(D4)、第四位信號(hào)(D3)、第三位信號(hào)(D2)、第二位信號(hào)(D1)、第一位信號(hào)(D0)，振蕩器(1)提供計(jì)數(shù)器(2)的輸入方波信號(hào)和PWM比較器(4)的輸入斜波信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路，其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(3):包括權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)(10)、二選一電路(11)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)(10)由14個(gè)電阻組成，電阻阻值分別由第一電阻(R)和第二電阻(2R)的電阻組成，第二電阻(2R) —共有7個(gè)，分別接到二選一電路(11)中第一二選一開(kāi)關(guān)(K0)、第二二選一開(kāi)關(guān)(Kl)、第三二選一開(kāi)關(guān)(K2)、第四二選一開(kāi)關(guān)(K3)、第五二選一開(kāi)關(guān)(K4)、第六二選一開(kāi)關(guān)(K5)、第七二選一開(kāi)關(guān)(K6)的輸入端；二選一電路(11)由8個(gè)相同結(jié)構(gòu)的二選一開(kāi)關(guān)(K0， Kl， K2， K3， K4， K5， K6， K7)組成，由計(jì)數(shù)器(2)輸出的的并行信號(hào)第八位信號(hào)(D7)、第七位信號(hào)(D6)、第六位信號(hào)(D5)、第五位信號(hào)(D4)、第四位信號(hào)(D3)、第三位信號(hào)(D2)、第二位信號(hào)(Dl)、第一位信號(hào)(D0)信號(hào)控制，第一位信號(hào)(DO)控制第一二選一開(kāi)關(guān)(K0)，第二位(Dl)信號(hào)控制第二二選一開(kāi)關(guān)(Kl)，第三位信號(hào)(D2)控制第三二選一開(kāi)關(guān)(K2)，第四位信號(hào)(D3)控制第四二選一開(kāi)關(guān)(K3)，第五位信號(hào)(D4)控制第五二選一開(kāi)關(guān)(K4)，第六位信號(hào)(D5)控制第六二選一開(kāi)關(guān)(K5)，第七位信號(hào)(D6)控制第七二選一開(kāi)關(guān)(K6)，根據(jù)這七個(gè)信號(hào)的高低電平不同來(lái)控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)(10)中的第二電阻(2R)接電源低電平還是接基準(zhǔn)電壓(Vbg)，第八位信號(hào)(D7)控制第八二選一開(kāi)關(guān)(K7)，控制數(shù)模轉(zhuǎn)化電壓(V2)接權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)(10)的輸出端還是接基準(zhǔn)電壓(Vbg)
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路，其特征在于計(jì)數(shù)器(2)的結(jié)構(gòu)由8個(gè)D觸發(fā)器(50、51、52、53、54、55、56、57)組成，各個(gè)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(50)的輸入時(shí)鐘CK端連接振蕩器(1)的輸出端，輸出端輸出信號(hào)第一位(DO)，同時(shí)第一級(jí)D觸發(fā)器(50)的輸出QN端接到第二級(jí)D觸發(fā)器(52)的輸入時(shí)鐘CK端，同時(shí)輸出信號(hào)第二位(D1)，第二級(jí)D觸發(fā)器(52)的輸出QN端接到下一級(jí)D觸發(fā)器(53)的輸入時(shí)鐘CK端，依此類推，各D觸發(fā)器按此法構(gòu)成計(jì)數(shù)器，輸出信號(hào)第八位信號(hào)(D7)、第七位信號(hào)(D6)、第六位信號(hào)(D5)、第五位信號(hào)(D4)、第四位信號(hào)(D3)、第三位信號(hào)(D2)、第二位信號(hào)(Dl)、第一位信號(hào)(D0)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)模轉(zhuǎn)換控制的DC-DC開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路，該電路包括振蕩器，計(jì)數(shù)器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，誤差比較器，PWM比較器，開(kāi)關(guān)控制器；開(kāi)關(guān)控制器的Q輸出端接外部開(kāi)關(guān)整流管的柵級(jí)，QN輸出端接外部續(xù)流管的柵級(jí)，PWM比較器的輸出端與振蕩器的輸出端連接到開(kāi)關(guān)控制器的輸入端，PWM比較器的輸入端分別接振蕩器的輸出端和誤差放大器的輸出端，誤差比較器的輸入一端是輸出采樣電壓，另外一端是輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓，誤差比較器的輸出端輸出的是采樣電壓和數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓的差值放大信號(hào)，計(jì)數(shù)器的一端連接的是振蕩器的輸出，另外一端是清零信號(hào)，輸出是8位的并行信號(hào)。在電源加電時(shí)控制誤差比較器輸入端的基準(zhǔn)電壓的大小，使其從小到大成階梯狀上升，使輸出端的電壓跟隨這個(gè)基準(zhǔn)電壓緩慢上升，避免了啟動(dòng)過(guò)程中的過(guò)沖電壓，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)的功能。
文檔編號(hào)H02M1/36GK101741233SQ20091023428
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者鄒宇彤 申請(qǐng)人:無(wú)錫芯朋微電子有限公司