应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路制造技术

本发明专利技术属于开关电源软启动技术领域，提供一种应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路，用于克服现有软启动电路无效启动时间过长的问题；包括时钟模块、过零检测模块、计数器模块和数模转换模块，时钟模块产生快、慢两个时钟信号输入计数器模块；过零检测模块根据储能电感电流的大小，产生控制信号提供给计数器模块；计数器模块根据控制信号选择快时钟信号或慢时钟信号作为计数时钟，实现不同的速度进行计数，输出二进制计数值；数模转换模块将计数器输出的二进制计数值转换成模拟信号，输出按台阶依次上升的软启动基准电压。本发明专利技术引入过零检测控制信号，自适应调节软启动基准电压上升的速率，极大缩短了boost拓扑结构开关电源的无效软启动时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于开关电源软启动
，特别涉及一种应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路。
技术介绍
近年来随着便携式电子产品在通信、计算机及消费类电子等领域中不断增长，对电源管理芯片的需求也呈上升趋势，DC-DC开关电源在宽输入电压范围和宽负载范围条件下，因其具有杰出的效率表现而被广泛应用。Boost升压结构作为开关电源一种重要的拓扑，随着锂电池等低电压供电电源的广泛使用，而被大量应用于各种开关电源芯片中。PWM开关电源是通过将误差信号转换成占空比控制信号，驱动功率开关而工作，在启动阶段，误差放大器处于非平衡状态，使得环路长时间处于最大占空比状态，由此产生很大的涌浪电流灌入输出滤波电容，使得输出电压产生大的过冲，同时涌浪电流也可能损坏开关管等器件。为此软启动电路应运而生，其设计思想是通过限制启动时的占空比，从而抑制涌浪电流。传统数字软启动电路通过产生一个按固定速率缓慢上升的基准电压，以达到限制启动过程开关导通占空比的目的；然而对于boost拓扑结构开关电源，由于其输入与输出未隔离，因此在芯片上电后，开关电源输出电压以很快的速度被充电到高于输入电压；在芯片使能后，软启动基准电压开始从零伏缓慢上升，此时由于输出电压的采样值高于软启动基准电压，系统处于无效的启动状态，一直到软启动基准电压上升到高于输出电压的采样值后，开关电源才开始启动升压；因此，传统软启动电路输出按固定速率上升的软启动基准电压，其上升速度通常较慢，以达到抑制涌浪电流的目的，但也造成无效启动时间过长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对以上问题，提出一种应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路，该电路利用过零检测控制信号，自适应调节软启动基准电压上升的速率，在无效启动阶段控制软启动基准电压以较快的速度上升，从而极大缩短无效启动时间，在开关电源有效启动时，控制软启动基准电压恢复缓慢的上升速度，从而起到抑制开关电源启动涌浪电流的功能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路，包括时钟模块、过零检测模块、计数器模块和数模转换模块，其中：时钟模块产生快时钟信号、慢时钟信号两个时钟信号分别输入计数器模块；过零检测模块根据储能电感电流的大小，产生控制信号提供给计数器模块；计数器模块根据控制信号选择快时钟信号或慢时钟信号作为计数时钟，从而实现不同的速度进行计数，输出二进制计数值；数模转换模块将计数器输出的二进制计数值转换成模拟信号，输出按台阶依次上升的软启动基准电压。进一步的，所述过零检测模块首先检测储能电感的电流大小，当电流小于预设阈值时，控制信号置为高电平；否则控制信号置为低电平，从而得到控制信号。特别说明的是：本专利技术提供应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路中，时钟模块通过D触发器构成分频电路，该分频电路对输入的时钟信号CLK进行分频，从而产生具有较长时钟周期的慢时钟信号CLK_SLOW，同时也输出未分频的短周期时钟信号CLK_FAS T；start_end为软启动结束控制信号，其作用是在软启动结束时，阻断时钟信号输入分频电路，从而降低启动结束后数字电路由于状态不断改变产生的功耗。过零检测模块是同步整流型boost开关电源必要的模块，其作用在于检测储能电感的电流大小，当电感电流低于阈值时，其将输出信号UCP置为高电平，该控制电平关断同步整流管以防止电流倒灌回输入电源；在本专利技术中，该控制信号被用于调节软启动基准电压的上升速度，实现在不同的启动状态下，软启动基准电压的自适应调节。计数器模块由数据选择器、D触发器、反相器、与非门和或非门构成，其根据UCP信号选择CLK_FAST或CLK_SLOW作为计数时钟，从而实现以不同的速度进行计数，并且在计数结束后输出启动结束控制信号start_end，利用该信号能实现整个软启动电路在启动结束后的零功耗。数模转换模块采用电流舵式DAC架构，其优点在于当开关切换时，输出的电压尖峰较小，差分对称结构有利于实现数码切换时的平稳过渡，数模转换器将输入的二进制计数值转换成按台阶上升的模拟电压，经RC滤波网络滤波后作为软启动基准电压输出；当软启动结束时，start_end信号控制将VREF基准电压直接输出，并且关断数模转换器，使其在软启动结束后消耗的功耗几乎为零。本专利技术的有益效果在于：引入过零检测控制信号，自适应调节软启动基准电压上升的速率，极大缩短了boost拓扑结构开关电源的无效软启动时间，在满足消除电源启动涌浪电流的前提下，实现开关电源的快速启动。附图说明图1为本专利技术应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路系统示意图。图2为本专利技术实施例中时钟模块示意图。图3为本专利技术实施例中计数器模块示意图。图4为本专利技术实施例中数模转换模块示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术并不局限于此。本实施例提供一种应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路，其系统示意图如图1所示，该软启动电路由时钟模块、过零检测模块、计数器模块、数模转换模块组成；时钟模块利用输入的基础时钟CLK，产生高频时钟CLK_FAST(快时钟)和低频时钟CLK_SLOW(慢时钟)输入计数器模块；过零检测模块根据储能电感电流的大小，产生控制信号UCP提供给计数器模块，当电感电流低于预设阈值I1时、UCP输出为“1，”当电感电流高于等于预设阈值I1时、UCP输出为“0；”计数器模块根据UCP信号选择CLK_FAST或CLK_SLOW作为计数时钟，从而实现以不同的速度进行计数，输出5位二进制计数值；数模转换模块将计数器输出的二进制计数值转换成模拟信号，经滤波后输出按台阶依次上升的软启动基准电压VSOFT。由于UCP信号能控制计数器以不同的速度计数，因此实现在UCP信号的控制下自适应调节软启动基准电压按台阶上升的速度。时钟模块如图2所示，时钟信号CLK与启动结束控制信号start_end接入或非门，或非门的输出一方面作为高频时钟CLK_FAST输出，另外也接入分频电路；分频电路由8个D触发器串联构成，每级D触发器的D输入端接反相输出端每级D触发器的时钟输入端接前一级的正相输出端Q，所有D触发器的置位端并接于使能输入端EN，从而实现D触发器的上电复位；芯片上电后，使能端EN输入先为“0，”对所有D触发器进行置位，一段时间后，使能端EN变为“1，”时钟电路开始正常工作；在软启动过程中，start_end为“0，”此时时钟CLK能有效输入，基础时钟CLK周期为T1，高频时钟CLK_FAST的周期同样为T1，基础时钟经过8次分频后，产生周期为28的低频时钟CLK_SLOW；软启动结束后，start_end变为“1，”此时由于或非门的作用，CLK输入被阻断，后续数字电路的状态不发生改变，从而实现极低的静态功耗。计数器模块如图3所示，时钟模块输出的高频时钟CLK_FAST和低频时钟CLK_SLOW经过二选一数据选择器输入计数器模块，数据选择器选择端是过零检测模块输出的UCP信号。当UCP为“1”(高电平)时，选择高频时钟CLK_FAST输入；当UCP为“0”(低电平)时，选择低频时钟CLK_SLOW输入；数据选择器的输出接5级串联的D触发器，D触发器同样采用分频器中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路，包括时钟模块、过零检测模块、计数器模块和数模转换模块，其中：时钟模块产生快时钟信号、慢时钟信号两个时钟信号分别输入计数器模块；过零检测模块根据储能电感电流的大小，产生控制信号提供给计数器模块；计数器模块根据控制信号选择快时钟信号或慢时钟信号作为计数时钟，从而实现不同的速度进行计数，输出二进制计数值；数模转换模块将计数器输出的二进制计数值转换成模拟信号，输出按台阶依次上升的软启动基准电压。

【技术特征摘要】
1.应用于boost拓扑开关电源的自适应软启动电路，包括时钟模块、过零检测模块、计数器模块和数模转换模块，其中：时钟模块产生快时钟信号、慢时钟信号两个时钟信号分别输入计数器模块；过零检测模块根据储能电感电流的大小，产生控制信号提供给计数器模块；计数器模块根据控制信号选择快时钟信号或慢时钟信号作为计数时钟，从而实现不同的速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁宁，段开锋，俞德军，梁孝亿，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51