一种脉宽调制DC-DC开关电源的软启动电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种脉宽调制ＤＣ－ＤＣ开关电源的软启动电路，包括分频计数模块，电流阈值模块，电流采样模块，限流比较器，二输入或门，振荡器，ＲＳ触发器。在外部开关整流管导通时采样功率电感上的电流，通过限制其峰值电流分阶段由小到大变化，来控制占空比阶梯型变化，使输出电压分阶段缓慢上升，避免了启动过程中的浪涌电流，实现软启动功能。本实用新型专利技术不需要在外部加入大电容，不需要用微控制器控制，能集成到大规模集成电路内部；直接限制负载电流，软启效果好，并且可以适用于电压控制模式和电流控制模式；采用电流选通网络，电路相对简单；软启动时间能根据不同的负载自动调节。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于集成电路芯片技术，具体涉及一种脉宽调制DC-DC开 关电源的软启动电路。
技术介绍
DC-DC开关电源在启动过程中，由于输入电压从最小值上升到最大值， 开关管的PWM控制信号的占空比从最大值开始变化，逐渐变小。由于电路 中有电容存在，对电容充电容易产生浪涌电流，此时通过开关管的电流可 以达到很大，容易损坏电路系统。为了避免这种情况，需要在开关电源芯 片中加入软启动电路。软启动电路是用来控制电源输入电压上升过程中PWM脉冲波形的占空 比从最小值逐步变化到正常工作时所需要的值，从而控制输出电压逐步变 化。由于占空比是从最小值开始逐步变化，不会使开关管较长时间一直导 通，避免了浪涌电流的产生。在目前应用的开关电源软启动电路中主要有 以下几类 一类是采用电容和电阻，利用电容充电时电压指数上升的特性 来控制电压上升过程。这种软启动电路需要加入充电的恒流源和外部电容， 而且需要的电容值较大， 一般需要几十nF到几pF，这样的大电容不容易集 成到大规模集成电路芯片内部。另一类是采用微控制器来控制启动过程的 纯数字控制。这种软启动电路虽然能够集成到芯片内部，但是由于是需要 另外的微控制器控制且需要在电源电路部分上电前就已经开始工作。对于 一般用途的开关电源，过于复杂，成本也太高。美国专利U.S.6，337,480 Bl中描述了一种输出电压分阶段上升的新型软启动电路。这种软启动电路不使用外部电容和微控制器，由振荡器、数字控制、PWM比较器、电阻网络等几个部分组成。PWM比较器负端接振荡器 输出，正端接电阻网络的分压值。PWM比较器通过比较电阻的分压值和振 荡器输出的三角波信号，产生PWM脉宽控制信号控制功率开关管的导通。 数字计数部分采样振荡器的三角波信号并计数，计数达到设定值就通过控 制开关来改变电阻网络的分压值，使得分压从O开始按阶梯上升，从而使占 空比由最小分阶段上升，实现软启动功能。这种电路弥补了前两种电路的 缺点但是也带来了新的不足。第一，这种电路采样电压控制，只适合于电 压控制模式，不适合电流控制模式。第二，由于采用的是电阻分压网络， 当需要适当地增加软启动上升阶段来达到更好的软启动效果时，电路太复 杂。第三，软启动时间由数字计数部分和输出电压决定，不能根据不同的 负载电流自动调节。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种脉宽调制DC-DC开关电源的软启动电 路，该软启动电路可以适用于电压控制模式和电流控制模式，电路相对简 单，软启动时间能根据不同的负载自动调节。为了实现上述目的，本技术提供的脉宽调制DC-DC开关电源的软 启动电路包括分频计数模块，电流阈值模块，电流采样模块，限流比较器， 二输入或门，振荡器，RS触发器；RS触发器的^输出端连接外部开关整流管的栅级，控制开关整流管的 导通与关断，RS触发器的S端接振荡器的输出，R端接二输入或门的输出； 开关电源电路的脉宽调制信号和限流比较器的输出接到二输入或门的两个 输入端；限流比较器的输入正端和负端分别连电流阈值模块的输出端和电 流采样模块的输出端；分频计数模块的输入端分别接清零信号、置位信号和开关整流管的栅极驱动信号，通过对开关整流管的栅极驱动信号的分频和编码产生第一至第三编码信号，分别与电流阈值模块的三个输入端相连；开关整流管的一 端接电源电压，另一端和开关整流管的栅极接电流采样模块的两个输入端。本技术软启动电路不需要在外部加入大电容，不需要用微控制器 控制，能集成到大规模集成电路内部；直接限制负载电流，软启效果好， 并且可以适用于电压控制模式和电流控制模式；采用电流选通网络，电路 相对简单；软启动时间能根据不同的负载自动调节。具体而言，本实用新 型具有以下技术特点(1) 本技术脉宽调制DC-DC开关电源时，在外部开关整流管导通 时采样功率电感上的电流，通过限制其峰值电流分阶段由小到大变化，来 控制占空比阶梯型变化，使输出电压分阶段缓慢上升。由于该电路是限制 外部电感的峰值电流，直接避免了启动过程中的浪涌电流，软启动效果好。(2) 限流比较器比较采样到的外部电感上的电流与电流阈值模块提供 的电流阈值，并只是在软启过程中与振荡器共同控制开关电源电路的占空 比，而在软启动结束后，限流比较器只是起到限制最大输出电流的作用， 并不参与控制开关电源电路的占空比，功能相对独立，因此既能用于电压 控制模式，又能用于电流控制模式。(3) 本技术通过分频计数模块对外部开关整流管的栅级驱动信号 分频计数，并对分频信号进行编码，输出到电流阈值模块中，选通不同的 电流支路来改变电流阈值。分频计数模块和电流选通网络的设计相对灵活， 可以通过简单更改结构来改变软启上升的阶段数和每一阶段的时间。(4) 分频计数模块的置位端的作用是当检测到开关电源输出电压上升 到所需电压值后，通过改变输出编码的值将电流阈值设为最高，软启动结 束，电路进入正常工作模式。软启动时间与分频计数模块、输出电压以及 负载电流有关。例如在轻负载情况下，由于正常工作情况下的输出负载电 流很小，软启动或许只需历经一两个阶段，输出电压就达到电路正常工作时的所需电压值，从而进入正常工作模式。附图说明图l为本技术软启动电路的结构示意图2为本技术软启动电路应用于开关电源Buck结构中的结构示意图3为本技术软启动电路在软启动过程中电流阈值的变化示意图； 图4为图1中分频计数模块4的一种结构示意图； 图5为图1中电流阈值模块3的一种结构示意图6为图1中电流采样模块2的一种结构示意图7为软启动过程中关键控制信号的时序图8为开关电源输出VOUT在软启动过程中的波形图。具体实施方式以下结合附图和实例对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，本技术提供的软启动电路30包括以下几个部分分频计数模块4，电流阈值模块3，电流采样模块2，限流比较器l， 二输入或门5，振荡器7， RS触发器6。下面以外部开关整流管采用功率PMOS管8为例说明本技术的具体结构。RS触发器6的^输出端连接外部开关整流管功率PMOS管8的栅级，控 制功率PMOS管8的导通与关断，从而控制开关电源电路的占空比。RS触发 器6的S端接振荡器7的输出，R端接二输入或门5的输出；开关电源电路的脉 宽调制信号VPWM和限流比较器1的输出接到二输入或门5的两个输入端； 限流比较器1的正输入端和负输入端分别接电流阈值模块3的输出端V1和电 流采样模块2的输出端V2;分频计数模块4受外部清零信号RST、置位信号LD和功率PMOS管8的栅级驱动信号VP控制，通过对功率PMOS管8的栅级 驱动信号VP的分频和编码产生三个编码信号DO、 Dl、 D2，分别与电流阈 值模块3的三个输入端相连；电流采样模块2受功率PMOS管8的栅级驱动信 号VP控制，在功率PMOS管8导通时采样功率PMOS管8的漏极SW处的电压 值，实际上是采样了功率PMOS管8上的导通电流值。在软启动电路中，清 零信号RST是开关电源电路中欠压保护模块的输出，而当采样到开关电源电 路的输出电压VOUT大于其正常工作所需要的输出电压时，置位信号LD由 "0，，跳T。图2为本技术软启动电路应用于开关电源Buck结构中的结构示意 图。外部开关整流管功率P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉宽调制ＤＣ－ＤＣ开关电源的软启动电路，其特征在于：该电路包括分频计数模块（４），电流阈值模块（３），电流采样模块（２），限流比较器（１），二输入或门（５），振荡器（７），ＲＳ触发器（６）；　ＲＳ触发器（６）的＊输出端连接外部开关整流管的栅级，控制开关整流管的导通与关断，ＲＳ触发器（６）的Ｓ端接振荡器（７）的输出，Ｒ端接二输入或门（５）的输出；开关电源电路的脉宽调制信号和限流比较器（１）的输出接到二输入或门（５）的两个输入端；限流比较器（１）的输入正端和负端分别连电流阈值模块（３）的输出端（Ｖ１）和电流采样模块（２）的输出端（Ｖ２）；　分频计数模块（４）的输入端分别接清零信号（ＲＳＴ）、置位信号（ＬＤ）和开关整流管的的栅极驱动信号（ＶＰ），通过对开关整流管的栅极驱动信号（ＶＰ）的分频和编码产生第一至第三编码信号（Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２），分别与电流阈值模块（３）的三个输入端相连；开关整流管的一端接电源电压，另一端（ＳＷ）和开关整流管的栅极接电流采样模块（２）的两个输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹雪城，刘政林，陈晓飞，李思臻，甘泉，张浩，张涛，吴俊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]