一种软启动电路、方法以及开关电源电路技术

一种用于开关电源的软启动电路，该电路包括运算放大器、与运算放大器输出端相连的开关电容电路、与开关电容电路相连的第二电容和用于启动清零的第三开关；所述开关电容电路包括第一开关、与第一开关连接的第二开关以及位于第一开关和第二开关之间的第一电容；该电路进一步包括时钟信号产生电路、与时钟信号产生电路输出端相连的分频器，用于产生两相不交叠的第一时钟信号和第二时钟信号分别用于控制第一开关和第二开关的闭合。一方面，本发明专利技术不需要外部软启动电容，也不需要一个外部管脚，可以在芯片内部集成；另一方面，开关电源启动输出一般是指数曲线，采用本发明专利技术的软启动电路，过流保护电压呈指数曲线，它是开关电源启动输出近似呈指数曲线形式的最佳实现方式。

Soft start circuit, method and switch power supply circuit

A soft start circuit for switching power supply, the circuit comprises an operational amplifier, and amplifier connected to the output end of the switch capacitor circuit, and a second capacitor connected to a switch capacitor circuit and a third switch to start reset; the switch capacitor circuit includes a first switch, second connected with the first switch and the first capacitor at between the first and second switches; the circuit further includes a clock signal generation circuit, frequency divider and clock signal generating circuit connected to the output end, for the first and second clock signals from two non overlapping respectively for closing a first switch and a second switch control. On the one hand, the invention does not require an external soft start capacitor, also do not need an external pin, can be integrated in the chip; on the other hand, the switching power supply start output is generally exponential curve, the soft start circuit of the invention, the over-current protection voltage on an exponential curve, it is the start of switching power supply output is approximately the best way to achieve exponential curve form.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路领域。更具体地说，本专利技术提供了一种用于开关电源的 软启动电^各及方法。
技术介绍
开关电源以其体积小，性能好和使用方便的特点，在通信、网络、工业控制 和消费类电子等领域得到了广泛的应用。众所周知，开关电源系统控制可以大体 分为电压模式控制和电流模式控制。相对于电压模式而言，电流模式采用逐个脉 冲控制，动态响应快，调节性好。当输入线电压或者输出负载变化时，脉冲宽度 能立刻得到调整，而在电压模式控制技术中，检测电路对于输入电压的变化没有 直接的反应，需要输出电压发生了一定的变化后才能对脉沖宽度进行调节，通常需要5到IO个开关周期之后才能响应输入电压的变化。因此，在采用电压模式 PWM控制技术的开关电源中，开关管经常会因为输入电压浪涌造成的电压尖峰信 号而损坏。而电流模式PWM控制技术则能很好地避免类似的故障发生。因此，电 流模式PWM控制器成为了 P丽控制器的主流。现在，很多电流模式PWM控制芯片 相继问世，大大提高了开关电源系统的可靠性和性能，同时大大并筒化了系统外 围电路。众所周知，电流模式开关电源系统在启动开始时，系统输出电压很低，从而 导致系统控制芯片的反馈电压处于最大值，这样导致系统的P丽控制信号的占空 比从最大值开始工作，然后逐渐减小，最后达到稳定值。所以在系统启动初期器 件的电压和电流应力很大，从而容易造成电路系统损坏。为了避免出现这种情况， 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开关电源在启动 过程中P丽脉冲波型的占空比从最小值逐步变化到正常时所需要的值。由于占 空比从最小值开始逐步变化，从而使系统在启动过程中的电压和电流应力大大减 轻，从而增加了系统的可靠性。请参照图1所示的一个内置芯片的软启动模块，其显示 一个传统的采用电流模式控制的开关电源控制器，主要模块包括P丽比较器、斜率补偿、前沿消 隐、振荡器、RS触发器，以及驱动级。振荡器来同时产生时钟信号和锯齿波信号， 其中时钟信号提供给RS触发器R端，锯齿波信号提供给斜率补偿电路，该方式软 启动功能通常是靠改变系统的过流保护阈值来实现的。 .通常而言，软启动有很多种实现方式， 一般分为两类， 一类是靠外部电容， 这时需要控制芯片的一个外部管脚来实现此功能，请参照图2所示一种传统的电 容外置软启动电路。通过芯片的一个外部管脚SS外挂一个软启动电容来实现软启 动功能。当系统启动后，控制芯片内部产生出一个恒定电流源Isst对外部电容C 充电，充电的瞬时电压被送到系统过流保护模块，从而使系统的输出电流逐渐增 大，完成软启动功能。当充电电压达到阈值电压Vth—sst时，软启动电路产生出 一个信号SST送到控制模块，整个软启动过程即告结束。但图2所示的软启动电路 需要一个外部电容和芯片的一个管脚，而其容值通常都在微法级。并且在软启动 过程中软启动电压线形并连续的上升直到软启动结束。 -请参照图3所示一个传统的芯片内置的软启动实现方式，该实现方式不需要 外部软启动电容，也不需要一个外部管脚。具体模块大致为带隙基准源，电压 产生器(产生多组输出电压)，系统时钟，分频器，译码器，模拟选通开关阵列。 具体工作描述为，当系统启动后，芯片的带隙基准和时钟开始工作，电压产生器 产生出多组电压输出，通过分频器和译码器控制^t拟开关阵列来选通软启动电压 并送到过流保护模块，从而实现软启动功能。图4为图3所示的软启动的输出波形 图。从图4可以看出，系统过流保护电压呈台阶式线形上升，从而实现了软启动 功能。但是图3所示的电路的缺点是电路资源消耗比较大，尤其是分频译码电路 和模拟选通开关阵列，在实际实现中需要占用芯片比较大的面积。上述传统的软启动方式有个缺陷软启动不是系统所需的最佳启动方式。图 10显示了一个电源系统的启动输出波形图。理论分析和实际结果都表明，启动 后系统输出电压呈接近指数上升，所以理想的软启动应该是指数方式的，如图 ll所示。从图ll可以看出，对于无软启动的方式而言，系统一开始启动后，即给与 最大的过流保护阈值电压，这样系统输出电压建立时间会缩短，但是系统的电压和电流应力在启动初期非常大。对于传统的软启动方式而言，启动时过流保护阈 值电压是线性的，这样在启动初期系统过流保护阈值低于系统所要求的值，所以 会导致系统输出建立时间增长，尤其在大功率场合。最佳的软启动方式要求过流 保护阈值成指数上升，如图11所示。综上所述，有必要设计一种更优化更筒化的软启动实现方式以解决上述问.题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种更为简单的用于开关电源的软启 动电路和方法。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案 一种用于开关电源的软启动电 路，该电路包括运算放大器、与运算放大器输出端相连的开关电容电路、与开关 电容电路相连的第二电容和用于启动清零的第三开关；所述开关电容电路包括第 一开关、与第一开关连接的第二开关以及位于第一开关和第二开关之间的第一电 容；该电路进一步包括时钟信号产生电路、与时钟信号产生电路输出端相连的分 频器，该分频器用于将所述时钟信号产生电路产生的时钟信号分成两相不交叠的 第一时钟信号和第二时钟信号分别用于控制笫一开关和第二开关的闭合。作为本专利技术的优选方式之一，所述运算放大器包括运放电流源、与运放电流 源连接的两个背靠背的第一晶体管和第二晶体管；分别与第一晶体管和第二晶体 管连接的两个面对面的第三晶体管和第四晶体管。作为本专利技术的优选方式之一，所述软启动电路的电压为指数台阶曲线，所述 软启动电路的启动时间正比于指数台阶曲线的时间常数。本专利技术还包括一种用于开关电源的软启动方法，该方法包括以下步骤1) 时钟信号产生电路产生的时钟信号经过分频器后，产生两相不交叠的 第一时钟信号和第二时钟信号分别控制第一开关和第二开关的闭合；2) 通过第一时钟信号和第二时钟信号分别控制第一开关和第二开关的 闭合获得等效电阻；4) 该等效电阻和第二电容组成的充电电路，利用该充电电路的充电时间获得软启动电路的启动时间。 1 N作为本专利技术的优选方式之一，所述等效电阻为^ =f * (71 f* Cl ，丄Phi" 丄CLK " 其中，N为分频器的分频比，feu为时钟信号产生电路的时钟频率，Cl为第 一电容和第二电容的值，fm为是分频器输出的分频信号的频率。作为本专利技术的优选方式之 一 ，所述充电电路的时间常数为r = jR*C2=^Lx,， Vo电压为^-r /承^CLK Li T软启动时间为T软启动二一Mr, , T/1),故，T软启动KT:7~X7^~，其中，N为分频器的分频比，faK为时钟信号产生电路的时钟频率，Cl、 C2为第一电容和第二电容的值，t是充电时间，Vo是软启动电路的输出电压，Vol 是软启动刚结束时Vo的|史值。本专利技术还包括一种应用所述的软启动电路的开关电源电路，该开关电源电路 包括与软启动电路输出端连接的电压比较器，用于比较软启动电路的输出电压和 参考电压，当软启动电路的输出电压大于等于参考电压时，比较器输出的软启动 结束信号。作为本专利技术的优选方式之一，该开关电源电路还包括与软启动电路输出端连 接的过流保护器，用于发出过流保护信号。所述电压比较器与过流保护器之间设有斜率补偿电路。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于：该电路包括运算放大器、与运算放大器输出端相连的开关电容电路、与开关电容电路相连的第二电容和用于启动清零的第三开关；　　所述开关电容电路包括第一开关、与第一开关连接的第二开关以及位于第一开关和第二开关之间的第一电容；该电路进一步包括时钟信号产生电路、与时钟信号产生电路输出端相连的分频器，该分频器用于将所述时钟信号产生电路产生的时钟信号分成两相不交叠的第一时钟信号和第二时钟信号，分别用于控制第一开关和第二开关的闭合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林官秋，叶俊，胡伟明，刘文瑛，
申请(专利权)人：上海导向微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]