一种用于电压调整器中的软启动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于电压调整器中的软启动电路，具体包括：第一偏置电流源、第一电容、开关装置、第二偏置电流源、第一电阻和第一运算放大器，第二偏置电流源接于外部电源和第一电阻的第一端子的之间，第一电阻的第一端子作为所述软启动电路的输出端，第一电阻第二端子与第一运算放大器的负相输入端、第一运算放大器的输出端相连。本发明专利技术的软启动电路不仅能够防止在启动过程中出现电感电流浪涌和输出电压过冲，而且可以减小系统开关频率在软启动过程中的变化范围，降低系统EMI的处理难度，从而能够使输出电压平滑上升到稳定工作值，避免启动期间的稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电源
，具体涉及一种用于电压调整器中的软启动电路的设计。
技术介绍
电压调整器是一种完成电源由一种直流形式到另一种直流形式的转换，实现输出电压幅值大于或者小于输入电压幅值等功能的系统。电压调整器有很多种控制模式，包括电压模控制、电流模控制、恒定导通时间控制(COT (Constant-on-time)控制)等。COT控 制模式以其控制环路结构简单，系统响应速度快等优点而被广泛应用。为了防止芯片上电过程中出现电感电流浪涌和输出电压过冲，都会在设计芯片时设计一个软启动模块，使芯片从启动阶段平滑的过度到稳定工作状态。图I给出了没有软启动电路的COT控制系统在启动过程中的波形图，从图中可以看很明显的电感电流浪涌和输出电压过冲现象，并且系统开关频率变化剧烈。COT控制模式的传统软启动电路如图2，在启动阶段只控制环路比较器，使环路比较器的参考电平，随着时间逐渐上升，防止电感电流出现过大浪涌电流和输出电压过冲，但是由于0n_Timer定时器定时时间Tm固定不变,所以在芯片开始启动时电感电流会出现浪涌现象从而导致输出电压Vo存在一个台阶，而且在启动期间系统的工作频变化比较大，如图3所示，这将导致不必要的功率损耗，降低芯片的转换效率，增加EMI (Electro Magnetic Interference)的处理难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的COT控制模式的传统软启动电路存在的上述问题，提出了一种用于电压调整器中的软启动电路。本专利技术的技术方案是一种用于电压调整器中的软启动电路，具体包括第一偏置电流源、第二偏置电流源、第一电容、第一电阻、第一运算放大器和开关装置，其中，第一偏置电流源连接于外部电源和第一运算放大器的同相输入端之间；开关装置和第一电容并接于第一运算放大器的同相输入端与地电位之间，开关装置的控制端作为所述软启动电路的控制端；第二偏置电流源接于外部电源和第一电阻的第一端子的之间，第一电阻的第一端子作为所述软启动电路的输出端，第一电阻第二端子与第一运算放大器的负相输入端、第一运算放大器的输出端相连。作为一种优选方案，本专利技术的软启动电路还包括第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第三偏置电流源；其中，第六电阻和第七电阻串联在所述电压调整器的输出电压和地电位之间，第六电阻和第七电阻组成电阻分压网路对系统输出电压进行采样；第一 PMOS管的栅极连接到第六电阻和第七电阻的分压节点处，第一 PMOS管的漏极、第二 PMOS管的漏极和第三PMOS管的漏极均连接于地电位，第三电阻的第一端子与第一 PMOS管的源极相连接，第三电阻的第二端子与第二电阻的第一端子相连接，第三偏置电流源连接在第二电阻的第二端子与外部电源之间；第四电阻和第五电阻串联连接在第二 PMOS管的源极与第二电阻的第二端子之间；第二 PMOS管的栅极连接于外部基准电压源，第二 PMOS管的漏极连接于地电位；第三PMOS管的源极连接于第四电阻和第五电阻串联连接点处、第三PMOS管的栅极与第一运算放大器的输出端相连。本专利技术的有益效果本专利技术的软启动电路不仅能够防止在启动过程中出现电感电流浪涌和输出电压过冲，而且可以减小系统开关频率在软启动过程中的变化范围，降低系统EMI的处理难度，从而能够使输出电压平滑上升到稳定工作值，避免启动期间的稳定性问题。本专利技术提出的软启动电路，除了控制环路比较器外，还控制0n_Timer(导通时间定时器)定时器，使0n_Timer定时器产生的功率管开启时间在软启动期间逐步加长，同时在环路比较器中设计了消除输出电压台阶的电路，能够避免传统软启动电路在上电时电感电流的浪涌现象和输出电压的台阶问题；而且使得控制0n_Timer定时器定时时间Ton逐渐增大，这样能够减小软启动过程中系统频率的变化，从而降低系统EMI的处理难度和避免软启动期间出现稳定性问题。本专利技术的软启动电路可应用于高性能、低功耗COT控制模式的DC-DC变换器的系统中。 附图说明图I为没有软启动电路的COT控制系统在启动过程中的波形图。图2为COT控制电压调整器的传统软启动电路的结构示意图。图3为采用传统软启动电路的COT控制系统在启动过程中的波形图。图4为本专利技术所述的用于电压调整器中的软启动电路的结构示意图。图5为采用本专利技术所提供的软启动电路的COT控制电压调整器在启动过程中的波形图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提出的软启动电路的原理、工作过程进行详细阐述。图4给出了采用了本专利技术软启动电路的电压调整器的整体框图，除包括软启动电路Soft_Start模块外,还包括0n_Timer定时器模块和环路比较器Loop_Comp模块。如图4所示，Soft_Start模块包括开关装置SW1、电容Css、电阻R1、偏置电流源Ibiasl和Ibias2、运算放大器0P,其中，OP连接成负反馈的形式组成一个Buffer,将OP的输出端L73电位嵌位到和电容Css上面的电位相等。具体连接关系为开关装置SWl和电容Css接在OP的同相输入端与地电位之间、偏置电流源Ibiasl连接在电源电压Vdd和OP的同相输入端、OP的反相输入端连接到OP的输出端L73、电阻Rl连接在节点L107和L73之间、偏置电流源Ibias2连接在电源电压Vdd和节点L107之间。本模块的作用是产生两个随着时间线性上升的电压信号分别为Vutl7和Vm，在本实施例中它们之间的差值为0. 4V左右，Vutl7和Vm这两个信号在软启动期间分别作为0n_Timer定时器的比较器和Loop_Comparator的参考电平。这里，偏置电流源Ibiasl和Ibias2相互独立。0n_Timer定时器模块包括开关装置SW2、电容Con、比较器C0MP1、偏置电流源Ibias4，具体连接关系为开关装置SW2和电容Con连接在比较器COMPl的同相输入端和地之间、偏置电流源Ibias3连在在电源电压Vdd和COMPl的同相输入端、COMPl的两个反相输入端分别接L107和基准电源VREF2。本模块的功能是通过恒定电流源对电容Con充电，来计时产生一个固定的功率管导通时间Ton。当计时时间到了，则本模块输出的信号Aco由低电平翻转为高电平，并通知电压调整器关闭功率管。在软启动期间由于比较器COMPl的参考电平是随时间逐步上升的，所以在软启动期间导通时间Ton是逐步增加的，这是本专利技术提供的软启动电路的一大优势。环路比较器Loop_Comp模块包括三个PMOS管MP1、MP2、MP3、六个电阻Rfbl、Rfb2、R2、R3、R4、R5、偏置电流源Ibias3、比较器C0MP2，这里的三个PMOS管MPI、MP2 、MP3、六个电阻1 31、1 32、1 2、1 3、1 4、1 5、一个偏置电流源Ibias3同时也作为软启动电路的组成部分，其目的在于消除由于软启动模块中的Buffer电路的共模输出范围的限制而引入的电压台阶，从而不对电压调整器的输出电压产生影响。具体连接关系为电阻Rfbl和Rfb2组成电阻分压网路对电压调整器的输出电压Vo进行采样，采样得到的电平与参考电平进行比较，从而达到监测输出电压Vo的目的；四个电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电压调整器中的软启动电路，具体包括：第一偏置电流源、第一电容和开关装置，其特征在于，还包括：第二偏置电流源、第一电阻、第一运算放大器，其中，第一偏置电流源连接于外部电源和第一运算放大器的同相输入端之间；开关装置和第一电容并接于第一运算放大器的同相输入端与地电位之间，开关装置的控制端作为所述软启动电路的控制端；第二偏置电流源接于外部电源和第一电阻的第一端子的之间，第一电阻的第一端子作为所述软启动电路的输出端，第一电阻第二端子与第一运算放大器的负相输入端、第一运算放大器的输出端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽坤，黄建刚，谢海武，代高强，石跃，邱实，明鑫，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：