CN100490287C - 开关电源及它的控制电路以及使用它的电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供缩短了启动时间的开关电源以及它的控制电路。软起动电路(20)是用于将回扫方式的开关稳压器进行软起动的电路，其具有第1电流源(220)以及第2电流源(222)的两个电流源。该软起动电路(20)通过第2比较器(200)而比较输出电压的反馈电压Vfb和规定的阈值电压Vth，在Vfb＜Vth时，仅以第1电流源(220)对充电电容器Css充电；在Vfb＞Vth时，第2电流源(222)与第1电流源(220)一起导通，使软起动电压Vss上升。

Description

开关电源及它的控制电路以及使用它的电子设备
技术领域
本发明涉及开关电源，特别涉及使其输出电压缓慢地上升的软起动技术。
背景技术
在各种电子设备中，广泛地使用用于生成比输入电压高的电压的升压型的开关电源。这种升压型的开关电源具有：开关元件、电感器或者变压器，通过使开关元件分时地导通或截止，从而使电感器或者变压器产生反电动势，将输入电压升压后输出。
在这样的开关电源中，为了除去被升压的电压的高频分量并使其平滑，设置有输出电容器。在启动开关电源时，需要将输出电压从0V起上升到规定的升压电压为止，但是在使输出电压急剧地上升的情况下，会对输出电容器产生冲击电流，或因输出电压的过冲或冲击激励(ringing)而导致输出电压过高，从而对构成电路的元件的可靠性产生影响。
因此，在以往为了防止产生上述的冲击电流而使用如下方法，在开关电源的控制电路设置软起动电路，使输出电压缓慢地上升(专利文献1)。
专利文献1：特开2003-216249号公报
发明内容
但是，在专利文献1记载的以往的软起动方式中会产生以下问题，由于使输出电压以一定的斜率上升，所以在开关电源的输出端子上连接了需要几百V左右的非常高的电压的负载的情况下，达到期望的升压电压为止的时间变长。
本发明鉴于这样的课题而完成，其目的在于提供缩短了启动时间的开关电源以及它的控制电路。
本发明的一个方案涉及一种生成开关信号且控制开关电源的开关元件的控制电路。该控制电路包括：软起动电路，生成电压值随时间而上升的软起动电压；第1比较器，将软起动电压与振荡信号进行比较，生成占空比根据其比较结果而逐渐变化的脉宽调制信号；以及驱动电路，基于脉宽调制信号生成开关信号，驱动开关元件。其中，所述软起动电路包括：充电电容器，其一端被接地，另一端的电压作为所述软起动电压输出；第2比较器，将开关电源的输出电压与规定的阈值电压进行比较；以及电流源，参照第2比较器的比较结果，当开关电源的输出电压比阈值电压低时，向充电电容器的另一端提供第1值的电流，当开关电源的输出电压比阈值电压高时，向充电电容器的另一端提供比第1值高的第2值的电流。
并且，软起动电路在开关电源的输出电压比规定的阈值电压低时，使软起动电压以第1限制速度上升；另一方面，在开关电源的输出电压比阈值电压高时，使软起动电压以第2限制速度上升，第2限制速度比第1限制速度设定得高。
根据这个方案，在使输出电压以第1限制速度上升到规定的阈值电压之后，通过将输出电压的上升速度设为第2限制速度，使输出电压急速地上升，从而可缩短开关电源的启动时间。
充电电容器上呈现的电压是，以将电流源提供的恒流进行时间积分所得的值提供，因此可通过使恒流的电流值变化而对输出电压的上升速度进行控制。
规定的阈值电压可以被设定在使软起动电压以所述第2限制速度上升时不发生冲击电流的范围内。
通过将对软起动的输出电压的上升速度进行切换的规定的阈值电压设定在不发生冲击电流的电压范围内，从而可防止在使输出电压急速地上升的第2限制速度中发生突入电流。
软起动电路也可以还包括偏置电路，该偏置电路在从输出电压低于规定的第2阈值电压起有效一定期间，并将充电电容器上呈现的电压固定为规定的电压值。第2阈值电压也可以是与上述阈值电压相同的电压值。
偏置电路包括：与充电电容器并联地连接的晶体管；对晶体管提供规定的偏置电流的偏置电流源。晶体管在从输出电压低于第2阈值电压起导通一定期间。
通过在输出电压低于第2阈值电压时使晶体管导通，从而在充电电容器中所积蓄的电荷被放电，充电电容器上所呈现的电压下降，被偏置为规定的电压值。其结果，不仅在开关电源启动时，而且在因负载变动等导致输出电压降低的情况下，也可以再次通过软起动而使输出电压上升。
控制电路也可以被一体集成在一个半导体衬底上。“一体集成”包括：电路的全部结构要素被形成在半导体衬底上的情况和电路的主要结构要素被一体集成的情况，一部分的电阻或电容器等也可以设置在半导体衬底的外部以用于电路常数的调节。通过将控制电路作为一个LSI而集成，可削减电路面积。
本发明的其他方案是开关电源。该开关电源包括：上述的控制电路；由该控制电路所控制的开关元件；通过开关元件的导通/截止而进行输入电压的升降的输出电路。
根据这种方式，在使输出电压以第1限制速度上升到规定的阈值电压之后，通过将输出电压的上升速度设为第2限制速度，使输出电压急速地上升，从而可缩短开关电源的启动时间。
本发明的其他方案是电子设备。该电子设备包括：摄像单元；在摄像单元进行摄像时，作为闪光灯而发光的发光元件；将电池电压升压而对发光元件提供驱动电压的上述的开关电源。
根据这种方式，可缩短为驱动发光元件而生成较高的电压为止的时间。
另外，以上结构要素的任意组合或将本发明的结构要素或表现在方法、装置、系统等之间相互进行置换，作为本发明的方式也是有效的。
根据本发明的开关电源以及其驱动电路，可缩短启动时间且不会损失电路的可靠性。
附图说明
图1是表示本实施方式的开关电源的结构的电路图。
图2是表示本实施方式的软起动电路的结构的电路图。
图3是表示在稳定状态的开关电源的各部分的电压的时间波形的图。
图4是表示在软起动时的开关电源的各部分的电压的时间波形的图。
图5是表示具有图1的开关电源的电子设备的结构的方框图。
标号说明
100开关电源 300负载电路 10控制电路 SW1开关元件 12变压器14驱动电路 16第1比较器 D1整流二极管 Co1输出电容器 20软起动电路 22迟滞比较器 Css充电电容器 200第2比较器 202反相器 204单触发电路 206反相器 208延迟电路 210“与非”电路 210“与”电路214运算放大器 220第1电流源 222第2电流源 224第3电流源 M1第1晶体管 M2第2晶体管 230软起动输入端子 232软起动输出端子
具体实施方式
图1是表示实施方式的开关电源100的结构的电路图。该开关电源100是将输入到输入端子102的输入电压Vin升压后从输出端子104输出的升压型的开关电源。在该开关电源上连接有如氙灯那样的需要300V左右的输出电压的负载电路300。
开关电源100是回扫方式的开关稳压器，它包括：控制电路10、开关元件SW1、变压器12、整流二极管D1、输出电容器Co1。
开关元件SW1是MOS晶体管，栅极电压通过从控制电路10输出的开关信号Vsw而被控制从而其导通/截止被控制。
变压器12的初级侧连接在该开关元件SW1和输入端子102之间。而且，该变压器12的次级侧的一端接地，另一端经由整流二极管D1而连接到输出端子104。
在输出端子104和接地电位之间，设置有输出电容器Co1。该输出电容器Co1对从输出端子104输出的输出电压Vout进行平滑化。
开关元件SW1通过从控制电路10输出的开关信号Vsw而间歇性地重复导通/截止，在导通状态下，电流经由开关元件SW1而从输入端子102流到变压器12的初级侧，在截止状态下，能量被传送到变压器12的次级侧。其结果，施加到输入端子102的输入电压Vin被升压，连接到输出端子104的负载电路300通过输出电压Vout而被驱动。
控制电路10监视从输出端子104输出的输出电压Vout，生成开关信号Vsw，以得到规定的电压。
该控制电路10具有作为信号的输入输出端子的反馈端子112以及开关端子114，反馈端子112是用于监视输出电压Vout的端子，开关端子114是用于输出开关信号Vsw的端子。
该控制电路10包括：迟滞比较器22、驱动电路14、第1比较器16、振荡器18以及软起动电路20。
输出端子104上所呈现的输出电压Vout通过第1电阻R1以及第2电阻R2而被电阻分压，并作为反馈电压Vfb而被反馈输入到控制电路10的反馈端子112。输入到反馈端子112的反馈电压Vfb被输入到迟滞(hysteresis)比较器22。
迟滞比较器22是在信号的上升时和下降时其阈值电压变化的电压比较器，可通过对通常的电压比较器施加正反馈而构成。该迟滞比较器22的同相输入端子被输入基准电压Vref，反相输入端子被输入反馈电压Vfb。该迟滞比较器22具有如下迟滞：在输入到反相输入端子的反馈电压Vfb上升时，比较电压值成为Vref1；在反馈电压Vfb降低时，比较电压成为Vref2。
迟滞比较器22基于比较电压Vref和反馈电压Vfb的比较结果，在Vref>Vfb时输出高电平的第1启动信号EN1，在Vref<Vfb时输出低电平的第1启动信号EN1。从迟滞比较器22输出的第1启动信号EN1输入到驱动电路14的启动端子EN。
第1比较器16具有三个输入端子，根据两个正极端子+以及负极端子-的电压的比较结果生成被脉宽调制过(以下，简称为PWM)的脉冲状的PWM信号Vpwm。
在正极端子+中，被输入用于决定最大占空比的最大电压Vmax以及从软起动电路20输出的软起动电压Vss。而在负极端子-中，被输入从振荡器18输出的振荡信号Vosc。从该振荡器18输出的振荡信号Vosc是三角波或者锯齿波形状的周期信号。
第1比较器16比较在软起动电压Vss或者最大电压Vmax中其中一个较小的电压Vx和振荡信号Vosc，在Vx>Vosc时输出高电平，在Vx<Vosc时输出低电平。其中，最大电压Vmax是预先被固定的电压，另一方面，由软起动电路20生成的软起动电压如后所述那样，随着时间而增加。因此，从第1比较器16输出的PWM信号Vpwm，在Vss<Vmax时，成为基于软起动电压Vss而其导通期间随着时间缓慢地增加的脉宽调制过的信号；在Vss>Vmax时，成为具有由最大电压Vmax决定的最大固定占空比的脉宽调制过的信号。
从第1比较器16输出的PWM信号Vpwm被输出到驱动电路14。
驱动电路14根据PWM信号Vpwm而生成开关信号Vsw，控制作为开关元件SW1的MOSFET的栅极电压，并使其间歇性地导通/截止。该驱动电路14具有启动端子EN，在输入到启动端子EN的第1启动信号EN1为高电平的期间，生成用于驱动开关元件SW1的开关信号Vsw。另一方面，在输入到启动端子EN的第1启动信号EN1为低电平的期间，将开关信号Vsw固定为低电平，并使开关元件SW1截止从而停止开关动作。
接着，基于图2说明软起动电路20。图2是表示本实施方式的软起动电路20的结构的电路图。
该软起动电路20在开关电源100的输出电压Vout达到规定的电压前的期间，生成软起动电压Vss，以使输出电压Vout缓慢地上升。
图2的软起动电路20具有作为输入输出端子的软起动输入端子230和软起动输出端子232，软起动输入端子230中被输入图1的反馈电压Vfb，软起动输出端子232将生成的软起动电压Vss输出。
软起动电路20在对输出电压Vout进行常数倍的反馈电压Vfb低于规定的阈值电压Vth时，使软起动电压Vss上升，以使输出电压Vout以第1限制速度上升。另一方面，在反馈电压Vfb高于阈值电压Vth时，使软起动电压Vss上升，以使输出电压Vout以比第1限制速度设定得高的第2限制速度上升。阈值电压Vth被设定为，以第2限制速度使输出电压Vout上升时不发生冲击电流的范围内。
该软起动电路20对其一端接地的充电电容器Css供给恒流，并将呈现在充电电容器Css的电压作为软起动电压Vss而从软起动输出端子232输出。这里，若对充电电容器Css进行充电的恒流的值较大时，软起动电压Vss的上升速度加快；若恒流的值较小时，软起动电压Vss的上升速度减慢。
为了改变软起动电压Vss的上升速度，该软起动电路20具有作为对充电电容器Css进行充电的电流源的第1电流源220、第2电流源222，各个电流源被构成为可将电流供给进行导通或截止。
这里，将由第1电流源220生成的恒流作为第1恒流Ic1，将由第2电流源222生成的恒流作为第2恒流Ic2。在使输出电压Vout以第1限制速度上升时，仅第1电流源220导通；在使输出电压Vout以第2限制速度上升时，除第1电流源220之外第2电流源222也导通。
另外，软起动电压Vss随着充电电容器Css的充电而持续地上升，但第1电流源220、第2电流源222、第3电流源224内部的晶体管被饱和，从而在停止了电流供给的状态下取一定值。
第2晶体管M2、运算放大器214、第3电流源224是用于对软起动输出端子232的电位即软起动电压Vss进行固定使得其电压比恒压Vbias低的偏置电路。理由在后叙述，但优选该恒压Vbias被设定为与从图1的振荡器18输出的振荡信号Vosc的最小电压大致相等。该偏置电路在从对应于输出电压Vout的电压Vfb低于阈值电压Vth起有效一定期间，并将呈现在充电电容器Css的电压固定为规定的恒压Vbias。
运算放大器214的反相输入端子被施加偏置电压Vbias，其输出连接到第2晶体管M2的栅极端子。第2晶体管M2的漏极端子的电压被反馈到运算放大器214的同相输入端子。其结果，第2晶体管M2的漏极端子即作为软起动输出端子232的电压的软起动电压Vss被反馈控制以使其接近与施加到反相输入端子的偏置电压Vbias。第3电流源224是为了使第2晶体管M2动作而供给偏置电流Ibias的偏置电流源。另外，偏置电路可构成为不设置运算放大器214的简单的结构。此时，在固定了第2晶体管M2的栅极电压的状态下，流过偏置电流Ibias时漏极-源极间产生的电压被设定为偏置电压Vbias。
该偏置电路可对应于第2晶体管M2的导通/截止来切换有效和无效。第2晶体管M2的栅极端子连接到第1晶体管M1的漏极端子，当第1晶体管M1导通时，第2晶体管M2的栅极端子的电压Vg被固定为低电平。此时，因第2晶体管M2截止，所以偏置电路无效，偏置电压的固定被解除。当第1晶体管M1截止时，偏置电路有效。
第2比较器200比较从软起动输入端子230输入的反馈电压Vfb和规定的阈值电压Vth，在Vfb>Vth时输出高电平，在Vfb<Vth时输出低电平。从第2比较器200输出的信号通过反相器202而被逻辑反转，并输出到单触发电路204以及第2电流源222。
单触发电路204具有以下功能：检测所输入的信号的边沿(edge)，从其转变时刻起至规定时间，继续保持其输出。在本实施方式中，该单触发电路204包括：反相器206、延迟电路208、“与非”电路210，从输入到反相器206的信号的上升开始在延迟电路208的延迟时间Td，将从“与非”电路210的输出作为低电平。
“与”电路212输出单触发电路204的输出和施加到第2启动端子234的第2启动信号EN2的“与”。“与”电路212的输出被输入到第1晶体管M1的栅极端子，在“与”电路212的输出成为高电平时第1晶体管M1导通，在低电平时第1晶体管M1截止。
说明如上构成的开关电源100的稳定状态的动作。图3表示稳定状态中的开关电源100的各部分的电压的时间波形。
在稳定状态中，在软起动电路20中，充电电容器Css为被充电的状态，因此，从软起动输出端子232输出的软起动电压Vss在与最大电压Vmax的关系中，Vss>Vmax成立。此时，第1比较器16基于最大电压Vmax和振荡信号Vosc而生成PWM信号Vpwm。其结果，如图所示，成为占空比即导通期间被固定的PWM信号。
从时刻T0到T1为止的期间，在迟滞比较器22中，Vout>Vref2成立，驱动电路14的启动端子EN上被输入高电平，并基于PWM信号Vpwm而生成开关信号Vsw。
在时刻T1，若反馈电压Vfb上升至基准电压Vref1，则迟滞比较器22的输出成为低电平，因此驱动电路14将开关信号Vsw的生成停止。当停止开关元件SW1的导通/截止动作时，在图1的开关电源100中，对输出电容器Co1的电荷的充电被停止，所以通过电流流过负载电路300，输出电压Vout即反馈电压Vfb开始下降。
之后，在时刻T2，若反馈电压Vfb下降至基准电压Vref2，则驱动电路14的启动端子EN中再次被输入高电平的信号，因此开始生成开关信号Vsw，反馈电压Vfb即输出电压Vout再次开始上升。
这样，本实施方式的开关电源100通过迟滞比较器22监视输出电压Vout，并稳定在基准电压Vref1以及Vref2之间。
接着，说明开关电源100的软起动时的动作。图4是表示软起动时的开关电源100的各部分的电压的时间波形。
在时刻T0～T1中，因输入到第2启动端子234的第2启动信号EN2为低电平，因此第1电流源220被截止，且Vfb<Vth，因此第2电流源222也被截止。而且，因第2启动端子EN2为低电平，因此第1晶体管M1截止，软起动电压Vss通过包括第2晶体管M2、运算放大器214、第3电流源224的偏置电路而被稳定为偏置电压Vbais。
在时刻T1中，输入到第2启动端子234的第2启动信号EN2被切换为高电平。其结果，图2的第1电流源220导通，开始对充电电容器Css的充电，软起动电压Vss开始上升。随着软起动电压Vss的上升，从图1的第1比较器16输出的PWM信号Vpwm的占空比缓慢地增大。其结果，开关元件SW1的导通期间也缓慢地增加，输出电压即反馈电压Vfb也开始缓慢地上升。
在时刻T2，反馈电压Vfb上升至阈值电压Vth。此时，在第2比较器200中，当成为Vfb>Vth时将第2比较器200的输出反转而得到的信号SSEN成为低电平。第2电流源222在信号SSEN变为低电平时，开始生成第2恒流Ic2。
此时，对于充电电容器Css的充电电流变为第1恒流Ic1、第2恒流Ic2以及偏置电流Ibias的合计，软起动电压Vss的上升被加速。
在时刻T3，当软起动电压Vss比最大电压Vmax大时，PWM信号Vpwm变为固定占空比，开关电源100变为稳定状态。在图4中，从时刻T3到T4的期间，反馈电压Vfb被平坦地表示，但实际上，如图3所示那样，在Vref1和Vref2之间变动。
在时刻T4，当负载电路300的氙灯开始发光时，蓄积在输出电容器Co1的电荷被急剧地放电，因此反馈电压Vfb降低。在时刻T5，当反馈电压Vfb小于阈值电压Vth时，信号SSEN被切换为高电平。通过信号SSEN的切换，单触发电路204的输出在规定的期间Td成为低电平。在该期间，第1晶体管M1的栅极电压Vg成为低电平，第1晶体管M1截止，第2晶体管M2导通。蓄积在充电电容器Css的电荷通过第2晶体管M2而被放电，软起动电压Vss降低。在第2晶体管M2导通的状态下，软起动电压Vss被调节到偏置电压Vbias。
在不设置由包括第2晶体管M2、运算放大器214而构成的偏置电路，仅有第2晶体管M2的结构的情况下，当第2晶体管M2导通，则蓄积在充电电容器Css的电荷被全部放电，软起动电压Vss降低至0V左右。作为振荡器18的输出的振荡信号Vosc的最小电压为某一较大程度时，软起动电压Vss在达到其最小电压为止的期间，PWM信号的占空比成为0％，因此不能使输出电压Vout上升。
另一方面，在本实施方式的软起动电路20中，软起动电压Vss降低至与振荡信号Vosc的最小电压大致相等地设置的偏置电压Vbias，不会降低至其以下，所以之后，可以立即生成PWM信号而使输出电压Vout上升。
之后，从时刻T5到经过了规定期间Td后的时刻T6单触发电路204的输出成为高电平时，第1晶体管M1的栅极电压Vg变为高电平而导通。此时，第2晶体管M2的栅极电压被固定为低电平，第2晶体管M2截止，再次开始对充电电容器Css的充电，软起动电压Vss开始以第1限制速度上升。
在时刻T7，反馈电压Vfb大于阈值电压Vth时，第2电流源222导通，对充电电容器Css的充电速度被加速，输出电压Vout急速地上升。
如以上那样，根据本实施方式的软起动电路20以及开关电源100，将输出电压Vout的上升速度在两个阶段进行切换并软起动。即，在软起动开始之后，输出电压Vout在低于规定的阈值电压Vth的范围中缓慢地上升，使得不发生冲击电流，之后在输出电压Vout超过阈值电压Vth时，加快上升速度并急速上升，可缩短开关电源100的稳定时间。
此外，软起动电路20每当输出电压Vout低于规定的阈值电压时动作，所以不仅在起动时，在负载电路300的动作开始时或在输入电压Vin的变动时等输出电压Vout降低时，也可以进行软起动。
而且，在本实施方式的软起动电路20中，通过由第2晶体管M2以及运算放大器214构成的偏置电路，软起动电压Vss被控制为不会降低至与振荡信号Vosc的最小电压大致相等地设定的偏置电压Vbias以下。因此，不会产生占空比为0％的PWM信号，可在短时间内使输出电压Vout上升。
图5是表示具有图1的开关电源100的电子设备500的结构的方框图。例如，电子设备500是搭载了照相机的携带电话终端，它具有：电池510、通信处理单元512、DSP(Digital Signal Processor)514、摄像单元516、发光装置600。另外，电子设备并不限定为携带电话终端，也可以是PDA或数字照相机等。
电池510例如是锂离子电池，作为电池电压Vbat而输出3～4V左右的电压。DSP514是对电子设备500整体统一地进行控制的块，并与通信处理单元512、摄像单元516、发光装置600连接。通信处理单元512包括天线、高频电路等，是与基站进行通信的块。
摄像单元516是CCD(Charge Coupled Device)或CMOS传感器等的摄像装置。
发光装置600作为在由摄像单元516进行摄像时的闪光灯或者闪光装置而使用，它具有：开关电源100、发光元件612、触发电路614。作为发光元件612，适于使用氙管等。开关电源100将从电源510供给的电池电压Vbat升压，对发光元件612提供300V左右的驱动电压(以下，也称为输出电压)Vout。驱动电压Vout被稳定至规定电平的目标电压。触发电路614是控制发光装置600的发光定时的电路。发光元件612与摄像单元516的摄像同步地发光。
在本实施方式的开关电源100可以适合用于如图5所示的发光装置600，该发光装置600可以搭载在以携带电话终端为代表的电子设备。本实施方式的开关电源100可如上地缩短起动时间，因此在不会脱离摄像的定时地使发光元件612发光。
本领域的技术人员应该理解，上述的实施方式只是例示，这些各结构要素或各处理步骤的组合也可以有各种变形例，而且这样的变形例也属于本发明的范围中。
在本实施方式的开关电源100中，使开关元件SW1的开关信号Vsw为固定占空比，使驱动电路14间歇性地动作，从而可得到输出电压Vout的稳定。但并不限定于此，也可以对输出电压和其目标电压的误差电压进行放大，并基于该误差电压进行脉宽调制，从而可实现输出电压的稳定。
在本实施方式中，说明了回扫方式的开关稳压器中采用了本发明的软起动技术的情况，但也可以适用在正向(forward)方式的开关稳压器中。而且，在实施方式中对使用变压器的绝缘型的开关稳压器进行了说明，但也可以是非绝缘型的开关稳压器，而且可以广泛地适用于需要抑制冲击电流或输出电压的不需要的变动，同时尽可能快速地提高输出电压的电源装置。
而且，在本实施方式中，通过在软起动电路20中对第1电流源220以及第2电流源222的两个恒流源导通/截止，从而控制软起动电压Vss的上升速度，但并不限定于此。也可以构成为，例如将电流源仅设为一个，通过信号SSEN以及第2启动信号EN2切换生成的电流值。
而且，在本实施方式中，高电平、低电平的逻辑信号的设定是一个例子，可通过反相器等适当地进行反转从而自由地进行变更。
作为本实施方式的开关电源100的负载，例示了图5的发光元件，但并不限定于此，可适当地利用在通过几十V到超过几百V的电压而驱动的各种负载电路的驱动。
产业上的可利用性
根据本发明的开关电源以及其控制电路，可缩短起动时间而不会损失电路的可靠性。

Claims (7)

1.一种生成开关信号且控制开关电源的开关元件的控制电路，其特征在于，包括：
软起动电路，生成电压值随时间而上升的软起动电压，
第1比较器，将所述软起动电压与振荡信号进行比较，生成占空比根据其比较结果而逐渐变化的脉宽调制信号，以及
驱动电路，基于所述脉宽调制信号生成所述开关信号，驱动所述开关元件；
其中，所述软起动电路包括
充电电容器，其一端被接地，另一端的电压作为所述软起动电压输出，
第2比较器，将所述开关电源的输出电压与规定的阈值电压进行比较，以及
电流源，参照所述第2比较器的比较结果，当所述开关电源的输出电压比所述阈值电压低时，向所述充电电容器的另一端提供第1值的电流，当所述开关电源的输出电压比所述阈值电压高时，向所述充电电容器的另一端提供比所述第1值高的第2值的电流；
并且，所述软起动电路在所述开关电源的输出电压比所述规定的阈值电压低时，使所述软起动电压以第1限制速度上升；另一方面，在所述开关电源的输出电压比所述阈值电压高时，使所述软起动电压以第2限制速度上升，所述第2限制速度比所述第1限制速度设定得高。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
所述规定的阈值电压被设定在使所述软起动电压以所述第2限制速度上升时不发生冲击电流的范围内。
3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
所述软起动电路还包括偏置电路，该偏置电路在从所述输出电压低于规定的第2阈值电压时起有效一定期间，并将所述充电电容器上所呈现的电压固定为规定的电压值。
4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，
所述偏置电路包括：
与所述充电电容器并联地连接的晶体管；以及
对所述晶体管提供规定的偏置电流的偏置电流源，
所述晶体管从所述输出电压低于所述第2阈值电压起导通一定期间。
5.如权利要求1至4的任一项所述的控制电路，其特征在于，
被一体集成在一个半导体衬底上。
6.一种开关电源，其特征在于，包括：
如权利要求1至4的任一项所述的控制电路；
由所述控制电路控制的开关元件；以及
通过所述开关元件的导通/截止而进行输入电压的升降的输出电路。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
摄像单元；
在所述摄像单元进行摄像时，作为闪光灯而发光的发光元件；以及
将电池电压升压而对所述发光元件提供驱动电压的权利要求6所述的开关电源。
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Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101370650B1 (ko) * 2007-04-25 2014-03-10 페어차일드코리아반도체 주식회사 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법 및 이를 이용하는컨버터 및 그 구동방법
TWI369659B (en) * 2007-04-26 2012-08-01 Himax Tech Ltd Backlight module and current providing circuit thereof
JP4979521B2 (ja) * 2007-09-12 2012-07-18 ローム株式会社 インバータおよびその制御回路、制御方法、ならびにそれらを用いた発光装置
US7733030B2 (en) * 2007-12-26 2010-06-08 Analog Devices, Inc. Switching power converter with controlled startup mechanism
KR20090088041A (ko) * 2008-02-14 2009-08-19 삼성전자주식회사 백라이트 구동 장치 및 그것의 구동 방법
US7928715B2 (en) * 2008-04-22 2011-04-19 Seiko Instruments Inc. Switching regulator
FR2931018A1 (fr) * 2008-05-06 2009-11-13 Yperion Technology Soc Par Act Convertisseur continu-continu a decoupage avec phases de magnetisation et de demagnetisation controlees
JP5091024B2 (ja) * 2008-06-24 2012-12-05 株式会社リコー スイッチングレギュレータ及びその動作制御方法
JP5252214B2 (ja) * 2009-03-25 2013-07-31 本田技研工業株式会社 スイッチング電源装置
TWI390818B (zh) * 2009-07-14 2013-03-21 Richpower Microelectronics 改善充電器待機時之效率的裝置及方法，以及超低待機功率充電器
TWI398764B (zh) * 2009-07-21 2013-06-11 Richpower Microelectronics 降低顯示器待機時之功率消耗的裝置及方法，以及低待機功率消耗之顯示器
CN101989756B (zh) * 2009-07-30 2014-11-12 上海立隆微电子有限公司 改善充电器待机时效率的装置及方法,以及超低待机功率充电器
JP5664019B2 (ja) * 2009-10-28 2015-02-04 Tdk株式会社 ワイヤレス給電装置、ワイヤレス電力伝送システムおよびそれらを利用したテーブルと卓上ランプ
US8542506B2 (en) * 2009-11-16 2013-09-24 Middle Atlantic Products, Inc. Method and apparatus for controlling the power of a transformer using a soft start circuit
CN102497107B (zh) * 2011-12-09 2015-04-01 上海新进半导体制造有限公司 开关电源控制器及开关电源
JP5684987B2 (ja) * 2010-01-25 2015-03-18 セイコーインスツル株式会社 スイッチングレギュレータ
EP2362532A1 (en) * 2010-02-25 2011-08-31 Dialog Semiconductor GmbH DC-DC converter efficiency improvement and area reduction using a novel switching technique
US8553375B2 (en) * 2010-04-01 2013-10-08 Intel Corporation Intelligent soft start control to reduce electrostatic discharge clamp current spikes
JP2011244677A (ja) * 2010-04-23 2011-12-01 Rohm Co Ltd スイッチング電源の制御回路およびそれを用いたスイッチング電源、発光装置および電子機器
US8772977B2 (en) 2010-08-25 2014-07-08 Tdk Corporation Wireless power feeder, wireless power transmission system, and table and table lamp using the same
TWI429162B (zh) * 2011-02-22 2014-03-01 Delta Electronics Inc 多電源並聯供電系統
KR20120136449A (ko) * 2011-06-09 2012-12-20 삼성전자주식회사 소프트 스타트 회로의 동작 방법과 상기 방법을 수행할 수 있는 장치들
CN102324842B (zh) * 2011-09-14 2013-11-13 深圳航天科技创新研究院 一种具有最大占空比限制的开关电源控制器
JP5947034B2 (ja) * 2011-12-20 2016-07-06 ローム株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータおよび電流ドライバの制御回路ならびにそれらを用いた発光装置および電子機器
JP2013190932A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 Seiko Instruments Inc ボルテージレギュレータ
CN103427646A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 新能微电子股份有限公司 降低电源供应器低频噪音方法及电源供应器
TWI460971B (zh) * 2012-05-17 2014-11-11 Neoenergy Microelectronics Inc 降低電源供應器低頻噪音方法及電源供應器
CN102695343B (zh) * 2012-06-06 2014-01-29 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种led驱动电路
JP2014107989A (ja) * 2012-11-28 2014-06-09 Toshiba Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US11159009B2 (en) * 2013-04-01 2021-10-26 Qualcomm Incorporated Voltage regulator over-current protection
JP6279234B2 (ja) * 2013-07-01 2018-02-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 自動分析装置
JP5928506B2 (ja) * 2014-02-28 2016-06-01 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
CN104201875B (zh) * 2014-08-07 2017-01-25 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 短路保护软启动电路及方法
JP6382020B2 (ja) * 2014-08-18 2018-08-29 ローム株式会社 ソフトスタート回路
TWI652885B (zh) * 2014-08-20 2019-03-01 力智電子股份有限公司 電源管理裝置、直流對直流控制電路及其晶片致能方法
JP6265092B2 (ja) 2014-09-22 2018-01-24 株式会社デンソー スイッチング電源装置
US10014760B2 (en) * 2016-09-23 2018-07-03 Texas Instruments Incorporated Soft-start switch circuit
JP6891444B2 (ja) * 2016-10-19 2021-06-18 ヤマハ株式会社 回路および楽器
US10250252B2 (en) * 2016-11-03 2019-04-02 Semiconductor Components Industries, Llc Control circuit and method therefor
CN107422773B (zh) * 2017-08-07 2019-02-05 湖南国科微电子股份有限公司 数字低压差稳压器
DE202018000752U1 (de) * 2018-02-14 2019-05-16 Matrix Industries, Inc. Startschaltung für Energy Harvesting Schaltungen
JP7066538B2 (ja) * 2018-06-07 2022-05-13 キヤノン株式会社 電源装置及び画像形成装置
CN108832923B (zh) * 2018-08-14 2022-06-28 上海空间电源研究所 一种双输入高稳定rc触发信号产生电路
US10505458B1 (en) * 2018-10-22 2019-12-10 Power Integrations, Inc. Apparatus and methods for controlling a switch mode power converter using a duty cycle state machine
CN109839532B (zh) * 2019-03-22 2021-05-04 上海南芯半导体科技有限公司 一种检测负载电流的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2974319B2 (ja) 1987-10-07 1999-11-10 キヤノン株式会社 電子機器
US7023187B2 (en) * 2001-08-16 2006-04-04 Intersil Americas Inc. Integrated circuit for generating a plurality of direct current (DC) output voltages
JP3680161B2 (ja) 2002-01-18 2005-08-10 松下電器産業株式会社 スイッチング電源のソフトスタート装置
JP2003324939A (ja) 2002-04-26 2003-11-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd スタータ回路
JP4136445B2 (ja) 2002-05-14 2008-08-20 富士フイルム株式会社 電源制御装置
JP3738014B2 (ja) * 2003-03-28 2006-01-25 Ｔｄｋ株式会社 スイッチング電源のソフトスタート方法、出力制御回路およびスイッチング電源
JP2005117784A (ja) * 2003-10-08 2005-04-28 Rohm Co Ltd スイッチング電源装置

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CN101065891A (zh) 2007-10-31
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