CN101312327A - 电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有软启动功能的电源，即使当其负载条件在启动时被设置得较轻的条件下也能够升高其输出DC电压，而不产生尖头信号。电源包括误差放大器，用于输出与输出直流电压和输出直流电压的目标值之间的误差相对应的误差信号，控制部分，用于根据该误差信号调整向所述负载的供电，和限幅电路，用于在启动过程中输出直流电压超过被设置为低于所述目标值的预定值之后，将所述误差信号的电压限制到预定电平达预定时间。

Description

电源

技术领域

本发明涉及一种从诸如电池之类的DC电源向其输入DC电压、和从其输出受控DC电压的电源，更具体地讲，涉及电源中的软启动技术。

背景技术

诸如包括与负载串联的电压控制设备的串联调节器系统和包括开关设备的开关调节器系统之类的电源转换系统被用于电源。为了使电源向负载提供稳定的输出DC电压，两种系统的共同之处在于检测和反馈其输出DC电压。在电源中，当其输出DC电压低于目标值时，其供电增加，而当输出DC电压高于目标值时，其供电降低。为此，在电源启动时，在输出DC电压达到目标值期间，将供电增加到容量的极限。结果是，存在着从电源的输入DC电源产生涌入(inrush)电流的问题。此外，由于以在输出DC电压超过目标值后降低供电的方式来配置电源，存在着产生向负载提供超过目标值的过量供电的尖头信号(overshoot)的问题。

在启动时使用限制供电的软启动技术来抑制启动时产生的涌入电流。图11是显示日本专利申请公开No.2005-269838公开的、具有软启动功能的传统电源的配置电路图。

参考图11，诸如电池之类的输入DC电源201产生并输出输入DC电压Vi。被称为降压转换器的电压转换部分包括开关晶体管202，二极管203，电感器204和输出电容器205。该电压转换部分将输入DC电压Vi转换成输出DC电压Vo，并将输出DC电压Vo从输出电容器205提供给负载206。基准电压源207产生基准电压，作为输出DC电压Vo的目标。误差放大器208放大输出DC电压Vo与基准电压之间的差电压，并输出误差信号Ve。比较器电路209将输出DC电压Vo与预定值进行比较。该预定值被设定为，例如，基准电压的95％。

PWM(脉宽调制)电路产生并输出驱动脉冲信号，所述驱动脉冲信号的脉冲宽度基于输入至此的误差信号Ve。开关晶体管202根据从PWM电路210输出的驱动脉冲信号重复ON/OFF操作。由于开关晶体管202重复ON/OFF操作，使用二极管203对输入DC电压Vi进行斩波和整流，使用电感器204和输出电容器205进行平滑，从而将输出DC电压Vo提供给负载206。当开关晶体管202的开关周期中的ON时间的比值(下文称之为“占空比值”)较大时，输出DC电压Vo变高。比较器电路209的输出被输入到箝位电路211。在输出DC电压Vo未达到预定值的时段期间，箝位电路211抑制误差信号Ve上升，从而将误差信号Ve限制到预定值。

另外，参考图11，当输出DC电压Vo低于基准电压时，误差放大器208产生的误差信号Ve的电压升高，而当输出DC电压Vo高于基准电压时，误差放大器208产生的误差信号Ve的电压降低。在正常操作期间，箝位电路211不工作，误差放大器208产生的误差信号Ve被直接输入到PWM电路210。从PWM电路210输出的驱动脉冲信号的脉冲宽度随着误差信号Ve的升高而变大。换句话说，当输出DC电压Vo低于基准电压时，误差信号Ve的电压升高，开关晶体管202的占空比值变得更大，并且输出DC电压Vo变得更高。相反，当输出DC电压Vo高于基准电压时，误差信号Ve的电压降低，开关晶体管202的占空比值变小，输出DC电压Vo变低。通过该反馈操作，控制输出DC电压Vo，以使其等于基准电压。

另一方面，在启动过程中，由于输出DC电压Vo未达到预定值(基准电压的95％)，箝位电路211工作，以将输入到PWM电路210的误差信号Ve的电压限制到箝位电压。实际上，由于将低于具有高电位的误差信号Ve的电压的箝位电压输入到PWM电路210，开关晶体管202的占空比值变小，并且限制了供电。结果是，在传统电源中防止了涌入电流的产生。当输出DC电压Vo达到电源中的预定值(基准电压的95％)时，释放对供电的限制，操作转变到将输出DC电压Vo调整到基准电压的正常操作。

然而，虽然在具有传统软启动功能并被如上所述配置的电源中能够限制涌入电流，当输出DC电压Vo达到预设电压之后释放对供电的限制时，在负载206较轻的情况下，在输出DC电压Vo中产生尖头信号。为了解决该问题，有一种在启动之后持续供电限制以限制涌入电流的方法。然而，在用于抑制尖头信号的供电限制等级低于用于限制涌入电流的供电的限制等级的情况下，该方法存在着不能充分抑制尖头信号的问题。

本发明的一个方面是提供一种能够确保执行软启动操作的电源，更具体地讲，提供一种具有软启动功能的电源，即使在启动时设置负载较轻时，也能够升高输出DC电压，而不产生尖头信号。

发明内容

为了实现上述目的，根据本发明第一方面的电源，用于将输入DC电压转换成输出DC电压，并向负载供电，包括：

误差放大器，用于输出与所述输出DC电压和所述输出DC电压的目标值之间的误差相对应的误差信号，

控制部分，用于根据所述误差信号调整向所述负载的供电，和

限幅电路，用于在启动过程中所述输出DC电压超过被设置为低于所述目标值的预定值之后，将所述误差信号的电压限制到预定电平达预定时间。

通过如上所述配置的电源，当在启动时设置负载状况较轻时，输出DC电压能够升高，而不产生尖头信号。

根据本发明第二方面的电源可以被配置成使得根据第一方面的限幅电路将误差信号的电压限制到第一预定电平，直到输出DC电压在启动过程中达到被设置为低于目标值的预定值，和在输出DC电压在启动过程中超过被设置为低于目标值的预定值之后，将误差信号的电压限制为第二预定电平达预定时间。

根据本发明第三方面的电源可以被配置成使得根据第二方面的限幅电路包括比较器电路，用于将所述输出DC电压与被设置为低于目标值的所述预定值进行比较；第一箝位电路，用于根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出DC电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述预定值；和第二箝位电路，用于在所述输出DC电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间。

根据本发明第四方面的电源可以被配置成使得根据第三方面的第二箝位电路在启动时的输出DC电压超过被设置为低于目标值的预定值之后，根据比较器电路的输出，将误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，和当输出DC电压在启动过程中与目标值之间的误差变成基准电压或更低时，释放到第二预定电平的限制。

根据本发明第五方面的电源可以被配置成使得根据第二方面的限幅电路包括第一比较器电路，用于将输出DC电压与被设置为低于目标值的第一值进行比较；第二比较器电路，用于将输出DC电压与被设置为低于目标值且高于第一值的第二值进行比较；第一箝位电路；用于根据第一比较器电路的输出，将误差信号的输出限制到第一预定电平，直到输出DC电压在启动过程中达到被设置为低于目标值的第一值；和第二箝位电路，用于在输出DC电压在启动过程中超过被设置为低于目标值的第一值之后，根据第一比较器电路的输出，将误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，根据第二比较器电路的输出释放到第二预定电平的限制。

根据本发明第六方面的电源可以被配置成使得根据第一和第二方面的预定时间被设置为在所述输出DC电压超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后和直到所述输出DC电压达到所述目标值所经过的时段。

根据本发明第七方面的电源可以被配置成使得根据第一至第五方面的控制部分包括具有开关，整流器和电感器的电压转换部分；和PWM电路，用于根据误差信号控制开关ON/OFF。

根据本发明第八方面的电源可以被配置成使得根据第七方面的PWM电路包括电流检测器，用于检测流过电压转换部分的电流；和定时设置电路，用于根据电流检测器的输出和误差信号，设置开关的ON/OFF定时。

由于以刚好在输出DC电压达到目标值之前限制供电的方式配置本发明，能够提供即使在轻负载下启动时也能够确保抑制输出尖头信号的电源。

虽然在所附权利要求中特别指出了本发明的新特征，从下面结合附图所做的详细描述，将会更好地理解作为组织和内容二者的本发明，以及本发明的其它目的和特征。

附图说明

图1是显示根据本发明第一实施例的电源配置的电路图；

图2A至2F是显示根据第一实施例，在启动过程中电源操作的波形图；

图3是显示根据本发明第二实施例的电源配置的电路图；

图4A至4F是显示根据第二实施例，在启动过程中电源操作的波形图；

图5是显示根据本发明第三实施例的电源配置的电路图；

图6A至6G是显示根据第三实施例，在启动过程中电源操作的波形图；

图7是显示根据本发明第四实施例的电源配置的电路图；

图8是显示根据第四实施例在电源中的电流检测电路的配置的电路图；

图9是显示根据第四实施例在电源中的定时器电路的配置的电路图；

图10A至10G是显示根据第四实施例，在启动过程中电源操作的波形图；

图11是显示传统电源配置的电路图。

应该认识到，一些或所有附图只是为了图示的目的而示意性地表示，而不必描绘实际的相对尺寸或所示元件的位置。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本发明的电源的优选实施例。

第一实施例

下面参考图1和2描述根据本发明第一实施例的电源。图1是显示根据本发明第一实施例的电源配置的电路图。图2A至2F是显示在图1所示的电源启动过程中，各部分的操作的波形图。

参考图1，诸如电池之类的输入DC电源1产生并输出输入DC电压Vi。被称为降压转换器的电压转换部分包括开关晶体管2，二极管3，电感器4和输出电容器5。该电压转换部分将输入DC电压Vi转换成输出DC电压Vo，并将输出DC电压Vo从输出电容器5提供给负载6。基准电压源7产生作为输出DC电压Vo的目标的基准电压。误差放大器8放大输出DC电压Vo与基准电压之间的差电压，输出误差信号Ve。比较器电路9包括比较器90和两个电阻器91和92，比较器90将输出DC电压Vo与预定值比较。通过使用电阻器91和92对基准电压分压获得使用比较器90比较的预定值。预定值被设置在基准值的例如95％。误差信号Ve被输入到PWM电路10，PWM电路10根据输入至此的误差信号Ve，输出具有脉冲宽度的驱动脉冲信号Vg。开关晶体管2根据从PWM电路10输出的驱动脉冲信号Vg重复ON/OFF操作。由于开关晶体管2重复ON/OFF操作，使用二极管3对输入DC电压Vi进行斩波和整流，并使用电感器4和输出电容器5平滑，从而将输出DC电压Vo提供给负载6。当开关晶体管2的开关周期中的ON时间的比值(下文称之为“占空比”)较大时，输出DC电压Vo变高。在根据第一实施例的电源中。包括开关晶体管2，二极管3，电感器4和输出电容器5，以及PWM电路10的降压转换器构成控制部分。

作为限幅电路的第一箝位电路11包括使用比较器电路9的输出信号驱动的晶体管110，电阻器111，向电阻器111提供恒定电流的恒定电流源112，和使用在电阻器111与恒定电流源112的连接点产生的电压驱动的晶体管113。当晶体管110为ON时，把在晶体管110的源-栅极电压Vt与在电阻器111两端产生的恒定电压Vr的相加电压(Vt+Vr)施加到晶体管113的栅极，并且晶体管113导通。另一方面，当晶体管111为OFF时，将输入电压Vi施加到晶体管113的栅极，晶体管113截止。

作为限幅电路的第二箝位电路12包括集成电路，该集成电路包括用于对比较器电路9的输出信号积分的电阻器120和电容器121，对电容器121的输出反相的反相器122，用于输出反相器122的输出信号和比较器电路9的输出信号的与非运算的NAND(与非)电路123，和使用NAND电路123的输出驱动的晶体管124。

接下来，描述根据如上所述配置的第一实施例的电源的操作。首先，描述正常操作期间根据第一实施例的电源的操作。

参考图1，当输出DC电压Vo低于基准电压时，由误差放大器8产生的误差信号Ve的电压升高，而当输出DC电压Vo高于基准电压时，误差信号Ve的电压降低。在正常操作期间，第一箝位电路11和第二箝位电路12不工作，由误差放大器8产生的误差信号Ve直接输入到PWM电路10，如后面所述。从PWM电路10输出的驱动脉冲信号Vg的脉冲宽度随着误差信号Ve的电压升高而变大。换句话说，当输出DC电压Vo低于基准电压时，误差信号Ve的电压升高，开关晶体管2的占空比变得更大，输出DC电压Vo变得更高。

相反，当输出DC电压Vo高于基准电压时，误差信号Ve的电压降低，开关晶体管2的占空比变得更小，输出DC电压Vo变得更低。通过该反馈操作，控制输出DC电压Vo以使其变得等于基准电压。在第一箝位电路11中，使用输入至此的比较器电路9的H电平(高电平)输出信号使晶体管110截止，由此也使晶体管13截止。此外，在第二箝位电路12中，使用输入至此的比较器电路9的H电平输出信号对电容器121充电，反相器122输出L电平(低电平)信号。结果是，NAND电路123输出H电平信号，并且晶体管124截止。

下面参考图2A至2F描述电源在启动过程中的操作。图2A至2F是显示图1所示的电源的各个部分在启动过程中的操作波形图。

图2A示出了输出DC电压Vo的波形，图2B示出了比较器电路9的输出信号V9的波形，图2C示出了第二箝位电路12的电容器121的电压波形，即，反相器122的输入信号V121。另外，图2D示出了第二箝位电路12的反相器122的输出信号V122的波形，图2E示出了误差信号Ve的波形，图2F示出了驱动脉冲信号Vg，即用于驱动开关晶体管2的PWM电路的输出的波形。

首先，在输出DC电压Vo未达小于目标值的预定值(基准电压的95％)的启动过程，比较器电路9的输出信号V9为L电平，输入到PWM电路10的误差信号Ve的电压被限制在第一箝位电路11的晶体管110的源-栅极电压Vt、电阻器11两端的电压Vr和晶体管113的源-栅极电压Vt的相加电压(2Vt+Vr)。实际上，由于升高到高电位的误差信号Ve的电压被限制到第一箝位电压(2Vt+Vr)，并被输入到PWM电路10，开关晶体管2的占空比变小，限制了供电。结果是，根据第一实施例的电源能够防止涌入电流的产生。在该时段期间，在第二箝位电路12中，NAND电路123借助输入至此的比较器电路9的L电平输出信号来输出H电平信号，晶体管124截止。由于电容器121放电到L电平，反相器122的输出信号V122为H电平。

当在图2A至2F中的时间t1，输出DC电压Vo达到预定值(基准电压的95％)时，比较器电路9的输出电压V9为H电平，释放使用第一箝位电路11的箝位限制，在第二箝位电路12中，由于反相器122的输出信号V122为H电平，并且比较器电路9的输出信号变为H电平，NAND电路123的输出变为L电平。结果是，晶体管124导通，误差信号Ve的电压被限制到晶体管124的源-栅极电压Vt。由于误差信号Ve被输入到PWM电路10，开关晶体管2的占空比变得更小，进一步抑制了输出DC电压Vo的升高速度，并且防止产生尖头信号，其中误差信号Ve的电压被限制到第二箝位电压(Vt)，而不是如上所述的第一箝位电压(2Vt+Vr)。该限制持续，直到电容器121的充电经由电阻器120继续进行，并且反相器122的输出反相到L电平。在图2A至2F中的时间t2，反相器122的输入信号V121升高到输出信号V122从H电平切换到L电平的阈值之上，并且反相器122的输出信号V122变为L电平。因此，NAND电路123的输出变为H电平，并且晶体管124截止。当晶体管124截止时，释放使用误差信号Ve进行的限制，该操作转变到将输出DC电压Vo控制到基准电压的正常操作，在限幅过程中误差信号Ve的电压被限制到第二箝位电压(Vt)。

如上所述，在根据第一实施例的电源中，在输出DC电压Vo未达到低于目标值的预定值的轻负载启动过程中，误差信号Ve的电压被限制到第一箝位电压(2Vt+Vr)，并限制供电，由此防止涌入电流。此外，对于输出DC电压Vo已达到预定值之后的预定时段，误差信号Ve的电压被限制到第二箝位电压(Vt)，并进一步抑制了输出DC电压Vo的升高速度。结果是，可靠地防止尖头信号的产生。

第二实施例

下面参考附图3和4描述根据本发明第二实施例的电源。图3是显示根据本发明第二实施例的电源配置的电路图。图4A至4F是显示在图3所示的电源启动时，各部分的操作的波形图。在根据图4A至4F所示的第二实施例的电源中，与上述根据第一实施例的电源的部件具有相同功能和配置的部件由相同参考数字表示，在此省略对其的描述。根据第二实施例的电源与根据第一实施例的电源的区别在于电阻器80连接到误差放大器8的输出端，误差放大器8的输出(Ve)经由电阻器80输入到PWM电路10，作为输入(Ve2)，以及作为限幅电路的第二箝位电路12a的配置与第二箝位电路12的配置不同。根据第二实施例的电源的第二箝位电路12a由数字12a指定，以便区别于根据图1所示第一实施例的第二箝位电路12。

如图3所示，第二箝位电路12a包括NAND电路123，晶体管124，电压源125和比较器126。NAND电路123和晶体管124的配置与图1所示第二箝位电路12的NAND电路123和晶体管124的相同。比较器126把从误差放大器8输出的第一误差信号Ve的电压与电压馈送125的电压V125进行比较。将电压馈送125的电压V125设置在比晶体管124的源-栅极电压Vt略高的电平。

由于在正常操作时间期间，根据如上所述配置的第二实施例的电源的操作与根据上述第一实施例的电源的配置类似，在此省略对其的描述。

下面参考图4A至4F描述在启动过程中根据第二实施例的电源的操作。图4A至4F是显示在根据图4A至4F所示的第二实施例的电源的各个部分在启动时的操作波形图。

图4A示出了输出DC电压Vo的波形，图4B示出了比较器电路9的输出信号V9的波形，图4C示出了第一误差信号Ve的波形，图4D示出比较器126的输出信号V126的波形，图4E示出了输入到PWM电路10的第二误差信号Ve2的波形，图4F示出了驱动脉冲信号Vg，即用于驱动开关晶体管2的PWM电路的输出的波形。

首先，在输出DC电压Vo未达到预定值(基准电压的95％)的启动过程，由误差放大器8产生的第一误差信号Ve具有高电位。然而，比较器电路9的输出信号V9为L电平，输入到PWM电路10的第二误差信号Ve的电压被限幅在第一箝位电路11的晶体管110的源-栅极电压Vt、电阻器11两端的电压Vr和晶体管113的源-栅极电压Vt的相加电压(2Vt+Vr)。因此，开关晶体管2的占空比变小，并且限制供电。结果是，在根据第二实施例的电源中能够防止涌入电流的产生。在该时段期间，在第二箝位电路12a中，由于第一误差信号Ve的电压比电压馈送125的电压V125高，比较器电路126的输出信号V126为H电平。此外，由于比较器电路9的输出信号V9为L电平，NAND电路123输出H电平信号，晶体管124截止。

当在图4A至4F中的时间t1，输出DC电压Vo达到预定值(基准电压的95％)时，比较器电路9的输出电压V9为H电平，使用第一箝位电路11释放箝位限幅。与此同时，在第二箝位电路12a中，由于比较器126输出H电平信号，并且比较器电路9的输出信号V9变为H电平，NAND电路123的输出变为L电平。结果是，晶体管124导通，第二误差信号Ve2的电压被限幅到晶体管124的源-栅极电压Vt。由于第二误差信号Ve被输入到PWM电路10，开关晶体管2的占空比变得更小，其中第二误差信号Ve的电压被限制到第二箝位电压(Vt)，而不是如上所述的第一箝位电压(2Vt+Vr)。结果是，抑制了根据第二实施例的电源的输出DC电压Vo的升高速度，并且防止产生尖头信号。输出DC电压Vo马上达到基准电压源7的基准电压，即目标值，并且第一误差信号Ve的电压降低。由于其前提是负载在启动过程较轻，第一误差信号Ve的电压降低到比电压馈送125的电压V125低的电平。当第一误差信号Ve的电压降低到比在图4A至4F中的时间t2的电压馈送125的电压V125低的电平时，比较器126的输出信号V126反相为L电平。结果是，NAND电路123的输出变为H电平，并且晶体管124截止，由此释放第二误差信号Ve2的电压被限制到第二箝位电压(Vt)的限制状态。然后，在根据第二实施例的电源中，该操作转变到将输出DC电压Vo控制到基准电压的正常操作。

如上所述，在根据第二实施例的电源中，设置电阻器80以使来自误差放大器8的输出电平(Ve)从输入电平(Ve2)分开到PWM电路10。此外，依据来自误差放大器8的输出电平(Ve)做出关于输出DC电压Vo是否已经达到目标值的判断，由此能够使用第二箝位电压设置限幅时段。由于第一箝位电路11和第二箝位电路12在正常操作时间期间不执行箝位操作，来自误差放大器8的输出电平等于到PWM电路10的输入电平。

如上所述，在根据第二实施例的电源中，在输出DC电压Vo未达到低于目标值的预定值的轻负载启动过程中，第二误差信号Ve2的电压被限制到第一箝位电压(2Vt+Vr)，并限制供电，由此防止涌入电流的产生。此外，对于输出DC电压Vo已达到预定值之后的预定时段，第二误差信号Ve2的电压被限制到第二箝位电压(Vt)，并进一步抑制了输出DC电压Vo的升高速度。结果是，可靠地防止尖头信号的产生。

第三实施例

下面参考附图5和6描述根据本发明第三实施例的电源。图5是显示根据本发明第三实施例的电源配置的电路图。图6A至6G是显示在图5所示的电源启动时，各部分的操作的波形图。在根据第三实施例的电源中，与上述根据第一和第二实施例的电源的部件具有相同功能和配置的部件由相同参考数字表示，在此省略对其的描述。根据第三实施例的电源与根据第一实施例的电源的区别在于附加设置了第二比较器电路9a。在根据第三实施例的电源中，第二比较器电路9a的输出被输入到第二箝位电路12a的比较器126的非反相输入端。

根据第三实施例的电源设置有第一比较器电路9，和第二比较器电路9a。第一比较器电路9的输出信号输入到第一箝位电路11和第二箝位电路12a。第二比较器电路9a的输出信号输入到第二箝位电路12a。根据第三实施例的第一比较器电路9的配置与根据第一实施例的比较器电路9的配置大致相同。第一比较器电路9设置有比较器90和两个电阻器91和92，比较器90将输出DC电压Vo与第一预定值比较。由比较器90比较的第一预定值是通过使用电阻器91和92对基准电压分压形成的。例如，第一预定值形成为基准电压的95％。根据第三实施例的电源中的第二比较器电路9a设置有比较器90a和两个电阻器91a和92a，比较器90a将输出DC电压Vo与第二预定值比较。由比较器90a比较的第二预定值是通过使用电阻器91a和92a对基准电压分压形成的。例如，第二预定值形成为基准电压的99％。

由于根据如上所述配置的第三实施例的电源在正常操作时间期间的操作与根据上述第一实施例的电源的操作相同，在此省略对其的描述。

下面参考参考图6A至6G描述在启动过程中根据第三实施例的电源的操作。图6A至6G是显示在根据图6A至6G所示的第三实施例的电源的各个部分在启动时的操作波形图。

图6A示出了输出DC电压Vo的波形，图6B示出了第一比较器电路9的输出信号V9的波形，图6C第二比较器电路9a的输出信号V9a的波形，图6D示出了从误差放大器8输出的第一误差信号Ve的波形，图6E示出比较器126的输出信号V126的波形，图6F示出了输入到PWM电路10的第二误差信号Ve2的波形，图6G示出了驱动脉冲信号Vg，即用于驱动开关晶体管2的PWM电路10的输出的波形。

首先，在输出DC电压Vo未达到第一预定值(基准电压的95％)的启动过程，由误差放大器8产生的第一误差信号Ve具有高电位。第一比较器电路9的输出信号V9为L电平。因此，输入到PWM电路10的第二误差信号Ve的电压被限制在第一箝位电路11的晶体管110的源-栅极电压Vt、电阻器111两端的电压Vr和晶体管113的源-栅极电压Vt的相加电压(2Vt+Vr)。因此，开关晶体管2的占空比变小，并且限制供电。结果是，在根据第三实施例的电源中能够防止涌入电流的产生。在该时段期间，在第二箝位电路12a中，由于输出DC电压Vo低于第二预定值(基准电压的99％)，第二比较器电路9a的输出信号V9a为H电平，第一比较器电路9的输出信号V9为L电平，NAND电路123输出H电平信号。因此，晶体管124截止。

当在图6A至6G中的时间t1，输出DC电压Vo达到低于目标值的预定值(基准电压的95％)时，第一比较器电路9的输出信号V9为变H电平，释放使用第一箝位电路11进行的箝位限制。与此同时，在第二箝位电路12a中，由于比较器126输出H电平信号，并且第一比较器电路9的输出信号V9变为H电平，NAND电路123的输出变为L电平。结果是，晶体管124导通，第二误差信号Ve2的电压被限幅到晶体管124的源-栅极电压Vt。其电压被限制到第二箝位电压(Vt)而不是如上所述的第一箝位电压(2Vt+Vr)的第二误差信号Ve2输入到PWM电路10。为此，开关晶体管2的占空比进一步变小，进一步抑制了输出DC电压Vo的升高速度。结果是，防止产生尖头信号。输出DC电压Vo进一步升高到第二预定值(基准电压的99％)。当输出DC电压Vo在图6A至6G中的时间t2升高到第二预定值(基准电压的99％)以上时，比较器126的输出信号V126反相到L电平。因此，NAND电路123的输出变为H电平，并且晶体管124截止。结果是，由此释放第二误差信号Ve2的电压被限制到第二箝位电压(Vt)的限幅状态，并且该操作转移到将输出DC电压Vo控制到基准电压的正常操作。

如上所述，在根据第三实施例的电源中，提供第二比较器电路9a，并对输出DC电压Vo是否已达到该目标值进行判断，从而能够使用第二箝位电压设置限幅时段。由于第一箝位电路11和第二箝位电路12在正常操作时间期间不执行箝位操作，来自误差放大器8的输出电平(Ve)等于到PWM电路10的输入电平(Ve)。

第四实施例

下面参考附图7至10描述根据本发明第四实施例的电源。图7是显示根据本发明第四实施例的电源的配置的电路图。图8和9是显示根据第四实施例的电源中的电流检测电路的实例和定时器电路的实例的电路图。图10A至10G是显示在图7所示的电源启动时，各部分的操作的波形图。在根据第四实施例的电源中，与上述根据第一至第三实施例的电源的部件具有相同功能和配置的部件由相同参考数字表示，在此省略对其的描述。根据第四实施例的电源与根据第一实施例的电源的区别在于提供并配置了电流检测电路13，比较器14，脉冲形成电路15，RS锁存电路16和定时器电路17，以便设置开关晶体管2的工作时序，并根据该工作时序驱动晶体管。在根据第四实施例的电源中，配置包括比较器14、脉冲形成电路15、RS锁存电路16和定时器电路17的时序设置电路，以便设置开关晶体管2的工作时序。

根据本发明第一至第三实施例的电源采用电压模式控制，其中使用通过将输出DC电压Vo与基准电压比较获得的误差信号Ve来改变开关晶体管2的占空比，以便控制输出DC电压Vo使其变得等于基准电压。另一方面，根据第四实施例的电源采用电流模式控制，其中将通过把输出DC电压Vo与基准电压比较而获得的误差信号Ve与和流过电感器4的电流成比例的电压V13比较，并调整流过电感器4的电流，以便控制输出DC电压Vo使其变得等于基准电压。在第四实施例中，用流过二极管3的电流替代流过电感器4的电流。

在根据第四实施例的电源中，当输出DC电压Vo低于基准电压时，由误差放大器8产生的第一误差信号Ve的电压升高，当输出DC电压Vo高于基准电压时，第一误差信号Ve的电压降低。在正常工作期间，第一箝位电路11和第二箝位电路12不工作，由误差放大器8产生的第一误差信号Ve经电阻器输入到比较器14。

如图8所示，例如，电流检测电路13包括电阻器131，132和138，晶体管133，构成电流镜像电路的晶体管134和137，恒定电流源136，和二极管135，其正向电压等于晶体管133的基极-射极电压。电流检测电路13使用连接在二极管3的阳极和地之间的电阻器131来检测流过二极管3的电流，即在开关晶体管2截止时流过电感器4的电流，然后将电流转换成电压，并输出该电压。电流检测电路13的输出和经电阻器80从误差放大器8得到的输出(第二误差信号Ve2)输入到比较器14。当电流检测电路13的输出电平变为低于从误差放大器8得到的输出电平(Ve2)时，比较器14输出H电平信号。脉冲形成电路15包括集成电路，将比较器14的H电平信号形成为脉冲信号，并输出该脉冲信号，集成电路包括电阻器150和电容器151，用于集成比较器14、反相器152和AND电路153的输出信号。

如图9所示，例如，定时器电路17包括反相器172，晶体管171和173，恒定电流源174，电容器175，电压源176和比较器177。在定时器电路17中，当H电平信号输入到反相器172时，晶体管171导通，电容器175开始以恒定电流充电，电容器175的电压升高。当电容器175的电压变得高于电压源176的电压时，比较器177输出H电平信号。

当从脉冲形成电路15输入H电平信号，以设置RS锁存电路16的(S)端时，RS锁存电路16输出H电平信号。当H电平信号输入到定时器电路17时，在经过由电容器175的容量、来自恒定电流源174的恒定电流和电压源176的电压确定的预定时间之后，定时器电路17输出H电平信号。

当定时器电路17的H电平信号输入RS锁存电路16的复位(R)端时，RS锁存电路16输出L电平信号。换言之，使用脉冲形成电路15、RS锁存电路16和定时器电路17以预定时间设置开关晶体管2的导通时段。

下面描述根据如上所述配置的第四实施例的电源的操作。

首先，描述在正常工作期间根据第四实施例的电源的操作。

在根据第四实施例的电源中，当输出DC电压Vo低于基准电压时，由误差放大器8产生的第一误差信号Ve的电压升高，而当输出DC电压Vo高于基准电压时，第一误差信号Ve的电压降低。此外，电流检测电路13的输出与流过电感器4的电流成比例地升高和降低。因此，当经由电阻器80从第一误差信号Ve得到的第二误差信号Ve2具有高电位时，比较器14输出H电平信号，同时大量电流流过电感器4。另一方面，当第二误差信号Ve2具有低电位时，比较器14输出H电平信号，同时少量电流流过电感器4。当比较器14输出H电平信号时，开关晶体管2导通，从而增加流过电感器4的电流。结果是，流过电感器4的电流量与第一误差信号Ve的电位成比例。换言之，当输出DC电压Vo低于基准电压时，第一误差信号Ve的电压升高，流过电感器4的电流变大，输出DC电压Vo变高。相反，当输出DC电压Vo高于基准电压时，第一误差信号Ve的电压降低，流过电感器4的电流变小，输出DC电压Vo变低。该反馈操作控制了输出DC电压Vo，以使其变得等于基准电压。

在正常工作期间，在第一箝位电路11中，使用输入至此的比较器电路9的H电平信号使第一箝位电路11的晶体管110截止。另外，在第二箝位电路12a中，由于第一误差信号Ve的电压低于电压源125的电压V125，比较器126的输出信号为L电平。此外，由于比较器电路9的输出为H电平信号，NAND电路123输出H电平信号，晶体管124截止。

下面参考图10A至10G描述在启动过程中电源的操作。图10A至10G是显示在根据图7所示的电源的各个部分在启动时的操作波形图。

图10A示出了输出DC电压Vo的波形，图10B示出了比较器电路9的输出信号V9的波形，图10C示出了第一误差信号Ve的波形，图10D示出比较器126的输出信号V126的波形，图10E示出了输入到比较器14的第二误差信号Ve2的波形，图10F示出了电流检测电路13的输出信号V13的波形，图10G示出了从RS锁存电路16输出的、用于驱动开关晶体管2的驱动脉冲信号Vg的波形。

在输出DC电压Vo未达到预定值(基准电压的95％)的启动过程中，由误差放大器8产生的第一误差信号Ve具有高电位，比较器电路9的输出信号V9为L电平。因此，输入到比较器14的第二误差信号Ve的电压被限制在第一箝位电路11的晶体管110的源-栅极电压Vt、电阻器111两端的电压Vr和晶体管113的源-栅极电压Vt的相加电压(2Vt+Vr)。因此，电感器4的电流被限制。结果是，在根据第四实施例的电源中能够防止涌入电流的产生。在该时段期间，在第二箝位电路12a中，由于第二误差信号Ve的电压高于电压源125的电压V125，比较器126的输出信号V126为H电平，比较器电路9的输出信号V9为L电平。因此，NAND电路123输出H电平信号，晶体管124截止。

当在图10A至10G中的时间t1，输出DC电压Vo达到预定值(基准电压的95％)时，比较器电路9的输出信号V9为变H电平，释放使用第一箝位电路11的箝位限幅。与此同时，在第二箝位电路12a中，由于比较器126输出H电平信号，并且比较器电路9的输出信号V9变为H电平，NAND电路123的输出变为L电平。结果是，晶体管124导通，第二误差信号Ve2的电压被限幅到晶体管124的源-栅极电压Vt。由于其电压被限幅到第二箝位电压(Vt)而不是第一箝位电压(2Vt+Vr)的第二误差信号Ve2输入到比较器14，对流过电感器4的电流限幅以使其变得更低，进一步抑制输出DC电压Vo的升高速度，并防止产生尖头信号。不久，输出DC电压Vo达到基准电压源7的基准电压，即，目标值，第一误差信号Ve的电压降低。在启动过程中负载6较轻的前提下，第一误差信号Ve的电压降低到比电压源125的电压V125低的电平。当第一误差信号Ve的电压在图10A至10G的时间t2降低到比电压源125的电压V125低的电平时，比较器126的输出信号V126反相到L电平。结果是，NAND电路123输出变为H电平，晶体管124截止。当晶体管124截止时，释放第一误差信号Ve的电压到第二箝位电压(Vt)的限制，该操作转移到将输出DC电压Vo控制到基准电压的正常操作。

如上所述，即使在根据采用电流模式控制的第四实施例的电源中，在输出DC电压Vo达到目标值之间对供电限幅，由此能够抑制在启动过程中轻负载的情况下输出尖头信号。在电流模式控制的情况下，由于被限制的误差信号直接对应于流过电感器4的电流，即，提供给输出的电流，该电源具有能够设置涌入电流的抑制电平和能够快速地响应诸如输出尖头信号之类的瞬态现象的优秀特征。

虽然已经就本发明的优选实施例描述了本发明，应该理解，该揭示并不能解释为对本发明的限制。在阅读上面的揭示之后，本发明所涉及的各种替换和改变对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，其意图是由所附权利要求覆盖落入本发明精神和范围内的所有替换和改变。

本发明用于从诸如电池之类的DC电源向其输入DC电压，并从其输出受控DC电压的电源。

Claims (17)

1.一种电源，用于将输入直流电压转换成输出直流电压，并向负载供电，包括：

误差放大器，用于输出与所述输出直流电压和所述输出直流电压的目标值之间的误差相对应的误差信号，

控制部分，用于根据所述误差信号调整向所述负载的供电，和

限幅电路，用于在启动过程中所述输出直流电压超过被设置为低于所述目标值的预定值之后，将所述误差信号的电压限制到预定电平达预定时间。

2.根据权利要求1所述的电源，其中所述限幅电路将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述预定值，和在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，将所述误差信号的电压限制为第二预定电平达预定时间。

3.根据权利要求2所述的电源，其中所述限幅电路包括比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于目标值的所述预定值进行比较；第一箝位电路，用于根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述预定值；和第二箝位电路，用于在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间。

4.根据权利要求3所述的电源，其中所述第二箝位电路在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，和当在启动过程中所述输出直流电压与所述目标值之间的误差变成基准电压或更低时，释放到所述第二预定电平的限制。

5.根据权利要求2所述的电源，其中所述限幅电路包括第一比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于所述目标值的第一值进行比较；第二比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于所述目标值且高于所述第一值的第二值进行比较；第一箝位电路；用于根据所述第一比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述第一值；和第二箝位电路，用于在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述第一值之后，根据所述第一比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，根据所述第二比较器电路的输出释放到所述第二预定电平的限制。

6.根据权利要求1所述的电源，其中所述预定时间被设置为在所述输出直流电压超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后和直到所述输出直流电压达到所述目标值所经过的时段。

7.根据权利要求2所述的电源，其中所述预定时间被设置为在所述输出直流电压超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后和直到所述输出直流电压达到所述目标值所经过的时段。

8.根据权利要求1所述的电源，其中所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开。

9.根据权利要求1所述的电源，其中

所述限幅电路将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述预定值，和在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，将所述误差信号的电压限制为第二预定电平达预定时间，和

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开。

10.根据权利要求2所述的电源，其中

所述限幅电路包括比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于所述目标值的所述预定值进行比较；第一箝位电路，用于根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述预定值；和第二箝位电路，用于在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，和

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开。

11.根据权利要求3所述的电源，其中

所述第二箝位电路在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，和当在启动过程中所述输出直流电压与所述目标值之间的误差变成基准电压或更低时，释放到所述第二预定电平的限制，和

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开。

12.根据权利要求2所述的电源，其中

所述限幅电路包括第一比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于所述目标值的第一值进行比较；第二比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于所述目标值且高于所述第一值的第二值进行比较；第一箝位电路；用于根据所述第一比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述第一值；和第二箝位电路，用于在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述第一值之后，根据所述第一比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，根据所述第二比较器电路的输出释放到所述第二预定电平的限制，和

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开。

13.根据权利要求1所述的电源，其中

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开，和

所述脉宽调制电路包括电流检测器，用于检测流过所述电压转换部分的电流；和定时设置电路，用于根据所述电流检测器的输出和所述误差信号来设置所述开关的接通/断开定时。

14.根据权利要求1所述的电源，其中

所述限幅电路将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述预定值，和在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，将所述误差信号的电压限制为第二预定电平达预定时间，

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开，和

所述脉宽调制电路包括电流检测器，用于检测流过所述电压转换部分的电流；和定时设置电路，用于根据所述电流检测器的输出和所述误差信号来设置所述开关的接通/断开定时。

15.根据权利要求2所述的电源，其中

所述限幅电路包括比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于目标值的所述预定值进行比较；第一箝位电路，用于根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述预定值；和第二箝位电路，用于在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开，和

所述脉宽调制电路包括电流检测器，用于检测流过所述电压转换部分的电流；和定时设置电路，用于根据所述电流检测器的输出和所述误差信号来设置所述开关的接通/断开定时。

16.根据权利要求3所述的电源，其中

所述第二箝位电路在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述预定值之后，根据所述比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，和当在启动过程中的所述输出直流电压与所述目标值之间的误差变成基准电压或更低时，释放到所述第二预定电平的限制，

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开，和

所述脉宽调制电路包括电流检测器，用于检测流过所述电压转换部分的电流；和定时设置电路，用于根据所述电流检测器的输出和所述误差信号来设置所述开关的接通/断开定时。

17.根据权利要求2所述的电源，其中

所述限幅电路包括第一比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于所述目标值的第一值进行比较；第二比较器电路，用于将所述输出直流电压与被设置为低于所述目标值且高于所述第一值的第二值进行比较；第一箝位电路；用于根据所述第一比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第一预定电平，直到所述输出直流电压在启动过程中达到被设置为低于所述目标值的所述第一值；和第二箝位电路，用于在所述输出直流电压在启动过程中超过被设置为低于所述目标值的所述第一值之后，根据所述第一比较器电路的输出，将所述误差信号的电压限制到第二预定电平达预定时间，根据所述第二比较器电路的输出释放到所述第二预定电平的限制，

所述控制部分包括具有开关、整流器和电感器的电压转换部分；和脉宽调制电路，用于根据所述误差信号控制所述开关接通/断开，和

所述脉宽调制电路包括电流检测器，用于检测流过所述电压转换部分的电流；和定时设置电路，用于根据所述电流检测器的输出和所述误差信号来设置所述开关的接通/断开定时。

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