CN101340142A - 一种电源软启动的方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电源软启动的方法、装置及系统，包括以下步骤：检测时钟信号；产生需要的占空比信号；输出所述占空比信号到开关，控制所述开关的闭合，进而控制电容充电，进而实现电源的软启动。通过软启动电路延长软启动时间，可以在相同的芯片面积下实现更长时间的软启动功能；通过调节电容的大小、占空比的大小和时钟周期的长短可以灵活改变电源软启动的时间。

Description

一种电源软启动的方法、装置及系统
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种电源软启动的方法、装置及系统。
背景技术
在电源管理芯片或电源管理控制芯片的应用中，普遍要求输出电源从启动到稳定的过程是缓慢上升的，从而避免可能引起的电压或电流过冲而导致系统或者芯片受到损坏；同时，由于系统应用的不同往往会对电源的上升时间做出具体的要求，并出于成本的因素，这对电源管理芯片或系统的设计提出了一定的挑战。
现有技术采用芯片外接电阻和电容组成的积分器以实现软启动的功能，如图1所示，虚线框以内包含了一个外接电阻R、一个外接电容C和一个公共地。当输入电源VIN加载到系统上以后芯片首先使用软启动功能，电容C上的电压从零伏特慢慢上升，在上升的过程中如果电容C上的电压低于VREF(基准源电压)，那么通过ANALOG MUX(类比多工器)电路以后输入到ERROR AMP(误差放大器)的电压就是一个低于VREF的缓慢上升的电压信号。通过整个环路的负反馈控制使得输出的电压VOUT也缓慢上升，从而实现输出电源的软启动功能。软启动的时间由外接的电阻R和外接电容C的大小决定。当电容上的电压继续上升直到大于VREF以后，通过ANALOG MUX电路输入到ERROR AMP的电压就是VREF，以后就保持这个电压从而保持系统的输出电源是一个恒定的值。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
软启动时间短；软启动时间的可调性差。
发明内容
本发明实施例提供一种电源软启动的方法、装置及系统，以实现用较少的芯片面积实现长时间的软启动功能，并可灵活改变电源软启动的时间。
根据本发明的一方面，提供一种电源软启动的方法，包括以下步骤：
检测时钟信号；
根据所述检测到的信号产生占空比信号；
输出所述占空比信号到开关，控制所述开关的闭合，进而控制电容充电，进而实现电源的软启动。
根据本发明的另一方面，还提供一种电源软启动的装置，包括：
检测单元，用于检测时钟信号；
占空比产生单元，用于根据所述检测到的信号产生占空比信号；
软启动单元，用于输出所述占空比信号到开关，控制电容充电，进而实现电源的软启动。
根据本发明的另一方面，还提供一种电源软启动的系统，包括：
占空比电路、开关、电容、类比多工器、误差放大器以及脉冲调制控制电路；
所述开关的闭合受到所述占空比电路的控制，进而所述电容的充电时间受到所述占空比电路控制；电流对所述电容进行充电时，所述电容积分电荷，电压阶梯式上升；所述类比多工器比较所述电容的电压与基准源电压，将所述电容电压与基准源电压中的较小值输出到所述误差放大器；由所述误差放大器输出电压到所述脉冲调制控制电路，进而通过整个回路的负反馈使输出电压缓慢上升，实现输出电源的软启动功能。
本发明实施例通过通过软启动电路延长软启动时间，可以在相同的芯片面积下实现更长时间的软启动功能；通过调节电容的大小、占空比的大小和时钟周期的长短可以灵活改变电源软启动的时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的实现电路图；
图2为本发明实施例提供方法的基本流程示意图；
图3为本发明实施例提供方法的的实现电路图一；
图4为本发明实施例提供方法的流程示意图一；
图5a为本发明实施例提供的小占空比实现方法示意图一；
图5b为本发明实施例提供的小占空比实现方法示意图二；
图6为本发明实施例提供方法的软启动波形示意图；
图7为本发明实施例提供方法的实现电路图二；
图8为本发明实施例提供方法的实现电路图三；
图9为本发明实施例提供方法的流程示意图二；
图10为本发明实施例提供装置的基本结构示意图；
图11为本发明实施例提供装置的详细结构示意图；
图12为本发明实施例提供系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍。
图2为本发明实施例提供方法的基本流程示意图。
本发明实施例提供一种电源软启动的方法，包括以下步骤：
步骤s210，检测时钟信号；
步骤s220，根据检测到的时钟信号产生占空比信号；
步骤s230，输出上述占空比信号到开关，控制开关的闭合，进而控制电容充电，实现电源的软启动。
下面对本发明实施例进行进一步详细介绍。其中，占空比电路以小占空比电路为例，开关以PMOS(P-channel metal oxide semiconductor，P通道金属氧化物半导体)晶体管为例，充电电流由电流源产生为例。
本发明实施例的装置如图3所示，包括：内置的电流源I 310、小占空比电路320、开关M1330、内置的电容C 340、类比多工器ANALOG MUX 350以及误差放大器ERROR AMP 360。
电流源I 310产生充电电流，通过开关M1 330输出到电容C 340。开关M1 330的闭合受到小占空比电路320的控制，进而电容C 340的充电时间受到了控制。电流对电容C 340进行充电时，电容C 340积分电荷，电压阶梯式上升；类比多工器ANALOG MUX 350比较电容C 340的电压与基准源电压，将两者中的较小值输出到误差放大器ERROR AMP 360；再由ERROR AMP360输出该电压，并通过整个回路的负反馈，使输出电压VOUT缓慢上升，实现输出电源的软启动功能。
其中，电流源I 310用于产生充电电流；小占空比电路320，用于控制开关闭合；开关M1 330，用于控制对电容的充电时间；电容C 340，用于积分电荷，使电压阶梯式上升；类比多工器ANALOG MUX 350，用于接收电容C340与基准源电压中较小的电压值，输入到误差放大器ERROR AMP 360；ERROR AMP 360，用于接收ANALOG MUX 350输入的电压，通过整个回路的负反馈，使输出电压VOUT缓慢上升，实现输出电源的软启动功能。
如图4所示，本发明实施例提供了一种电源软启动的方法，包括以下步骤：
步骤s410，输入电源VIN加载到软启动电路，电流源I输出充电电流；
电流源输出的充电电流为恒定值。
步骤s420，小占空比电路检测时钟信号，根据检测到的时钟信号产生小脉冲信号；
如图5a、5b所示，分别是实现小占空比的方法；图5a中，利用奇数级反相器以及与非门实现小占空比；图5b中，利用奇数级反相器以及或门实现小占空比。利用小占空比产生电路可以检测时钟CLK信号的上升沿或者下降沿，从而产生一个脉冲宽度很小的方波。
步骤s430，小占空比信号传输到开关M1，以控制开关M1闭合；
开关M1是一个PMOS晶体管，当小占空比信号中的高电平信号传输时，开关M1闭合；否则，开关M1断开。
步骤s440，开关M1闭合时，电流源I产生的电流通过开关M1为电容C充电，使电容C的电压阶梯式升高；
开关M1的闭合受到小占空比信号的控制，由于小占空比信号是根据时钟周期产生的，所以，通过改变时钟信号的周期来控制小占空比信号，从而可以调节开关M1的闭合时间。
由于小占空比信号中的电压方波的脉冲宽度很小，所以在一个时钟周期内只有很短的一段时间给电容C充电，电容C的电压上升的很慢，呈阶梯式的上升。
步骤s450，ANALOG MUX判断电容C的电压与基准源电压的高低，接收两者当中较小的电压并将该电压输入到ERROR AMP；ERROR AMP通过整个回路的负反馈作用输出电压；
由于电容C上的电压从零伏特开始慢慢上升，在上升的过程中如果电容C上的电压低于基准源VREF的电压，那么如图6所示，通过ANALOG MUX电路以后输入到ERROR AMP的电压就是一个低于VREF的缓慢上升的电压信号；ERROR AMP通过整个环路的负反馈控制使得输出的电压VOUT也缓慢上升；当电容C上的电压大于基准源电压时，一直输出基准源电压，实现输出电压的稳定，从而实现输出电源的软启动功能。
通过采用本发明实施例提供的电源管理芯片软启动方法，内置电流源和电容，节省了成本；通过软启动电路延长软启动时间，可以在相同的芯片面积下实现更长时间的软启动功能；通过调节电容C的大小、电流源I的大小、占空比的大小和时钟周期的长短可以灵活改变电源软启动的时间。
本发明实施例还提供一种采用以电阻R代替电流源的电源软启动的方法，如图7所示，外加电压后，在电压差的作用下产生充电电流。
与采用电流源的软启动电路的区别在于：采用电流源的软启动电路电容充电电流为恒流，而采用电阻R的替代电路时，电流的大小受到外加电压和电容电压的影响，随充电时间的增加发生变化。上述替代电路由于采用了周期性充电，从整体上消除了现有技术中存在的电容电压增加非线性的问题。
本发明实施例还提供一种电压由高到低的缓变方法，如图8所示，为该方法的实现电路图，如图9所示，包括以下步骤：
步骤910，电容两端加载输入电压，电容电压值大于基准源电压值，ANALOG MUX比较电容电压与基准源电压，将电压值较小的基准源电压传输到ERROR AMP，此时整个回路输出电压最大。
步骤920，小占空比产生电路产生小占空比信号，控制开关的闭合，使电容逐渐放电，电容电压阶梯式减小。
步骤930，当放电后的电容电压值小于基准源电压值时，ANALOG MUX比较两者大小后将较小的电容电压值输出到ERROR AMP，此时整个回路输出电压减小。
随着电容的不断放电，电容电压阶梯式减小，ANALOG MUX将阶梯式减小的电容电压传输到ERROR AMP，整个回路输出电压随电容电压的阶梯式减小逐渐减小，实现输出电源由高到低的缓变。
本发明实施例还提供一种电源软启动的装置，如图10所示，包括：
检测单元1010，用于检测时钟信号；
占空比产生单元1020，用于根据检测到的时钟信号产生占空比信号；
软启动单元1030，用于输出占空比信号到开关，控制开关的闭合，进而控制电容充电，实现电源的软启动。
本发明实施例还提供一种电源软启动的装置，如图11所示，包括：
加载单元1110，用于加载输入电源。
检测单元1120，用于检测时钟信号；
占空比产生单元1130，用于根据检测到的时钟信号产生占空比信号；
软启动单元1140，用于输出占空比信号到开关，控制开关的闭合，进而控制电容充电，实现电源的软启动。
其中，软启动单元1140包括：
开关控制子单元1141，用于占空比信号控制开关周期性闭合；
电容充电子单元1142，用于充电电流周期性通过开关，使电容电压阶梯式升高；
电压判断子单元1143，用于类比多工器ANALOG MUX判断电容电压与基准源电压的高低，接收电容电压与基准源电压中较小的电压值；
电压输出子单元1144，用于ANALOG MUX将接收的电压输入到误差放大器ERROR AMP，进而输出电压，实现输出电源软启动。
通过采用本发明实施例提供的电源管理芯片软启动装置，内置电流源和电容，节省了成本；通过软启动电路延长软启动时间，可以在相同的芯片面积下实现更长时间的软启动功能；通过调节电容C的大小、电流源I的大小、占空比的大小和时钟周期的长短可以灵活改变电源软启动的时间。
本发明实施例还提供一种电源软启动的系统，如图12所示，包括内置的电流源I 121、占空比电路122、开关M1 123、内置的电容C 124、类比多工器ANALOG MUX 125、误差放大器ERROR AMP 126以及脉冲调制控制电路127。
电流源I 121产生充电电流，通过开关M1 123输出到电容C 124。开关M1 123的闭合受到占空比电路122的控制，进而电容C 124的充电时间受到了控制。电流对电容C 124进行充电时，电容C 124积分电荷，电压阶梯式上升；类比多工器ANALOG MUX 125比较电容C 124的电压与基准源电压，将两者中的较小值输出到误差放大器ERROR AMP 126；由ERROR AMP 126输出该电压到脉冲调制控制电路127，并通过整个回路的负反馈，使输出电压VOUT缓慢上升，实现输出电源的软启动功能。
通过采用本发明实施例提供的电源管理芯片软启动系统，内置电流源和电容，节省了成本；通过软启动电路延长软启动时间，可以在相同的芯片面积下实现更长时间的软启动功能；通过调节电容C的大小、电流源I的大小、占空比的大小和时钟周期的长短可以灵活改变电源软启动的时间。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种电源软启动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测时钟信号；
根据所述检测到的时钟信号产生占空比信号；
输出所述占空比信号到开关，控制所述开关的闭合，进而控制电容的充电，实现电源的软启动。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出占空比信号到开关，控制所述开关的闭合，进而控制电容的充电，实现电源的软启动包括：
所述占空比信号控制所述开关周期性闭合；
充电电流周期性通过所述开关为所述电容充电，使所述电容电压阶梯式升高；
类比多工器判断所述电容电压与基准源电压的高低，接收所述电容电压与基准源电压中较小的电压值；
所述类比多工器将接收的电压输入到误差放大器，进而输出电压，实现输出电源的软启动。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述占空比信号控制所述开关周期性闭合包括：
所述占空比信号为脉冲信号时，开关打开；否则，开关闭合。
4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制电容充电，进而实现电源的软启动包括：
所述误差放大器接收所述电容电压与所述基准源电压中的较小值，通过整个回路输出对应的输出电压，所述输出电压随着所述电容电压的阶梯式升高逐渐增加，当所述电容电压高于所述基准源电压时，输出电压稳定，实现输出电源软启动。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出所述占空比信号到开关，控制电容充电包括：
所述开关至少包括P通道金属氧化物半导体晶体管和N通道金属氧化物半导体晶体管；
所述电容至少包括普通电容C和MOS电容。
6、一种电源软启动的装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测时钟信号；
占空比产生单元，用于根据所述检测到的信号产生占空比信号；
软启动单元，用于输出所述占空比信号到开关，控制电容充电，进而实现电源的软启动。
7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述软启动单元包括：
开关控制子单元，用于所述占空比信号控制所述开关周期性闭合；
电容充电子单元，用于充电电流周期性通过所述开关，使所述电容电压阶梯式升高；
电压判断子单元，用于所述类比多工器判断所述电容电压与基准源电压的高低，接收所述电容电压与所述基准源电压中较小的电压值；
电压输出子单元，用于所述类比多工器将接收的电压输入到误差放大器，进而输出电压，实现输出电源软启动。
8、一种电源软启动的系统，其特征在于，包括：
占空比电路、开关、电容、类比多工器、误差放大器以及脉冲调制控制电路；
所述开关的闭合受到所述占空比电路的控制，进而所述电容的充电时间受到所述占空比电路控制；电流对所述电容进行充电时，所述电容积分电荷，电压阶梯式上升；所述类比多工器比较所述电容的电压与基准源电压，将所述电容电压与所述基准源电压中的较小值输出到所述误差放大器；由所述误差放大器输出电压到所述脉冲调制控制电路，进而通过整个回路的负反馈使输出电压缓慢上升，实现输出电源的软启动功能。
9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括电流源，所述电流源产生充电电流，通过所述开关输出到所述电容。
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