CN101373926A - 一种应用于开关式稳压器的脉宽调制控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于开关式稳压器的脉宽调制控制器，其包含一误差放大器、一软启动控制电路、一补偿负载以及一比较器。其中，误差放大器接收一参考电压及一反馈电压，并据此输出一误差电流信号；软启动控制电路根据至少一软启动控制信号输出一补偿电流信号；补偿负载接收该误差电流信号及补偿电流信号并输出一补偿信号；比较器接收一斜坡信号及该补偿信号，并输出一脉宽调制信号；误差放大器，在电源电压上升时，依据预设软启动补偿电流作补偿，缓慢对电路共地VSS充电，使得上述误差信号缓慢提升，直至软启动控制周期结束为止，藉以实现电源电压上升时的软启动功能。
Description
技术领域
本发明涉及软启动一种脉宽调制控制器，特别涉及一种应用于开关式稳压器的脉宽调制控制器。
背景技术
开关式稳压器起始电源电压VDD上升时，由于误差放大器增益过高，使得脉宽调制输出起始时具有最大的责任周期(Duty cycle)，而由输入电源快速对电源转换模块输出端充电，对功率转换系统产生过电压及过电流的损害，故需要利用软启动方式，以确实保护功率转换系统。
图1为现有的脉宽调制控制器，利用电阻121，电容122，以及稳压二极管123、124实现软启动的电路图。该电路10，利用电容122以及稳压二极管124于电源电压VDD正要上升时，将误差信号ERR自误差放大器11输出，放电至电路共地VSS；而在电源电压VDD上升时，参考电压REF经由电阻121开始充电至电容122，其充电时间常数为:τ＝R1*C1；当电容122充满电荷时，稳压二极管124会被反向偏压，使得比较器13输出与软启动电路12隔离，不再受到软启动电路12的影响，达到转换器软启动的目的。由于需要较大的充电时间常数，故而需要较大的电阻121值及电容122值，因此一般现有的应用上将电容122外接，以节省芯片面积，但也因此而增加了外部组件，以及封装脚位数。
图2为另一现有的利用电阻221，电容222，以及输入端缓冲器223实现软启动的电路图。该电路20，利用电阻221以及电容222由电源电压VDD充电的特性，其充电时间常数为:τ＝R2*C2，使得电容222两端电压VC随电源电压VDD上升而升高。而误差放大器21正端输入电压REF2于电源电压VDD上升时参考于电容222电压VC，使抑制误差放大器21负端输入电压FB2的比较参考电位为电容222两端电压VC；当电容222充满电荷，即不再对误差放大器21正端输入电压REF2产生影响，使得比较器23输出与软启动电路22隔离，不再受到软启动电路22的影响，达到转换器软启动的目的。同样的，由于需要较大的充电时间常数，故而需要较大的电阻221值及电容222值，一般现有的应用上将电容222外接，以节省芯片面积，但也因此而增加了外部组件，以及封装脚位数。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明的目的是提出一软启动方式，利用控制误差放大器的输出端以实现软启动的功能，同时达到小面积高整合度的目的。
为达成上述目的，本发明提供一种应用于开关式稳压器的脉宽调制控制器，其包含一误差放大器、一软启动控制电路、一补偿负载以及一比较器。其中，误差放大器接收一参考电压及一反馈电压，并据此输出一误差电流信号。软启动控制电路根据至少一软启动控制信号输出一补偿电流信号。补偿负载接收该误差电流信号及补偿电流信号并输出一补偿信号。比较器接收一斜坡信号及该补偿信号，并输出一脉宽调制信号。
如此，误差放大器，在电源电压VDD上升时，依据预设软启动补偿电流作补偿，缓慢对电路共地VSS充电，使得误差信号缓慢提升，直至软启动控制周期结束为止，藉以实现电源电压VDD上升时的软启动功能。
附图说明
图1为现有的利用电阻，电容，以及稳压二极管实现软启动的电路图。
图2为另一现有的利用电阻，电容，以及输入端缓冲器实现软启动的电路图。
图3为本发明应用于开关式稳压器的脉宽调制控制器的电路示意图。
图4为图3的误差放大器实施例的电路示意图。
图5为图3的软启动控制电路实施例的电路示意图。
图6为本发明应用于开关式稳压器的软启动方式的详细电路示意图。
图7(一)、(二)分别为开关式稳压器不作软启动保护的电压、电流波形示意图。
图8(一)、(二)分别为本发明软启动方式应用于开关式稳压器的电压、电流波形示意图。
其中:
10、20、30...应用于开关式稳压器的软启动方式；11、21、31...误差放大器；12、22、32...软启动控制电路；13、23、33...比较器；121...电阻；122...电容；123、124...稳压二极管；221...；电阻；222...电容；223...输入缓冲器；2231、2232...偏压电流；2233、2234、2235...晶体管；34...补偿负载；41...跨导放大器；410、411、412、413、414、415、416、417、418...晶体管；419...电阻；420...参考电流源；50、51、52、53、54、55、56、57、58...晶体管；59...参考电流源
具体实施方式
为了让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文将特举本发明优选实施例，并配合附图，作详细说明如下:
本发明采用跨导放大器作为误差放大器，并于开关式稳压器启动之初，控制跨导放大器的输出电流，使其输出电流缓慢上升，进而缓慢对补偿负载充电。如此，PWM比较器的PWM输出讯号的责任周期可柔性上升，避免开关式稳压器于启动之初输出过电压及过电流而损害开关功率组件。
以下参考图示详细说明本发明应用于开关式稳压器的软启动方式。
图3为本发明应用于开关式稳压器的脉宽调制(PWM，Pulse WidthModulated)控制器的电路示意图。如该图所示，该软启动方式30利用一误差放大器31比较参考电压REF与开关式稳压器输出反馈信号FB，产生误差信号ERR，其中，该误差放大器31为跨导放大器。同时利用软启动控制电路32控制误差放大器31的输出电流，使其缓慢对补偿负载34充电。其中，补偿负载34可以现有的的电阻341串联电容342实现，进而使得误差放大器31输出的误差信号ERR缓慢提升，其中，软启动控制电路32由数字控制电路322以及补偿电流321构成。同时利用一比较器33比较上述误差信号ERR及一斜坡信号RAMP，产生脉宽调制信号PWM，以作开关式稳压器的调节控制，其中，比较器33可利用现有的的运算放大器实现。由于误差信号ERR被控制而缓慢上升，故比较器33输出的脉宽调制信号PWM具有责任周期缓慢开启的特性，达到软启动的目的。
图4为图3的误差放大器31实施例的电路示意图。一跨导差动放大单元包含构成差动放大对的晶体管411、412及构成跨导源的电阻419。参考电流源420，以及晶体管410、415、416、418，构成偏压电流源；晶体管413、414构成有源负载。其中，晶体管413用以传送由差动放大对(晶体管411、412)比较参考电压REF与稳压器输出反馈信号FB后通过电阻419所产生的差动电流，晶体管414为对称性负载，用以实现差动放大对称；晶体管417与上述晶体管413形成电流镜，用以作电流输出，依据晶体管418的偏压电流源，决定该误差放大器31的输出电流值。
图5为图3的软启动控制电路32的实施例的电路示意图。软启动控制电路32利用参考电流源59以及晶体管58构成输入偏压电流源。晶体管50、51、52、53构成四位调控输出的偏压电流源，分别具不同的调节能力，例如:晶体管50、51、52、53的跨导分别为gm＝1、gm＝2、gm＝4、gm＝8。晶体管54、55、56、57形成输出电流控制开关，是依据数字控制信号C0、C1、C2、C3作输出电流IOUT值控制。输出电流IOUT最小为晶体管54、55、56、57皆截止，没有输出电流；输出电流IOUT最大为晶体管54、55、56、57皆导通，最大电流为晶体管50、51、52、53各电流的总和。数字控制信号C0、C1、C2、C3在软启动控制周期最初之时，控制晶体管54、55、56、57皆导通，然后随着时间调整晶体管54、55、56、57的导通与截止，藉此控制输出电流IOUT，使其随时间变小，于预定软启动控制周期结束时，晶体管54、55、56、57皆截止使输出电流IOUT为零。
图6为本发明应用于开关式稳压器的软启动方式的详细电路示意图。在本实施例中，软启动控制电路32以误差放大器31的输出电流值作为参考电流源59。当电源电压VDD上升时，开关式稳压器输出反馈信号FB小于参考电压REF，误差放大器31会输出误差电流对补偿负载34充电。同时，软启动控制周期开启，使得软启动控制电路32对补偿负载34放电，充分补偿误差放大器31输出的误差电流，使得输出误差信号ERR对电路共地VSS的电压被控制的由0开始缓慢上升。通过比较器33比较上述误差信号ERR及一斜坡信号RAMP，产生责任周期缓慢开启的脉宽调制信号PWM，达到软启动的目的。当软启动控制周期结束，软启动控制电路32不再补偿误差放大器31的输出误差电流，使得输出误差信号ERR依据开关式稳压器输出的负载状况作出适当的调制，达到软启动与开关式稳压器正常操作相隔离的目的。
图7(一)、(二)分别为开关式稳压器不带软启动保护的电压、电流波形示意图。由图示可明显看出若开关式稳压器不作软启动保护，则在电路一开始启动时会瞬间输出过高的电压及电流，而使功率转换系统会受到过电压及过电流的损害。
图8(一)、(二)分别为本发明软启动方式应用于开关式稳压器的电压、电流波形示意图。由图示可明显，经软启动保护，脉宽调制输出起始后责任周期逐渐上升，使输出电压以及输出电流均具有软启动的特性，达到对功率转换系统作过电压及过电流保护的目的。
Claims (10)
1.一种应用于开关式稳压器的脉宽调制控制器，其特征在于，其包含：一个误差放大器，接收一个参考电压及一个反馈电压，并据此输出一个误差电流信号；
一个软启动控制电路，根据至少一个软启动控制信号输出一个补偿电流信号；
一个补偿负载，接收该误差电流信号及补偿电流信号并据此输出一个补偿信号；以及
一个比较器，接收一个斜坡信号及所述补偿信号，并输出一个脉宽调制信号。
2.根据权利要求1所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的补
偿负载包含一个电阻。
3.根据权利要求2所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的误差放大器为一个跨导放大器。
4.根据权利要求3所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的误差放大器包含：
一个参考电流源，产生一个参考电流；以及
一个跨导差动放大单元，根据该参考电压及该反馈电压，并基于该参考电流而产生所述误差电流信号。
5.根据权利要求4所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的软启动控制电路包含至少一个偏压电流源，所述偏压电流源根据该误差电流信号产生对应的偏压电流。
6.根据权利要求5所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的软启动控制电路还包含对应于所述偏压电流源的至少一个控制开关，所述控制开关根据该至少一个软启动控制信号控制所述偏压电流的输出以形成该补偿电流信号。
7.根据权利要求1所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的软启动控制电路包含至少一个偏压电流源，所述偏压电流源根据该误差电流信号产生对应的偏压电流。
8.根据权利要求7所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的软启动控制电路还包含对应于所述偏压电流源的至少一个控制开关，所述控制开关根据该所述软启动控制信号控制偏压电流的输出以形成该补偿电流信号。
9.根据权利要求6或8所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的软启动控制电路于一个预定软启动控制周期开始时，输出补偿电流信号的最大值。
10.根据权利要求6或8所述的脉宽调制控制器，其特征在于：所述的软启动控制电路于该预定软启动控制周期结束时，输出补偿电流信号的最小值。
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