CN102906548B - 用于切换模式电源的软启动控制技术 - Google Patents

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Abstract

一种电源系统包含：切换模式电源电路，其经配置以从DC输入电压产生DC输出电压；及软启动反馈电路，其经配置以在软启动操作周期期间控制所述切换模式电源电路以产生预定义的输出电压。所述软启动反馈电路包含：可控电流源，其经配置以产生参考电流及参考电压，其中所述参考电流是基于所述参考电压与和所述输出电压成比例的反馈电压之间的差；及放大器电路，其经配置以将所述反馈电压与所述参考电压进行比较且产生控制信号以在软启动操作周期期间控制所述切换模式电源的操作。

Description

用于切换模式电源的软启动控制技术
相关申请案交叉参者
本申请案主张2011年4月25日提出申请的第61/478,724号美国临时申请案的权益，所述临时申请案的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及切换模式电源，且更特定来说，涉及用于切换模式电源的软启动控制技术。
背景技术
发明内容
附图说明
根据依照所主张标的物的实施例的以下详细描述，将明了所述标的物的特征及优点，应参考附图来考虑所述描述，附图中：
图1图解说明依照本发明的一个实施例的电源系统；
图2图解说明依照本发明的另一实施例的电源系统；
图3图解说明结合图1或图2的实施例的放大器的操作的电压/电流波形；
图4图解说明结合图1或图2的电源系统的操作的各种信号的时序图；且
图5图解说明与常规开环软启动控制技术相比结合图1或图2的电源系统的操作的各种信号的比较性时序图。
虽然将参考说明性实施例来继续进行以下详细描述，但所属领域的技术人员将明了所述实施例的许多替代方案、修改形式及变化形式。
具体实施方式
一般来说，本发明提供用于电源的软启动控制技术。所述控制技术可用于防止软启动反馈放大器的饱和且维持反馈环路的可控性。在一种反馈控制技术中，使用电压放大器基于电源的输出电压及参考电压产生反馈控制信号以控制电源。使用可控电流源产生所述参考电压，且基于电源的输出电压及参考电压自适应地调整可控电流源的输出。在另一反馈控制技术中，使用跨导放大器来代替电压放大器。通过控制到放大器的输入，避免误差放大器的饱和且增加反馈环路的响应时间。举例来说，这些技术可实现在软启动周期期间对电源输出电压的完全控制以防止在电源被加负载时的压降且防止在较轻输出负载下的输出电压过冲。
图1图解说明依照本发明的一个实施例的电源系统100。图1的电源系统100包含切换模式电源电路102，切换模式电源电路102通常配置为DC/DC转换器以从输入电压Vin提供输出电压Vout以向负载Load供应电力。切换模式电源电路102可包含降压转换器电路、升压转换器电路、降压-升压转换器电路、回扫转换器电路、SEPIC转换器电路等及/或任何其它已知的或后开发的切换模式电源电路拓扑。电源系统100还包含通常以103描绘的软启动反馈电路。如已知，软启动为有效地控制电源使得在通电时输出电压的上升以相对恒定的速率发生的过程。因此，软启动电路103经配置以基于输出电压VOUT及参考电压产生控制信号VCOMP，如下文将更详细地描述。
软启动反馈电路103包含经配置以产生可控电流ISS的可控电流源电路104及电压放大器电路106。电压放大器电路106经配置以接收指示电源电路102的输出电压VOUT或与其成比例的反馈电压VFB。举例来说，软启动反馈电路103可包含耦合到DC输出电压VOUT且经配置以产生反馈电压VFB的分压器电路107。放大器电路106经配置以将反馈电压VFB与由电流源电路104经由系接到接地(或参考)电位的软启动电容器CSS及齐纳二极管产生的参考电压VSS进行比较。在此实施例中，由电流源电路104产生的电流ISS由在求和节点108处所描绘的反馈电压VFB及参考电压VSS控制。在此实例中，VSS作为正反馈控制操作且VFB作为负反馈控制操作。因此，VFB的增加(指示输出电压VOUT的增加)将致使ISS及因此VSS减小以防止放大器106的饱和。
图2图解说明依照本发明的另一实施例的电源系统200。此实施例的电源系统200类似于先前实施例的电源系统100，然而，代替电压反馈控制，本实施例经由跨导(gM)放大器电路206而使用电流反馈控制。软启动反馈电路203包含经配置以产生可控电流ISS的可控电流源电路204及电流放大器电路206。电流放大器电路206经配置以接收指示电源电路202的输出电压VOUT或与其成比例的反馈电压VFB。举例来说，软启动反馈电路203可包含耦合到DC输出电压VOUT且配置以产生反馈电压VFB的分压器电路207。放大器电路206经配置以将反馈电压VFB与由电流源电路204经由系接到接地(或参考)电位的软启动电容器CSS及齐纳二极管产生的参考电压VSS进行比较。在此实施例中，由电流源电路204产生的电流ISS由在求和节点208处所描绘的反馈电压VFB及参考电压VSS控制。在此实例中，VSS作为正反馈控制操作且VFB作为负反馈控制操作。因此，VFB的增加(指示输出电压VOUT的增加)将致使ISS及因此VSS减小以防止放大器206的饱和。
在前述实施例中的任一者中，可使用放大器的输出VCOMP来控制电源电路以调整VOUT。举例来说，电源电路102/202可包含脉冲宽度调制(PWM)电路，且可使用VCOMP来调整PWM信号的工作循环以调整递送到负载的电力。在另一实例中，电源电路102/202可包含脉冲频率调制(PFM)电路，且可使用VCOMP来调整经调制信号的脉冲速率以调整递送到负载的电力。
图3图解说明结合图1及/或图2的实施例的放大器电路的操作的电压/电流波形300。特定来说，波形300图解说明随软启动电压VSS及反馈电压VFB而变的软启动电流ISS。随着VSS-VFB增加，ISS的值减小，使得放大器电路在非饱和范围中操作。在此实例中，随着VSS-VFB从0伏增加到40mV，ISS从20uA减小到4uA。当然，这些值仅作为实例而非作为限制提供。
图4图解说明结合图1及/或图2的电源系统的操作的各种信号的时序图400。波形402为电源的软启动周期期间的输出电压VOUT。不论负载条件如何，VOUT均缓慢地斜升，且一旦达到目标电压电平就保持恒定。波形404为反馈电压VFB及软启动参考电压VSS。在此实例中，这些信号大体重合，此指示输出电压正以相当高的准确度追踪参考电压。波形406为VSS-VFB，其为求和节点108/208处的电压。波形408为由放大器电路106/206产生的控制信号VCOMP。波形410为ISS电流，且波形412为输出电流IOUT。
图5图解说明与常规开环软启动控制技术相比结合图1或图2的电源系统的操作的各种信号的比较性时序图。波形502描绘开环软启动控制的输出电压VOUT2及使用图1及/或2中所描绘的闭环控制技术的VOUT。注意，VOUT2大于VOUT，此指示开环控制可具有输出电压过冲。波形504描绘误差放大器106/108的输出，其指示所述输出在相对小的电压范围(大约0伏到2伏)中操作，此与波形506相反，波形506描绘在开环控制技术中使用的放大器的输出，其中操作电压范围大得多(例如，0伏到4伏)。使放大器在波形506中所描绘的范围中操作可指示所述放大器饱和，此减小电源系统的可控性。
如在本文中的任何实施例中所使用，术语“电路(circuitry或circuit)”可以单个形式或以任何组合形式包括(举例来说)硬连线电路、可编程电路、状态机电路及/或包含在较大系统中的电路(举例来说，可包含在集成电路中的元件)。
本文中已采用的术语及表达用作描述而非限制术语，且在使用此些术语及表达时，并非旨在排除所示及所述特征(或其若干部分)的任何等效物，而是应认识到，在权利要求书的范围内可做出各种修改形式。因此，权利要求书打算涵盖所有此些等效物。本文中已描述各种特征、方面及实施例。所述特征、方面及实施例易于彼此组合且易于做出变化形式及修改形式，如所属领域的技术人员将理解。因此，本发明应视为囊括此些组合、变化形式及修改形式。

Claims (20)

1.一种电源系统，其包括：
切换模式电源电路，其经配置以从DC输入电压产生DC输出电压；
软启动反馈电路，其经配置以在软启动操作周期期间控制所述切换模式电源电路以产生预定义的输出电压，所述软启动反馈电路包含：可控电流源，其经配置以产生参考电流及参考电压，其中所述参考电流是基于所述参考电压与和所述输出电压成比例的反馈电压之间的差；及放大器电路，其经配置以将所述反馈电压与所述参考电压进行比较且产生控制信号以在软启动操作周期期间控制所述切换模式电源的操作。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述放大器电路包括电压放大器电路。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述放大器电路包括电流放大器电路。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其中所述电流放大器电路包含跨导(gM)放大器电路。
5.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述软启动反馈电路进一步包括耦合到所述DC输出电压且经配置以产生所述反馈电压的分压器电路。
6.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述软启动反馈电路进一步包括耦合到所述可控电流源的软启动电容器，其中所述参考电压是基于所述软启动电容器的电压。
7.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述参考电压作为正反馈控制操作且所述反馈电压作为负反馈控制操作，使得所述反馈电压的增加致使所述参考电压减小。
8.一种在软启动操作周期期间控制切换模式电源电路以产生预定义的DC输出电压的方法，所述方法包括：
产生参考电流及参考电压，其中所述参考电流是基于所述参考电压与和所述输出电压成比例的反馈电压之间的差；
将所述反馈电压与所述参考电压进行比较以产生控制信号以在软启动操作周期期间控制所述切换模式电源的操作；及
基于所述控制信号控制切换模式电源电路以从DC输入电压产生所述预定义的输出电压。
9.根据权利要求8所述的方法，其中使用电压放大器电路将所述反馈电压与所述参考电压进行比较。
10.根据权利要求8所述的方法，其中使用电流放大器电路将所述反馈电压与所述参考电压进行比较。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述电流放大器电路包含跨导(gM)放大器电路。
12.根据权利要求8所述的方法，其中使用耦合到所述DC输出电压的分压器电路产生所述反馈电压。
13.根据权利要求8所述的方法，其中通过可控电流源产生所述参考电流及所述参考电压。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述参考电压是基于耦合到所述可控电流源的软启动电容器的电压。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述参考电压作为正反馈控制操作且所述反馈电压作为负反馈控制操作，使得所述反馈电压的增加致使所述参考电压减小。
16.一种用于在软启动操作周期期间控制切换模式电源电路以产生预定义的DC输出电压的软启动反馈电路，所述软启动反馈电路包括：
可控电流源，其经配置以产生参考电流及参考电压，其中所述参考电流是基于所述参考电压与和所述输出电压成比例的反馈电压之间的差；及
放大器电路，其经配置以将所述反馈电压与所述参考电压进行比较且产生控制信号以在所述软启动操作周期期间控制所述切换模式电源的操作。
17.根据权利要求16所述的软启动反馈电路，其中所述放大器电路包括电压放大器电路。
18.根据权利要求16所述的软启动反馈电路，其中所述放大器电路包括电流放大器电路。
19.根据权利要求16所述的软启动反馈电路，其中所述软启动反馈电路进一步包括耦合到所述DC输出电压且经配置以产生所述反馈电压的分压器电路。
20.根据权利要求16所述的软启动反馈电路，其中所述软启动反馈电路进一步包括耦合到所述可控电流源的软启动电容器，其中所述参考电压是基于所述软启动电容器的电压。
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