CN103414331A - 一种软启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种软启动电路，其利用初始电压提供电路以在起始时刻提供一初始电压，在软启动电路的第一状态时，软启动电路的输出端的输出电压跟随连续下降的输入电压；在软启动电路的第二状态时，保证输出电压维持为所第一状态的结束时刻时的输出电压的数值；周而复始，直至输出电压下降至一电压阈值时，结束所述软启动电路的软启动过程。通过本发明的软启动电路，提高了软启动电路的稳定性。

Description

一种软启动电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种软启动电路。
背景技术
软启动电路广泛应用于开关电源领域，以提高开关电源的稳定性，避免开关电源在启动阶段由于电压或者电流的突变（例如浪涌电流）而损坏开关电源。
参考图1A，所示为采用现有技术的一种软启动电路100的原理框图。软启动电路100包括串联连接的晶体管TP和晶体管BN，这里以晶体管为MOSFET晶体管为例，控制信号VG1用以控制晶体管TP的开关状态，控制信号VG2用以控制晶体管TN的开关状态。晶体管TP接收电压VS，输出电容COUT连接在晶体管TP和晶体管BN的公共连接点和地电位之间，输出电容COUT两端的电压VOUT作为软启动电路100的输出电压。
结合图1B所示的图1A所示的软启动电路100的工作波形图来详细说明软启动电路100的工作原理。其中，波形W1为软启动电路100在正常工作状态时的工作波形图。在起始时刻t0，控制信号VG1控制晶体管TP导通，此时，晶体管TN处于关断状态，电压VS对输出电容COUT进行充电，输出电压VOUT变为与电压VS一致，此后晶体管TP保持为关断状态。
然后，控制信号VG2周期性的控制晶体管TN导通或者关断。在时刻t1，控制晶体管TN导通，输出电容COUT两端的电压VOUT开始放电，输出电压VOUT连续下降，直至时刻t2，晶体管TN被关断。输出电压VOUT维持时刻t2时的数值，直至时刻t3，晶体管TN被再次导通，输出电压VOUT再次连续下降。通过对晶体管TN导通和关断状态的控制，直至时刻t4，输出电压VOUT下降至电压VST，结束软启动过程。
但是，在实际工作中，由于晶体管的漏电流的影响，尤其是在温度较高时，漏电流的影响将更加显著。图1B中的波形W2标示了在该异常工作状态时的输出电压VOUT的变化趋势。在晶体管TN的关断时间内，由于漏电流的影响，输出电容COUT仍然会通过晶体管TN进行放电，因此，输出电压VOUT无法维持，而是会连续下降。而当，晶体管TN导通后，输出电压VOUT也将连续下降，因此，在时刻t5，输出电压VOUT即下降至电压VST，软启动过程提前结束。
另外，如果晶体管TP的漏电流大于晶体管TN的漏电流时，则在晶体管TN的关断时间内，漏电流将会对输出电容COUT进行充电，输出电压VOUT将会被拉高，此时，软启动电路已经失效。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高精度和高稳定性的软启动电路。
依据本发明一实施例的软启动电路，包括，初始电压提供电路，第一导通支路和第二导通支路，其中，
所述初始电压提供电路的输出端分别与所述第一导通支路和所述第二导通支路连接，用以在起始时刻提供一初始电压；
所述第一导通支路的输入端的输入电压的起始数值为所述初始电压；
所述第一导通支路和所述第二导通支路交替导通；
当所述第一导通支路处于导通状态时，所述输入电压连续下降，并且所述软启动电路的输出端的输出电压跟随所述输入电压；
当所述第二导通支路处于导通状态时，所述输出电压和所述输入电压维持为所述第一导通支路的导通状态的结束时刻时的所述输出电压的数值；
当所述输出电压下降至一电压阈值时，所述软启动电路的软启动过程结束。
依据本发明一实施例的软启动电路中的第二导通支路包括串联连接在所述初始电压提供电路的输出端和所述软启动电路的输出端之间的第二开关和箝位电路，其中，
当所述第二开关处于导通状态时，所述箝位电路对所述输出电压进行箝位，所述输出电压保持为所述第二开关导通前的所述输出电压的数值。
优选的，所述第二开关包括一传输门，所述箝位电路包括一运算放大器，所述运算放大器的输出端与所述运算放大器的第二输入端连接。
依据本发明一实施例的软启动电路中的第一导通支路包括连接在所述第一导通支路的输入端和所述软启动电路的输出端之间的第三开关。
优选的，所述第三开关包括并联连接的P型MOSFET晶体管和N型MOSFET晶体管，所述P型MOSFET晶体管的源极与其基极相连接，所述N型MOSFET晶体管的源极与其基极相连接，所述P型MOSFET晶体管的源极和所述N型MOSFET晶体管的源极连接至所述第一导通支路的输入端，所述P型MOSFET晶体管的漏极和所述N型MOSFET晶体管的漏极连接至所述软启动电路的输出端。
进一步的，所述软启动电路还包括连接在所述第一导通支路的输出端和地电位之间的输出电容，所述输出电容两端的电压作为所述输出电压。
依据本发明实施例的软启动电路，能够将漏电流通路切断，并对漏电节点的输出电压进行箝位，从而消除了漏电流的不良影响，保证软启动电路的正常工作，提高软启动电路的工作稳定性和可靠性。
附图说明
图1A所示为采用现有技术的一种软启动电路的原理框图；
图1B所示为图1A所示的软启动电路的工作波形图；
图2所示为依据本发明一实施例的软启动电路的原理框图；
图3A所示为依据本发明另一实施例的软启动电路的原理框图；
图3B所示为图3A所示的软启动电路的工作波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考图2，所示为依据本发明一实施例的软启动电路的原理框图。在该实施例中，软启动电路200包括初始电压提供电路201，第一导通支路202，第二导通支路203、放电支路204以及输出电容COUT。其中，
初始电压提供电路201的输出端分别与第一导通支路202和第二导通支路203连接，用以在起始时刻给软启动电路200提供一初始电压。第一导通支路202输入端的输入电压VIN的起始数值为所述初始电压。并且，此时，第一导通支路202处于导通状态，第一导通支路202输入端的输入电压VIN对连接在第一导通支路202的输出端和地电位之间的输出电容COUT进行充电，输出电容COUT两端的输出电压VOUT与输入电压VIN保持一致。此后，初始电压提供电路201被切断，不再给第一导通支路202提供电压供应。
然后，第一导通支路202和第二导通支路203交替导通。当第一导通支路202处于导通状态时，输出电容COUT通过放电支路204进行放电，输出电压VOUT连续下降。这里，放电回路204可以为任何的电路中的泄漏电流回路，例如开关的漏电流等。
这里，第一导通支路202的导通和关断状态可以通过串联连接在初始电压提供电路201的输出端和输出电容COUT之间的开关SW1来实现。
当第二导通支路203处于导通状态时，输入电压VIN被强制为与输出电压VOUT保持一致，两者的数值为所述第一导通支路的导通状态的结束时刻时的输出电压VOUT的数值。
这里，第二导通支路203的导通和关断状态可以通过串联连接在初始电压提供电路201的输出端和输出电容COUT之间的开关SW2和箝位电路205来实现。开关SW2和箝位电路205的顺序可以互换。
周期性的重复以上操作，经过一定的时间区间后，输出端的输出电压VOUT由起始时刻的输入电压VIN下降至一电压阈值VST，结束软启动操作，从而与软启动电路200耦接的后续电路开始工作。
可见，通过依据本发明实施例的软启动电路，其利用初始电压提供电路以在起始时刻提供一初始电压。在软启动电路的第一状态时，即第一导通支路导通时，软启动电路的输出端的输出电压跟随连续下降的输入电压；在软启动电路的第二状态时，即第一导通支路关断时，通过对输出电压的箝位操作，保证输出电压的恒定，不受电路中的泄露电流的影响，例如漏电流等，从而输出电压能够成阶梯型的下降趋势，精确的实现了对软启动时间的控制。
参考图3A，所示为依据本发明另一实施例的软启动电路的原理框图。在该实施例中，软启动电路300详细说明了初始电压提供电路，第一导通支路和第二导通支路的一种具体实施例。
具体的，初始电压提供电路包括一晶体管TS1，其接收电压VS。在初始时刻，控制信号VGT控制晶体管TS1导通，以给后续电路提供一初始电压。第一导通支路的输入端A的输入电压VIN的起始数值为所述初始电压。
在该实施例中，第一导通支路的导通和关断状态的控制通过一对并联连接的P型MOSFET晶体管TP1和N型MOSFET晶体管TN1组成的传输门TG1来实现。与现有技术中的传统的传输门的连接方式不同，晶体管TP1和晶体管TN1的连接方式具体如下：
晶体管TP1的源极和基极相互连接，并连接至输入端A即第一导通支路的输入端，漏极连接至软启动电路的输出端B即第一导通支路的输出端。晶体管TN1的源极和基极相互连接，并连接至输入端A，漏极连接至软启动电路的输出端B。晶体管TN1的开关状态由控制信号C进行控制，晶体管TP1的开关状态由控制信号C的非信号
Figure BDA0000370483740000051
进行控制，晶体管TP1和晶体管TN1的控制信号成互补关系。
第二导通支路和第一导通支路的导通和关断状态成互补关系。第二导通支路的导通和关断状态由P型MOSFET晶体管TP2和N型MOSFET晶体管TN2组成的传输门TG2来控制。晶体管TP2的开关状态由控制信号C进行控制，晶体管TN2的开关状态由控制信号的非信号
Figure BDA0000370483740000052
进行控制。这里，晶体管TP2和晶体管TN2的连接关系与现有技术中的传输门相同，在此不再赘述。
因此，当控制信号C为有效状态时，例如为高电平时，晶体管TP1和晶体管TN1均导通，第一导通支路处于导通状态，输入端A的输入电压VIN和输出端B的输出电压VOUT相同。与之相反，晶体管TP2和晶体管TN2此时均处于关断状态，第二导通支路处于关断状态。
当控制信号C为无效状态时，例如为低电平时，控制信号此时为高电平，晶体管TP1和晶体管TN1均处于关断状态，第一导通支路此时处于关断状态。而此时，晶体管TP2和晶体管TN2均处于导通状态，输入端A的输入电压VIN和输出端B的输出电压VOUT通过第二导通支路中的运算放大器A1进行箝位。
具体的，运算放大器A1的一个输入端连接到软启动电路的输出端B，用以接收输出电压VOUT，另一个输入端连接至运算放大器A1的输出端，以来接收输入电压VIN。根据运算放大器的虚短原理，运算放大器的两个输入端的电压相等，因此，输出电压VOUT和输入电压VIN被保持为第一开关（传输门TG2）导通前的输出电压VOUT的数值，也就是即晶体管TP1和晶体管TN1关断前的输出电压VOUT的数值。
此时，由于晶体管TP1和晶体管TN1各自的基极和源极相互连接，并连接至输入端A，并且，晶体管TP1和晶体管TN1各自的漏极连接至输出端B，晶体管TP1和晶体管TN1两者的源极和漏极分别互相连接。由于运算放大器A1的箝位作用，使得输入端A的输入电压VIN和输出端B的输出电压VOUT相等。因此，对晶体管TP1和晶体管TN1而言，漏源电压Vds＝0，漏极和基极之间的电压VdB＝0，从而，输出端B不会有漏电流，输出电压VOUT能够维持不变。
控制信号C周期性的进行状态改变，例如，在每一周期内，设定控制信号C的高电平的持续时间为10us，低电平的维持时间为10ms，则图3A所示的软启动电路的工作波形图如图3B所示。
当控制信号C为高电平时，晶体管TP1和晶体管TN1均导通，传输门TG2的晶体管TP2和晶体管TN2，以及晶体管TS1的漏电流以图3A中所示的电流源ISS来表示，将输入端A的输入电压VIN拉低，输出电压VOUT的数值随之降低。由于控制信号C的高电平的持续时间很短，因此，输出电压VOUT的数值快速下降。
例如，在时刻t0，输出电压VOUT的数值为VS，在晶体管TP1和晶体管TN1的导通时间内，输出电压VOUT的数值与输入电压VIN维持一致。直至在时刻t1，输出电压VOUT的数值下降至电压VS1。在晶体管TP1和晶体管TN1的关断时间内（如时刻t1至时刻t2），由于第二导通支路的箝位作用，输出电压VOUT的数值维持为电压VS1，直至晶体管TP1和晶体管TN1再次导通。周而复始，当在时刻t3，输出电压VOUT的数值下降至电压阈值VST时，软启动电路300的软启动过程结束。
可见，图3A所示的依据本发明实施例的软启动电路，通过在保持阶段对输出电压的箝位操作，保证输出电压的恒定，使其不受漏电流以及温度变化的影响，实现了对软启动电路的精确操作，提高了软启动电路的可靠性和稳定性。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种软启动电路，其特征在于，包括，初始电压提供电路，第一导通支路和第二导通支路，其中，
所述初始电压提供电路的输出端分别与所述第一导通支路和所述第二导通支路连接，用以在起始时刻提供一初始电压；
所述第一导通支路的输入端的输入电压的起始数值为所述初始电压；
所述第一导通支路和所述第二导通支路交替导通；
当所述第一导通支路处于导通状态时，所述输入电压连续下降，并且所述软启动电路的输出端的输出电压跟随所述输入电压；
当所述第二导通支路处于导通状态时，所述输出电压和所述输入电压维持为所述第一导通支路的导通状态的结束时刻时的所述输出电压的数值；
当所述输出电压下降至一电压阈值时，所述软启动电路的软启动过程结束。
2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述初始电压提供电路包括串联连接的电压源和第一开关，在起始时刻，所述第一开关导通，所述输入电压跟随所述电压源。
3.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述第二导通支路包括串联连接在所述初始电压提供电路的输出端和所述软启动电路的输出端之间的第二开关和箝位电路，其中，
当所述第二开关处于导通状态时，所述箝位电路对所述输出电压进行箝位，所述输出电压保持为所述第二开关导通前的所述输出电压的数值。
4.根据权利要求3所述的软启动电路，其特征在于，所述第二开关包括一传输门。
5.根据权利要求3所述的软启动电路，其特征在于，所述箝位电路包括一运算放大器，所述运算放大器的输出端与所述运算放大器的第二输入端连接。
6.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述第一导通支路包括连接在所述第一导通支路的输入端和所述软启动电路的输出端之间的第三开关。
7.根据权利要求6所述的软启动电路，其特征在于，所述第三开关包括并联连接的P型MOSFET晶体管和N型MOSFET晶体管，所述P型MOSFET晶体管的源极与其基极相连接，所述N型MOSFET晶体管的源极与其基极相连接，所述P型MOSFET晶体管的源极和所述N型MOSFET晶体管的源极连接至所述第一导通支路的输入端，所述P型MOSFET晶体管的漏极和所述N型MOSFET晶体管的漏极连接至所述软启动电路的输出端。
8.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，还包括连接在所述第一导通支路的输出端和地电位之间的输出电容，所述输出电容两端的电压作为所述输出电压。
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