CN103683889A - 应用于直流-直流转换器的软启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于直流-直流转换器的软启动电路，其包括：转换单元，其基于控制端的信号将输入端的输入电压转换为输出端的输出电压；采样电路，其采集所述转换单元的输出端的输出电压得到反馈电压；软启动开关；误差放大器，其第一输入端连接参考电压，第二输入端接收所述反馈电压，其输出端经过所述软启动开关与所述转换单元的控制端相连。在初始启动时，控制所述软启动开关不断地导通和截止，在启动完成时，控制所述软启动开关持续导通。这样不仅可以实现软启动功能，还可以省去较大的外置电容，各个模块都可以集成在同一个芯片中，减少了芯片管脚和外围器件，应用成本较低，提高了实际应用中竞争力。

Description

应用于直流-直流转换器的软启动电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种应用于直流-直流转换器的软启动电路。

【背景技术】

图1示出了一种带有软启动功能的直流-直流（DC-DC）转换器的一种示例。如图1所示，所述直流-直流转换器包括转换单元110、误差放大器EA、补偿电路120、采样电路130、输出电容COUT。

所述转换单元110根据控制端的信号将输入端的输入电压VIN转换为输出端的输出电压VOUT，输出电容COUT连接于所述转换单元110的输出端和地之间。所述采样电路130包括依次串联于所述转换单元110的输出端和地之间的第一分压电阻R1和第二分压电压R2，两个分压电阻的中间节点的电压为反馈电压FB。误差放大器EA的负输入端接收所述反馈电压FB，其输出端与所述转换单元110的控制端相连。所述补偿电路120包括依次串联于所述转换单元的控制端和地之间的补偿电阻Re和补偿电容Ce。通常所述转换单元包括PWM（脉宽调制）比较器、三角波发生器、逻辑控制器和输出电路，所述输出电路可以包括有电感、功率开关和二极管。

对于无软启动功能的直流-直流转换器来说，所述误差放大器EA的正输入端会直接连接一个参考电压。然而，由于在直流-直流转换器的启动阶段，所述误差放大器EA处于非平衡状态，使得PWM比较器输出的PWM控制信号为100％占空比，因此会有很大的浪涌电流灌入输出电容COUT，使得输出电压VOUT产生较大的过冲，浪涌电流也有可能损耗开关管和其他器件。为此图1所示的具有软启动功能的DC-DC转换器应运而生。

图1中的直流-直流转换器还包括软启动电路，所述软启动电路包括电流源Iss、电容Css、开关K1和K2、参考电压VREF。

直流-直流转换器上电启动时，开关K1闭合，开关K2断开，通过一个小电流源Iss给大电容Css充电，得到斜坡上升的软启动电压Vss。用该软启动电压Vss代替参考电压VREF，这样，误差放大器EA的正输入端电压缓慢上升，进而其输出端的误差放大电压EAO也将缓慢上升（在初始启动阶段，FB为0V），PWM比较器输出的PWM控制信号的占空比逐渐增大，从而达到软启动的目的。软启动结束之后，开关K1断开，开关K2闭合，参考电压VREF接入所述误差放大器的正输入端，保证直流-直流转换器正常工作。

这种方法的优点是简单易用，缺点是需要一个软启动电容Css来控制软启动时间，该电容往往很大，不能与误差放大器EA、转换单元110、补偿电路120、采集电路130一起集成在同一个芯片上，这将增加芯片管脚和外围器件，应用成本较大，实际应用中缺乏竞争力。

因此，有必要提出一种改进的软启动电路，其应用成本较低，竞争力强。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种应用于直流-直流转换器的软启动电路，其可以以较低的应用成本实现直流-直流转换器的软启动。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种应用于直流-直流转换器的软启动电路，其包括：转换单元，其基于控制端的信号将输入端的输入电压转换为输出端的输出电压；采样电路，其采集所述转换单元的输出端的输出电压得到反馈电压；软启动开关；误差放大器，其第一输入端连接参考电压，第二输入端接收所述反馈电压，其输出端经过所述软启动开关与所述转换单元的控制端相连；连接于所述转换单元的控制端和地之间的补偿电路，在所述直流-直流转换器初始启动时，控制所述软启动开关不断地导通和截止，在所述直流-直流转换器启动完成时，控制所述软启动开关持续导通。

进一步的，通过检测误差放大器的第一输入端的电压和第二输入端的电压来确定所述直流-直流转换器是否初始启动。具体的，在误差放大器的第一输入端的电压建立且第二输入端的电压为零时，则认为所述直流-直流转换器初始启动，随后控制所述软启动开关不断地导通和截止。

进一步的，通过检测误差放大器的第二输入端的电压是否增加到等于第一输入端电压来确定所述直流-直流转换器是否启动完成。具体的，在误差放大器的第二输入端的电压等于第一输入端电压时，则认为所述直流-直流转换器启动完成，随后控制所述软启动开关持续导通。

进一步的，在所述直流-直流转换器初始启动时，产生一个固定频率和占空比的软启动时钟信号，并将其连接至所述软启动开关的控制端，在所述软启动时钟信号为第一电平时，所述软启动开关导通，在所述软启动时钟信号为第二电平时，所述软启动开关截止，在所述直流-直流转换器启动完成后，产生持续为第二电平的软启动时钟信号。

进一步的，所述补偿电路包括依次串联于所述转换单元的控制端和地之间的补偿电阻和补偿电容。

进一步的，所述软启动电路还包括有连接于所述转换单元的输出端和地之间的输出电容，所述采样电路包括依次串联于所述转换单元的输出端和地之间的第一分压电阻和第二分压电阻，两个分压电阻的中间节点的电压为反馈电压，所述转换单元包括PWM比较器、三角波发生器、逻辑控制器和输出电路，所述输出电路包括有电感、功率晶体管和二极管。

进一步的，所述误差放大器、补偿电路、转换单元、采样电路集成于同一晶片中。

与现有技术相比，本发明中的直流-直流转换器通过在误差放大器的输出端和转换单元的控制端之间设置软启动开关，在所述直流-直流转换器初始启动时，控制所述软启动开关不断地导通和截止，使得误差放大电压EAO平缓上升，在所述直流-直流转换器启动完成时，控制所述全启动开关持续导通，这样不仅可以实现软启动功能，还可以省去较大的外置电容，各个模块都可以集成在同一个芯片中，减少了芯片管脚和外围器件，应用成本较低，提高了实际应用中竞争力。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。其中：

图1为现有技术中的带有软启动功能的直流-直流转换器的电路示意图；

图2为本发明中的软启动电路在一个实施例中的电路示意图；

图3为图2中的软启动电路在启动阶段的仿真结果；

图4显示了图3中的启动阶段的仿真结果的放大图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

图2为本发明中的软启动直流-直流转换器200(也可以称为应用于直流-直流转换器的软启动电路)在一个实施例中的电路示意图。如图2所示，所述软启动直流-直流转换器200包括误差放大器210、软启动开关K、转换单元220、采样电路230、补偿电路240、输出电容COUT。

所述转换单元220基于控制端C的信号将输入端的输入电压VIN转换为输出端的输出电压VOUT。在一个实施例中，所述转换单元220包括PWM比较器、三角波发生器、逻辑控制器和输出电路，所述输出电路包括有电感、功率开关和二极管。PWM比较器的一个输入端作为所述转换单元220的控制端，另一个输入端输入三角波发生器输出的三角波信号，所述PWM比较器输出PWM信号给所述逻辑控制器，所述逻辑控制器基于PWM信号控制输出电路中的功率开关的导通和关断，以完成输入电压到输出电压的转换。关于转换单元220这部分内容在现有技术中有很多中实现方式，并且由于这部分不是本发明的重点，因此在本发明中就不再详细描述了。

所述采样电路230，其采集所述转换单元的输出端的输出电压VOUT得到反馈电压FB。在一个实施例中，所述采样电路230包括依次串联于所述转换单元220的输出端和地之间的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，两个分压电阻的中间节点的电压为反馈电压FB。

所述输出电容COUT连接于所述转换单元220的输出端和地之间。所述误差放大器210的第一输入端连接一个参考电压VREF，第二输入端接收所述反馈电压FB，其输出端经过所述软启动开关K与所述转换单元220的控制端C相连。所述补偿电路240连接于所述转换单元220的控制端C和地之间。在一个实施例中，所述补偿电路240包括依次串联于所述转换单元的控制端和地之间的补偿电阻Re和补偿电容Ce。

为了实现软启动，在所述直流-直流转换器200初始启动时，生成固定占空比和固定频率的软启动时钟信号SS_CLK控制所述软启动开关K不断地导通和截止，使得误差放大器210输出的误差放大信号EAO对补偿电路中的补偿电容Ce进行缓慢充电，这样误差放大信号EAO在启动阶段缓慢上升，从而实现了软启动功能。在所述直流-直流转换器200启动完成时，生成持续为固定电平的软启动时钟信号SS_CLK控制所述软启动开关K持续导通，以进入后续的正常工作状态。具体的，所述软启动时钟信号连接至所述软启动开关K的控制端，在所述软启动时钟信号为第一电平时，所述软启动开关K导通，在所述软启动时钟信号为第二电平时，所述软启动开关K截止。

本发明中的DC-DC转换器软启动功能实际上是借用了补偿电路240中的补偿电容Ce，但因补偿电容Ce的面积相对较小，因此可以与误差放大器210、转换单元220和采样电路230集成于同一个芯片中。这样与图1中的电路相比，就省去了图1中的大电容Css，节省了芯片管脚数目以及外围器件，降低了应用成本。

在一个实施例中，通过检测误差放大器EA的第一输入端的电压和第二输入端的电压来确定所述直流-直流转换器是否初始启动。具体的，在误差放大器的第一输入端的电压建立（比如在第一输入端的电压大于某一个电压阈值后则认为第一输入端的电压建立）且第二输入端的电压为零时，则认为所述直流-直流转换器初始启动，随后控制所述软启动开关K不断的导通和截止。

在一个实施例中，通过检测误差放大器EA的第二输入端的电压（即反馈电压FB）确定所述直流-直流转换器是否启动完成，比如在误差放大器EA的第二输入端的电压等于第一输入端的电压时，则认为所述直流-直流转换器启动完成，随后控制所述软启动开关持续导通。

图3为图2中的软启动直流-直流转换器在启动阶段的仿真结果，从1ms处开始初始启动，其显示图2中的转换器启动过程完全正常，可以实现软启动功能。由于图3中分辨率较低，因此SS_CLK都被显示为黑条，EAO上部的毛刺也被显示为黑条。为了更清楚，图4显示了图3中的启动阶段的仿真结果的放大图，其较为清楚的显示了SS_CLK和EAO信号。

本发明中的在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (9)

1.一种应用于直流-直流转换器的软启动电路，其特征在于，其包括：

转换单元，其基于控制端的信号将输入端的输入电压转换为输出端的输出电压；

采样电路，其采集所述转换单元的输出端的输出电压得到反馈电压；

软启动开关；

误差放大器，其第一输入端连接参考电压，第二输入端接收所述反馈电压，其输出端经过所述软启动开关与所述转换单元的控制端相连；

连接于所述转换单元的控制端和地之间的补偿电路，

在所述直流-直流转换器初始启动时，控制所述软启动开关不断地导通和截止，在所述直流-直流转换器启动完成时，控制所述软启动开关持续导通。

2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，通过检测误差放大器的第一输入端的电压和第二输入端的电压来确定所述直流-直流转换器是否初始启动。

3.根据权利要求2所述的软启动电路，其特征在于，在误差放大器的第一输入端的电压建立且第二输入端的电压为零时，则认为所述直流-直流转换器初始启动，随后控制所述软启动开关不断地导通和截止。

4.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，通过检测误差放大器的第二输入端的电压是否增加到等于第一输入端电压来确定所述直流-直流转换器是否启动完成。

5.根据权利要求4所述的软启动电路，其特征在于，在误差放大器的第二输入端的电压等于第一输入端电压时，则认为所述直流-直流转换器启动完成，随后控制所述软启动开关持续导通。

6.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，

在所述直流-直流转换器初始启动时，产生一个固定频率和占空比的软启动时钟信号，并将其连接至所述软启动开关的控制端，在所述软启动时钟信号为第一电平时，所述软启动开关导通，在所述软启动时钟信号为第二电平时，所述软启动开关截止，在所述直流-直流转换器启动完成后，产生持续为第二电平的软启动时钟信号。

7.根据权利要求1-6所述的软启动电路，其特征在于，所述补偿电路包括依次串联于所述转换单元的控制端和地之间的补偿电阻和补偿电容。

8.根据权利要求7所述的软启动电路，其特征在于，其还包括有连接于所述转换单元的输出端和地之间的输出电容，

所述采样电路包括依次串联于所述转换单元的输出端和地之间的第一分压电阻和第二分压电阻，两个分压电阻的中间节点的电压为反馈电压，

所述转换单元包括PWM比较器、三角波发生器、逻辑控制器和输出电路，所述输出电路包括有电感、功率晶体管和二极管。

9.根据权利要求1-6所述的软启动电路，其特征在于，所述误差放大器、补偿电路、转换单元、采样电路集成于同一晶片中。

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