CN104682687B - 基于软启动的电压调节电路及其软启动方法 - Google Patents

基于软启动的电压调节电路及其软启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于软启动的电压调节电路及其软启动方法，在电压调节电路上电时，所述的软启动电路产生软启电压，选择补偿电压与软启电压较小者与流经功率级电路的主功率开关管的电流进行比较，产生第一控制信号，以控制主功率开关管的关断；通过占空比信号控制第一开关，从而控制软启动的时间，占空比信号借助于电路内部的时钟电路产生，并可通过改变第三参考信号的大小来改变占空比信号的占空比，以达到调整软启动持续时间的目的。

Description

基于软启动的电压调节电路及其软启动方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于软启动的电压调节电路及其软启动方法。
背景技术
电压调节电路通过接收输入信号，经功率级电路进行电压转换，从而输出所需的电压。电压调节电路刚上电时，为了防止局部电压上升过快而损坏相关元器件，需要使输出电压缓慢上升并企稳，以减轻各种元器件的压力。一般采用软启动以解决上述技术问题。
现有技术中，带有软启动的电压调节电路一般包括功率级电路和控制电路，所述的功率级电路接收输入电压，在控制电路的控制调节下，得到相应的输出电压。所述的控制电路包括反馈补偿电路和软启动电路，所述的反馈补偿电路接收表征输出电压的采样信号，将所述的采样信号与基准电压进行比较并作补偿处理，产生补偿电压，所述的补偿电压与表征流经主功率开关管电流的电压信号进行比较，以控制功率级电路的主功率开关管的关断。所述的软启动电路在电压调节电路开始上电后，使得补偿电压维持在较低水平并缓慢上升，直至启动完成。
现有技术的软启动电路一般采用固定电流源对电容充电，从而实现补偿电压的缓慢上升，然而针对不同的使用场合，对于软启动的时间要求是有所不同的，因此，现有技术无法对软启动持续时间进行调节。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于软启动的电压调节电路及其软启动方法，用以解决现有技术存在的无法调节软启动持续时间的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的基于软启动的电压调节电路，包括功率级电路和控制电路，所述的功率级电路接收输入电压，在控制电路的控制下，输出期望的输出电压，所述的控制电路包括反馈补偿电路和软启动电路，所述的反馈补偿电路接收表征输出电压的采样信号，将所述的采样信号与基准电压进行比较并作补偿处理，产生补偿电压，所述的软启动电路产生软启电压，选择补偿电压与软启电压较小者与流经功率级电路的主功率开关管的电流进行比较，产生第一控制信号，以控制主功率开关管的关断；
所述的软启动电路包括第一电流源和第一电容，在第一电流源和第一电容之间设置控制第一开关，所述第一开关的控制端接收一占空比信号，由占空比信号控制第一电流源对第一电容的充电速度。
优选地，所述的控制电路还包括时钟电路，所述的时钟电路包括第一斜坡发生电路和第二斜坡发生电路，所述的第一斜坡发生电路产生第一斜坡信号，并与第一参考信号相比较得到第一比较信号，所述的第二斜坡发生电路产生第二斜坡信号，并与第二参考信号相比较得到第二比较信号，对第一比较信号和第二比较信号进行逻辑转换，得到相应的时钟信号；所述的第一斜坡信号与第三参考信号进行比较，得到所述占空比信号。
优选地，根据所述的时钟信号和所述的第一控制信号，得到用以控制主功率开关管通断的第二控制信号。
优选地，所述的反馈补偿电路包括误差放大器和补偿电路，所述误差放大器的两个输入端分别接收采样信号和基准电压，其输出端经选择电路分别与补偿电路和软启动电路连接。
优选地，所述的选择电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极和第二二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与软启动电路连接，第二二极管的阴极与补偿电路连接。
优选地，所述的补偿电路上连接有钳位电路，所述的钳位电路包括第三二极管和恒压源，所述的第三二极管的阳极与补偿电路连接，第三二极管的阴极与恒压源连接，恒压源的另一端接地。
优选地，所述的软启动电路与反馈补偿电路之间连接有第四二极管，第四二极管的阳极与反馈补偿电路连接，其阴极与软启动电路连接。
本发明另一技术解决方案是，提供一种以下步骤的基于软启动的电压调节电路的软启动方法，所述的电压调节电路包括功率级电路和控制电路，所述的功率级电路接收输入电压，在控制电路的控制下，输出相应的输出电压，所述的控制电路包括反馈补偿电路和软启动电路，所述的反馈补偿电路接收表征输出电压的采样信号，将所述的采样信号与基准电压进行比较并作补偿处理，产生补偿电压，所述的软启动电路产生软启电压，选择补偿电压与软启电压较小者与流经功率级电路的主功率开关管的电流进行比较，产生第一控制信号，以控制主功率开关管的关断；
所述的软启动电路包括第一电流源和第一电容，在第一电流源和第一电容之间设置控制第一开关，所述第一开关的控制端接收一占空比信号，由占空比信号控制第一电流源对第一电容的充电速度。
优选地，所述的控制电路还包括时钟电路，所述的时钟电路包括第一斜坡发生电路和第二斜坡发生电路，所述的第一斜坡发生电路产生第一斜坡信号，并与第一参考信号相比较得到第一比较信号，所述的第二斜坡发生电路产生第二斜坡信号，并与第二参考信号相比较得到第二比较信号，对第一比较信号和第二比较信号进行逻辑转换，得到相应的时钟信号；所述的第一斜坡信号与第三参考信号进行比较，得到所述占空比信号。
采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：在电压调节电路上电时，所述的软启动电路产生软启电压，选择补偿电压与软启电压较小者与流经功率级电路的主功率开关管的电流进行比较，产生第一控制信号，以控制主功率开关管的关断；通过占空比信号控制第一开关，从而控制软启动的时间，占空比信号借助于电路内部的时钟电路产生，并可通过改变第三参考信号的大小来改变占空比信号的占空比，以达到调整软启动持续时间的目的。
附图说明
图1为本发明基于软启动的电压调节电路的结构框图；
图2为软启动电路和反馈补偿电路的一种具体电路图；
图3为时钟电路的具体电路图；
图4为软启动电路和反馈补偿电路另一种连接电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1所示，示意了基于软启动的电压调节电路，包括功率级电路和控制电路。图1中虽未示意功率级电路的具体结构及相应的拓朴，但本实施例中的功率级电路均包括主功率开关管和电感，可以适用于不同类型的拓扑结构。所述的功率级电路接收输入电压Vin，在控制电路的控制下，输出相应的输出电压Vout，所述的控制电路包括反馈补偿电路和软启动电路，所述的反馈补偿电路接收表征输出电压的采样信号VFB，将所述的采样信号VFB与基准电压Vref进行比较并作补偿处理(补偿处理由补偿电路实现)，产生补偿电压Vc，所述的软启动电路产生软启电压VR，选择补偿电压Vc与软启电压VR较小者与流经功率级电路的主功率开关管的电流进行比较(通过比较器COMP1实现)，产生第一控制信号Vctrl1，以控制主功率开关管的关断；采用电阻Ri对流经主功率开关管的电流采样，采用得到的表征主功率开关管的电流值的电压信号Vi。
所述的反馈补偿电路包括误差放大器gm和补偿电路，所述误差放大器gm的两个输入端分别接收采样信号VFB和基准电压Vref，其输出端经选择电路分别与补偿电路和软启动电路连接。
所述的控制电路还包括时钟电路，由所述时钟电路产生时钟信号Clock，时钟信号Clock用于控制主功率开关管的导通。根据所述的时钟信号Clock和所述的第一控制信号Vctrl1，通过一个RS触发器，得到用以控制主功率开关管通断的第二控制信号Vctrl2。
为了增强电路的协同作用，所述的软启动电路与时钟电路连接，即软启动电路接收时钟电路中的相应信号(本实施例中为斜坡信号)，用以产生软启电压VR。
参考图2所示，示意了软启动电路和反馈补偿电路的具体电路结构。软启动电路包括第一电流源I1和第一电容C1，在第一电流源I1和第一电容C1之间设置控制第一开关K1，所述第一开关K1的控制端接收一占空比信号VD，由占空比信号VD，控制第一电流源I1对第一电容C1的充电速度，从而可以调整软启动的持续时间。
所述的补偿电路包括电阻R1和电容C2，所述的补偿电路上连接有钳位电路，所述的钳位电路包括第三二极管D3和恒压源U，所述的第三二极管D3的阳极与补偿电路连接，第三二极管D3的阴极与恒压源U连接，恒压源U的另一端接地。
选择补偿电压Vc与软启电压VR较小者，是通过选择电路实现的，可采用图2中的选择电路，包括第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阳极连接，第一二极管D1的阴极与软启动电路连接，第二二极管D2的阴极与补偿电路连接。
参考图3所示，示意了时钟电路的具体电路结构。所述的时钟电路包括第一斜坡发生电路和第二斜坡发生电路，第一斜坡信号发生电路由电流源I2、电容C3和开关K2组成，所述的第一斜坡发生电路产生第一斜坡信号VS1，并与第一参考信号Vref1相比较得到第一比较信号Vcom1。第二斜坡信号发生电路由电流源I3、电容C4和K3组成，所述的第二斜坡发生电路产生第二斜坡信号VS2，并与第二参考信号Vref2相比较得到第二比较信号Vcom2，对第一比较信号Vcom1和第二比较信号Vcom2进行逻辑转换(通过一个RS触发器实现)，RS触发器的置位端(S端)接收第二比较信号Vcom2，其重置端(R端)接收第二比较信号Vcom2，得到时钟信号Clock。
所述的第一斜坡信号VS1与第三参考信号Vref3进行比较，得到所述占空比信号VD，占空比信号VD控制第一开关K1的通断，所述第一开关K1的控制端接收一占空比信号VD，由占空比信号VD控制第一电流源I1对第一电容C1的充电速度。通过设置不同大小的第三参考信号Vref3就可以调节占空比信号VD的占空比，该占空比的值为第三参考信号与第一参考信号的比值，调整二者的比例关系，可获得不同的软启动时间。
参考图4所示，示意了软启动电路和反馈补偿电路的另一种电路结构。所述的软启动电路与反馈补偿电路之间连接有第四二极管D4，第四二极管D4的阳极与反馈补偿电路连接，其阴极与软启动电路连接。图4中采用了与图2不同实施方式，但也能实现对补偿电压Vc和软启电压VR最小值的选择作用，刚开始工作时，软启电压VR小于补偿电压Vc，第四二极管D4导通，此时补偿电压Vc被钳位至软启电压VR大小，随着软启电压VR的增大，当其大于或等于补偿电压Vc时，第四二极管D4截止，此时则选择补偿电压Vc。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于软启动的电压调节电路，包括功率级电路、控制电路和时钟电路，所述的功率级电路接收输入电压，在控制电路的控制下，输出期望的输出电压，所述的控制电路包括反馈补偿电路和软启动电路，所述的反馈补偿电路接收表征输出电压的采样信号，将所述的采样信号与基准电压进行比较并作补偿处理，产生补偿电压，其特征在于：所述的软启动电路产生软启电压，选择补偿电压与软启电压较小者与流经功率级电路的主功率开关管的电流进行比较，产生第一控制信号，以控制主功率开关管的关断；
所述的软启动电路包括第一电流源和第一电容，在第一电流源和第一电容之间设置控制第一开关，所述第一开关的控制端接收一占空比信号，由占空比信号控制第一电流源对第一电容的充电速度，
所述的时钟电路包括第一斜坡发生电路和第二斜坡发生电路，所述的第一斜坡发生电路产生第一斜坡信号，并与第一参考信号相比较得到第一比较信号，所述的第二斜坡发生电路产生第二斜坡信号，并与第二参考信号相比较得到第二比较信号，对第一比较信号和第二比较信号进行逻辑转换，得到相应的时钟信号；所述的第一斜坡信号与第三参考信号进行比较，得到所述占空比信号。
2.根据权利要求1所述的基于软启动的电压调节电路，其特征在于：根据所述的时钟信号和所述的第一控制信号，得到用以控制主功率开关管通断的第二控制信号。
3.根据权利要求1所述的基于软启动的电压调节电路，其特征在于：所述的反馈补偿电路包括误差放大器和补偿电路，所述误差放大器的两个输入端分别接收采样信号和基准电压，其输出端经选择电路分别与补偿电路和软启动电路连接。
4.根据权利要求3所述的基于软启动的电压调节电路，其特征在于：所述的选择电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极和第二二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与软启动电路连接，第二二极管的阴极与补偿电路连接。
5.根据权利要求4所述的基于软启动的电压调节电路，其特征在于：所述的补偿电路上连接有钳位电路，所述的钳位电路包括第三二极管和恒压源，所述的第三二极管的阳极与补偿电路连接，第三二极管的阴极与恒压源连接，恒压源的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的基于软启动的电压调节电路，其特征在于：所述的软启动电路与反馈补偿电路之间连接有第四二极管，第四二极管的阳极与反馈补偿电路连接，其阴极与软启动电路连接。
7.一种基于软启动的电压调节电路的软启动方法，其特征在于：所述的电压调节电路包括功率级电路、控制电路和时钟电路，所述的功率级电路接收输入电压，在控制电路的控制下，输出期望的输出电压，所述的控制电路包括反馈补偿电路和软启动电路，所述的反馈补偿电路接收表征输出电压的采样信号，将所述的采样信号与基准电压进行比较并作补偿处理，产生补偿电压，所述的软启动电路产生软启电压，选择补偿电压与软启电压较小者与流经功率级电路的主功率开关管的电流进行比较，产生第一控制信号，以控制主功率开关管的关断；
所述的软启动电路包括第一电流源和第一电容，在第一电流源和第一电容之间设置控制第一开关，所述第一开关的控制端接收一占空比信号，由占空比信号控制第一电流源对第一电容的充电速度，
所述的时钟电路包括第一斜坡发生电路和第二斜坡发生电路，所述的第一斜坡发生电路产生第一斜坡信号，并与第一参考信号相比较得到第一比较信号，所述的第二斜坡发生电路产生第二斜坡信号，并与第二参考信号相比较得到第二比较信号，对第一比较信号和第二比较信号进行逻辑转换，得到相应的时钟信号；所述的第一斜坡信号与第三参考信号进行比较，得到所述占空比信号。
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