CN104753330B - 一种电源管理软启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源管理软启动电路，包括第一开关管、能量转换电路、取样电路、反馈电路、误差放大电路、第一比较电路、控制电路、震荡电路、第二比较电路、第二开关管、箝位电路。控制电路根据第一比较电路输出的比较结果信号来调整所输出的控制信号，以调节所述第一开关管的导通与断开。在电源开始启动时，通过降低震荡电路的震荡频率、旁路启动电压和箝位误差放大电压，使得电路电流容易降至零，从而避免过冲电流对电源元器件的损害。

Description

一种电源管理软启动电路

技术领域

本发明涉及电源电路，尤其涉及一种电源管理软启动电路。

背景技术

软启动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而损坏开关电源。

现有技术的一些软启动电路，在实际应用中，尤其是在输入电压和输出电压相差比较大的时候，电路中的电感等元件仍然会出现一小段的过冲，有可能达到芯片内部设定的过流保护点或者超过流保护点，从而烧毁芯片或者功率器件，如图1所示：

VIN上电，在第一个开关周期内，HVMP导通，电感L的电流线性增加。当 HVMP关断时，由于输出电压VOUT很低，电感L的电流下降斜率会非常小，导致电感电流下降幅值很小。第二个开关周期内，HVMP导通，电感L的电流在第一个开关周期的电流基础上面继续线性增加。当HVMP关断时，由于输出电压VOUT 仍然很低，电感L的电流下降斜率会也很小，电感电流下降幅值依然很小。几个周期之后，电感L的电流会上升到IL_PK，此时输出电压VOUT也会上升到一个值。当VOUT电压足够大时，此时电感L的电流下降斜率也足够大，电感L的峰值电流才会缓慢下降，后续跟随者VSOFT电压，电感电流缓慢上升到设定值 IL_NOM，输出电压VOUT也缓慢上升到设定值。

虽然VSOFT电压是缓慢上升的，但是在启动初期由于芯片内部的消隐时间 TLEB存在，COMP比较器即使提前使得HVMP关闭，但是消隐电路仍然会让HVMP 持续导通TLEB的时间。在输入和输出电压相差不大的时候(比如输入12V，输出5V)，电感电流的过冲影响不大。在输入和输出电压相差很大的时候(比如输入30V，输出5V)，电感电流容易过冲。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电源管理软启动电路，以解决传统电源在启动过程中，其容易电流过冲而烧毁电路器件的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种电源管理软启动电路，用于提高开关电源的稳定性，所述电源管理软启动电路包括第一开关管、能量转换电路、取样电路、反馈电路、误差放大电路、第一比较电路、控制电路、震荡电路、第二比较电路、第二开关管、箝位电路。所述第一开关管及能量转换电路依次串联在电源输入端和输出端之间。取样电路电连接于所述电源输入端，用于根据所述电源输入端的电流输出取样电压。误差放大电路电连接于所述电源输出端的反馈电路，用于根据所述反馈电路的反馈电压以及第一基准电压、启动电压，输出误差放大电压。第一比较电路电连接于所述取样电路及所述误差放大电路，用于比较所述取样电压和所述误差放大电压，以输出比较结果信号。控制电路电连接于所述第一比较电路及所述第一开关管，用于根据所述第一比较电路输出的比较结果信号来调整所输出的控制信号，以调节所述第一开关管的导通与断开。震荡电路电连接于所述控制电路，用于输出周期脉冲信号，以控制所述控制电路的工作频率。第二比较电路电连接于所述反馈电路及所述震荡电路，通过比较所述反馈电压和第二基准电压，输出相应的电平信号至所述震荡电路，以控制所述震荡电路的震荡频率。第二开关管，电连接于所述第二比较电路，用于根据所述第二比较电路输出的电平信号判断是否旁路所述启动电压。箝位电路一端电连接于所述误差放大电路和所述第一比较电路的公共端，另一端电连接于所述第二比较电路的输出端，用于根据所述第二比较电路输出的电平信号判断是否将所述误差放大电压下拉至低电位。

优选地，所述误差放大电路包括第一输入端、第二输入端、第三输入端及输出端。第一输入端用于输入所述启动电压。第二输入端用于输入所述第一基准电压。第三输入端用于输入所述反馈电路输出的反馈电压。输出端用于输出误差放大电压至所述第一比较电路。当所述反馈电压小于所述第二基准电压时，所述启动电压被所述第二开关管所旁路，该第一输入端接近零电位，该输出端被所述箝位电路下拉至低电位；当所述反馈电压大于所述第二基准电压时，所述启动电压提供给该第一输入端，该输出端的误差放大电压随之上升直至所述启动电压等于所述第一基准电压。

优选地，所述第一比较电路为脉冲宽度控制比较器，用于输出比较结果信号至所述控制电路。

优选地，所述电源管理软启动电路还包括消隐电路，电连接于所述控制电路，用于防止电路误判。

优选地，所述能量转换电路包括第一电感和第一电容。第一电感的一端电连接于所述第一开关管。第一电容的一端电连接于所述第一电感的另一端，另一端接地。所述第一电感和所述第一电容的公共端作为所述电源输出端。

优选地，所述电源管理软启动电路还包括第一二极管，其阳极接地，阴极电连接于所述第一电感和所述第一开关管的公共端。

优选地，所述取样电路包括第一电阻和电流电感采用电路。第一电阻电连接于所述电源输入端和所述第一开关管之间。电流电感采样电路包括第一端、第二端和输出端，该第一端和第二端对应地电连接于所述第一电阻的两端，该输出端电连接于所述第一比较电路的其中一个输入端。

优选地，所述反馈电路包括第二电阻和第三电阻。第二电阻一端电连接于所述电源输出端。第三电阻一端电连接于所述第二电阻的另一端，另一端接地。所述第二电阻和所述第三电阻的公共端输出所述反馈电压。

优选地，所述电源管理软启动电路还包括补偿电路，所述补偿电路包括第四电阻和第二电容。第四电阻一端电连接于所述第一比较电路和所述误差放大电路的公共端。第二电容一端电连接于所述第四电阻的另一端，另一端接地。

优选地，所述第一开关管为P沟道MOSFET开关管。

本发明的有益效果：在电源开始启动时，通过降低震荡电路的震荡频率、旁路启动电压和箝位误差放大电压，使得电源电感上的电流容易降至零，从而避免过冲电流对电源元器件的损害。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为现有技术的电源软启动电路在启动时输出的电压和电感电流波形示意图。

图2为本发明一实施方式中电源管理软启动电路的模块图。

图3为本发明一实施方式中的电源软启动电路在启动时输出的电压和电感电流波形示意图。

主要元件符号说明

第一开关管	1
		能量转换电路	2
取样电路	3
		反馈电路	4
误差放大电路	5
		第一比较电路	6
控制电路	7
		震荡电路	8
第二比较电路	9
		第二开关管	10
箝位电路	11
		补偿电路	12
第一电阻到第四电阻	R1、R2、R3、R4
		第一电容到第三电容	C1、C2、C3
P沟道MOSFET开关管	HVMP
		N沟道MOS管	MN
第一二极管	D1
		第一电感	L1

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

图2为本发明在一实施例中电源管理软启动电路的示意图。在实施例中，电源管理软启动电路用于提高开关电源的稳定性，电源管理软启动电路包括第一开关管1、能量转换电路2、取样电路3、反馈电路4、误差放大电路5、第一比较电路6、控制电路7、震荡电路8、第二比较电路9、第二开关管10、箝位电路11。第一开关管1、能量转换电路2依次串联在电源输入端VIN和电源输出端VOUT之间。通过控制第一开关管1导通和断开的切换频率和时间比，控制电源输出端VOUT的电压值。为防止电源启动时第一电感L电流过冲而对电源元器件造成损毁，现进行详述：

第一开关管1，一端电连接于电源输入端，通过持续的导通和关闭，并通过调整不同的占空比控制电路输出端VOUT的电压大小。

能量转换电路2，其输入端电连接于第一开关管1的另一端，输出端电连接于电源输出端，通过控制第一开关管1的开启和关断时间，实现能量的转换，把输入电压和电流信号转换成不同需求的输出电压和电流。

为了合理的控制第一开关管1的开启与关断，需要对第一开关管1输入控制信号，该控制信号的输出由下述电路部件确定。

取样电路3，电连接于电源输入端，用于根据电源输入端的电流输出取样电压VCS。

误差放大电路5，电连接于电源输出端的反馈电4，用于根据反馈电路4的反馈电压VFB以及第一基准电压VR、启动电压VSOFT，输出误差放大电压ERROR。

第一比较电路6，电连接于取样电路3及误差放大电路5，用于比较取样电路3输出的取样电压VCS和误差放大电路5输出的误差放大电压ERROR，以输出比较结果信号。

控制电路7，电连接于所第一比较电路6及第一开关管1，用于根据第一比较电路6输出的比较结果信号来调整所输出的控制信号，以调节所述第一开关管1的导通与断开。

震荡电路8，电连接于所控制电路7，用于输出周期脉冲信号，以控制控制电路7的工作频率。

第二比较电路9，电连接于所反馈电路4及震荡电路8，通过比较反馈电压 VFB和第二基准电压VR1，输出相应的电平信号SS_PRE至震荡电路8，以控制震荡电路8的震荡频率，从而达到调制控制电路8的工作频率的目的。

第二开关管10，电连接于第二比较电路9，用于根据第二比较电路9输出的电平信号SS_PRE判断是否旁路启动电压VSOFT。

箝位电路11，一端电连接于误差放大电路6和第一比较电路6的公共端，另一端电连接于第二比较电路9的输出端，用于根据第二比较电路9输出的电平信号SS_PRE判断是否将误差放大电压ERROR下拉至低电位。

具体原理如下：

当电源开始启动时，如图3中的0-t1，电源输出端的电压VOUT处于低位，反馈电路4的反馈电压VFB小于第二基准电压VR1，即VFB＜VR1，第二比较电压9输出高电平信号SS_PRE，基于该高电平信号SS_PRE：1、震荡电路8的震荡频率降低，从而降低控制电路7的工作频率，从而降低了第一开关管1的开关频率；2、第二开关管10导通，将启动电压VSOFT旁路，同时箝位电路11将误差放大电压ERROR强制箝位在一个比较低的电压下。由于第一开关管1的开关频率和误差放大电压ERROR均较低，电路电流容易降低0，从而避免了电流的过冲。

随着电源输出端的电压VOUT的上升，直到t1时，反馈电路4的反馈电压 VFB大于第二基准电压VR1，即VFB＞VR1，第二比较电路9输出低电平信号 SS_PRE，基于该低电平信号SS_PRE，震荡电路8的震荡频率恢复正常，箝位电路11失效，启动电压VSOFT正常输入至误差放大电路5，启动电压VSOFT开始缓慢上升，误差放大电压ERROR也开始缓慢上升，电路进入常规启动状态，在一段时间后，电源输出端的电压VOUT达到稳定值。

可以了解，在整个启动过程中，电源输出端的电压VOUT均能平缓地上升至稳定值，而不会出现过冲现象。

在本发明的一实施方式中，误差放大电路5包括第一输入端、第二输入端、第三输入端及输出端。第一输入端用于输入启动电压VSOFT。第二输入端用于输入第一基准电压VR。第三输入端用于输入反馈电路4输出的反馈电压VFB。输出端用于输出误差放大电压ERROR至第一比较电路6。当反馈电压VFB小于第二基准电压VR1时，启动电压VSOFT被第二开关管10所旁路，该第一输入端接近零电位，该输出端被箝位电路11下拉至低电位；当反馈电压VFB大于第二基准电压VR1时，启动电压VSOFT提供给该第一输入端，该输出端的误差放大电压 ERROR随之上升直至启动电压VSOFT等于第一基准电压VR，电源输出端的电压 VOUT稳定在设定值。误差放大电路5中至少包括一误差放大器EA。

在本发明的一实施方式中，第一比较电路6为脉冲宽度控制比较器COMP，用于输出比较结果信号至控制电路7，控制电路7根据比较结果信号输出相应的脉冲宽度调制信号至第一开关管1。

在本发明的一实施方式中，本电源管理软启动电路还包括消隐电路LEB，电连接于控制电路7，保证第一开关管1导通的最小时间，防止电路出现误判。

在本发明的一实施方式中，能量转换电路2包括第一电感L1和第一电容C1、第一二极管D1。第一电感L1的一端电连接于第一开关管1。第一电容C1的一端电连接于第一电感L1的另一端，另一端接地。第一电感L1和第一电容C1的公共端作为电源输出端。第一二极管D1，其阳极接地，阴极电连接于第一电感 L1和第一开关管1的公共端,用于整流作用。

在本发明的一实施方式中，取样电路3包括第一电阻R1和电流电感采用电路ISEN。第一电阻R1电连接于电源输入端和第一开关管1之间。电流电感采样电路包括第一端、第二端和输出端，该第一端和第二端对应地电连接于第一电阻R1的两端，该输出端电连接于第一比较电路6的其中一个输入端，用于为第一比较电路6提供取样电路VCS。

在本发明的一实施方式中，反馈电路4包括第二电阻R2和第三电阻R3。第二电阻R2一端电连接于电源输出端。第三电阻R3一端电连接于第二电阻R2的另一端，另一端接地。第二电阻R2和第三电阻R3的公共端输出反馈电压VFB。

在本发明的一实施方式中，电源管理软启动电路还包括补偿电路12，补偿电路12包括第四电阻R4和第二电容C2。第四电阻R4一端电连接于第一比较电路6和误差放大电路5的公共端。第二电容C2一端电连接于第四电阻R4的另一端，另一端接地。用于保证整个系统环路的稳定。

在本发明的一实施方式中，第一开关管1为P沟道MOSFET开关管HVMP，当然也可采用其他的开关管，本发明并不限定。

另外，第二开关管10可以采用N沟道MOS管MN，也可以采用其他的使能开关管。本发明还包括第三电容C3，其电连接于启动电压VSOFT的输出端。控制电路7可以采用逻辑芯片等，在逻辑芯片和第一开关管1之间电连接有驱动电路，用于驱动第一开关管1的开启与关闭。当然，驱动电路也可以包括在控制电路7内。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种电源管理软启动电路，用于提高开关电源的稳定性，所述电源管理软启动电路包括第一开关管、能量转换电路，所述第一开关管及能量转换电路依次串联在电源输入端和输出端之间，所述电源管理软启动电路还包括：取样电路，电连接于所述电源输入端，用于根据所述电源输入端的电流输出取样电压；误差放大电路，电连接于所述电源输出端的反馈电路，用于根据所述反馈电路的反馈电压以及第一基准电压、启动电压，输出误差放大电压；第一比较电路，电连接于所述取样电路及所述误差放大电路，用于比较所述取样电压和所述误差放大电压，以输出比较结果信号；控制电路，电连接于所述第一比较电路及所述第一开关管，用于根据所述第一比较电路输出的比较结果信号来调整所输出的控制信号，以调节所述第一开关管的导通与断开；震荡电路，电连接于所述控制电路，用于输出周期脉冲信号，以控制所述控制电路的工作频率；其特征在于，还包括：第二比较电路，电连接于所述反馈电路及所述震荡电路，通过比较所述反馈电压和第二基准电压，输出相应的电平信号至所述震荡电路，以控制所述震荡电路的震荡频率；第二开关管，电连接于所述第二比较电路，用于根据所述第二比较电路输出的电平信号判断是否旁路所述启动电压；以及箝位电路，一端电连接于所述误差放大电路和所述第一比较电路的公共端，另一端电连接于所述第二比较电路的输出端，用于根据所述第二比较电路输出的电平信号判断是否将所述误差放大电压下拉至低电位；所述误差放大电路包括：第一输入端，用于输入所述启动电压；第二输入端，用于输入所述第一基准电压；第三输入端，用于输入所述反馈电路输出的反馈电压；以及输出端，用于输出误差放大电压至所述第一比较电路；当所述反馈电压小于所述第二基准电压时，所述启动电压被所述第二开关管所旁路，该第一输入端接近零电位，该输出端被所述箝位电路下拉至低电位；当所述反馈电压大于所述第二基准电压时，所述启动电压提供给该第一输入端，该输出端的误差放大电压随之上升直至所述启动电压等于所述第一基准电压；所述第一比较电路为脉冲宽度控制比较器，用于输出比较结果信号至所述控制电路；还包括消隐电路，电连接于所述控制电路，用于防止电路误判。

2.根据权利要求1所述的电源管理软启动电路，其特征在于，所述能量转换电路包括：第一电感，一端电连接于所述第一开关管；及第一电容，一端电连接于所述第一电感的另一端，另一端接地；所述第一电感和所述第一电容的公共端作为所述电源输出端。

3.根据权利要求2所述的电源管理软启动电路，其特征在于，还包括第一二极管，其阳极接地，阴极电连接于所述第一电感和所述第一开关管的公共端。

4.根据权利要求1所述的电源管理软启动电路，其特征在于，所述取样电路包括：第一电阻，电连接于所述电源输入端和所述第一开关管之间；电流电感采样电路，包括第一端、第二端和输出端，该第一端和第二端对应地电连接于所述第一电阻的两端，该输出端电连接于所述第一比较电路的其中一个输入端。

5.根据权利要求1所述的电源管理软启动电路，其特征在于，所述反馈电路包括：第二电阻，一端电连接于所述电源输出端；第三电阻，一端电连接于所述第二电阻的另一端，另一端接地；所述第二电阻和所述第三电阻的公共端输出所述反馈电压。

6.根据权利要求1所述的电源管理软启动电路，其特征在于，还包括补偿电路，所述补偿电路包括：第四电阻，一端电连接于所述第一比较电路和所述误差放大电路的公共端；第二电容，一端电连接于所述第四电阻的另一端，另一端接地。

7.根据权利要求1所述的电源管理软启动电路，其特征在于，所述第一开关管为P沟道MOSFET开关管。