CN104883045A - 一种开关电源软启动电路及开关电源软启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源软启动电路，该电路包括电流型PWM控制芯片和开关管，该控制芯片的Output端与开关管的栅极连接，该电路还包括由第一二极管V1、第二二极管V2、第一电阻R1和第一电容C1组成的软启动模块；第一二极管V1的负极与第二二极管V2的正极连接，正极与该控制芯片的Comp端连接；第二二极管V2的负极与芯片的Vref端连接；第一电阻R1的一端与第二二极管V2的负极连接，另一端与第二二极管V2的正极连接；第一电容C1的一端与第二二极管V2的正极连接，另一端接地。本发明电路简单，具有较强的抗干扰能力和对环境的适应能力，发热量小，可以精确控制软启动时间，避免了常规的软启动电路的局限性。

Description

一种开关电源软启动电路及开关电源软启动方法

技术领域

本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种开关电源软启动电路及开关电源软启动方法。

背景技术

开关电源以其体积小巧、性能卓越、使用方便的显著特点，故其在计算机、通信、工业自动化、电子或电工仪器等领域应用更加广泛，很多系统设计人员已经意识到，正确合理地设计开关电源，可以省去电源设计、调试方面的麻烦。这样不仅可以提高整体系统的可靠性和设计水平，更重要的是缩短了整个产品的研发周期。

电流型PWM控制芯片是开关电源常用的控制芯片，以UC2842为例进一步说明，UC2842的内部电路结构图如图1所示。

UC2842芯片是一种高性能电流模式控制器，具有微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器，电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET的理想器件。

1号管脚Comp端：补偿管脚，是误差放大器的输出，并可以用于环路补偿；

2号管脚V_FB端：电压反馈管脚，是误差放大器的反向输入，通常通过一个电阻分压器连接至开关电源输出；

3号管脚Isence端：电流取样管脚，一个正比于电感器电流的电压接至此输入，脉宽调制器使用此信息终止输出开关的导通；

4号管脚R_T/C_T端：通过将电阻RT连接至Vref一级电容CT连接至地，使振荡器频率和最大输出占空比可调，工作频率可达500KHz；

5号管脚Gnd端：控制电路和电源的公共地；

6号管脚Output端：输出管脚直接驱动功率MOSFET的栅极；

7号管脚V_CC端：控制集成电路的正电源；

8号管脚Vref端：参考输出管脚，通过电阻RT向电容CT提供充电电流。

当7号管脚V_CC给定电源电压，则5VREF(以5V参考)处输出高电平后经过分压器变成2.5V的电平，2.5V与2号管脚V_FB端通过误差放大器Error Amp进行比较后输出Vcomp，Vcomp经过电阻2R、电阻R和稳压二极管1V处理后与3号管脚Isence端通过电流补偿器Current Sence Comparator进行比较，4号管脚R_T/C_T端控制振荡器频率，震荡频率信号和电流补偿器输出信号送入锁存脉宽调制器模块进行处理，由6号管脚输出驱动信号直接驱动功率MOSFET(金属-氧化层-半导体-场效晶体管)。

当电源刚接通，误差放大器Error Amp处于非平衡状态，而开关电源输出电压的建立需要一定时间，此时Error Amp的输出电压Vcomp值将很高，从而使加在电流补偿器反向输入端的误差电压很高，这将使得芯片在这段时间内6号管脚Output端输出占空比很大的PWM脉冲，开关管导通的时间过长，很容易因过热而损坏。因此，正确合理的设计开关电源软启动电路对于开关电源的可靠性有着重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可以精确计算开关电源软启动保护时间的开关电源软启动电路及开关电源软启动方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种开关电源软启动电路，包括电流型PWM控制芯片和开关管，所述电流型PWM控制芯片的Output端与开关管的栅极连接；还包括连接在所述电流型PWM控制芯片Comp端与Vref端之间的软启动模块；所述软启动模块包括第一二极管V1、第二二极管V2、第一电阻R1和第一电容C1；所述第一二极管V1的负极与第二二极管V2的正极连接，第一二极管V1的正极与电流型PWM控制芯片的Comp端连接，所述第二二极管V2的负极与电流型PWM控制芯片的Vref端连接，所述第一电阻R1的一端与第二二极管V2的负极连接，另一端与第二二极管V2的正极连接，第一电容C1的一端与第二二极管V2的正极连接，另一端接地。

作为本发明的进一步改进，还包括第二电容C2，所述第二电容C2一端与所述第二二极管V2的负极连接，一端与所述第一电容C1接地端连接。这个电容应该可以以功能来命名。

作为本发明的进一步改进，还包括电流取样电路，所述电流取样电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和第四电容C4；所述第三电阻R3的一端与电流型PWM控制芯片的Isence端连接，第三电阻R3的另一端分为两路，一路与所述开关管的源极连接，另一路与第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端接地，第四电容C4连接在电流型PWM控制芯片的Isence端与第四电阻R4的接地端之间。

作为本发明的进一步改进，还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端与电流型PWM控制芯片的R_T/C_T端连接，另一端接地。

所述电流型PWM控制芯片为UC2842芯片。

所述开关管为金属-氧化层-半导体-场效晶体管。

本发明进一步提供一种基于上述开关电源软启动电路的开关电源软启动方法，软启动过程包括如下步骤：

S1.给电流型PWM控制芯片的V_CC端加电；

S2.电流型PWM控制芯片的Comp端通过第一二极管V1给电容C1充电，使得Comp端的电压被第一电容C1拉低，电流型PWM控制芯片的Output端输出为低电平；

S3.随着第一电容C1的储能水平升高，第一电容C1对电流型PWM控制芯片的Comp端的电压箝位功能逐渐消失，电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲，软启动结束。

作为本发明的进一步改进所述电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间通过式(1)计算得出；

$V_t=V_0+(V_u-V_0)\×[1-e^{\frac{-t}{\mathrm{RC}}}]---\left(1\right)$

式(1)中，t为电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间，V₀为第一电容C1上的初始电压值，V_u为第一电容C1充满电时的终止电压值，V_t为电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲时第一电容C1上的电压值，R为第一电阻R1的阻值，C为第一电容C1的电容值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用电流型PWM控制芯片及软启动模块来实现的开关电源的软启动，电路简单，具有较强的抗干扰能力和对环境的适应能力，发热量小，并且可以精确控制软启动时间，避免了常规的软启动电路的局限性。

附图说明

图1为现有技术UC2842芯片的电路图。

图2为本发明一种开关电源软启动电路的示意图。

图3为本发明一种开关电源软启动方法流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例一种开关电源软启动电路，包括电流型PWM控制芯片、开关管和软启动模块，电流型PWM控制芯片的Output端与开关管的栅极连接，软启动模块连接在电流型PWM控制芯片Comp端与Vref端之间；软启动模块包括第一二极管V1、第二二极管V2、第一电阻R1和第一电容C1；第一二极管V1的负极与第二二极管V2的正极连接，第一二极管V1的正极与电流型PWM控制芯片的Comp端连接，第二二极管V2的负极与电流型PWM控制芯片的Vref端连接，第一电阻R1的一端与第二二极管V2的负极连接，另一端与第二二极管V2的正极连接，第一电容C1的一端与第二二极管V2的正极连接，另一端接地。

在本实施例中，电流型PWM控制芯片为UC2842芯片，开关管为MOSFET(金属-氧化层-半导体-场效晶体管)，需要说明的是，电流型PWM控制芯片不仅仅为UC2842，对于其它同类型的PWM控制芯片也同样适用。通过软启动模块，可精确控制UC2842芯片Output端输出PWM脉冲的时间，实现开关电源的软启动，防止开关时间过长而导致过流、过热现象的发生。

在本实施例中，还包括第二电容C2，第二电容C2一端与第二二极管V2的负极连接，一端与第一电容C1接地端连接。

在本实施例中，还包括电流取样电路，电流取样电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和第四电容C4；第三电阻R3的一端与电流型PWM控制芯片的Isence端连接，第三电阻R3的另一端分为两路，一路与开关管的源极连接，另一路与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地，第四电容C4连接在电流型PWM控制芯片的Isence端与第四电阻R4的接地端之间。

在本实施例中，还包括第三电容C3，第三电容C3的一端与电流型PWM控制芯片的R_T/C_T端连接，另一端接地。用于调节UC2842芯片的振荡器频率和最大输出占空比。

如图3所示，本实施例，一种开关电源软启动方法，启动过程包括如下步骤：

S1.给电流型PWM控制芯片的V_CC端加电；

S2.电流型PWM控制芯片的Comp端通过第一二极管V1给电容C1充电，使得Comp端的电压被第一电容C1拉低，电流型PWM控制芯片的Output端输出为低电平；

S3.随着第一电容C1的储能水平升高，第一电容C1对电流型PWM控制芯片的Comp端的电压箝位功能逐渐消失，电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲，软启动结束。

其具体的实施过程为：给UC2842芯片V_CC端加电(5V)，由于刚开机时第一电容C1上的电压为零，UC2842芯片Comp端电压通过第一二极管V1给第一电容C1充电，由于Comp端输出能力有限，所以Comp端的电压被第一电容C1拉低，使得UC2842芯片内部的电流补偿器反向输入端的误差电压也为零，电流补偿器输出也为零，最终控制Output端输出为低电平，随着Comp端和基准电压Vref(5V)持续给第一电容C1充电，第一电容C1对Comp端的电压箝位功能逐渐消失，使加在UC2842芯片内部电流补偿器反向输入端的误差电压也逐渐升高，UC2842芯片Output端输出PWM脉冲，软启动结束。

在本实施例中，UC2842芯片启动保护时间通过式(1)计算得出；

$V_t=V_0+(V_u-V_0)\×[1-e^{\frac{-t}{\mathrm{RC}}}]---\left(1\right)$

式(1)中，t为电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间，V₀为第一电容C1上的初始电压值，V_u为第一电容C1充满电时的终止电压值，V_t为电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲时第一电容C1上的电压值，R为第一电阻R1的阻值，C为第一电容C1的电容值。通过式(1)，代入已知数据，即可计算出电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间，即软启动保护时间。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种开关电源软启动电路，包括电流型PWM控制芯片和开关管，所述电流型PWM控制芯片的Output端与开关管的栅极连接，其特征在于：还包括连接在所述电流型PWM控制芯片Comp端与Vref端之间的软启动模块；所述软启动模块包括第一二极管V1、第二二极管V2、第一电阻R1和第一电容C1；所述第一二极管V1的负极与第二二极管V2的正极连接，第一二极管V1的正极与电流型PWM控制芯片的Comp端连接，所述第二二极管V2的负极与电流型PWM控制芯片的Vref端连接，所述第一电阻R1的一端与第二二极管V2的负极连接，另一端与第二二极管V2的正极连接，第一电容C1的一端与第二二极管V2的正极连接，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的开关电源软启动电路，其特征在于：还包括第二电容C2，所述第二电容C2一端与所述第二二极管V2的负极连接，一端与所述第一电容C1接地端连接。

3.根据权利要求1所述的开关电源软启动电路，其特征在于：还包括电流取样电路，所述电流取样电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和第四电容C4；所述第三电阻R3的一端与电流型PWM控制芯片的Isence端连接，第三电阻R3的另一端分为两路，一路与所述开关管的源极连接，另一路与第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端接地，第四电容C4连接在电流型PWM控制芯片的Isence端与第四电阻R4的接地端之间。

4.根据权利要求1所述的开关电源软启动电路，其特征在于：还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端与电流型PWM控制芯片的R_T/C_T端连接，另一端接地。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的开关电源软启动电路，其特征在于：所述电流型PWM控制芯片为UC2842芯片。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的开关电源软启动电路，其特征在于：所述开关管为金属-氧化层-半导体-场效晶体管。

7.一种基于上述权利要求1～6中任意一项所述的开关电源软启动电路的开关电源软启动方法，其特征在于步骤为：

S1.给电流型PWM控制芯片的V_CC端加电；

S2.电流型PWM控制芯片的Comp端通过第一二极管V1给电容C1充电，使得Comp端的电压被第一电容C1拉低，电流型PWM控制芯片的Output端输出为低电平；

S3.随着第一电容C1的储能水平升高，第一电容C1对电流型PWM控制芯片的Comp端的电压箝位功能逐渐消失，电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲，软启动结束。

8.根据权利要求7所述的开关电源软启动方法，其特征在于：所述电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间通过式(1)计算得出；

$V_t=V_0+(V_u-V_0)\×[1-e^{\frac{-t}{\mathrm{RC}}}]---\left(1\right)$

式(1)中，t为电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间，V₀为第一电容C1上的初始电压值，V_u为第一电容C1充满电时的终止电压值，V_t为电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲时第一电容C1上的电压值，R为第一电阻R1的阻值，C为第一电容C1的电容值。