CN108646842B - 一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路 - Google Patents

Abstract

一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路，属于集成电路技术领域。本发明提出的软启动电路的启动过程分为两个阶段：自启动阶段和稳定阶段，自启动阶段中软启动电路的输出电流随着电源电压的增加逐渐增大；稳定阶段中软启动电路的输出电流根据反馈回路进行调整，使得软启动电路的输出电流逐渐增大，不会发生瞬变，最终达到设定的电流值，实现了平稳无过冲的软启动切换。本发明产生的输出电流实现了平稳无过冲的电流切换，有效规避了输出电流过冲的问题，实现了无过冲的软启动的目的；另外由于采用共源共栅电流镜结构减小了对电源电压的依赖，提升了软启动电路的共源抑制比；能够使得基准电压迅速建立，保证了带隙基准源电路的稳定性。

Description

一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种无过冲软启动电路，可以适用于带隙基准源。

背景技术

电压基准源是各种DC-DC变换器中不可或缺的核心模块，为其他电路模块提供具有零温度系数的基准电压，其性能优劣直接影响整个电源系统的稳定性，在设计基准源电路时，为了避免基准电路上电后处于零电流的状态，减小由失调电压和失调电流带来的不良影响，可以增加一个启动电路模块，以保证基准电路在出现扰动后仍能安全稳定的工作。

常规的启动电路是通过提供启动电压从而使受控电路脱离零电流的状态，但是这样的启动电流是不受控制的，且在启动阶段会使启动电流出现过冲的现象，使得受控电路在启动初期很不稳定。同样，常规的利用大电阻或大电容的启动方式也存在上述问题。

发明内容

针对上述传统启动电路存在的启动电流不受控导致受控电路不稳定的问题，本发明提出一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路，能够使启动电流保持相对稳定。

本发明的技术方案是：

一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路，包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R₁、第二电阻R_S和第三电阻R_C，

第一三极管Q1的基极连接第二PMOS管MP2的漏极并通过第一电阻R₁后连接第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的基极，其发射极连接第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5和第六三极管Q6的发射极并接地GND；

第三三极管Q3的基极连接第二三极管Q2的集电极、第四PMOS管MP4的漏极和第三电阻R_C的一端，其集电极连接第一电容C1的一端、第五三极管Q5和第六三极管Q6的基极以及第四三极管Q4的基极和集电极并通过第二电阻R_S后连接电源电压V_CC；

第三电阻R_C的另一端连接第一电容C1的另一端；

第八PMOS管MP8的栅极连接第七PMOS管MP7的漏极、第六三极管Q6的集电极以及第一PMOS管MP1、第三PMOS管MP3和第六PMOS管MP6的栅极并通过第二电容C2后连接电源电压V_CC，其漏极连接第九PMOS管MP9的源极，其源极连接第一PMOS管MP1、第三PMOS管MP3、第五PMOS管MP5和第六PMOS管MP6的源极并连接电源电压V_CC；

第九PMOS管MP9的栅极连接第五三极管Q5的集电极、第五PMOS管MP5的栅极和漏极以及第二PMOS管MP2、第四PMOS管MP4和第七PMOS管MP7的栅极，其漏极作为所述无过冲软启动电路的输出端；

第一PMOS管MP1的漏极连接第二PMOS管MP2的源极，第三PMOS管MP3的漏极连接第四PMOS管MP4的源极，第六PMOS管MP6的漏极连接第七PMOS管MP7的源极。

本发明的有益效果为：本发明产生的输出电流实现了平稳无过冲的电流切换，有效规避了输出电流过冲的问题，实现了无过冲的软启动的目的；由于采用共源共栅电流镜结构减小了对电源电压V_CC的依赖，提升了软启动电路的共源抑制比；另外在适用于带隙基准源时能够使得基准电压迅速建立，保证了带隙基准源电路的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路的结构示意图。

图2为本发明提出的一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路在自启动阶段时电路中的电流示意图。

图3为本发明提出的一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路在稳定阶段时电路中的电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的阐述。

如图1所示是本发明提出的一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路的结构示意图，其中第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极面积之比为1:N，N可以为4。本发明提出的软启动电路的启动过程分为两个阶段：自启动阶段和稳定阶段。下面结合附图详细说明本发明的工作过程。

自启动阶段中，软启动电路的输出电流为I_S，I_S随着电源电压V_CC的增加逐渐增大，如图2所示是本发明在自启动阶段时电路中的电流示意图，当电源电压V_CC上电后，本发明提出的软启动电路进入自启动阶段，将会有一股电流I_S流过第二电阻R_S和第四三极管Q4，即:

其中V_BE,Q4为第四三极管Q4的基极-发射极电压，从上式可以看出，随着电源电压V_CC的增加，电流I_S逐渐增加，由于第四三极管Q4分别与第五三极管Q5和第六三极管Q6镜像，此时流过第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6和第七PMOS管MP7上的电流也为I_S，经由第六PMOS管MP6和第七PMOS管MP7组成的共源共栅结构镜像，那么初期流过第一PMOS管MP1与第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3与第四PMOS管MP4、第八PMOS管MP8与第九PMOS管MP9上的电流I_S也逐渐增加。

在第一三极管Q1与第一电阻R₁组成的环路中存在一个正反馈环路和一个负反馈环路，从A点经过第一电阻R₁到达B点是一个正反馈，其正反馈环路增益为：

A_V,PF＝1

从A点经过第一三极管Q1到达B点是一个负反馈，其负反馈环路增益可表示为：

A_V,NF＝g_m,Q1·R_B＞1

R_B＝r_π,Q2//r_o,Q1//(R₁+r_π,Q1//g_m,MP2r_o,MP2r_o,MP1)＞R1

其中：r_π,Q2为第二三极管Q2的小信号输入电阻，r_O,Q1为第一三极管Q1的输出电阻，r_{π_Q1}为第一三极管Q1的小信号输入电阻，g_m,MP2为第二PMOS管MP2的跨导，r_O,MP2为第二PMOS管MP2的输出电阻，r_O,MP1为第一PMOS管MP1的输出电阻。

可知：由第一电阻R₁和第一三极管Q1组成的环路中，负反馈增益大于正反馈增益，那么当A点电流随着电源电压V_CC增大时，B点的电流会随之减小，那么流过D点的电流增大，使得三极管Q3导通，此时本发明的软启动电路进入稳定阶段。

稳定阶段初期，软启动电路的输出电流根据反馈回路进行调整，使得软启动电路的输出电流逐渐增大，不会发生瞬变，最终达到设定的电流值，实现了平稳无过冲的软启动切换。

当达到最终的稳定状态时，流过的第一三极管Q1与第二三极管Q2上的集电极电流大致相等，发射极电压相等，第一三极管Q1的基极-发射极电压与第二三极管Q2的基极-发射极电压之差为△V_BE，整个软启动电路在稳定阶段最终输出的电流为I_d，即：

ΔV_BE＝V_BE,Q1-V_BE,Q2＝V_T ln4

其中V_BE,Q1为第一三极管Q1的基极-发射极电压，V_BE,Q2为第二三极管Q2的基极-发射极电压，V_T为热电压。

如图3所示是本发明在稳定阶段时电路中的电流示意图，稳定阶段由初期的电流I_S平稳无过冲的过渡到最终所需的电流I_d，其具体分析如下，其中第一三极管Q1的基极记为A点，第一三极管Q1集电极记为B点，第三三极管Q3的基极记为D点，第三三极管Q3的集电极记为E点，第六三极管Q6的集电极记为F点：

由于第三三极管Q3开启，电路进入稳定阶段，此时电流I_S的部分电流将会流向第三三极管Q3，那么流过第四三极管Q4的电流将会减小一部分，经过电流镜像，流过第一PMOS管MP1与第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3与第四PMOS管MP4的电流也会减小，经过环路不断的调整，最终软启动电路输出电流达到稳定值I_d。

本发明提出的软启动电路的环路增益为：A_V＝A_V1·A_V2

A_V1＝(g_m,Q3·R_E)(g_m,Q6·R_A)

A_V2＝(g_m,Q1·R_B-1)(g_m,Q2·R_D)

其中R_A、R_B、R_D和R_E分别是A、B、D和E点的等效电阻，对于R_A、R_B、R_D和R_E的具体表达式如下：

R_A＝R₁//r_π,Q1//g_m,MP2r_o,MP2r_o,MP1≈R₁

R_B＝R₁//r_π,Q2//r_o,Q1≈R₁

其中：g_m,Qi为Qi的跨导，r_π,Qi为Qi的小信号输入电阻，r_O,Qi为Qi的输出电阻，g_m,MPi为MPi的跨导，r_O,MPi为MPi的输出电阻，β为Q3的电流增益，V_A为厄尔利电压，I_C为第二三极管Q2的集电极电流。

可以看出本发明的环路增益比较大，在稳定阶段可以很快地进行很快，使输出电流很快地达到稳定。

综上所述，本发明提出的一种无过冲软启动电路，其产生的输出电流在自启动结构随电源电压VCC的增大而增大，在稳定阶段结合反馈回路进行不断调整达到最终的稳定输出电流，实现了平稳无过冲的电流切换，有效规避了输出电流过冲的问题，实现了无过冲的软启动的目的；此外，本发明提出的软启动电路采用共源共栅电流镜结构减小了对电源电压V_CC的依赖，提升了软启动电路的共源抑制比；而且本发明提出的软启动电路中保持有电流通路，在适用于带隙基准源时能够方便后期基准电压能够迅速建立，保证了带隙基准源电路的稳定性。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种适用于带隙基准源的无过冲软启动电路，其特征在于，包括第一PMOS管(MP1)、第二PMOS管(MP2)、第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第五PMOS管(MP5)、第六PMOS管(MP6)、第七PMOS管(MP7)、第八PMOS管(MP8)、第九PMOS管(MP9)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)、第六三极管(Q6)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电阻(R₁)、第二电阻(R_S)和第三电阻(R_C)，

第一三极管(Q1)的基极连接第二PMOS管(MP2)的漏极并通过第一电阻(R₁)后连接第一三极管(Q1)的集电极和第二三极管(Q2)的基极，其发射极连接第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)和第六三极管(Q6)的发射极并接地(GND)；

第三三极管(Q3)的基极连接第二三极管(Q2)的集电极、第四PMOS管(MP4)的漏极和第三电阻(R_C)的一端，其集电极连接第一电容(C1)的一端、第五三极管(Q5)和第六三极管(Q6)的基极以及第四三极管(Q4)的基极和集电极并通过第二电阻(R_S)后连接电源电压(V_CC)；

第三电阻(R_C)的另一端连接第一电容(C1)的另一端；

第八PMOS管(MP8)的栅极连接第七PMOS管(MP7)的漏极、第六三极管(Q6)的集电极以及第一PMOS管(MP1)、第三PMOS管(MP3)和第六PMOS管(MP6)的栅极并通过第二电容(C2)后连接电源电压(V_CC)，其漏极连接第九PMOS管(MP9)的源极，其源极连接第一PMOS管(MP1)、第三PMOS管(MP3)、第五PMOS管(MP5)和第六PMOS管(MP6)的源极并连接电源电压(V_CC)；

第九PMOS管(MP9)的栅极连接第五三极管(Q5)的集电极、第五PMOS管(MP5)的栅极和漏极以及第二PMOS管(MP2)、第四PMOS管(MP4)和第七PMOS管(MP7)的栅极，其漏极作为所述无过冲软启动电路的输出端；

第一PMOS管(MP1)的漏极连接第二PMOS管(MP2)的源极，第三PMOS管(MP3)的漏极连接第四PMOS管(MP4)的源极，第六PMOS管(MP6)的漏极连接第七PMOS管(MP7)的源极。

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