CN109474171A - 控制电路和电源管理芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种控制电路和电源管理芯片。其中，通过软启动电路中的斜率检测电路对限流控制环路的输出至负载的信号进行斜率检测，并根据检测结果实现对限流控制环路的输出信号的反馈调节，从而使得软启动过程中输出至负载的电信号大小变化平滑，无浪涌电流，确保软启过程中的电路安全，且软启动时间不受负载的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，具体而言，涉及一种控制电路和电源管理芯片。
背景技术
软启动电路作为电源管理芯片的重要构成模块，能够保证电路在启动时不产生过大的过冲电压和浪涌电流，从而减小对功率器件的冲击，延长电路的使用寿命。经发明人研究发现，现有的软启动电路中，如果软启时间可控(与负载无关)，则软启过程中会产生浪涌电流，严重缩短器件寿命；但如果严格限制了电流，则软启时间受负载影响较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种控制电路和电源管理芯片，能够有效解决上述问题。
一方面，本发明较佳实施例提供一种控制电路，包括限流控制环路、斜率检测电路、误差放大电路和反馈控制电路；
所述斜率检测电路的输入端与所述限流控制环路的输出端连接、输出端与所述误差放大电路的输入端连接，所述误差放大电路的输出端与所述反馈控制电路的输入端连接，所述反馈控制电路的输出端与所述限流控制环路的输入端连接，所述限流控制环路的输出端还与负载连接；
其中，所述斜率检测电路用于对所述限流控制环路输出至所述负载的信号进行斜率检测并将检测到的斜率信号输出至所述误差放大电路；所述误差放大电路用于对所述斜率信号进行放大处理并将处理结果输入至所述反馈控制电路；所述反馈控制电路用于根据所述误差放大电路输入的信号大小调整输出至所述限流控制环路的信号大小；所述限流控制环路用于根据所述反馈控制电路输入的信号大小对输出的信号大小进行控制以确保提供给所述负载的电流变化可控。
可选地，所述斜率检测电路包括电压输出微分器或电流输出微分器。
可选地，所述斜率检测电路包括电压输出微分器，该电压输出微分器包括第一电容(C1)、第一电阻(R1)和第一电压放大器(F1)；
所述第一电容(C1)连接于所述限流控制环路的输出端和所述第一电压放大器(F1)的输入端之间，所述第一电阻(R1)连接于所述第一电压放大器(F1)的输入端与输出端之间，所述第一电压放大器(F1)的输出端与所述误差放大电路的输入端连接。
可选地，所述斜率检测电路还包括斜率增强电路、第一开关(K1)、第二开关(K2)、采样电容(Csh)和振荡电路(SW)；
所述第一电容(C1)连接于所述斜率增强电路的输出端与第一电压放大器(F1)的输入端之间，所述斜率增强电路的输入端与所述限流控制环路的输出端连接；
所述第一开关(K1)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第一电压放大器(F1)的输入端连接、输出端与所述第一电压放大器(F1)的输出端连接；
所述第二开关的(K2)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第一电压放大器(F1)的输出端连接、输出端与所述采样电容(Csh)的一端以及所述误差放大电路的输入端分别连接，所述采样电容(Csh)的另一端接地；
其中，当所述振荡电路(SW)的输出信号为第一电平信号时，所述第一开关(K1)闭合，所述第二开关(K2)断开，所述斜率检测电路的输出电压为所述采样电容(Csh)上的电压值；
当所述振荡电路(SW)的输出信号为第二电平信号时，所述第一开关(K1)断开，所述第二开关(K2)闭合，所述采样电容(Csh)对所述斜率检测电路的输入电压进行采样保存。
可选地，所述斜率增强电路包括第二电容(C2)、固定增益放大器、第三开关(K3)、第四开关(K4)；
所述第二电容(C2)连接于所述限流控制环路的输出端与所述固定增益放大器的输入端之间；
所述第三开关(K3)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述固定增益放大器的输入端连接、输出端与所述固定增益放大器的输出端连接；
所述第四开关(K4)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端外接偏置电压源、输出端与所述固定增益放大器的输入端连接。
可选地，所述固定增益放大器还包括第三电容(C3)、第四电容(C4)和第二电压放大器(F2)；
所述第二电容(C2)连接于所述限流控制环路的输出端与所述第二电压放大器(F2)的第一输入端之间；所述第三电容(C3)连接于所述偏置电压源与所述第二电压放大器(F2)的第二输入端之间；所述第四电容(C4)连接于所述第二电压放大器(F2)的第二输入端与输出端之间；
所述第三开关(K3)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第二电压放大器(F2)的第二输入端连接、输出端与所述第二电压放大器(F2)的输出端连接；
所述第四开关(K4)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述偏置电压源连接、输出端与所述第二电压放大器(F2)的第一输入端连接。
可选地，所述固定增益放大器包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第三电压放大器(F3)；
所述第二电容(C2)连接于所述限流控制环路的输出端与所述第三电压放大器(F3)的第一输入端之间；所述第二电阻(R2)连接于所述偏置电压源与所述第三电压放大器(F3)的第二输入端之间；所述第三电阻(R3)连接于所述第三电压放大器(F3)的第二输入端与输出端之间；
所述第三开关(K3)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第三电压放大器(F3)的第二输入端连接、输出端与所述第三电压放大器(F3)的输出端连接；
所述第四开关(K4)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述偏置电压源连接、输出端与所述第三电压放大器(F3)的第一输入端连接。
可选地，所述误差放大电路包括电压误差放大器，所述电压误差放大器的输入端与所述第一电压放大器(F1)的输出端连接、输出端与所述反馈控制电路的输入端连接。
可选地，所述斜率检测电路包括电流沉输出微分器，该电流沉输出微分器包括第五电容(C5)、第一跨导放大器(OTA1)、第一电流源(I1)、第一MOS管(M1)和第二MOS管(M2)；
所述第五电容(C5)连接于与所述限流控制环路的输出端与所述第一跨导放大器(OTA1)的输入端之间；
所述第一MOS管(M1)的栅极(G1)与所述第一跨导放大器(OTA1)的输出端连接、漏极(D1)与所述第一电流源(I1)的输入端连接、源极(S1)接地；
所述第二MOS管(M2)的栅极(G2)与所述第一跨导放大器(OTA1)的输出端连接、漏极(D2)与所述误差放大电路的输入端连接、源极(S2)接地；
所述第一电流源(I1)的输入端外接工作电压源(VDD)、输出端与所述第一跨导放大器(OTA1)的输入端连接。
可选地，所述误差放大电路包括第二电流源(I2)；
所述第二电流源(I2)的输入端外接工作电压源(VDD)、输出端分别与所述第二MOS管(M2)的漏极(D2)以及所述反馈控制电路的输入端连接。
可选地，所述斜率检测电路包括电流源输出微分器，该电流源输出微分器包括第六电容(C6)、第二跨导放大器(OTA2)、第三电流源(I3)、第三MOS管(M3)和第四MOS管(M4)；
所述第六电容(C6)连接于所述限流控制环路的输出端与所述第二跨导放大器(OTA2)的输入端之间；所述第三电流源(I3)的输入端与所述第二跨导放大器(OTA2)的输入端连接、输出端接地；
所述第三MOS管(M3)的栅极与所述第二跨导放大器(OTA2)的输出端连接、漏极(D3)外接工作电压源(VDD)、源极(S3)与所述第三电流源(I3)的输入端连接；
所述第四MOS管(M4)的栅极(G4)与所述第二跨导放大器(OTA2)的输出端连接、漏极(D3)外接工作电压源(VDD)、源极(S4)与所述误差放大电路的输入端连接。
可选地，所述误差放大电路包括第四电流源(I4)；
所述第四MOS管(M4)的源极(S4)与所述第四电流源(I4)的输入端以及所述反馈控制电路的输入端连接、输出端外接工作电压源(VDD)。
可选地，所述反馈控制电路包括压控电流源。
可选地，所述压控电流源包括第五MOS管(M5)；
所述第五MOS管(M5)的栅极(G5)与所述误差放大电路的输出端连接、漏极(D5)与所述限流控制环路的输入端连接、源极(S5)外接工作电压源(VDD)；或者，
所述第五MOS管(M5)的栅极(G5)与所述误差放大电路的输出端连接、漏极(D5)与所述限流控制环路的输入端连接、源极(S5)接地。
另一方面，本发明较佳实施例还提供给一种电源管理芯片，该电源管理芯片上集成有上述的控制电路。
与现有技术相比，本发明提供一种控制电路和电源管理芯片，其中，可通过斜率检测电路实现对软启过程中的输入至负载的电信号的进行斜率检测，并根据检测结果实现对输入至软启环路中的电信号大小进行的反馈控制，从而使得软启动过程中的电信号大小的变化平滑，无浪涌电流，确保软启过程中的电路安全，延长电路中各器件的使用寿命，同时，软启动时间不受负载的影响。
另外，本发明对于长软启时间，可通过增大斜率以减小电容面积，提高电源管理芯片的集成度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1(a)和图1(b)为现有技术中的电压环路启动以及电流环路启动的电路结构示意图。
图2为本发明实施例提供的控制电路的电路结构示意图。
图3为图2中所示的限流控制环路的电路结构示意图。
图4为图2中所示的斜率检测电路的电路结构示意图。
图5为图4中所示的斜率检测电路的另一电路结构示意图。
图6为图5中所示的斜率检测电路的工作原理示意图。
图7为图4中所示的斜率检测电路的又一电路结构示意图。
图8为图7中所示的斜率增强电路的工作原理示意图。
图9为图7中所示的固定增益放大器的电路结构示意图。
图10为图7中所示的固定增益放大器的另一电路结构示意图。
图11为图7中所示的固定增益放大器的又一电路结构示意图。
图12为图2中所示的斜率检测电路的又一电路结构示意图。
图13为图2中所示的斜率检测电路的又一电路结构示意图。
图14为图12中所示的具有斜率增强电路的斜率检测电路的电路结构示意图。
图15为图2中所示的误差放大电路的电路结构示意图。
图16为图12中所示的斜率检测电路与误差放大电路的电路连接结构示意图。
图17为图13中所示的斜率检测电路与误差放大电路的电路连接结构示意图。
图18为图2中所示的反馈控制电路的电路结构示意图。
图19为图2中所示的反馈控制电路的另一电路结构示意图。
图20为图2中所示的控制电路的另一电路结构示意图。
图标：10-控制电路；11-限流控制环路；12-斜率检测电路；120-电压输出微分器；121-电流沉输出微分器；122-电流源输出微分器；123-斜率增强电路；1230-固定增益放大器；13-误差放大电路；14-反馈控制电路；20-负载。
具体实施方式
首先，如图1所示，为现有技术中在软启动过程中常用的电压环路启动电路和电流环路启动电路。具体地，图1(a)中所示的电压环路软启动电路，由于芯片内部电容限制，在软启动阶段，输入电压Vout与基准电压Vref的关系为Vout＝k·Vref，即可通过缓慢上升的基准电压控制输出电压同步爬升。其中，虽然这种方法的优点是软启时间Tss与负载情况无关，如Tss＝Vref_tar/Vstep·Tstep，但是当基准电压发生跳变的瞬间会产生浪涌电流Ipeak，如Ipeak＝k·Vstep/Rout+Iload，加之电源的等效输出电阻Rout通常比较小，因此一旦负载电流Iload较大，Ipeak有可能会超出器件承受的范围。应注意的是，图1(a)和图1(b)中的Cload和Iload为负载，Tstep为软启过程中的爬升时间，Vstep为Tstep中的电压爬升量，Vref_star为软启完成时的基准电压的终值，Vout_star为软启完成时的输出电压的终值。
而图1(b)中所示的电流环路软启动电路，在软启阶段输出电流Iout为Iout＝Ilimit，Ilimit为电流环路中的最大输出电流。其中，可通过限定启动阶段的输出电流Iout实现恒流启动，虽然这种方法的优点是启动电流可控，不会超过Ilimit，但是软启动的时间Tss与Vout的终值以及负载相关，如Tss＝Vout_tar·Cload/(Ilimit-Iload)，因此，当负载不同时，软启时间也会不同。
从对上述两种软启动方案的分析中可以得出，如果软启时间可控(与负载无关)，则软启过程中会产生浪涌电流，从而可能缩短器件寿命；如果严格限制了输出电流，虽然不会出现浪涌电流，但会使得软启时间受负载影响大。因此，针对现有技术中给出的两种软启动方案的局限性，本发明实施例提供一种控制电路10和电源管理芯片，以使得软启动过程中的输出至负载20的信号大小变化平滑，无浪涌电流，避免器件损坏，且软启动时间不受负载20的影响。
具体地，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一、第二、第三、第四等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2所示，本发明实施例提供的控制电路10包括限流控制环路11、斜率检测电路12、误差放大电路13和反馈控制电路14。所述斜率检测电路12的输入端与所述限流控制环路11的输出端连接、输出端与所述误差放大电路13的输入端连接，所述误差放大电路13的输出端与所述反馈控制电路14的输入端连接，所述反馈控制电路14的输出端与所述限流控制环路11的输入端连接，所述限流控制环路11的输出端还与负载20连接。
与现有技术相比，在本实施例给出的上述控制电路10中，可通过所述斜率检测电路12检测软启过程中，所述限流控制环路11输出至所述负载20的输出信号的斜率(如电压斜率或电流斜率)，当所述限流控制环路11的输出信号的斜率偏大时，所述斜率检测电路12的输出升高，所述误差放大电路13的输出降低，那么所述反馈控制电路14的输出随之减小，进而控制所述限流控制环路11减小输出至所述负载20的电流信号或电压信号以实现反馈调节；反之，若所述限流控制环路11的输出信号的斜率偏小时，所述斜率检测电路12的输出降低，所述误差放大电路13的输出升高，所述反馈控制电路14的输出随之增大，进而控制所述限流控制环路11增大输出至所述负载20的电流信号或电压信号以实现反馈调节。由前述描述可以看出，本实施例给出的控制电路可在软启动过程中，使得所述限流控制环路11输出至负载20的信号大小变化平滑，无浪涌电流，以确保软启过程中的电路安全，延长电路中各器件的使用寿命，同时还可使得软启动时间不受负载20的影响。
详细地，假设由所述反馈控制电路14输出至所述限流控制环路11的信号为Ifb，所述限流控制环路11输出的电流信号为Iout，且限流环路中的镜像系数为m，那么如图3所示有：所述限流控制环路11中的检测电流Isense可按照比例m实现镜像电流Isense的输出，如Isense＝Iout/m。其中，在软启动过程中，若Iout偏大，则Isense偏大，可控制参考电压Vreg变小，进而控制Iout减小；反之，若Iout偏小，则Isense偏小，Vreg变大，可控制控制Iout增大，形成限流控制环路，控制Isense＝Ifb，从而使得Iout＝m·Ifb。
需要说明的是，在本实施例中，所述反馈控制电路14的输出信号Ifb的下限可以为但不限于0，上限为Ilimit/m，且在所述反馈控制电路14的调节下，所述限流控制环路11的输出可以有dVout/dt＝Vref/k或dVout/dt＝Iref/k，其中，Iref为基准电流，另外，图3中所示的I01和I02为压控电流源，VDD为工作电压源。
进一步地，根据实际需求的不同，所述斜率检测电路12可以为电压输出微分器120或电流输出微分器以实现对输入信号的斜率检测，如电流沉输出微分器121或电流源输出微分器122等，下面对不同类型的所述斜率检测电路12进行一一介绍。
(1)当所述斜率检测电路12为电压输出微分器120时，如图4所示，所述电压输出微分器120可包括第一电容C1、第一电阻R1和第一电压放大器F1；其中，所述第一电容C1连接于所述限流控制环路11的输出端和所述第一电压放大器F1的输入端之间，所述第一电阻R1连接于所述第一电压放大器F1的输入端与输出端之间，所述第一电压放大器F1的输出端与所述误差放大电路13的输入端连接。可以理解的是，所述电压输出微分器120的输出电压Vout＝Vb-RC·dVin/dt，其中，Vb为第一电压放大器F1的正向输入电压值(一般可通过偏置电压源提供)，R为第一电阻R1的阻值，C为第一电容C1的电容值，Vin为所述限流控制环路11输出至所述第一电容C1的输出电压值，t为软启时间。
可选地，在实际实施时，当需要的软启时间较长，或所述限流控制环路11输出的信号斜率过低时，产生同样的变化需要更大的电容，因此为了节省芯片面积，如图5所示，所述斜率检测电路12还可包括斜率增强电路123、第一开关K1、第二开关K2、采样电容Csh和振荡电路SW。其中，所述第一电容C1连接于所述斜率增强电路123的输出端与第一电压放大器F1的输入端之间，所述斜率增强电路123的输入端与所述限流控制环路的输出端连接；所述第一开关K1的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端与所述第一电压放大器F1的输入端连接、输出端与所述第一电压放大器F1的输出端连接；所述第二开关的K2的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端与所述第一电压放大器F1的输出端连接、输出端与所述采样电容Csh的一端以及所述误差放大电路13的输入端分别连接，所述采样电容Csh的另一端接地。
其中，请结合参阅图6，当所述振荡电路SW的输出信号为第一电平信号时，所述第一开关K1闭合，所述第二开关K2断开，所述斜率检测电路12的输出电压为所述采样电容Csh上的电压值，即图5中所示的Vout2为所述采样电容Csh上的电压值；当所述振荡电路SW的输出信号为第二电平信号时，所述第一开关K1断开，所述第二开关K2闭合，所述采样电容Csh对所述斜率检测电路12的输入电压进行采样保存，即所述斜率检测电路通过对输入的斜率信号进行微分处理，并在将微分结果作为Vout2进行输出的同时，将微分结果存储在所述采样电容Csh上。由前述过程可以看出，通过所述第一开关K1、第二开关K2、采样电容Csh和振荡电路SW的设置可以实现对斜率检测电路12上的输出信号的同步处理，从而进一步提高所述控制电路10的控制精度。
可以理解的是，所述第一电平信号或所述第二电平信号可以为但不限于高电平信号或低电平信号。另外，应注意的是，本发明实施例中提到的振荡电路SW均是为对应的电路器件提供控制信号，如高电平信号或低电平信号，本实施例在此不做限制。
可选地，如图7所示，所述斜率增强电路123还可包括第二电容C2、固定增益放大器1230、第三开关K3、第四开关K4。其中，所述第二电容C2连接于所述限流控制环路11的输出端与所述固定增益放大器1230的输入端之间；所述第三开关K3的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端与所述固定增益放大器1230的输入端连接、输出端与所述固定增益放大器1230的输出端连接；所述第四开关K4的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端外接偏置电压源Vb、输出端与所述固定增益放大器1230的输入端连接。
其中，请结合参阅图8，在图7中给出的斜率检测电路12中，当所述振荡器SW输出至所述第三开关K3和所述第四开关K4上信号为高电平信号(或低电平信号)时，所述第三开关K3和所述第四开关K4闭合，Vout1＝Vb；当所述振荡器SW输出至所述第三开关K3和所述第四开关K4上信号为低电平信号(或高电平信号)时，所述第三开关K3和所述第四开关K4断开，dVout1/dt＝A*dVin1/dt，其中，A为所述固定增益放大器的增益值，且A可为正或负。
进一步地，在实际实施时，所述固定增益放大器1230的电路结构可根据实际需求进行灵活设计，例如，如图9所示，所述固定增益放大器1230可包括第三电容C3、第四电容C4和第二电压放大器F2。其中，所述第二电容C2连接于所述限流控制环路11的输出端与所述第二电压放大器F2的第一输入端之间；所述第三电容C3连接于所述偏置电压源Vb与所述第二电压放大器F2的第二输入端之间；所述第四电容C4连接于所述第二电压放大器F2的第二输入端与输出端之间；所述第三开关K3的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端与所述第二电压放大器F2的第二输入端连接、输出端与所述第二电压放大器F2的输出端连接；所述第四开关K4的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端与所述偏置电压源Vb连接、输出端与所述第二电压放大器F2的第一输入端连接。
又例如，如图9所示，所述固定增益放大器1230还可包括第二电阻R2、第三电阻R3和第三电压放大器F3。其中，所述第二电容C2连接于所述限流控制环路11的输出端与所述第三电压放大器F3的第一输入端之间；所述第二电阻R2连接于所述偏置电压源Vb与所述第三电压放大器F3的第二输入端之间；所述第三电阻R3连接于所述第三电压放大器F3的第二输入端与输出端之间；所述第三开关K3的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端与所述第三电压放大器F3的第二输入端连接、输出端与所述第三电压放大器F3的输出端连接；所述第四开关K4的第一输入端与所述振荡电路SW连接、第二输入端与所述偏置电压源连接、输出端与所述第三电压放大器F3的第一输入端连接。
可以理解的是，除上述给出的通过电阻、电容和运算放大器构成的固定增益放大器1230之外，所述固定增益放大器1230还可以如图11所示，本实施例在此不做限制。
(2)当所述斜率检测电路12包括电流沉输出微分器121时，如图12所示，该电流沉输出微分器121可以包括第五电容C5、第一跨导放大器OTA1、第一电流源I1、第一MOS管M1和第二MOS管M2。其中，所述第五电容C5连接于与所述限流控制环路11的输出端与所述第一跨导放大器OTA1的输入端之间；所述第一MOS管M1的栅极G1与所述第一跨导放大器OTA1的输出端连接、漏极D1与所述第一电流源I1的输入端连接、源极S1接地；所述第二MOS管M2的栅极G2与所述第一跨导放大器OTA1的输出端连接、漏极D2与所述误差放大电路13的输入端连接、源极S2接地；所述第一电流源I1的输入端外接工作电压源VDD、输出端与所述第一跨导放大器OTA1的输入端连接。
需要说明的是，在图12所示的斜率检测电路12中，所述第一MOS管M1和所述第二MOS管M2的放大倍数的比值可为1：n。另外，所述斜率检测电路的输出电流为Iout＝n(Ib+C·dVin/dt)，其中，C为第五电容C5的电容值，Ib为第一电流源I1上的输出电流值，Vin为限流控制环路11输出至所述斜率检测电路12的电压值，t为软启时间。
(3)当所述斜率检测电路12包括电流源输出微分器122时，如图13所示，该电流源输出微分器122可以包括第六电容C6、第二跨导放大器OTA2、第三电流源I3、第三MOS管M3和第四MOS管M4。其中，所述第六电容C6连接于所述限流控制环路11的输出端与所述第二跨导放大器OTA2的输入端之间；所述第三电流源I3的输入端与所述第二跨导放大器OTA2的输入端连接、输出端接地；所述第三MOS管M3的栅极G3与所述第二跨导放大器OTA2的输出端连接、漏极D3外接工作电压源VDD、源极S3与所述第三电流源I3的输入端连接；所述第四MOS管M4的栅极G4与所述第二跨导放大器OTA2的输出端连接、漏极D3外接工作电压源VDD、源极S4与所述误差放大电路13的输入端连接。
在此需要注意的是，当所述斜率检测电路12为图12或图13中所示的电流输出微分器时，与所述电压输出微分器类似，所述斜率检测电路12还可包括如图5或图7中所示的斜率增强电路123，从而放大由所述限流控制环路11输入至所述斜率检测电路12中的斜率信号，节省芯片面积。具体地，图14所示为在图12中所示的所述电流沉输出微分器121中增加斜率增强电路123后的电路结构示意图，其中，关于图14所示的斜率检测电路12的工作原理可参照前述对所述电压输出微分器120的详细描述，本实施例在此不再赘述。
进一步地，在实际实施时，根据前级的斜率检测电路12输出的信号类型的不同，所述误差放大电路13可以为电压误差放大电路或电流误差放大电路。
例如，当所述斜率检测电路12包括电压输出微分器120时，如图15所示，所述误差放大电路13可以包括电压误差放大器，所述电压误差放大器的输入端与所述第一电压放大器F1的输出端连接、输出端与所述反馈控制电路14的输入端连接。可选地，所述电压误差放大器的类型可根据实际需求进行灵活选取，本实施例在此不做限制。
又例如，当所述斜率检测电路12包括电流沉输出微分器121时，如图16所示，所述误差放大电路13包括第二电流源I2；所述第二电流源I2的输入端外接工作电压源VDD、输出端分别与所述第二MOS管M2的漏极D2以及所述反馈控制电路14的输入端连接。其中，所述第二电流源I2提供的电流为基准电流Iref。
又例如，当所述斜率检测电路12包括电流源输出微分器122时，如图17所示，所述误差放大电路13包括第四电流源I4；所述第四MOS管M4的源极S4与所述第四电流源I4的输入端以及所述反馈控制电路14的输入端连接、输出端外接工作电压源VDD。其中，所述第四电流源I4提供的电流为基准电流Iref。
进一步地，根据实际需求，所述反馈控制电路14可以包括如图18中所示的压控电流源或图19中所示的MOS管中的一个，以实现对所述限流控制环路的反馈控制。在此以所述反馈控制电路为MOS管为例，该MOS管可包括第五MOS管M5。其中，如图19(a)所示，所述第五MOS管M5的栅极G5与所述误差放大电路13的输出端连接、漏极D5与所述限流控制环路11的输入端连接、源极S5外接工作电压源VDD。
或者，如图19(b)所示，所述第五MOS管M5的栅极G5与所述误差放大电路13的输出端连接、漏极D5与所述限流控制环路的输入端连接、源极S5接地。
基于对所述控制电路10的设计和描述，如图20所示，为本发明实施给出的所述控制电路10的详细电路结构示意图之一，其中，关于图20中所示的控制电路的工作原理可参照前述描述，本实施例在此不再赘述。
进一步地，基于对上述控制电路10的设计和描述，本发明实施例还提供一种电源管理芯片，该电源管理芯片包括上集成有上述的控制电路10。其中，可以理解的是，由于所述电源管理芯片具有与上述控制电路10相同的技术特征，因此，关于所述电源管理芯片的描述可参照前述对控制电路10的详细描述，本实施例在此不再赘述。
综上所述，本发明提供一种控制电路10和电源管理芯片，其中，可通过斜率检测电路12实现对软启过程中输入至负载20的电信号的斜率检测，并根据检测结果对输入至软启环路中的电信号进行反馈控制，从而使得软启动过程中电信号的大小变化平滑，无浪涌电流，确保软启过程中的电路安全，延长电路中各器件的使用寿命，同时，软启动时间不受负载的影响。
另外，本发明对于长软启时间，可通过增大斜率以减小电容面积，提高电源管理芯片的集成度。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种控制电路，其特征在于，包括限流控制环路、斜率检测电路、误差放大电路和反馈控制电路；
所述斜率检测电路的输入端与所述限流控制环路的输出端连接、输出端与所述误差放大电路的输入端连接，所述误差放大电路的输出端与所述反馈控制电路的输入端连接，所述反馈控制电路的输出端与所述限流控制环路的输入端连接，所述限流控制环路的输出端还与负载连接；
其中，所述斜率检测电路用于对所述限流控制环路输出至所述负载的信号进行斜率检测并将检测到的斜率信号输出至所述误差放大电路；所述误差放大电路用于对所述斜率信号进行放大处理并将处理结果输入至所述反馈控制电路；所述反馈控制电路用于根据所述误差放大电路输入的信号大小调整输出至所述限流控制环路的信号大小；所述限流控制环路用于根据所述反馈控制电路输入的信号大小对输出的信号大小进行调节控制以确保提供给所述负载的电流变化可控。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述斜率检测电路包括电压输出微分器或电流输出微分器。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述斜率检测电路包括电压输出微分器，该电压输出微分器包括第一电容(C1)、第一电阻(R1)和第一电压放大器(F1)；
所述第一电容(C1)连接于所述限流控制环路的输出端和所述第一电压放大器(F1)的输入端之间，所述第一电阻(R1)连接于所述第一电压放大器(F1)的输入端与输出端之间，所述第一电压放大器(F1)的输出端与所述误差放大电路的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述斜率检测电路还包括斜率增强电路、第一开关(K1)、第二开关(K2)、采样电容(Csh)和振荡电路(SW)；
所述第一电容(C1)连接于所述斜率增强电路的输出端与第一电压放大器(F1)的输入端之间，所述斜率增强电路的输入端与所述限流控制环路的输出端连接；
所述第一开关(K1)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第一电压放大器(F1)的输入端连接、输出端与所述第一电压放大器(F1)的输出端连接；
所述第二开关的(K2)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第一电压放大器(F1)的输出端连接、输出端与所述采样电容(Csh)的一端以及所述误差放大电路的输入端分别连接，所述采样电容(Csh)的另一端接地；
其中，当所述振荡电路(SW)的输出信号为第一电平信号时，所述第一开关(K1)闭合，所述第二开关(K2)断开，所述斜率检测电路的输出电压为所述采样电容(Csh)上的电压值；
当所述振荡电路(SW)的输出信号为第二电平信号时，所述第一开关(K1)断开，所述第二开关(K2)闭合，所述采样电容(Csh)对所述斜率检测电路的输入电压进行采样保存。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述斜率增强电路包括第二电容(C2)、固定增益放大器、第三开关(K3)、第四开关(K4)；
所述第二电容(C2)连接于所述限流控制环路的输出端与所述固定增益放大器的输入端之间；
所述第三开关(K3)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述固定增益放大器的输入端连接、输出端与所述固定增益放大器的输出端连接；
所述第四开关(K4)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端外接偏置电压源、输出端与所述固定增益放大器的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述固定增益放大器还包括第三电容(C3)、第四电容(C4)和第二电压放大器(F2)；
所述第二电容(C2)连接于所述限流控制环路的输出端与所述第二电压放大器(F2)的第一输入端之间；所述第三电容(C3)连接于所述偏置电压源与所述第二电压放大器(F2)的第二输入端之间；所述第四电容(C4)连接于所述第二电压放大器(F2)的第二输入端与输出端之间；
所述第三开关(K3)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第二电压放大器(F2)的第二输入端连接、输出端与所述第二电压放大器(F2)的输出端连接；
所述第四开关(K4)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述偏置电压源连接、输出端与所述第二电压放大器(F2)的第一输入端连接。
7.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述固定增益放大器包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第三电压放大器(F3)；
所述第二电容(C2)连接于所述限流控制环路的输出端与所述第三电压放大器(F3)的第一输入端之间；所述第二电阻(R2)连接于所述偏置电压源与所述第三电压放大器(F3)的第二输入端之间；所述第三电阻(R3)连接于所述第三电压放大器(F3)的第二输入端与输出端之间；
所述第三开关(K3)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述第三电压放大器(F3)的第二输入端连接、输出端与所述第三电压放大器(F3)的输出端连接；
所述第四开关(K4)的第一输入端与所述振荡电路(SW)连接、第二输入端与所述偏置电压源连接、输出端与所述第三电压放大器(F3)的第一输入端连接。
8.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述误差放大电路包括电压误差放大器，所述电压误差放大器的输入端与所述第一电压放大器(F1)的输出端连接、输出端与所述反馈控制电路的输入端连接。
9.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述斜率检测电路包括电流沉输出微分器，该电流沉输出微分器包括第五电容(C5)、第一跨导放大器(OTA1)、第一电流源(I1)、第一MOS管(M1)和第二MOS管(M2)；
所述第五电容(C5)连接于与所述限流控制环路的输出端与所述第一跨导放大器(OTA1)的输入端之间；
所述第一MOS管(M1)的栅极(G1)与所述第一跨导放大器(OTA1)的输出端连接、漏极(D1)与所述第一电流源(I1)的输入端连接、源极(S1)接地；
所述第二MOS管(M2)的栅极(G2)与所述第一跨导放大器(OTA1)的输出端连接、漏极(D2)与所述误差放大电路的输入端连接、源极(S2)接地；
所述第一电流源(I1)的输入端外接工作电压源(VDD)、输出端与所述第一跨导放大器(OTA1)的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述误差放大电路包括第二电流源(I2)；
所述第二电流源(I2)的输入端外接工作电压源(VDD)、输出端分别与所述第二MOS管(M2)的漏极(D2)以及所述反馈控制电路的输入端连接。
11.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述斜率检测电路包括电流源输出微分器，该电流源输出微分器包括第六电容(C6)、第二跨导放大器(OTA2)、第三电流源(I3)、第三MOS管(M3)和第四MOS管(M4)；
所述第六电容(C6)连接于所述限流控制环路的输出端与所述第二跨导放大器(OTA2)的输入端之间；所述第三电流源(I3)的输入端与所述第二跨导放大器(OTA2)的输入端连接、输出端接地；
所述第三MOS管(M3)的栅极与所述第二跨导放大器(OTA2)的输出端连接、漏极(D3)外接工作电压源(VDD)、源极(S3)与所述第三电流源(I3)的输入端连接；
所述第四MOS管(M4)的栅极(G4)与所述第二跨导放大器(OTA2)的输出端连接、漏极(D3)外接工作电压源(VDD)、源极(S4)与所述误差放大电路的输入端连接。
12.根据权利要求11所述的控制电路，其特征在于，所述误差放大电路包括第四电流源(I4)；
所述第四MOS管(M4)的源极(S4)与所述第四电流源(I4)的输入端以及所述反馈控制电路的输入端连接、输出端外接工作电压源(VDD)。
13.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述反馈控制电路包括压控电流源或MOS管中的一个。
14.根据权利要求13所述的控制电路，其特征在于，所述MOS管为第五MOS管(M5)；
所述第五MOS管(M5)的栅极(G5)与所述误差放大电路的输出端连接、漏极(D5)与所述限流控制环路的输入端连接、源极(S5)外接工作电压源(VDD)；或者，
所述第五MOS管(M5)的栅极(G5)与所述误差放大电路的输出端连接、漏极(D5)与所述限流控制环路的输入端连接、源极(S5)接地。
15.一种电源管理芯片，其特征在于，该电源管理芯片上集成有上述权利要求1-14中任一项所述的控制电路。
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