CN110661411B - 一种用于开关电容转换器软启动控制的电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于开关电容转换器软启动控制的电路与方法，主要解决开关电容转换器启动过程中冲击电流的问题。该电路主要包括利用现有功率管实现软启动的控制电路和软启动完成检测电路；通过控制软启动过程参与导通的开关管的尺寸来限制冲击电流，在软启动完成之后再开启全部功率管参与稳态功率输出，这样的实现方式不需要额外的功率管，控制简单，成本更低。因此，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种用于开关电容转换器软启动控制的电路与方法
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，具体地说，是涉及一种用于开关电容转换器软启动控制的电路与方法。
背景技术
电压转换器可以将输入电压降低或升高固定的转换因子(例如，2：1、4：1、1：3)，以用于电压转换器的负载不需要调节的应用。开关电容转换器代表可以基于这样的固定转换因子来转换电压的一类电压转换器。开关电容转换器与包括典型调节电压转换器的许多其他电压转换器类型相比以低阻抗和高效率运行。开关电容转换器不需要庞大的磁性元件(例如，电感器或变压器)，其导致开关电容转换器的潜在高功率密度。此外，开关电容转换器的开关控制相当简单，特别是与调节电压转换器相比时更是如此，并且开关电容转换器的开关控制不需要用于调节电压转换器的控制器所需的测量传感器。
如图1所示的开关电容转换器电路，稳态工作情况下通过Q1/Q3和Q2/Q4的交替导通实现输出电压（Vout）等于输入电压（Vin）的一半。由于电容（Cfly/C1/C2）的初始电压为0，输入上电之后若直接开启功率管会产生较大的冲击电流。
如图2所示，为了解决启动过程中的冲击电流的问题，现有技术方案是将电容（Cfly/C1/C2）预充至目标电压（这里为输入电压的一半），然后再开启功率开关管。现有方案的问题在于需要额外的预充电功率电路，如果系统需要较强的带载启动能力，只能增加预充电功率电路的面积，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于开关电容转换器软启动控制的电路与方法，主要解决开关电容转换器启动过程中冲击电流的问题，解决现有方案成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于开关电容转换器软启动控制的电路，包括从原开关电容转换器中的功率管Q1、Q2中拆出来并分别与功率管Q1、Q2并联的功率管Q11、Q21，与功率管Q1的栅极G相连的驱动器U3，与驱动器U3相连的与门逻辑U2，与与门逻辑U2相连的计数器U1，与功率管Q11的栅极G相连的驱动器U4，与功率管Q2的栅极G相连的驱动器U7，与驱动器U7相连的与门逻辑U6，与与门逻辑U6相连的计数器U5，与功率管Q21的栅极G相连的驱动器U8，以及分别与原开关电容转换器中的功率管Q3、Q4的栅极G对应连接的驱动器U9、U10；其中，功率管Q11的漏极D与功率管Q1的漏极D相连，功率管Q11的源极S与功率管Q1的源极S相连，功率管Q21的漏极D与功率管Q2的漏极D相连，功率管Q21的源极S与功率管Q2的源极S相连，与门逻辑U2、计数器U1、驱动器U4、U9均与外部的PWM信号输入端相连，与门逻辑U6、计数器U5、驱动器U8、U10均与外部的PWMN信号输入端相连。
进一步地，所述软启动控制电路还包括软启动完成检测电路；所述软启动完成检测电路包括正极与原开关电容转换器中Vout端相连的比较器U11，负极与原开关电容转换器中Vout端相连的比较器U12，与比较器U11、U12输出端均相连的与门逻辑U13，信号输入端D与与门逻辑U13相连的触发器U14，与触发器U14的使能端G相连的计数器U15，负极与比较器U11的负极相连的参考电压V1，以及正极与比较器U12的正极相连的参考电压V2；其中，计数器U15的另一端与外部的PWM信号输入端相连，参考电压V1的正极、参考电压V2的负极均接Vin/2输入电源。
作为优选，所述计数器U1、U5、U15均为带锁存功能的计数器。
本发明还提供了一种用于开关电容转换器软启动控制的方法，采用了上述的用于开关电容转换器软启动控制的电路，包括如下步骤：
（1）输入PWM信号和PWMN信号分别驱动功率管Q11/Q3和Q21/Q4导通转换；
（2）功率管Q11、Q21分别控制两个相位下的冲击电流；
（3）计数器U1、U5计数开关周期，达到设定数目的开关周期后，计数器U1、U5输出有效信号，使能余下的Q1和Q2全部参与导通；
（4）比较器U11、U12检测输出电压，计数器U15计算软启动阶段的开关周期数，达到设定数目的开关周期后，计数器U15输出有效信号；
（5）触发器U14检测比较器的输出电压，如果输出电压在目标电压范围之内，触发器U14输出有效信号，软启动完成，反之软启动失败。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明利用已有的功率开关管，通过控制软启动过程参与导通的开关管的尺寸来限制冲击电流，在软启动完成之后再开启全部功率管参与稳态功率输出，这样的实现方式不需要额外的功率管，控制简单，成本更低。
（2）本发明通过设计软启动检测电路，利用比较器检测输出电压是否在目标电压范围之内，并通过锁存器检测比较器的输出电压判断开关电容转换器是否软启动完成，电路结构简单，便于实现。
附图说明
图1为开关电容转换器电路原理图。
图2 为现有技术开关电容转换器电路软启动电路原理图。
图3为本发明开关电容转换器电路软启动电路原理图。
图4为本发明开关电容转换器电路软启动电路的检测电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图3、4所示，本发明公开的一种用于开关电容转换器软启动控制的电路，包括从原开关电容转换器中的功率管Q1、Q2中拆出来并分别与功率管Q1、Q2并联的功率管Q11、Q21，与功率管Q1的栅极G相连的驱动器U3，与驱动器U3相连的与门逻辑U2，与与门逻辑U2相连的计数器U1，与功率管Q11的栅极G相连的驱动器U4，与功率管Q2的栅极G相连的驱动器U7，与驱动器U7相连的与门逻辑U6，与与门逻辑U6相连的计数器U5，与功率管Q21的栅极G相连的驱动器U8，以及分别与原开关电容转换器中的功率管Q3、Q4的栅极G对应连接的驱动器U9、U10；其中，功率管Q11的漏极D与功率管Q1的漏极D相连，功率管Q11的源极S与功率管Q1的源极S相连，功率管Q21的漏极D与功率管Q2的漏极D相连，功率管Q21的源极S与功率管Q2的源极S相连，与门逻辑U2、计数器U1、驱动器U4、U9均与外部的PWM信号输入端相连，与门逻辑U6、计数器U5、驱动器U8、U10均与外部的PWMN信号输入端相连。计数器U1、U5为带锁存功能的计数器。
所述软启动控制电路还包括软启动完成检测电路；所述软启动完成检测电路包括正极与原开关电容转换器中Vout端相连的比较器U11，负极与原开关电容转换器中Vout端相连的比较器U12，与比较器U11、U12输出端均相连的与门逻辑U13，信号输入端D与与门逻辑U13相连的触发器U14，与触发器U14的使能端G相连的计数器U15，负极与比较器U11的负极相连的参考电压V1，以及正极与比较器U12的正极相连的参考电压V2；其中，计数器U15的另一端与外部的PWM信号输入端相连，参考电压V1的正极、参考电压V2的负极均接Vin/2输入电源。
本发明还提供了一种用于开关电容转换器软启动控制的方法，采用了上述用于开关电容转换器软启动控制的电路，包括如下步骤：
（1）输入PWM信号和PWMN信号分别驱动功率管Q11/Q3和Q21/Q4导通转换；
（2）功率管Q11、Q21分别控制两个相位下的冲击电流；
（3）计数器U1、U5计数开关周期，达到设定数目的开关周期后，计数器U1、U5输出有效信号，使能余下的Q1和Q2全部参与导通；
（4）比较器U11、U12检测输出电压，计数器U15计算软启动阶段的开关周期数，达到设定数目的开关周期后，计数器U15输出有效信号；
（5）触发器U14检测比较器的输出电压，如果输出电压在目标电压范围之内，触发器U14输出有效信号，软启动完成，反之软启动失败。其中，有效信号表示输出高电平或低电平，根据电路的实际配置情况而定。
其中，所述计数器计数周期数由功率管Q11/Q21的大小、Cfly/Cout电容大小以及系统要求的带负载电流能力共同决定。
本发明利用已有的功率开关管，通过控制软启动过程参与导通的开关管的尺寸来限制冲击电流，在软启动完成之后再开启全部功率管参与稳态功率输出，这样的实现方式不需要额外的功率管，控制简单，成本更低。因此，具有很高的实用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于开关电容转换器软启动控制的电路，开关电容转换器中的功率管Q1的源极S与Q2的漏极D相连，Q2的源极S与Q3的漏极D相连，Q3的源极S与Q4的漏极D相连；Q1的漏极D接Vin，Q4的源极S接GND；其特征在于，还包括从原开关电容转换器中的功率管Q1、Q2中拆出来并分别与功率管Q1、Q2并联的功率管Q11、Q21，与功率管Q1的栅极G相连的驱动器U3，与驱动器U3相连的与门逻辑U2，与与门逻辑U2相连的计数器U1，与功率管Q11的栅极G相连的驱动器U4，与功率管Q2的栅极G相连的驱动器U7，与驱动器U7相连的与门逻辑U6，与与门逻辑U6相连的计数器U5，与功率管Q21的栅极G相连的驱动器U8，以及分别与原开关电容转换器中的功率管Q3、Q4的栅极G对应连接的驱动器U9、U10；其中，功率管Q11的漏极D与功率管Q1的漏极D相连，功率管Q11的源极S与功率管Q1的源极S相连，功率管Q21的漏极D与功率管Q2的漏极D相连，功率管Q21的源极S与功率管Q2的源极S相连，与门逻辑U2、计数器U1、驱动器U4、U9均与外部的PWM信号输入端相连，与门逻辑U6、计数器U5、驱动器U8、U10均与外部的PWM信号输入端相连；
所述电路还包括软启动完成检测电路；所述软启动完成检测电路包括正极与原开关电容转换器中Vout端相连的比较器U11，负极与原开关电容转换器中Vout端相连的比较器U12，与比较器U11、U12输出端均相连的与门逻辑U13，信号输入端D与与门逻辑U13相连的触发器U14，与触发器U14的使能端G相连的计数器U15，负极与比较器U11的负极相连的参考电压V1，以及正极与比较器U12的正极相连的参考电压V2；其中，计数器U15的另一端与外部的PWM信号输入端相连，参考电压V1的正极、参考电压V2的负极均接Vin/2输入电源。
2.根据权利要求1所述的一种用于开关电容转换器软启动控制的电路，其特征在于，所述计数器U1、U5、U15均为带锁存功能的计数器。
3.一种用于开关电容转换器软启动控制的方法，其特征在于，采用了权利要求1或2所述的用于开关电容转换器软启动控制的电路，包括如下步骤：
（1）输入PWM信号和PWMN信号分别驱动功率管Q11/Q3和Q21/Q4导通转换；
（2）功率管Q11、Q21分别控制两个相位下的冲击电流；
（3）计数器U1、U5计数开关周期，达到设定数目的开关周期后，计数器U1、U5输出有效信号，使能余下的Q1和Q2全部参与导通；
（4）比较器U11、U12检测输出电压，计数器U15计算软启动阶段的开关周期数，达到设定数目的开关周期后，计数器U15输出有效信号；
（5）触发器U14检测比较器的输出电压，如果输出电压在目标电压范围之内，触发器U14输出有效信号，软启动完成，反之软启动失败。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151914A (zh) * 2011-10-27 2013-06-12 英飞凌科技股份有限公司 用于开关电容器dc-dc转换器的数字斜率控制
CN109478843A (zh) * 2016-07-15 2019-03-15 凌力尔特科技有限责任公司 驱动电荷泵电路
CN109039048A (zh) * 2017-06-12 2018-12-18 凌力尔特科技控股有限责任公司 电力转换器电路中开关电容器的软充电

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