CN110739840A - 一种用于dc-dc开关电源芯片的片上软启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于DC‑DC开关电源芯片的片上软启动电路，包括：斜坡电压产生模块，用于产生基准电压信号；控制电压产生模块，连接所述斜坡电压产生模块，用于根据所述基准电压信号产生控制信号；功率管栅宽调制模块，与所述控制电压产生模块相互连接，用于根据所述控制信号控制功率管的导通与关断，同时反馈调节所述控制信号。本发明提供的用于DC‑DC开关电源芯片的片上软启动电路，增加了功率管栅宽调制模块，通过斜坡电压产生电路和功率管栅宽调制模块相互配合，共同控制系统的软启动过程，抑制了大的过冲电压和浪涌电流的产生，消除了电压和电流尖峰，提高了转换效率和电路性能。

Description

一种用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路

技术领域

本发明属于电源管理芯片技术领域，具体涉及一种用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路。

背景技术

近年来，随着各类便携式电子产品的广泛应用，人们的生活已是片刻也离不开电子设备。电源管理芯片在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其它电能管理的职责。电源管理芯片对电子系统而言是不可或缺的，其性能的优劣对整机的性能有着直接的影响，因此，提高电源管理芯片的性能非常重要。

DC-DC开关电源是电源管理芯片应用比较广泛的一种，其具有体积小、转换效率高以及输出电压稳定等优点，具有很重要的发展前景。在开关电源的启动瞬间，由于环路响应的原因使得电路工作于100％占空比的状态下，产生很大的浪涌电流流到输出，从而产生过冲电压，对转换器自身的元件以及后续电子元器件造成损伤。软启动电路由于其在瞬态启动过程中能够抑制浪涌电流、保护电子系统，已经逐渐成为现代电源设计中必不可少的重要部分。

然而，随着CMOS集成工艺的发展以及开关变换器的小型化集成化趋势，现有的软启动电路在转换效率等性能上已无法满足使用要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路，包括：

斜坡电压产生模块，用于产生基准电压信号；

控制电压产生模块，连接所述斜坡电压产生模块，用于根据所述基准电压信号产生控制信号；

功率管栅宽调制模块，与所述控制电压产生模块相互连接，用于根据所述控制信号控制功率管的导通与关断，同时反馈调节所述控制信号。

在本发明的一个实施例中，所述斜坡电压产生模块包括：斜坡电压产生单元，用于产生斜坡信号；电压选择单元，其一端与所述斜坡电压产生单元连接，另一端连接所述控制电压产生模块，用于根据所述斜坡信号产生所述基准电压信号输入至所述控制电压产生模块。

在本发明的一个实施例中，控制电压产生模块包括：误差运算放大器EA、比较器CMP、第一RS触发器、以及死区时间控制驱动电路；其中，

所述误差运算放大器EA的正输入端连接所述电压选择单元12，所述误差运算放大器EA的负输入端连接输出电压的分压节点；

所述比较器CMP的正输入端连接所述误差运算放大器EA的输出端，所述比较器CMP的输出端连接所述第一RS触发器的输入端S；

所述第一RS触发器的输入端R连接导通定时器，所述第一RS触发器的输出端Q-连接所述死区时间控制驱动电路的输入端，所述死区时间控制驱动电路的输出端连接所述功率管栅宽调制模块。

在本发明的一个实施例中，所述功率管栅宽调制模块包括：延迟信号产生单元、高功率管选通单元以及低功率管选通单元，其中，

所述延迟信号产生单元的输入端连接时钟信号输入端CLK和使能控制信号输入端EN，所述延迟信号产生单元的输出端连接所述高功率管选通单元的输入端；

所述高功率管选通单元的输入端还连接所述死区时间控制驱动电路的第一输出端，所述高功率管选通单元的输出端连接所述低功率管选通单元；

所述低功率管选通单元的输入端连接所述死区时间控制驱动电路的第二输出端。

在本发明的一个实施例中，所述延迟信号产生单元包括m个串联的JK触发器JK0～JKm-1和n个串联的D触发器D0～Dn-1，其中，m、n均为正整数，且m≥n；其中，

所述触发器JK0～JKm-1的J、K端均接电源电压VDD端，所述时钟信号输入端CLK连接所述触发器JK0的时钟触发信号端，所述触发器JKm-n+i输出端Q分别连接所述触发器Di的时钟触发信号端，其中，0≤i≤n-1；

所述触发器D0～Dn-1的D端均接电源电压VDD端，所述使能控制信号输入端EN连接所述触发器D0～Dn-1的复位端，所述触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1均连接所述高功率管选通单元。

在本发明的一个实施例中，所述高功率管选通单元包括高功率管选通子单元和高功率管组；其中，

所述高功率管选通子单元的输入端连接所述触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1和所述死区时间控制驱动电路的第一输出端，所述高功率管选通子单元的输出端连接所述高功率管组的输入端；

所述高功率管组的输出端连接所述低功率管选通单元。

在本发明的一个实施例中，所述高功率管选通子单元包括n个栅控信号调制电路，所述栅控信号调制电路包括依次串接的或非门、非门以及驱动电路；其中，

所述或非门的一个输入端对应连接触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1，所述或非门的另一个输入端连接所述死区时间控制驱动电路的第一输出端；

所述驱动电路的输出端VN0～VNn-1连接所述高功率管组。

在本发明的一个实施例中，所述高功率管组包括n组并联的功率管MN0～MNn-1，其中，

所述功率管MNj的栅极对应连接所述驱动电路的输出端VNj，0≤j≤n-1；

所述功率管MN0～MNn-1的漏极均连接输入电压Vin端；

所述功率管MN0～MNn-1的源极作为输出端Vsw连接所述低功率管选通单元。

在本发明的一个实施例中，所述功率管MN0～MNn-1的导通尺寸依次增加。

在本发明的一个实施例中，所述低功率管选通单元包括功率管M；其中，

所述功率管M的栅极连接所述死区时间控制驱动电路的第二输出端，所述功率管M的漏极连接所述功率管MN0～MNn-1的源极输出端Vsw，所述功率管M的源极接地。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路，增加了功率管栅宽调制模块，通过斜坡电压产生电路和功率管栅宽调制模块相互配合，共同控制系统的软启动过程，斜坡电压产生电路产生的基准信号使得占空比缓慢增大，抑制了大的过冲电压和浪涌电流的产生；功率管栅宽调制模块提供具有不同延迟时间的栅控信号，使得系统启动后逐步开启主功率管，从而进一步消除了电压和电流尖峰，提高了转换效率和电路性能；

2、本发明提供的用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路，在斜坡电压产生电路中采用米勒电容倍增技术，极大的减小了所需要的电容值，可以实现片上集成，节省了芯片面积，降低了设计的复杂度。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路结构示意图；

图2是本发明实施例提供的斜坡电压产生单元电路结构原理图；

图3是本发明实施例提供的二选一电压选择电路的结构原理图；

图4是本发明实施例提供的RS触发器结构原理图；

图5是本发明实施例提供的功率管栅宽调制模的电路原理图；

图6是本发明实施例提供的延迟信号产生单元的电路结构示意图；

图7是本发明实施例提供的主功率管选通电路结构示意图；

图8是本发明实施例提供的用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路另一种结构示意图；

图9是本发明实施例提供的斜坡电压产生电路的仿真波形图；

图10是本发明实施例提供的延时信号产生电路的仿真波形图；

图11是本发明实施例提供的用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路的软启动过程仿真波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路结构示意图，包括：

斜坡电压产生模块1，用于产生基准电压信号；

控制电压产生模块2，连接所述斜坡电压产生模块1，用于根据所述基准电压信号产生控制信号；

功率管栅宽调制模块3，与所述控制电压产生模块2相互连接，用于根据所述控制信号控制功率管的导通与关断，同时反馈调节所述控制信号。

在本实施例中，所述斜坡电压产生模块1包括：斜坡电压产生单元11，用于产生斜坡信号；电压选择单元12，其一端与所述斜坡电压产生单元11连接，另一端连接所述控制电压产生模块2，用于根据所述斜坡信号产生所述基准电压信号输入至所述控制电压产生模块2。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的斜坡电压产生单元电路结构示意图；在本实施例中，斜坡电压产生单元11包括MOS管M0～M22、电容C、电阻R、第二RS触发器以及反相器；其中，

M0和M1串联构成偏置子单元111，主要用于产生偏置电流Ibias；其中，MOS管M0的源极接电源VDD，MOS管M1的源极接地；

MOS管M2～M8构成电流镜子单元112；其中，MOS管M2的栅极连接M1的栅极，M3的漏极连接M2的漏极，M4的栅极连接M3的栅极，漏极连接M5的漏极，M5的栅极连接M6的栅极，M6的漏极连接M7的漏极，M7的栅极连接M8的栅极，M2、M5以及M6的源极均接地，M3、M4、M7以及M8的源极连接电压VDD；

MOS管M9可以控制SS信号的清零，其源极连接M5和M6的栅极公共端，其漏极连接M8的漏极，外部使能信号EN通过反相器连接M9的栅极，当外部使能信号EN为低电平时，M9导通，使得SS信号清零；

MOS管M10和M11为偏置电流的另一条支路，其中，M10的栅极连接M7的栅极，源极连接电压VDD，漏极连接M11的源极，M11的漏极连接M9的漏极；

电容C和MOS管M12、M13构成电容倍增子单元113；其中，电容C的一端连接M9的漏极，另一端连接M12的栅极和漏极以及M13的栅极；M13和M14的源极接地；

MOS管M14作为源级跟随器使用，其栅极连接M9的漏极，电阻R作为源级电阻其一端连接M14的源极，另一端连接M15的漏极；

MOS管M16～M22构成两级比较器子单元114，其中，M16的源极连接电源VDD，栅极连接M3和M4的栅极公共端，漏极连接M17和M18的源极；M17的栅极连接M14的源极，M18的栅极连接外部基准信号V_REF，M17和漏极连接M19的漏极和栅极，M18的漏极连接M20的漏极，M19的栅极连接M20的栅极，M19和M20的源极接地；M21的源极接电源VDD，栅极连接M3和M4的栅极公共端，漏极连接M22的漏极；M22的栅极连接M18和M20的漏极公共端；

第二RS触发器的输入端R连接M21和M22的漏极公共端，其输入端S连接外部使能信号EN；

第二RS触发器的正输出端为SS_OUT，负输出端为SS_RD，输出SS_RD作为反馈控制信号，连接M11和M15的栅极，输出端SS_OUT连接电压选择单元。

在本实施例中，外部基准信号V_REF接入比较器的正输入端，最终经M14缓冲后产生的斜坡信号SS连接比较器的负输入端；比较器产生的输出信号与RS触发器的R端相连。电路开始工作之前，使能信号EN为低电平，此时M5、M6以及M9导通将电容C上的电压清零。当使能信号EN为高电平时，电路开始工作，M9晶体管截止，由偏置电路产生的电流I₁给电容C进行充电，所以在电容C上产生一个随时间缓慢上升的斜坡电压信号，该电压经过晶体管M14进行缓冲后，最终生成所需要的斜坡信号SS。SS与带隙基准电压V_REF进行比较，在SS上升到V_REF之前，比较器输出高电平，即RS触发器的R端输入高电平，所以RS触发器输出端SS_OUT为低电平信号，SS_RD为高电平信号。此时M11保持关断状态而M15处于开启状态。在SS上升到V_REF之前，只有一条电流支路I₁给电容充电，SS电压缓慢上升，上升的速度取决于充电电流的大小以及经米勒电容倍增后的等效电容值。当SS上升到大于V_REF时，软启动过程结束；此时比较器的输出电压为低电平，即RS触发器的R端为低电平；RS触发器的正端输出SS_OUT翻转为高电平，负端输出SS_RD翻转为低电平。晶体管M11导通使得电容的充电支路变为I₁+I₂，充电电流的增加使得SS电压迅速上升，从而使得转换器快速脱离软启动状态。

在本实施例中，电压选择单元12为一个电压选择电路。请参见图3，图3是本发明实施例提供的二选一电压选择电路的结构原理图；该电路包括MOS管M23～M28，其中，M23和M24的漏极相互连接构成反相器；M25和M26，M27和M28分别构成两个传输门；SS_OUT连接反相器的输入端、M25的栅极和M28的栅极；SS_OUTd连接反相器的输出端，M26的栅极以及M27的栅极；SS信号端连接M25的源极和M26的漏极；外部电压V_REF连接M27的源极和M28的漏极。该二选一电压选择器的输出信号为最终所需要的带有斜坡信号的外部基准信号Vref连接控制电压产生模块2。

由于SS小于V_REF，所以SS_OUT保持低电平，此时传输门1开启，传输门2关断，将SS信号传送给Vref；当软启动过程结束时，SS_OUT输出为高电平，传输门2开启，传输门1关断，将V_REF传送给Vref。从而在SS_OUT的控制下，实现了对SS和V_REF的选择。最终产生的基准电压Vref信号为开始为一段斜坡上升，后面保持为V_REF值不变的波形，

在本实施例中，斜坡电压产生电路采用米勒电容补偿技术，大大降低了所需要的电容值，从而可实现片上集成，节省了芯片面积，降低了设计的复杂度。斜坡电压产生电路中，可以通过控制偏置电流的大小、米勒电容的值以及NMOS管M12和M13的尺寸来控制软启动的时间；斜坡电压产生电路的输入信号为带隙基准电压，输出信号为带有一段斜坡的基准电压信号；斜坡电压产生电路为整个环路系统提供带有开启斜坡的基准电压，其产生的基准电压信号使得占空比缓慢增大，抑制了大的过冲电压和浪涌电流的产生，从而控制整个环路的安全开启及正常工作。

在本实施例中，控制电压产生模块2包括：误差运算放大器EA、比较器CMP、第一RS触发器、以及死区时间控制驱动电路；其中，

所述误差运算放大器EA的正输入端连接所述电压选择单元12，所述误差运算放大器EA的负输入端连接输出电压的分压节点；

所述比较器CMP的正输入端连接所述误差运算放大器EA的输出端，所述比较器CMP的输出端连接所述第一RS触发器的输入端S；

所述第一RS触发器的输入端R连接导通定时器，所述第一RS触发器的输出端Q-连接所述死区时间控制驱动电路的输入端，所述死区时间控制驱动电路的输出端连接所述功率管栅宽调制模块3。

在本实施例中，斜坡电压产生模块1产生的带有一段斜坡的基准电压信号Vref作为误差运算放大器EA的正输入端信号；功率管栅宽调制模块3的输出分段反馈信号V_FB作为误差运算放大器的负输入端信号。运算放大器EA对二者的误差进行放大，其输出信号传送给比较器CMP的正输入端；功率管栅宽调制模块3的反馈信号作为比较器的负输入端信号；比较器对二者进行比较，得到的比较结果作为第一RS触发器的S端信号；导通定时器电路控制R信号的产生；第一RS触发器的负输出端信号经过死区时间控制和驱动电路后，就产生了包括栅控信号P和N的控制信号，分别从所述死区时间控制驱动电路的第一输出端和所述死区时间控制驱动电路的第二输出端输出。

在本实施例中，斜坡电压产生模块1和控制电压产生模块2均用到了RS触发器。请参见图4，图4是本发明实施例提供的RS触发器结构原理图；RS触发器由两输入与非门和反相器构成，R连接与非门1的输入端；S连接与非门2的输入端，X为与非门1的输出端，连接与非门2的输入端，反相器的输入端；Y为与非门2的输入端，连接与非门1的输入端，反相器的输入端；X和Y分别经过两级反相器整形后，作为RS触发器的输出端Q和Q-。

请参见图5，图5是本发明实施例提供的功率管栅宽调制模的电路原理图；在本实施例中，所述功率管栅宽调制模块3包括：延迟信号产生单元31、高功率管选通单元32以及低功率管选通单元33，其中，

所述延迟信号产生单元31的输入端连接时钟信号输入端CLK和使能控制信号输入端EN，所述延迟信号产生单元31的输出端连接所述高功率管选通单元32的输入端；

所述高功率管选通单元32的输入端还连接所述死区时间控制驱动电路的第一输出端，所述高功率管选通单元32的输出端连接所述低功率管选通单元33；

所述低功率管选通单元33的输入端连接所述死区时间控制驱动电路的第二输出端。

请参见图6，图6是本发明实施例提供的延迟信号产生单元的电路结构示意图；所述延迟信号产生单元31包括m个串联的JK触发器JK0～JKm-1和n个串联的D触发器D0～Dn-1，其中，m、n均为正整数，且m≥n；其中，

所述触发器JK0～JKm-1的J、K端均接电源电压VDD端，所述时钟信号输入端CLK连接所述触发器JK0的时钟触发信号端，所述触发器JKm-n+i输出端Q分别连接所述触发器Di的时钟触发信号端，其中，0≤i≤n-1；

所述触发器D0～Dn-1的D端均接电源电压VDD端，所述使能控制信号输入端EN连接所述触发器D0～Dn-1的复位端，所述触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1均连接所述高功率管选通单元32。

在本实施例中，D触发器的个数可根据输出信号的个数来选择，JK触发器的个数可根据延迟时间来确定，本实施例中，优选n＝4，即D触发器的个数为4。

在本实施例中，JK触发器的J、K端始终接电源电压，在时钟下降沿触发。外接时钟信号CLK作为第一个JK触发器的时钟触发信号，由JK触发器的工作原理可知第一个JK触发器的输出信号Q0的周期变为CLK的两倍，并用这个信号作为下一级JK触发器的时钟触发信号，从而第二级JK触发器的输出信号Q1的周期变为Q0的两倍，即CLK的四倍，以此类推，每经过一级JK触发器，其输出信号的周期变为前一级输出信号的两倍，即依次变为外加时钟信号CLK的2¹、2²、2³、…2ⁿ倍；根据所需要产生的延迟时间，选择需要的触发器的个数。将最后的四个JK触发器的输出端Q分别作为带异步复位端的D触发器的时钟信号，同样的，四个D触发器的输入端D始终接电源电压；复位信号接外部使能信号EN，当使能信号为低电平时，四个D触发器的输出复位而不再受时钟信号的控制。当使能信号EN为高电平，且时钟信号上升沿到来时，D触发器的输出端VD0～VD3依次变为高电平。

请参见图6，在本实施例中，所述高功率管选通单元32包括高功率管选通子单元321和高功率管组322；其中，

所述高功率管选通子单元321的输入端连接所述触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1和所述死区时间控制驱动电路的第一输出端，所述高功率管选通子单元321的输出端连接所述高功率管组322的输入端；

所述高功率管组322的输出端连接所述低功率管选通单元33。

在本实施例中，高功率管选通子单元321也称为主功率管选通电路，请参见图7，图7是本发明实施例提供的主功率管选通电路结构示意图；所述高功率管选通子单元321包括n个栅控信号调制电路，所述栅控信号调制电路包括依次串接的或非门、非门以及驱动电路；其中，

所述或非门的一个输入端对应连接触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1，所述或非门的另一个输入端连接所述死区时间控制驱动电路的第一输出端；

所述驱动电路的输出端VN0～VNn-1连接所述高功率管组322。

相应的，高功率管组322包括n组并联的功率管MN0～MNn-1，其中，

所述功率管MNj的栅极对应连接所述驱动电路的输出端VNj，0≤j≤n-1；

所述功率管MN0～MNn-1的漏极均连接输入电压Vin端；

所述功率管MN0～MNn-1的源极作为输出端Vsw连接所述低功率管选通单元33。

其中，所述功率管MN0～MN3的导通尺寸(宽长比)依次增大。

在本实施例中，高功率管选通子单元包括4组栅控信号调制电路，从图7可以看出，延迟电路的四个输出信号分别与死区时间控制驱动电路的第一输出端的输出信号即P信号输入到或非门，然后经过驱动电路后产生四个栅控信号VN0～VN3，分别控制功率管MN0～MN3。在系统刚开始启动时，选通电路只让功率管MN0工作，MN0的尺寸设计的很小，所以其导通电阻很大，从而极大限制了导通瞬间电流尖峰的产生；其次让MN1～MN3依次导通，最终所有的管子都正常工作。由于在系统开启后，分别具有不同延迟的控制信号使得主功率管逐步开启，从而其导通尺寸(宽长比)逐渐增大。

在本实施例中，功率管栅宽调制模块中的延迟信号产生电路以及主功率管选通电路，二者的结构简单，实现方便，使得主功率管的导通尺寸从启动瞬间开始逐渐增大，有效遏制了系统启动瞬间电流尖峰的出现。

在本实施例中，P信号为反馈环路中产生的占空比控制信号，在不加该栅宽调制电路时，该信号独立控制主开关管的导通与关断；由于结合了栅宽调制电路，需要使得该信号与延迟电路产生的延迟信号结合控制主功率管的开关。

在本实施例中，所述低功率管选通单元33包括功率管M；其中，

所述功率管M的栅极连接所述死区时间控制驱动电路的第二输出端，所述功率管M的漏极连接所述功率管MN0～MNn-1的源极输出端Vsw，所述功率管M的源极接地。

请参见图8，图8是本发明实施例提供的用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路另一种结构示意图；在本实施例中，为了便于描述片上软启动电路的工作原理，以电流模控制方式为例，增加了片外电路，其中，片外电路包括：电感L、电容Co、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻Ro以及第四电阻R_ESR；其中，所述电感L的一端与所述功率管MN0～MNn-1的源极输出端Vsw连接，另一端连接所述比较器CMP的负输入端；

所述电容Co和所述第四电阻R_ESR串联后连接在所述电感L的所述功率管M的源极之间；两者可以构成输出低通滤波器。

所述第三电阻Ro作为输出负载连接在所述电感L的所述功率管M的源极之间。

所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联后连接在所述第三电阻Ro的两端；所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的公共端连接所述误差运算放大器EA的负输入端。第一电阻R1和第二电阻R2作为分压电阻，产生V_FB电压反馈回误差运算放大器EA。

斜坡电压产生电路产生的带有一段斜坡的基准电压信号Vref作为误差运算放大器的正输入端信号；输出电压分段反馈信号V_FB作为误差运算放大器的负输入端信号。运算放大器EA对二者的误差进行放大，其输出信号传送给比较器的正输入端；以电流控制方式为例，电感电流采样电路产生的锯齿波电压信号Vsen作为比较器的负输入端信号；比较器对二者进行比较，得到的比较结果作为RS触发器的S端信号；导通定时器电路控制R信号的产生；RS触发器的负输出端信号经过死区时间控制和驱动电路后，就产生了高端功率管和低端功率管的栅控信号P和N。其中，在系统的启动阶段，N信号直接控制低端功率管的导通与关断；P信号与高端功率管选通电路相配合，将高端功率管分成几个部分(在本实施例中分成了四部分)，控制高端管的导通与关断。

本发明提供的用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路通过斜坡电压产生模块和功率管栅宽调制模块配合，共同控制系统的启动过程；斜坡电压产生电路提供的基准电压信号使得占空比缓慢增加，抑制了大的过冲电压和浪涌电流得产生；功率管栅宽调制软启动模块产生具有不同延迟时间的栅控信号，使得在启动后逐步开启主功率管，从而进一步消除了电压和电流尖峰。

实施例二

下面通过仿真实验对本发明的软启动过程作进一步的说明。

请参见图9，图9是本发明实施例提供的斜坡电压产生电路的仿真波形图；在软启动过程中，SS与带隙基准电压V_REF进行比较，由于SS小于V_REF，所以SS_OUT保持低电平，SS信号传送给Vref；当软启动过程结束时，SS_OUT输出为高电平，V_REF传送给Vref，从而在SS_OUT的控制下，实现了对SS和V_REF的选择，最终产生的基准电压Vref信号为开始为一段斜坡上升，后面保持为V_REF值不变的波形，如图9所示。

请参见图10，图10是本发明实施例提供的n＝4时延时信号产生电路的仿真波形图；从图10中可以看出，延时信号产生电路的输出信号VD0～VD3在系统软启动过程中依次变为高电平，且其延时时间满足后一级为前一级的2ⁿ倍。

请参见图11，图11是本发明实施例提供的用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路的软启动过程仿真波形图，从图11中，可以看出，本发明提供的软启动电路在系统启动过程中，输出电压在系统启动过程中，缓慢上升，没有大的过冲电压和浪涌电流产生，同时未出现明显的电流电压尖峰。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于DC-DC开关电源芯片的片上软启动电路，其特征在于，包括：

斜坡电压产生模块(1)，用于产生基准电压信号；

控制电压产生模块(2)，连接所述斜坡电压产生模块(1)，用于根据所述基准电压信号产生控制信号；

功率管栅宽调制模块(3)，与所述控制电压产生模块(2)相互连接，用于根据所述控制信号控制功率管的导通与关断，同时反馈调节所述控制信号。

2.根据权利要求1所述的片上软启动电路，其特征在于，所述斜坡电压产生模块(1)包括：斜坡电压产生单元(11)，用于产生斜坡信号；电压选择单元(12)，其一端与所述斜坡电压产生单元(11)连接，另一端连接所述控制电压产生模块(2)，用于根据所述斜坡信号产生所述基准电压信号输入至所述控制电压产生模块(2)。

3.根据权利要求2所述的片上软启动电路，其特征在于，控制电压产生模块(2)包括：误差运算放大器(EA)、比较器(CMP)、第一RS触发器、以及死区时间控制驱动电路；其中，

所述误差运算放大器(EA)的正输入端连接所述电压选择单元(12)，所述误差运算放大器(EA)的负输入端连接输出电压的分压节点；

所述比较器(CMP)的正输入端连接所述误差运算放大器(EA)的输出端，所述比较器(CMP)的输出端连接所述第一RS触发器的输入端S；

所述第一RS触发器的输入端R连接导通定时器，所述第一RS触发器的输出端Q-连接所述死区时间控制驱动电路的输入端，所述死区时间控制驱动电路的输出端连接所述功率管栅宽调制模块(3)。

4.根据权利要求3所述的片上软启动电路，其特征在于，所述功率管栅宽调制模块(3)包括：延迟信号产生单元(31)、高功率管选通单元(32)以及低功率管选通单元(33)，其中，

所述延迟信号产生单元(31)的输入端连接时钟信号输入端CLK和使能控制信号输入端EN，所述延迟信号产生单元(31)的输出端连接所述高功率管选通单元(32)的输入端；

所述高功率管选通单元(32)的输入端还连接所述死区时间控制驱动电路的第一输出端，所述高功率管选通单元(32)的输出端连接所述低功率管选通单元(33)；

所述低功率管选通单元(33)的输入端连接所述死区时间控制驱动电路的第二输出端。

5.根据权利要求4所述的片上软启动电路，其特征在于，所述延迟信号产生单元(31)包括m个串联的JK触发器JK0～JKm-1和n个串联的D触发器D0～Dn-1，其中，m、n均为正整数，且m≥n；其中，

所述触发器JK0～JKm-1的J、K端均接电源电压VDD端，所述时钟信号输入端CLK连接所述触发器JK0的时钟触发信号端，所述触发器JKm-n+i输出端Q分别连接所述触发器Di的时钟触发信号端，其中，0≤i≤n-1；

所述触发器D0～Dn-1的D端均接电源电压VDD端，所述使能控制信号输入端EN连接所述触发器D0～Dn-1的复位端，所述触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1均连接所述高功率管选通单元(32)。

6.根据权利要求4所述的片上软启动电路，其特征在于，所述高功率管选通单元(32)包括高功率管选通子单元(321)和高功率管组(322)；其中，

所述高功率管选通子单元(321)的输入端连接所述触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1和所述死区时间控制驱动电路的第一输出端，所述高功率管选通子单元(321)的输出端连接所述高功率管组(322)的输入端；

所述高功率管组(322)的输出端连接所述低功率管选通单元(33)。

7.根据权利要求6所述的片上软启动电路，其特征在于，所述高功率管选通子单元(321)包括n个栅控信号调制电路，所述栅控信号调制电路包括依次串接的或非门、非门以及驱动电路；其中，

所述或非门的一个输入端对应连接触发器D0～Dn-1的n个输出端VD0～VDn-1，所述或非门的另一个输入端连接所述死区时间控制驱动电路的第一输出端；

所述驱动电路的输出端VN0～VNn-1连接所述高功率管组(322)。

8.根据权利要求6所述的片上软启动电路，其特征在于，所述高功率管组(322)包括n组并联的功率管MN0～MNn-1，其中，

所述功率管MNj的栅极对应连接所述驱动电路的输出端VNj，0≤j≤n-1；

所述功率管MN0～MNn-1的漏极均连接输入电压Vin端；

所述功率管MN0～MNn-1的源极作为输出端Vsw连接所述低功率管选通单元(33)。

9.根据权利要求8所述的片上软启动电路，其特征在于，所述功率管MN0～MNn-1的导通尺寸依次增加。

10.根据权利要求8所述的片上软启动电路，其特征在于，所述低功率管选通单元(33)包括功率管M；其中，

所述功率管M的栅极连接所述死区时间控制驱动电路的第二输出端，所述功率管M的漏极连接所述功率管MN0～MNn-1的源极输出端Vsw，所述功率管M的源极接地。

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