CN111200357B - 具有节能器的smps上电 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有节能器的SMPS上电。在实施例中，用于软启动SMPS的方法包括：使使能信号生效；禁用SMPS的输出级；在使使能信号生效之后，测量SMPS的反馈电压；在输入参考节点处接收第一参考电压；比较所测量的反馈电压与第一参考电压；以及当所测量的反馈电压低于第一参考电压时，将反馈电压存储在软启动电容器中，将输出参考节点连接到软启动电容器，启用SMPS的输出级，并切换输出级的晶体管以基于反馈电压和输出参考节点处的第二参考电压来调节输出电压，并将电流注入到软启动电容器中。

Description

具有节能器的SMPS上电
技术领域
本发明总体上涉及一种电子系统和方法，并且在特定实施例中，涉及一种具有节能器的开关模式电源(SMPS)上电。
背景技术
电子系统在现代社会中无处不在。电源系统或转换器通常被用来为许多电子系统供电。例如，图1示出了具有转换器102的示例性电子系统100的示意图，该转换器102从电池104接收电力并且向负载供应受控电压(Vout)。负载例如可以是诸如智能手机或可穿戴设备之类的电子设备内部的集成电路。
效率通常是针对电子系统、尤其是针对电源系统的重要参数。提高效率可导致许多好处，诸如增加电池寿命、减少热量等。
SMPS是一种类型的转换器，它使用开关调节器将电力从交流或直流源传输到负载。SMPS通常比其他类型的电源系统更有效，因为它基于感应元件的受控充电和放电，这减少了由于电阻性电压降所引起的功耗而导致的能量损失。
SMPS尤其可以被实现为降压(buck)转换器、升压(boost)转换器、降压-升压(buck-boost)转换器等。例如，降压转换器通常在很宽的输入电压和负载范围上在其输出处保持恒定电压。
SMPS可以以各种模式操作，尤其是诸如脉冲宽度调制(PWM)模式、脉冲频率调制(PFM)模式。通常使用诸如脉冲跳跃的技术来进一步提高效率。
发明内容
根据一个实施例，一种用于软启动SMPS的方法包括：使使能信号生效；禁用SMPS的输出级；在使使能信号生效之后，测量SMPS的反馈电压；在输入参考节点处接收第一参考电压；比较所测量的反馈电压与第一参考电压；以及当所测量的反馈电压低于第一参考电压时，将反馈电压存储在软启动电容器中，将输出参考节点连接到软启动电容器，启用SMPS的输出级，并切换输出级的晶体管以基于反馈电压和输出参考节点处的第二参考电压来调节输出电压，并将电流注入到软启动电容器中。
根据一个实施例，一种电路包括：输入端子，被配置为接收输入电压；输出端子，被配置为耦合到电感器和输出电容器；反馈端子，被配置为耦合到输出电容器；输出级，耦合到输出端子；控制器，被配置为基于第一参考电压和反馈端子的反馈电压来调节输出电容器处的输出电压；以及软启动电路。该软启动电路包括：输出参考端子，被配置为提供第一参考电压；输入参考端子，被配置为接收第二参考电压；软启动电容器；第一开关，耦合在输入参考端子和输出参考端子之间；第二开关，耦合在软启动电容器和反馈端子之间；以及第三开关，耦合在软启动电容器和输出参考端子之间，其中，当使能信号从第一状态转变为第二状态时，所述软启动电路被配置为：禁用输出级，确定反馈电压，将所确定的反馈电压与第二参考电压进行比较，以及当所确定的反馈电压低于第二参考电压时：闭合第二开关以将反馈电压存储在软启动电容器中，闭合第三开关，启用输出级，并将电流注入到软启动电容器中。
根据一个实施例，一种降压转换器包括：第一电源端子和第二电源端子，被配置为耦合到电源；输出端子；电感器，耦合到输出端子；输出电容器，耦合在电感器和第二电源端子之间；反馈端子，耦合到输出电容器；输出级，耦合到输出端子，该输出级包括耦合到输出端子的半桥，以及耦合到半桥的栅极驱动器电路；斜坡发生器；误差放大器，具有被配置为接收第一参考电压的第一输入和耦合到反馈端子的第二输入；PWM控制器，具有耦合到输出级，并且被配置为基于误差放大器的输出和斜坡发生器的输出来调节输出电容器处的输出电压；以及软启动电路。该软启动电路包括：输出参考端子，被配置为提供第一参考电压；输入参考端子，被配置为接收第二参考电压；软启动电容器；第一开关，耦合在输入参考端子和输出参考端子之间；第二开关，耦合在软启动电容器和反馈端子之间；以及第三开关，耦合在软启动电容器和输出参考端子之间，其中，当使能信号从第一状态转变为第二状态时，软启动电路被配置为：禁用输出级，确定在反馈端子处的反馈电压，将所确定的反馈电压与第二参考电压进行比较，以及当所确定的反馈电压低于第二参考电压时：闭合第二开关以将反馈电压存储在软启动电容器中，闭合第三开关，启用输出级，并将电流注入到软启动电容器中。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在对以下结合附图的描述进行参考，其中：
图1示出了示例性电子系统的示意图；
图2A示出了根据本发明实施例的电子系统的示意图；
图2B示出了根据本发明实施例的图2A的降压转换器的波形；
图3示出了根据本发明实施例的用于SMPS上电的实施例方法的流程图；
图4示出了根据本发明实施例的软启动电路的示意图；
图5和图6示出了根据本发明实施例的图4的软启动电路的波形；以及
图7示出了根据本发明实施例的软启动电路的示意图。
除非另外指出，否则不同附图中的相应数字和符号通常指代相应的部分。绘制附图以清楚地图示出优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地图示出某些实施例，在附图编号之后可以加上指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母。
具体实施方式
下面将详细讨论所公开的实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多可应用的发明构思，其可以被体现在各种各样的特定上下文中。所讨论的特定实施例仅说明制造和使用本发明的特定方式，并且不限制本发明的范围。
以下描述图示出了各种特定细节，以提供对根据该描述的若干示例实施例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下或者在其他方法、组件、材料等的情况下获得各实施例。在其他情况下，没有详细描述或示出已知的结构、材料或操作，以免混淆实施例的不同方面。在本说明书中对“实施例”的引用指示相对于实施例描述的特定配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的不同点处的诸如“在一个实施例中”之类的短语不一定精确地指代相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的形式、结构或特征。
将在特定上下文——具有软启动电路的降压转换器中相对于实施例描述本发明。本发明的实施例可以被使用在其他SMPS拓扑中，例如升压和降压-升压拓扑中，以及被使用在实现软启动电路的其他电路中。
在本发明的实施例中，降压转换器通过周期性地禁用降压转换器(例如，当未在使用中时)而不使输出电容器放电从而节省能量。通过在启用降压转换器时对反馈信号进行采样并将采样信号与阈值进行比较，可以避免流过降压转换器的电感器的电流的尖峰。如果采样信号高于阈值，则降压转换器将等待，直到负载汲取足够的电流以将输出电压降低到阈值以下，在阈值点处降压转换器开始正常操作。如果采样信号低于阈值，则降压转换器被启用并且参考信号从采样电压开始倾斜。
图2A示出了根据本发明实施例的电子系统200的示意图。电子系统200包括电池104、负载106和降压转换器202。降压转换器202包括PWM控制器206、控制逻辑212、栅极驱动器电路214、半桥216、电感器218、输出电容器220、分压器222、软启动电路204、误差放大器208和斜坡发生器210。
在正常操作期间，PWM控制器206调整信号VPWM的占空比，使得控制逻辑212和栅极驱动器电路214驱动半桥216以产生基本上等于预期电压的输出电压Vout。PWM控制器206基于误差信号Verr和斜坡Vramp确定信号VPWM的占空比。误差信号Verr基于反馈电压Vfb(其基于输出电压Vout)和参考电压Vref。
图2B示出了根据本发明实施例的降压转换器202的波形。如图2B中所示，当斜坡Vramp高于误差信号Verr时信号VPWM为低，而当斜坡Vramp低于误差信号Verr时信号VPWM为高。当输出电压Vout减小时，反馈电压Vfb减小，导致误差信号Verr增大，从而导致信号VPWM的占空比增大，这增大了输出电压Vout。当输出电压Vout增大时观察到相反的行为，从而保持输出电压Vout基本上等于预期值。可以通过例如调整电阻器224或226的值、参考电压Vref、误差放大器208的增益或以本领域中已知的任何其他方式来修改预期值。
当激活降压转换器202时，流过电感器218的电流尖峰会基于电感器218两端产生的电压而发生。例如，如果输出电容器被充电到第一电压V1，并且参考电压Vref最初为0V，误差信号Verr变为负，从而使晶体管230经由电感器218将电容器220放电至地。类似地，如果输出电容器最初被放电(0V)，并且参考电压Vref最初为高，误差信号Verr变为高，从而使晶体管228经由电感器218对输出电容器220迅速充电。
为了避免在启用降压转换器202期间流过电感器218的电流尖峰，通常在启用降压转换器202之前使输出电容器220放电。在启用降压转换器202后(例如，通过使信号SMPS_ON生效)，参考电压Vref通常将从0V斜升。以这种方式，输出电压Vout最初为0V并且参考电压Vref最初为0V，这导致误差信号Verr最初为0V。随着参考电压Vref增大，输出电压Vout增大，从而避免电流尖峰流过电感器218。
在低功率系统中，降压转换器202可以有规律地被激活和去激活(例如，使用使能信号EN)以便降低功耗。例如，当不需要降压转换器202来降低功耗时，可以将降压转换器202去激活。在一些低功率系统中，降压转换器202可以每300ms、100ms或更快地去激活。每次激活/去激活时，输出电容器220的放电都从电池104汲取电流，这可能是显著的。例如，每100ms被充电和放电至3V的具有2.2μF电容的输出电容器220消耗来自电池104的约为66μA的平均电流。
在一些实施例中，降压转换器202通过避免在降压转换器202的每次激活/去激活周期对输出电容器220放电而节省能量(即，提高效率)。降压转换器202通过在使能信号EN被生效时对反馈电压Vfb进行采样并将采样信号与阈值进行比较来避免流过电感器218的电流尖峰。如果采样信号高于阈值，则降压转换器202等待，直到负载106汲取足够的电流以将输出电压Vout减小到阈值以下，在阈值点处降压转换器202开始正常操作。如果采样信号低于阈值，则降压转换器202被启用，并且参考电压Vref从采样电压开始倾斜。
电池104可以是例如锂离子电池。可以使用其他类型的电源。例如，在一些实施例中，电池104可以是来自汽车的12V电池。其他实施例可以实现不同于电池的电源。例如，一些实施例可以使用功率转换器的输出代替电池来供应电压Vbat。
负载106例如可以是集成电路，诸如处理器或微控制器。负载也可以是电源管理集成电路(PMIC)、发光二极管(LED)或者是由SMPS常规供应的任何其他负载内部的电路。
半桥216的晶体管228和230分别是PMOS和NMOS晶体管。在一些实施例中，可以使用其他类型的晶体管。例如，在一些实施例中，晶体管228和230都可以是n型晶体管。晶体管228和230可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、结栅场效应晶体管(JFET)或其他。
如图2A中所示，使用电阻器224和226实现分压器222。在一些实施例中，可以以其他方式获得反馈电压Vfb，诸如通过使用光耦合器、模数转换器(ADC)或以本领域中已知的其他方式。
可以以本领域中已知的任何方式实现PWM控制器206、控制逻辑212、栅极驱动器电路214、误差放大器208和斜坡发生器210。例如，在一些实施例中，可以使用定制的模拟和数字电路来实现PWM控制器206、控制逻辑212、栅极驱动器电路214、误差放大器208和斜坡发生器210。在其他实施例中，可以用通用微控制器和离散放大器来实现PWM控制器206、控制逻辑212、栅极驱动器电路214、误差放大器208和斜坡发生器210。
一些实施例实现了不同于PWM的切换技术。例如，代替PWM控制器或者除了PWM控制器之外，一些实施例还实现PFM模式。也可以使用其他切换技术。
在一些实施例中，使用分立组件来实现PWM控制器206、控制逻辑212、栅极驱动器电路214、误差放大器208、斜坡发生器210、软启动电路204、半桥216、电感器218、输出电容器220和分压器222。在其他实施例中，PWM控制器206、控制逻辑212、栅极驱动器电路214、误差放大器208、斜坡发生器210、软启动电路204、半桥216和分压器222被集成在集成电路(IC)的同一裸片内。在一些实施例中，PWM控制器206、控制逻辑212、栅极驱动器电路214、误差放大器208、斜坡发生器210、软启动电路204、半桥216和分压器222被集成在同一封装内的多个裸片中。在一些实施例中，在IC或封装的外部实现半桥216。其他实现方式也是可能的。
图3示出了根据本发明实施例的用于SMPS上电的实施例方法300的流程图。可以鉴于图2A来理解图3。方法300可以例如由软启动电路204实现。在一些实施例中，方法300由通用控制器实现。在其他实施例中，方法300由定制逻辑并使用模拟电路来实现。其他实现方式也是可能的。
在步骤302期间，诸如降压转换器202之类的SMPS被禁用(例如，通过使使能信号EN无效)。禁用SMPS将导致SMPS停止切换(例如，半桥216停止切换)。在步骤304期间，启用SMPS(例如，通过使使能信号EN生效)。但是，启用SMPS不会导致SMPS开始切换。换句话说，SMPS的输出级(例如，半桥216)被保持截止(例如，驱动器232和234使晶体管228和230保持截止)。
在启用SMPS之后，在步骤306期间对反馈电压Vfb进行采样。可以通过使用ADC、峰值检测器、电容器、触发器或以本领域中已知的任何其他方式来执行对反馈电压Vfb的采样。
在步骤308期间，将反馈电压Vfb与阈值电压Vth进行比较。在一些实施例中，阈值电压Vth对应于由参考电路提供的参考电压，诸如电压REF_SMPS(图2A中未示出)。在一些实施例中，参考电路是具有1.2V电压的带隙电路。
如果反馈电压Vfb不低于阈值电压Vth，则SMPS进入预充电模式，在该模式下，提供给SMPS的参考电压，诸如参考电压Vref(如图2A中所示)，在步骤314期间被连接到参考电压(例如，REF_SMPS)。
在一些实施例中，当SMPS由于泄漏(例如，从耦合到电源电压的路径)而被截止时(例如，在高阻抗模式下)，反馈电压Vfb高于阈值电压Vth。在一些实施例中，当SMPS截止时，通过使用例如上拉晶体管例如上拉输出电压Vout来有意地将反馈电压Vfb拉到高于阈值电压Vth(例如，至电源电压Vbat)。通过升高输出电压Vout，从而对输出电容器220充电，可以实现更快的启动时间。
在步骤316期间，SMPS等待，直到反馈电压Vfb减小到阈值电压Vth以下。例如，由于泄漏电流(例如，在输出电容器220中)，由于负载(例如，负载106)吸收电流，可能导致发生电压的降低。在反馈电压Vfb变得低于阈值电压Vth之后，在步骤318中接通SMPS，这导致SMPS开始切换和调节(例如，半桥216开始切换)。在步骤302期间，可以再次禁用SMPS以节省能量。
如果反馈电压Vfb低于阈值电压Vth，则SMPS进入软启动模式，在该模式中，提供给SMPS的参考电压(例如Vref)在步骤310期间被设置为等于电压反馈电压Vfb。在步骤311期间，SMPS被接通，这导致SMPS开始切换和调节。在步骤312期间，提供给SMPS的参考电压(例如，Vref)从初始电压(例如，Vfb)开始斜升到电压REF_SMPS，从而导致输出电压Vout和反馈电压Vfb斜升(由于在步骤311中已经接通SMPS)。在步骤302期间可以再次禁用SMPS以节省能量。在一些实施例中，步骤310和306可以同时发生。在一些实施例中，步骤311和312可以同时发生。
一些实施例的优点包括：在预充电模式和软启动模式两者中激活SMPS时，将电荷保留在SMPS的输出电容器中。通过保留输出电容器的电荷，可以将这种电荷传递给负载而不是放电到地，从而提高了SMPS的效率。
在一个实施例中，软启动电路通过使用比较器和D触发器来对降压转换器的反馈电压进行采样。基于D触发器的输出，降压转换器进入到预充电模式或软启动模式中。在预充电模式中，降压转换器将参考电压(例如，Vref)连接到第二参考电压(例如，REF_SMPS)，并在反馈降低到第二参考电压以下之后开始调节。在软启动模式中，降压转换器将参考电压连接到软启动电容器，并向软启动电容器注入电流以使参考电压斜升。
图4示出了根据本发明实施例的软启动电路400的示意图。
图5和图6分别示出了根据本发明实施例的在预充电模式和软启动模式期间的软启动电路400的波形。可以鉴于图5和图6来理解图4。
软启动电路400可以实现方法300。软启动电路400包括控制器402。尽管诸如触发器413、416和419、与门409、411、417和422、以及或门420之类的逻辑组件在图4中被示为与控制器402是分离的，但是应当理解，控制器402可以包括那些组件。
在正常操作期间，由于在降压转换器202被禁用之后输出电容器220没有被主动放电，因此在启用降压转换器202之前输出电压Vout可以不同于0V。当使能信号EN被生效时(例如，从低到高的转变)，控制器402启动时钟CLK(如图4和图5中的信号CLK_OK所图示)，并通过使信号S404生效(如图4和图5中所图示)来闭合开关404。
在启动时钟CLK时，控制器402启动计数器(未示出)，该计数器对预定时间(例如20us)进行计数。预定时间例如可以是适当地偏置降压转换器202的模拟块的初始化时间。一旦计数器达到预定时间，控制器402就使信号S404无效并使信号BIAS_OK生效(如图4和图5中所图示)。
在信号BIAS_OK被生效之前，D触发器413、416和419处于复位状态(它们的关联输出为低)。当信号BIAS_OK被生效时，D触发器416锁存在比较器414的输出中。当电压REF_SMPS高于反馈电压Vfb时，比较器414输出高，而当电压REF_SMPS低于反馈电压Vfb时，比较器414输出低。
如果D触发器416锁存为1，则信号SFST变成高，信号PRECH变成低，并且降压转换器202进入软启动模式(如图6中所示)。如果D触发器416锁存为0，则信号SFST变成低，信号PRECH变成高，并且降压转换器202进入预充电模式(如图5中所示)。
当处于预充电模式中时，开关426被信号PRECH闭合，这导致参考电压Vref被连接到电压REF_SMPS(如图5中的曲线502所示，其图示出了参考电压Vref)。然而，信号SMPS_ON保持低，直到反馈电压Vfb变得低于电压REF_SMPS为止(如图5中的曲线504所示，其图示出了反馈电压Vfb)。当反馈电压Vfb变得低于电压REF_SMPS时，或门420输出a 1，这导致信号SMPS_ON生效，从而使得降压转换器202开始调节输出电压Vout。
当处于软启动模式中时，开关424被信号SFST闭合，这导致参考电压Vref被连接到软启动电容器406(如图6中所示，由于脉冲信号S404的作用，软启动电容器406具有等于反馈电压Vfb的初始电压)。信号SFST也使得或门420输出a 1，这导致信号SMPS_ON生效，从而使得降压转换器202开始调节输出电压Vout，如图6中所示。
如图4中所示，当电压REF_SMPS高于电压V406时，比较器412使开关408闭合。因此，电流源410向软启动电容器406中注入电流，而不是使电压V406和参考电压Vref斜升直到参考电压Vref达到电压REF_SMPS，如图6中的曲线502所示。由于降压转换器202正在调节输出电压Vout，所以反馈电压Vfb也斜升，如图6中的曲线504所示。
当电压V406达到REF_SMPS时，信号S412变低。D触发器413和与门411将D触发器413的输出锁存为0，从而使得开关408打开并停止软启动电容器406的充电。泄漏电流可导致软启动电容器406缓慢放电，这导致电压V406降低，从而导致信号S412变成高。然而，信号S412从低到高的转变不会导致D触发器413的输出变为1。通过避免周期性地接通和断开开关408，避免了电压V406中的波纹。在一些实施例中，这种波纹可能是不希望的。例如，这对于展现出软启动电容器406的低泄漏电流的实施例是有利的。图7中示出了一种改进，其中与门702和或门704允许在电压V406达到电压REF_SMPS之后将参考电压Vref连接到电压REF_SMPS。
在容许电压V406中的波纹的实施例中，不管与软启动电容器406相关联的任何泄漏如何，包括比较器412、与门409和开关408的环路都使得软启动电容器406将电压V406保持在基本上等于电压REF_SMPS的水平。例如，在没有实现D触发器413和与门411的实施例中(例如，比较器412的输出直接连接到与门409的输入)，电压V406可以被保持基本上等于REF_SMPS，同时展现出锯齿形的波纹。
可以以本领域中已知的任何方式来实现开关404、424和426，诸如使用金属氧化物半导体(MOS)晶体管或固态继电器或机械继电器。
触发器416被实现为D触发器。在一些实施例中，可以使用具有适当修改的不同类型的触发器，诸如SR触发器、T触发器或其他。
在一些实施例中，电压REF_SMPS可以由诸如带隙430之类的带隙电路产生。在一些实施例中，电压REF_SMPS可以由电压调节器或电压源产生。在一些实施例中，在软启动电路400内部产生电压REF_SMPS。在其他实施例中，从软启动电路400外部的电压源接收电压REF_SMPS。
控制器402可以被实现为独立控制器，或者被实现为另一控制器的一部分。例如，在一些实施例中，控制器206和406被实现为单个控制器。
图7示出了根据本发明实施例的软启动电路700的示意图。软启动电路700以与软启动电路400类似的方式操作。但是，在软启动模式期间，在电压V406达到电压REF_SMPS之后，软启动电路700将参考电压Vref连接到电压REF_SMPS。
软启动电路700有利地使用相同的电压REF_SMPS来操作降压转换器202，而不管采用哪种模式来对降压转换器202上电。在一些实施例中，电压REF_SMPS可能比软启动电容器两端的电压更稳定。
除了降压之外，一些实施例可以被应用于SMPS。例如，升压转换器可以通过在升压转换器截止时避免输出电容器的放电来节省能量。
在这里总结了本发明的示例实施例。从本文所提交的整个说明书和权利要求书中也可以理解其他实施例。
示例1.一种用于对开关模式电源(SMPS)进行软启动的方法，所述方法包括：使使能信号生效，其中基于所述使能信号来激活或去激活所述SMPS；禁用所述SMPS的输出级；在使所述使能信号生效之后，测量所述SMPS的反馈电压，所述反馈电压基于所述SMPS的输出电压；在输入参考节点处接收第一参考电压；比较所测量的反馈电压与所述第一参考电压；以及当所测量的反馈电压低于所述第一参考电压时：将所述反馈电压存储在所述软启动电容器中，将输出参考节点连接到所述软启动电容器，启用所述SMPS的所述输出级并且切换所述输出级的晶体管以基于所述反馈电压和在所述输出参考节点处的第二参考电压来调节所述输出电压，以及将电流注入到所述软启动电容器中。
示例2.示例1的方法，还包括：当所测量的反馈电压高于所述第一参考电压时，将所述输入参考节点连接到所述输出参考节点，等待直到所述反馈电压降低到低于所述第一参考电压的电压，并且当所述反馈电压变得低于所述第一参考电压时，启用所述SMPS的所述输出级并切换所述输出级的所述晶体管以基于所述反馈电压和所述第二参考电压来调节所述输出电压。
示例3.示例1或2之一的方法，还包括：当所测量的反馈电压低于所述第一参考电压时，在所述软启动电容器的电压达到所述第一参考电压之后，将所述输入参考节点连接到输出参考节点。
示例4.示例1至3之一的方法，还包括从带隙电路接收所述第一参考电压。
示例5.示例1至4之一的方法，其中所述反馈电压低于所述输出电压。
示例6.示例1至5之一的方法，其中所述晶体管是所述SMPS的半桥的晶体管。
示例7.示例1至6之一的方法，其中禁用所述SMPS包括使所述半桥的所述晶体管和第二晶体管截止。
示例8.示例1至7之一的方法，还包括每300ms或更快地使所述使能信号生效和无效。
示例9.示例1至8之一的方法，还包括在所述SMPS被去激活时上拉所述输出电压。
示例10.一种电路，包括：输入端子，所述输入端子被配置为接收输入电压；输出端子，所述输出端子被配置为耦合到电感器和输出电容器；反馈端子，所述反馈端子被配置为耦合到所述输出电容器；输出级，所述输出级耦合到所述输出端子；控制器，所述控制器被配置为基于第一参考电压和所述反馈端子的反馈电压来调节所述输出电容器处的输出电压；和软启动电路，所述软启动电路包括：被配置为提供所述第一参考电压的输出参考端子；被配置为接收第二参考电压的输入参考端子；软启动电容器；耦合在所述输入参考端子和所述输出参考端子之间的第一开关；和耦合在所述软启动电容器和所述反馈端子之间的第二开关，以及耦合在所述软启动电容器和所述输出参考端子之间的第三开关，其中，当使能信号从第一状态转变为第二状态时，所述软启动电路被配置为：禁用所述输出级，确定反馈电压，将所确定的反馈电压与所述第二参考电压进行比较，以及当所确定的反馈电压低于所述第二参考电压时：闭合所述第二开关以将所述反馈电压存储在所述软启动电容器中，闭合所述第三开关，启用所述输出级，以及将电流注入到所述软启动电容器中。
示例11.示例10的电路，其中所述软启动电路还被配置为：当所确定的反馈电压高于所述第二参考电压时，闭合所述第一开关以向所述输出参考端子提供所述第二参考电压，等待直到所述反馈电压降低到低于所述第二参考电压的电压，以及当所述反馈电压变得低于所述第二参考电压时，启用所述输出级。
示例12.示例10或11之一的电路，其中所述软启动电路还被配置为：当所确定的反馈电压低于所述第二参考电压时，在所述软启动电容器的电压达到所述第二参考电压之后在所述输出参考端子处提供所述第二参考电压。
示例13.示例10至12之一的电路，其中所述软启动电路还包括电流源和耦合在所述电流源与所述软启动电容器之间的第四开关，其中所述软启动电路被配置为通过闭合所述第四开关来将所述电流注入到所述软启动容器中。
示例14.示例10至13之一的电路，其中所述软启动电路还包括：比较器，所述比较器具有耦合到输入参考端子的第一输入和耦合到所述反馈端子的第二输入；和触发器，所述触发器具有耦合到所述比较器的输出的输入和被配置为接收第一信号的第二输入，其中所述软启动电路被配置为通过使所述第一信号生效来将所述反馈电压与所述第二参考电压进行比较。
示例15.示例10至14之一的电路，其中所述触发器是D触发器，并且所述触发器的所述第二输入是时钟输入。
示例16.示例10至15之一的电路，还包括所述电感器和所述输出电容器，其中所述输出端子耦合到所述电感器和所述输出电容器。
示例17.示例10至16之一的电路，还包括耦合在所述输出电容器和所述反馈端子之间的第一电阻器；以及耦合在所述反馈端子和参考端子之间的第二电阻器。
示例18.示例10至17之一的电路，其中所述输出级包括半桥。
示例19.一种降压转换器，包括：被配置为耦合到电源的第一电源端子和第二电源端子；输出端子；耦合到所述输出端子的电感器；耦合在所述电感器和所述第二电源端子之间的输出电容器；耦合到所述输出电容器的反馈端子；耦合到所述输出端子的输出级，所述输出级包括耦合到所述输出端子的半桥，以及耦合到所述半桥的栅极驱动器电路；斜坡发生器；误差放大器，所述误差放大器具有被配置为接收第一参考电压的第一输入和耦合到所述反馈端子的第二输入；脉冲宽度调制(PWM)控制器，所述脉冲宽度调制(PWM)控制器具有耦合到所述输出级的输出并被配置为基于所述误差放大器的输出和所述斜坡发生器的输出来调节所述输出电容器处的输出电压；和软启动电路，所述软启动电路包括：被配置为提供第一参考电压的输出参考端子；被配置为接收第二参考电压的输入参考端子；软启动电容器；耦合在所述输入参考端子和所述输出参考端子之间的第一开关；耦合在所述软启动电容器和所述反馈端子之间的第二开关；以及耦合在所述软启动电容器和所述输出参考端子之间的第三开关，其中，当使能信号从第一状态转变为第二状态时，所述软启动电路被配置为：禁用所述输出级，确定在所述反馈端子处的反馈电压，将所确定的反馈电压与所述第二参考电压进行比较，以及当所确定的反馈电压低于第二参考电压时：闭合所述第二开关以将所述反馈电压存储在所述软启动电容器中，闭合所述第三开关，启用所述输出级，以及将电流注入到所述软启动电容器中。
示例20.示例19的降压转换器，其中所述软启动电路还被配置为：当所确定的反馈电压高于所述第二参考电压时，闭合所述第一开关以向所述输出参考端子提供所述第二参考电压，等待直到所述反馈电压降低到低于所述第二参考电压的电压，以及当所述反馈电压变得低于所述第二参考电压时，启用所述输出级。
示例21.根据示例19或20之一的降压转换器，还包括电源，其中所述电源是电池。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是本描述不意图以限制性的意义来解释。参考本描述，示例性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，意图是所附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (18)

1.一种用于对开关模式电源SMPS进行软启动的方法，所述方法包括：
使使能信号生效，其中基于所述使能信号来激活或去激活所述SMPS；
禁用所述SMPS的输出级；
在使所述使能信号生效之后，测量所述SMPS的反馈电压，所述反馈电压基于所述SMPS的输出电压；
在输入参考节点处接收第一参考电压；
比较所测量的反馈电压与所述第一参考电压；以及
当所测量的反馈电压低于所述第一参考电压时：
将所述反馈电压存储在软启动电容器中，
将输出参考节点连接到所述软启动电容器，
启用所述SMPS的所述输出级并且切换所述输出级的晶体管，以基于所述反馈电压和在所述输出参考节点处的第二参考电压来调节所述输出电压，以及
将电流注入到所述软启动电容器中；
当所测量的反馈电压高于所述第一参考电压时：
将所述输入参考节点连接到所述输出参考节点，
等待直到所述反馈电压降低到低于所述第一参考电压的电压，以及
当所述反馈电压变得低于所述第一参考电压时，启用所述SMPS的所述输出级，并切换所述输出级的所述晶体管，以基于所述反馈电压和所述第二参考电压来调节所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所测量的反馈电压低于所述第一参考电压时，在所述软启动电容器的电压达到所述第一参考电压之后，将所述输入参考节点连接到所述输出参考节点。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：从带隙电路接收所述第一参考电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述反馈电压低于所述输出电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶体管是所述SMPS的半桥的晶体管。
6.根据权利要求5所述的方法，其中禁用所述SMPS包括：使所述半桥的所述晶体管和第二晶体管截止。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：每300ms或更快地使所述使能信号生效和无效。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述SMPS被去激活时，上拉所述输出电压。
9.一种电路，包括：
输入端子，所述输入端子被配置为接收输入电压；
输出端子，所述输出端子被配置为耦合到电感器和输出电容器；
反馈端子，所述反馈端子被配置为耦合到所述输出电容器；
输出级，所述输出级耦合到所述输出端子；
控制器，所述控制器被配置为基于第一参考电压和所述反馈端子的反馈电压，来调节所述输出电容器处的输出电压；和
软启动电路，所述软启动电路包括：被配置为提供所述第一参考电压的输出参考端子；被配置为接收第二参考电压的输入参考端子；软启动电容器；耦合在所述输入参考端子和所述输出参考端子之间的第一开关；耦合在所述软启动电容器和所述反馈端子之间的第二开关；以及耦合在所述软启动电容器和所述输出参考端子之间的第三开关，其中，当使能信号从第一状态转变为第二状态时，所述软启动电路被配置为：
禁用所述输出级，
确定反馈电压，
将所确定的反馈电压与所述第二参考电压进行比较，以及
当所确定的反馈电压低于所述第二参考电压时：
闭合所述第二开关，以将所述反馈电压存储在所述软启动电容器中，
闭合所述第三开关，
启用所述输出级，以及
将电流注入到所述软启动电容器中；
所述软启动电路还被配置为：当所确定的反馈电压高于所述第二参考电压时：
闭合所述第一开关，以向所述输出参考端子提供所述第二参考电压，
等待直到所述反馈电压降低到低于所述第二参考电压的电压，以及
当所述反馈电压变得低于所述第二参考电压时，启用所述输出级。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述软启动电路还被配置为：当所确定的反馈电压低于所述第二参考电压时，在所述软启动电容器的电压达到所述第二参考电压之后在所述输出参考端子处提供所述第二参考电压。
11.根据权利要求9所述的电路，其中所述软启动电路还包括电流源和第四开关，所述第四开关耦合在所述电流源与所述软启动电容器之间，其中所述软启动电路被配置为通过闭合所述第四开关来将所述电流注入到所述软启动电容器中。
12.根据权利要求9所述的电路，其中所述软启动电路还包括：
比较器，所述比较器具有耦合到所述输入参考端子的第一输入、和耦合到所述反馈端子的第二输入；以及
触发器，所述触发器具有耦合到所述比较器的输出的输入、和被配置为接收第一信号的第二输入，其中所述软启动电路被配置为通过使所述第一信号生效来将所述反馈电压与所述第二参考电压进行比较。
13.根据权利要求12所述的电路，其中所述触发器是D触发器，并且所述触发器的所述第二输入是时钟输入。
14.根据权利要求9所述的电路，还包括所述电感器和所述输出电容器，其中所述输出端子耦合到所述电感器和所述输出电容器。
15.根据权利要求14所述的电路，还包括：耦合在所述输出电容器和所述反馈端子之间的第一电阻器；以及耦合在所述反馈端子和参考端子之间的第二电阻器。
16.根据权利要求9所述的电路，其中所述输出级包括半桥。
17.一种降压转换器，包括：
第一电源端子和第二电源端子，被配置为耦合到电源；
输出端子；
电感器，耦合到所述输出端子；
输出电容器，耦合在所述电感器和所述第二电源端子之间；
反馈端子，耦合到所述输出电容器；
输出级，耦合到所述输出端子，所述输出级包括耦合到所述输出端子的半桥、以及耦合到所述半桥的栅极驱动器电路；
斜坡发生器；
误差放大器，所述误差放大器具有被配置为接收第一参考电压的第一输入、和耦合到所述反馈端子的第二输入；
脉冲宽度调制(PWM)控制器，所述脉冲宽度调制(PWM)控制器具有耦合到所述输出级的输出，并被配置为基于所述误差放大器的输出和所述斜坡发生器的输出来调节所述输出电容器处的输出电压；以及
软启动电路，所述软启动电路包括：被配置为提供所述第一参考电压的输出参考端子；被配置为接收第二参考电压的输入参考端子；软启动电容器；耦合在所述输入参考端子和所述输出参考端子之间的第一开关；耦合在所述软启动电容器和所述反馈端子之间的第二开关；以及耦合在所述软启动电容器和所述输出参考端子之间的第三开关，其中，当使能信号从第一状态转变为第二状态时，所述软启动电路被配置为：
禁用所述输出级，
确定在所述反馈端子处的反馈电压，
将所确定的反馈电压与所述第二参考电压进行比较，以及
当所确定的反馈电压低于所述第二参考电压时：
闭合所述第二开关，以将所述反馈电压存储在所述软启动电容器中，
闭合所述第三开关，
启用所述输出级，以及
将电流注入到所述软启动电容器中；
所述软启动电路还被配置为：当所确定的反馈电压高于所述第二参考电压时，
闭合所述第一开关，以向所述输出参考端子提供所述第二参考电压，
等待直到所述反馈电压降低到低于所述第二参考电压的电压，以及
当所述反馈电压变得低于所述第二参考电压时，启用所述输出级。
18.根据权利要求17所述的降压转换器，还包括所述电源，其中所述电源是电池。
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