CN111245215A - 电源软启动方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源软启动方法及电路，涉及电源电路技术领域。其技术要点包括充电阶段和升压阶段，所述充电阶段包括：构建经过第一场效应管Q1和恒流源I1的恒流通路，恒流通路上产生基准电流；在第一场效应管Q1的栅极和恒流电路之间设置反馈单元，所述反馈单元基于基准电流向第一场效应管Q1的栅极输出对应基准电流的控制电压；构建经过电感器L1、第二场效应管Q2和电容器C1的供电通路；将控制电压连通于第二场效应管Q2的栅极上，恒流通路和供电通路之间构成电流镜；使得供电通路上生成和基准电流成比例的充电电流，本发明具有在充电阶段电流稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，更具体地说，它涉及一种电源软启动方法。
背景技术
AMOLED显示电源中一般实用升压调节器,而升压调节器具有很好的启动,启动过程中,启动电流需要很好的控制,如对地短路等,同时也要避免对移动系统的干扰噪声。
现有的AMOLED显示电源软启动电路包括电感器L1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和电容器C1。其中电感器L1的一端连接输入电压Vin，另一端分别连接第三场效应管Q3、第二场效应管Q2和第一场效应管Q1的一端，第三场效应管Q3的另一端接地，第二场效应管Q2和第一场效应管Q1的另一端连接电容器C1的一端，电容器C1的另一端接地，输出电源连接于第二场效应管Q2、第一场效应管Q1和电容器C1相连接的结点。其中第一场效应管Q1可通过电流量的大小小于第二场效应管Q2。在应用软启动电路时，首先包括充电阶段和升压阶段。
充电阶段中，关闭第三场效应管Q3和第二场效应管Q2，开启第一场效应管Q1；输入电压Vin的电流通过电感器L1和第一场效应管Q1流至电容器C1上形成充电电流，为电容器C1充电，使得电容器C1的电压和输出电源的电压增加接近输入电压Vin。升压阶段中，利用boost升压的方式，使得第一场效应管Q1保持断开，并依次切换第三场效应管Q3和第二场效应管Q2的开关，使得电容器C1电压逐步升高。
现有技术中类似于上述软启动电路，利用场效应管的特性使得充电阶段中电流呈较平滑的线性，但是场效应管的线性特性跟制造工艺、所处温度以及所在的电源电压具有很大的关系，因此整体稳定性不足。
发明内容
针对现有的技术问题，本发明的第一目的在于提供一种电源软启动方法，其具有在充电阶段电流稳定的优点。
本发明的第二目的在于提供一种电源软启动电路，其具有在充电阶段电流稳定的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种电源软启动方法，包括充电阶段和升压阶段，所述充电阶段包括：
构建经过第一场效应管Q1和恒流源I1的恒流通路，恒流通路上产生基准电流；
在第一场效应管Q1的栅极和恒流电路之间设置反馈单元，所述反馈单元基于基准电流向第一场效应管Q1的栅极输出对应基准电流的控制电压；
构建经过电感器L1、第二场效应管Q2和电容器C1的供电通路；
将控制电压连通于第二场效应管Q2的栅极上，恒流通路和供电通路之间构成电流镜；使得供电通路上生成和基准电流成比例的充电电流。
通过采用上述技术方案，在恒流源I1和反馈单元的配合下能够，在反馈单元的输出端向第一场效应管Q1的栅极输出对应基准电流的控制电压。而通过控制电压对应通过电流镜输出，使得通过第二场效应管Q2的电流和通过第一场效应管Q1的电流确定的比例关系。而由于通过第一场效应管Q1的为恒流的基准电流，因此通过第二场效应管Q2的电流也是恒流的。从而达到了在充电阶段提供稳定电流为电容器C1充电，大大降低对工艺、温度和电源的依赖性。
本发明进一步设置为：所述升压阶段包括：
构建经过电感器L1和第三场效应管Q3的蓄能通路；
将第二场效应管Q2的栅极和控制电压断开，并在第二场效应管Q2的栅极接入第一脉冲，第三场效应管Q3的栅极接入第二脉冲；使得第二场效应管Q2和第三场效应管Q3依次切换开关状态，为电容器C1升压。
通过采用上述技术方案，第二场效应管Q2和第三场效应管Q3依次切换开关状态，当第三场效应管Q3开启第二场效应管Q2关闭时，蓄能通路导通，电感器L1上会储蓄电能；而当第二场效应管Q2开启第三场效应管Q3关闭时，电感器L1为了维持为本的电流，将电能转化为电流，使得电容器C1上存储的电子量增大，起到升压的效果。过程中通过第二场效应管Q2和第三场效应管Q3依次切换开关状态，使得电感器L1蓄能再放能，起到为电容器C1升压的效果。
本发明进一步设置为：所述第二场效应管Q2的饱和漏极电流大于第一场效应管Q1的饱和漏极电流。
通过采用上述技术方案，第二场效应管Q2的饱和漏极电流大于第一场效应管Q1的饱和漏极电流，因此在相同的控制电压下，通过第二场效应管Q2的电流将大于基准电流，实现通过小电流控制一个大电流。
本发明进一步设置为：所述第二场效应管Q2的饱和漏极电流是第一场效应管Q1的饱和漏极电流的至少两倍。
通过采用上述技术方案，第二场效应管Q2的饱和漏极电流是第一场效应管Q1的饱和漏极电流的至少两倍，则通过电流镜，第二场效应管Q2上的电流为基准电流的至少两倍；较符合应用。
本发明进一步设置为：所述反馈单元包括运算放大器AMP1，运算放大器AMP1的同相输入端连接第一场效应管Q1和恒流源I1之间的结点，运算放大器AMP1的反相输入端连接阈值电压Vref，运算放大器AMP1的输出端输出控制电压。
通过采用上述技术方案，第一场效应管Q1和恒流源I1之间的结点电压会跟随电流的细微变化而发生变化，从而阈值电压Vref和结点电压的差值变化导致控制电压变化，而控制电压变化又会影响通过第一场效应管Q1的电流通量，从而构成了负反馈，使得控制电压能够较为稳定。
本发明进一步设置为：所述阈值电压Vref的取值低于输入电压Vin0.2至0.45V之间。
通过采用上述技术方案，阈值电压Vref略低于输入电压Vin0.2至0.45V使得第一场效应管Q1的源漏电压保持在0.2至0.45V从而正确工作在饱和区。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种应用于第一目的所述的电源软启动方法的软启动电路，包括输入电压Vin、电感器L1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、恒流源I1、反馈单元、电容器C1和切换开关S1；
所述电感器L1的一端连接输入电压Vin，所述电感器L1的另一端分别连接第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3的一接线端，第三场效应管Q3的另一接线端接地，第一场效应管Q1的另一接线端连接恒流源I1后接地，第二场效应管Q2的另一接线端连接电容器C1后接地，反馈单元的输入端连接于第一场效应管Q1和恒流源I1之间的结点，反馈单元的输出端分别连接第一场效应管Q1的栅极和切换开关S1的一端，切换开关S1的另一端连接第二场效应管Q2的栅极，第二场效应管Q2的栅极还接收第一脉冲信号，第三场效应管Q3还接收第二脉冲信号；
所述第二场效应管Q2和电容器C1之间的结点作为电压输出结点Vout。
通过采用上述技术方案，充电阶段中，关闭第三场效应管Q3和第二场效应管Q2的脉冲输出，闭合切换开关S1；输入电压Vin的电流通过第一场效应管Q1和第二场效应管Q2构成的电流镜流至电容器C1上形成充电电流，为电容器C1充电，使得电容器C1的电压和输出电源的电压增加接近输入电压Vin。升压阶段中，利用boost升压的方式，使得切换开关S1保持断开，并依次切换第三场效应管Q3和第二场效应管Q2的开关，使得电容器C1电压逐步升高。充电过程中由于通过电流镜恒流源I1的输出电流，能够保证电容器C1充电时充电电流大小稳定。
本发明进一步设置为：所述第一场效应管Q1和第二场效应管Q2为P沟道MOS管，所述第三场效应管Q3为N沟道MOS管。
通过采用上述技术方案，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2为相同的P沟道MOS管，能够触发电流镜；而第三场效应管Q3为N沟道MOS管，与第二场效应管Q2不同，利于实现升压。
本发明进一步设置为：所述切换开关S1为基于电压输出结点Vout电压切换开关状态的电控开关。
通过采用上述技术方案，切换开关S1基于电压输出结点Vout电压切换开关状态，使得电容器C1电压未到达输入电压Vin的情况下，切换开关S1闭合处于充电阶段；而当电容器C1电压到达输入电压Vin的情况下，切换开关S1断开进入升压阶段。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）通过恒流源I1、反馈单元和电流镜为电容器C1提供充电的稳定电流；
（2）大大降低对工艺、温度和电源的依赖性。
附图说明
图1为现有技术中的软启动电路示意图；
图2为本实施例的软启动电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例，一种电源软启动电路，如图2所示，包括输入电压Vin、电感器L1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、恒流源I1、反馈单元、电容器C1和切换开关S1。第一场效应管Q1和第二场效应管Q2为P沟道增强型MOS管，第三场效应管Q3为N沟道增强型MOS管。
其中，输入电压Vin连接电感器L1的一端，第一场效应管Q1的源极连接电感器L1的另一端，第一场效应管Q1的漏极连接恒流源I1高电平的一端，恒流源I1低电平的一端接地。使得输入电压Vin、电感器L1、第一场效应管Q1和电流源构成恒流通路。而由于恒流通路内设置有恒流源I1，因此恒流通路上的电流大小为恒定的基准电流。
反馈单元基于基准电流向第一场效应管Q1的栅极输出对应基准电流的控制电压。反馈单元为运算放大器AMP1，运算放大器AMP1的同相输入端连接第一场效应管Q1和恒流源I1之间的结点，运算放大器AMP1的反相输入端接收阈值电压Vref，运算放大器AMP1的输出端输出控制电压至第一场效应管Q1的栅极。
在恒流通路导通的过程中，运算放大器AMP1与第一场效应管Q1构成负反馈，使得运算放大器AMP1同相输入端和反向输入端虚短，使得第一场效应管Q1和恒流源I1之间的结点电压的大小和阈值电压Vref近似于相等。运算放大器AMP1输出端输出对应基准电流的控制电压。其中阈值电压Vref的取值略低于输入电压Vin 0.2至0.45V之间，使得第一场效应管Q1的源漏电压保持在0.2至0.45V之间，从而正确工作在饱和区。运算放大器AMP1的输出端到同相输入端之间通过第一场效应管Q1形成负反馈。
第二场效应管Q2的漏极连接电感器L1的远离输入电压Vin的一端，第二场效应管Q2的源极连接电容器C1的一端，电容器C1的另一端接地。使得输入电压Vin、电感器L1、第二场效应管Q2和电容器C1构成供电通路。且第二场效应管Q2和电容器C1之间的结点作为电压输出结点Vout。第二场效应管Q2的栅极连接切换开关S1的一端，且第二场效应管Q2的栅极连接有接收外部脉冲信号的第一脉冲连接端，切换开关S1的另一端连接第一场效应管Q1的栅极。第二场效应管Q2的饱和漏极电流大于第一场效应管Q1的饱和漏极电流。第二场效应管Q2的饱和漏极电流是第一场效应管Q1的饱和漏极电流的至少两倍。
切换开关S1为基于电压输出结点Vout电压切换开关状态的电控开关。使得电容器C1电压未到达输入电压Vin的情况下，切换开关S1闭合处于充电阶段；而当电容器C1电压到达输入电压Vin的情况下，切换开关S1断开进入升压阶段。当切换开关S1闭合时，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2间能够构成电流镜。由于通过第一场效应管Q1的为恒流的基准电流，因此通过第二场效应管Q2的电流也是恒流的。且通过第二场效应管Q2的电流和通过第一场效应管Q1的电流的比例关系确定。因此使用时可以根据需求选取对应饱和漏极电流比例关系的第二场效应管Q2和第一场效应管Q1。
第三场效应管Q3的漏极连接电感器L1的远离输入电压Vin的一端，第二场效应管Q2的源极接地，第三场效应管Q3的栅极连接有接收外部脉冲信号的第二脉冲连接端。使得输入电压Vin、电感器L1、第三场效应管Q3构成蓄能通路。
第二场效应管Q2的栅极通过第一脉冲连接端接收第一脉冲信号，第三场效应管Q3的栅极通过第二脉冲连接端接收第二脉冲信号。
一种电源软启动方法，包括充电阶段和升压阶段，
充电阶段包括：
构建经过第一场效应管Q1和恒流源I1的恒流通路，恒流通路上产生基准电流；
在第一场效应管Q1的栅极和恒流电路之间设置反馈单元，反馈单元基于基准电流向第一场效应管Q1的栅极输出对应基准电流的控制电压；
构建经过电感器L1、第二场效应管Q2和电容器C1的供电通路；
闭合切换开关S1，将控制电压连通于第二场效应管Q2的栅极上，恒流通路和供电通路之间构成电流镜；使得供电通路上生成和基准电流成比例的充电电流；
电容器C1的电压到达输入电压Vin电压。
升压阶段包括：
构建经过电感器L1和第三场效应管Q3的蓄能通路；
将第二场效应管Q2的栅极和控制电压断开，并在第二场效应管Q2的栅极接入第一脉冲，第三场效应管Q3的栅极接入第二脉冲；使得第二场效应管Q2和第三场效应管Q3依次切换开关状态，为电容器C1升压。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电源软启动方法，包括充电阶段和升压阶段，其特征在于：所述充电阶段包括：
构建经过第一场效应管Q1和恒流源I1的恒流通路，恒流通路上产生基准电流；
在第一场效应管Q1的栅极和恒流电路之间设置反馈单元，所述反馈单元基于基准电流向第一场效应管Q1的栅极输出对应基准电流的控制电压；
构建经过电感器L1、第二场效应管Q2和电容器C1的供电通路；
将控制电压连通于第二场效应管Q2的栅极上，恒流通路和供电通路之间构成电流镜；使得供电通路上生成和基准电流成比例的充电电流。
2.根据权利要求1所述的电源软启动方法，其特征在于：所述升压阶段包括：
构建经过电感器L1和第三场效应管Q3的蓄能通路；
将第二场效应管Q2的栅极和控制电压断开，并在第二场效应管Q2的栅极接入第一脉冲，第三场效应管Q3的栅极接入第二脉冲；使得第二场效应管Q2和第三场效应管Q3依次切换开关状态，为电容器C1升压。
3.根据权利要求1所述的电源软启动方法，其特征在于：所述第二场效应管Q2的饱和漏极电流大于第一场效应管Q1的饱和漏极电流。
4.根据权利要求3所述的电源软启动方法，其特征在于：所述第二场效应管Q2的饱和漏极电流是第一场效应管Q1的饱和漏极电流的至少两倍。
5.根据权利要求1所述的电源软启动方法，其特征在于：所述反馈单元包括运算放大器AMP1，运算放大器AMP1的同相输入端连接第一场效应管Q1和恒流源I1之间的结点，运算放大器AMP1的反相输入端连接阈值电压Vref，运算放大器AMP1的输出端输出控制电压。
6.根据权利要求1所述的电源软启动方法，其特征在于：所述阈值电压Vref的取值低于输入电压Vin0.2至0.45V之间。
7.一种应用于权利要求1至6任一所述的电源软启动方法的软启动电路，其特征在于：包括输入电压Vin、电感器L1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、恒流源I1、反馈单元、电容器C1和切换开关S1；
所述电感器L1的一端连接输入电压Vin，所述电感器L1的另一端分别连接第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3的一接线端，第三场效应管Q3的另一接线端接地，第一场效应管Q1的另一接线端连接恒流源I1后接地，第二场效应管Q2的另一接线端连接电容器C1后接地，反馈单元的输入端连接于第一场效应管Q1和恒流源I1之间的结点，反馈单元的输出端分别连接第一场效应管Q1的栅极和切换开关S1的一端，切换开关S1的另一端连接第二场效应管Q2的栅极，第二场效应管Q2的栅极还接收第一脉冲信号，第三场效应管Q3还接收第二脉冲信号；
所述第二场效应管Q2和电容器C1之间的结点作为电压输出结点Vout。
8.根据权利要求7所述的电源软启动方法，其特征在于：所述第一场效应管Q1和第二场效应管Q2为P沟道MOS管，所述第三场效应管Q3为N沟道MOS管。
9.根据权利要求7所述的电源软启动方法，其特征在于：所述切换开关S1为基于电压输出结点Vout电压切换开关状态的电控开关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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