CN114710020A - 一种适用于sibo开关电源的软启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法，通过在每个锯齿波信号周期内控制开关电源的晶体管循环进入第二和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将电感电流限制在第二电流上限值以下；然后引入第一开关状态形成第一至第三开关状态的循环过程实现对第一输出端电压进行反馈调节，再引入第四开关状态，形成第一、第二、第三、第四或第一、第二、第四开关状态的循环过程实现维持第一输入端电压以及第二输出端电压之和稳定反馈调节。本发明可实现第一输入端电压、第二输入端电压以及电感电流的软启动，启动时将电感电流限制在过流限以下保证电路电流始终工作在安全范围内，且第一输出端电压稳定建立后第二输出端电压才会启动。

Description

一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法

技术领域

本发明属于成电路技术领域，具体涉及一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法。

背景技术

AMOLED(有源矩阵有机发光二极管)因其具有轻薄便携、高对比度、快速响应等优势，而被称为下一代显示技术，其主要被应用在便携式移动设备中。

AMOLED显示器采用正负双电源供电，而便携式设备中采用电池供电，无法直接为AMOLED显示器供电。SIBO(单电感双极输出)开关电源芯片可输出一正一负两个电压，用于驱动AMOLED显示器。对于这种显示器，其往往需要正电压先建立，然后再开始建立负电压，以保证显示器正常工作，不会受损。

如图1所示，图1为SIBO开关电源的拓扑电路图。开关电源芯片的启动过程中，由于电感左端电压为输入电压，电感右端电压为0，因此启动阶段电感电流的上升斜率会非常大。若用固定占空比的方式启动，不管多低的占空比，电感电流都会不受控制，启动阶段都会产生一个大电流。虽然这个大电流仅在启动阶段，但是启动是一个多次重复过程，多次重复启动仍会对功率管、电感等器件造成损坏，使得器件的使用寿命降低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供的一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法，应用于SIBO开关电源软启动的控制电路，软启动控制电路与SIBO开关电源相连，用于检测SIBO开关电源的电感电流、输出端电压、生成锯齿波信号以及生成SIBO开关电源中晶体管控制信号，软启动控制方法包括：

生成周期性锯齿波信号；

在每个锯齿波信号周期内生成开关信号控制开关电源的晶体管循环进入第二开关状态和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将开关电源的电感电流限制在第二电流上限值以下；

如果在每个周期内电感电流都在第二电流上限值以下，则控制开关电源的晶体管依次循环进入第一开关状态、第二开关状态以及第三开关状态，以对开关电源的第一输出端充电直至第一输出端电压达到第一阈值，并控制开关电源的晶体管进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电；

在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则依次循环进入第一开关状态、第二开关状态，从第二开关状态切换到第四开关状态或从第三开关状态切换至第四开关状态；并通过控制在第一开状态切换到第二开关状态的触发时刻控制下一周期对单独对电感充电的充电时长，将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

可选的，在每个锯齿波信号周期内生成开关信号控制开关电源的晶体管循环进入第二开关状态和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将开关电源的电感电流限制在第二电流上限值以下包括：

在当前周期内生成开关信号控制SIBO开关电源进入第二开关状态，并检测第二电感电流是否达到第二电流上限值，如果达到则生成开关信号控制SIBO开关电源进入第三开关状态持续到下一个周期；

在下一个周期依次循环进入第二开关状态、第三开关状态，以将电感电流限制在第二电流上限值以下。

可选的，如果在每个周期内电感电流都在第二电流上限值以下，则控制开关电源的晶体管依次循环进入第一开关状态、第二开关状态以及第三开关状态，以对开关电源的第一输出端充电直至第一输出端电压达到第一阈值，并控制开关电源的晶体管进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电包括：

如果在当前周期第二开关状态下的电感电流没有达到第二电流上限值，则生成控制信号控制开关电源在下一个周期进入第一开关状态，检测第一开关状态下的第一电感电流是否达到第一电流上限值，如果达到则重复依次循环进入第二开关状态、第三开关状态，并在循环过程中检测SIBO开关电源的第一输出端电压是否达到第一阈值；

如果当前周期第一输出端电压并未达到第一阈值，则在下一个周期重新进入第一开关状态重复依次循环进入第二开关状态、第三开关状态；如果当前周期第一输出端电压达到第一阈值，则生成控制信号控制SIBO开关电源进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电。

可选的，在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则依次循环进入第一开关状态、第二开关状态，从第二开关状态切换到第四开关状态或从第三开关状态切换至第四开关状态；并通过控制在第一开状态切换到第二开关状态的触发时刻控制下一周期单独对电感充电的充电时长，将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动包括：

在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则生成延迟控制信号控制开关电源的晶体管进入第二开关状态的触发时刻，以在下个周期增加单独对电感电流的充电时长；

在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果有则生成提前控制信号控制开关电源的晶体管进入第二开关状态的触发时刻，以在下个周期减少单独对电感电流充电时长；

当下一周期的锯齿波到来，产生控制信号控制开关电源进入第一开关状态，在第一开关状态下检测电感电流是否达到第一电流阈值，如果是则控制开关电源进入第二开关状态；

在第二开关状态下，检测电感电流是否超过第二电流阈值，如果是则控制开关电源进入第三开关状态，并在第二开关状态或第三开关状态下检测第一输出端电压达到第一阈值，如果达到，则控制开关电源进入第四开关状态，以将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

可选的，第一开关状态(P1)为开关管SW1和SW3导通，第二开关状态(P2)为SW1和SWP导通，第三开关状态(P3)为SW2和SWP导通，第四开关状态(P4)为SWN和SW3导通。

可选的，SIBO开关电源软启动控制电路包括：运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、电感电流检测模块、信号发生器、第一比较器、第二比较器、启动逻辑控制电路以及开关逻辑产生电路，电感电流检测模块输入连接开关电源的电感，输出连接第一比较器的一个输入端，第一比较器的另一个输入端接入第一电流上限阈值、第二电流上限阈值或共模信号比例积分电路的输出；信号发生器输出连接第二比较器的第一输入端，第二比较器的另一个输入端接入Vop信号比例积分电路的输出；第一比较器以及第二比较器的输出连接开关逻辑产生电路，开关逻辑产生电路的输出连接开关电源的每个晶体管，启动逻辑控制电路连接运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、第一比较器以及第二比较器，运算电路输入分别连接开关电源的第一输出端以及第二输出端，运算电路的输出连接共模信号比例积分电路以及Vop信号比例积分电路。

可选的，

信号发生器，用于产生周期性的锯齿波信号；

电流电感检测模块，用于检测开关电源的电感电流；

启动逻辑控制电路，用于控制运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、第一比较器、第二比较器的启动时刻；

第一比较器，用于在第一开关状态下比较电感电流与第一电流上限阈值的大小或在第二开关状态下比较电感电流与第二电流上限阈值的大小，并将比较结果输出至开关逻辑产生电路；

运算电路，用于对开关电源的第一输出端电压以及第二输出端电压分别进行比例以及加减运算，得到第一输出端运算结果以及第二输出端与第一输出端绝对值之和的运算结果；

Vop信号比例积分电路，用于比较第一输出端运算与第一阈值的大小，当第一输出端运算结果小于第三阈值则向上积分控制自身的输出结果增大，当第一输出端运算结果大于第三阈值则向下积分控制自身的输出结果减小，并将输出结果发送至第一比较器；

第二比较器，还用于将Vop信号比例积分电路的输出结果与锯齿波信号进行比较，以确定在下一个周期内开关电源处于第一开关状态和第二开关状态的时长增加还是减少，以使开关逻辑产生电路根据比较结果产生控制信号触发开关电源进入第四开关状态的时间；

共模信号比例积分电路，用于在比较和运算结果与和阈值的大小，当和运算结果小于和阈值则向上积分控制自身的输出结果增大，当和运算结果大于和阈值则向下积分控制自身的输出结果减小，并将输出结果发送至第二比较器；

第一比较器，用于将共模信号比例积分电路的输出结果与电感电流进行比较，以确定在下一个周期内开关电源处于第一开关状态的时长增加还是减少，以使开关逻辑产生电路根据比较结果产生控制信号触发开关电源进入从第一开关状态切换到第二开关状态的时间，将第一输出端以及第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

本发明提供的一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法，通过在每个锯齿波信号周期内控制开关电源的晶体管循环进入第二和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将电感电流限制在第二电流上限值以下；然后引入第一开关状态形成第一至第三开关状态的循环过程实现对第一输出端电压进行反馈调节，再引入第四开关状态，形成第一、第二、第三、第四或第一、第二、第四开关状态的循环过程实现维持第一输入端电压以及第二输出端电压之和稳定反馈调节。本发明可实现第一输入端电压、第二输入端电压以及电感电流的软启动，启动时将电感电流限制在过流限以下保证电路电流始终工作在安全范围内，且第一输出端电压稳定建立后第二输出端电压才会启动。

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SIBO开关电源的拓扑电路示意图；

图2是本发明实施例提供的一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的软启动方法控制SIBO开关电源电感电流变化的过程示意图；

图4是本发明实施例提供的SIBO开关电源软启动控制电路结构示意图；

图5是本发明实施例提供的SIBO开关电源软启动仿真波形图。

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。

本发明提供的一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法，应用于SIBO开关电源软启动控制电路，软启动控制电路与SIBO开关电源相连，用于检测SIBO开关电源的电感电流、输出端电压、生成锯齿波信号以及生成SIBO开关电源中晶体管控制信号。

如图2所示，本发明的SIBO开关电源软启动控制电路包括：运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、电感电流检测模块、信号发生器、第一比较器、第二比较器、启动逻辑控制电路以及开关逻辑产生电路，电感电流检测模块输入连接开关电源的电感，输出连接第一比较器的一个输入端，第一比较器的另一个输入端接入第一电流上限阈值、第二电流上限阈值或共模信号比例积分电路的输出；信号发生器输出连接第二比较器的第一输入端，第二比较器的另一个输入端接入Vop信号比例积分电路的输出；第一比较器以及第二比较器的输出连接开关逻辑产生电路，开关逻辑产生电路的输出连接开关电源的每个晶体管，启动逻辑控制电路连接运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、第一比较器以及第二比较器，运算电路输入分别连接开关电源的第一输出端以及第二输出端，运算电路的输出连接共模信号比例积分电路以及Vop信号比例积分电路。

在介绍原理前，首先介绍本发明的各种参数表示以及具体状态表示。

IL_SENSE信号代表电感电流检测电路产生的代表电感电流大小的电压信号；RAMP即为锯齿波信号发生器产生的锯齿波信号；OVER_CURRENT(P1)和OVER_CURRENT(P2)分别代表在P1、P2状态下，对电感电流最大值进行限制，代表电感电流所能充到的最大值；Vop_FB和Von_FB分别代表输出端Vop及Von的电压反馈信号，Vop和Von由比例、加减运算电路经过运算处理之后产生；Vop_REF和Von_REF分别代表输出端Vop及Von的预设参考电压信号；CMFB为共模信号比例积分电路的输出，当输出反馈信号之和Vop_FB+Von_FB小于预设参考电压信号Vop_REF+Von_REF时，比例积分电路将向某一方向积分，来调整CMFB的大小，反之，当输出反馈信号之和Vop_FB+Von_FB大于预设参考电压信号Vop_REF+Von_REF时，比例积分电路将向另一方向积分，来向相反的方向调整CMFB的大小；VPFB为Vop信号比例积分电路的输出，当Vop输出反馈信号Vop_FB小于预设参考电压信号Vop_REF时，比例积分电路将向某一方向积分，来调整VPFB的大小，反之，当Vop输出反馈信号之和Vop_FB大于预设参考电压信号Vop_REF时，比例积分电路将向另一方向积分，来向相反的方向调整VPFB的大小；开关逻辑产生电路输出信号SW1、SW2、SWN、SW3、SWP分别代表用来控制图1拓扑结构中开关管状态的信号；启动逻辑控制电路用于检测电路当前所处的状态，产生启动逻辑控制信号，以此来切换启动步骤。

如图3所示，本发明提供的适用于SIBO开关电源的软启动控制方法包括：

S1，生成周期性锯齿波信号；

S2，在每个锯齿波信号周期内生成开关信号控制开关电源的晶体管循环进入第二开关状态和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将开关电源的电感电流限制在第二电流上限值以下；

作为本发明一种可选的实施例，S2步骤包括：

S21：在当前周期内生成开关信号控制SIBO开关电源进入第二开关状态，并检测第二电感电流是否达到第二电流上限值，如果达到则生成开关信号控制SIBO开关电源进入第三开关状态持续到下一个周期；

S22：在下一个周期依次循环进入第二开关状态、第三开关状态，以将电感电流限制在第二电流上限值以下。

S3，如果在每个周期内电感电流都在第二电流上限值以下，则控制开关电源的晶体管依次循环进入第一开关状态、第二开关状态以及第三开关状态，以对开关电源的第一输出端充电直至第一输出端电压达到第一阈值，并控制开关电源的晶体管进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电；

作为本发明一种可选的实施例，S3步骤包括：

S31：如果在当前周期第二开关状态下的电感电流没有达到第二电流上限值，则生成控制信号控制开关电源在下一个周期进入第一开关状态，检测第一开关状态下的第一电感电流是否达到第一电流上限值，如果达到则重复依次循环进入第二开关状态、第三开关状态，并在循环过程中检测SIBO开关电源的第一输出端电压是否达到第一阈值；

S32：如果当前周期第一输出端电压并未达到第一阈值，则在下一个周期重新进入第一开关状态重复依次循环进入第二开关状态、第三开关状态；如果当前周期第一输出端电压达到第一阈值，则生成控制信号控制SIBO开关电源进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电。

S4，在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则依次循环进入第一开关状态、第二开关状态，从第二开关状态切换到第四开关状态或从第三开关状态切换至第四开关状态；并通过控制在第一开状态切换到第二开关状态的触发时刻控制下一周期单独对电感充电的时长，将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

作为本发明一种可选的实施例，上述步骤S4包括：

S41：在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则生成延迟控制信号控制开关电源的晶体管进入第二开关状态的触发时刻，以在下个周期增加单独对电感电流的充电时长；

S42：在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果有则生成提前控制信号控制开关电源的晶体管进入第二开关状态的触发时刻，以在下个周期减少单独对电感电流的充电时长；

S43：当下一周期的锯齿波到来，产生控制信号控制开关电源进入第一开关状态，在第一开关状态下检测电感电流是否达到第一电流阈值，如果是则控制开关电源进入第二开关状态；

S44：在第二开关状态下，检测电感电流是否超过第二电流阈值，如果是则控制开关电源进入第三开关状态，并在第二开关状态或第三开关状态下检测第一输出端电压达到第一阈值，如果达到，则控制开关电源进入第四开关状态，以将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

其中，第一开关状态(P1)为开关管SW1和SW3导通，第二开关状态(P2)为SW1和SWP导通，第三开关状态(P3)为SW2和SWP导通，第四开关状态(P4)为SWN和SW3导通。

参见图1，图1是SIBO开关电源常见的拓扑结构，其由开关MOS管SW1、SW2、SWN、SW3、SWP，电容C1、C2，负载电阻R1、R2及电感L构成。根据电流流向，将开关管工作状态分为P1、P2、P3、P4四种，其中P1为开关管SW1和SW3导通，P2为SW1和SWP导通，P3为SW2和SWP导通，P4为SWN和SW3导通。P1状态对电感充电，此时，C1及C2电容放电，Vop及Von的绝对值会下降，下降速度由负载电容C1和C2及负载电阻R1和R2的大小决定，该状态时间越长，开关电源所能输出的能量就越大，Vop和Von所获得的能量也就会越大；P2、P3状态对电容C1充电，Vop绝对值上升，此时，C2电容放电，Von的绝对值会下降，该状态时间越长，开关电源对Vop输出的能量就越大，Vop上升的就会越多；P4状态对电容C2充电，Von绝对值上升，此时，C1电容放电，Vop的绝对值会下降，该状态时间越长，开关电源对Von输出的能量就越大，Von绝对值上升的就会越多。

作为本发明一种可选的实施例，

信号发生器，用于产生周期性的锯齿波信号；

电流电感检测模块，用于检测开关电源的电感电流；

启动逻辑控制电路，用于控制运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、第一比较器、第二比较器的启动时刻；

第一比较器，用于在第一开关状态下比较电感电流与第一电流上限阈值的大小或在第二开关状态下比较电感电流与第二电流上限阈值的大小，并将比较结果输出至开关逻辑产生电路；

运算电路，用于对开关电源的第一输出端电压以及第二输出端电压分别进行比例以及加减运算，得到第一输出端运算结果以及第二输出端与第一输出端之和的运算结果；

Vop信号比例积分电路，用于比较第一输出端运算结果与第三阈值的大小，当第一输出端运算结果小于第三阈值则向上积分控制自身的输出结果增大，当第一输出端运算结果大于第三阈值则向下积分控制自身的输出结果减小，并将输出结果发送至第一比较器；

第二比较器，还用于将Vop信号比例积分电路的输出结果与锯齿波信号进行比较，以确定在下一个周期内开关电源处于第一开关状态和第二开关状态的时长增加还是减少，以使开关逻辑产生电路根据比较结果产生控制信号触发开关电源进入第四开关状态的时间；

共模信号比例积分电路，用于在比较和运算结果与和阈值的大小，当和运算结果小于和阈值则向上积分控制自身的输出结果增大，当和运算结果大于和阈值则向下积分控制自身的输出结果减小，并将输出结果发送至第二比较器；

第一比较器，用于将共模信号比例积分电路的输出结果与电感电流进行比较，以确定在下一个周期内开关电源处于第一开关状态的时长增加还是减少，以使开关逻辑产生电路根据比较结果产生控制信号触发开关电源进入从第一开关状态切换到第二开关状态的时间，将第一输出端以及第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

其中，第一输出端以及第二输出端电压之和是第二输出端电压绝对值与第一输出端电压之和。

参考图4，本发明结合软启动控制电路，将本发明软启动控制方法的具体原理分为4步，在具体步骤中第一开关状态至第四开关状态分别表示为P1、P2、P3、P4，第一电流上限以及第二电流上限分别为OVER_CURRENT(P1)和OVER_CURRENT(P2)，分别代表在P1、P2状态下，对电感电流最大值进行限制。第一阈值表示为预设的Vop输出值，第二阈值为预设的Vop输出值，与预设的Von输出值的绝对值之和。第一输出端电压表示为Vop，第二输出端电压为Von，和阈值表示为Vop_REF+Von_REF，Vop信号比例积分电路的第一输出端运算结果表示为Vop_FB，第二输出端运算结果表示为Von_FB，第三阈值表示为Vop_REF，和阈值表示为Vop_REF+Von_REF，和运算结果表示为Vop_FB+Von_FB。

首先，本发明控制电路启动时，Vop为0，执行第一步。

参考图4，第一步是由P2及P3周期循环构成的峰值电流控制模式。锯齿波信号的下降沿为每周期开始，周期开始时，首先进入P2状态，P2状态SW1和SWP导通，Vin对电感电流及Vop的输出负载电容C1充电，电感电流上升，流过SW1的电流与流过电感L的电流相等，此时通过检测电感电流，输出含有电感电流大小信息的电压信号IL_SENSE与P2最大电流限制信号OVER_CURRENT(P2)进行比较，一旦IL_SENSE超过OVER_CURRENT(P2)信号，即进入P3状态。P3状态SW2和SWP导通，此时电感通过SW2从地抽取电流以此续流，电感电流将下降，直到下一周期开始，重新进入P2状态。通过第一步P2/P3的峰值电流控制模式，流过电感的电流及流过开关管的电流将被限制在安全工作电流OVER_CURRENT(P2)以下，保证电路安全工作。此阶段仅对Vop电容C1充电，只有Vop上升，Von保持为0不变。同时，在第一步中，启动逻辑控制电路每周期将对电感电流进行判断，一旦检测到某周期电感电流无法达到峰值电流OVER_CURRENT(P2)，产生启动逻辑控制信号，下一周期开始即进入第二步。

第二步在每周期开始加入P1状态，P1状态SW1和SW3导通，Vin仅对电感L充电，电感电流上升。同样，P1也工作在峰值电流控制模式，通过检测电感电流，输出含有电感电流大小信息的电压信号IL_SENSE与P1状态最大电流限制信号OVER_CURRENT(P1)进行比较，一旦IL_SENSE超过OVER_CURRENT(P1)信号，即进入P2状态。此时Vop小于Vin，电感电流将持续上升，直到达到P2状态的最大电感电流限制信号OVER_CURRENT(P2)，一旦IL_SENSE超过OVER_CURRENT(P2)信号，进入P3状态，直到下一周期开始，重新进入P1状态。第二步P1/P2/P3的峰值电流控制模式，电感电流及开关管电流仍将被限制在安全工作电流以下，保证电路安全工作。此阶段进一步对Vop电容C1充电，Vop进一步上升，直到启动逻辑控制电路检测到Vop达到预设值，即Vop_FB与Vop_REF相等，产生启动逻辑控制信号，下一周期开始即进入第三步。

第三步启动VP_PI，加入P4状态，P4状态SWN和SW3导通，电感电流通过SWN从地抽取电流以此续流，电感电流下降。每周期开始直接进入P1状态，P1仍是工作在峰值电流控制模式，一旦IL_SENSE超过OVER_CURRENT(P1)信号，即进入P2状态。此时Vop小于Vin，电感电流将持续上升，直到达到P2状态的最大电感电流限制信号OVER_CURRENT(P2)，一旦IL_SENSE超过OVER_CURRENT(P2)信号，即进入P3状态。

在第三步的P2、P3状态期间，无论何时，一旦VP_PI的输出VPFB与RAMP比较得到的触发信号产生，将立即进入P4状态，停止对Vop充电，转向对Von充电。当Vop_FB小于Vop_REF时，VP_PI的输出VPFB将向上积分，VPFB增大，VPFB与锯齿波信号RAMP进行比较后，产生P4的触发信号，使得下一周期对Vop充电的P2、P3状态的时间增加，进而控制Vop上升，直到Vop_FB大于Vop_REF；当Vop_FB大于Vop_REF时，VP_PI的输出VPFB将向下积分，VPFB减小，VPFB与锯齿波信号RAMP进行比较后，下一周期产生P4的触发信号，使得下一周期对Vop充电的P2、P3状态的时间减少，进而控制Vop下降，直到Vop_FB小于Vop_REF。通过这种方式，保持Vop_FB在预设值Vop_REF附近上下波动，进而保证Vop的相对稳定。在此前提下，P4状态对Von电容C2充电，Von绝对值增加。直到启动逻辑控制电路检测到Vop+Von达到预设值，即Vop_FB+Von_FB与Vop_REF+Von_REF相等，产生启动逻辑控制信号，下一周期开始即进入第四步。

第四步启动CM_PI，CM_PI的输出CMFB在小于过流信号OVER_CURRENT(P1)的范围内，与含有电感电流大小信息的电压信号IL_SENSE进行比较，得到P1与P2切换的触发信号。

在第四步的P1状态期间，一旦CM_PI的输出CMFB与IL_SENSE比较得到的触发信号产生，将立即进入P2状态，开始对Vop充电。当Vop_FB+Von_FB小于Vop_REF+Von_REF时，表明开关电源所输出的能量不够，CM_PI的输出CMFB将向上积分，CMFB增大，CMFB与IL_SENSE进行比较产生的触发信号将延后，使得下一周期对电感充电的P1状态的时间增加，进而控制Vop_FB+Von_FB上升，直到Vop_FB+Von_FB大于Vop_REF+Von_REF；当Vop_FB+Von_FB大于Vop_REF+Von_REF时，CM_PI的输出CMFB将向下积分，CMFB减小，CMFB与IL_SENSE进行比较产生的触发信号将提前，使得下一周期对电感充电的P1状态的时间减少，进而控制Vop_FB+Von_FB下降，直到Vop_FB+Von_FB小于Vop_REF+Von_REF。通过这种方式，保持Vop_FB+Von_FB在预设值Vop_REF+Von_REF附近上下波动。进入P2状态后，同第三步，一旦IL_SENSE超过OVER_CURRENT(P2)信号，进入P3状态，在P2和P3状态期间，一旦VP_PI的输出VPFB与RAMP比较得到的触发信号产生，将立即进入P4状态。CMFB和VPFB将趋于稳定，保证Vop_FB+Von_FB在预设值Vop_REF+Von_REF附近上下波动，保证Vop_FB在预设值Vop_REF附近上下波动，进一步保证Vop和Von也趋于稳定。

值得说明的是：本发明的第一步为P2的峰值电流控制的BUCK模式，此时每个周期内只有P2和P3两种开关状态；第二步加入P1，为P1及P2的峰值电流控制模式，此时每个周期内有P1、P2、P3三种开关状态；第三步将P3换成P4，P1仍为峰值电流控制模式，引入对Vop的PI电压反馈进行调节，以控制P2和P4的时间，此时每个周期内有P1、P2、P4三种开关状态；第四步引入对Vop及Von之和的PI电流反馈进行调节，此时每个周期内有P1、P2、P4三种开关状态。本发明可实现Vop、Von及电感电流的软启动，电感电流在启动时，被限制在过流限以下，保证电路电流始终工作在安全范围内，且Vop将先建立，待Vop稳定后，Von才会启动。

本发明提供的一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法，通过在每个锯齿波信号周期内控制开关电源的晶体管循环进入第二和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将电感电流限制在第二电流上限值以下；然后引入第一开关状态形成第一至第三开关状态的循环过程实现对第一输出端电压进行反馈调节，再引入第四开关状态，形成第一、第二、第三、第四或第一、第二、第四开关状态的循环过程实现维持第一输入端电压以及第二输出端电压之和稳定反馈调节。本发明可实现第一输入端电压、第二输入端电压以及电感电流的软启动，启动时将电感电流限制在过流限以下保证电路电流始终工作在安全范围内，且第一输出端电压稳定建立后第二输出端电压才会启动。

请参见图5，图5为利用该发明SIBO软启动控制方法的仿真波形结果示意图。在输入Vin＝3V，输出Vop＝3.4V@100mA，Von＝-3.4V@100mA条件下，限制P1状态最大电流为750mA的软启动波形图。电路按照上述启动过程，分四步启动，I_L为电感电流，被限制在750mA以下，波形显示，Vop首先建立，在Vop先稳定后，Von开始建立。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

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 (7)

1.一种适用于SIBO开关电源的软启动控制方法，其特征在于，应用于SIBO开关电源软启动的控制电路，所述软启动控制电路与SIBO开关电源相连，用于检测SIBO开关电源的电感电流、输出端电压、生成锯齿波信号以及生成SIBO开关电源中晶体管控制信号，所述软启动控制方法包括：

生成周期性锯齿波信号；

在每个锯齿波信号周期内生成开关信号控制开关电源的晶体管循环进入第二开关状态和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将开关电源的电感电流限制在第二电流上限值以下；

如果在每个周期内电感电流都在第二电流上限值以下，则控制开关电源的晶体管依次循环进入第一开关状态、第二开关状态以及第三开关状态，以对开关电源的第一输出端充电直至第一输出端电压达到第一阈值，并控制开关电源的晶体管进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电；

在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则依次循环进入第一开关状态、第二开关状态，从第二开关状态切换到第四开关状态或从第三开关状态切换至第四开关状态；并通过控制在第一开状态切换到第二开关状态的触发时刻控制下一周期对单独对电感充电的充电时长，将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

2.根据权利要求1所述的软启动控制方法，其特征在于，所述在每个锯齿波信号周期内生成开关信号控制开关电源的晶体管循环进入第二开关状态和第三开关状态，通过对电感的充放电过程以将开关电源的电感电流限制在第二电流上限值以下包括：

在当前周期内生成开关信号控制SIBO开关电源进入第二开关状态，并检测第二电感电流是否达到第二电流上限值，如果达到则生成开关信号控制SIBO开关电源进入第三开关状态持续到下一个周期；

在下一个周期依次循环进入第二开关状态、第三开关状态，以将电感电流限制在所述第二电流上限值以下。

3.根据权利要求1所述的软启动控制方法，其特征在于，所述如果在每个周期内电感电流都在第二电流上限值以下，则控制开关电源的晶体管依次循环进入第一开关状态、第二开关状态以及第三开关状态，以对开关电源的第一输出端充电直至第一输出端电压达到第一阈值，并控制开关电源的晶体管进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电包括：

如果在当前周期第二开关状态下的电感电流没有达到第二电流上限值，则生成控制信号控制开关电源在下一个周期进入第一开关状态，检测第一开关状态下的第一电感电流是否达到第一电流上限值，如果达到则重复依次循环进入第二开关状态、第三开关状态，并在循环过程中检测SIBO开关电源的第一输出端电压是否达到第一阈值；

如果当前周期所述第一输出端电压并未达到第一阈值，则在下一个周期重新进入第一开关状态重复依次循环进入第二开关状态、第三开关状态；如果当前周期所述第一输出端电压达到第一阈值，则生成控制信号控制SIBO开关电源进入第四开关状态以对第一输出端放电，对第二输出端充电。

4.根据权利要求1所述的软启动控制方法，其特征在于，所述在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则依次循环进入第一开关状态、第二开关状态，从第二开关状态切换到第四开关状态或从第三开关状态切换至第四开关状态；并通过控制在第一开状态切换到第二开关状态的触发时刻控制下一周期单独对电感充电的充电时长，将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动包括：

在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果没有则生成延迟控制信号控制开关电源的晶体管进入第二开关状态的触发时刻，以在下个周期增加单独对电感电流的充电时长；

在第四开关状态下检测第一输出端以及第二输出端电压之和是否达到第二阈值，如果有则生成提前控制信号控制开关电源的晶体管进入第二开关状态的触发时刻，以在下个周期减少单独对电感电流充电时长；

当下一周期的锯齿波到来，产生控制信号控制开关电源进入第一开关状态，在第一开关状态下检测电感电流是否达到第一电流阈值，如果是则控制开关电源进入第二开关状态；

在第二开关状态下，检测电感电流是否超过第二电流阈值，如果是则控制开关电源进入第三开关状态，并在第二开关状态或第三开关状态下检测第一输出端电压达到第一阈值，如果达到，则控制开关电源进入第四开关状态，以将第一输出端与第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的软启动控制方法，其特征在于，所述第一开关状态(P1)为开关管SW1和SW3导通，第二开关状态(P2)为SW1和SWP导通，第三开关状态(P3)为SW2和SWP导通，第四开关状态(P4)为SWN和SW3导通。

6.根据权利要求1所述的软启动控制方法，其特征在于，所述SIBO开关电源软启动控制电路包括：运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、电感电流检测模块、信号发生器、第一比较器、第二比较器、启动逻辑控制电路以及开关逻辑产生电路，所述电感电流检测模块输入连接开关电源的电感，输出连接第一比较器的一个输入端，所述第一比较器的另一个输入端接入第一电流上限阈值、第二电流上限阈值或共模信号比例积分电路的输出；所述信号发生器输出连接第二比较器的第一输入端，第二比较器的另一个输入端接入Vop信号比例积分电路的输出；第一比较器以及第二比较器的输出连接开关逻辑产生电路，所述开关逻辑产生电路的输出连接开关电源的每个晶体管，启动逻辑控制电路连接运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、第一比较器以及第二比较器，所述运算电路输入分别连接开关电源的第一输出端以及第二输出端，所述运算电路的输出连接共模信号比例积分电路以及Vop信号比例积分电路。

7.根据权利要求6所述的软启动控制方法，其特征在于，

所述信号发生器，用于产生周期性的锯齿波信号；

所述电流电感检测模块，用于检测开关电源的电感电流；

所述启动逻辑控制电路，用于控制运算电路、共模信号比例积分电路、Vop信号比例积分电路、第一比较器、第二比较器的启动时刻；

所述第一比较器，用于在第一开关状态下比较电感电流与第一电流上限阈值的大小或在第二开关状态下比较电感电流与第二电流上限阈值的大小，并将比较结果输出至开关逻辑产生电路；

所述运算电路，用于对开关电源的第一输出端电压以及第二输出端电压分别进行比例以及加减运算，得到第一输出端运算结果以及第二输出端与第一输出端绝对值之和的运算结果；

所述Vop信号比例积分电路，用于比较第一输出端运算与第一阈值的大小，当第一输出端运算结果小于第三阈值则向上积分控制自身的输出结果增大，当第一输出端运算结果大于第三阈值则向下积分控制自身的输出结果减小，并将输出结果发送至第一比较器；

所述第二比较器，还用于将Vop信号比例积分电路的输出结果与锯齿波信号进行比较，以确定在下一个周期内开关电源处于第一开关状态和第二开关状态的时长增加还是减少，以使开关逻辑产生电路根据比较结果产生控制信号触发开关电源进入第四开关状态的时间；

所述共模信号比例积分电路，用于在比较和运算结果与和阈值的大小，当和运算结果小于和阈值则向上积分控制自身的输出结果增大，当和运算结果大于和阈值则向下积分控制自身的输出结果减小，并将输出结果发送至第二比较器；

所述第一比较器，用于将共模信号比例积分电路的输出结果与电感电流进行比较，以确定在下一个周期内开关电源处于第一开关状态的时长增加还是减少，以使开关逻辑产生电路根据比较结果产生控制信号触发开关电源进入从第一开关状态切换到第二开关状态的时间，将第一输出端以及第二输出端电压之和维持在第二阈值附近波动。

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