CN116742951A - 开关电源电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一开关电源电路及电子设备，该开关电源电路包括：输出端；开关电源芯片，通过输出端输出输出电压；采样电路，与输出端和开关电源芯片电连接，用于根据输出电压生成反馈电压，并反馈电压输入至开关电源芯片；软启动时长调节电路，与采样电路电连接，用于调节反馈电压相对于基准值的大小；开关电源芯片用于根据反馈电压相对于基准值的大小调节输出电压，当反馈电压相对于基准值增大时，降低输出电压，使输出电压达到预设电压的时长增大；当反馈电压相对于基准值减小时，增大输出电压，使输出电压达到预设电压的时长减小，预设电压为输出电压的目标值。根据本实施例可以通过软启动时长调节电路调节软启动时长，提高对负载器件的适应性。

Description

开关电源电路及电子设备
技术领域
本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种开关电源电路及电子设备。
背景技术
在电子电路技术中，各种电子设备的正常工作都需要稳定可靠的电源，诸如以BUCK(降压)芯片为例的开关电源在电子设备中得到了广泛应用。目前智能手机、PC(personal computer，个人计算机)行业使用的BUCK IC一般内部都集成有软启动电路(Soft Start)，通过软启动电路来避免出现输入浪涌电流大，导致输出过冲的情形。
然而，目前的开关电源芯片中软启动时长固定，导致无法适应负载端变化造成对电源软启动时长要求不同的情形。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供一种开关电源电路及电子设备。在该开关电源电路中，增加软启动时长调节电路，通过软启动时长调节电路改变开关电源电路的软启动时长，使其可以匹配不同负载的软启动时长要求，从而使得在负载要求的软启动时长与前端电源芯片的软启动时长不匹配时，可通过软启动时长调节电路进行调节，无需重新对负载器件进行专门选型，提高了开关电源电路对负载器件的适应性。
第一方面，本申请提供一种开关电源电路，包括：输出端；开关电源芯片，与所述输出端电连接，所述开关电源芯片用于产生输出电压，并通过所述输出端输出所述输出电压；采样电路，与所述输出端和所述开关电源芯片电连接，用于根据所述输出电压生成反馈电压，并将所述反馈电压输入至所述开关电源芯片；软启动时长调节电路，与所述采样电路电连接，用于调节所述反馈电压相对于基准值的大小；所述开关电源芯片用于根据所述反馈电压相对于所述基准值的大小调节所述输出电压，当所述反馈电压相对于所述基准值增大时，所述开关电源芯片降低所述输出电压，使得所述输出电压达到预设电压的时长增大；当所述反馈电压相对于所述基准值减小时，所述开关电源芯片增大所述输出电压，使得所述输出电压达到所述预设电压的时长减小，所述预设电压为所述输出电压的目标值。
根据第一方面开关电源电路，增加软启动时长调节电路，通过软启动时长调节调节所述反馈电压相对于基准值的大小，当所述反馈电压相对于所述基准值增大时，所述开关电源芯片降低所述输出电压，使得所述输出电压达到预设电压的时长增大；当所述反馈电压相对于所述基准值减小时，所述开关电源芯片增大所述输出电压，使得所述输出电压达到所述预设电压的时长减小。即通过软启动时长调节电路可以改变开关电源电路的软启动时长，使其可以匹配不同负载的软启动时长要求，从而使得在负载要求的软启动时长与前端电源芯片的软启动时长不匹配时，可通过软启动时长调节电路进行调节，无需重新对负载器件进行专门选型，提高了开关电源电路对负载器件的适应性。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述软启动时长调节电路包括第一端和第二端，所述第一端与所述采样电路电连接，所述第二端与所述输出端或接地端电连接；在所述第一端和第二端之间设置有调节信号生成单元和导通单元；所述调节信号生成单元用于根据所述输出电压或反馈电压生成软启动时长调节信号；所述导通单元用于控制所述软启动时长调节电路导通或断开，在所述导通单元导通时，所述软启动时长调节信号通过所述导通单元输入至所述采样电路，在所述导通单元关断时，所述软启动时长调节信号被所述导通单元输入隔断。这样可以通过调节信号生成单元来调节开关电源电路的软启动时长，通过导通单元来控制软启动时长调节信号是否作用于采样电路，从而通过控制导通单元的导通和关断便可以实现在软启动过程中调节开关电源电路的软启动时长，在稳态阶段避免软启动时长调节电路对开关电源电路的稳态性能造成影响。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述导通单元包括二极管或开关晶体管。这样通过控制二极管或开关晶体管的导通或关断即可实现在软启动过程中调节开关电源电路的软启动时长，在稳态阶段避免软启动时长调节电路对开关电源电路的稳态性能造成影响。此外，通过使用二级管或开关晶体管作为导通单元可以简化电路结构，降低成本。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述调节信号生成单元包括电容。这样利用电容的特性通过输出电压或反馈电压生成软启动时长调节信号，电路简单有效。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述开关电源芯片包括检测引脚，所述开关电源芯片还用于生成检测信号，并通过所述检测引脚输出所述检测信号；所述开关电源电路还包括：控制电路，用于根据所述检测信号生成控制信号，所述控制信号用于控制所述软启动时长调节电路导通或断开。这样通过控制电路生成控制信号控制所述软启动时长调节电路导通或断开，例如控制所述软启动时长调节电路中导通单元的导通或断开，来实现在软启动过程中调节开关电源电路的软启动时长，在稳态阶段避免软启动时长调节电路对开关电源电路的稳态性能造成影响。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述控制电路包括：电容单元，所述电容单元的第一端与所述检测引脚和所述软启动时长调节电路电连接，所述电容单元的第二端与接地端电连接，所述电容单元用于根据所述检测信号生成所述控制信号。这样利用电容的特性，使得控制信号在输出电压达到预设电压后生成，从而使得在软启动过程中软启动时长调节电路导通以调节开关电源电路的软启动时长，在稳态阶段关断软启动时长调节电路以避免软启动时长调节电路对开关电源电路的稳态性能造成影响。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述控制电路还包括：开关单元，所述开关单元的第一端与所述软启动时长调节电路电连接，第二端与所述接地端电连接，控制端与所述电容单元电连接；所述开关单元用于在所述控制信号作用下导通时将地信号提供至所述软启动时长调节电路，使所述软启动时长调节电路断开，在所述控制信号作用下关断时隔离地信号，使所述软启动时长调节电路导通。这样通过增加开关单元，利用开关单元控制地信号与软启动时长调节电路的连接，从而利用地信号控制软启动时长调节电路导通和断开，结构简单，成本低。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述开关单元包括开关晶体管。这样利用开关晶体管做开关单元，电路简单，成本低。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述采样电路包括第一端、第二端和设置在所述第一端和第二端之间的采样点，所述第一端与所述输出端电连接，所述第二端与接地端电连接，所述采样点与所述开关电源芯片和所述软启动时长调节电路电连接；在所述第一端和所述采样点之间设置有第一分压单元，在所述采样点和所述第二端之间设置有第二分压单元。这样开关电源芯片可以通过采样点采样反馈电压，述软启动时长调节电路可以通过采样点调节反馈电压相对基准值的大小。并且通过分压单元分压对输出电压进行采样，电路简单有效。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述第一分压单元包括第一分压电阻，所述第二分压单元包括第二分压电阻。这样通过分压电阻对输出电压进行采样，电路简单有效。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，所述采样电路设置在所述开关电源芯片外部或集成在所述开关芯片内部。这样可以根据开关电源芯片的设计灵活布置采样电路。
第二方面，本申请提供一种电子设备，包括根据第一方面或者以上第一方面的任意一种实现方式所述的开关电源电路以及与所述开关电源电路的输出端电连接的负载。该电子设备可以手机、笔记本电脑、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，简称PDA)、车载电脑、电视、智能穿戴式设备(例如智能手表等)、媒体播放机、智能家居设备等。
附图说明
图1为示例性示出的电子设备的示意性框图；
图2为示例性示出的一种开关电源电路示意图；
图3为示例性示出开关电源芯片的内部电路示意图；
图4为示例性示出的图3所示开关电源芯片的内部电路各信号的波形示意图；
图5为示例性示出的开关电源电路框图；
图6为示例性示出的开关电源电路示意图；
图7为示例性示出的另一开关电源电路示意图；
图8为图3所示开关电源电路的软启动仿真图示；
图9为图6所示开关电源电路的软启动仿真图示之一；
图10为图6所示开关电源电路的软启动仿真图示之一；
图11为图6所示开关电源电路的软启动仿真图示之一；
图12为图3和图6所示开关电源电路的动态响应仿真图示；
图13为示例性示出的又一开关电源电路示意图；
图14为示例性示出的又一开关电源电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本申请实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一目标对象和第二目标对象等是用于区别不同的目标对象，而不是用于描述目标对象的特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个处理单元是指两个或两个以上的处理单元；多个系统是指两个或两个以上的系统。
诸如手机、笔记本电脑、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，简称PDA)、车载电脑、电视、智能穿戴式设备(例如智能手表等)、媒体播放机、智能家居设备等的电子设备或终端内部需要使用各种各样的元器件，很多元器件都有各自规定的供电电压或电流，为此在电子设备或终端内部通常会为元器件配置至少一个电源电路以为元器件提供需要的电压或电流。
图1为示例性示出的电子设备的示意性框图。如图1所示，电子设备100包括电池110、开关电源电路120和负载130。电池110为电子设备100内部的器件供电。开关电源电路120将电池提供的电压转换为负载130所需要的电压。
开关电源电路120一般包括开关电源芯片和外围电路。目前的开关电源芯片中软启动时长固定，导致无法适应负载130变化造成对电源软启动时长要求不同的情形。例如同一负载130使用不用厂家的器件时，负载130对于电源软启动时长的要求不一致，这导致开关电源电路120无法适应不同厂家的器件，需要根据开关电源芯片的软启动时长对负载130进行专门选型。例如PC上使用的LPDDR5/4X等器件，不同厂家的LPDDR5/4X器件要求的软启动时长不同，这导致如果开关电源芯片中软启动时长固定，开关电源电路120的软启动时长可能仅与其中部分厂家的器件要求的软启动时长匹配，而与其它厂家的器件要求的软启动时长不匹配，进而导致同样设计的开关电源电路120，使用不用厂家的器件时电路性能相差较大，为此需要根据开关电源芯片的软启动时长选择其中软启动时长匹配的器件，导致负载器件的选择面变小，影响了电路的适用性。
图2为示例性示出的一种开关电源电路示意图。如图2所示，开关电源电路120包括开关电源芯片，例如为BUCK电源芯片，该BUCK电源芯片包括PVIN、VIN、EN、TRK、SNYC、PG、SW、PGND、FB引脚。其中，PVIN为供电引脚，用于电连接外部电源，为芯片内部的逻辑电路供电。VIN为输入引脚，用于电连接外部电源，提供输入电压。EN引脚为使能引脚，用于电连接使能信号，以启动开关电源芯片。TRK为跟踪引脚，用于电连接跟踪信号，TRK引脚的具体功能可以参考已有技术，由于本申请不涉及该引脚的相关功能，此处不再赘述。SYNC为同步引脚，用于和外部时钟同步，SYNC引脚的具体功能可以参考已有技术，由于本申请不涉及该引脚的相关功能，此处不再赘述。PGND为芯片内部的逻辑电路的接地引脚。SW为开关引脚，其输出一个与输入引脚VIN输入的电压相关的电压信号，该电压信号通过电感L1和输出电容(图未示)等器件产生输出电压Vout。FB为反馈引脚，用于采集与输出电压Vout相关的反馈电压，以供芯片内部基于反馈电压对输出电压Vout进行控制，使输出电压Vout满足设定要求。PG为指示引脚，用于指示开关电源芯片工作状态是否有异常。在PG引脚连接上拉电阻R4，在BUCK电源芯片上电后，PG引脚保持在低阻抗状态，输出低电平，当输出电压Vout/反馈电压例如达到额定稳压值的83％以上后，PG引脚就会进入高阻抗状态，输出高电平，通过检测PG引脚的电平即可确定输出电压Vout是否正常。
如图2所示，BUCK电源芯片的PVIN引脚与外部电源V1电连接，VIN、EN、TRK、SYNC引脚通过电阻R3与外部电源V1电连接。VIN引脚还通过电容C3接地。PG引脚通过上拉电阻R4与电源V1电连接。SW引脚与电感L1电连接。FB引脚与R1和R2组成的采样电路连接，用于采样输出电压Vout经R1和R2分压后的反馈电压。电源V1两端并联有电容C2。
BUCK电源芯片内部包括有基准电源电路、软启动电路、比较器、触发器、误差放大器、脉宽调节器，输出滤波器和补偿网络等，不同的BUCK电源芯片可以采用不同的电路结构，在此不做具体限定。BUCK电源芯片基于供电引脚PVIN、输入引脚VIN和使能引脚EN所接收电压信号产生输出电压Vout，Vout在开关电源芯片上电后，从0开始逐渐上升到一个额定值电压，该额定值电压由反馈电阻R1和R2决定。下面结合图3和图4对BUCK电源芯片的工作原理和软启动原理进行说明。
需要说明的是图3示出的是采用COT(Conatant On-Time)恒定导通时间控制模式的BUCK电源芯片的框图，在本申请中以这种控制模式为例说明BUCK电源芯片的工作原理和软启动原理。然而，BUCK电源芯片还可以采样其它控制模式，例如FOT(Conatant Off-Time)控制模式、I2(Ipeak+Ivally)控制模式、PCM(Peak Current Mode)控制模式、VCM(ValleyCurrent Mode)控制模式、PWM(Pulse Width Modulation)控制模式、以及在COT基础上演变出来的RCOT、ACOT、RBCOT等。或者还可以是诸如TI公司提出的Dcap(Direct connection tothe output CAPacitor)、Dcap2、Dcap3等等其他控制模式。本申请的原理适用于使用反馈(FeedBack)电压进行电压调节的所有BUCK类电源，包含所有的控制模式。
如图3所示，BUCK电源芯片300包括高侧开关管HS，低侧开关管LS、软启动基准电源310、比较器320、定时器330、触发器340、控制电路350。BUCK电源芯片300的输入电压Vin(即输入引脚VIN连接的电压)通过高侧开关管HS与SW引脚连接。SW引脚通过低侧开关管LS接地。电感L和电容C组成输出电路(输出电路可以集成在BUCK电源芯片300内部，也可以设置在BUCK电源芯片300外部)，在SW引脚处的电压Vsw作用下对负载RL供电。其中，电感L用于储能，电容C用于稳定电压。当高侧开关管导通时，SW引脚的电压Vsw为输入电压Vin，Vsw对电感L进行充电储能，电感电流呈上升趋势。当低侧开关管LS导通时，SW引脚接地，SW引脚的电压Vsw为0，此时电感L电流呈下降趋势，电感电流通过低侧开关管LS对电容C和电阻RL进行供电。高侧开关管HS和低侧开关管LS的交替导通使得电感电流为三角波状，电感电流一部分被输出电容C吸收，负载RL获得平稳的电流，同时电感电流的交流部分作用在输出电容C上也提供输出电压的纹波。即，SW引脚的电压Vsw通过输出电路产生输出电压Vout，当高侧开关管HS导通时输出电压Vout增大；当低侧开关管LS导通时，输出电压Vout减小。高侧开关管HS和低侧开关管LS例如为NMOS开关管。示例性地，高侧开关管HS和低侧开关管LS通过PWM信号控制，PWM信号的占空比越大，输出电压Vout越大。
软启动基准电源310用于在BUCK电源芯片300上电后提供一个以固定斜率上升的电压Vss，即软启动基准电源310在BUCK电源芯片300上电后输出一个从零开始以固定斜率上升至预设值的电压Vss，该预设值与参考电压Vref相同。Vss电压的波形参见图3中表示软启动基准电源310的方框中的波形。软启动基准电源310可以采样本领域常用的软启动电路实现，例如通过偏压源与一个电容连接，利用偏压源对电容的充电电压做软启动基准电源。
比较器320包括两个同相输入端和一个反相输入端，其中一个同相输入端与软启动基准电源310电连接，一个同相输入端与参考电压Vref电连接，反相输入端与BUCK电源芯片300的反馈引脚FB(图3未示出)电连接。输出电压Vout经电阻Rf1和Rf2分压采样后得到反馈电压Vfb，反馈电压Vfb经过反馈引脚FB输入内部的比较器320。比较器320用于根据反馈电压Vfb、软启动基准电源310的电压Vss和参考电压Vref生成比较信号Vcomp-out。具体地，比较器320将反馈电压Vfb与软启动基准电源310的电压Vss或参考电压Vref进行比较(软启动时与Vss进行比较，正常工作时与Vref进行比较)，当反馈电压Vfb小于Vss或Vref时，比较器320输出高电平，即比较信号Vcomp-out为高电平。当反馈电压Vfb大于等于Vss或Vref时，比较器320输出低电平，即比较信号Vcomp-out为低电平。
比较器320的输出端与触发器340的S输入端电连接，触发器340的输出端Q与控制电路350和定时器330的输入端电连接，定时器330的输出端与触发器340的R输入端电连接。当Vcomp_out为高电平时，触发器340输出高电平。触发器340的高电平触发定时器330导通，定时器330在导通固定时长后，输出端输出高电平，即在定时器330导通固定时长后Vone-shot变为高电平。定时器330输出的高电平信号使得触发器340输出低电平。换言之在比较器320和定时器330作用下，触发器340输出一个PWM(Pulse width modulation，PWM，脉冲宽度调制)信号，该PWM信号的导通时长(高电平时长)受定时器330控制为固定时长，关断时长(低电平时长)受比较器320控制。即PWM的占空比受比较器320控制。进一步，由于输出电压Vout等于输入电压Vin乘以PWM信号的占空比，因此输出电压Vout受比较器320的控制。
控制电路350根据触发器340输出的PWM信号控制高侧开关管HS和低侧开关管LS的导通和关断。示例性地，控制电路350将触发器340输出的PWM信号直接输入高侧开关管HS的栅极，将触发器340输出的PWM信号经过反相器后输入低侧开关管LS的栅极。当PWM信号为高电平时，高侧开关管HS导通，低侧开关管LS关断。当PWM信号为第电平时，高侧开关管HS关断，低侧开关管LS导通。
参考图4，图3所示的BUCK电源芯片300的软启动原理为：BUCK电源芯片300上电后，输出电压Vout初始为0，软启动基准电源310电压Vss开始以固定斜率上升，导致反馈电压Vfb小于软启动基准电源310的电压Vss，比较器320输出高电平，触发器340输出的PWM信号为高电平，高侧开关管HS导通，输出电压Vout和反馈电压Vfb(输出电压Vout和反馈电压Vfb的变化一致)增大。触发器340输出高电平固定时长后，定时器330输出高电平，使得触发器340输出的PWM信号变为低电平，低侧开关管LS导通，输出电压Vout和反馈电压Vfb减小。当反馈电压Vfb减小到小于等于软启动基准电源310的电压Vss后，比较器320再次输出高电平，使得触发器340输出的PWM信号变为高电平，高侧开关管HS导通，输出电压Vout和反馈电压Vfb增大，如此往复，直到软启动基准电源310的电压Vss达到预设值(例如参考电压Vref，)此时输出电压Vout达到额定值，软启动结束。在此过程中，低侧开关管LS的导通时长受反馈电压Vfb减小到小于等于软启动基准电源310的电压Vss的时长影响，因为芯片上电后，软启动基准电源310的电压Vss逐渐上升，因此，每次反馈电压Vfb减小到小于等于软启动基准电源310的电压Vss的时长逐渐变小，也即PWM信号的占空比逐渐增大，这样使得输出电压Vout从0开始逐渐增大。当Vss达到预设值后，每次反馈电压Vfb减小到小于等于软启动基准电源310的电压Vss的时长不再改变，也即PWM信号的占空比保持不变，这样使得输出电压Vout达到额定值。在此过程中，由于Vss电压上升斜率和达到预设值的时长恒定，因此输出电压Vout达到额定值的时长恒定，也即BUCK电源芯片300的软启动时长恒定。即，对于图2和图3所示的开关电源芯片和开关电源电路而言，其软启动时长是固定的，这导致其无法适应负载RL变化造成对开关电源芯片/电路软启动时长要求不同的情形。
基于此，本申请实施例提出一种开关电源电路，其增加软启动时长调节电路，通过软启动时长调节电路改变开关电源电路的软启动时长，使其可以匹配不同负载的软启动时长要求，从而使得在负载要求的软启动时长与前端电源芯片的软启动时长不匹配时，可通过软启动时长调节电路进行调节，无需重新进行负载器件的选型。
图5为示例性示出的开关电源电路框图。如图5所示，开关电源电路500包括开关电源芯片510、采样电路520、软启动时长调节电路530和控制电路540。开关电源芯片510可以为采用各种控制模式的BUCK电源芯片，其引脚以及各引脚的功能参考前述结合图2的描述。开关电源芯片510的SW引脚与输出电路(未示出，参见前述结合图3的描述)连接，通过输出电路产生输出电压Vout。开关电源芯片510的FB引脚与采样电路520电连接，用于通过采样电路520对输出电压Vout采样获取反馈电压Vfb。开关电源芯片510的PG引脚与控制电路540电连接，控制电路540根据PG引脚的输出信号控制软启动时长调节电路530开启或关闭。控制电路540用于在开关电源芯片510上电后，基于PG引脚输出的信号得到第一控制信号，以开启软启动时长调节电路；在输出端电压VOUT达到额定值后，基于PG引脚输出的信号得到第二控制信号，以关闭软启动时长调节电路。软启动时长调节电路530用于根据输出电压Vout生成软启动时长调节信号。采样电路520对输出端电压Vout进行采样，并且在软启动时长调节电路530输出的调节信号作用下得到反馈电压Vfb。开关电源芯片510根据反馈电压Vfb调节输出电压Vout的大小，使得反馈电压Vfb与开关电源芯片510内部的软启动基准电源的电压或参考电压相同。
开关电源芯片510可以为采用各种控制模式的BUCK电源芯片，例如BUCK电源芯片，其结构和工作原理参见前述结合图2至图4的描述，在此不再赘述。
采样电路520用于对输出电压Vout进行采样得到反馈电压Vfb。示例性地采样电路520例如为图2中所示的R1和R2构成的分压电路。应当理解的是，采样电路520可以集成在开关电源芯片510内部，也可以设置在开关电源芯片510外部。
软启动时长调节电路530用于根据输出电压Vout生成软启动时长调节信号，该软启动时长调节信号可以作用于采样电路520，使得对于相同的输出电压Vout，采样电路520得到的反馈电压Vfb大于图3所示的电路中的采样电路得到的反馈电压。这样，由于反馈电压Vfb增大，在软启动过程中每次反馈电压Vfb降低到Vss以下所需时长增大(即图4中Vfb下降过程的时长增大)，这使得PWM信号占空比降低，即输出电压Vout降低，换言之，输出电压Vout相对图3所示的BUCK电源芯片300的输出电压上升减缓，进而使得开关电源电路500相对图3所示的BUCK电源芯片300的软启动时长延长。通过配置不同的软启动时长调节电路可以使得开关电源电路500得到不同的软启动时长，从而适应负载软启动时长要求不同的情形，无需针对开关电源电路500对负载进行专门选型，仅需根据负载要求的软启动时长对软启动时长调节电路进行不同的配置即可，这大大提高了开关电源电路500对负载的适应性，降低了负载器件选型要求，提高了开关电源电路500性能的一致性和稳定性。
软启动时长调节电路530可以采用各种合适的电路结构，只要其可以基于根据输出电压Vout生成具有上述作用的软启动时长调节信号即可。示例性地，软启动时长调节电路530可以根据输出电压Vout生成电流信号，当该电流信号注入到采样电路520后，使得采样点的流入电流相对图2或图3所示的采样电路增大，因此使得采样点的反馈电压Vfb增大。
控制电路540同样可以采用各种合适的电路结构，只要其可以在开关电源芯片510上电后，基于PG引脚输出的信号得到第一控制信号，以开启软启动时长调节电路530；在输出电压Vout达到额定值后，基于PG引脚输出的信号得到第二控制信号，以关闭软启动时长调节电路530即可。通过控制电路540，开关电源电路500在上电后，开启软启动时长调节电路530以延长软启动时长，在输出电压Vout达到额定值后，关闭软启动时长调节电路530以避免软启动时长调节电路530对开关电源电路500的动态响应性能造成影响。
图6为示例性示出的开关电源电路示意图。下面结合图6对本申请实施例的开关电源电路中采样电路、软启动时长调节电路和控制电路的具体结构和原理进行示例性说明，以更好地理解本申请原理。
如图6所示，开关电源电路600包括开关电源芯片610、采样电路620、软启动时长调节电路630和控制电路640。
如图6所示，电源V1两端并联有电容C2，用于对电源V1进行滤波，去除干扰信号。开关电源芯片610的PVIN引脚与外部电源V1电连接，VIN、EN、TRK、SYNC引脚通过隔离电阻R3与外部电源V1电连接。VIN引脚还通过滤波电容C3接地，以进一步去除干扰信号。PG引脚通过上拉电阻R4与电源V1电连接。SW引脚通过电感L1产生输出电压Vout。其中，L1例如为1.5微亨(μH)，C2例如为22微法(uf)，R3和R4例如10k欧姆，C4例如0.1微法。
应当理解在SW引脚和负载之间，除了包括电感L1之外，还可以包括如图3所示的电容等器件，其作用与前述描述类似，在此出于简洁目的并未对其进行图示和说明。
开关电源芯片610的工作原理参见前述结合图2和图3的描述，在此不再赘述。
如图6所示，采样电路620包括电阻R1和电阻R2，电阻R1一端与输出电压Vout电连接，另一端与电阻R2电连接。电阻R2一端与电阻R1电连接，另一端接地。电阻R1和R2之间形成采样点A，开关电源芯片610对采样点A的电压进行采样来得到反馈电压Vfb。示例性地，电子R1例如为20K欧姆，电阻R2例如为10K欧姆。
软启动时长调节电路630包括电容C4和二极管D1，电容C4一端与输出电压Vout电连接，另一端与二极管D1的阳极电连接，二极管D1的阴极与采样点A电连接。
控制电路640包括电容C5和开关晶体管M1。电容C5一端与开关电源芯片610的PG引脚电连接，另一端接地。开关晶体管M1的第一端与采样电路630中的二极管D1阳极电连接，第二端接地，控制端与开关电源芯片610的PG引脚电连接。开关晶体管M1例如为NMOS晶体管，其控制端施加低电平信号时关断，施加高电平信号时导通。
图6所示的开关电源电路600的工作原理为：在开关电源芯片610上电后，开关电源芯片610根据引脚PVIN、VIN、EN的输入电压产生输出电压Vout，在开关电源芯片610内部软启动电路作用下，输出电压Vout缓慢上升直至达到额定值。在此过程中，采样电路620通过电阻R1和R2分压对Vout进行采样，开关电源芯片610根据采样点A的反馈电压Vfb调节输出电压Vout的大小，以使反馈电压Vfb与开关电源芯片610内的软启动基准电源的电压相同。在开始时，由于输出电压Vout(或者反馈电压Vfb)还未到达额定值的设定百分比(例如83％)，开关电源芯片610的PG引脚输出低电平，开关晶体管M1关断，软启动时长调节电路630开启。软启动时长调节电路630在输出电压Vout作用下产生充电电流，该充电电流流入采样点A，并经电阻R2到地。即，输出电压Vout通过对电容C4充电，并通过二极管D1和电阻R2回流到地。这样与图3所示的BUCk电源芯片300相比，对于相同大小的输出电压Vout，由于流过电阻R2的电流增加了电容C4的充电电流，因此采样点A的反馈电压Vfb相对图3中增大，这使得开关电源芯片610内的PWM信号的占空比减小，输出电压Vout变小，以使反馈电压Vfb与关电源芯片610内的软启动基准电源的电压相同。因此，开关电源电路600的输出电压Vout相对图3所示的BUCK电源芯片300的输出电压Vout上升减缓，换言之，减小了输出电压Vout的上升斜率，延长了开关电源电路600的软启动时长。不同电容值的C4对应不同的充电电流，也相应对应了输出电压Vout不同的上升斜率，从而对应了不同的软启动时长。通过调节电容C4的电容值可以获得不同大小的软启动时长。换言之，采用图6所示的开关电源电路，可以根据负载要求的软启动时长选择合适大小的电容C4，从而使开关电源电路600的软启动时长与负载要求的软启动时长匹配。当输出电压Vout例如达到额定稳压值的83％以上后，PG引脚输出高电平，该高电平先对电容C5充电，并在完成对电容C5的充电后或者电容C5上的电压达到开关晶体管M1的导通电压后，开关晶体管M1导通，此时二极管D1的阳极通过开关晶体管M1接地，使得二极管D1截止，输出电压Vout对电容C4的充电电流不再流入采样点A。通过选择合适大小的电容C5，可以使得输出电压Vout达到额定值后开关晶体管M1导通，以关闭软启动时长调节电路630，避免软启动时长调节电路630对开关电源电路600的动态响应性能造成影响。即，开关电源电路600完成软启动后(输出电压Vout达到额定值)，关闭软启动时长调节电路630，避免软启动时长调节电路630对开关电源电路600的动态响应性能造成影响。这是因为输出电压Vout达到额定值后，引脚PG输出高电平，开关晶体管M1保持导通状态，二极管D1阳极电压为0，二极管D1保持截止状态，负载瞬变等引起输出电压Vout变化的行为不会通过二极管D1影响反馈电压Vfb。
综上，本申请实施例的开关电源电路在实现软起动时长可调的同时保持良好的动态响应。
图7为示例性示出的开关电源电路示意图。如图7所示，开关电源电路700包括开关电源芯片710、采样电路720、软启动时长调节电路730和控制电路740。与图6所示的开关电源电路600的不同之处在于，图7中软启动时长调节电路730包括电容C4和开关管M2。开关管M2例如为PMOS晶体管。即与图6相比，用开关管M2代替二极管D1。开关电源芯片710上电后，开始时PG引脚输出低电平，开关管M2导通，M1关断，输出电压Vout对电容C4充电，充电电流流入采样点A，使得反馈电压Vfb增大，进而导致开关电源芯片710减小内部PWM信号的占空比，降低输出电压Vout，进而使得输出电压Vout上升变缓，软启动时长延长。当输出电压Vout达到额定值后，PG引脚输出高电平，开关管M1导通，M2关断，电容C4的充电电流不再流入采样点A，使得软启动时长调节电路730不会对开关电源电路700的动态响应性能造成影响。
应当理解，软启动时长调节电路不限于图6和图7所示的结构，例如图7中M2开关管可以采用NMOS晶体管，此时在M2和PG引脚之间增加一个反相器也可实现上述效果。图8为图3所示开关电源电路的软启动仿真图示，也相当于图6中C4和C5为0时的仿真图示。图9为图6所示开关电源电路的软启动仿真图示之一，其中C4为3nF,C5为0.1uF。图10为图6所示开关电源电路的软启动仿真图示之一，其中C4为5nF，C5为0.15uF。图11为图6所示开关电源电路的软启动仿真图示之一，其中C4为7nF，C5为2uF。
图8至图11的仿真结果参见表1。
表1
C4 0nF 3nF 5nF 7nF
C5 0uF 0.1uF 0.15uF 2uF
软启动时长 0.85ms 1.25ms 1.45ms 1.73ms
由图8至图11以及表1可知，采用本申请实施例的开关电源电路，通过选择不同大小的C4和C5，即通过改变软启动时长调节电路和控制电路中器件的值即可获得不同大小的软启动时长，从而使开关电源电路可以适应各种不同软启动时长要求的负载。
图12为图3和图6所示开关电源电路的动态响应仿真图示。在开关电源电路稳态(输出电压Vout达到额定值)时，对负载器件进行动态拉载，输出电压响应情况如图12所示下。从图12中可以看出在电路稳态时，输出电压Vout动态响应波形不变，本申请实施例的开关电源电路对环路影响为0。
图13为示例性示出的又一开关电源电路示意图。如图13所示，开关电源电路1300包括开关电源芯片1310、采样电路1320、软启动时长调节电路1330和控制电路1340。开关电源芯片1310、采样电路1320的结构和原理参见前述结合图6和图7的描述在此不再赘述。
与图6和图7所示的开关电源电路的不同之处在于，图13所示的开关电源电路1300中软启动时长调节电路1330用于减小采样点的反馈电压Vfb。如图13所示，软启动时长调节电路1330包括电容C6和开关晶体管M3，电容C6的第一端与采样点A电连接，第二端与开关晶体管M3的第一极连接，开关晶体管M3的第二极接地，开关晶体管M3的栅极与控制电路1340连接。即电容C6和开关晶体管M3并联在分压电阻R2上。这样在开关晶体管M3导通时，与图2所示的开关电源电路相比，对于相同的输出电压Vout，因为流过电阻R2的电流被电容C6分流而减小，使得反馈电压V分别减小。或者说，在软启动过程中因为对电容C6的充电，导致对于相同的输出电压Vout，图13所示开关电源电路中反馈电压Vfb小于图2所示的开关电源电路中的反馈电压。这使得开关电源芯片1310会增大输出电压Vout，从而使得输出电压Vout上升速度变快，进而缩短软启动时长。与前述原理类似，通过选择合适的电容C6，可以获得合适大小的软启动时长，从而无需对负载进行专门选型。并且，在开关晶体管M3关断时，电容C6不再分流流过电阻R2的电流，因而不影响开关电源电路的稳态性能。控制电路1340包括电容C5，用于根据检测引脚PG输出的检测信号控制开关晶体管M3导通或关断，从而控制软启动时长调节电路1330导通或断开。具体地，在输出电压Vout小于额定值的设定百分比之前，PG引脚输出低电平，开关晶体管M3导通。在输出电压Vout小于额定值的设定百分比之后，在输出电压Vout大于等于额定值的设定百分比之后，PG引脚输出高电平，当该高电平作用于开关晶体管M3后，开关晶体管M3关断。并且由于电容C5的存在，该高电平延迟作用于开关晶体管M3(该高电平先对C5充电)，通过合适大小的电容C5可以使得输出电压Vout达到额定值后，该高电平再作用于开关晶体管M3使其关断，从而断开软启动时长调节电路1330，避免其开关电源电路稳态性能的影响。
图14为示例性示出的又一开关电源电路示意图。如图14所示，开关电源电路1400包括开关电源芯片1410、采样电路1420、软启动时长调节电路1430和控制电路1440。开关电源芯片1410、采样电路1420的结构和原理参见前述结合图6和图7的描述在此不再赘述。
与图3所示的开关电源电路的不同之处在于，图14所示的开关电源电路1400中软启动时长调节电路1430包括二极管D2和电容C6，二极管D2的阳极与采样点A电连接，阴极与电容C6的第一端电连接，电容C6的第二端与接地端电连接。控制电路1440包括电容C5，C5的第一端与检测引脚PG和二极管D2的阴极电连接，第二端与接地端电连接。在输出电压Vout小于额定值的设定百分比之前，PG引脚输出低电平，二极管D2导通。在输出电压Vout小于额定值的设定百分比之后，在输出电压Vout大于等于额定值的设定百分比之后，PG引脚输出高电平，当该高电平作用于二极管D2后，二极管D2截止。并且由于电容C5的存在，该高电平延迟作用于二极管D2(该高电平先对C5充电)，通过合适大小的电容C5可以使得输出电压Vout达到额定值后，该高电平再作用于二极管D2使其截止，从而断开软启动时长调节电路1330，避免其开关电源电路稳态性能的影响。
应当理解的是，虽然在本申请实施例中，以图2至图4所示的开关电源芯片为例进行说明，但是本申请实施例的开关电源电路不限于图2至图4所示的开关电源芯片，只要通过内部集成的分压电阻或外部分压电阻进行电压调节的BUCK电原芯片、Boost电源芯片、BUCK-Boost电源芯片或者其它相似原理的开关电源芯片都可通过增加本申请实施例中的软启动时长调节电路和控制电路来调节开关电源电路的软启动时长，使其适应各种不同软启动时长要求负载，无需根据开关电源芯片的软启动时长进行专门选型，从而提高了电路器件选择的自由度，增加了电路性能的一致性和稳定性。
还应当理解的是，上述采样电路、软启动时长调节电路和控制电路不限于图6和图7以及图13和图14所示的结构，可以根据上述原理采样不同的电路结构，只要可以实现上述目的即可，例如图7中控制电路740可以不包括晶体管M1。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：
输出端；
开关电源芯片，与所述输出端电连接，所述开关电源芯片用于产生输出电压，并通过所述输出端输出所述输出电压；
采样电路，与所述输出端和所述开关电源芯片电连接，用于根据所述输出电压生成反馈电压，并将所述反馈电压输入至所述开关电源芯片；
软启动时长调节电路，与所述采样电路电连接，用于调节所述反馈电压相对于基准值的大小；
所述开关电源芯片用于根据所述反馈电压相对于所述基准值的大小调节所述输出电压，当所述反馈电压相对于所述基准值增大时，所述开关电源芯片降低所述输出电压，使得所述输出电压达到预设电压的时长增大；当所述反馈电压相对于所述基准值减小时，所述开关电源芯片增大所述输出电压，使得所述输出电压达到所述预设电压的时长减小，所述预设电压为所述输出电压的目标值。
2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述软启动时长调节电路包括第一端和第二端，所述第一端与所述采样电路电连接，所述第二端与所述输出端或接地端电连接；
在所述第一端和第二端之间设置有调节信号生成单元和导通单元；
所述调节信号生成单元用于根据所述输出电压或反馈电压生成软启动时长调节信号；
所述导通单元用于控制所述软启动时长调节电路导通或断开，在所述导通单元导通时，所述软启动时长调节信号通过所述导通单元输入至所述采样电路，在所述导通单元关断时，所述软启动时长调节信号被所述导通单元输入隔断。
3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述导通单元包括二极管或开关晶体管。
4.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述调节信号生成单元包括电容。
5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源芯片包括检测引脚，所述开关电源芯片还用于生成检测信号，并通过所述检测引脚输出所述检测信号；
所述开关电源电路还包括：
控制电路，用于根据所述检测信号生成控制信号，所述控制信号用于控制所述软启动时长调节电路导通或断开。
6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，所述控制电路包括：
电容单元，所述电容单元的第一端与所述检测引脚和所述软启动时长调节电路电连接，所述电容单元的第二端与接地端电连接，所述电容单元用于根据所述检测信号生成所述控制信号。
7.根据权利要求6所述的开关电源电路，其特征在于，所述控制电路还包括：
开关单元，所述开关单元的第一端与所述软启动时长调节电路电连接，第二端与所述接地端电连接，控制端与所述电容单元电连接；
所述开关单元用于在所述控制信号作用下导通是将地信号提供至所述软启动时长调节电路，使所述软启动时长调节电路断开，在所述控制信号作用下关断时隔离地信号，使所述软启动时长调节电路导通。
8.根据权利要求7所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关单元包括开关晶体管。
9.根据权利要求1-4中的任意一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述采样电路包括第一端、第二端和设置在所述第一端和第二端之间的采样点，所述第一端与所述输出端电连接，所述第二端与接地端电连接，所述采样点与所述开关电源芯片和所述软启动时长调节电路电连接；
在所述第一端和所述采样点之间设置有第一分压单元，在所述采样点和所述第二端之间设置有第二分压单元。
10.根据权利要求9所述的开关电源电路，其特征在于，所述第一分压单元包括第一分压电阻，所述第二分压单元包括第二分压电阻。
11.根据权利要求9的所述的开关电源电路，其特征在于，所述采样电路设置在所述开关电源芯片外部或集成在所述开关芯片内部。
12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-11中的任意一项所述的开关电源电路以及与所述开关电源电路的输出端电连接的负载。
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