CN205883041U - 一种软启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种软启动电路，其包括偏置电路、电容充放电电路及运放电路，所述偏置电路、电容充放电电路及运放电路顺次电性连接；所述偏置电路用于提供偏置电流；所述电容充放电电路通过镜像产生一个恒定电流对电容进行充电；所述运放电路用于输出稳定基准电压；其中，所述偏置电路包括偏置电流源Ibs、电源电压VDD和PMOS管MP1；所述PMOS管MP1的源极接电源电压VDD；PMOS管MP1的栅极连接电容充放电电路；PMOS管MP1的漏极与栅极及偏置电流源Ibs的输入端连接；偏置电流源Ibs的输出端接地。

Description

一种软启动电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种软启动电路。

背景技术

伴随着便携式设备的广泛应用，开关电源凭借其高效率、大输出电流的特点而迅速发展。传统的开关电源在上电过程中，输出电压从零上升到最大值。开关电源电路的输出大都要接滤波电容，在输入接上瞬间，由于输出电容上的初始电压为零，充电容易产生浪涌电流，此时通过功率管的电流可以达到很大，容易损毁电路系统。为了在启动过程中防止大的浪涌电流对电路系的损坏，在电路启动过程中需要对电流进行限制，即需要在开关电源芯片中加入软启动电路。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种软启动电路，该电路首先利用两个PMOS管的镜像产生一个很小的恒定电流对电容进行充电，并输出缓慢上升的电压；接着，通过一个负反馈的单位增益缓冲跟随器跟随输出缓慢上升的电压，并利用一个上拉电阻电路最终实现输出稳定基准电压，避免该电路在启动过程中产生浪涌电流，出现系统损伤的情况。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种软启动电路，包括偏置电路、电容充放电电路及运放电路；所述偏置电路、电容充放电电路及运放电路顺次电性连接；所述偏置电路用于提供偏置电流；所述电容充放电电路通过镜像产生一个很小的恒定电流对电容进行充电；所述运放电路通过采用一个负反馈的单位增益缓冲跟随器和一个上拉电阻电路，实现输出缓慢上升的电压，直至输出稳定基准电压。

作为一种具体方案，所述偏置电路包括偏置电流源Ibs、电源电压VDD和PMOS管MP1；所述PMOS管MP1的源极接电源电压VDD；PMOS管MP1的栅极连接电容充放电电路；PMOS管MP1的漏极与栅极及偏置电流源Ibs的输入端连接；偏置电流源Ibs的输出端接地。

作为一种优选的方式，所述电容充放电电路包括PMOS管MP2、PNP三极管QP1、第一电容C1、NMOS管MN4及使能信号控制端ENb；所述PMOS管MP2的源极接电源电压VDD；PMOS管MP2的栅极与PMOS管MP1的栅极及运放电路连接；所述PMOS管MP2的漏极与PNP三极管QP1的发射极连接；PNP三极管QP1的基极与第一电容C1的上极板、NMOS管MN4的漏极及运放电路连接；PNP三极管QP1的集电极与第一电容C1的下极板接地；NMOS管MN4的栅极与使能信号控制端ENb连接；NMOS管MN4的源极接地。

作为一种优选的方式，所述运放电路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN5、NMOS管MN6、第二电容C2、电阻R1、基准电压VREF及电压信号输出端SS_OUT；所述PMOS管MP3的源极接电源电压VDD；PMOS管MP3的栅极与PMOS管MP1的栅极及PMOS管MP2的栅极连接；PMOS管MP3的漏极与PMOS管MP4的源极及PMOS管MP5的源极连接；PMOS管MP4的栅极与NMOS管MN4的漏极、第一电容C1的上极板及PNP三极管QP1的基极连接；PMOS管MP4的漏极与NMOS管MN1的漏极及NMOS管MN3的栅极连接；NMOS管MN1的栅极与NMOS管MN2的栅极及NMOS管MN5的漏极连接；NMOS管MN1的源极及NMOS管MN5的源极接地；NMOS管MN5的栅极与使能信号控制端ENb连接；NMOS管MN2的源极接地；NMOS管MN2的栅极和漏极连接；NMOS管MN2的漏极与PMOS管MP5漏极连接；PMOS管MP5栅极与NMOS管MN3的漏极、电阻R1的输出端、NMOS管MN6的漏极、第二电容C2的上极板及电压信号输出端SS_OUT连接；NMOS管MN3的源极接地；电阻R1的输入端连接基准电压VREF；NMOS管MN6的栅极连接使能信号控制端ENb；NMOS管MN6的源极及第二电容C2接地。

本实用新型采用上述方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型运放电路中采用一个负反馈的单位增益缓冲跟随器实现电路在启动过程中跟随电容充放电电路输出缓慢上升的电压，并利用一个上拉电阻电路保证最终实现输出稳定基准电压，该软启动电路可应用于开关电源电路中，避免开关电源电路在启动过程中产生浪涌电流，出现系统损伤的情况；

2、本实用新型所采用的技术方案简单，成本低廉，易于大规模应用，具有很好的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的软启动电路的原理结构示意图；

图2为本实用新型的启动过程电压信号输出端SS_OUT输出波形图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

参见图1，本实用新型的一种软启动电路，包括顺次电性连接的偏置电路100、电容充放电电路200及运放电路300。

偏置电路100用于提供偏置电流，本实施例中，参见图1，偏置电路包括偏置电流源Ibs、电源电压VDD和PMOS管MP1；PMOS管MP1的源极接电源电压VDD；PMOS管MP1的栅极连接电容充放电电路；PMOS管MP1的漏极与栅极及偏置电流源Ibs的输入端连接；偏置电流源Ibs的输出端接地GND。

电容充放电电路200通过镜像产生一个很小的恒定电流对电容进行充电，本实施例中，参见图1，电容充放电电路包括PMOS管MP2、PNP三极管QP1、第一电容C1、NMOS管MN4及使能信号控制端ENb；PMOS管MP2的源极接电源电压VDD；PMOS管MP2的栅极与PMOS管MP1的栅极及运放电路连接；PMOS管MP2的漏极与PNP三极管QP1的发射极连接；PNP三极管QP1的基极与第一电容C1的上极板、NMOS管MN4的漏极及运放电路连接，其中PNP三极管QP1的基极与第一电容C1的上极板的连接节点为A；PNP三极管QP1的集电极与第一电容C1的下极板接地GND；NMOS管MN4的栅极与使能信号控制端ENb连接；NMOS管MN4的源极接地GND。

本实施例中，参见图1，运放电路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN5、NMOS管MN6、第二电容C2、电阻R1、基准电压VREF及电压信号输出端SS_OUT；PMOS管MP3的源极接电源电压VDD；PMOS管MP3的栅极与PMOS管MP1的栅极及PMOS管MP2的栅极连接；PMOS管MP3的漏极与PMOS管MP4的源极及PMOS管MP5的源极连接；PMOS管MP4的栅极与NMOS管MN4的漏极、第一电容C1的上极板及PNP三极管QP1的基极连接；PMOS管MP4的漏极与NMOS管MN1的漏极及NMOS管MN3的栅极连接；NMOS管MN1的栅极与NMOS管MN2的栅极及NMOS管MN5的漏极连接；NMOS管MN1的源极及NMOS管MN5的源极接地GND；NMOS管MN5的栅极与使能信号控制端ENb连接；NMOS管MN2的源极接地GND；NMOS管MN2的栅极和漏极连接；NMOS管MN2的漏极与PMOS管MP5漏极连接；PMOS管MP5栅极与NMOS管MN3的漏极、电阻R1的输出端、NMOS管MN6的漏极、第二电容C2的上极板及电压信号输出端SS_OUT连接；NMOS管MN3的源极接地GND；电阻R1的输入端连接基准电压VREF；NMOS管MN6的栅极连接使能信号控制端ENb；NMOS管MN6的源极及第二电容C2接地GND。

在开关电源芯片系统中，为了避免电路启动过程中产生浪涌电流，出现系统损伤的情况，负反馈的单位增益缓冲跟随器由一个运算放大器和NMOS管MN3连接构成。运放电路通过采用一个负反馈的单位增益缓冲跟随器和一个上拉电阻电路，实现输出缓慢上升的电压，直至输出稳定基准电压，本实施例中，运算放大器由PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、NMOS管MN1及NMOS管MN2构成；上拉电阻电路由基准电压VREF和电阻R1构成。

本实用新型的上电复位电路的具体工作过程如下：

具体实现时，本实用新型的一种软启动电路的实现过程如下：参见图1，设定PMOS管MPn的宽长比为(W/L)MPn，n为1，2，3，4，5；则PMOS管MP1的宽长比为(W/L)MP1，PMOS管MP2的宽长比为(W/L)MP2；

当使能信号控制端ENb为高电平时，系统关闭，节点A的电位被拉到GND，则第一电容C1上没有电荷；

当使能信号控制端ENb为低电平时，系统开启，系统通过PNP三极管QP1的基级电流对电容第一电容C1进行充电。则有：

$\frac{I_{MP2}}{I_{MP1}}=\frac{I_{E,QP1}}{Ibs}=\frac{{(W/L)}_{MP2}}{{(W/L)}_{MP1}}---\left(1\right)$

$Beta=\frac{I_{C,QP1}}{I_{B,QP1}}---\left(2\right)$

I_E,QP1＝I_C,QP1+I_B,QP1 (3)

其中，I_MP1和I_MP2是流经PMOS管MP1和PMOS管MP2的漏极电流，I_B,QP1,I_E,QP1,I_C,QP1分别是PNP三极管QP1的基极电流，发射极电流，集电极电流；Beta为PNP三极管QP1的电流放大倍数；Ibs为偏置电流源大小。

由以上三个式子可知第一电容C1上的充电电流I_C1为：

$I_{C1}=I_{B,QP1}=\frac{{(W/L)}_{MP2}}{(1+Beta)*{(W/L)}_{MP1}}*Ibs---\left(4\right)$

由式(4)可知，由于Beta值比较大(正常大于20)，则充电电流I_C1是个很小的定值，充电过程中，参见图2所示，当节点A的电位缓慢线性上升，即0＜VA＜VREF时，PMOS管MP4是开启的，则NMOS管MN3的栅极电压较高，即NMOS管MN3开启并导通；此时，运放电路中负反馈的单位增益缓冲跟随器的输出端电压与电压信号输出端SS_OUT的电压相同并跟随节点A的电位缓慢上升(其中电阻R1为一个上拉电阻，基准电压VREF给电压信号输出端SS_OUT提供电源支持)；当节点A的电位上升到基准电压VREF时，即VA＝VREF，此时电压信号输出端SS_OUT也达到了VREF；

随着节点A的电位继续上升，即VREF<VA<VP(VP为PMOS管MP4的临界电压，其大小介于VREF和VDD之间，即当VA<VP时，MP4导通，VA≥VP时，MP4关闭)时，电压信号输出端SS_OUT保持为VREF(因为电压信号输出端SS_OUT的电压是由VREF通过R1提供的，最大值为VREF)；当节点A的电位上升到VP，即VA＝VP时，PMOS管MP4关闭，则NMOS管MN3关闭，即负反馈的单位增益缓冲跟随器不起作用，此时，电压信号输出端SS_OUT仍然会通过电阻R1跟随基准电压VREF电压大小，保持VREF不变。当节点A的电位再继续上升到最大值VDD过程中，即VP<VA≤VDD时，输出SS_OUT仍保持VREF不变。

综上，该软启动电路通过采用一个负反馈的单位增益缓冲跟随器实现电路在启动过程中跟随电容充放电电路输出缓慢上升的电压，并利用一个上拉电阻电路实现该缓慢上升的电压最终输出稳定基准电压VREF，该软启动电路可应用于开关电源电路中，避免开关电源电路在启动过程中产生浪涌电流，出现系统损伤的情况。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种软启动电路，其特征在于：包括偏置电路、电容充放电电路及运放电路，所述偏置电路、电容充放电电路及运放电路顺次电性连接；所述偏置电路用于提供偏置电流；所述电容充放电电路通过镜像产生一个恒定电流对电容进行充电；所述运放电路用于输出稳定基准电压；其中，所述偏置电路包括偏置电流源Ibs、电源电压VDD和PMOS管MP1；所述PMOS管MP1的源极接电源电压VDD；PMOS管MP1的栅极连接电容充放电电路；PMOS管MP1的漏极与栅极及偏置电流源Ibs的输入端连接；偏置电流源Ibs的输出端接地。

2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于：所述电容充放电电路包括PMOS管MP2、PNP三极管QP1、第一电容C1、NMOS管MN4及使能信号控制端ENb；所述PMOS管MP2的源极接电源电压VDD；PMOS管MP2的栅极与PMOS管MP1的栅极及运放电路连接；所述PMOS管MP2的漏极与PNP三极管QP1的发射极连接；PNP三极管QP1的基极与第一电容C1的上极板、NMOS管MN4的漏极及运放电路连接；PNP三极管QP1的集电极与第一电容C1的下极板接地；NMOS管MN4的栅极与使能信号控制端ENb连接；NMOS管MN4的源极接地。

3.根据权利要求2所述的软启动电路，其特征在于：所述运放电路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN5、NMOS管MN6、第二电容C2、电阻R1、基准电压VREF及电压信号输出端SS_OUT；所述PMOS管MP3的源极接电源电压VDD；PMOS管MP3的栅极与PMOS管MP1的栅极及PMOS管MP2的栅极连接；PMOS管MP3的漏极与PMOS管MP4的源极及PMOS管MP5的源极连接；PMOS管MP4的栅极与NMOS管MN4的漏极、第一电容C1的上极板及PNP三极管QP1的基极连接；PMOS管MP4的漏极与NMOS管MN1的漏极及NMOS管MN3的栅极连接；NMOS管MN1的栅极与NMOS管MN2的栅极及NMOS管MN5的漏极连接；NMOS管MN1的源极及NMOS管MN5的源极接地；NMOS管MN5的栅极与使能信号控制端ENb连接；NMOS管MN2的源极接地；NMOS管MN2的栅极和漏极连接；NMOS管MN2的漏极与PMOS管MP5漏极连接；PMOS管MP5栅极与NMOS管MN3的漏极、电阻R1的输出端、NMOS管MN6的漏极、第二电容C2的上极板及电压信号输出端SS_OUT连接；NMOS管MN3的源极接地；电阻R1的输入端连接基准电压VREF；NMOS管MN6的栅极连接使能信号控制端ENb；NMOS管MN6的源极及第二电容C2接地。