CN207083011U - 一种用于开关电源的软启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于开关电源的软启动电路，包括软启动信号发生电路、控制信号处理电路、反馈通道切换电路、开关控制器电路。本实用新型的软启动信号发生电路输出由基准电压源电压按指数函数形式逐步衰减到零的电压信号给控制信号处理电路，控制信号处理电路将衰减电压信号转换为随时间线性增长的电压信号并传输给开关控制器电路，开关控制器电路根据该电压信号输出由小到大线性增加的PWM占空比，控制开关电源的输出电压由零逐步增加，当开关电源的输出电压达到其设定值后由反馈通道切换电路自动断开软启动电路并接入反馈电路，之后开关电源将通过反馈电路对其输出电压进行自动调节，从而避免开关电源在启动时输出电压和电流过冲的情况发生。

Description

一种用于开关电源的软启动电路

技术领域

本实用新型涉及一种软启动电路，特别涉及一种用于开关电源的软启动电路。

背景技术

开关电源具有效率高、体积小、重量轻等特点，近年来获得了长足的发展，尤其在家用电器、办公设施等小功率应用领域更是获得了广泛的应用。目前开关电源为了减小输出电压脉动，一般在其输出端接有大容量的滤波电容，由于在上电瞬间该电容电压为零，所以在上电时会产生较大的电容充电电流，从而给开关电源电路造成较大的电流冲击，严重影响到开关电源的使用寿命和工作可靠性。而目前针对开关电源所采用的软启动方式，一般借助电压源对RC电路进行充电，利用电容的充电电压产生对应功率开关的PWM占空比，从而实现对开关电源输出电压的控制。然而由于在启动过程中电容电压呈指数函数形式增长，因而使开关电源在启动过程中的输出电压不能实现线性增加，存在控制精度不高等不足。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、性能可靠的用于开关电源的软启动电路。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于：包括软启动信号发生电路，软启动信号发生电路与控制信号处理电路、开关控制器电路相连，用于在开关电源上电之后，接收开关控制器电路提供的一个基准电压源，产生一个由该基准电压源电压按指数函数形式逐步衰减到零的电压信号给控制信号处理电路；

控制信号处理电路，控制信号处理电路与反馈通道切换电路相连，控制信号处理电路接收软启动信号发生电路输出的由基准电压源电压按指数函数形式衰减到零的电压信号，先将该电压信号转换为由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号，再将该线性衰减到零的电压信号转换为从零开始线性递增的电压信号；

反馈通道切换电路，反馈通道切换电路与反馈电路、开关控制器电路相连，反馈通道切换电路在开关电源启动时，接收控制信号处理电路输出的由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号并将其与设定的阈值电压进行比较，如果控制信号处理电路输出的信号电压高于该阈值电压，则反馈通道切换电路将控制信号处理电路与开关控制器电路连通，此时开关控制器电路将根据控制信号处理电路输出的电压信号对开关电源进行控制；否则，如果控制信号处理电路输出的信号电压低于该阈值电压，则反馈通道切换电路将断开控制信号处理电路并接入开关电源自身的反馈电路，此后开关控制器电路将根据该反馈电路提供的反馈信号对开关电源进行控制；

开关控制器电路，开关控制器电路在启动瞬间将通过反馈通道切换电路接收控制信号处理电路输出的电压信号对开关电源进行控制，而在控制信号处理电路输出的信号电压低于反馈通道切换电路所设定的阈值电压，即在软启动过程结束后，开关控制器电路将通过反馈通道切换电路自动切换至开关电源自身的反馈电路，通过反馈电路提供的反馈信号对开关电源进行控制。

上述用于开关电源的软启动电路，所述软启动信号发生电路包括第五运算放大器、第五电容、第九电阻、第十电阻、第十三电阻、第十六电阻、第十七电阻和第二十二电阻，所述第五运算放大器的同相输入端分别连接第九电阻的一端、第十电阻的一端，第十电阻的另一端接地，第九电阻的另一端分别与第十三电阻的一端、开关控制器电路相连；第十三电阻的另一端分别与第五电容正极、第十七电阻的一端相连，第五电容负极接地，第十七电阻的另一端与第五运算放大器的反相输入端相连，第二十二电阻跨接在第五运算放大器的反相输入端与输出端之间，第五运算放大器的输出端与第十六电阻的一端相连。

上述用于开关电源的软启动电路，所述控制信号处理电路包括第二至第四运算放大器、第七运算放大器、第二稳压二极管、第三信号管、第二三极管、第三三极管、第一至第四电容、第六电容、第一电感、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻以及第一热敏电阻；所述第七运算放大器的反相输入端与第十六电阻的另一端、第三电容的一端、第二三极管的集电极相连；所述第七运算放大器的输出端与第三电容的另一端、第二三极管的发射极、第三三极管的发射极相连；所述第二三极管的基极经第七电阻后接地；所述第七运算放大器的同相输入端经第二十电阻后接地；所述第七运算放大器的正电源端经第一电感后接正电源+VCC，第六电容并接在第一电感两端；所述第三三极管的集电极和基极相连并与第二电容的一端、第三运算放大器的反相输入端相连；所述第二电容的另一端与第三运算放大器的输出端、第八电阻的一端相连；所述第十八电阻跨接在第三运算放大器的同相输入端与输出端之间；第三运算放大器的同相输入端经第二十一电阻、第一热敏电阻后接地；所述第八电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端相连，第五电阻跨接在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，第一电容并接在第五电阻两端，第二运算放大器的输出端与第三信号管的第三脚相连，第三信号管的第一脚和第二脚分别接地和正电源+VDD；第二运算放大器的同相输入端经第十四电阻后接地；所述第二稳压二极管的正极接地，第二稳压二极管的负极与第四运算放大器的同相输入端相连，第六电阻跨接在第四运算放大器的同相输入端与正电源端之间；所述第四运算放大器的输出端经第十二电阻、第十一电阻后与第二运算放大器的同相输入端相连；第四运算放大器的反相输入端经第十九电阻后接地，所述第十五电阻一端与第四运算放大器的反相输入端相连，第十五电阻另一端接在第十一电阻与第十二电阻之间，第四电容并接在第十五电阻两端。

上述用于开关电源的软启动电路，所述反馈通道切换电路包括第一运算放大器、第一三极管、第四三极管、第一稳压二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；第一稳压二极管的正极接地，第一稳压二极管的负极与第一运算放大器的反相输入端相连；所述第一电阻的一端与正电源+VCC相连，第一电阻的另一端与第一稳压二极管的负极相连；第一运算放大器的同相输入端经第四电阻后与第三运算放大器的输出端相连，第一运算放大器的输出端经第二电阻后与第三电阻的一端、第一三极管的基极、第四三极管的基极相连，第三电阻的另一端接正电源+VDD；所述第一三极管的集电极与第二运算放大器的输出端相连，第一三极管的发射极与第四三极管的集电极连接在一起并与开关控制器电路相连；第四三极管的发射极与开关电源自身的反馈电路相连。

上述用于开关电源的软启动电路，所述开关控制器电路包括开关控制器，开关控制器采用UC2844，开关控制器的VREF端口与第九电阻的另一端相连，开关控制器的COMP端口与第一三极管的发射极相连，开关控制器的VOUT端口输出控制信号至开关电源。

本实用新型的有益效果在于：上电瞬间，开关控制器电路给软启动信号发生电路提供一个基准电压源，软启动信号发生电路输出一个由该基准电压源电压按指数函数形式逐步衰减到零的电压信号给控制信号处理电路，控制信号处理电路将该衰减电压信号转换为随时间线性增长的电压信号并传输给开关控制器电路，开关控制器电路根据该电压信号输出由小到大线性增加的PWM占空比，从而控制开关电源的输出电压由零逐步增加，当开关电源的输出电压达到其设定值后由反馈通道切换电路自动断开软启动电路并接入其自身的反馈电路，之后开关电源将通过其反馈电路提供的反馈信号对其输出电压进行自动调节。本实用新型能有效避免开关电源在启动时因其反馈电压未建立而导致输出电压和电流过冲的情况发生。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为图1的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括软启动信号发生电路1、控制信号处理电路2、反馈通道切换电路3、开关控制器电路4，软启动信号发生电路1与控制信号处理电路2、开关控制器电路4相连，控制信号处理电路2与反馈通道切换电路3相连，反馈通道切换电路3与反馈电路、开关控制器电路4相连。

如图2所示，软启动信号发生电路1用于在开关电源上电之后，接收开关控制器电路4提供的一个基准电压源，产生一个由该基准电压源电压按指数函数形式逐步衰减到零的电压信号给控制信号处理电路2；软启动信号发生电路1包括第五运算放大器U5、第五电容C5、第九电阻R9、第十电阻R10、第十三电阻R13、第十六电阻R16、第十七电阻R17和第二十二电阻R22，所述第五运算放大器U5的同相输入端分别连接第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接地，第九电阻R9的另一端分别与第十三电阻R13的一端、开关控制器电路4相连；第十三电阻R13的另一端分别与第五电容C5正极、第十七电阻R17的一端相连，第五电容C5负极接地，第十七电阻R17的另一端与第五运算放大器U5的反相输入端相连，第二十二电阻R22跨接在第五运算放大器U5的反相输入端与输出端之间，第五运算放大器U5的输出端与第十六电阻R16的一端相连。

控制信号处理电路2用于接收软启动信号发生电路1输出的由基准电压源电压按指数函数形式衰减到零的电压信号，先将该电压信号转换为由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号，再将该线性衰减到零的电压信号转换为从零开始线性递增的电压信号；控制信号处理电路2包括第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第七运算放大器U7、第二稳压二极管D2、第三信号管D3、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6、第一电感L1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21以及第一热敏电阻RT1；所述第七运算放大器U7的反相输入端与第十六电阻R16的另一端、第三电容C3的一端、第二三极管Q2的集电极相连；所述第七运算放大器U7的输出端与第三电容C3的另一端、第二三极管Q2的发射极、第三三极管Q3的发射极相连；所述第二三极管Q2的基极经第七电阻R7后接地；所述第七运算放大器U7的同相输入端经第二十电阻R20后接地；所述第七运算放大器U7的正电源端经第一电感L1后接正电源+VCC，第六电容C6并接在第一电感L1两端；所述第三三极管Q3的集电极和基极相连并与第二电容C2的一端、第三运算放大器U3的反相输入端相连；所述第二电容C2的另一端与第三运算放大器U3的输出端、第八电阻R8的一端相连；所述第十八电阻R18跨接在第三运算放大器U3的同相输入端与输出端之间；第三运算放大器U3的同相输入端经第二十一电阻R21、第一热敏电阻RT1后接地；所述第八电阻R8的另一端与第二运算放大器U2的反相输入端相连，第五电阻R5跨接在第二运算放大器U2的反相输入端与输出端之间，第一电容C1并接在第五电阻R5两端，第二运算放大器U2的输出端与第三信号管D3的第三脚相连，第三信号管D3的第一脚和第二脚分别接地和正电源+VDD；第二运算放大器U2的同相输入端经第十四电阻R14后接地；所述第二稳压二极管D2的正极接地，第二稳压二极管D2的负极与第四运算放大器U4的同相输入端相连，第六电阻R6跨接在第四运算放大器U4的同相输入端与正电源端之间；所述第四运算放大器U4的输出端经第十二电阻R12、第十一电阻R11后与第二运算放大器U2的同相输入端相连；第四运算放大器U4的反相输入端经第十九电阻R19后接地，所述第十五电阻R15一端与第四运算放大器U4的反相输入端相连，第十五电阻R15另一端接在第十一电阻R11与第十二电阻R12之间，第四电容C4并接在第十五电阻R15两端。

反馈通道切换电路3在开关电源启动时，接收控制信号处理电路2输出的由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号并将其与设定的阈值电压进行比较，如果控制信号处理电路2输出的信号电压高于该阈值电压，则反馈通道切换电路3将控制信号处理电路2与开关控制器电路4连通，此时开关控制器电路4将根据控制信号处理电路2输出的电压信号对开关电源进行控制；否则，如果控制信号处理电路2输出的信号电压低于该阈值电压，则反馈通道切换电路3将断开控制信号处理电路2并接入开关电源自身的反馈电路，此后开关控制器电路4将根据该反馈电路提供的反馈信号对开关电源进行控制。反馈通道切换电路3包括第一运算放大器U1、第一三极管Q1、第四三极管Q4、第一稳压二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；第一稳压二极管D1的正极接地，第一稳压二极管D1的负极与第一运算放大器U1的反相输入端相连；所述第一电阻R1的一端与正电源+VCC相连，第一电阻R1的另一端与第一稳压二极管D1的负极相连；第一运算放大器U1的同相输入端经第四电阻R4后与第三运算放大器U3的输出端相连，第一运算放大器U1的输出端经第二电阻R2后与第三电阻R3的一端、第一三极管Q1的基极、第四三极管Q4的基极相连，第三电阻R3的另一端接正电源+VDD；所述第一三极管Q1的集电极与第二运算放大器U2的输出端相连，第一三极管Q1的发射极与第四三极管Q4的集电极连接在一起并与开关控制器电路4相连；第四三极管Q4的发射极与开关电源自身的反馈电路相连。

开关控制器电路4在启动瞬间将通过反馈通道切换电路3接收控制信号处理电路2输出的电压信号对开关电源进行控制，而在控制信号处理电路2输出的信号电压低于反馈通道切换电路所设定的阈值电压，即在软启动过程结束后，开关控制器电路4将通过反馈通道切换电路3自动切换至开关电源自身的反馈电路，通过反馈电路提供的反馈信号对开关电源进行控制。所述开关控制器电路4包括开关控制器U6，开关控制器U6采用UC2844，开关控制器U6的VREF端口与第九电阻R9的另一端相连，开关控制器U6的COMP端口与第一三极管Q1的发射极相连，开关控制器U6的VOUT端口输出控制信号至开关电源。

本实用新型的工作原理如下：上电瞬间，开关控制器电路4给软启动信号发生电路1提供一个基准电压源，软启动信号发生电路1中由第十三电阻R13和第五电容C5组成的RC电路在该基准电压源的作用下，将在第十三电阻R13两端产生由该基准电压源电压按指数函数形式逐步衰减到零的信号电压，该信号电压再经由第五运算放大器U5构成的放大电路放大后，经第十六电阻R16传输给控制信号处理电路2。

控制信号处理电路2接收到软启动信号发生电路1输出的电压信号后，先由第三运算放大器U3和第七运算放大器U7及其外围元器件组成的第一信号处理电路将上述软启动信号发生电路1输出的由基准电压源电压按指数函数形式逐步衰减到零的电压信号转换为由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号，该电压信号一方面传输给由第四运算放大器U4和第二运算放大器U2及其外围电路构成的第二信号处理电路，另一方面传输给由第一运算放大器U1及其外围电路构成的反馈通道切换电路3。

上述第二信号处理电路用于将上述第一信号处理电路输出的由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号转换为从零开始线性递增的电压信号。即由第一信号处理电路输出的衰减电压信号先经第八电阻R8传给第二运算放大器U2的反相输入端，而第二运算放大器U2的同相输入端将接收由第四运算放大器U4构成的稳压电路输出的稳压值，该稳压值与第一设定电压值相等，第二运算放大器U2再针对其两输入端输入的电压信号进行差分运算处理，输出从零开始线性递增的电压信号，该电压信号将传输给反馈通道切换电路3中的第一三极管Q1的集电极。

上述由第一信号处理电路传输给反馈通道切换电路3的由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号，经反馈通道切换电路3中的第四电阻R4传输至第1运算放大器U1的同相输入端，并将该电压信号与由第一稳压二极管D1确定的阈值电压进行比较，当该电压信号线性衰减到上述阈值电压前，第一运算放大器U1将输出一个高电平信号，此时第一三极管Q1导通，第四三极管Q4截止，则控制信号处理电路2输出的从零开始线性递增的电压信号将经第一三极管Q1传输给开关控制器电路4中开关控制器U6的COMP端，使开关控制器U6根据该电压信号产生由零线性增加的PWM占空比信号，从而控制开关电源的输出电压从零开始线性增加，由此可有效避免开关电源在启动瞬间造成过大的电压和电流冲击。当第一信号处理电路输出的电压信号衰减到小于第一稳压二极管D1确定的阈值电压后，第一运算放大器U1将输出一个低电平信号，此时第一三极管Q1截止，第四三极管Q4导通，则控制信号处理电路2与开关控制器电路4断开，即开关电源软启动过程结束；反馈通道切换电路3将开关电源自身的反馈电路与开关控制器电路4连通，之后开关电源将通过其反馈电路提供的反馈信号对其输出电压进行自动调节。

Claims (5)

1.一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于：包括

软启动信号发生电路，软启动信号发生电路与控制信号处理电路、开关控制器电路相连，用于在开关电源上电之后，接收开关控制器电路提供的一个基准电压源，产生一个由该基准电压源电压按指数函数形式逐步衰减到零的电压信号给控制信号处理电路；

控制信号处理电路，控制信号处理电路与反馈通道切换电路相连，控制信号处理电路接收软启动信号发生电路输出的由基准电压源电压按指数函数形式衰减到零的电压信号，先将该电压信号转换为由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号，再将该线性衰减到零的电压信号转换为从零开始线性递增的电压信号；

反馈通道切换电路，反馈通道切换电路与反馈电路、开关控制器电路相连，反馈通道切换电路在开关电源启动时，接收控制信号处理电路输出的由第一设定电压值线性衰减到零的电压信号并将其与设定的阈值电压进行比较，如果控制信号处理电路输出的信号电压高于该阈值电压，则反馈通道切换电路将控制信号处理电路与开关控制器电路连通，此时开关控制器电路将根据控制信号处理电路输出的电压信号对开关电源进行控制；否则，如果控制信号处理电路输出的信号电压低于该阈值电压，则反馈通道切换电路将断开控制信号处理电路并接入开关电源自身的反馈电路，此后开关控制器电路将根据该反馈电路提供的反馈信号对开关电源进行控制；

开关控制器电路，开关控制器电路在启动瞬间将通过反馈通道切换电路接收控制信号处理电路输出的电压信号对开关电源进行控制，而在控制信号处理电路输出的信号电压低于反馈通道切换电路所设定的阈值电压，即在软启动过程结束后，开关控制器电路将通过反馈通道切换电路自动切换至开关电源自身的反馈电路，通过反馈电路提供的反馈信号对开关电源进行控制。

2.根据权利要求1所述的用于开关电源的软启动电路，其特征在于：所述软启动信号发生电路包括第五运算放大器、第五电容、第九电阻、第十电阻、第十三电阻、第十六电阻、第十七电阻和第二十二电阻，所述第五运算放大器的同相输入端分别连接第九电阻的一端、第十电阻的一端，第十电阻的另一端接地，第九电阻的另一端分别与第十三电阻的一端、开关控制器电路相连；第十三电阻的另一端分别与第五电容正极、第十七电阻的一端相连，第五电容负极接地，第十七电阻的另一端与第五运算放大器的反相输入端相连，第二十二电阻跨接在第五运算放大器的反相输入端与输出端之间，第五运算放大器的输出端与第十六电阻的一端相连。

3.根据权利要求2所述的用于开关电源的软启动电路，其特征在于：所述控制信号处理电路包括第二至第四运算放大器、第七运算放大器、第二稳压二极管、第三信号管、第二三极管、第三三极管、第一至第四电容、第六电容、第一电感、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻以及第一热敏电阻；所述第七运算放大器的反相输入端与第十六电阻的另一端、第三电容的一端、第二三极管的集电极相连；所述第七运算放大器的输出端与第三电容的另一端、第二三极管的发射极、第三三极管的发射极相连；所述第二三极管的基极经第七电阻后接地；所述第七运算放大器的同相输入端经第二十电阻后接地；所述第七运算放大器的正电源端经第一电感后接正电源+VCC，第六电容并接在第一电感两端；所述第三三极管的集电极和基极相连并与第二电容的一端、第三运算放大器的反相输入端相连；所述第二电容的另一端与第三运算放大器的输出端、第八电阻的一端相连；所述第十八电阻跨接在第三运算放大器的同相输入端与输出端之间；第三运算放大器的同相输入端经第二十一电阻、第一热敏电阻后接地；所述第八电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端相连，第五电阻跨接在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，第一电容并接在第五电阻两端，第二运算放大器的输出端与第三信号管的第三脚相连，第三信号管的第一脚和第二脚分别接地和正电源+VDD；第二运算放大器的同相输入端经第十四电阻后接地；所述第二稳压二极管的正极接地，第二稳压二极管的负极与第四运算放大器的同相输入端相连，第六电阻跨接在第四运算放大器的同相输入端与正电源端之间；所述第四运算放大器的输出端经第十二电阻、第十一电阻后与第二运算放大器的同相输入端相连；第四运算放大器的反相输入端经第十九电阻后接地，所述第十五电阻一端与第四运算放大器的反相输入端相连，第十五电阻另一端接在第十一电阻与第十二电阻之间，第四电容并接在第十五电阻两端。

4.根据权利要求3所述的用于开关电源的软启动电路，其特征在于：所述反馈通道切换电路包括第一运算放大器、第一三极管、第四三极管、第一稳压二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；第一稳压二极管的正极接地，第一稳压二极管的负极与第一运算放大器的反相输入端相连；所述第一电阻的一端与正电源+VCC相连，第一电阻的另一端与第一稳压二极管的负极相连；第一运算放大器的同相输入端经第四电阻后与第三运算放大器的输出端相连，第一运算放大器的输出端经第二电阻后与第三电阻的一端、第一三极管的基极、第四三极管的基极相连，第三电阻的另一端接正电源+VDD；所述第一三极管的集电极与第二运算放大器的输出端相连，第一三极管的发射极与第四三极管的集电极连接在一起并与开关控制器电路相连；第四三极管的发射极与开关电源自身的反馈电路相连。

5.根据权利要求4所述的用于开关电源的软启动电路，其特征在于：所述开关控制器电路包括开关控制器，开关控制器采用UC2844，开关控制器的VREF端口与第九电阻的另一端相连，开关控制器的COMP端口与第一三极管的发射极相连，开关控制器的VOUT端口输出控制信号至开关电源。