CN219458900U - 一种新型开关电源软启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型开关电源软启动电路，包括误差转换电路、逻辑控制电路、DAC电路、采样电路、第1运放器、钳位电路、低通滤波电路、电源峰值检测电路及PWM比较电路。误差转换电路接入开关电源，逻辑控制电路控制DAC电路，采样电路输出采样电压信号至第1运放器，第1运放器输出运放电压信号至钳位电路，低通滤波电路和电源峰值检测电路输出信号至PWM比较电路，PWM比较电路对信号进行比较，并输出占空比控制信号至开关电源。本实用新型通过引入逻辑控制电路控制DAC电路抑制浪涌，取代了传统软启动电路通过加入大电容延时的电路结构，在保证有效抑制浪涌电流的同时，达到集成度高、输出电压和电感电流平稳无过冲、降成本的效果。

Description

一种新型开关电源软启动电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源软启动技术领域，具体涉及一种新型开关电源软启动电路。

背景技术

开关电源是电力电子设备广泛应用的供电设备，具有高转换效率、低耗能、尺寸小、重量轻等优点，市场前景广阔。

开关电源通过将误差信号转换成占空比控制信号，从而驱动功率开关动作。开关电源的输入电路大都采用整流电路和电容滤波电路，开关电源启动时，在输入电路导通的瞬间，误差放大器会处于非平衡状态，使回路长时间处于最大占空比状态，这导致产生的浪涌电流会灌入输出滤波电容，使开关管或其它器件损坏。

传统软启动电路为了解决上述问题，会在开关电源输入电路采用较大容量的滤波电容，但大容量电容的体积较大，无法集成在芯片上，同时也增加了成本，除此之外，传统软启动电路结构存在线性度差的问题，输出电压和电感电流不够平稳。

现有技术缺点：

1：传统软启动器为了抑制浪涌电流，增大滤波电容容量，使滤波电容体积增大，无法集成在芯片上；

2：增大滤波电容容量增加了成本；

3：传统软启动电路线性度差，输出电压和电感电流不够平稳。

因此，需要设计一种能有效抑制浪涌电流、集成度高、输出电压和电感电流平稳无过冲、降成本开关电源软启动电路。

实用新型内容

本实用新型提供的一种新型开关电源软启动电路，主要用于解决现有的开关电源软启动电路的滤波电容容量大导致无法集成、成本高、输出电压和电感电流不够平稳等问题，在保证有效抑制浪涌电流的同时，达到集成度高、输出电压和电感电流平稳无过冲、降成本的效果。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种新型开关电源软启动电路，包括：误差转换电路、逻辑控制电路、DAC电路、采样电路、第1运放器、钳位电路、低通滤波电路、电源峰值检测电路及PWM比较电路；所述误差转换电路接入开关电源，为所述DAC电路提供误差电压信号，所述逻辑控制电路与所述DAC电路的控制端连接，用于控制所述DAC电路的阻值，所述DAC电路的输出端电压为调制电压信号，所述调制电压信号输入至所述第1运放器的反相输入端，所述采样电路用于电源电压采样，并输出采样电压信号至所述第1运放器的同相输入端，所述第1运放器的输出端输出运放电压信号至所述钳位电路。

所述钳位电路的第1输入端接入下限钳位电压信号，其第2输入端接入上限钳位电压信号，所述钳位电路用于将所述运放电压信号钳位至所述下限钳位电压信号与上限钳位电压信号之间，并输出钳位后的所述运放电压信号至所述低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端输出滤波整形电压信号至所述PWM比较电路的第1输入端，所述电源峰值检测电路输出取样检测电压信号至所述PWM比较电路的第2输入端，所述PWM比较电路用于将所述取样检测电压信号与所述滤波整形电压信号进行比较，并输出占空比控制信号至所述开关电源。

进一步的方案是，所述误差转换电路包括反馈电压回路、基准电压回路和第4电阻，所述反馈电压回路接入所述开关电源的输出反馈电压信号，所述基准电压回路接入预设稳压基准电压信号，所述反馈电压回路和基准电压回路的输出端均与所述DAC电路的输入端连接，所述DAC电路的输出端通过所述第4电阻接地。

进一步的方案是，所述DAC电路包括电阻阻值电路和MOS管控制电路，所述MOS管控制电路接入所述逻辑控制电路输出的逻辑控制信号，并根据所述逻辑控制信号控制所述电阻阻值电路的阻值，以控制所述调制电压信号。

进一步的方案是，当所述反馈电压回路的栅极电压输出为低电平，所述基准电压回路的栅极电压输出为高电平时，所述逻辑控制电路用于控制所述MOS管控制电路截止，使所述电阻阻值电路的阻值较大，以抑制浪涌电流。

进一步的方案是，当所述反馈电压回路的栅极电压输出为高电平，所述基准电压回路的栅极电压输出为低电平时，所述逻辑控制电路用于控制所述MOS管控制电路随时间变化部分导通，使所述电阻阻值电路的阻值逐渐减小，所述调制电压信号呈阶梯状上升。

进一步的方案是，所述钳位电路包括下拉钳位电路和上拉钳位电路，所述下拉钳位电路包括第2运放器和第1互补CMOS电路，所述上拉钳位电路包括第3运放器和第2互补CMOS电路，所述第2运放器和第3运放器的反相输入端均与所述第1运放器的输出端连接，所述第2运放器的同相输入端输入所述下限钳位电压信号，所述第3运放器的同相输入端输入所述上限钳位电压信号。

进一步的方案是，所述下限钳位电压信号值小于所述上限钳位电压信号值。

进一步的方案是，所述第1互补CMOS电路的第1输入端与所述第2运放器的输出端连接，所述第2互补CMOS电路的第1输入端与所述第3运放器的输出端连接，所述第1互补CMOS电路和第2互补CMOS电路的第2输出端均与所述第1运放器的输出端连接，所述第1互补CMOS电路的输出端与所述低通滤波电路的输入端连接，所述第2互补CMOS电路的输出端接地。

进一步的方案是，所述低通滤波电路包括第2P型MOS管、第1电阻和第1电容，所述第2P型MOS管的栅极接入参考电压信号，所述第2P型MOS管的漏极与所述第1互补CMOS电路的第2输出端连接，所述第2P型MOS管的源极与所述第1电阻和第1电容的输入端连接，所述第1电阻的输出端与所述第1运放器的输出端连接，所述第1电容的输出端接地。

进一步的方案是，当所述调制电压信号呈阶梯状上升时，所述低通滤波电路用于输出缓慢连续上升的所述滤波整形电压信号，所述滤波整形电压信号值介于所述下限钳位电压信号值和上限钳位电压信号值之间，输入至所述开关电源的所述占空比控制信号缓慢连续上升，以实现所述开关电源的软启动。

由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

1、引入逻辑控制电路控制DAC电路抑制浪涌，取代了传统软启动电路通过加入大电容延时的电路结构，从而提高了软启动电路的集成度。

2、无需使用大容量的滤波电容，可以节省成本；

3、引入钳位电路和低通滤波电路，使输出的电压和电感电流平稳无过冲。

因此，本实用新型提供的一种新型开关电源软启动电路，通过引入逻辑控制电路控制DAC电路抑制浪涌，取代了传统软启动电路通过加入大电容延时的电路结构，并引入钳位电路和低通滤波电路，在保证有效抑制浪涌电流的同时，达到集成度高、输出电压和电感电流平稳无过冲、降成本的效果。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型一种新型开关电源软启动电路的原理图。

图2是本实用新型DAC电路的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种新型开关电源软启动电路实施例

参见图1和图2，本实用新型所涉及的一种新型开关电源软启动电路，包括：误差转换电路10、逻辑控制电路20、DAC电路30、采样电路40、第1运放器50、钳位电路60、低通滤波电路70、电源峰值检测电路80及PWM比较电路90；误差转换电路10接入开关电源，为DAC电路30提供误差电压信号，逻辑控制电路20与DAC电路30的控制端连接，用于控制DAC电路30的阻值，DAC电路30的输出端电压为调制电压信号，所述调制电压信号输入至第1运放器50的反相输入端，采样电路40用于电源电压采样，并输出采样电压信号VREF至第1运放器50的同相输入端，第1运放器50的输出端输出运放电压信号至钳位电路60。

钳位电路60的第1输入端接入下限钳位电压信号VREF1，其第2输入端接入上限钳位电压信号VREF2，钳位电路60用于将所述运放电压信号钳位至下限钳位电压信号VREF1与上限钳位电压信号VREF2之间，并输出钳位后的所述运放电压信号至低通滤波电路70的输入端，低通滤波电路70的输出端输出滤波整形电压信号至PWM比较电路90的第1输入端，电源峰值检测电路80输出取样检测电压信号至PWM比较电路90的第2输入端，PWM比较电路90用于将所述取样检测电压信号与所述滤波整形电压信号进行比较，并输出占空比控制信号至所述开关电源。

在本实施例中，误差转换电路10包括反馈电压回路11、基准电压回路12和第4电阻R4，反馈电压回路11接入所述开关电源的输出反馈电压信号FBS，基准电压回路12接入预设稳压基准电压信号VOUT，反馈电压回路11和基准电压回路12的输出端均与DAC电路30的输入端连接，DAC电路30的输出端通过第4电阻R4接地。

具体的，本实施例反馈电压回路11包括第2电阻R2和第5MOS管PM5，输出反馈电压信号FBS通过第2电阻R2与第5MOS管PM5的漏极连接，第5MOS管PM5的源极与DAC电路30的输入端连接，第5MOS管PM5的栅极电压为反馈电压回路11的栅极电压A。

具体的，本实施例基准电压回路12包括第3电阻R3和第6MOS管PM6，预设稳压基准电压信号VOUT通过第3电阻R3与第6MOS管PM6的漏极连接，第6MOS管PM6的源极与DAC电路30的输入端连接，第6MOS管PM6的栅极电压为基准电压回路12的栅极电压B。

在本实施例中，DAC电路30包括电阻阻值电路31和MOS管控制电路32，MOS管控制电路32接入逻辑控制电路20输出的逻辑控制信号，并根据所述逻辑控制信号控制电阻阻值电路31的阻值，以控制所述调制电压信号。

具体的，本实施例电阻阻值电路31包括n个串联的电阻，MOS管控制电路32包括n个MOS管，MOS管控制电路32的第i个MOS管并联在电阻阻值电路31的第1个电阻和第i个电阻两端，所述逻辑控制信号控制第i个MOS管的导通或截止，以控制所述i个电阻串联的阻值，其中i大于等于1且小于等于n。

在本实施例中，当反馈电压回路11的栅极电压A输出为低电平，基准电压回路12的栅极电压B输出为高电平时，逻辑控制电路20用于控制MOS管控制电路32截止，使电阻阻值电路31的阻值的阻值较大，以抑制浪涌电流。

具体的，本实施例逻辑控制电路20用于控制MOS管控制电路32的n个MOS管截止，使电阻阻值电路31的阻值为n个电阻串联的阻值，此时调制电压信号值为：

其中，i表示电阻阻值电路31中第i个电阻，n表示电阻阻值电路31共有n个电阻，i大于等于1且小于等于n。

在本实施例中，当反馈电压回路11的栅极电压A输出为高电平，基准电压回路12的栅极电压B输出为低电平时，逻辑控制电路20用于控制MOS管控制电路32随时间变化部分导通，使电阻阻值电路31的阻值逐渐减小，所述调制电压信号呈阶梯状上升。

具体的，本实施例逻辑控制电路20用于控制MOS管控制电路32的第i个MOS管导通，随时间i逐渐增大，电阻阻值电路31的阻值为(n-i)个电阻串联的阻值，使电阻阻值电路31的阻值逐渐减小，此时调制电压信号值为：

其中，di表示受逻辑控制信号控制的i个MOS管导通或截止的情况，第i个MOS管导通则di为0，第i个MOS管截止则di为1，i大于等于1且小于等于n。

在本实施例中，钳位电路60包括下拉钳位电路61和上拉钳位电路62，下拉钳位电路61包括第2运放器amp2和第1互补CMOS电路611，上拉钳位电路62包括第3运放器amp3和第2互补CMOS电路621，第2运放器amp2和第3运放器amp3的反相输入端均与第1运放器50的输出端连接，第2运放器amp2的同相输入端输入下限钳位电压信号VREF1，第3运放器amp3的同相输入端输入上限钳位电压信号VREF2。

在本实施例中，下限钳位电压信号VREF1值小于上限钳位电压信号VREF2值。

在本实施例中，第1互补CMOS电路611的第1输入端与第2运放器amp2的输出端连接，第2互补CMOS电路621的第1输入端与第3运放器amp3的输出端连接，第1互补CMOS电路611和第2互补CMOS电路621的第2输出端均与第1运放器50的输出端连接，第1互补CMOS电路611的输出端与低通滤波电路70的输入端连接，第2互补CMOS电路621的输出端接地。

具体的，本实施例第1互补CMOS电路611包括第2N型MOS管NM2和第3P型MOS管PM3，第2运放器amp2的输出端与第2N型MOS管NM2的栅极连接，第2N型MOS管NM2的漏极与第3P型MOS管PM3的栅极和源极连接，所述第3P型MOS管PM3的漏极与低通滤波电路的输入端连接。

具体的，本实施例第2互补CMOS电路621包括第4P型MOS管PM4和第3N型MOS管NM3，第3运放器amp3的输出端与第4P型MOS管PM4的栅极连接，第4P型MOS管PM4的源极与第3N型MOS管NM3的栅极和漏极连接，所述第3N型MOS管NM3的源极接地。

具体的，本实施例第2N型MOS管NM2的源极与第4P型MOS管PM4的漏极均与第1运放器50的输出端连接。

在本实施例中，低通滤波电路70包括第2P型MOS管PM2、第1电阻R和第1电容C，第2P型MOS管PM2的栅极接入参考电压信号vbias，第2P型MOS管PM2的漏极与第1互补CMOS电路611的第2输出端连接，第2P型MOS管PM2的源极与第1电阻R和第1电容C的输入端连接，第1电阻R的输出端与第1运放器50的输出端连接，第1电容C的输出端接地。

具体的，本实施例低通滤波电路70用于滤除第1运放器50输出的运放电压信号中的高频纹波，以免PWM比较电路90误触发，并对钳位后的所述运放信号整形。

具体的，本实施例低通滤波电路70的截止频率约为：

在本实施例中，当所述调制电压信号呈阶梯状上升时，低通滤波电路70用于输出缓慢连续上升的所述滤波整形电压信号，所述滤波整形电压信号值介于下限钳位电压信号VREF1值和上限钳位电压信号VREF2值之间，输入至所述开关电源的所述占空比控制信号缓慢连续上升，以实现所述开关电源的软启动。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种新型开关电源软启动电路，其特征在于，包括：

误差转换电路、逻辑控制电路、DAC电路、采样电路、第1运放器、钳位电路、低通滤波电路、电源峰值检测电路及PWM比较电路；

所述误差转换电路接入开关电源，为所述DAC电路提供误差电压信号，所述逻辑控制电路与所述DAC电路的控制端连接，用于控制所述DAC电路的阻值，所述DAC电路的输出端电压为调制电压信号，所述调制电压信号输入至所述第1运放器的反相输入端，所述采样电路用于电源电压采样，并输出采样电压信号至所述第1运放器的同相输入端，所述第1运放器的输出端输出运放电压信号至所述钳位电路；

所述钳位电路的第1输入端接入下限钳位电压信号，其第2输入端接入上限钳位电压信号，所述钳位电路用于将所述运放电压信号钳位至所述下限钳位电压信号与上限钳位电压信号之间，并输出钳位后的所述运放电压信号至所述低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端输出滤波整形电压信号至所述PWM比较电路的第1输入端，所述电源峰值检测电路输出取样检测电压信号至所述PWM比较电路的第2输入端，所述PWM比较电路用于将所述取样检测电压信号与所述滤波整形电压信号进行比较，并输出占空比控制信号至所述开关电源。

2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于：

所述误差转换电路包括反馈电压回路、基准电压回路和第4电阻，所述反馈电压回路接入所述开关电源的输出反馈电压信号，所述基准电压回路接入预设稳压基准电压信号，所述反馈电压回路和基准电压回路的输出端均与所述DAC电路的输入端连接，所述DAC电路的输出端通过所述第4电阻接地。

3.根据权利要求2所述的软启动电路，其特征在于：

所述DAC电路包括电阻阻值电路和MOS管控制电路，所述MOS管控制电路接入所述逻辑控制电路输出的逻辑控制信号，并根据所述逻辑控制信号控制所述电阻阻值电路的阻值，以控制所述调制电压信号。

4.根据权利要求3所述的软启动电路，其特征在于：

当所述反馈电压回路的栅极电压输出为低电平，所述基准电压回路的栅极电压输出为高电平时，所述逻辑控制电路用于控制所述MOS管控制电路截止，使所述电阻阻值电路的阻值较大，以抑制浪涌电流。

5.根据权利要求4所述的软启动电路，其特征在于：

当所述反馈电压回路的栅极电压输出为高电平，所述基准电压回路的栅极电压输出为低电平时，所述逻辑控制电路用于控制所述MOS管控制电路随时间变化部分导通，使所述电阻阻值电路的阻值逐渐减小，所述调制电压信号呈阶梯状上升。

6.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于：

所述钳位电路包括下拉钳位电路和上拉钳位电路，所述下拉钳位电路包括第2运放器和第1互补CMOS电路，所述上拉钳位电路包括第3运放器和第2互补CMOS电路，所述第2运放器和第3运放器的反相输入端均与所述第1运放器的输出端连接，所述第2运放器的同相输入端输入所述下限钳位电压信号，所述第3运放器的同相输入端输入所述上限钳位电压信号。

7.根据权利要求6所述的软启动电路，其特征在于：

所述下限钳位电压信号值小于所述上限钳位电压信号值。

8.根据权利要求6所述的软启动电路，其特征在于：

所述第1互补CMOS电路的第1输入端与所述第2运放器的输出端连接，所述第2互补CMOS电路的第1输入端与所述第3运放器的输出端连接，所述第1互补CMOS电路和第2互补CMOS电路的第2输出端均与所述第1运放器的输出端连接，所述第1互补CMOS电路的输出端与所述低通滤波电路的输入端连接，所述第2互补CMOS电路的输出端接地。

9.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于：

所述低通滤波电路包括第2P型MOS管、第1电阻和第1电容，所述第2P型MOS管的栅极接入参考电压信号，所述第2P型MOS管的漏极与所述第1互补CMOS电路的第2输出端连接，所述第2P型MOS管的源极与所述第1电阻和第1电容的输入端连接，所述第1电阻的输出端与所述第1运放器的输出端连接，所述第1电容的输出端接地。

10.根据权利要求1至9任一项所述的软启动电路，其特征在于：

当所述调制电压信号呈阶梯状上升时，所述低通滤波电路用于输出缓慢连续上升的所述滤波整形电压信号，所述滤波整形电压信号值介于所述下限钳位电压信号值和上限钳位电压信号值之间，输入至所述开关电源的所述占空比控制信号缓慢连续上升，以实现所述开关电源的软启动。