TWI551051B - 用於軟起動具有預充電輸出之電源轉換器之系統及方法 - Google Patents

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Description

用於軟起動具有預充電輸出之電源轉換器之系統及方法
本發明一般涉及電源轉換器，尤其涉及用於這類轉換器的改進的軟啟動電路以及方法。
本申請要求2011年2月11日提交的美國臨時專利申請61/441,784以及2011年12月15日提交的美國臨時專利申請61/576,174的優先權，以上申請通過引用結合在本文中。
通常通過在電壓基準VREF從接地斜變至預定啟動電壓VBOOT時將VOUT調節為VREF來對電源轉換器進行軟啟動。在大多數情況下，這目的是為了產生受控的平滑軟啟動斜變，其不會在輸出電流IL中導致任何非受控尖峰，或在VOUT上導致任何大電壓凸塊。如果電源轉換器的輸出節點被預偏壓或預充電以使得VOUT大於0伏，特別地如果VOUT被預充電至比VBOOT更高的電壓位準，則這樣的任務十分困難。例如，這會在由轉換器所供電的負載的操作(諸如，中央處理單元CPU負載的超頻)使得VOUT已經被增加到超過其正常規定位準時發生。當轉換器被關閉時，輸出負載可具有低漏電流，並因此輸出電壓VOUT會非常緩慢地下降，因而轉換器的輸出節點長時間保持在高於常規電壓位準下的預偏壓。如果轉換器此時被軟啟動，則其輸出節點預偏壓的結果可能是產生大輸出電流尖 峰和/或電壓凸塊，這在附連到轉換器輸出的負載中導致不利的結果，諸如，CPU負載被鎖止。
在一個實施例中，用於對電壓產生器進行軟啟動的方法包括如下步驟：禁能輸出驅動器；檢測輸出節點上的電壓；將參考電壓以受控速率從預定第一位準開始斜變，直到參考電壓達到第二位準，該第二位準是輸出節點電壓的預定函數；當參考電壓達到所述第二位準時致能輸出驅動器；以及將參考電壓和輸出節點電壓以受控速率斜變到啟動電壓位準。
在另一個實施例中，用於具有輸出節點的輸出電壓產生器的軟啟動電路包括：輸出驅動器；第一電壓產生器，用於產生參考電壓；斜坡產生器，用於使第一電壓產生器將參考電壓以受控速率從預定第一電壓位準開始斜變；以及第一比較器，用於將所述輸出節點上的電壓與所述參考電壓進行比較，並當所述輸出節點上的電壓實質上不等於所述參考電壓時產生第一信號，並當所述輸出節點上的電壓實質上等於所述參考電壓時產生第二信號，所述第一信號使得所述輸出驅動器被禁能，所述第二信號使得所述斜坡產生器將參考電壓斜變到啟動電壓位準並致能所述輸出驅動器以使得所述輸出節點上的電壓以受控速率被斜變到所述啟動電壓位準。
給出以下描述以使本領域技術人員能在特定應用及其需求的背景下實施和利用所提供的本發明。然而，在此描述的實施例的多種修改對本領域技術人員將會是明顯的，而且可將本文所限定的一般原理應用於其它實施例。因此，本發明不旨在局限于本文中示出和描述的特定實施例，而應給予與本文中披露的原理和新穎特徵一致的最寬範圍。
圖1是根據本發明的一個實施例的在示例性系統10(諸如，計算機或電信系統)中的電壓產生器的示意圖和框圖，該電壓產生器被實現為電源供應器或轉換器100，其包括軟啟動電路。電源轉換器100包括常規DC到DC開關模式電源轉換器，其被用於在節點118上提供經調節的輸出電壓VOUT，用於對負載120供電。如圖1所示，系統10包括電源20，電源20耦合至電源轉換器100。電源20可以是常規AC到DC電源、電池、或另一種本領域公知的電源。負載120可以是以下中的一個或多個：處理器130、記憶體140、匯流排150、上述的兩個或多個的組合、或一些其他負載。電壓VOUT以虛線124、126和128來示意性地示出，分別耦合到處理器130、記憶體140以及匯流排150。處理器130可以是以下的一個或多個：微處理器、微控制器、嵌入式處理器、數位信號處理器、或本領域公知的其他處理系統。在一個實施例中，處理器130由匯流排150耦合到記憶體140。記憶體140可以是以下的一個或多個：靜態 隨機存取記憶體、動態隨機存取記憶體、祇讀記憶體、閃存、或其他記憶體。匯流排150可以是以下的一個或多個：片上(集成電路制式)匯流排、片下匯流排、或本領域公知的其他匯流排。處理器130、記憶體140以及匯流排150可以被結合在一個或多個集成電路和/或其他組件中。
根據一個實施例的啟動系統提供了一種新穎的方法以對電壓產生器進行軟啟動，該電壓產生器的輸出節點或端子已經被預偏壓或預充電至一未知電壓。本新方法通過將輸出電壓VOUT與參考電壓VREF進行比較來進行。VREF在啟動期間從第一電壓位準進行斜變，直到達到第二位準為止，該第二位準是輸出電壓VOUT的預定函數。隨後將VOUT和VREF按照受控速率斜變至啟動電壓位準VBOOT。VBOOT是電壓調節器在軟啟動中被編程為啟動至的初始電壓。圖2是電壓產生器300的示意圖和框圖，電壓產生器300在一個實施例中操作為電源轉換器，在其輸出節點已經被預偏壓或預充電的情況下進行軟啟動。在此實施例中，電源轉換器300包括調節器301、DC-DC降壓轉換器315以及補償網絡331。調節器301包括軟啟動電路303、誤差放大器309、脈寬調變器(PWM)310以及輸出驅動器311。調變器310產生脈寬調變信號(PWM信號)，該信號被耦合至輸出驅動器311以驅動降壓轉換器315。輸出驅動器311提供上選通(UGATE)和下選通(LGATE)輸出信號，以控制降壓轉換器315。在圖2所示的實施例中，降壓轉換器315產生輸出電壓VOUT，VOUT的位準由PWM信號的占 空比所控制。降壓轉換器315包括一對電子開關111和113，在一個實施例中每一個電子開關均被配置為N溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。電子開關111和113具有串聯耦合在輸入電壓VIN和接地之間的源極和漏極端子，並形成中間節點103。UGATE信號被提供給開關111的柵極輸入，LGATE信號被提供給開關113的柵極輸入。輸出電感107(LOUT)被耦合在節點103和輸出節點或端子118之間。輸出電容器108(COUT)被耦合在輸出節點118和接地之間。輸出電壓VOUT跨電容器108而產生。輸出驅動器311替換地以常規方式根據PWM信號而激活電子開關111和113，以對VIN和接地之間的中間節點103進行開關，以經由電感107和電容器108將VIN轉換為VOUT。
一旦轉換器300完成其軟啟動操作，轉換器300就在輸出節點118上與VREF相關地產生經調節的輸出電壓VOUT用於耦合至負載120(示出在圖1中)。在圖2所示出的實施例中，電壓VOUT被反饋給調節器301以及反饋給補償網絡331。補償網絡331具有中間節點，該中間節點產生反饋信號FB，反饋信號FB被提供給誤差放大器309的一個輸入。VREF被耦合至誤差放大器309的另一個輸入。補償網絡331的另一端被耦合至誤差放大器309的輸出。誤差放大器309產生補償信號COMP，補償信號COMP被耦合至調變器310的輸入。COMP信號指示VOUT相對於VREF的相對誤差，並被調變器310和輸出驅動器311用於以常規方式改變開關111和113的占空比。也就是說， 調變器310基於COMP信號而產生PWM信號。當電路311不處於三態模式中時，PWM信號被輸出驅動器311用於產生UGATE和LGATE。在啟動期間的三態模式中，由調變器和輸出驅動器311輸出的UGATE和LGATE信號是三態信號，該三態信號使得開關111和113保持關斷。在替換實施例中，當軟啟動電路303產生三態信號時，該信號簡單地使輸出驅動器311被禁能，由此沒有柵極信號被耦合至開關111和113。
在一個實施例中，調節器301被實現在集成電路(IC)芯片或類似物之上。在該實施例中，補償網絡331和降壓轉換器315是外部電路。此外，在圖2示出的實施例中，輸出驅動器311和調變器310是分離的組件。在替換實施例中，這兩個組件在單個電路311中。
圖2中示出的電源轉換器300的軟啟動電路303包括比較器307、VREF斜坡產生器305、用於提供啟動電壓VBOOT的電壓源302、以及用於提供可變VREF的可控電壓源304。START(開始)信號耦合到VREF斜坡產生器305，以發起軟啟動操作。VREF斜坡產生器305具有輸出，該輸出耦合到電壓源304的控制輸入，以在接收到START信號時使VREF從初始電壓向電壓VOUT斜變。在一個軟啟動實施例中，VREF的初始電壓位準是接地，並且VREF從該位準朝VOUT向上斜變。比較器307將VOUT與VREF進行比較，並在VOUT>VREF之時輸出第一信號。該信號被饋送至VREF斜坡產生器305，以及被饋送至輸出驅動器311 的三態輸入。在一個實施例中，如圖4和5所示的，第一信號VOUT>VREF由比較器307在VOUT是高於VREF的電壓時產生。比較器307在VREF實質上等於VOUT時產生第二信號。當產生第一信號時(諸如，當比較器307的輸出為低時)，輸出驅動器311被禁能。輸出驅動器311在第二信號被產生時(諸如，當比較器307的輸出走高時)被致能。在替換實施例中，當VOUT實質上不等於VREF時產生第一信號，當參考電壓VREF達到第二位準時產生第二信號，第二位準是VOUT的預定函數(諸如，當VOUT實質上等於VREF時)。
圖4是示出了當軟啟動至預偏壓輸出時圖2的電壓產生器300中的若干信號的電壓和邏輯位準的操作相對於時間而繪製的時序圖，其中電壓位準VOUT高於啟動電壓VBOOT。如圖4所示，當啟動在t0開始時，輸出驅動器311被三態化，以將其禁能，VREF以受控速率斜變超過VBOOT並且持續斜變直到VREF等於VOUT，如t1所示。僅僅當VREF等於VOUT時輸出驅動器311才“去三態化”或以其他方式被激活，使得電壓產生器300開始調節。隨後使得VREF和VOUT向VBOOT進行斜變。在時間t2，當VREF達到VBOOT時，軟啟動結束，電源良好信號PGOOD被產生。
圖3是示出了當軟啟動至預偏壓輸出時圖2的電壓產生器中的若干信號的電壓和邏輯位準的操作相對於時間而繪製的時序圖，其中電壓位準VOUT低於啟動電壓 VBOOT。如圖3所示，當VREF在t1處達到VOUT時，輸出驅動器105再次被去三態化。然而，在這種情況中，VREF隨後與VOUT一起繼續向上朝VBOOT斜變。在時間t2，當VREF達到VBOOT時，軟啟動結束，電源良好信號PGOOD被產生。
根據軟啟動方法的實施例，電壓產生器300被平滑地軟啟動至預偏壓輸出，而不產生任何大輸出電感電流尖峰或大輸出電壓凸塊。因為電壓產生器在參考電壓VREF等於輸出負載電壓之前(參考電壓VREF隨後以受控速率減小(圖4)或增加(圖3)至啟動電壓VBOOT)不開始調節VOUT，在啟動期間，大負向電感電流尖峰和輸出電壓凸塊被減小或甚至被消除。該啟動序列不需要很長時間，使其可以符合典型的指定軟啟動時間限制。
在另一個實施例中，如下參照圖7所描述的，VREF的初始電壓位準為高，諸如，剛好超過電源轉換器300的過電壓保護位準(OVP)。在此後一實施例中，VREF斜坡產生器305使VREF向下斜變，並且比較器307在VOUT<VREF之時輸出第一信號。該信號被耦合至斜坡產生器305，並被耦合至輸出驅動器311的三態輸入。
回到VREF初始時為比VOUT更低的電壓的實施例中，一旦接收到START信號，VREF斜坡產生器305就發起VREF的斜變。當VOUT>VREF時，輸出驅動器311被三態化/禁能。當由比較器307檢測出VREF達到以VOUT為函數的位準(諸如，VREF=VOUT)時，三態條件變為偽 (False)且輸出驅動器311被去三態化或以其他方式被激活並開始操作降壓轉換器315。此時，由補償網絡331、誤差放大器309、VREF、調變器310、輸出驅動器311、以及降壓轉換器315所組成的控制回路開始產生經調節的VOUT。因為VOUT基於VREF被調節，且因為VOUT和VREF在一個實施例中處於實質上相同的電壓位準，則在輸出電感電流IL中沒有未受控的尖峰或在VOUT中沒有任何大電壓凸塊。此時，對應於圖4和5中的時間t1，VREF斜坡產生器305開始以受控速率將VREF向VBOOT斜變。當VOUT小於VBOOT時，如圖3所示，VOUT和VREF均被向上斜變至VBOOT(因為回路調節使得VREF和VOUT保持在大約相同的電壓)。當VOUT大於VBOOT時，如圖4中那樣，VOUT和VREF均以受控速率被向下斜變至VBOOT。當VREF和VOUT達到VBOOT的電壓位準時，則產生PGOOD。在一個實施例中，PGOOD由比較器322產生，比較器322檢測VREF等於VOUT下VOUT何時等於VBOOT。在常規方式中，可提供分離的控制網絡以用於產生START信號以發起電源轉換器300的軟啟動。
在替換實施例中，比較器307可被配置為檢測何時VREF等於一電壓，該電壓以電壓VOUT為函數但不等於VOUT。在該實施例中，一旦VOUT的調節開始，就維持VREF和VOUT之間與該函數相應的電壓差。可構想降壓轉換器315的替換轉換器。轉換器315的其他實施例包括如本領域公知的升壓轉換器、降壓-升壓轉換器、等等。
圖5是示出用於對具有已經被預偏壓或預充電的輸出的電壓產生器進行軟啟動的方法的實施例的流程圖。如圖5所示，在根據一個實施例的方法600中，電壓產生器300的軟啟動在602開始。在604，電壓產生器的輸出驅動器被禁能，並且在606在輸出節點或端子上的電壓VOUT被檢測。在608，電壓VREF以受控速率從預定第一位準朝向VOUT的位準斜變。該方法隨後在610確定VREF是否等於VOUT。如果否，則VREF繼續朝向VOUT斜變。一旦VREF等於VOUT，輸出驅動器在612被致能。在614，VREF和VOUT以受控速率向電壓位準VBOOT斜變。該方法隨後在616確定VREF是否等於VOUT。如果否，則VOUT繼續朝向VBOOT斜變。該方法繼續下去，直到VOUT等於VBOOT。在一個替換實施例中，一旦VOUT等於VBOOT，則在618產生電源良好信號。
圖6是時序圖，示出當軟啟動至在節點118上的1.5V預偏壓輸出電壓(VOUT)時對與圖2的電壓產生器相關聯的斜坡電壓、輸出電壓、輸出電感107電流以及電源良好PGOOD信號的仿真，其中啟動電壓(VBOOT)是1.2V。如圖6所示，在時間t0，VREF開始從1.0V之下向上斜變。在t1，PGOOD為低，且通過電感107的電流IL為0安培，因為輸出驅動器311是三態化/禁能。VREF繼續向上斜變，直到其在時間t1達到VOUT的1.5V位準。在t1，輸出驅動器311被去三態化，並且開關111和113開始操作。這使得VOUT的位準以受控速率朝向VBOOT的位準向下斜變。即，在t1 開始，隨著開關111和113的操作，電流開始流過電感107。如此所示，沒有大電流尖峰被產生通過電流107。在時間t2，VOUT等於VBOOT。因為VOUT向VBOOT的斜變以受控速率進行，在t2在VOUT上沒有產生電壓凸塊。隨著VOUT等於VBOOT，PGOOD信號走高。在一個實施例中，PGOOD向由電壓產生器300供電的負載120指示：VOUT現在以與VBOOT相應的電壓位準被調節。
圖7是示出了當軟啟動至預偏壓輸出時圖2的電壓產生器的若干信號的電壓和邏輯位準相對於時間而繪製的時序圖，其中電壓位準VOUT初始高於啟動電壓並且VREF從大於VBOOT或VOUT的預定電壓向下斜變。在此實施例中，在時間t0，參考電壓VREF從更高的電壓位準(諸如，對應於剛好超過電源轉換器的過電壓保護(OVP)位準)向下軟啟動，而不是從預定更低的電壓位準(諸如，接地)向上軟啟動。在該替換實施例中，在軟啟動開始前，輸出電壓VOUT被與啟動電壓VBOOT進行比較。如果輸出電壓VOUT被預偏壓為高於VBOOT的位準，則輸出驅動器被保持為三態化，直到VREF達到輸出電壓VOUT的位準，如t1所示。隨後，輸出驅動器被去三態化，VREF繼續以受控速率朝向電壓VBOOT斜變，使得VOUT也如此。如果VBOOT低於電壓VOUT，則該斜變是向下方向的，如圖所示(或，如果VBOOT高於電壓VOUT，則是改變方向，向上斜變)，直到在t2，VOUT等於VBOOT。
圖8是根據另一個實施例的電壓產生器900的示意圖 和框圖，該電壓產生器900可操作用於軟啟動至預偏壓負載。在圖8中，與圖2中類似的組件相對應的組件具有相同的標號。如圖8所示，根據一個實施例的軟啟動電路902包括n位元數位計數器904和數位比較器906。數位計數器904依據數位比較器906的輸出而輸出可以是向上或向下計數的一串數目。該串數目被耦合到數位至類比轉換器(DAC)908，數位至類比轉換器908產生斜坡電壓VREF。電壓斜變的速率是由時鐘信號CLK的頻率所控制的，時鐘信號CLK被輸入至數位計數器904。在一個實施例中，電壓VREF的斜變率是線性的。
在操作中，要被計數的n位元數目被饋送到數位比較器906的B輸入。由數位計數器904產生的輸出計數被饋送到數位比較器906的A輸入。在軟啟動中，該n位元數目可以是兩個預定值中的一個：與VBOOT的電壓位準相對應的DAC計數數目、或是與最大DAC 908輸出電壓位準相對應的DAC計數數目。閘電路910確定這些計數數目中的哪一個被饋送到數位比較器906。在一個實施例中，閘電路910是常規的複用器電路。閘電路910的輸出使得比較器906和計數器904迫使DAC 908輸出參考電壓VREF，VREF一路向上斜變至最大可能DAC 908電壓，或斜變至預定VBOOT電壓。軟啟動電路902通過經由比較器307將VREF與輸出電壓VOUT進行比較來確定這些電壓中的哪一個被斜變。起初，設置/重設正反器閂鎖器912處於重設狀態，因此其輸出Q為低。如果VREF低於VOUT，比較器307 保持為低，則正反器912保持重設。這使得數位計數器904計數至通過閘電路910的最大DAC 908電壓值。Q輸出也被饋送到調變器和輸出驅動器311的三態輸入，並使得該電路將開關111和113保持為關斷。在一個實施例中，當最大DAC計數數目被饋送到數位比較器906時，這使得DAC 908創建以受控速率穩定增加的VREF。
一旦VREF達到輸出電壓VOUT的位準，比較器907就返回，並設置正反器閂鎖器912。閂鎖器912的設置使得閘電路910切換，由此使得數位比較器906和數位計數器904計數至與VBOOT對應的DAC計數數目。同時，閂鎖器912也使得調變器和輸出驅動器311變為去三態化，這使得電壓調節器900開始調節輸出電壓VOUT至參考電壓VREF。如果DAC 908當前輸出低於VBOOT位準的VREF，計數器904將向上計數至與VBOOT對應的DAC計數數目。如果DAC 908正輸出高於VBOOT位準的VREF，計數器904將向下計數至與VBOOT對應的DAC計數數目。一旦計數器904達到與VBOOT位準對應的DAC計數數目，就經由AND閘914使得PGOOD信號走高。
在另一個實施例中，計數器904、比較器906、DAC 908可被替換為常規的類比斜坡電路。在該實施例中，閘電路910的輸出可被用於使得斜坡電路要麽向最大可允許電壓斜變，要麽向VBOOT電壓斜變。本領域技術人員已知的其他配置也可被用於根據本發明來控制類比斜坡電路。
圖9是根據另一個實施例的電壓產生器的示意圖和框 圖，該電壓產生器可操作用於軟啟動為預偏壓負載。在圖9中，與圖8中類似的組件相對應的組件具有相同的標號。如圖9所示，轉導放大器1002向電容器Css提供(source)或從電容器Css吸收(sink)電流Iss，如1004所示，以創建具有dv/dt=Iss/Css的電壓斜坡。類比多工器1006被用於決定轉導放大器1002是否應該斜變至最大參考電壓，或斜變至啟動電壓。當VOUT=VREF=VBOOT時，由類比AND閘1008產生PGOOD信號。電路1000類似於圖8中的電路900來操作，使用DAC來創建VREF斜坡電壓，但DAC 908、數位計數器904、數位比較器906由轉導放大器1002所代替。
現已根據特定示例描述了本發明，這些示例在所有方面都旨在是解說性的，而非限制性的。本領域技術人員將理解到，許多電路組合將適用于實踐本發明。在考慮說明書和實現此處公開的發明之後，本發明的其他實施例對本領域的技術人員而言將是容易理解的。旨在認為說明書和示例僅僅是示例性的，而本發明的真實範圍由所附申請專利範圍指明。
10‧‧‧示例性系統
20‧‧‧電源
100‧‧‧電源供應器或轉換器
103‧‧‧中間節點
107‧‧‧輸出電感
108‧‧‧輸出電容器
111,113‧‧‧電子開關
118‧‧‧輸出節點或端子
120‧‧‧負載
124~128‧‧‧輸出電壓(電源)線
130‧‧‧處理器
140‧‧‧記憶體
150‧‧‧匯流排
300‧‧‧電壓產生器或電源轉換器
301‧‧‧調節器
302‧‧‧電壓源
303‧‧‧軟啟動電路
304‧‧‧可控電壓源
305‧‧‧VREF斜坡產生器
307‧‧‧比較器
309‧‧‧誤差放大器
310‧‧‧脈寬調變器(PWM)
311‧‧‧輸出驅動器
315‧‧‧DC-DC降壓轉換器
322‧‧‧比較器
331‧‧‧補償網絡
600‧‧‧方法
900‧‧‧電壓產生器或電壓調節器
902‧‧‧軟啟動電路
904‧‧‧n位元數位計數器
906‧‧‧數位比較器
908‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)
910‧‧‧閘電路
912‧‧‧設置/重設正反器閂鎖器
914‧‧‧AND閘
1000‧‧‧電路
1002‧‧‧轉導放大器
1004‧‧‧電容器
1006‧‧‧類比多工器
1008‧‧‧類比AND閘
將下面的描述與附圖一起結合考慮，可以更為清晰地理解本發明的特徵、優點和益處，附圖只是為了示範目的，並且不旨在限制本發明，在附圖中：圖1示出了結合有軟啟動電路的系統，軟啟動電路對 預偏壓(也稱為：預充電)輸出負載進行補償；圖2是根據一個實施例的電壓產生器的示意圖和框圖，該電壓產生器可操作用於軟啟動至預偏壓輸出；圖3是示出了當軟啟動至預偏壓輸出時圖2的電壓產生器的若干信號的電壓和邏輯位準相對於時間而繪製的時序圖，其中輸出電壓位準初始低於啟動電壓；圖4是示出了當軟啟動至預偏壓輸出時圖2的電壓產生器的若干信號的電壓和邏輯位準相對於時間而繪製的時序圖，其中輸出電壓位準初始高於啟動電壓；圖5是示出用於對具有預偏壓輸出的電壓產生器進行軟啟動的方法的實施例的流程圖；圖6是時序圖，示出當軟啟動至包括1.5V的預偏壓輸出電源(VOUT)的預偏壓輸出時對與圖2的電壓產生器相關聯的斜坡電壓、輸出電壓、輸出電感電流以及“電源良好”信號的仿真，其中啟動電壓(VBOOT)是1.2V；圖7是示出了當軟啟動至預偏壓輸出時圖2的電壓產生器的若干信號的電壓和邏輯位準相對於時間而繪製的時序圖，其中輸出電壓位準初始高於啟動電壓並且VREF從大於VBOOT或VOUT的預定電壓向下斜變；圖8是根據另一個實施例的電壓產生器的示意圖和框圖，該電壓產生器可操作用於軟啟動至預偏壓輸出；以及圖9是根據另一個實施例的電壓產生器的示意圖和框圖，該電壓產生器可操作用於軟啟動至預偏壓負載。
103‧‧‧中間節點
108‧‧‧輸出電容器
111,113‧‧‧電子開關
118‧‧‧輸出節點或端子
300‧‧‧電壓產生器或電源轉換器
301‧‧‧調節器
302‧‧‧電壓源
303‧‧‧軟啟動電路
304‧‧‧可控電壓源
305‧‧‧VREF斜坡產生器
307‧‧‧比較器
309‧‧‧誤差放大器
310‧‧‧脈寬調變器(PWM)
311‧‧‧輸出驅動器
315‧‧‧DC-DC降壓轉換器
322‧‧‧比較器
331‧‧‧補償網絡

Claims (21)

  1. 一種用於對電壓產生器進行軟啟動的方法，包括：禁能輸出驅動器；檢測輸出節點上的電壓；以受控速率將參考電壓從預定第一位準開始斜變，直至所述參考電壓達到第二位準，所述第二位準是所述輸出節點電壓的預定函數；當所述參考電壓達到所述第二位準時，致能所述輸出驅動器；以及將所述參考電壓和所述輸出節點電壓以受控速率向啟動電壓位準斜變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述第二位準等於所述輸出節點電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，一旦所述參考電壓達到所述第二位準，如果所述輸出節點電壓大於所述啟動電壓位準，所述參考電壓向下斜變至所述啟動電壓位準，如果所述輸出節點電壓小於所述啟動電壓位準，所述參考電壓向上斜變至所述啟動電壓位準。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，一旦所述參考電壓斜變至所述啟動電壓位準，產生電源良好信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括產生開始(start)信號，以開始所述參考電壓從所述第一位準的斜變。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述第一 位準是接地。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述第一位準是高於所述第二位準和所述啟動電壓位準的電壓。
  8. 一種用於具有輸出節點的輸出電壓產生器的軟啟動電路，包括：輸出驅動器；第一電壓產生器，用於產生參考電壓；斜坡產生器，用於使得所述第一電壓產生器將所述參考電壓以受控速率從預定第一電壓位準開始斜變；以及第一比較器，用於將所述輸出節點上的電壓與所述參考電壓進行比較，並用於在所述輸出節點上的電壓實質上不等於所述參考電壓時產生第一信號，並在所述輸出節點上的電壓實質上等於所述參考電壓時產生第二信號，所述第一信號使得所述輸出驅動器被禁能，且所述第二信號使得所述斜坡產生器將所述參考電壓斜變至啟動電壓位準並致能所述輸出驅動器以使得所述輸出節點上的電壓以受控速率斜變至所述啟動電壓位準。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中，響應於所述第二信號，所述輸出驅動器使得所述輸出節點上的電壓以與所述參考電壓實質上相同的速率斜變至所述啟動電壓位準。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，進一步包括第二比較器，用於當所述輸出節點上的電壓實質上等於所述啟動電壓位準時產生電源良好信號。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中，一旦所述參考電壓實質上等於所述輸出節點上的電壓，所述斜坡產生器在所述輸出節點電壓大於所述啟動電壓位準的情況下使得所述參考電壓向下斜變至所述啟動電壓位準，並在所述輸出節點電壓小於所述啟動電壓位準的情況下使得所述參考電壓向上斜變至所述啟動電壓位準。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中，所述斜坡產生器響應於接收到開始(start)信號，開始從預定第一電壓位準斜變。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中，所述預定第一電壓位準是接地。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中，所述預定第一電壓位準是高於所述輸出節點上的電壓並高於所述啟動電壓位準的電壓。
  15. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中，所述輸出電壓產生器包括DC-DC電源轉換器。
  16. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中，所述輸出電壓產生器進一步包括降壓轉換器，用於在所述輸出節點上產生輸出電壓、補償電路以及脈寬調變器，所述補償電路用於產生補償信號，所述補償信號是所述輸出節點上的電壓高於或低於所述參考電壓之幅度的函數，且所述脈寬調變器用於響應於所述補償信號而產生脈寬調變信號，所述補償信號被耦合至所述輸出驅動器，所述輸出驅動器產生驅動信號用於控制所述降壓轉換器的操作。
  17. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中所述第一電壓產生器是數位至類比轉換器，且其中所述斜坡產生器包括數位比較器和數位向上/向下計數器。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的軟啟動電路，其中所述啟動電壓位準包括所述數位計數器的預定計數，且其中所述數位比較器使得所述數位計數器在所述數位計數器的當前計數等於所述啟動電壓位準計數時停止計數。
  19. 如申請專利範圍第8項所述的軟啟動電路，其中所述第一電壓產生器是轉導放大器以及連接在所述轉導放大器的輸出和接地之間的電容器，且所述斜坡產生器包括類比多工器，用於確定所述轉導放大器的輸出是否斜變至最大參考電壓或所述啟動電壓位準。
  20. 一種電源轉換系統，包括：電源轉換器，將輸入電壓轉換為在輸出節點上經調節的輸出電壓；負載，耦合至所述輸出節點；以及軟啟動電路，用於對所述電源轉換器進行軟啟動，包括：輸出驅動器；第一電壓產生器，用於產生參考電壓；斜坡產生器，用於使得所述第一電壓產生器將所述參考電壓以受控速率從預定第一電壓位準開始斜變；以及第一比較器，用於將所述輸出節點上的電壓與所述參考電壓進行比較，並用於在所述輸出節點上的電壓大於所 述參考電壓時產生第一信號，並在所述輸出節點上的電壓實質上等於所述參考電壓時產生第二信號，所述第一信號使得所述輸出驅動器被禁能，且所述第二信號使得所述斜坡產生器將所述參考電壓斜變至啟動電壓位準並致能所述輸出驅動器以使得所述輸出節點上的電壓以受控速率斜變至所述啟動電壓位準。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的電源轉換系統，其中，所述負載是選自包括處理器、記憶體和匯流排的群組中的一個。
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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101928498B1 (ko) * 2012-04-06 2018-12-13 삼성전자주식회사 클록기반 소프트 스타트 회로 및 전력관리 집적회로소자
US8937468B2 (en) 2012-08-13 2015-01-20 Northrop Grumman Systems Corporation Power supply systems and methods
WO2014037204A1 (en) * 2012-09-10 2014-03-13 St-Ericsson Sa Method and apparatus for controlling a start-up sequence of a dc/dc buck converter
EP2722977A3 (en) 2012-09-10 2018-01-03 OCT Circuit Technologies International Limited Method and apparatus for controlling a start-up sequence of a DC/DC Buck converter
TWI495236B (zh) * 2012-12-21 2015-08-01 System General Corp 控制電路及控制方法
US9431906B2 (en) * 2013-03-29 2016-08-30 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Voltage converter circuit and associated control method to improve transient performance
TWI491149B (zh) * 2013-05-13 2015-07-01 Upi Semiconductor Corp 直流轉直流控制器及其多斜坡信號的操作方法
CN103647440B (zh) * 2013-11-08 2016-01-27 上海华力微电子有限公司 一种软启动电路及包括该软启动电路的dc-dc电路
TWI528692B (zh) 2014-03-19 2016-04-01 茂達電子股份有限公司 動態預充電之電壓轉換裝置
US9614380B2 (en) * 2014-10-10 2017-04-04 Intersil Americas LLC Hysteretic current mode buck-boost control architecture
US9906128B2 (en) * 2014-10-29 2018-02-27 Infineon Technologies Austria Ag Intermediate voltage bus converter with power saving modes
US9577522B2 (en) * 2015-03-04 2017-02-21 Infineon Technologies Americas Corp. Pre-filtering in a power supply control circuit
TWI563783B (en) * 2015-07-06 2016-12-21 Ultrachip Inc Boost converter for reducing inductor current and driving method thereof
US9698681B2 (en) * 2015-09-30 2017-07-04 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Circuit and method for maximum duty cycle limitation in step up converters
US10193442B2 (en) 2016-02-09 2019-01-29 Faraday Semi, LLC Chip embedded power converters
US10594313B2 (en) * 2017-04-19 2020-03-17 Dell Products L.P. Adaptive modulation scheme of MOSFET driver key parameters for improved voltage regulator efficiency and system reliability
US10199928B1 (en) * 2018-01-19 2019-02-05 Infineon Technologies Austria Ag Soft start of switched capacitor converters by reducing voltage provided by initial power switch
US10459467B1 (en) * 2018-07-05 2019-10-29 Fci Inc. Switching regulator with soft start circuit and operation method thereof
US10447145B1 (en) 2018-11-19 2019-10-15 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas SMPS power-on with energy saver
US10504848B1 (en) 2019-02-19 2019-12-10 Faraday Semi, Inc. Chip embedded integrated voltage regulator
US11069624B2 (en) 2019-04-17 2021-07-20 Faraday Semi, Inc. Electrical devices and methods of manufacture
US10797598B1 (en) 2019-07-16 2020-10-06 Microchip Technology Incorporated Calibrated ripple injection-based constant on-time buck converter with pre-bias startup in continuous conduction mode
CN110336457B (zh) * 2019-07-26 2020-08-21 南京桐润新能源有限公司 一种数字式车载电源输出软起动方法
TWI739258B (zh) * 2019-12-30 2021-09-11 台達電子工業股份有限公司 預充電控制電路及其控制方法
CN113131730B (zh) 2019-12-30 2023-12-19 台达电子工业股份有限公司 预充电控制电路及其控制方法
US11469669B2 (en) * 2020-01-31 2022-10-11 Texas Instruments Incorporated Methods and circuitry to detect PFM mode entry in wide duty range DC converter
US11063516B1 (en) 2020-07-29 2021-07-13 Faraday Semi, Inc. Power converters with bootstrap
US11569736B2 (en) * 2021-02-25 2023-01-31 Texas Instruments Incorporated Self-adjusting DC/DC converter soft-start mechanism
US11711012B2 (en) * 2021-05-28 2023-07-25 Allegro Microsystems, Llc Synchronous converter for use with reverse current protection diode
EP4283854A1 (en) * 2022-05-25 2023-11-29 NXP USA, Inc. Boost converter and method for boost converter
US11990839B2 (en) 2022-06-21 2024-05-21 Faraday Semi, Inc. Power converters with large duty cycles

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610503A (en) * 1995-05-10 1997-03-11 Celestica, Inc. Low voltage DC-to-DC power converter integrated circuit and related methods
US5627460A (en) * 1994-12-28 1997-05-06 Unitrode Corporation DC/DC converter having a bootstrapped high side driver
US7145316B1 (en) * 2005-06-06 2006-12-05 Micrel, Inc. Control circuit for monitoring and maintaining a bootstrap voltage in an N-channel buck regulator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5264782A (en) * 1992-08-10 1993-11-23 International Business Machines Corporation Dropout recovery circuit
US5869935A (en) * 1997-05-07 1999-02-09 Motorola Inc. Electronic ballast with inverter protection circuit
US20070177412A1 (en) * 2006-01-31 2007-08-02 Power-One, Inc. Charge pumped driver for switched mode power supply
US7457140B2 (en) * 2006-08-18 2008-11-25 Fairchild Semiconductor Corporation Power converter with hysteretic control
TWI487258B (zh) * 2009-07-09 2015-06-01 Richtek Technology Corp 切換式調節器的軟啟動電路及方法
JP5420433B2 (ja) * 2010-01-14 2014-02-19 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および電源装置
US8502511B1 (en) * 2013-01-03 2013-08-06 Richtek Technology Corporation Buck switching regulator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5627460A (en) * 1994-12-28 1997-05-06 Unitrode Corporation DC/DC converter having a bootstrapped high side driver
US5610503A (en) * 1995-05-10 1997-03-11 Celestica, Inc. Low voltage DC-to-DC power converter integrated circuit and related methods
US7145316B1 (en) * 2005-06-06 2006-12-05 Micrel, Inc. Control circuit for monitoring and maintaining a bootstrap voltage in an N-channel buck regulator

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Y. Hsieh, Y. C. Chuang and K. H. Chen, "A Novel Precise Step-Shaped Soft-Start Technique for Integrated DC-DC Converter," Electronics, Circuits and Systems, 2007. ICECS 2007. 14th IEEE International Conference on, Marrakech, 2007, pp. 771-774. *
D. S. Kim, J. Kim, J. Kim and C. Kim, "An on-chip soft-start technique of current-mode DC-DC converter for biomedical applications," Circuits and Systems (APCCAS), 2010 IEEE Asia Pacific Conference on, Kuala Lumpur, 2010, pp. 500-503. *
K. Z. Ahmed, M. S. Islam, S. M. Khelat Bari, M. R. R. Mazumder and A. B. M. Harun-ur Rashid, "Design of a linearly increasing inrush current limit circuit for DC-DC boost regulators," Circuits and Systems (APCCAS), 2010 IEEE Asia Pacific Conference on, Kuala Lumpur, 2010, pp. 863-866. *
M. Al-Shyoukh and H. Lee, "A Compact Ramp-Based Soft-Start Circuit for Voltage Regulators," in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 56, no. 7, pp. 535-539, July 2009. *
N. Khaehintung, P. Sirisuk and T. Wiangtong, "Control of Bifurcation for a Current-mode DC/DC Boost Converter by Self-inductor Current Feedback," Communications and Information Technologies, 2006. ISCIT '06. International Symposium on, Bangkok, 2006, pp. 200-203. *

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