一種用于DC-DC變換器的軟啟動電路制造技術

一種用于DC?DC變換器的軟啟動電路，屬于電子電路技術領域。在軟啟動階段利用斜坡電壓VSS_OUT與輸出電壓的分壓VFB做比較，實現輸出軟啟動，斜坡電壓VSS_OUT首先以較高的斜率k1上升，以縮短軟啟動建立的時間，當第一電容C1兩端電壓達到第一NMOS管M1的閾值電壓時斜坡電壓Vss_out上升斜率減小為k2，防止電感電流出現過沖；在軟啟動結束后，即斜坡電壓VSS_OUT超過基準電壓VREF，額外的充電支路開啟，將第四NMOS管M4的柵極電壓VSS迅速拉至接近電源電位，斜坡電壓VSS_OUT退出，比較器正輸入端輸入基準電壓VREF。本發明專利技術在軟啟動階段保證了輸出的緩慢上升，斜坡電壓Vss_out剛開始上升斜率較大，縮短了軟啟動建立的時間，而后上升斜率變小，抑制了浪涌電流的發生。

A soft start circuit for DC DC converter

A soft start circuit for DC DC converter, which belongs to the technical field of electronic circuit. Ramp voltage V is used during soft start stage

【技術實現步驟摘要】
一種用于DC-DC變換器的軟啟動電路
本專利技術屬于電子電路
，具體涉及到一種用于DC-DC變換器的軟啟動電路。
技術介紹
隨著手持式設備與便攜式電子產品的廣泛應用，對電源管理IC的需求不斷上升。DC-DC開關電源因轉換效率高、輸出電流大、靜態電流小、輸出負載范圍寬等優點而被廣泛應用。開關電源是將誤差信號轉換為占空比控制信號來驅動開關而工作的。在啟動階段，誤差放大器處于非平衡狀態，使得環路處于100％占空比工作，因此在功率管開啟后，對電容充電會產生一個較大的浪涌電流。有可能損壞開關管和其他器件，導致系統電路系統異常。此外，在實際應用中，便攜式電子產品的電源大都是電池，電池由于內阻、發熱等問題，瞬間流過大電流會有被燒毀的危險。為此，軟啟動電路應運而生，它的設計思想是通過限制占空比或者限制開關電流來消除浪涌電流，避免輸出電壓過沖。傳統軟啟動電路中的軟啟動電壓上升時保持一個恒定斜率上升。對于恒定導通時間(ConstantOn-timer，COT)控制的BUCK電路，當輸出電壓VOUT的分壓VFB小于基準電壓VREF時，PWM比較器輸出電平觸發上管開啟一段恒定的時間，這段時間內輸出電壓VOUT的分壓VFB隨輸出電壓VOUT上升至大于基準電壓VREF，上管關閉后VFB的電壓值下降，當VFB降到VREF時，PWM比較器重新控制打開上管。在啟動階段，由于輸出電壓遠低于設定值，所以VFB遠低于VREF，這時上功率管會一直以最大占空比(受限于系統最小關斷時間)導通直到VFB達到VREF，因此會引入很大的浪涌電流灌入輸出電容，使得輸出產生較大的過沖，有可能損壞開關管和其他器件，導致系統電路系統異常。
技術實現思路
本專利技術的目的，就是在上電時利用偏置電流給串聯的軟啟動電容即第一電容C1和第二電容C2充電為系統軟啟動階段提供穩定的斜坡電壓VSS_OUT參與和輸出電壓的分壓VFB的比較，斜坡電壓VSS_OUT初始時上升斜率較大，縮短軟啟動建立時間，而后斜率變小，實現輸出的緩慢上升，避免浪涌電流。本專利技術的技術方案為：一種用于DC-DC變換器的軟啟動電路，包括第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、三極管Q1、第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一PMOS管M5、第一反相器D1、第二反相器D2、比較器和偏置電流IB；三極管Q1的發射極通過偏置電流IB后接電源電壓VDD，其集電極接地GND，其基極接第二電容C2的一端、第四NMOS管M4的柵極、第三NMOS管M3和第一PMOS管M5的漏極；第二電容C2的另一端連接第一電容C1的一端、第一NMOS管M1的柵極和漏極、第二NMOS管M2和第三NMOS管M3的柵極，第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的源極以及第一電容C1的另一端接地GND，第二NMOS管M2的漏極接第三NMOS管M3的源極；第四NMOS管M4的漏極接電源電壓VDD，其源極通過第三電容C3后接地GND；比較器的正輸入端接第四NMOS管M4的源極，其負輸入端接基準電壓VREF，比較器的輸出端通過第一反相器D1后輸出控制信號Ctrl并輸入到第一PMOS管M5的柵極，第一PMOS管M5的源極接電源電壓VDD；第二反相器D2的輸入端連接第一反相器D1的輸出端，其輸出端輸出軟啟動標志信號SS_Flag，控制軟啟動電路在軟啟動建立過程中輸出到PWM比較器的正向輸入端的電壓為斜坡電壓Vss_out，建立完成后輸出到PWM比較器的正向輸入端的電壓切換為基準電壓VREF。本專利技術的有益效果為，提供了一種適于DC-DC變換器的軟啟動電路，在軟啟動階段保證了輸出的緩慢上升，軟啟動電壓即斜坡電壓Vss_out剛開始上升斜率較大，縮短了軟啟動建立的時間；當第一電容C1兩端電壓達到第一NMOS管M1的閾值電壓時，第一NMOS管M1、第二NMOS管M2和第三NMOS管M3會開啟，此時上升斜率變小，抑制了浪涌電流的發生。附圖說明圖1為本專利技術的原理示意圖；圖2為本專利技術提供的一種用于DC-DC變換器的軟啟動波形示意圖；圖3為本專利技術提供的一種用于DC-DC變換器的軟啟動電路結構圖；圖4為本專利技術提供的一種用于DC-DC變換器的軟啟動輸出波形示意圖。具體實施方式為消除啟動階段的浪涌電流，在軟啟動階段利用斜坡電壓VSS_OUT與輸出電壓的分壓VFB做比較，實現輸出軟啟動。在軟啟動結束后(VSS_OUT超過VREF)，額外的充電支路開啟，將第四NMOS管M4的柵極電壓VSS迅速拉至接近電源電位，斜坡電壓VSS_OUT退出，比較器正輸入端輸入基準電壓VREF。下面以COT控制的BUCK變換器為實施例并結合附圖對本專利技術進行詳細的描述。本專利技術的原理示意圖如圖1所示，剛開始開關S打開，軟啟動電容CSS的充電電流I2＝Icharge，斜坡電壓VSS_OUT以較高的斜率k1上升，以縮短軟啟動建立的時間。一段時間后，開關S閉合，這時電容的充電電流變成I2＝Icharge－I1，斜坡電壓Vss_out上升斜率減小為k2，防止電感電流出現過沖，當軟啟動完成后，斜坡電壓VSS_OUT退出，PWM比較器的正輸入端切換為基準電壓VREF。本專利技術的軟啟動波形示意圖如圖2。系統在t1時刻建立偏置之后，VFB會很快抬升至數十毫伏的電壓；斜坡電壓Vss_out在t2時刻開始啟動，剛開始以較大斜率上升以縮短軟啟動建立的時間；在t3時刻關閉圖1中的開關S，其中VTH為第一NMOS管M1的閾值電壓，即當第一電容C1兩端電壓達到第一NMOS管M1的閾值電壓時，開關S關閉，由于電容充電電流減小，斜坡電壓Vss_out開始以較小的斜率上升以防止浪涌電流。本專利技術中要使t3≤t4，t4為VFB與斜坡電壓Vss_out最開始相等的時間點，否則由于斜坡電壓Vss_out第一段上升斜率較大，會出現電感電流過沖。本專利技術的具體電路結構圖如圖3所示，包括第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、三極管Q1、第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一PMOS管M5、第一反相器D1、第二反相器D2、比較器和偏置電流IB；三極管Q1的發射極通過偏置電流IB后接電源電壓VDD，其集電極接地GND，其基極接第二電容C2的一端、第四NMOS管M4的柵極、第三NMOS管M3和第一PMOS管M5的漏極；第二電容C2的另一端連接第一電容C1的一端、第一NMOS管M1的柵極和漏極、第二NMOS管M2和第三NMOS管M3的柵極，第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的源極以及第一電容C1的另一端接地GND，第二NMOS管M2的漏極接第三NMOS管M3的源極；第四NMOS管M4的漏極接電源電壓VDD，其源極通過第三電容C3后接地GND；比較器的正輸入端接第四NMOS管M4的源極，其負輸入端接基準電壓VREF，比較器的輸出端通過第一反相器D1后輸出控制信號Ctrl并輸入到第一PMOS管M5的柵極，第一PMOS管M5的源極接電源電壓VDD；第二反相器D2的輸入端連接第一反相器D1的輸出端，其輸出端輸出軟啟動標志信號SS_Flag，控制軟啟動電路在軟啟動建立過程中輸出到PWM比較器的正向輸入端的電壓為斜坡電壓Vss_out，建立完成后輸出到PWM比較器的正本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于DC?DC變換器的軟啟動電路，其特征在于，包括第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、三極管(Q1)、第一NMOS管(M1)、第二NMOS管(M2)、第三NMOS管(M3)、第四NMOS管(M4)、第一PMOS管(M5)、第一反相器(D1)、第二反相器(D2)、比較器和偏置電流(I

【技術特征摘要】
1.一種用于DC-DC變換器的軟啟動電路，其特征在于，包括第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、三極管(Q1)、第一NMOS管(M1)、第二NMOS管(M2)、第三NMOS管(M3)、第四NMOS管(M4)、第一PMOS管(M5)、第一反相器(D1)、第二反相器(D2)、比較器和偏置電流(IB)；三極管(Q1)的發射極通過偏置電流(IB)后接電源電壓(VDD)，其集電極接地(GND)，其基極接第二電容(C2)的一端、第四NMOS管(M4)的柵極、第三NMOS管(M3)和第一PMOS管(M5)的漏極；第二電容(C2)的另一端連接第一電容(C1)的一端、第一NMOS管(M1)的柵極和漏極、第二NMOS管(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王卓，蔡勝凱，徐俊，周澤坤，明鑫，張波，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51