供电电路及控制方法与流程

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种供电电路及控制方法。

背景技术：

在电源管理领域中，供电电路稳态工作模式下，基准电压信号与反馈电压信号基本相等，然而开关稳压电源芯片在上电的过程中，内部的基准电压优先于输出电压建立，即当内部的基准电压达到稳态值时，输出电压还保持为零，输出电压的反馈电压信号维持为零。误差运算放大器EA输出的控制电压致使开关稳压电源以浪涌电流的形式向外输出电流。通常此电流的峰值远大于正常的稳态输出电流值，会损耗甚至直接损坏稳压芯片。

现有技术通常需要较大面积的电容才能使基准电压缓慢上升达到限流效果；此外，这种方法难以对启动时的输出电流实现精确的线形控制。输出电压建立过程有过冲。

技术实现要素：

本发明解决的问题是如何精确控制启动电流。

为解决上述问题，本发明提供一种供电电路，包括：放大电路、缓冲电路、功率放大电路、采样电路、镜像结构、电流源单元、反馈单元、第一控制单元以及第二控制单元；

所述放大电路的信号输入端适于接入基准电压，所述放大电路的输出端连接接至所述缓冲电路的输入端；

所述功率放大电路的输入端分别连接至所述缓冲电路的输出端和所述采样电路的输入端，所述功率放大电路的输出端作为所述供电电路的输出端；

所述镜像结构的输入端连接至所述采样电路的输出端，所述镜像结构的输出端连接至所述电流源单元的输出端；

所述电流源单元包括：第一电流源、第二电流源、第三电流源；所述第 一电流源连通所述电流源单元的输出端；所述第二电流源和所述第三电流源分别选择性连通所述电流源单元的输出端；

所述反馈单元的输入端连接至所述电流源单元的输出端，所述反馈单元的输出端连接至所述缓冲电路的输入端；

所述第一控制单元的第一输入端连接至所述功率放大电路的输出端，所述第一控制单元的第二输入端适于接入阈值参考电压，所述第一控制单元适于产生第一控制信号以控制所述第二电流源的连通状态；

所述第二控制单元适于根据所述第一控制信号生成第二控制信号以控制所述第三电流源的连通状态。

可选的，所述第二控制单元的输出端连接至所述缓冲电路的输出端。

可选的，所述第一控制单元包括：比较器，所述比较器两个输入端的其中一个输入端作为所述第一控制单元的第一输入端，另一个输入端作为所述第一控制单元的第二输入端。

可选的，所述第二控制单元包括：第一PMOS管、第一NMOS管、第四电流源；

所述第一PMOS管的源极适于接入第一电压，所述第一PMOS管的栅极连接至所述第四电流源，所述第一PMOS管的漏极作为所述第二控制单元的输出端，所述第一PMOS管的栅极信号作为所述第二控制信号；

所述第一NMOS管的源极与漏极相连接，所述第一NMOS管的栅极适于根据所述第一控制信号选择性连接至所述第一NMOS管的源极。

可选的，所述缓冲电路包括：第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管；

所述第二PMOS管的源极适于接入第一电压，所述第二PMOS管的栅极连接至所述第二PMOS管的漏极；

所述第三PMOS管的源极适于接入所述第一电压，所述第三PMOS管的栅极适于接入第二电压；所述第三PMOS管的漏极作为所述缓冲电路的输出端；

所述第四PMOS管的源极连接至所述第二PMOS管的漏极，所述第四PMOS管的栅极作为所述缓冲电路的输入端，所述第四PMOS管的漏极适于接入第三电压。

可选的，所述功率放大电路包括第五PMOS管，所述第五PMOS管的源极适于接入第一电压，所述第五PMOS管的栅极作为所述功率放大电路的输入端，所述第五PMOS管的漏极作为所述功率放大电路的输出端。

可选的，所述采样电路包括第六PMOS管，所述第六PMOS管的源极适于接入第一电压，所述第六PMOS管的栅极作为所述采样电路的输入端，所述第六PMOS管的漏极作为所述采样电路的输出端。

可选的，所述镜像结构包括第一镜像电路和第二镜像电路；所述第一镜像电路的输入端作为所述镜像结构的输入端，所述第一镜像电路的输出端连接至所述第二镜像电路的输入端；所述第二镜像电路的输出端作为所述镜像结构的输出端。

可选的，所述第一镜像电路包括：第二NMOS管、第三NMOS管；

所述第二NMOS管的栅极连接至所述第二NMOS管的漏极，作为所述第一镜像电路的输入端，所述第二NMOS管的源极适于接入第三电压；

所述第三NMOS管的源极连接至所述第二NMOS管的源极，所述第三NMOS管的栅极连接至所述第二NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的漏极作为所述第一镜像电路的输出端。

可选的，所述第二镜像电路包括：第七PMOS管、第八PMOS管；

所述第七PMOS管的源极适于接入第一电压，所述第七PMOS管的漏极连接至所述第七PMOS管的栅极，作为所述第二镜像电路的输入端；

所述第八PMOS管的栅极连接至所述第七PMOS管的栅极，所述第八PMOS管的源极适于接入所述第一电压，所述第八PMOS管的漏极作为所述第二镜像电路的输出端。

可选的，所述反馈单元包括第四NMOS管，所述第四NMOS管的栅极作为所述反馈单元的输入端，所述第四NMOS管的漏极适于接入所述第一电压， 所述第四NMOS管的源极作为所述反馈单元的输出端。

本发明实施例还提供一种所述供电电路的控制方法，其特征在于，包括：获取所述功率放大电路的输出端电压与所述阈值参考电压关系；控制所述第二电流源以及所述第三电流源的连通状态。

可选的，当所述功率放大电路的输出端的电压小于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第二电流源与所述电流源单元的输出端之间断开连通，所述第二控制信号控制所述第三电流源与所述电流源单元的输出端之间断开连通；

或在所述功率放大电路的输出端的电压上升过程中，由小于所述阈值参考电压变为大于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第二电流源连通至所述电流源单元的输出端，随后，所述第二控制信号控制所述第三电流源连通至所述电流源单元的输出端；

或在所述功率放大电路的输出端的电压稳定大于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第二电流源连通至所述电流源单元的输出端，所述第二控制信号控制所述第三电流源连通至所述电流源单元的输出端。

可选的，所述控制第三电流源的连通状态包括：通过所述第一控制单元控制所述第二控制单元，以产生第二控制信号控制所述第三电流源的连通状态。

可选的，所述产生第二控制信号控制所述第三电流源的连通状态包括：

当所述功率放大电路的输出端的电压小于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第一NMOS管的栅极连接至所述第一NMOS管的源极，产生所述第二控制信号控制所述第三电流源与所述电流源单元的输出端之间断开连通；

或在所述功率放大电路的输出端的电压上升过程中，由小于所述阈值参考电压变为大于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第一NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的源极断开连通，产生线性上升的所述第二控制信号，控制所述第三电流源逐渐连通至所述电流源单元的输出端。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

由于设置第一控制单元和第二控制单元，根据参考电压和阈值参考电压关系控制电流源单元中第二电流源和第三电流源的接通状态，从而可以精确控制启动电流。

进一步，由于所述第二控制单元的输出端连接至所述缓冲电路的输出端，在所述供电电路启动时，电流源单元建立稳定输出前限制瞬态输出电流，稳定供电电路的输出。

附图说明

图1是本发明实施例中一种供电电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种电流源单元的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种第一控制单元的电路图；

图4是本发明实施例中一种第二控制单元的电路图；

图5是本发明实施例中一种缓冲电路的电路图；

图6是本发明实施例中一种镜像结构的电路图；

图7是本发明实施例中一种供电电路的结构示意图。

具体实施方式

如前所述，现有技术通常需要较大面积的电容才能使基准电压缓慢上升达到限流效果；此外，这种方法难以对启动时的输出电流实现精确的线形控制。输出电压建立过程有过冲。

本发明实施例由于设置第一控制单元和第二控制单元，根据参考电压和阈值参考电压关系控制电流源单元中第二电流源和第三电流源的接通状态，从而可以精确控制启动电流。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例中一种供电电路的结构示意图，包括：放大电路19、缓冲电路13、功率放大电路14、采样电路15、镜像结构16、电流源单元18、 反馈单元17、第一控制单元11以及第二控制单元12。

放大电路19的信号输入端P1适于接入基准电压，所述放大电路19的输出端连接至所述缓冲电路13的输入端。

所述功率放大电路14的输入端分别连接至所述缓冲电路13的输出端和所述采样电路15的输入端，所述功率放大电路14的输出端作为所述供电电路的输出端。

所述镜像结构16的输入端连接至所述采样电路15的输出端，所述镜像结构16的输出端连接至所述电流源单元18的输出端。

图2是本发明实施例中一种电流源单元的结构示意图。下面结合图1和图2进行说明。

所述电流源单元18包括：第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3；所述第一电流源I1连通所述电流源单元18的输出端；所述第二电流源I2和所述第三电流源I3分别通过第一开关S1和第二开关S2选择性连通所述电流源单元18的输出端P4。

所述反馈单元17的输入端连接至所述电流源单元18的输出端，所述反馈单元17的输出端连接至所述缓冲电路13的输入端。

所述第一控制单元11的第一输入端连接至所述功率放大电路14的输出端，所述第一控制单元11的第二输入端P3适于接入阈值参考电压，所述第一控制单元11适于产生第一控制信号以控制所述第二电流源I2的连通状态。

所述第二控制单元12适于根据所述第一控制信号生成第二控制信号以控制所述第三电流源的I3连通状态。

在本发明实施例中，由于设置第一控制单元和第二控制单元，根据参考电压和阈值参考电压关系控制电流源单元中第二电流源和第三电流源的接通状态，从而可以精确控制启动电流。

在具体实施中，所述第二控制单元12的输出端可以连接至所述缓冲电路13的输出端。在所述供电电路启动时，电流源单元建立稳定输出前限制瞬态输出电流，稳定供电电路的输出。

在具体实施中，所述第一控制单元11可以是比较器，如图3所示。所述比较器两个输入端的其中一个输入端作为所述第一控制单元11的第一输入端，另一个输入端作为所述第一控制单元11的第二输入端。图3中将比较器的正向输入端作为第一输入端，连接至所述功率放大电路的输出端P2，将比较器的负向输入端作为第二输入端P3，适于接入阈值参考电压，第一控制信号由端口P5输出。

图4是本发明实施例中一种第二控制单元12的电路图。

所述第二控制单元12可以包括：第一PMOS管Mp1、第一NMOS管Mn1、第四电流源41；所述第一PMOS管Mp1的源极适于接入第一电压VDD，所述第一PMOS管Mp1的栅极连接至所述第四电流源41，所述第一PMOS管Mp1的漏极作为所述第二控制单元12的输出端P6，所述第一PMOS管MP1的栅极信号作为所述第二控制信号EE；所述第一NMOS管Mn1的源极与漏极相连接，所述第一NMOS管Mn1的栅极适于根据所述第一控制信号，例如图3中端口P5信号选择性连接至所述第一NMOS管Mn1的源极。

图5是本发明实施例中一种缓冲电路。

所述缓冲电路13可以包括：第二PMOS管Mp2、第三PMOS管Mp3、第四PMOS管Mp4；所述第二PMOS管Mp2的源极适于接入第一电压VDD，所述第二PMOS管Mp2的栅极连接至所述第二PMOS管Mp2的漏极；所述第三PMOS管Mp3的源极适于接入所述第一电压VDD，所述第三PMOS管Mp3的栅极适于接入第二电压VPB；所述第三PMOS管Mp3的漏极作为所述缓冲电路13的输出端P7；所述第四PMOS管Mp4的源极连接至所述第二PMOS管Mp2的漏极，所述第四PMOS管Mp4的栅极作为所述缓冲电路13的输入端P8，所述第四PMOS管Mp4的漏极适于接入第三电压VSS。

在具体实施中，所述功率放大电路14可以是第五PMOS管，所述第五PMOS管的源极适于接入第一电压，所述第五PMOS管的栅极作为所述功率放大电路的输入端，所述第五PMOS管的漏极作为所述功率放大电路的输出端。

在具体实施中，采样电路15可以包括第六PMOS管，所述第六PMOS 管的源极适于接入第一电压，所述第六PMOS管的栅极作为所述采样电路的输入端，所述第六PMOS管的漏极作为所述采样电路的输出端。

图6是本发明实施例中一种镜像结构电路图。

在具体实施中，所述镜像结构16(参见图1)可以包括第一镜像电路161和第二镜像电路162；所述第一镜像电路161的输入端作为所述镜像结构的输入端，所述第一镜像电路161的输出端连接至所述第二镜像电路162的输入端；所述第二镜像电路162的输出端作为所述镜像结构16的输出端，连接至所述电流源单元18的输出端P4(参见图2)。

在本发明一实施例中，所述第一镜像电路161包括：第二NMOS管Mn2、第三NMOS管Mn3；所述第二NMOS管Mn2的栅极连接至所述第二NMOS管Mn2的漏极，作为所述第一镜像电路161的输入端P9，所述第二NMOS管Mn2的源极适于接入第三电压VSS；所述第三NMOS管Mn3的源极连接至所述第二NMOS管Mn2的源极，所述第三NMOS管Mn3的栅极连接至所述第二NMOS管Mn2的栅极，所述第三NMOS管Mn3的漏极作为所述第一镜像电路161的输出端。

在本发明一实施例中，所述第二镜像电路162包括：第七PMOS管Mp7、第八PMOS管Mp8；所述第七PMOS管Mp7的源极适于接入第一电压VDD，所述第七PMOS管Mp7的漏极连接至所述第七PMOS管Mp7的栅极，作为所述第二镜像电路162的输入端；所述第八PMOS管Mp8的栅极连接至所述第七PMOS管Mp7的栅极，所述第八PMOS管Mp8的源极适于接入所述第一电压VDD，所述第八PMOS管Mp8的漏极作为所述第二镜像电路162的输出端。

在具体实施中，所述反馈单元17可以是第四NMOS管，所述第四NMOS管的栅极作为所述反馈单元17的输入端，所述第四NMOS管的漏极适于接入所述第一电压VDD，所述第四NMOS管的源极作为所述反馈单元17的输出端。

图7是本发明实施例中一种供电电路的结构示意图。如图7所示，放大电路19、缓冲电路13、作为功率放大电路14的功率管也就是第五PMOS管 Mp5和作为采样电路的第六PMOS管Mp6在现有技术中已得到体现，例如现有技术中低压差线性稳压器(LDO)。下面结合图1和图7进行进一步说明。

本发明实施例通过第六PMOS管Mp6对第五PMOS管Mp5中电流进行采样，将采样得到的电流通过端口P9送至镜像结构16，计算镜像结构16和采样电路15的放缩比例和电流源单元18中接入的电流源的个数，通过反馈单元17将反馈信号通过端口P7进行反馈，从而可以控制供电电路的电流限。

通过端口P2将功率放大电路14的输出电压送至第一控制单元11，判断率放大电路14的输出电压与阈值参考电压的关系，由第一控制单元11生成第一控制信号、第二控制单元12生成第二控制信号，从而控制电流源单元18中接入的电流源的个数，从而可以在功率放大电路14输出不同时，接入不同个数的电流源，从而可以实现短路保护的功能。

另外，第二控制单元12将第二控制信号通过端口P8送至功率放大电路14也就是图7中第五PMOS管Mp5的栅极，从而在供电电路上电时，电流源单元尚未有稳定输出时限制功率放大电路14的输出电流，使其不超过安全阈值。

本发明实施例还提供一种供电电路的控制方法：获取所述功率放大电路的输出端电压与所述阈值参考电压关系；控制所述第二电流源以及所述第三电流源的连通状态。

在具体实施中，当所述功率放大电路的输出端的电压小于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第二电流源与所述电流源单元的输出端之间断开连通，所述第二控制信号控制所述第三电流源与所述电流源单元的输出端之间断开连通。

或在所述功率放大电路的输出端的电压上升过程中，由小于所述阈值参考电压变为大于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第二电流源连通至所述电流源单元的输出端，随后，所述第二控制信号控制所述第三电流源连通至所述电流源单元的输出端。

或在所述功率放大电路的输出端的电压稳定大于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第二电流源连通至所述电流源单元的输出端，所 述第二控制信号控制所述第三电流源连通至所述电流源单元的输出端。

在具体实施中，所述控制第三电流源的连通状态可以是通过所述第一控制单元控制所述第二控制单元，以产生第二控制信号控制所述第三电流源的连通状态。

在本发明一实施例中，所述产生第二控制信号控制所述第三电流源的连通状态可以包括：

当所述功率放大电路的输出端的电压小于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第一NMOS管的栅极连接至所述第一NMOS管的源极，产生所述第二控制信号控制所述第三电流源与所述电流源单元的输出端之间断开连通；

或者在所述功率放大电路的输出端的电压上升过程中，由小于所述阈值参考电压变为大于所述阈值参考电压时，所述第一控制信号控制所述第一NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的源极断开连通，产生线性上升的所述第二控制信号，控制所述第三电流源逐渐连通至所述电流源单元的输出端。

在本发明一实施例中，采样电路15为MOS管Mp6(参见图7)，功率放大电路14为功率管第五PMOS管Mp5(参见图7)，通过采样电路15的MOS管Mp6对功率管第五PMOS管Mp5的电流进行采样，将采样得到的电流送至镜像结构16。如图2所示开关S1由第一控制单元输出的第一控制信号控制，开关S2由信号EE(参见图4)控制。短路保护的阈值参考电压通过端口P3输入至第一控制单元11(参见图1)。

根据采样和镜像结构的比例关系：镜像结构输出端P4(参见图6)的电流，也就是流过第八PMOS管Mp8(参见图6)的电流和流过功率管第五MOS管Mp5电流的比例关系为I_Mp5＝M*N*K*I_Mp8，其中M为MOS管Mp6的采样电流与功率管第五MOS管Mp5电流的比例，N为第一镜像电路161的镜像比例，K为第二镜像电路162的镜像比例。当I_Mp8电流较大时，达到I_Mp8〉I_refcurrent时，其中I_refcurrent由电流源单元的输出电流决定，反馈单元输出高电平，缓冲电路的输出也被拉高，功率管第五MOS管Mp5的栅极电压被拉高，所以I_Mp5的输出电流减小，从而构成一个电流限的负反馈机制。

当供电电路启动完毕，且处在没有短路的稳定状态时，S1、S2均闭合。功率输出电路I_Mp5的允许最大电流为(I1+I2+I3)*M*N*K。

当功率放大电路14的输出被短路时，功率放大电路14的输出低于阈值参考电压，第一控制信号为低。第一控制信号为低时控制S1断开，S3闭合；第二控制信号EE为低，控制S2断开。所以短路保护时电流限I_refcurrent被降低到I1*M*N*K。

当供电电路启动时，功率放大电路的输出为低，第一控制信号为低，如上所述电流限初始为I1*MNK。当功率放大电路的输出被充电后且高于阈值参考电压时，第一控制信号发生翻转，S1闭合、S3断开。此时，电流限为(I1+I2)*M*N*K。S3断开后，第二控制信号EE被电流源单元充电线形性升高，S2被慢慢的闭合，即第三电流源I3贡献的电流慢慢由0上升到I3。当EE充电到足够高时S2完全闭合。此时软启动完成，电流限I_refcurrent稳定为(I1+I2+I3)*M*N*K。以上过程也成为供电电路的软启动过程，在本实施例中，软启动过程为百微秒的量级，第三电流源I3在功率放大电路的输出高于阈值参考电压后的几十微秒内逐渐接入，从而可以避免在功率放大电路的输出功率过大。在可以看出软启动和短路保护均共用了电流源单元，节省了成本，简化了电路。

在供电电路启动的最初时刻，S3闭合，第二控制信号EE电压为低。第二控制信号EE控制第五PMOS管Mp5的栅极电压升高，在电流源单元18建立稳定输出前限制瞬态输出电流，稳定供电电路的输出。

本发明实施例由于设置第一控制单元和第二控制单元，根据参考电压和阈值参考电压关系控制电流源单元中第二电流源和第三电流源的接通状态，从而可以精确控制启动电流。软启动和短路保护均共用了电流源单元，节省了成本，简化了电路。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。