专利名称：在开关式电源转换器中用于减小突入电压和电流的方法
技术领域：
本发明涉及消除在具有单电源的D类音频功率放大器中由于电压转换引起的可听见的“卡搭”噪声(click noise)，更特别地涉及最小化开关式电源转换器启动时的电流或电压突入。
背景技术：
如图1所示，在具有用于保持除了0V之外的输出电压和目标输出电压的反馈回路12的开关式电源转换器10中，当开关式电源转换器10启动时存在流入到输出电容C1的大突入电流。该开关式电源转换器10包括电源18，用于提供输入电压VIN；参考电压供应20；误差放大器22，对来自输出节点的输出电压以及参考电压进行操作，该输出电压由反馈回路12提供；输出控制设备16，用于控制具有在公共节点处连接到低开关Q2的高开关Q1的开关级的高开关Q1；电感L1，连接在公共节点和输出节点之间；以及输出电容C1，连接在输出节点和接地之间。输出级的低开关Q2被图例为二极管。
突入电流由于反馈回路12的本性而发生。如图2所示，在开始的电流转换期间，控制回路12使得输出控制设备16将电流的最大值输出到输出电容C1。
一种减小突入电流的途径是实施限流。但是，为了运送额定电流同样也需要的电流感应设备的必要性使得这种解决方案庞大并且昂贵。
另一种最小化突入电流的途径是实施软启动PWM。这种方法由于调制指数限制而难于实施成具有自振荡PWM的控制方案。对于这种解决方式，输出电压需要从某一电压级别开始。
发明内容
提供一种电路，用于最小化在开关式电源转换器启动时的电压突起，该电路具有包括在公共节点连接的高和低开关的开关级、用于保持目标输出电压的反馈回路、连接在输出节点和接地之间的输出电容、连接在公共节点和输出节点之间的电感、以及具有用于基于参考电压与由反馈回路提供的电压的比较结果而提供第一信号的第一误差放大器的控制IC，所述IC包括电平开关，连接在接地和公共节点之间，根据第一信号来控制该电平开关，其中当该电路启动时，流入到输出电容的大突入电流被最小化。
通过下面参考附图对本发明的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显。
图1是传统的开关式电源转换器的图式；图2是在开始的电流转换期间由图1的传统开关式电源转换器产生的信号图；图3是本发明的包括预充电反馈回路的开关式电源转换器的实施方式的图示；图4是在开始的电流转换期间由图3的开关式电源转换器产生的信号图；
图5是在开始的电流转换期间在具有“卡搭”噪声的D类音频放大器中产生的信号图；图6是本发明的包括预充电反馈回路电路的D类音频放大器的图；和图7是在图6的D类音频放大器中产生的信号图。
具体实施例方式
本发明向输出电容C1提供一种预充电处理，而不需要开启开关设备Q1。因此，PWM可以立即启动而不需要产生突入电流。
图3显示了本发明的预充电电路30。该电路30包括电源18、参考电压源20、通常由电压分配器组成的反馈回路12、至少一个充电-放电设备Q3和误差放大器22。所述至少一个充电-放电设备Q3由误差放大器22控制。误差放大器22可以为与图1的电路10的常规操作中使用的相同的电路。
通过使用相同的参考电压20和反馈回路22用于预充电反馈回路32和常规PWM操作，预充电回路32的目标电压可以与常规PWM操作中电压完全相同。这样，如图4所示，使得突入电流量最小。
在D类音频放大器应用中，为了避免DC电流流入到音圈，利用单电源运行的放大器需要串联耦合于扬声器的隔直电容。在上面的描述中，该电容被称为输出电容C1。当放大器首次开启，功率放大器迅速对隔直电容C1充电。对隔直电容C1充电的大量电流也流入到扩音器中。这引起了较大的启动噪声。
图5显示了表示由没有实施本发明的启动序列的开关式电源转换器产生的波形。如图所示，当在公共节点处的电压VCSO(见图6)达到门限电平VTH1时，扩音器输出产生了噪声。PWM一开始振荡，对输出隔直电容的大充电电流就产生了跨越在扬声器两端的较大电压转换。此外，输入和积分电容都试图稳定到它们的稳态电压，这同样需要一些时间，所以在开始的PWM启动时使得PWM波形不平坦。
如图6所示，本发明教导了一种集成电路42，可以利用D类音频放大器电路40使用。除了该IC42，所述电路40包括输入电源，经由串联的电容GIN和电阻RIN连接到IC42的管脚IN并且经由电容CBIAS连接到管脚BIAS；参考电压源VAA，连接到IC42的管脚VAA；反馈回路，包括连接到管脚IN的电压分配器电阻R1和R2；串联的电容C10和C12，连接在IC42的管脚COMP和IN之间；电容13，连接在IC42的管脚COMP和接地之间；开关级，具有连接到公共节点的高开关Q1和低开关Q2，公共节点连接到IC42的管脚CS，开关Q1的栅极端被连接到IC42的管脚HO而开关Q2的栅极端被连接到IC42的管脚LO；电压源+B，连接到开关Q1的源极端，开关Q1的源极端连接到IC42的管脚VS；电阻Rcharge，连接在公共节点和开关Q1的源极之间；电感L1；电容C14和GOUT；以及电阻RL。
IC42包括栅极驱动器GD，用于感应在管脚VS处的电压，并连接到管脚HO和LO用于驱动开关级的高开关Q1和低开关Q2；误差放大器22，连接在管脚VAA处的电压和管脚COM处的接地电压之间，并接收来自管脚BIAS的正输入和来自管脚IN的负输入。二极管D1和D2连接在管脚BIAS和IN之间，这样二极管D1的阴极和二极管D2的阳极在管脚IN处相连。来自源极的电压VAA同样通过电阻R11被耦合到误差放大器22的正输入端。误差放大器22向比较器44提供信号，比较器44产生并转发PWM信号到栅极驱动器GD，用于切换开关级的开关Q1和Q2。
IC42包括分离控制回路和控制装置，用于在启动常规PWM之前保持输入和输出电压。附加的充电-放电装置46连接到输出隔直电容COUT。该充电-放电装置46由误差放大器22通过电平转换器48控制，该电平转换器48包括误差放大器50和电阻R13-R16。
在操作的第一阶段，小电流源以开环的方式对输出电容慢慢地充电。当在开关节点处的电压接近由电阻分配器R1、R2和管脚BIAS处的电压所确定的目标值时，误差放大器22开启MOSFET46以使得电压稳定到目标值。通过检测该MOSFET的激活，启动序列进入到下一阶段以摆脱PWM振荡。
由于当控制器摆脱PWM振荡时所有涉及的电容例如输出电容、输入电容和积分电容都被充电到稳态电压，所以本发明避免了较大的开始启动噪声。
虽然本发明已经参考特定的实时方式进行了描述，但是对于本领域普通技术人员来说更多的变动和修改以及其他应用将是明显的。因此，优选的，本发明不由这里特定的公开所限定。
权利要求
1.一种用于最小化开关式电源转换器启动时的电压突入的电路，该电路具有包括在公共节点连接的高和低开关的开关级、用于保持目标输出电压的反馈回路、连接在输出节点和接地之间的输出电容、连接在公共节点和输出节点之间的电感以及具有用于基于参考电压与由反馈回路提供的电压的比较而提供第一信号的第一误差放大器的控制电路，该控制电路包括电平开关，连接在接地和公共节点之间，根据所述第一信号来控制该电平开关，其中当该电路启动时，流入到输出电容的大突入电流被最小化。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述开关式电源转换器为D类音频功率放大器，具有单电源、隔直电容，并且由于电压转换导致的可听到的“卡搭”噪声被消除。
3.根据权利要求2所述的电路，还包括栅极驱动器，用于驱动高和低开关；PWM调制器电路，用于接收所述第一信号并向栅极驱动器提供脉冲；以及电平转换器电路，用于接收所述第一信号并控制电平开关。
4.根据权利要求3所述的电路，其中电平转换器电路包括第二误差放大器，该电平转换器电路向电平开关和比较器提供第二信号，当公共节点处的电压达到预定电平时，该比较器提供准备就绪信号。
5.根据权利要求3所述的电路，其中输出电容是预充电的，而不用开启开关级，并立即启动PWM而不用突入电流。
6.根据权利要求3所述的电路，其中IC包括分离控制回路以及控制装置，以在启动PWM之前保持输入和输出电压。
7.根据权利要求3所述的电路，还包括小电流源，其中当该电路启动时，小电流源以开环的方式缓慢地对输出电容充电到目标电平。
8.根据权利要求7所述的电路，还包括电阻分配器，用于确定目标电平。
9.根据权利要求7所述的电路，其中当在公共节点处的电压达到目标电平时，第一误差放大器开启电平开关，以使得在公共节点处的电压稳定在目标值。
10.根据权利要求9所述的电路，其中当检测到电平开关的开启时，开始PWM振荡。
11.根据权利要求9所述的电路，其中目标电平等于输出DC偏移量的稳态。
12.根据权利要求11所述的电路，其中反馈回路中的所有电容以及该电路的积分部分被预充电到稳态值。
全文摘要
一种用于最小化开关式电源转换器启动时的电压突入的电路，该电路具有包括在公共节点连接的高和低开关的开关级、用于保持目标输出电压的反馈回路、连接在输出节点和接地之间的输出电容、连接在公共节点和输出节点之间的电感以及具有用于基于参考电压与由反馈回路提供的电压的比较而提供第一信号的第一误差放大器的控制电路，该控制电路包括电平开关，连接在接地和公共节点之间，根据所述第一信号来控制该电平开关，其中当该电路启动时，流入到输出电容的大突入电流被最小化。
文档编号H02M3/156GK101071983SQ20071009732
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月8日 优先权日2006年5月1日
发明者J·本田, 程小畅 申请人:国际整流器公司