单片集成开关变换器及其软启电路和软启方法
【专利摘要】本发明公开了单片集成开关变换器及其软启电路和软启方法。该软启电路包括：提供片上软启电压的片上软启电压生成电路；运算放大电路，第一输入端接收片上软启电压，第二输入端接收软启参考信号或代表软启参考信号的反馈信号，输出端作为集成电路的一个引脚可以耦接外置软启电容；缓冲电路耦接至运算放大电路的输出端并提供软启参考信号；其中当运算放大电路的输出端耦接外置软启电容时，运算放大电路对外置软启电容充电以提供片外软启电压，软启电路基于片上软启电压和片外软启电压提供软启参考信号，从而可以灵活配置外部软启或者内部软启。
【专利说明】单片集成开关变换器及其软启电路和软启方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及电子电路，尤其涉及单片集成开关变换器及其软启电路和软启方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着便携式电子产品在通信、计算机及消费电子等领域中的不断增长，单片集成开关变换器由于其具有效率高、瞬态响应速度快和体积小等优点而获得了广泛的应用。而典型的开关变换器在启动过程中，容易产生浪涌电流并引起输出电压过冲，可能损坏开关管和其他器件，因此需要软启电路。
[0003]为了实现开关变换器的输出软启，通常通过一个电流源给软启电容充电得到以斜坡上升的软启参考信号，在启动阶段开关变换器的输出跟随软启参考信号缓慢上升，从而达到软启的目的。由于软启电容需要较大的电容值，不利于集成，传统的做法是将软启电容置于芯片之外，通过内置电流源对其充电，但这种做法增加了电路的面积和应用成本。另一种做法是通过专门设计片上软启电路，使得需要的软启电容的电容值降低，从而将软启电容集成在芯片上，但这种做法的缺点是软启的时长固定，缺乏灵活性。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种单片集成开关变换器及其软启电路和软启方法。
[0005]根据本发明实施例的一种软启电路，用于单片集成开关变换器，所述软启电路包括:片上软启电压生成电路，在其输出端提供片上软启电压；运算放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至片上软启电压生成电路的输出端以接收片上软启电压，第二输入端接收软启参考信号或代表软启参考信号的反馈信号，输出端作为集成电路的一个引脚可以耦接外置软启电容；以及缓冲电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至运算放大电路的输出端，输出端提供软启参考信号；其中当运算放大电路的输出端未耦接外置软启电容时，软启电路基于片上软启电压提供软启参考信号；以及当运算放大电路的输出端耦接外置软启电容时，运算放大电路对外置软启电容充电以提供片外软启电压，软启电路基于片上软启电压和片外软启电压提供软启参考信号。
[0006]在一个实施例中，当运算放大电路的输出端耦接外置软启电容时，运算放大电路根据片上软启电压和片外软启电压自动调整对外置软启电容充电的电流大小。
[0007]在一个实施例中，片上软启电路还包括:第一电流源，提供充电电流；以及片上软启电容，耦接至第一电流源，第一电流源以充电电流对片上软启电容充电以得到片上软启电压。
[0008]在一个实施例中，片上软启电路还包括:第一电流源，提供充电电流；第二电流源，提供放电电流；以及片上软启电容，通过第一开关耦接至第一电流源，通过第二开关耦接至第二电流源；其中当打嗝信号处于第一状态时，第一开关导通，第二开关关断，第一电流源提供的充电电流对片上软启电容充电；以及当打嗝信号处于第二状态时，第二开关导通，第一开关关断，第二电流源提供的放电电流对片上软启电容放电。
[0009]在一个实施例中，所述软启电路还包括:偏置电路，在其输出端提供偏置电流，所述偏置电流通过运算放大电路对外置软启电容充电；其中对外置软启电容充电的电流不大于偏置电流。
[0010]在一个实施例中，运算放大电路包括:差分输入电路，包括第一 P沟道场效应管和第二 P沟道场效应管，其中第一 P沟道场效应管的栅极耦接至片上软启电压生成电路的输出端，第二 P沟道场效应管的栅极耦接至缓冲电路的输出端，第一 P沟道场效应管和第二 P沟道场效应管的源极耦接至偏置电路的输出端；第一晶体管对，包括第一 N沟道场效应管和第二 N沟道场效应管，其中第一 N沟道场效应管的栅极和漏极以及第二 N沟道场效应管的栅极共同耦接至第一 P沟道场效应管的漏极，第一 N沟道场效应管和第二 N沟道场效应管的源极耦接至系统地，第二 N沟道场效应管的漏极耦接至运算放大电路的输出端；第二晶体管对，包括第三N沟道场效应管和第四N沟道场效应管,其中第三N沟道场效应管的栅极和漏极以及第四N沟道场效应管的栅极共同耦接至第二P沟道场效应管的漏极，第三N沟道场效应管的源极和第四N沟道场效应管的源极耦接至系统地；以及第三晶体管对，包括第三P沟道场效应管和第四P沟道场效应管，其中第三P沟道场效应管的栅极和漏极以及第四P沟道场效应管的栅极耦接至第四N沟道场效应管的漏极，第三P沟道场效应管和第四P沟道场效应管的源极耦接至辅助供电电压，第四P沟道场效应管的漏极耦接至第二N沟道场效应管的漏极和运算放大电路的输出端。
[0011]在一个实施例中，缓冲电路还包括:第五N沟道场效应管，其中第五N沟道场效应管的栅极耦接至运算放大电路的输出端，第五N沟道场效应管的漏极耦接至辅助供电电压，以及第五N沟道场效应管的源极作为缓冲电路的输出端。
[0012]在一个实施例中，所述软启电路还箝位电路，所述箝位电路包括:第三电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至辅助供电电压；第一箝位开关，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至第三电流源的第二端，第一端耦接至运算放大电路的输出端，第二端耦接至辅助供电电压；以及第二箝位开关，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至运算放大电路的输出端，第一端耦接至系统地，第二端耦接至第三电流源的第二端；其中在单片集成开关变换器开始启动时，运算放大电路输出端的电压在所述箝位电路的作用下增大以开启缓冲电路。
[0013]根据本发明实施例的一种单片集成开关变换器，包括误差放大电路，接收软启参考信号、输出参考信号和代表输出电压的反馈信号，其中当软启参考信号小于输出参考信号时，误差放大电路根据软启参考信号和反馈信号之间的差值输出误差信号，以及当软启参考信号大于输出参考信号时，误差放大电路根据输出参考信号和反馈信号之间的差值输出误差信号；斜坡发生电路，提供斜坡信号；逻辑电路，耦接至误差放大电路和斜坡发生电路以接收误差信号和斜坡信号，并基于误差信号和斜坡信号产生开关控制信号；开关电路，包括至少一个开关，其中所述至少一个开关在开关控制信号的控制下导通及关断以提供输出电压；以及如前所述的软启电路。
[0014]根据本发明实施例的一种软启方法，用于单片集成开关变换器，该软启方法包括:通过第一电流源对片上软启电容充电以提供片上软启电压；通过偏置电流源对运算放大电路提供偏置电流，运算放大电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收片上软启电压，第二输入端接收软启参考信号或代表软启参考信号的反馈信号，输出端作为集成电路的软启引脚可以耦接外置软启电容；以及运算放大电路的输出端通过缓冲电路提供软启参考信号；其中当集成电路的软启引脚悬空时，软启时长为一固定值；以及当集成电路的软启引脚耦接外置软启电容时，基于片上软启电容和外置软启电容控制软启时长。
[0015]根据本发明的实施例，可以实现根据实际需要灵活选择外部软启或者内部软启。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为根据本发明一实施例的单片集成开关变换器100的框图；
[0017]图2为根据本发明一实施例的软启电路200的框图；
[0018]图3为根据本发明一实施例的软启电路300的电路原理图；
[0019]图4为根据本发明另一实施例的软启电路400的电路原理图；
[0020]图5为根据本发明一实施例的对应于图3所示的软启电路300的外置软启电容和软启时长的关系图。
[0021]图6为根据本发明一实施例的用于单片集成开关变换器的软启方法的流程图。【具体实施方式】
[0022]下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0023]在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0024]图1为根据本发明一实施例的单片集成开关变换器100的框图。该单片集成开关变换器100包括集成电路10和由输出电感Lo和输出电容Co组成的输出滤波电路。其中集成电路10集成在芯片上。单片集成开关变换器100以降压型拓扑为例进行说明，本领域技术人员可知单片集成开关变换器100可以采用任何直流/直流或交流/直流变换拓扑结构，例如升压变换器、降压变换器、正激变换器以及反激变换器等。
[0025]集成电路10包括软启电路11、误差放大电路12、斜坡发生电路13、逻辑电路14以及开关电路15。在描述中，标记IN、SW、FB、SS和GND代表集成电路10的引脚，其中引脚IN耦接至输入电压Vin，引脚SW耦接至输出电感Lo的一端，引脚FB接收代表输出电压Vo的反馈信号VFB，引脚GND耦接至系统地，引脚SS和引脚GND之间可以耦接外置软启电容Cext0单片集成开关变换器100还可以包括反馈电路16，输出电压No通过反馈电路16耦接至引脚FB。
[0026]软启电路11的一端耦接引脚SS，另一端输出软启参考信号SSB。其中当引脚SS悬空，也就是未耦接外置软启电容Cext时，软启电路11输出以固定斜率增大的软启参考信号SSB，单片集成开关变换器100的软启时长固定。当引脚SS耦接外置软启电容Cext时，软启电路11输出以不固定斜率逐渐增大的软启参考信号SSB，单片集成开关变换器100的软启时长和软启电容Cext的电容值有关。在一个实施例中，通过调整软启电容Cext的电容值可以调整单片集成开关变换器100的软启时长。误差放大电路12接收软启参考信号SSB、输出参考信号Vref和反馈信号VFB，其中在单片集成开关变换器100启动时，当软启参考信号SSB小于输出参考信号Vref，误差放大电路12根据软启参考信号SSB和反馈信号VFB之间的差值SSB-VFB输出误差信号Ve。当软启参考信号SSB增大至输出参考信号Vref时，单片集成开关变换器100启动完成，误差放大电路12根据输出参考信号Vref和反馈信号VFB之间的差值Vref-VFB输出误差信号Ve。斜坡发生电路13提供具有一定周期的斜坡信号RAMP。斜坡信号RAMP例如可以由振荡器产生。逻辑电路14耦接至误差放大电路12的输出端以接收误差信号Ve，耦接至斜坡发生电路13的输出端以接收斜坡信号RAMP，并基于误差信号Ve和斜坡信号RAMP产生开关控制信号CTRL以控制开关电路15中至少一个开关的导通和关断。在一个实施例中，逻辑电路14根据斜坡信号RAMP控制开关电路15中至少一个开关的开通时刻从而控制开关周期，根据误差信号Ve和斜坡信号RAMP的比较结果控制至少一个开关关断时刻从而控制占空比以调节输出电压Vo。在图1所示的实施例中，开关电路15包括开关SI和开关S2，其中开关SI和开关S2在开关控制信号CTRL的控制下互补导通。在一个实施例中，开关SI的第一端耦接至引脚IN以接收输入电压Vin，开关SI的第二端耦接至引脚SW，开关SI的控制端耦接开关控制信号CTRL。开关S2的第一端耦接至开关SI的第二端和引脚SW，开关S2的第二端耦接至系统地，开关S2的控制端耦接开关控制信号CTRL。本领域技术人员可知，开关SI和/或开关S2可以如图1所示置于集成电路10内部，也可以置于集成电路10之外。
[0027]在图1所示的实施例中，通过软启电路11可以实现根据实际需要灵活选择外部软启或者内部软启。在需要外部软启时，引脚SS耦接外置软启电容Cext，根据片上软启电压或片外软启电压控制软启参考信号SSB。在一个实施例中，当片外软启电压增大的速率小于片上软启电压增大的速率时，根据片外软启电压控制软启参考信号SSB，从而控制软启时长。在内部软启时，引脚SS悬空，也就是未耦接外置软启电容Cext，由软启电路11产生片上软启电压以控制软启参考信号SSB，从而控制软启时长。其中软启时长例如可以和软启参考信号SSB由零上升至输出参考信号Vref的时间长度有关，或者例如可以和输出电压Vo由零上升至预期的输出电压的时间长度有关。
[0028]图2为根据本发明一实施例的软启电路200的框图。软启电路200包括片上软启电压生成电路201、运算放大电路202、偏置电路203、缓冲电路204以及输出调整电路205。
[0029]片上软启电压生成电路201在其输出端提供片上软启电压Vc。运算放大电路202具有第一输入端202a、第二输入端202b、偏置输入端202c以及输出端A,其中第一输入端202a耦接至片上软启电压生成电路201的输出端以接收片上软启电压Vc，第二输入端202b耦接至缓冲电路204的输出端以接收软启参考信号SSB或代表软启参考信号SSB的反馈信号，偏置输入端202c耦接至偏置电路203的输出端，输出端A作为集成电路10的引脚SS，可以耦接外置软启电容Cext。偏置电路203为运算放大电路202提供偏置电流，其中运算放大电路202的输出端A耦接外置软启电容Cext时，运算放大电路202对外置软启电容Cext充电，外置软启电容Cext两端的电压VA即为片外软启电压。缓冲电路204的输入端耦接至运算放大电路202的输出端A，缓冲电路204的输出端提供软启参考信号SSB。在一个实施例中，软启电路200还包括输出调整电路205，输出调整电路205的输入端耦接至缓冲电路204的输出端，输出调整电路205的输出端输出软启参考信号SSB。缓冲电路204通过输出调整电路205输出软启参考信号SSB，其中输出调整电路205用来调整软启参考信号SSB和片上软启电压Vc或片外软启电压VA之间的比例。
[0030]在一个实施例中，当引脚SS悬空时，也就是运算放大电路202的输出端A未耦接外置软启电容Cext，在单片集成开关变换器100启动时，片上软启电压生成电路201提供以固定斜率增大的片上软启电压Vc，软启电路200根据片上软启电压Vc提供软启参考信号SSB，从而控制单片集成开关变换器100的软启时长。在一个实施例中，当引脚SS耦接外置软启电容Cext时，片上软启电压生成电路201提供以固定斜率增大的片上软启电压Vc，运算放大电路202对外置软启电容Cext充电以提供逐渐增大的片外软启电压VA，软启电路200根据片外软启电压VA和/或片上软启电压Vc提供软启参考信号SSB，例如由片上软启电压Vc和片外软启电压VA中增大速率较慢的一个决定软启参考信号SSB，从而控制单片集成开关变换器100的软启时长。
[0031]图2所示的实施例可以根据实际需要灵活配置外部软启或内部软启，以简单的电路配置满足不同的需求。
[0032]图3为根据本发明一实施例的软启电路300的电路原理图。其中软启电路300包括片上软启电压生成电路301、运算放大电路302、偏置电路303、场效应管304组成的缓冲电路以及输出调整电路305。
[0033]片上软启电压生成电路301包括电流源Ich和片上软启电容Cint，其中电流源Ich对片上软启电容Cint充电以在片上软启电容Cint两端得到片上软启电压Vc。在一个实施例中，电流源Ich的一端耦接辅助供电电压VCC，电流源Ich的另一端耦接至片上软启电容Cint的一端，片上软启电容Cint的另一端耦接至系统地。偏置电路303包括电流源Ib,电流源Ib的一端耦接辅助供电电压VCC，电流源Ib的另一端提供恒定电流，电流源Ib例如可以由电流镜实现。其中符号Ich既可以代表电流源Ich，也可以代表对片上软启电容Cint的充电电流Ich。符号Ib既可以代表电流源Ib，也可以代表偏置电路303提供的恒定电流Ib。
[0034]在图3所示的实施例中，运算放大电路302包括由P沟道场效应管Pl和P沟道场效应管P2组成的差分输入电路、由N沟道场效应管NI和N沟道场效应管N2组成的第一晶体管对、由N沟道场效应管N3和N沟道场效应管N4组成的第二晶体管对，以及由P沟道场效应管P3和P沟道场效应管P4组成的第三晶体管对。其中P沟道场效应管Pl的栅极做为运算放大电路302的一个输入端耦接至片上软启电容Cint以接收片上软启电压Vc，P沟道场效应管P2的栅极做为运算放大电路302的另一个输入端耦接至缓冲电路304的输出端，P沟道场效应管Pl和P沟道场效应管P2的源极共同耦接至偏置电路303中的电流源Ib。N沟道场效应管NI的栅极和漏极以及N沟道场效应管N2的栅极共同耦接至P沟道场效应管Pl的漏极，N沟道场效应管NI的源极和N沟道场效应管N2的源极耦接至系统地。N沟道场效应管N3的栅极和漏极以及N沟道场效应管N4的栅极共同耦接至P沟道场效应管P2的漏极，N沟道场效应管N3的源极和N沟道场效应管N4的源极共同耦接至系统地。P沟道场效应管P3的栅极和漏极以及P沟道场效应管P4的栅极共同耦接至N沟道场效应管N4的漏极，P沟道场效应管P3的源极和P沟道场效应管P4的源极共同耦接至辅助供电电压VCC，P沟道场效应管P4的漏极和N沟道场效应管N2的漏极耦接在一起作为运算放大电路302的输出端A。本领域技术人员应该认识到，运算放大电路302不局限于图3所示的实施例，运算放大电路302可以包括任意合适的运算放大电路的结构。本领域技术人员也应该认识到，运算放大电路203中的晶体管类型也不局限于图3所示的实施例，可以包括任意合适的晶体管，例如三极管。
[0035]场效应管304的栅极作为缓冲电路的输入端耦接至运算放大电路302的输出端A，场效应管304的漏极耦接至辅助供电电压VCC，以及场效应管304的源极作为缓冲电路的输出端通过输出调整电路305提供软启参考信号SSB。在图3所示的实施例中，场效应管304为N沟道场效应管，但是本领域技术人员可知，其他任意合适的晶体管也可以作为缓冲电路，例如三极管、P型场效应管等。
[0036]输出调整电路305包括电阻Rl和电阻R2，其中电阻Rl的一端耦接至场效应管304的源极，电阻Rl的另一端耦接至电阻R2的一端，电阻R2的另一端耦接至系统地，电阻Rl和电阻R2的公共端作为输出调整电路305的输出端输出软启参考信号SSB。在一个实施例中，通过调整电阻Rl和电阻R2的值，可以调整软启参考信号SSB和片上软启电压Vc或片外软启电压VA之间的比例。 [0037]在一个实施例中，当引脚SS悬空时，也就是未耦接外置软启电容Cext时，软启参考信号SSB由电流源Ich、片上软启电容Cint、电阻Rl和电阻R2决定。单片集成开关变换器100启动时，电流源Ich对片上软启电容Cint充电，片上软启电压Vc以固定斜率逐渐增大，软启参考信号SSB随着片上软启电压Vc的增大而逐渐增大。在一个实施例中，片上软启电压Vc增大的斜率Dvc/Dt等于:
[0038]Dvc/Dt = Ich/Cint(I)
[0039]在一个实施例中，软启参考信号SSB等于Vc*R2/ (R1+R2)。
[0040]在一个实施例中，当引脚SS耦接外置软启电容Cext时，电流源Ich对片上软启电容Cint充电，片上软启电压Vc以公式(I)所示的固定斜率逐渐增大，电流源Ib通过运算放大电路302对外置软启电容Cext充电，充电的电流为Iext，片外软启电压VA逐渐增大，软启参考信号SSB由片上软启电压Vc和片外软启电压VA中增大速率较慢的一个决定，其中运算放大电路302根据片上软启电压Vc和片外软启电压VA自动调整电流Iext的大小，O <= Iext <= Ib。片外软启电压VA增大的斜率Dva/Dt等于:
[0041]Dva/Dt = Iext/Cext(2)
[0042]图3所示的实施例还包括箝位电路307。单片集成开关变换器100开始启动时，运算放大电路302的输出端A的电压在箝位电路307的作用下迅速增大至场效应管304的开启电压VGSth，场效应管304开通。在图3所示的实施例中，箝位电路307包括偏置电流源Ib2、场效应管N5以及场效应管N6。偏置电流源Ib2的一端耦接至辅助供电电压VCC，偏置电流源Ib2的另一端耦接至场效应管N5的栅极和场效应管N6的漏极，场效应管N5的漏极耦接至辅助供电电压VCC，场效应管N5的源极和场效应管N6的栅极耦接至运算放大电路302的输出端A，场效应管N6的源极耦接至系统地。
[0043]图4为根据本发明另一实施例的软启电路400的电路原理图。图4所示软启电路400的电路结构和图3所示软启电路300的电路结构相似，与图3所示的软启电路300不同的是，图4所示软启电路400中片上软启电路401包括开关S11、开关S12、电流源Ich、电流源Idis以及片上软启电容Cint。开关Sll稱接至电流源Ich,开关S12稱接至电流源Idis,其中开关Sll和开关S12在打卩g信号Hiccup的控制下互补导通。当开关Sll导通,开关S12关断时，电流源Ich对片上软启电容Cint充电，当开关S12导通，开关Sll关断时，片上软启电容Cint通过电流源Idis放电。
[0044]在一个实施例中，单片集成开关变换器100在输出短路、过流等故障状态下，进入打嗝模式，也就是在故障保护下尝试反复重新启动，直至故障状态消除或单片集成开关变换器100彻底关断。
[0045]在一个实施例中，当引脚SS悬空，在单片集成开关变换器100启动时，打嗝信号Hiccup处于第一状态，开关Sll导通，开关S12关断，电流源Ich对片上软启电容Cint充电，片上软启电压Vc以公式(I)所示的固定斜率逐渐增大，软启参考信号SSB随之增大，软启时长由片上软启电压Vc决定；单片集成开关变换器100在软启结束后还没有进入正常工作时，例如输出电压Vo还没有达到预期的输出电压时，打嗝信号Hiccup处于第二状态，开关Sll关断，开关S12导通，电流源Idis对片上软启电容Cint放电，片上软启电压Vc减小，直至片上软启电压Vc减小至一最小电压，例如零，单片集成开关变换器100尝试重新启动，打嗝信号Hiccup处于第一状态，电流源Ich对片上软启电容Cint充电。如此循环，直至单片集成开关变换器100正常工作或因达到重启次数上限而彻底关断。
[0046]在一个实施例中，当引脚SS耦接外置软启电容Cext，在单片集成开关变换器100启动时，打嗝信号Hiccup处于第一状态，开关Sll导通，开关S12关断，电流源Ich对片上软启电容Cint充电，片上软启电压Vc以公式(I)所示的固定斜率逐渐增大，电流源Ib通过运算放大电路302对外置软启电容Cext充电，充电的电流为Iext，片外软启电压VA以公式(2)所示的斜率逐渐增大，软启参考信号SSB由片上软启电压Vc和片外软启电压VA中增大速率较慢的一个决定，从而软启时长由片外软启电压VA和/或片上软启电压Vc决定。在一个实施例中，运算放大电路302根据片上软启电压Vc和片外软启电压VA自动调整电流Iext的大小,其中O < = Iext <= Ib。单片集成开关变换器100在软启结束后还没有进入正常工作时，例如输出电压Vo还没有达到预期的输出电压时，打嗝信号Hiccup处于第二状态，开关Sll关断，开关S12导通，电流源Idis对片上软启电容Cint放电，片上软启电压Vc减小，电流源Ib通过运算放大电路302对外置软启电容Cext放电，片外软启电压VA减小，软启参考信号SSB由片上软启电压Vc和片外软启电压VA中减小速率较慢的一个决定，当软启参考信号SSB减小至一最小电压，例如零，单片集成开关变换器100尝试重新启动，打嗝信号Hiccup处于第一状态，电流源Ich对片上软启电容Cint充电，电流源Ib通过运算放大电路302对外置软启电容Cext充电，如此循环，直至单片集成开关变换器100正常工作或因达到重启次数上限而彻底关断。[0047]在图4所示的实施例中，可以通过设置电流源Idis的大小来调整打嗝模式中尝试重新启动的间隔时间长度，也就是打嗝信号Hiccup处于第二状态的时长。
[0048]图5为根据本发明一实施例的对应于图3所示的软启电路300的外置软启电容和软启时长的关系图。如图5所示，当外置软启电容Cext小于Cint*Ib/Ich时，软启电路300选择内部软启，例如根据片上软启电压Vc控制软启参考信号SSB，从而软启时长SStime固定，例如等于1ms。当外置软启电容Cext大于Cint*Ib/Ich时,软启电路300选择外部软启，例如根据片外软启电压VA控制软启参考信号SSB，软启时长SStime随着外置软启电容Cext的增大而增大。
[0049]图6为根据本发明一实施例的用于单片集成开关变换器的软启方法的流程图。包括步骤S61?S67。
[0050]在步骤S61，通过第一电流源对片上软启电容充电以提供片上软启电压。
[0051]在步骤S62，通过偏置电流源对运算放大电路提供偏置电流，其中运算放大电路的一个输入端接收片上软启电压，另一个输入端接收代表软启参考信号的反馈信号，输出端可耦接外置软启电容。
[0052]在步骤S63，通过缓冲电路提供软启参考信号，其中缓冲电路的输入端耦接至运算放大电路的输出端。
[0053]在步骤S64，判断运算放大电路的输出端是否耦接外置软启电容。当运算放大电路的输出端耦接外置软启电容时，进入步骤S65?S66，否则进入步骤S67。
[0054]在步骤S65，运算放大电路对外置软启电容充电以提供片外软启电压。
[0055]在步骤S66，根据片上软启电压和片外软启电压中增大速率较慢的一个控制软启参考信号，从而控制单片集成开关变换器软启时长。
[0056]在步骤S67，根据片上软启电压控制软启参考信号，从而控制单片集成开关变换器软启时长。
[0057]注意，在上文描述的流程图中，框中所标注的功能也可以按照不同于图中所示的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的具体功能。
[0058]虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种软启电路，用于单片集成开关变换器，所述软启电路包括: 片上软启电压生成电路，在其输出端提供片上软启电压； 运算放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至片上软启电压生成电路的输出端以接收片上软启电压，第二输入端接收软启参考信号或代表软启参考信号的反馈信号，输出端作为集成电路的一个引脚可以耦接外置软启电容；以及 缓冲电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至运算放大电路的输出端，输出端提供软启参考信号；其中 当运算放大电路的输出端未耦接外置软启电容时，软启电路基于片上软启电压提供软启参考信号；以及 当运算放大电路的输出端耦接外置软启电容时，运算放大电路对外置软启电容充电以提供片外软启电压，软启电路基于片上软启电压和片外软启电压提供软启参考信号。
2.如权利要求1所述的软启电路，其中当运算放大电路的输出端耦接外置软启电容时，运算放大电路根据片上软启电压和片外软启电压自动调整对外置软启电容充电的电流大小。
3.如权利要求1所述的软启电路，其中片上软启电路还包括: 第一电流源，提供充电电流；以及 片上软启电容，耦接至第一电流源，第一电流源以充电电流对片上软启电容充电以得到片上软启电压。
4.如权利要求1所述的软启电路，其中片上软启电路还包括: 第一电流源，提供充电电流； 第二电流源，提供放电电流；以及 片上软启电容，通过第一开关耦接至第一电流源，通过第二开关耦接至第二电流源；其中 当打嗝信号处于第一状态时，第一开关导通，第二开关关断，第一电流源提供的充电电流对片上软启电容充电；以及 当打嗝信号处于第二状态时，第二开关导通，第一开关关断，第二电流源提供的放电电流对片上软启电容放电。
5.如权利要求1所述的软启电路，还包括: 偏置电路，在其输出端提供偏置电流，所述偏置电流通过运算放大电路对外置软启电容充电；其中 对外置软启电容充电的电流不大于偏置电流。
6.如权利要求5所述的软启电路，其中运算放大电路包括: 差分输入电路，包括第一 P沟道场效应管和第二 P沟道场效应管，其中第一 P沟道场效应管的栅极耦接至片上软启电压生成电路的输出端，第二 P沟道场效应管的栅极耦接至缓冲电路的输出端，第一 P沟道场效应管和第二 P沟道场效应管的源极耦接至偏置电路的输出端； 第一晶体管对，包括第一 N沟道场效应管和第二 N沟道场效应管，其中第一 N沟道场效应管的栅极和漏极以及第二N沟道场效应管的栅极共同耦接至第一P沟道场效应管的漏极，第一 N沟道场效应管和第二 N沟道场效应管的源极耦接至系统地，第二 N沟道场效应管的漏极耦接至运算放大电路的输出端； 第二晶体管对，包括第三N沟道场效应管和第四N沟道场效应管,其中第三N沟道场效应管的栅极和漏极以及第四N沟道场效应管的栅极共同耦接至第二P沟道场效应管的漏极，第三N沟道场效应管的源极和第四N沟道场效应管的源极耦接至系统地；以及 第三晶体管对，包括第三P沟道场效应管和第四P沟道场效应管，其中第三P沟道场效应管的栅极和漏极以及第四P沟道场效应管的栅极耦接至第四N沟道场效应管的漏极，第三P沟道场效应管和第四P沟道场效应管的源极耦接至辅助供电电压，第四P沟道场效应管的漏极耦接至第二N沟道场效应管的漏极和运算放大电路的输出端。
7.如权利要求1所述的软启电路，其中缓冲电路还包括:第五N沟道场效应管，其中第五N沟道场效应管的栅极耦接至运算放大电路的输出端，第五N沟道场效应管的漏极耦接至辅助供电电压，以及第五N沟道场效应管的源极作为缓冲电路的输出端。
8.软权利要求1所述的软启电路，还包括箝位电路，所述箝位电路包括: 第三电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至辅助供电电压； 第一箝位开关，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至第三电流源的第二端，第一端耦接至运算放大电路的输出端，第二端耦接至辅助供电申压；以及 第二箝位开关，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至运算放大电路的输出端，第一端耦接至系统地，第二端耦接至第三电流源的第二端；其中 在单片集成开关变换器开始启动时，运算放大电路输出端的电压在所述箝位电路的作用下增大以开启缓冲电路。
9.一种单片集成开关变换器，包括: 误差放大电路，接收软启参考信号、输出参考信号和代表输出电压的反馈信号，其中当软启参考信号小于输出参考信号时，误差放大电路根据软启参考信号和反馈信号之间的差值输出误差信号，以及当软启参考信号大于输出参考信号时，误差放大电路根据输出参考信号和反馈信号之间的差值输出误差信号； 斜坡发生电路，提供斜坡信号； 逻辑电路，耦接至误差放大电路和斜坡发生电路以接收误差信号和斜坡信号，并基于误差信号和斜坡信号产生开关控制信号； 开关电路，包括至少一个开关，其中所述至少一个开关在开关控制信号的控制下导通及关断以提供输出电压；以及 如权利要求1至8中任一项所述的软启电路。
10.一种软启方法，用于单片集成开关变换器，该软启方法包括: 通过第一电流源对片上软启电容充电以提供片上软启电压； 通过偏置电流源对运算放大电路提供偏置电流，运算放大电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收片上软启电压，第二输入端接收软启参考信号或代表软启参考信号的反馈信号，输出端作为集成电路的软启引脚可以耦接外置软启电容；以及 运算放大电路的输出端通过缓冲电路提供软启参考信号；其中 当集成电路的软启引脚悬空时，软启时长为一固定值；以及 当集成电路的软启引脚耦接外置软启电容时，基于片上软启电容和外置软启电容控制软启时长。
11.如权利要求10所述的软启方法，其中当集成电路的软启引脚耦接外置软启电容时: 片上软启电压以固定斜率增大； 运算放大电路对外置软启电容充电以提供片外软启电压；以及根据片上软启电压和片外软启电压中增大速率较慢的一个决定软启参考信号；其中运算放大电路根据片上软启电压和片外软启电压自动调整对外置软启电容充电的电流大小。
【文档编号】H02M1/36GK103929056SQ201410188085
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】李磊 申请人:成都芯源系统有限公司