专利名称：用于直流至直流转换器的起动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及PWM电源调节器以及/或直流至直流转换器，并且尤其涉及一种用于起动到预先充电的负载的PWM切换的直流至直流转换器的方法。
相关技术的描述脉冲宽度调制(PWM)直流至直流转换器的典型的起动序列是将一个反馈控制误差放大器的非反相或是正的“+”输入从零(0)伏特(V)斜波上升至一个目标VREF设定点电压电平。该误差放大器是反馈控制回路的一部分，其通过比较该参考电压VREF与VOUT的一个反馈感测出的部份来调节输出电压VOUT。在一个范例的降压型转换器中，PWM控制电路透过包含一个上方的开关元件以及一个下方的开关元件之一对开关元件来驱动负载。该上方与下方的开关元件典型地被做成一对MOSFET。若该转换器被起动到一个预先充电的负载，例如当VOUT已经被充电时，则可能有大的、潜在有害的瞬变电流，这是因为VREF小于VOUT的反馈感测出的部份的缘故。尤其，由于该反馈回路尝试根据在该误差放大器的输入处的电压电平来调节VOUT，且该电压电平正斜波上升朝向VREF，因此该“下拉”输出开关元件(例如，开关的MOSFET对的下方的MOSFET)可能被导通时间长到足以超过其热限制。
发明内容
一种根据本发明的一个实施例的用于一个电源转换器的起动电路包含放大器电路、比较器以及起动逻辑。该电源转换器包含误差放大器，该误差放大器比较输出感测信号与起动参考信号并且提供指示该比较的补偿信号。在一个典型的配置中，该补偿信号被PWM逻辑用来生成一个被用来控制输出切换的PWM信号。该放大器电路响应于一个开始信号，来充电该起动参考信号至一个根据一第二参考信号而预设的参考电平。该比较器判断该补偿信号何时到达一个预设的斜波电平，并且其发出一个指示到达的起动完成的信号。该起动逻辑提供该开始信号并且响应于该起动完成的信号来提供一个输出使能信号。该输出使能信号使能输出切换以开始该输出电压的正常的调节动作。
在一个实施例中，该预设的斜波电平大约是用于PWM调制的一个锯齿波调节波形的中心电压。该放大器电路可以包含放大器以及电容器。在此例中，该放大器具有接收该第二参考信号的输入以及耦接至该电容器的输出。该放大器响应于该开始信号来充电该电容器，以充电该起动参考信号斜波上升。在一个更特定的配置中，该放大器是一个运算互导放大器(OTA)。
一或多个开关可被用来控制在该起动电路中的放大器的操作状态。在一个实施例中，第一开关耦接而横跨该电容器，其中该开始信号开路该第一开关以使能该电容器的充电。再者，第二开关可被设置并且耦接在该放大器的一个反馈路径中。该第二开关最初是开路的，以将该放大器设置在一个开路的回路配置中，并且其被闭路以切换该放大器到一个闭路的回路配置，来根据该第二参考信号维持该起动参考信号。在一个更特定的配置中，该放大器包含接收该第二参考信号的第一输入以及耦接至该第二开关的第二输入。第三开关被设置并且耦接在该放大器的第二输入与接地之间，其中该第三开关在起动的动作期间以及该放大器正在充电该电容器时被闭路，并且其中该第三开关在该第二开关被闭路时而被开路。一个数字状态机或类似者可被用来控制该些开关。
一种用于电源转换器的控制器包含误差放大器、栅极控制逻辑以及起动电路。该误差放大器包含接收一输出感测信号的第一输入、接收一起动参考信号的第二输入以及提供一补偿信号的输出。该栅极控制逻辑控制该电源转换器的输出切换并且根据一个输出使能信号来禁用输出切换。该起动电路控制包含该起动参考信号的充电的误差放大器的初始，并且其禁用输出切换，直到该补偿信号到达一个操作电平为止。
该起动电路可以包含比较器，该比较器具有用于比较该补偿信号与根据一PWM三角波形而预设的斜波电平的输入以及用于提供一起动完成的信号的输出。在一个实施例中，该预设的斜波电平是一个被设置在该三角波形的大约中心处的电压电平。该起动电路可以进一步包含电容器以及放大器。在此配置中，该电容器耦接至该放大器的第二输入并且生成该起动参考信号。该放大器运作在第一状态中以充电该电容器，并且运作在第二状态中以根据该电压参考信号来调节该起动参考信号。该起动电路可以用类似于先前所述的方式进一步包含多个开关以及一个数字状态机。
一种根据本发明的一个实施例的用于直流至直流转换器的起动保护的方法包含禁用该直流至直流转换器的输出切换，根据一个参考信号来使得误差放大器的一个参考输入的电压斜波上升，通过该误差放大器来根据该参考输入以及该直流至直流转换器的一个输出之一反馈部份以提供一个补偿信号，并且当该补偿信号到达一个预设的调节电平时使能该直流至直流转换器的输出切换。该方法可以包含通过一个OTA来充电电容器。该方法可以进一步包含提供该参考信号至该OTA的一个输入，运作该OTA在一个开路的回路状态中以充电该电容器，并且当调节被达到时运作该OTA在一个闭路的回路状态中以根据该参考信号维持该电容器的电压。
本发明的益处、特点与优点在参照以下的说明以及所附的图式下将会变得更加能够理解。
图1是根据本发明的一个实施例的包含一个起动电路的范例的直流至直流转换器的简化框图；图2是根据本发明的一个范例的实施例的图1的控制器的一部份的更详细概要框图，其包含起动电路的进一步细节；并且图3是描绘图2的数字状态机的动作的状态图。
具体实施例方式
以下的说明被提出以使得本领域普通技术人员能够完成及利用如同在一项特定的应用以及其要件的背景内所提出的本发明。然而，该较佳实施例的各种修改对于本领域熟练技术人员而言都将会是明显的，并且在此所定义的一般原理可被应用至其它实施例。因此，本发明并非打算受限于在此所示及所述的特定实施例，而是打算被授予和在此所揭露的原理及新颖特点一致的最广范围。
图1是根据本发明的一个实施例所做的一个范例的直流至直流转换器100的简化框图，该直流至直流转换器100包含一个起动电路109。为了说明目的，该直流至直流转换器100被显示为一种降压型转换器，尽管所了解的是，本发明同样也可应用在其它类型的电源转换器。一对开关Q1与Q2串联耦接在一个输入源极电压VIN以及接地之间。在所示的实施例中，该开关Q1与Q2被做成N-通道金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)，尽管其它类型的开关亦被思及，其包含适用于集成电路(IC)制造的半导体开关。上方的开关Q1使得其漏极耦接至VIN，其栅极接收一个上方的栅极控制信号UGATE，并且其源极在一个相位节点处耦接至下方的开关Q2的漏极。该下方的开关Q2在其栅极处接收一个下方的栅极控制信号LGATE并且使得其源极耦接至接地。该相位节点透过一个输出电感器L耦接至一个输出节点，该输出电感器L生成一个输出信号VOUT。该VOUT信号被施加至一个负载LD以及一个输出电容器CO，两者均参照至接地。该VOUT信号被反馈至控制器101的输出感测电路103，其中该控制器101输出该UGATE以及LGATE信号以控制开关Q1与Q2的动作。该相位节点亦被提供至控制器101以用于各种的目的，包含过电流检测。
该控制器101包含输出感测电路103、PWM控制逻辑105、栅极控制逻辑(GCL)107以及起动电路109。该输出感测电路103提供该VOUT信号的一个感测出的部份作为一个反馈信号VOFB，该反馈信号VOFB被提供至该PWM控制逻辑105之内的误差放大器111的反相输入。在典型的配置中，误差放大器111经由该VOFB信号来感测VOUT并且比较VOFB与一个参考电压VREF以控制在其输出处所提供至PWM逻辑113的一个补偿信号COMP。该PWM逻辑113包含一个产生一参考波形(例如，斜波、锯齿波或是三角信号或类似者)的振荡器或类似者(未显示)以及一个PWM比较器(未显示)，该PWM比较器比较该参考波形与该COMP信号以产生一个被提供至该GCL 107的PWM信号。根据该PWM信号，该GCL 107系发出高的UGATE信号以导通开关Q1，并且发出低的LGATE信号以关断开关Q2，以透过该输出电感器L将VIN耦接来驱动VOUT的电压电平。该GCL 107接着发出低的UGATE信号以及高的LGATE信号，以关断Q1并且导通Q2。
一个典型的起动序列是将该误差放大器111的非反相的输入(被展示为信号SSCAP)从零斜波上升至该VREF设定点电压电平。若VOUT已经预先充电时，例如其通过负载LD或是通过其它的直流至直流转换器(例如，重复的转换器或类似者)而被预先充电时，则在控制器101内之反馈回路使得GCL 107启动该下方的开关Q2一段长的时间期间以尝试降低VOUT，因为VOFB显著地大于SSCAP。因此，开关Q2耦接在接地以及透过该电感器L的预先充电的VOUT信号之间一段足够地长的时间期间，而可能超过其热限制。该起动电路109被设置以避免此不希望有的情形。该起动电路109提供一个起动使能信号SSEN给GCL 107，以有效地使能与禁用输出切换，即如以下进一步所述者。该VREF信号被提供至起动电路109，该起动电路109提供该起动参考信号SSCAP至误差放大器111的非反相输入。该COMP信号亦被提供至该起动电路109，它监视该误差放大器111的动作以判断何时是适当的以发出该SSEN信号来使能输出切换，以便于降低或是消除启动该开关Q2过长的时间期间的可能性。
该GCL 107包含一对输出驱动器(未显示)，其根据该PWM信号来驱动开关Q1与Q2的栅极，即如本领域熟练技术人员已知的。再者，GCL 107典型地包含贯通(shoot-through)保护逻辑或类似者，其确保在任何特定的时点，开关Q1与Q2中都只有一个开关是导通的。当该SSEN信号被发出为高的，则GCL 107正常运作。当该SSEN信号被发出为低的，则GCL 107将两个开关Q1与Q2关断以禁用输出切换。例如，在一个实施例中，GCL 107禁用两个输出驱动器，因而UGATE以及LGATE信号都被发出为低的，并且在该SSEN信号被发出为低的时候都保持为低的。将GCL107实施在内部以及外部的例子都被思及。例如，一个外部的栅极驱动IC可被配置有一个使能输入，该使能输入接收SSEN信号或是该信号的一个版本。在某些实施例中，GCL 107响应变为低的SSEN信号而将其输出变为三态的，并且一个别的驱动器IC检测出该三态的状况并且禁用其本身。本发明并不限于任何特定的GCL107的实施例或是配置。
图2是根据本发明的一个范例的实施例的控制器101的一部份的更详细的概要框图，其包含起动电路109的进一步细节。该VREF信号被提供至PNP双极晶体管201的基极，该晶体管201使得其集电极耦接至接地。一个电流源203耦接在一个电压源VCC以及晶体管201的发射极之间，用于提供电流给该晶体管201。该电流源203以及晶体管201全体地运作为一个电压跟随器，其在晶体管201的发射极处生成大致为VREF的电压电平。在一个实施例中，VREF是一个0.6伏特(V)的晶片上的电压参考，尽管任何其它适当的电压电平亦被思及。晶体管201的发射极耦接至电阻器R1的一端，该电阻器R1使得其另一端耦接至运算互导放大器(OTA)205的非反相的输入。另一个PNP双极晶体管207以及电流源209以类似的方式耦接在VCC与接地之间，并且全体地运作为另一个电压跟随器，其中晶体管207的发射极耦接至另一电阻器R2的一端。该电阻器R2的另一端耦接至OTA 205的反相的输入。R1与R2的电阻值可以是任何用于实施该OTA 205的边界控制的适当值。在一个实施例中，这些电阻器实质上相等的并且相关于一个主边界电阻器值。
一个边界控制器211透过电阻器R1施加一第一电流I1并且透过电阻器R2施加一第二电流I2，用于使得使用者能够规划一个特定的偏移量给直流至直流转换器100的输出电压VOUT。该边界控制器211并未进一步加以描述。该OTA 205包含一个比较器或类似者(未显示)，当OTA 205的反相以及非反相的输入实质上是相等时，该比较器或类似者提供一个调节信号REG。该REG信号被发出为高的，这大致指出VREF以及SSCAP信号的电压电平何时是足够接近的，尽管在SSCAP以及VREF信号之间的差值潜在地通过该边界控制器211来加以修改。若REG被发出为高的或是“真”并且边界控制被施加以调整VOUT时，则REG变为假，同时SSCAP扭转成为新的参考值。
一个第一单刀单掷(SPST)开关213耦接在晶体管207的基极与接地之间，并且其通过一个信号A来加以控制。当A被发出为高的，则开关213被导通(或是被闭路)，以耦接晶体管207的基极至接地；当A被发出为低的，则开关213被关断(或是被开路)，以切断晶体管207的基极与接地之连接。尽管正逻辑被显示并且描述用于所有的数字信号，但是负逻辑亦被思及。一个第二开关215耦接在OTA 205的一个反馈路径中，在该OTA 205的输出以及晶体管207的基极之间，并且通过一个信号B来加以控制。一个第三开关217耦接在OTA 205的输出以及接地之间并且通过一个信号C来加以控制。开关215与217以类似于开关113的方式运作，使得当B被发出为高的时候，则开关215被导通(被闭路)，它耦接OTA 205的输出至晶体管207的基极，并且当C被发出为高的时候，则开关217被导通(被闭路)，它耦接OTA 205的输出至接地。一个软起动电容器219耦接在该OTA 205的输出以及接地之间。该C信号也被称为一个开始信号，其在被发出为高的时候放电该电容器219并且在被发出为低的时候起始电容器219的充电。
该SSCAP信号是在该电容器219之上、于OTA 205的输出处生成的参考电压。在所示的配置中，该控制器101被配置在一个具有包含接脚P1、P2与P3的多个外部的接脚的IC或晶片上。接脚P1使得外部的选择及连接软起动电容器219至OTA205的输出，以用于生成该SSCAP信号成为可能的。以此种方式，使用者选择电容器219的值以控制根据VREF的软起动电压SSCAP的斜波上升，来控制起动动作的速率。开关217被用来在C信号被发出为高的时候，暂时将该OTA 205的输出接地并且放电电容器219，并且当C信号被发出为低的，则其使能该电容器219以充电。
该OTA 205的输出耦接至误差放大器111的非反相输入。误差放大器111的反相输入以及输出分别耦接至外部的接脚P2与P3。使用者选择并且串联耦接一个补偿电阻器RC以及一个补偿电容器CC在接脚P2与P3之间，以提供补偿给该误差放大器111，即如本领域熟练技术人员已知的。使用者还耦接该输出感测电路103在接脚P2与VOUT之间，以使得该VOUT信号的反馈感测成为可能的。在所示的实施例中，该输出感测电路103包含一个耦接在接脚P2与接地之间的第一电阻器RA以及一个在接脚P2与该PWM直流至直流转换器的输出电压VOUT之间的第二电阻器RB。在此例中，电阻器RA与RB形成一个分压器，该分压器生成该VOFB信号成为该VOUT信号的一部份，其中该VOFB信号被提供至误差放大器111的反相的输入。RA与RB的电阻值由使用者选择以分压VOUT的电压成为一个在接脚P2处的适当电压电平，以使得控制器101能够控制或者是调节VOUT的电压电平至一个根据VREF而选择的电平。在所示的配置中，RA与RB的电阻值被选择以在VOUT是在目标电压电平时，于接脚P2生成一个实质上等于VREF(例如，0.6V)的电压电平。
该误差放大器111的输出产生COMP信号，该COMP信号被提供至比较器225的反相的输入。比较器225的非反相的输入接收一个信号VRAMP，并且该比较器225的输出产生一个软起动完成的信号SC。该VRAMP信号的电压电平被选择为代表PWM逻辑113的PWM斜波电压。在所绘的配置中，该VRAMP信号是一个被设置在该斜波电压的大约中心处的电压电平，该斜波电压具有一个最大的斜波振幅电压VR_HI以及一个最小的斜波振幅电压VR_LO。在此种方式中，VRAMP是该PWM斜波电压的最大与最小的振幅的中间或是平均、或者是VRAMP＝(VR_HI+VR_LO)/2，其中该前斜线“/”表示除法。在起动的情形期间，该SSCAP信号从零斜波上升至一个根据VREF而定的电平，即如以下进一步所述者。若VOUT被预先充电为高的，则VOFB最初是大于SSCAP，因而该COMP信号被发出为低的并且小于VRAMP。因此，该SC信号最初是高的。当该COMP信号最终变为高的，而到达或是超过VRAMP的电压电平时，该SC信号被发出为低的，这指出该软起动期间的结束。
该SSCAP信号被提供至其它的比较器222、223以及224的非反相的输入。比较器223与224的反相的输入分别接收信号VMAX与VMIN。在一个实施例中，该VMAX信号具有一个足够接近电压源VCC，例如是VCC-0.6V之固定的电压电平。该比较器223在SSCAP信号超出VMAX的电压电平的情形中发出一个过电压信号OV，这指出过电压的情况。该SSCAP信号欲从零斜波上升至VRAMP，并且接着向上或下至VREF，并且在正常的动作期间应该不会接近VMAX。该信号VMIN是一个预设的最小电压值，例如，50毫伏(mV)。该比较器224在SSCAP大于VMIN时发出一个高的信号SSM，并且在SSCAP下降到VMIN之下时发出低的SSM信号。该SSM信号被用来判断该电容器219的电压何时是充分地被放电。当SSCAP大于一个适当的中间电压电平，例如在所示的实施例中的VREF时，该比较器222发出一个高的信号CHG，并且在SSCAP下降到VREF之下时发出低的CHG信号。该CHG信号被用来判断该电容器219的电压何时被充分地充电以用于时序上的目的，即如以下进一步所述者。
该CHG、OV、SSM、以及SC信号都被提供至一个数字状态机227。该数字状态机227响应于该SC信号变为低的转变以发出该SSEN信号来使能该GCL 107，以控制开关Q1与Q2来生成该VOUT信号。该数字状态机227亦接收数个过电流(OC)信号，其包含一个高侧的OC信号HOC、一个低侧的OC来源信号LOCSRC、以及一个低侧的OC吸收信号LOCSNK。该HOC信号指出通过高侧的开关Q1的过电流的情况。该LOCSRC信号指出低侧的开关Q2的电压已经变得过为负的。该LOCSNK信号指出该相位节点已经在正方向上变得过为高的。每当过电流信号HOC、LOCSRC或是LOCSNKC中之任一信号被发出以指出过电流的情况时，该数字状态机227发出一个信号(或是设定一个标志)OCP。
该数字状态机227接收一个使能信号，其指出开机重置(POR)的情况完成并且该控制器101被使用者(经由一个外部的接脚或类似者)使能。该数字状态机227发出A、B以及C信号以分别控制开关213、215以及217。开关213与215控制OTA205在多个操作状态之间，其包含开路与闭路的回路配置。开关213被闭路并且开关215被开路以将该OTA 205设置在开路的回路配置中。当OTA 205在该开路的回路配置中，则开关217被闭路以用于放电该电容器219，并且其被开路以用于使能电容器219的充电。开关213被开路并且开关215被闭路以将该OTA 205设置在闭路的回路配置中，以根据VREF来调节该SSCAP信号。在该闭路的回路配置中，开关217被开路以使得电容器219能够保持其电荷。
该数字状态机227接收REG信号，并且当该SSCAP信号变成实质上等于VREF以指出正常的电压调节动作时，发出一个对应的软起动完成信号SSDN。然而，如先前所指出的，该边界控制器211被用来调整SSCAP相对于VREF的值，以容许能够调整VOUT。该信号REG更准确地指出当OTA 205的输入实质上是相等时的OTA 205的调节。该数字状态机227包含一个储存一计数值(CNT)的计数器229，该计数值被用于界定在一个过电流的情况被侦测并且校正之后再重新起动的一个等待期间，即如以下进一步所述者。
图3是描绘数字状态机227的动作的简化状态图。四个状态被界定，其包含一个第一重置或最初与过电流的状态S0、一个第二中间状态S1、一个第三正常的操作状态S2、以及一个第四等待期间状态S3。在该状态图中，信号名称上的一条横杠表示该信号被发出为低的或者是在一个逻辑低的电平。该A、B以及C信号当被发出为高的以用于将对应的开关导通时，其被显示为“高的”，并且当被发出为低的以用于将对应的开关关断时，其被显示为“低的”。动作开始在状态S0中，并且在由SSM信号所指出该SSCAP信号的电压大于VMIN时保持在状态S0中。在状态S0中，该信号A与C被发出为高的并且B信号被发出为低的。以此种方式，开关217被导通(闭路)以放电该电容器219，并且开关215被关断(开路)，因而OTA 205最初是在开路的回路配置中。
在SSCAP下降到VMIN之下并且当该使能信号被发出而且当OCP未被发出(例如，在初始化之后并且没有过电流的情况)之后，动作前进到状态S1，该C信号在状态S1中被发出为低的，以关断开关217。此使能仍然被配置为开路的回路之OTA205，以开始充电该软起动电容器219，因而该SSCAP信号开始斜波上升或是增加。在状态S1中，若该OCP信号先前被设定时，则其被清除，并且计数器229的CNT值亦被清除或是设定至零。该数字状态机227停留在状态S1中，直到如同通过该SC信号被发出为低的所指出之COMP信号变成等于VRAMP、或是若如同通过OV信号被发出为高的所指出的一个过电压的情况发生为止。至少两个选项被描绘在若是当该OV信号被发出时，在此情形中，动作在一个选项中转变至状态S2或是在另一个选项中转变回到状态S0。该过电压的情况并未进一步加以叙述，因为其并非特别相关于本发明。除此以外，当COMP变成实质上等于VRAMP(或是增加到超过VRAMP)时，该SC信号被发出为低的，并且动作前进到状态S2。在状态S2中，该A信号被发出为低的以关断开关213，并且信号B被发出为高的以导通开关215来将该OTA205设置在该闭路的回路配置中。开关217仍然是关断的，因而该电容器219保持其电荷。当OTA 205在该闭路的回路配置中时，其运作以驱动该SSCAP信号成为实质上等于VREF。
在进入状态S2之际，该SSEN信号被发出以使能该GCL 107来开始控制开关Q1与Q2，以驱动电流至该负载LD以及/或是调节VOUT信号。一旦在状态S2中，该OTA 205驱动该SSCAP信号上或下，以朝向VREF的设定点电压。在稳态的情况中，OTA 205的输入变成实质上相等的，并且该OTA 205发出REG信号。该数字状态机227接收该REG信号并且发出该SSDN信号，该SSDN信号指出软起动期间结束并且以误差放大器111为中心的回路在控制下。动作维持在状态S2中，直到关机或是若在该OCP信号的发出之际一个过电流的情况被侦测到为止。
若是当OCP信号在状态S2中被发出时，则动作返回状态S0，该A与C信号在状态S0中再度被发出为高的，以将开关213与217转为导通的，并且该B信号被拉为低的，以关断开关215。电容器219再度被放电，并且动作维持在状态S0中，直到该SSCAP下降到VMIN之下为止。该SSEN信号被反转，因而该GCL107再度禁用Q1与Q2的切换。一旦被设定后，该OCP信号(或是标志)维持被发出，直到在状态S1中被重置为止。计数器229的CNT值最初是零。在SSCAP下降到VMIN之下之后，当OCP被设定并且计数器229的CNT值不等于(其中“！＝”系表示不等式)一个预设的计数值CV(例如，CV＝3或是任何其它适当的计数值)时，动作前进到状态S3，该C信号在状态S3中被发出为低的，以关断该开关217。在该开路的回路配置中，该OTA 205再度开始充电该电容器219，并且在该SSCAP信号小于一个预设的电压电平，例如VREF，即如通过低的CHG信号所指出时，动作维持在状态S3中。当SSCAP的电压变成实质上等于VREF，即如通过该CHG信号的发出所指出时，动作返回状态S0，并且计数器229的CNT计数值被加一。动作以此种方式多次切换在状态S0与S3之间，直到计数器229的CNT值到达该预设的计数值CV为止。在SSCAP下降到VMIN之下之后，若该使能信号被发出时，则该OCP标志被设定，并且若该计数值等于该预设的计数值CV时，则动作前进到状态S1，其中该OCP信号被反转(或是该OCP标志被清除)，并且计数器229的CNT值亦被清除。该计数器229以及在状态S0与S3之间的切换建立一个被界定为CV次的起动等待期间，此为SSCAP充电至VREF所花费的时间。在所示的实施例中，该OTA 205提供一个大约30微安培(μA)的电流，并且电容器219的尺寸由使用者所选择。
所体认到的是，根据本发明的一个实施例的起动电路在输出已经是高的或者被预先充电时延迟输出切换，直到PWM直流至直流电源转换器的误差放大器的输出高到足以避免控制器驱动导通低侧的开关过长的时间量为止。在一个实施例中，输出切换在误差放大器的输出大约是被定在该PWM调制器的斜波电压的中间时被起始。这意味着误差放大器的非反相的输入足够接近反相的或是负“-”输入，因而输出切换可以开始，这避免潜在有害的瞬变值电流。在输出切换被起始之后，误差放大器的非反相的输入系被斜波变化至该VREF设定点。
在此所描述的实施例中，在其输出处具有一个外部的软起动电容器的运算互导放大器(OTA)被采用来将该误差放大器的非反相的输入从零斜波上升，直到该误差放大器的输出到达一个位在该PWM的调制器斜波的中间的电压电平为止。因此，当误差放大器的非反相的输入足够接近其反相的输入时，输出切换被使能，该反相的输入接收VOUT被反馈部份。误差放大器的反相的输入相关于VOUT，因而当该误差放大器的输入大约是相等时，一个相关于该预先充电的输出电平的电压已经被储存在该软起动电容器之上。再者，由于该误差放大器的输入是彼此接近的，因此没有任一输出开关可以在多个切换周期都保持导通的。接着，该OTA系被配置以斜波上升或是下降至该VREF设定点。由于至该参考设定点的转变通过该OTA以及软起动电容器所控制，或是V＝(30uA/C)*T，因此该转变可被规划成缓慢地，而不致引起输出电压或电流的瞬变值。
所体认到的是，许多种变化都是可能的，并且许多都被思及。例如，一个第四SPST开关(未显示)可被加在接脚P1与P2之间(或是在VOFB以及SSCAP之间)，其具有一个从该数字状态机227输出的额外的控制信号。此额外的开关被用来充电SSCAP至VOFB的电压，其中该状态机保持在状态S0中，直到SSCAP变成等于VOFB并且接着转变至状态S1为止。该OTA 205仍然斜波上升直到COMP等于VRAMP为止。在此例中，开关217的功能被修改，并且只有在过电流的情况之期间才被用来放电该电容器219。
尽管本发明已经参照其某些较佳的版本而相当详细地加以描述，但是其它的版本及变化都是可行的且被思及。例如，特定的电压或电流电平以及组件值与元件类型是可以为任意的，并且是根据特定的做法而定的。正或负逻辑都被思及。数字与模拟的做法以及其任何组合亦被思及。本领域熟练技术人员应该体认到其可以在不脱离由以下的权利要求书所界定的本发明的精神与范围下轻易地利用所揭露的概念及特定的实施例来作为设计或修改其它用于提供和本发明相同的目的的结构的基础。
权利要求
1.一种用于电源转换器的起动电路，该电源转换器包含误差放大器，该误差放大器比较输出感测信号与起动参考信号并且提供指示该比较的补偿信号，该起动电路包括放大器电路，其响应于开始信号，来充电该起动参考信号至一个根据一第二参考信号的预设参考电平；比较器，其判断所述补偿信号何时到达预设的斜波电平，并且其发出指示到达的起动完成信号；以及起动逻辑，其提供所述开始信号并且响应于所述起动完成信号来提供输出使能信号。
2.如权利要求1所述的起动电路，其特征在于，所述预设斜波电平大约是用于PWM调制的锯齿波调节波形的中心电压。
3.如权利要求1所述的起动电路，其特征在于，所述放大器电路包括放大器，其具有接收所述第二参考信号的输入以及输出；以及耦接至所述放大器的输出的电容器；其中所述放大器响应于所述开始信号来充电所述电容器，以充电所述起动参考信号。
4.如权利要求3所述的起动电路，其特征在于，更包括耦接而横跨所述电容器的第一开关，其中所述开始信号开路所述第一开关以使能所述电容器的充电。
5.如权利要求4所述的起动电路，其特征在于，更包括耦接在所述放大器的反馈路径中的第二开关；并且其中所述第二开关最初是开路的，以将所述放大器设置在开路的回路配置中，并且其中所述第二开关被闭路以切换该放大器到闭路的回路配置，来根据所述第二参考信号维持所述起动参考信号。
6.如权利要求5所述的起动电路，其特征在于，更包括所述放大器具有接收所述第二参考信号的第一输入以及耦接至所述第二开关的第二输入；以及耦接在所述放大器的第二输入与接地之间的第三开关，其中所述第三开关在起动的动作期间以及所述放大器正在充电所述电容器时被闭路，并且其中所述第三开关在所述第二开关被闭路时而被开路。
7.如权利要求6所述的起动电路，其特征在于，所述起动逻辑包括数字状态机，所述数字状态机控制所述第一、第二与第三开关以起动所述电源转换器。
8.如权利要求6所述的起动电路，其特征在于，所述放大器包括运算互导放大器。
9.如权利要求6所述的起动电路，其特征在于，更包括第一电压跟随器，其具有接收所述第二参考信号的输入以及耦接至所述放大器的第一输入的输出；以及第二电压跟随器，其具有耦接至所述第二与第三开关的输入以及耦接至所述放大器的第二输入的输出。
10.如权利要求9所述的起动电路，其特征在于，更包括第一电阻器，其耦接在所述第一电压跟随器的输出以及所述放大器的第一输入之间；第二电阻器，其耦接在所述第二电压跟随器的输出以及所述放大器的第二输入之间；以及边界控制器，其耦接以调整通过所述第一与第二电阻器的电流。
11.一种用于直流至直流转换器的起动保护的方法，包括禁用所述直流至直流转换器的输出切换；根据一个参考信号来使得误差放大器的参考输入的电压斜波上升；通过所述误差放大器来根据所述参考输入以及所述直流至直流转换器的输出的一反馈部份以提供补偿信号；并且当所述补偿信号到达预设的调节电平时使能所述直流至直流转换器的输出切换。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述斜波上升所述误差放大器的参考输入的电压包括通过运算互导放大器(OTA)来充电电容器。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，更包括提供所述参考信号至所述OTA的输入；运作所述OTA在开路的回路状态中以充电所述电容器；并且当调节被实现时，运作所述OTA在闭路的回路状态中以根据所述参考信号维持所述电容器的电压。
全文摘要
一种用于电源转换器的起动电路包含放大器电路、比较器以及起动逻辑。该电源转换器包含误差放大器，该误差放大器比较一个输出感测信号与一个起动参考信号并且提供一个补偿信号。该放大器电路响应于一个开始信号，来充电该起动参考信号至一个根据第二参考信号而预设的参考电平。该比较器判断该补偿信号何时到达一个预设的斜波电平，并且其发出一个指示到达的起动完成的信号。该起动逻辑提供该开始信号并且响应于该起动完成的信号来提供一个输出使能信号。该输出使能信号使能输出切换，以开始该输出电压的正常的调节动作。在一个实施例中，该预设的斜波电平大约是用于PWM调制的锯齿波调节波形的中心电压。
文档编号H02M1/00GK1894843SQ200480028581
公开日2007年1月10日 申请日期2004年10月27日 优先权日2003年10月28日
发明者詹姆士·W·雷兹, 古斯塔沃·J·曼哈斯 申请人:英特赛尔美国股份有限公司