专利名称：防止突波装置与方法
技术领域：
本发明是关于一种防止突波的装置与方法，特别是一种呈现平滑软启动 并可防止操作时的突波电流的装置与方法。
背景技术：
交换稳压器有较好的电压转换效率，因此通常被使用于转换大压差及大
负载电流。然而，交换稳压器在电源启动(power on)的初期，容易造成过 大的涌入电流(rush current )或过量(overshoot)的l俞出电压，进而可能 造成电路的损坏。因此，在电源启动时，需使用软启动装置(soft-start) 而让电源电压可緩慢上升。软启动装置除了可应用于交换稳压器之外，更可 应用于多种电路，只要是输入的电源必须緩慢上升，以避免启动初期的过大 涌入电流或过量输出电压的电路，皆可使用软启动装置。
请参照图1A为公知技术的软启动装置示意图。公知技术针对软启动装置 的设计上，包含电流源AIO、电容A20、开关A30、参考电压A40及固定电 压源A50。
软启动装置一开始为开回路操作，也就是说开关A30为开启的状态。利 用电流源A10对电容A20充电，在充电过程中电容A20会緩慢的增加电压， 而产生一个斜率电压(ramp voltage)。因此，参考电压A40也同时跟随斜率 电压而緩慢上升，如此可达到软启动的功能。此时，当斜率电压接近固定电 压源A50的电压值时(于此，固定电压源A50的电压值可以是能隙电压 (bandgap voltage)),必须结束软启动机制，使整个系统恢复正常操作。作 法是将开关A30关闭，而切回闭回路，使参考电压A40输出固定电压源A50 的电压值。
然而，开关A30的切换时间点不易控制，容易造成不连续的突波，使得 系统不稳定而误动作。请参照图IB为公知技术的软启动装置切换波形示意图 (一)。由图lB所示可知，如果开关A30切换的太晚，会造成参考电压(Vref)A40 超过能隙电压(Vbg),而往上形成一个突波后才回到能隙电压值(Vbg)。相对的，请参照图1C为公知技术的软启动装置切换波形示意图(二)。由图1C所 示可知，如果开关A30切换的太早，会造成参考电压(Vref)A40尚未到达能 隙电压(Vbg),使得参考电压A40与能隙电压间产生一间距。
因此，如何解决传统技术上，软启动装置于开关切换时，造成电压波形 不连续而衍生的问题，或甚至是交换稳压器在操作状态下，电流突波所衍生 的问题，皆为一亟待解决的议题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种防止突波的装置与方法。本发明可在软启动 机制结束后，平顺(smooth)的转换为正常机制操作，且不会造成突波的问题， 以达到更为平顺的软启动功能，并更进一步的防止操作状态下突波电流的发 生。
本发明提出一种防止突波的装置，包含放大器，具有正相输入端、反 相输入端、输出端与电源控制端，正相输入端耦接参考电压，输出端输出输 出电压，依据输出电压产生反馈电压并耦接至反相输入端；电压斜率产生器， 耦接放大器的电源控制端，产生緩升电压，当緩升电压的电压值小于阈值， 输出电压跟随緩升电压上升，当緩升电压的电压值不小于阈值，输出电压呈 现稳定电压值。
本发明亦提出一种防此突波的方法，包含下列步骤提供放大器，而放 大器具有正相输入端、反相输入端、输出端与电源控制端；输入参考电压至 正相输入端；由输出端输出输出电压；依据输出电^产生反馈电压并传送至 反相输入端；输入緩升电压至放大器的电源控制端；依据緩升电压的电压值 上升，输出电压与反馈电压跟随緩升电压上升；当反馈电压上升至等于参考 电压时，输出电压呈现稳定电压值。
有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合
如后。
图1A是公知技术的软启动装置示意图； 图1B是公知技术的软启动装置切换波形示意图(一)； 图1C是公知技术的软启动装置切换波形示意图(二)； 图2是防止突波的装置的一实施例的示意5图3是防止突波的装置的一实施例的示意图； 图4是防止突波的装置的电压波形示意图； 图5是防止突波的装置的一实施例的示意图；以及 图6是防止突波的方法的流程图。
具体实施例方式
请参照图2，该图所示为防止突波的装置的第一实施例示意图。此防止突 波的装置包含放大器10与电压斜率产生器20。
放大器IO具有正相输入端12、反相输入端14、输出端16与电源控制端 18。正相输入端12耦接参考电压，输出端14输出一输出电压，依据输出电 压产生反馈电压，且该反馈电压耦接至反相输入端l4。其中，参考电压可为 能隙电压(bandgap voltage)。
电压斜率产生器20耦接放大器10的电源控制端18，产生缓升电压，此 处所称的緩升电压为一斜率电压(rarap voltage),而缓升电压的电压值可由 零电压上升至电源电压(Vdd)。
于此，放大器10所输出的输出电压会随着电压斜率产生器20所产生的 緩升电压而变化，其变化关系为当緩升电压的电压值小于阈值时，输出电 压会跟随緩升电压上升；而当緩升电压的电压值不小于阈值，也就是緩升电 压的电压值大于或等于阈值时，输出电压便不跟随緩升电压上升，而呈现稳 定电压值。
以下将以防止突波的装置应用在交换稳压器(switching regulator)为例 作说明。请参照图3为防止突波的装置的第二实施例示意图。第二实施例中， 放大器10是误差放大器(error amplifier)。图3中，放大器10的输出端 16所输出的输出电压，可提供交换稳压器作后续的应用。
接续说明，反馈电压为依据输出电压而产生，两电压的电压值未必完全 相同，但两电压值的变化会有所关联。由于緩升电压启动初期(緩升电压的电 压值小于阈值时)，输出电压会跟随緩升电压上升，因此反馈电压亦跟随緩升 电压上升。反馈电压的电压值跟随緩升电压而逐渐上升，进而趋近于参考电 压的电压值，而当反馈电压的电压值上升至等于参考电压的电压值时，即到 达阈值，而使得输出电压不再跟随緩升电压上升，而呈现一稳定电压值。因 此，上述的阈值是反馈电压等于参考电压时，緩升电压的电压值。本实施例藉由电压斜率产生器20而产生緩升电压，而将緩升电压提供给 放大器10的电源控制端18。于此，放大器10的正相输入端12所输入的参 考电压便不须緩慢上升，可在参考电压输入初期即上升至固定电压值，也就 是能隙电压值。
其中，放大器10的电源控制端18位于放大器10的输出级(output stage)。也就是说，本发明藉由控制放大器10的输出级的电源(power),来 调整放大器IO的输出电压，以达到防止突波的功能。本发明的作法，可在软 启动机制结束后，也就是緩升电压到达阈值时，平顺的让输出电压维持稳定 电压值，而转换为正常机制，并且在软启动机制转换为正常机制的过程中不 会有突波产生，达到更平滑的转换。
请参照图4为防止突波的装置的电压波形示意图。由图4可看出緩升电 压由零电压緩慢上升，而在緩升电压小于阈值时，输出电压亦随着緩升电压 而上升。由图中可看出，在緩升电压上升初期，输出电压几乎没有上升而维 持在零电压值，那是因为放大器10中的MOS开关(可参照图3)尚未导通，所 以输出电压没有反应。而当缓升电压上升至MOS开关的导通电压(如图中所示 的导通值)，而使M0S开关进入饱和区时，放大器10的输出电压便会紧跟着 緩升电压而上升。
由图4可发现，当緩升电压上升至阈值时，输出电压即不再跟随緩升电 压而上升，而呈现稳定电压值。此时，防止突波的装置便转换为正常机制， 而输出最终的稳定电压值。此外，如图4所示，输出电压的电压值恒小于緩 升电压的电压值。因此，可藉由控制的放大器10的输出级的电源(緩升电压)， 来限制放大器10的输出电压。
请参照图5,该图所示为防止突波装置应用于正常操作状态下的实施例。 在正常操作状态下，由于输出电压皆不大于緩升电压，因此得以利用緩升电 压来限制输出电压的上限。若以交换稳压器为例，可由緩升电压来决定交换 稳压器的最大工作状态(duty),如此可以避免因外部的影响而突然使得输出 电压上升，并可能进而产生突波电流(超过电流L的正常范围)以致损坏到集 成电路本身。因此，本实施例的防止突波装置除了可使用在软启动之外，亦 可在正常操作状态下作为最大工作状态的限制电路，以避免突波电流的产生。
请参照图6,该图所示为防止突波的方法的流程图，包含下列步骤。
步骤S10:提供放大器，而该放大器具有正相输入端、反相输入端、输出端与电源控制端。于此，》文大器可为误差》文大器(error amplifier)。
步骤S20:输入参考电压至正相输入端。其中，参考电压可为能隙电压
(bandgap voltage)。
步骤S30:由输出端输出一输出电压。
步骤S40:依据输出电压产生反馈电压并传送至反相输入端。
步骤S50:输入緩升电压至放大器的电源控制端。其中，緩升电压的电压
值可由零电压上升至电源电压(Vdd)。而电源控制端位于放大器的输出级
(output stage)。
步骤S60:依据緩升电压的电压值上升，此时输出电压与反馈电压跟随緩 升电压上升。
步骤S70:当反馈电压上升至等于参考电压时，输出电压呈现稳定电压值。 于此，输出电压的电压值恒小于緩升电压的电压值。
虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定 本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与 润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的权利 要求所界定者为准。
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权利要求
1. 一种防止突波装置，包含一放大器，具有一正相输入端、一反相输入端、一输出端与一电源控制端，该正相输入端耦接一参考电压，该输出端输出一输出电压，依据该输出电压产生一反馈电压并耦接至该反相输入端；以及一电压斜率产生器，耦接该放大器的该电源控制端，产生一缓升电压，当该缓升电压的电压值小于一阈值时，该输出电压跟随该缓升电压上升，当该缓升电压的电压值不小于该阈值时，该输出电压呈现一稳定电压值。
2. 如权利要求1所述的防止突波装置，其中该反馈电压亦跟随该緩升电 压上升。
3. 如权利要求2所述的防止突波装置，其中当该反馈电压等于该参考电 压时，该阅值为该緩升电压的电压值。
4. 如权利要求1所述的防止突波装置，其中该电源控制端位于该放大器 的输出级。
5. 如权利要求1所述的防止突波装置，其中该;改大器为一误差放大器。
6. 如权利要求1所述的防止突波装置，其中该参考电压为一能隙电压。
7. 如权利要求1所述的防止突波装置，其中该输出电压的电压值恒小于 该緩升电压的电压值。
8. 如权利要求1所述的防止突波装置，其是用以在软启动结束后，平顺 转换为正常操作状态。
9. 如权利要求1所述的防止突波装置，其是用以在正常操作状态下，做 为一最大工作状态的一限制电路。
10. —种防止突波方法，包含下列步骤提供一放大器，而该放大器具有一正相输入端、 一反相输入端、 一输出 端与一电源控制端；输入一参考电压至该正相输入端； 由该输出端输出 一输出电压；依据该输出电压产生一反馈电压并传送至该反相输入端；以及 输入一緩升电压至该放大器的该电源控制端；其中，该输出电压与该反^t贵电压跟随该緩升电压上升且当该反^:赍电压上升至等于该参考电压时，该输出电压呈现一稳定电压值。
11. 如权利要求10所述的防止突波方法，其中该电源控制端位于该放大 器的输出级。
12. 如权利要求IO所述的防止突波方法，其中该输出电压的电压值恒小于该緩升电压的电压值。
13. 如权利要求IO所述的防止突波方法，其是用以在软启动结束后，平 顺转换为正常操作状态。
14. 如权利要求10所述的防止突波方法，其是用以在正常操作状态下限 制最大工作状态。
全文摘要
一种防止突波的装置与方法，包含放大器及电压斜率产生器。放大器具有正相输入端、反相输入端、输出端与电源控制端，其正相输入端耦接参考电压，输出端输出输出电压，依据输出电压产生反馈电压并耦接至反相输入端。电压斜率产生器耦接放大器的电源控制端，并产生缓升电压，当缓升电压的电压值小于阈值时，输出电压跟随缓升电压上升，当缓升电压的电压值不小于阈值时，输出电压呈现稳定电压值。如此可达到平滑软启动或甚至在操作时避免突波电流的目的。
文档编号H02M1/00GK101488701SQ20081000299
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者江明澄, 王伟州 申请人:瑞昱半导体股份有限公司