一种电压变换电路的软启动控制方法及装置与流程

本发明涉及电源启动领域技术，具体涉及一种电压变换电路的软启动控制方法及装置。

背景技术：

在电源的应用场景中，普遍要求电源的输出电压从启动到稳定的过程中是缓慢且单调的上升，从而避免可能引起的电压过冲而导致系统或芯片损坏，并避免可能引起的电压上升不单调而导致系统或芯片反复开关或时序错乱等现象出现。同时，不同的系统应用场景往往会对电源输出的上升时间提出具体的要求，考虑成本、体积等因素，这对电源软启动控制提出一定的挑战。

在现有技术中，对于DC/DC(直流/直流)电压变换电路常采用按一定斜率逐步抬高环路的基准电压的方式进行软启动，其基准电压上升斜率多分为一段或两段。当DC/DC电压变换电路满足开机条件时，其基准电压逐步升高，通过整个环路的负反馈控制使得输出电压也逐步上升，当基准电压上升到预设值时保持不变，此时，输出电压也保持恒定值，从而实现电源输出的软启动功能。但存在相同基准电压的上升斜率在不同负载下的起机波形差异较大，部分负载下会导致输出波形出现平台电压，甚至出现回沟，现有技术很难满足全负载范围的起机波形单调的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种电压变换电路的软启动控制方法及装置，解决了现有技术中由于基准电压上升斜率设置与电路中的负载不匹配导致的起机波形出现平台或回钩的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电压变换电路的软启动控制方法，包括：

获取所述电压变换电路中当前的基准电压及输出电压，基于所述基准电压及输出电压确定当前电路的负载大小；

根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率，并控制所述基准电压根据所述上升斜率进行调整，所述负载越小，所配置的上升斜率越大；

当所述基准电压和/或输出电压上升到正常工作电压时，控制所述电压变换电路的软启动结束。

在本发明的一种实施方式中，基于所述基准电压及输出电压确定当前电路的负载大小包括：比较当前的基准电压和输出电压的大小判断当前电路的负载大小；或者，设置至少一个电压阈值，所述电压阈值小于所述基准电压；比较所述输出电压与所述至少一个电压阈值的大小；根据所述输出电压与所述电压阈值的大小判断当前电路的负载大小。

在本发明的一种实施方式中，设置一个电压阈值时，比较当前的输出电压与所述电压阈值的大小；当所述输出电压大于所述电压阈值，则判断当前电路的负载较小，否则，判断当前电路的负载较大。

在本发明的一种实施方式中，根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率包括：当当前的输出电压大于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第一斜率；当当前的输出电压小于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。

在本发明的一种实施方式中，根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率包括：建立输出电压与上升斜率之间的函数关系，所述输出电压越大所述上升斜率越大；根据当前采集到的输出电压得到基准电压当前的上升斜率。

在本发明的一种实施方式中，获取所述电压变换电路中当前的基准电压及输出电压之前还包括：根据所述电压变换电路的软启动时长及正常工作电压设置初始基准电压；或者，将初始基准电压设置为当前输出电压。

在本发明的一种实施方式中，控制所述基准电压根据所述上升斜率进行调整之后还包括：判断当前的基准电压是否大于预设电压，若是，则设置所述基准电压当前的上升斜率为第三斜率，所述第三斜率比所述基准电压前一时刻的上升斜率小。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电压变换电路的软启动控制装置，包括：

负载估算模块，用于获取所述电压变换电路中当前的基准电压及输出电压，基于所述基准电压及输出电压确定当前电路的负载大小；

斜率配置模块，用于根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率，并控制所述基准电压根据所述上升斜率进行调整，所述负载越小，所配置的上升斜率越大；

控制模块，用于当所述基准电压和/或输出电压上升到正常工作电压时，控制所述电压变换电路的软启动结束。

在本发明的一种实施方式中，所述负载估算模块包括：负载判断子模块，用于比较所述基准电压和所述输出电压的大小判断当前电路的负载大小；或者，设置子模块，用于设置至少一个电压阈值，所述电压阈值小于所述基准电压；比较子模块，用于比较所述输出电压与所述至少一个电压阈值的大小；负载估算子模块，用于根据所述比较子模块的比较结果判断所述负载的大小。

在本发明的一种实施方式中，所述设置子模块用于设置一个电压阈值，所述电压阈值小于所述基准电压；比较子模块用于比较所述输出电压与所述电压阈值的大小；负载估算子模块用于当所述输出电压大于所述电压阈值时，判断当前电路的负载较小，否则，判断当前电路的负载较大。

在本发明的一种实施方式中，所述斜率配置模块用于当当前的输出电压大于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第一斜率；当当前的输出电压小于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。

在本发明的一种实施方式中，所述斜率配置模块包括：函数建立子模块，用于建立输出电压与上升斜率之间的函数关系，所述输出电压越大所述上升斜率越大；斜率配置子模块，用于根据当前采集到的输出电压得到所述基准电压当前的上升斜率。

在本发明的一种实施方式中，还包括：判断模块，用于判断当前的基准电压是否大于预设电压；所述斜率配置模块还用于根据所述判断模块的判断结果为是时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第三斜率，所述第三斜率比所述基准电压前一时刻的上升斜率小。

本发明的有益效果是：

本发明提供的电压变换电路的软启动控制方法及装置，通过获取当前电路中的基准电压及输出电压来确定当前电路的负载大小，从而根据该负载大小来配置基准电压的当前上升斜率，并控制基准电压根据当前的上升斜率进行增长，当基准电压和/或输出电压上升到正常工作电压时，软启动结束。通过根据电路中负载的大小来控制基准电压，从而使得与基准电压闭环控制的输出电压也能够根据基准电压的上升规则同步上升，这样，整个电路的输出电压的启动电压过程的波形不会出现差异较大的情况出现，最大程度地满足全负载范围的起机波形单调的需求；且通过调节基准电压上升斜率，可以灵活改变电源的软启动时间，以满足不同应用场景对上升时间的要求。

附图说明

图1本发明实施例一提供的电压变换电路的软启动控制方法的流程示意图；

图2本发明实施例一提供的给定初始基准电压的电压变换电路的软启动控制方法流程示意图；

图3为本发明实施例一提供的给定初始频率及占空比的电压变换电路的软启动控制方法流程示意图；

图4为本发明实施例二提供的电压变换电路的软启动控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

请参考图1所示，本实施例提供的电压变换电路的软启动控制方法包括：

S101：获取所述电压变换电路中当前的基准电压及输出电压，基于所述基准电压及输出电压确定当前电路的负载大小；

S102：根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率，并控制所述基准电压根据所述上升斜率进行调整，所述负载越小，所配置的上升斜率越大；

S103：当所述基准电压和/或输出电压上升到正常工作电压时，控制所述电压变换电路的软启动结束；在本实施例中，只要保证电路中的输出电压上升到正常工作电压时，即可结束本次软启动。

需要说明的是，所述电压变换电路包括：直流/直流变换电路；本方案是针对在直流/直流变换电路中，对于其输出的直流电压的软启动的控制过程；所述基准电压与所述输出电压通过一个闭环控制电路相互控制，所述基准电压相当于该闭环控制电路中的输入电压，所述输出电压随着所述基准电压的上升而上升，两者是一种正相关的关系。

针对步骤S101中基于所述基准电压及输出电压确定当前电路的负载大小包括：根据基准电压与输出电压的差值判断当前电路的负载大小，或者，在得到基准电压与输出电压的差值后与对应的偏差电压进行比较，通过判断其与偏差电压的大小来判断当前电路的负载大小，且，可以通过设置多个等级的偏差电压来对应当前负载的大小，如设置两个偏差电压，则此时，负载的大小分为大、中、小三个等级；或者，根据基准电压与输出电压之间的比例关系判断当前电路的负载大小；或者，通过设置至少一个电压阈值与所述输出电压进行比较，然后通过比较结果来判断当前电路的负载大小；总之，其判断负载的大小的方式并不仅仅局限于上述方式，只要满足基准电压与输出电压的差值越大，其负载越大即可。

具体地，设置一个电压阈值时，比较当前的输出电压与所述电压阈值的大小；当所述输出电压大于所述电压阈值，则判断当前电路的负载较小，否则，判断当前电路的负载较大；此时，对于步骤S102中根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率包括：当当前的输出电压大于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第一斜率；当当前的输出电压小于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。同样地，可以通过设置两个电压阈值，包括：第一电压阈值和第二电压阈值，所述第一电压阈值大于所述第二电压阈值；比较当前的输出电压与第一电压阈值及第二电压阈值的大小，当输出电压大于第一电压阈值时，判断当前电路的负载较小，当当前输出电压小于第二电压阈值时，判断当前电路的负载较大，当当前输出电压小于第一电压阈值大于第二电压阈值时，判断当前电路的负载处于较小与较大的中间状态；同理，对于基准电压当前的上升斜率的配置也是根据当前电路负载所处的状态进行配置的；只要满足负载越小，所配置的 上升斜率越大即可。

在步骤S102中，根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率包括：建立输出电压与上升斜率之间的函数关系，所述输出电压越大所述上升斜率越大；并根据当前采集到的输出电压得到基准电压当前的上升斜率。在实际应用中，工程人员通过多次试验，建立输出电压与基准电压的上升斜率的函数关系，从而，在进行基准电压的当前的上升斜率的配置的过程中，只要采集到当前的输出电压，即可根据其建立的函数关系得到当前基准电压的上升斜率。

在步骤S101获取所述电压变换电路中当前的基准电压及输出电压之前还包括：根据所述电压变换电路的软启动时长及正常工作电压设置初始基准电压；或者，将初始基准电压设置为当前输出电压。

进一步地，在步骤S102控制所述基准电压根据所述上升斜率进行调整之后还包括：判断当前的基准电压是否大于预设电压，若是，则设置所述基准电压当前的上升斜率为第三斜率，所述第三斜率比所述基准电压前一时刻的上升斜率小。所述预设电压的设置一般是设置成接近正常工作电压，由于在基准电压上升的过程中，在其接近正常工作电压的时候，其负载越来越小，因此，其上升的速度较快，设置一个预设电压来判断基准电压的上升情况，且在其接近正常工作电压的情况下，为了防止输出电压出现由于上升过快，超过正常工作电压的情况出现，在基准电压大于该预设电压的情况下，重新调整当前的上升斜率为第三斜率，且所述第三斜率小于基准电压前一时刻的上升斜率。这样，输出电压在上升的过程中就可以避免出现需要下降的情况，保证了其起机波形的单调性。

为了更清楚、准确、完整的描述本发明的技术方案，以12V输出LLC(谐振电路)拓扑为例对本方案进行说明，图2是本发明给定初始基准电压的电压 变换电路的软启动控制方法流程示意图，本实施例采用闭环软启动控制策略，当满足开机条件时，电路的软启动步骤如下：

S201：给定初始基准电压为2V，通过环路负反馈，输出电压逐渐升高；当负载较轻时，输出电压上升速度较快；当负载较重时，输出电压上升速度较慢；

S202：检测当前实际输出电压值，根据检测到的实际输出电压值判断当前负载的大小；在本实施例中，检测当前实际输出电压时延时400us。

S203：判断检测到的输出电压值是否大于电压阈值1.5V；若是，则转S204，若否，则转S205；

S204：配置基准电压的当前上升斜率为第一斜率，本实施例中设定基准电压上升斜率为每20us增加0.1V；

S205：配置基准电压的当前上升斜率为第二斜率，本实施例中设定基准电压上升斜率为每20us增加0.05V；

S206：控制基准电压按对应的上升斜率逐渐增大；

S207：检测当前基准电压是否大于预设电压10V；若是，则转S208，若否，则转S206；

S208：配置基准电压的当前上升斜率为第三斜率，本实施例中设定基准电压上升斜率为每20us增加0.005V，并控制基准电压按设定斜率逐渐增大；

S209：检测基准电压是否大于或等于正常工作电压12V；若是，则转S210，若否，则转S209；

S210：设定基准电压为正常工作电压12V，软启动过程结束。

在本实施例中，随着基准电压的逐渐升高，整个回路的输出电压经环路负反馈作用也逐渐升高，实现输出电压的软启动。步骤S204、S205为基准电压自适应负载上升，以避免输出电压产生平台或回沟；步骤S206为基准电压缓慢上升，以避免输出电压产生过冲。通过更改基准电压上升斜率，或者增减基准电 压上升斜率分段数，可灵活改变软启动时间及软启动波形，以满足不同应用场景的需求；通过更改步骤S203～S205中电压阈值及基准电压的上升斜率，或者增加步骤S203～S205中阈值及基准电压上升斜率分段数，可适用于宽负载范围及不同LLC环路参数的软启动需求。

另外，图3是本发明实施例给定初始频率及占空比的电压变换电路的软启动控制方法流程示意图，本实施例采用先开环后闭环的软启动控制策略，当满足开机条件时，软启动步骤如下：

S301：给定初始开关频率为200K，初始占空比为30％，LLC以固定频率及占空比开环工作，输出电压逐渐升高；

S302：延时1ms，检测当前实际输出电压值，根据检测到的实际输出电压值判断当前负载的大小；

S303：设定初始基准电压为当前实际输出电压，LLC切换为闭环电路工作；

S304：判断检测到的输出电压值是否大于电压阈值2V；若是，则转S305，若否，则转S306；所述输出电压大于电压阈值，表示当前负载较轻；所述输出电压小于电压阈值，表示当前负载较重；

S305：设定基准电压当前的上升斜率为第一斜率每20us增加0.1V；

S306：设定基准电压当前的上升斜率为第二斜率每20us增加0.05V；

S307：基准电压按设定的上升斜率逐渐增大；

S308：检测基准电压是否大于或等于正常工作电压12V；若是，则转S309；若否，则转S307；

S309：设定基准电压为正常工作电压12V，软启动过程结束。

同样地，本实施例根据负载的大小来设置基准电压的上升斜率大小，使得输出电压的起机波形单调平缓地上升，更大程度地减少其对电路的影响，延长 电路的寿命。

实施例二：

请参考图4所示，本实施例提供的电压变换电路的软启动控制装置40包括：负载估算模块401、斜率配置模块402和控制模块403；所述负载估算模块401用于获取所述电压变换电路中当前的基准电压及输出电压，基于所述基准电压及输出电压确定当前电路的负载大小；所述斜率配置模块402用于根据负载大小配置所述基准电压当前的上升斜率，并控制所述基准电压根据所述上升斜率进行调整，所述负载越小，所配置的上升斜率越大；所述控制模块403用于当所述基准电压和/或输出电压上升到正常工作电压时，控制所述电压变换电路的软启动结束。本方案通过根据电路中负载的大小来控制基准电压，从而使得与基准电压闭环控制的输出电压也能够根据基准电压的上升规则同步上升，这样，最大程度地满足全负载范围的起机波形单调的需求；且通过调节基准电压上升斜率，可以灵活改变电源的软启动时间，以满足不同应用场景对上升时间的要求。

进一步地，所述负载估算模块401包括：负载判断子模块，用于比较所述基准电压和所述输出电压的大小判断当前电路的负载大小；或者，设置子模块，用于设置至少一个电压阈值，所述电压阈值小于所述基准电压；比较子模块，用于比较所述输出电压与所述至少一个电压阈值的大小；负载估算子模块，用于根据所述比较子模块的比较结果判断所述负载的大小；

例如，所述设置子模块用于设置一个电压阈值，所述电压阈值小于所述基准电压；比较子模块用于比较所述输出电压与所述电压阈值的大小；负载估算子模块用于当所述输出电压大于所述电压阈值时，判断当前电路的负载较小，否则，判断当前电路的负载较大；同理，所述设置子模块也可以通过设置两个电压阈 值来对负载进行估算；所述斜率配置模块403用于当当前的输出电压大于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第一斜率；当当前的输出电压小于所述电压阈值时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。

进一步地，所述斜率配置模块402包括：函数建立子模块，用于建立输出电压与上升斜率之间的函数关系，所述输出电压越大所述上升斜率越大；斜率配置子模块，用于根据当前采集到的输出电压得到所述基准电压当前的上升斜率。在本实施例中，是通过工程人员在多次的实验中得到其输出电压与上升斜率的关系，从而建立两者之间的函数关系来得到上升斜率的值，达到控制基准电压的缓慢上升的目的。

所述软启动控制装置40还包括：判断模块，用于判断当前的基准电压是否大于预设电压；所述斜率配置模块还用于根据所述判断模块的判断结果为是时，配置所述基准电压当前的上升斜率为第三斜率，所述第三斜率比所述基准电压前一时刻的上升斜率小。所述预设电压的设置一般是设置成接近正常工作电压，由于在基准电压上升的过程中，在其接近正常工作电压的时候，其负载越来越小，因此，其上升的速度越来越快，设置一个预设电压来判断基准电压的上升情况，且在其接近正常工作电压的情况下，为了防止输出电压出现由于上升过快，超过正常工作电压的情况出现，在基准电压大于该预设电压的情况下，重新调整当前的上升斜率为第三斜率，且所述第三斜率小于基准电压前一时刻的上升斜率。这样，输出电压在上升的过程中就可以避免出现下降的情况，保证了其起机波形的单调性。

本发明通过获取当前电路中的基准电压及输出电压来确定当前电路的负载大小，从而根据该负载大小来配置基准电压的当前上升斜率，并控制基准电压 根据当前的上升斜率进行增长，当基准电压和/或输出电压上升到正常工作电压时，软启动结束。通过根据电路中负载的大小来控制基准电压，从而使得与基准电压闭环控制的输出电压也能够根据基准电压的上升规则同步上升，这样，整个电路的输出电压的启动电压过程的波形不会出现差异较大的情况出现，最大程度地满足全负载范围的起机波形单调的需求；且通过调节基准电压上升斜率，可以灵活改变电源的软启动时间，以满足不同应用场景对上升时间的要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。