一种带有非稳态电流限制的自适应软启动电路的制作方法

本发明属于电子电路技术领域，涉及一种应用于dc-dc开关变换器的带有限制非稳态电流功能的自适应软启动电路。

背景技术：

在许多dc-dc变换器的应用中，通常设计软启动模块以防止芯片在硬上电过程中出现电流过大以及逻辑错误等问题。软启动电路传统的做法是用一股恒定的电流给电容充电，电容电压作为软启动电路的输出电压，该输出电压供给误差放大器的其中一个输入，使得变换器的输出电压跟随软启动电压的上升速度上升，以达到软启动的目的。但由于传统软启动的充电电流是固定的，其输出电压的上升斜率也被固定，而dc-dc变换器通常存在多种启动情况，包括不同的输出电压以及不同的负载电流等情况。上述情况会导致一些启动情况出现占空比过高等问题。同时，由于电容和偏置电流受工艺偏差影响较大，通常需要设置较大的裕度来保证软启动的正常功能，这常常使得dc-dc变换器有着比较长的启动时间。此外，在软启动等过程中，变换器未工作在稳定状态，特别是在电流模的dc-dc变换器中，其非稳态电流在这些过程中不受控，在极端的情况下甚至会出现大电流烧毁芯片的情况。

技术实现要素：

就是针对上述不足之处，本发明提出一种带有非稳态电流限制的自适应软启动电路，适用于开关变换器，能够根据开关变换器不同的输出电压或不同的负载电流等情况，自适应地提供软启动电压。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带有非稳态电流限制的自适应软启动电路，适用于开关变换器，所述自适应软启动电路包括自适应软启动电压产生电路和电压选择电路，所述开关变换器包括误差放大器ea，所述自适应软启动电压产生电路的第一输入端连接第一偏置电压vref1，其第二输入端连接所述误差放大器ea的输出端，其输出端连接所述电压选择电路的第一输入端；所述电压选择电路的第二输入端连接第二偏置电压vref2，其输出端作为所述自适应软启动电路的输出端连接所述误差放大器ea的正向输入端，所述误差放大器ea的负向输入端连接所述开关变换器输出电压的采样信号vfb；

所述自适应软启动电压产生电路包括第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第一pmos管mp1、第一电压放大器opa1、第二电压放大器opa2和电容c，

第二电压放大器opa2的负向输入端作为所述自适应软启动电压产生电路的第一输入端，其正向输入端作为所述自适应软启动电压产生电路的第二输入端，其输出端连接第一pmos管mp1的栅极；

第一电压放大器opa1的正向输入端连接其输出端并作为所述自适应软启动电压产生电路的输出端，其负向输入端连接第一nmos管mn1的源极和第二nmos管mn2的漏极并通过电容c后接地；

第一nmos管mn1的栅极连接第一使能信号en1，其漏极连接第一pmos管mp1的漏极，第一pmos管mp1的源极接电源电压；第二nmos管mn2的栅极连接第二使能信号en2，其源极接地；

所述电压选择电路包括第二pmos管mp2、第三pmos管mp3和偏置电流源ib，第二pmos管mp2的栅极作为所述电压选择电路的第一输入端，其源极连接第三pmos管mp3的源极和偏置电流源ib的正极并作为所述电压选择电路的输出端，其漏极连接第三pmos管mp3的漏极并接地；第三pmos管mp3的栅极作为所述电压选择电路的第二输入端，偏置电流源ib的负极接电源电压。

具体的，所述第一偏置电压vref1的电压值小于所述误差放大器ea的输出电压ea_out的最大电压值。

具体的，所述第二偏置电压vref2为高精度的基准电压。

具体的，所述第一使能信号en1为软启动有效信号，当第一使能信号en1为高时，自适应软启动电压产生电路的输出端正常输出软启动信号ss_out；当第一使能信号en1为低时，自适应软启动电压产生电路停止对电容c进行充电，输出保持不变。

具体的，所述第二使能信号en2为软启动重置信号，当第二使能信号en2为高时，所述电容c上的电量通过第二nmos管mn2的通路进行泄放，软启动信号ss_out被置为低电平。

本发明的有益效果为：本发明提出的自适应软启动电路能够根据dc-dc开关变换器不同的输出电压或不同的负载电流等情况，自适应地提供软启动信号ss_out，使得无论开关变换器在何种情况下，误差放大器ea的输出信号ea_out都能钳位在所设置电压即第一偏置电压vref1的附近，进而电感电流也被限制在一定范围内进行软启动；相对传统的软启动电路，本发明限制了非稳态下的电感电流峰值，具有更安全更快速的特点，且受工艺偏差的影响大大降低。

附图说明

图1为本发明提供的一种带非稳态电流限制的自适应软启动电路的结构框图。

图2为本发明中自适应软启动电压产生电路的结构示意图。

图3为本发明中电压选择电路的结构示意图。

图4为本发明提供的一种带非稳态电流限制的自适应软启动电路的功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。

本发明适用于开关变换器，下面以电流模形式的开关变换器为例，如图1所示为本发明提供的带非稳态电流限制的自适应软启动电路的结构框图，包括自适应软启动电压产生电路和电压选择电路，电流模开关变换器包括误差放大器ea，自适应软启动电压产生电路的第一输入端连接第一偏置电压vref1，其第二输入端连接误差放大器ea的输出信号ea_out，其输出端输出软启动信号ss_out连接电压选择电路的第一输入端；电压选择电路的第二输入端连接第二偏置电压vref2，其输出端作为自适应软启动电路的输出端连接误差放大器ea的正向输入端，误差放大器ea的负向输入端连接开关变换器输出电压的采样信号vfb。

其中，第一偏置电压vref1一般小于误差放大器ea的输出电压ea_out的最大值，可根据所希望的软启动期间电感电流峰值而定；第二偏置电压vref2为高精度的基准电压。

电压选择电路比较自适应软启动电压产生电路输出的软启动信号ss_out和第二偏置电压vref2，并将其中电压值较低的信号输入到误差放大器ea的输入端，使得当软启动信号ss_out大于第二偏置电压vref2时软启动停止。误差放大器ea将其输入信号的误差进行放大后输出。误差放大器ea的输出信号ea_out和第一偏置电压vref1作为自适应软启动电压产生电路的输入电压，自适应软启动电压产生电路根据误差放大器ea的输出信号ea_out和第一偏置电压vref1调控对其电容c的充电电流。上述电路构成的负反馈可使软启动期间误差放大器ea的输出信号ea_out钳位在第一偏置电压vref1附近，使得电感电流在启动期间保持在合适的值，进而使得开关变换器拥有安全、快速的软启动特性的同时拥有限制非稳态电流的功能。

如图2所示为本发明中自适应软启动电压产生电路的原理图，误差放大器ea的输出信号ea_out和第一偏置电压vref1作为自适应软启动电压产生电路的输入电压，当ea_out>vref1时，第二电压放大器opa2的输出电压升高，使得流过第一pmos管mp1的电流变小，软启动信号ss_out上升变慢，误差放大器的输出信号ea_out变低。当ea_out<vref1时，第二电压放大器opa2的输出电压降低，使得流过第一pmos管mp1的电流变大，软启动信号ss_out上升变快，误差放大器输出信号ea_out变高。该负反馈环路使得软启动期间误差放大器的输出信号ea_out钳位在第一偏置电压vref1附近。

第一使能信号en1为软启动有效信号，当第一使能信号en1为高时，自适应软启动电压产生电路正常输出软启动信号ss_out；当第一使能信号en1为低时，自适应软启动电压产生电路停止对电容c进行充电，输出保持不变。第二使能信号en2为软启动重置信号，当第二使能信号en2为高时，电容c上的电量通过第二nmos管mn2的通路进行泄放，软启动信号ss_out被置为低电平。

图3为电压选择电路的原理图，第二pmos管mp2和第三pmos管mp3构成两个源跟随器，由于流过两个mos管的电流总量等于偏置电流ib，当输入的软启动信号ss_out的电压小于第二偏置电压vref2时，此时电流基本全部流过第二pmos管mp2，电压选择电路的输出电压out等于ss_out+vthp，其中vthp为阈值电压；当输入的软启动信号ss_out的电压大于第二偏置电压vref2时，此时电流基本全部流过第三pmos管mp3，电压选择电路的输出电压out等于vref2+vthp。

图4为带非稳态电流限制的自适应软启动电路的功能示意图，当第一使能信号en1＝0时，自适应软启动电压产生电路中第一nmos管mn1截至，对电容c的充电电流为零，此时软启动信号ss_out保持不变，开关变换器输出电压的采样信号vfb缓慢下降，对应图4中的阶段①；当第一使能信号en1＝1时，自适应软启动电压产生电路中第一nmos管mn1导通，对电容c的正常充电，此时软启动信号ss_out慢慢上升，对应图4中的阶段②和③。

在阶段②中，由于初始状态ea_out<vref1，此时负反馈控制对电容c的充电电流增大，软启动信号ss_out快速上升，直至软启动信号ss_out接近开关变换器输出电压的采样信号vfb；误差放大器的输出信号ea_out逐渐逼近第一偏置电压vref1后最终保持在vref1附近。

在阶段③期间，误差放大器的输出信号ea_out近似等于第一偏置电压vref1；软启动信号ss_out和开关变换器输出电压的采样信号vfb保持恒定的差值持续上升。

从上述过程中可以看出，在软启的过程中误差放大器输出信号ea_out会被限制在第一偏置电压vref1附近，在电流模的dc-dc开关变换器中，意味着电感电流也被限制在可控范围内。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。