软启动装置、方法、开关电源、控制器和机器人与流程

本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种升压电路的软启动装置、方法、开关电源、控制器和机器人，尤其涉及一种升压拓扑硬件软启动电路、方法、开关电源、控制器和机器人。

背景技术：

随着科技产业的不断发展，电子产品中的电源可靠性问题也逐渐被人重视。在升压拓扑电路中，往往要采用开关电源芯片来控制mos管占空比来实现升压。但开关电源芯片的反馈增益固定，存在输出电压过冲而损坏元器件的风险。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种升压电路的软启动装置、方法、开关电源、控制器和机器人，以解决开关电源芯片的反馈增益固定会使输出电压过冲而损坏元器件的问题，达到使开关电源芯片的反馈增益可调而避免使输出电压过冲而损坏元器件的效果。

本发明提供一种升压电路的软启动装置，包括：比较单元、第一控制单元和第二控制单元；其中，所述比较单元，被配置为对所述升压电路的当前实际输出电压值与设定的中间目标电压值进行比较；以及，若所述当前实际输出电压值小于所述设定的中间目标电压值，则输出第二控制信号；若所述当前实际输出电压值大于或等于所述设定的中间目标电压值，则输出第一控制信号；所述第一控制单元，被配置为基于所述第一控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第一反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第一调节；所述第二控制单元，被配置为基于所述第二控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第二反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第二调节。

在一些实施方式中，所述升压电路，包括：开关电源芯片的boost升压电路；其中，所述设定的中间目标电压值，为所述升压电路软启动结束后正常运行情况下的稳态电压值的设定系数倍。

在一些实施方式中，所述比较单元，包括：比较器模块；所述比较器模块的同相输入端，能够输入所述设定的中间目标电压值；所述比较器模块的反相输入端，能够输入所述升压电路的当前实际输出电压值；所述比较器模块的输出端，在所述当前实际输出电压值小于所述设定的中间目标电压值的情况下，输出所述第二控制信号；在所述当前实际输出电压值大于或等于所述设定的中间目标电压值的情况下，输出所述第一控制信号。

在一些实施方式中，所述第一控制单元，包括：第一增益调节模块、第一开关模块和第一控制模块；其中，所述升压电路的输出端，经所述第一增益调节模块后，连接至所述第一开关模块的第一连接端；所述第一开关模块的第二连接端，连接至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端；所述比较单元的输出端，经所述第一控制模块后连接至所述第一开关模块的开关控制端。

在一些实施方式中，所述第一增益调节模块，包括：串联设置的第一分压模块和第二分压模块；所述第一开关模块的第一连接端，连接至所述第一分压模块和所述第二分压模块的公共端；所述第一开关模块，包括：第一继电器或第一mos管。

在一些实施方式中，所述第一控制模块，包括：单向限流模块和互锁控制模块；所述单向限流模块，包括：二极管模块和电阻模块；所述互锁控制模块，包括：第一三极管模块和第二三极管模块；其中，所述二极管模块的阳极连接至所述比较单元的输出端；所述二极管模块的阴极依次经所述第一三极管模块和所述第二三极管模块后，连接至所述第一开关模块的开关控制端；所述第一三极管模块导通时所述第二三极管模块关断，所述第一三极管模块关断时所述第二三极管模块导通。

在一些实施方式中，所述第一控制单元，还包括：第一续流模块和第一单向模块中的至少之一；其中，所述第一续流模块，连接在所述第一开关模块的开关控制端；所述第一单向模块，连接在所述第一开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端之间，以使所述第一开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端之间单向导通。

在一些实施方式中，所述第二控制单元，包括：第二开关模块、第二增益调节模块和第二控制模块；其中，所述升压电路的输出端，连接至所述第二开关模块的第一连接端；所述第二开关模块的第二连接端，经所述第二增益调节模块后，连接至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端；所述比较单元的输出端，经所述第二控制模块后连接至所述第二开关模块的开关控制端。

在一些实施方式中，所述第二开关模块，包括：第二继电器或第二mos管；所述第二增益调节模块，包括：串联设置的第三分压模块和第四分压模块；所述第二开关模块的第二连接端经所述第三分压模块后，连接至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端，还连接至所述第四分压模块。

在一些实施方式中，所述第二控制模块，包括：限流模块和开关管模块；所述限流模块，包括：限流电阻模块；所述开关管模块，包括：第三三极管模块；其中，所述比较单元的输出端，经所述限流模块和所述开关管模块后，连接至所述第二开关模块的开关控制端。

在一些实施方式中，所述第二控制单元，还包括：第二续流模块和第二单向模块中的至少之一；其中，所述第二续流模块，连接在所述第二开关模块的开关控制端；所述第二单向模块，连接在所述第二开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端之间，以使所述第二开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端之间单向导通。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种开关电源，包括：以上所述的升压电路的软启动装置。

与上述开关电源相匹配，本发明再一方面提供一种控制器，包括：以上所述的开关电源。

与上述控制器相匹配，本发明再一方面提供一种机器人，包括：以上所述的控制器。

与上述开关电源相匹配，本发明再一方面提供一种开关电源的升压电路的软启动方法，包括：对所述升压电路的当前实际输出电压值与设定的中间目标电压值进行比较；以及，若所述当前实际输出电压值小于所述设定的中间目标电压值，则输出第二控制信号；若所述当前实际输出电压值大于或等于所述设定的中间目标电压值，则输出第一控制信号；基于所述第一控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第一反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第一调节；基于所述第二控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第二反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第二调节。

由此，本发明的方案，通过在开关电源芯片的升压电路的基础上，设置软启动电路，自动切换其目标电压值的大小，从而调节开关电源芯片的反馈增益，以间接调节控制占空比的大小，实现升压电路的软启动控制，能够避免使输出电压过冲而损坏元器件，提升开关电源芯片的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的升压电路的软启动装置的一实施例的结构示意图；

图2为升压拓扑电路的一实施例的结构示意图；

图3为升压拓扑硬件软启动电路的一实施例的结构示意图；

图4为升压拓扑硬件软启动电路的一实施例的软启动控制流程示意图；

图5为有无软启动电路的效果对比曲线示意图；

图6为本发明的升压电路的软启动方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种升压电路的软启动装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该升压电路的软启动装置能够包括：比较单元、第一控制单元和第二控制单元。

在一些实施方式中，所述升压电路，包括：开关电源芯片的boost升压电路。例如：开关芯片ic1(即boost开关电源芯片)、开关管(如mos管q1)、升压电感(如电感l1)、二极管d1、输出电容(如电容c1)、电阻r5、采样电阻r10，能够组成boost拓扑电路，用于升高输入电压值。mos管q1作为开关管，能够利用pwm占空比控制其导通与关断。电容c1为输出电容。

其中，所述设定的中间目标电压值，为所述升压电路软启动结束后正常运行情况下的稳态电压值的设定系数倍。例如：vref为目标电压值，即软启动结束后正常运行时期望的稳态电压值。vref1为中间目标电压值，能够采用中间目标电压值vref1＝目标电压值vref/2，可根据电路随意选择1/3、3/4等系数。

由此，通过在不改变原有的升压拓扑电路的基础上，加入一个硬件软启动电路，构成一个具有软启动的升压电路，无需参数计算，无需改动原有的开关电源芯片，既增加电路可靠性又不改变电路设计难度。

具体地，所述比较单元，被配置为对所述升压电路的输出端输出的当前实际输出电压值与设定的中间目标电压值进行比较；以及，若所述当前实际输出电压值小于所述设定的中间目标电压值，则输出第二控制信号；若所述当前实际输出电压值大于或等于所述设定的中间目标电压值，则输出第一控制信号。

当然，在实际使用时，能够根据需要设置采样单元。所述采样单元，被配置为对所述升压电路的输出端进行采样，得到所述升压电路的当前实际输出电压值。在设置采样单元的情况下，所述比较单元，被配置为对所述采样单元采集到的所述当前实际输出电压值与设定的中间目标电压值进行比较。

在一些实施方式中，所述比较单元，包括：比较器模块(如比较器u1)。其中，所述比较器模块的同相输入端，能够输入所述设定的中间目标电压值。所述比较器模块的反相输入端，能够输入所述升压电路的当前实际输出电压值。所述比较器模块的输出端，在所述当前实际输出电压值小于所述设定的中间目标电压值的情况下，输出所述第二控制信号至所述第一控制单元和所述第二控制单元；在所述当前实际输出电压值大于或等于所述设定的中间目标电压值的情况下，输出所述第一控制信号至所述第一控制单元和所述第二控制单元。

例如：比较器u1，在boost拓扑电路的输出电压值小于参考值(如中间目标电压值vref1)时输出高电平，否则输出低电平。比较器u1输出的高电平或低电平的信号，是控制继电器k1和继电器k2的关键信号。

由此，通过比较器模块输出第二控制信号或第一控制信号控制第一控制单元和第二控制单元的工作，结构简单、且控制的可靠性好。

具体地，所述第一控制单元，被配置为基于所述第一控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第一反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第一调节。

在一些实施方式中，所述第一控制单元，包括：第一增益调节模块、第一开关模块和第一控制模块。

其中，所述升压电路的输出端输出的当前实际输出电压，经所述第一增益调节模块后，连接至所述第一开关模块的第一连接端。所述第一开关模块的第二连接端，连接至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)。所述比较单元的输出端，经所述第一控制模块后连接至所述第一开关模块的开关控制端。

在一些实施方式中，所述第一增益调节模块，包括：串联设置的第一分压模块和第二分压模块。所述第一开关模块的第一连接端，连接至所述第一分压模块和所述第二分压模块的公共端。

例如：电阻r1、电阻r2，能够将输出电压进行分压。由于当前实际输出电压值vout>中间目标电压值vref1，且中间目标电压值vref1的输入端接在比较器u1的同相输入端，此时比较器u1的输出将会是低电平。当前状态为继电器k2关断、继电器k1吸合，此时输出电压反馈的增益由电阻r1、电阻r2决定，此增益影响着反馈电压值(即反馈电压fb的值)，反馈电压值(即反馈电压fb的值)通过二极管d4流入到boost开关电源芯片中，此时二极管d5反向截止。反馈电压值(即反馈电压fb的值)，输入至boost开关电源芯片中，以利用反馈电压值(即反馈电压fb的值)进行误差放大的计算。

在一些实施方式中，所述第一开关模块，包括：第一继电器(如继电器k1)或第一mos管。所述第一继电器的线圈得电端为第一开关模块的开关控制端，所述第一mos管的栅极为第一开关模块的开关控制端。

例如：继电器k1能够由mos管(优选为低导通电阻的mos管)代替，起到开关作用，产生的效果与继电器k1相当。

在一些实施方式中，所述第一控制模块，包括：单向限流模块和互锁控制模块。所述单向限流模块，包括：二极管模块和电阻模块，如二极管d6和电阻r8。所述互锁控制模块，包括：第一三极管模块和第二三极管模块，如开关管q3和开关管q4。

其中，所述二极管模块的阳极连接至所述比较单元的输出端。所述二极管模块的阴极依次经所述第一三极管模块和所述第二三极管模块后，连接至所述第一开关模块的开关控制端。所述第一三极管模块导通时所述第二三极管模块关断，所述第一三极管模块关断时所述第二三极管模块导通。

例如：电阻r8、二极管d6、三极管q3、三极管q4和电阻r9，组成控制继电器k1的外围电路，只有在比较器u1输出低电平时继电器k1才吸合，否则不动作。输出电容(如电容c1)的电压一直上升，当当前实际输出电压值vout值上升至大于中间目标电压值vref1阶段时，此时处于当前实际输出电压值vout≥中间目标电压值vref1阶段。比较器u1输出高电平也会使得三极管q3导通，三极管q3导通使得三极管q4截止，因此继电器k1因三极管q4截止而关断(三极管q4截止那么继电器k1的线圈无法形成回路)。比较器u1的输出是低电平，可知此时三极管q2管截止导致继电器k2的常开触点关断，三极管q3管截止使得三极管q4管导通导致继电器k1的常开触点吸合。

在一些实施方式中，所述第一控制单元，还包括：第一续流模块和第一单向模块中的至少之一。第一续流模块，如二极管d2。第一单向模块，如二极管d4。

其中，所述第一续流模块，连接在所述第一开关模块的开关控制端。所述第一单向模块，连接在所述第一开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)之间，以使所述第一开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)之间单向导通。

例如：二极管d2，能够提供一个回路给继电器释放能量。二极管d4，能够利用单向导通的性质，防止信号回流。

具体地，所述第二控制单元，被配置为基于所述第二控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第二反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第二调节。

由此，通过采样单元、比较单元、第一控制单元和第二控制单元，利用第一控制单元和第二控制单元切换的方式，去调整输出电压反馈的增益，从而改变反馈电压值fb信号的大小，能够解决开关电源芯片的反馈增益固定会使输出电压过冲而损坏元器件的问题，通过软启动使开关电源芯片的反馈增益可调而避免使输出电压过冲而损坏元器件。

在一些实施方式中，所述第二控制单元，包括：第二开关模块、第二增益调节模块和第二控制模块。

其中，所述升压电路的输出端输出的当前实际输出电压，连接至所述第二开关模块的第一连接端。所述第二开关模块的第二连接端，经所述第二增益调节模块后，连接至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)。所述比较单元的输出端，经所述第二控制模块后连接至所述第二开关模块的开关控制端。

在一些实施方式中，所述第二开关模块，包括：第二继电器(如继电器k2)或第二mos管。所述第二继电器的线圈得电端为第二开关模块的开关控制端，所述第二mos管的栅极为第二开关模块的开关控制端。

例如：继电器k2能够由mos管(优选为低导通电阻的mos管)代替，起到开关作用，产生的效果与继电器k2相当。利用继电器(如继电器k1和继电器k2)自动切换的方式，去调整输出电压反馈的增益，从而改变反馈电压值fb信号的大小，这个方式解决了原有开关电路中因反馈增益固定而产生输出电压过冲的问题，起到软启动的目的。

在一些实施方式中，所述第二增益调节模块，包括：串联设置的第三分压模块和第四分压模块。所述第二开关模块的第二连接端经所述第三分压模块后，连接至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)，还连接至所述第四分压模块，即经所述第四分压模块后接地。

例如：电阻r3和电阻r4，能够将输出电压进行分压。初始上电阶段，此时输出电容(如电容c1)两端电压很低即当前实际输出电压值vout较小，此时处于当前实际输出电压值vout<中间目标电压值vref1阶段。当前状态为继电器k1的常开触点关断、继电器k2的常开触点吸合，此时当前实际输出电压值反馈的增益由电阻r3和电阻r4决定，此增益影响着反馈电压值(即反馈电压fb的值)，而反馈电压值(即反馈电压fb的值)通过二极管d5流入到boost芯片中，此时二极管d4反向截止。利用继电器k1和继电器k2去切换输出电压值的增益，不同的增益产生不同的反馈电压值(即反馈电压fb的值)，从而间接改变输出占空比大小。

在一些实施方式中，所述第二控制模块，包括：限流模块和开关管模块。所述限流模块，包括：限流电阻模块，如电阻r6和电阻r7。所述开关管模块，包括：第三三极管模块，如三极管q2。

其中，所述比较单元的输出端，经所述限流模块和所述开关管模块后，连接至所述第二开关模块的开关控制端。

例如：由于当前实际输出电压值vout<中间目标电压值vref1，且中间目标电压值vref1的输入端接在比较器u1的同相输入端，此时比较器u1的输出将会是高电平。比较器u1输出高电平会使得三极管q2导通，三极管q2导通会使得继电器k2的线圈导通(12v直流电源通过继电器k2的线圈接入到地形成回路)，因此继电器k2的开关吸合。

在一些实施方式中，所述第二控制单元，还包括：第二续流模块和第二单向模块中的至少之一。第一续流模块，如二极管d3。第一单向模块，如二极管d5。

其中，所述第二续流模块，连接在所述第二开关模块的开关控制端。所述第二单向模块，连接在所述第二开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)之间，以使所述第二开关模块的第二连接端与所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)之间单向导通。

例如：二极管d3，能够提供一个回路给继电器释放能量。二极管d5，能够利用单向导通的性质，防止信号回流。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在开关电源芯片的升压电路的基础上，设置软启动电路，根据输出电压值的大小利用继电器自动切换反馈增益去实现软启动，软启动电路所有元器件参数固定，不需要对器件参数进行计算，降低了此电路的使用门槛，电路可靠性高。

根据本发明的实施例，还提供了对应于升压电路的软启动装置的一种开关电源。该开关电源能够包括：以上所述的升压电路的软启动装置。

开关电源芯片在启动的时候，由于开关电源芯片的输出电压过小会导致开关电源芯片内部的误差放大器输出值一直处于较高电压，较高电压会导致环路控制达到上限从而输出最大占空比，从而导致产生过大的浪涌电流与过大的超调电压。在这种情况下，通过增大元件的耐压耐流参数，能够避免元件损坏，但却增加了元件的成本与体积。

为了解决上述问题，能够在开关电源芯片上电时加入引入一个软启动控制。软启动控制的工作机理，就是让控制环路中误差放大器输出值尽可能的平缓，因为误差放大器输出值过大就会导致控制占空比达到上限。

一些软启动控制方案采用软件控制，而软件控制方式复杂、且需要改动原有电路。例如：软件控制方式中，需要在原有的控制时序中插入软启动时序，时序问题往往很容易产生bug(即的一些未被发现的缺陷或问题)，bug会造成电路中元器件的损坏。如果原有的电源电路采用的方案是集成开关芯片控制的话，想要采用软件控制方式去完成软启动那是无法实现的，除非将原有电路中控制环路的电路删除由改由软件控制实现，那么想要利用软件控制实现软启动电路会耗费很大的时间成本，这种方式也极大的限制了软启动电路的使用范围。

一些方案中，采用指数衰减反馈增益系数的方法进行软启动，对电路元件选型严格且元件寄生参数不可控，可靠性较弱，而且输出电压到达稳定状态比较缓慢。

一些方案中，采用变基准电压的方法进行软启动，没有明确指出具体电路或者算法，理论上改变基准电压需要改动原有的开关芯片，局限性较大。

另外，市面上仍然有许多开关电源芯片没有内置软启动功能，没有软启动的开关电源电路有可能在上电瞬间就损坏开关管、电容等关键器件，造成电源无法正常工作。

在一些实施方式中，本发明的方案，提供一种升压拓扑硬件软启动电路，以利用硬件电路来实现软启动，能够在不改变原升压拓扑电路的情况下，仅通过分立元件搭建一个软启动电路外接在原有的升压拓扑电路，不需要更换开关电源芯片，也无需软件控制，就能实现软启动，从而有效避免开关管因过流而损坏，同时还能有效抑制超调电压。

本发明的方案，是通过在原有升压拓扑电路上加入一个硬件软启动电路，通过硬件控制自动切换其目标电压值的大小，从而间接调节控制占空比的大小，实现升压电路的软启动控制；可自动切换目标电压值去实现软启动功能，目标电压值适时切换有效的抑制了mos管的占空比大小。也就是说，本发明的方案所采用的软启动电路并不会改变原开关电源电路的环路参数，同时软启动电路的各元件参数无需计算，根据输出电压值的大小利用继电器自动切换反馈增益去实现软启动。

其中，在本发明的方案中，软启动电路对原有的开关电源电路改动不大，无需软件操控就可实现，也就是说，软启动功能无需软件编程仅通过硬件电路就可实现软启动控制。

在本发明的方案中，软启动电路所有元器件参数固定，不需要对器件参数进行计算，降低了此电路的使用门槛，电路可靠性高。

在本发明的方案中，软启动电路能自行判断当前的开关电源是否需要进行软启动功能。软启动电路的加入能抑制浪涌电流与超调电压，保护开关管与输出电容。

其中，软启动电路是依靠输出电压的大小去实现控制切换的，假若上电瞬间输出电压已经处于目标电压值，那么此时不会进行软启动，因为比较器输出始终都是低电平，所以相当于自行判断了是否需要进行软启动功能。

同时，本发明的方案，在升压电路启动过程结束后，会将软启动电路关断。软启动过程结束电路不会再进行动作，避免了启动电路持续产生电能损耗，提高了效率。而且，软启动结束后软启动电路不会再干预开关电源电路正常运行，因此无需改变原开关电源电路的元件参数，且软启动电路参数已固定无需电路参数计算。

下面结合图2至图5所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。

图2为升压拓扑电路的一实施例的结构示意图。如图2所示的升压拓扑电路，包括：开关芯片(如boost芯片)、mos管q1、电容c1、电感l1、二极管d1、电阻r1、电阻r2、电阻rs、电阻r5。电源的正极经电感l1后连接至二极管d1的阳极。

其中，二极管d1的阳极连接至mos管q1的漏极。二极管d1的阴极，连接至电容c1的正极，经电阻r1和电阻r2后接地gnd，还连接至电压输出端vout。mos管q1的栅极，连接至开关芯片的第一连接端，还经电阻r5后接地gnd。mos管q1的源极接地gnd。电阻r1和电阻r2的公共端连接至开关芯片的第二连接端(即反馈电压值fb增益反馈端)。电源的负极经电阻rs后接地gnd。

本发明的方案提出的一种升压拓扑硬件软启动电路，主要实现的效果是在不改变原有的升压拓扑电路的基础上(如图2所示的升压拓扑电路)，加入一个硬件软启动电路，构成一个具有软启动的升压电路。本发明的方案所展示的一个具有软启动的升压电路，无需参数计算，无需改动原有的开关电源芯片，既增加电路可靠性又不改变电路设计难度。

图3为升压拓扑硬件软启动电路的一实施例的结构示意图。在图3所示的例子中，图2所示的例子中的电阻rs为电阻r10。如图3所示的升压拓扑硬件软启动电路，包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、三极管q2、三极管q3、三极管q4、三极管q5、比较器u1、继电器k1和继电器k2。

其中，图3所示的电压输出端vout(即电阻r1远离电阻r2的一端)，连接至继电器k2的常开触点的第一端，还连接至比较器u1的反相输入端。继电器k2的常开触点的第二端经电阻r3后，连接至二极管d5的阳极，还经电阻r4后接模拟地。二极管d5的阴极，连接至开关芯片ic1(如boost芯片)的fb增益反馈端。二极管d3并联在继电器k2的线圈的两端，二极管d3的阴极接12v直流电源，二极管d3的阳极连接至三极管q2的集电极。三极管q2的基极，经电阻r6后连接至比较器u1的输出端，还经电阻r7后连接至三极管q2的发射极。三极管q2的发射极和比较器u1的电源负端均接模拟地。比较器的电源正端接12v电源。比较器u1的同相输入端为参考值输入端，能够输入中间目标电压值vref1。比较器u1的输出端，还连接至二极管d6的阳极。二极管d6的阴极，经电阻r8后连接至三极管q3的基极。电压输出端vout，能够输出当前实际输出电压值vout。

开关芯片ic1(如boost芯片)的fb增益反馈端，还连接至二极管d4的阴极。二极管d4的阳极，连接至继电器k1的常开触点的第二端。继电器k1的常开触点的第一端，连接至电阻r1和电阻r2的公共端。二极管d2并联在继电器k1的线圈的两端，二极管d2的阴极接12v直流电源，二极管d2的阳极连接至三极管q4的集电极。三极管q4的发射极连接至三极管q3的发射极。三极管q2的基极，经电阻r9后接12v直流电源，还连接至三极管q3的集电极。

在图3所示的例子中，开关芯片ic1，为boost开关电源芯片。电感l1为升压电感。mos管q1作为开关管，能够利用pwm占空比控制其导通与关断。电容c1为输出电容。电阻r1～电阻r10，为限流或上下拉电阻，选型凭经验选择无需计算。继电器k1和继电器k2均为常开继电器。比较器u1的同相输入端输入的中间目标电压值vref1大于反相输入端的输入电压值的情况下，比较器u1输出高电平。三极管q2～三极管q4，能够均为npn三极管，起开关作用。

在图3所示的例子中，开关芯片ic1(即boost开关电源芯片)、开关管(如mos管q1)、升压电感(如电感l1)、二极管d1、输出电容(如电容c1)、电阻r5、采样电阻r10，能够组成boost拓扑电路，用于升高输入电压值。

在图3所示的例子中，电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4，能够将输出电压进行分压。二极管d2和二极管d3，能够提供一个回路给继电器释放能量。

在图3所示的例子中，二极管d4和二极管d5，能够利用单向导通的性质，防止信号回流。

在图3所示的例子中，比较器u1，在boost拓扑电路的输出电压值小于参考值(如中间目标电压值vref1)时输出高电平，否则输出低电平。比较器u1输出的高电平或低电平的信号，是控制继电器k1和继电器k2的关键信号。

在图3所示的例子中，电阻r8、二极管d6、三极管q3、三极管q4和电阻r9，组成控制继电器k1的外围电路，只有在比较器u1输出低电平时继电器k1才吸合，否则不动作。

在图3所示的例子中，三极管q2、电阻r6和电阻r7，组成控制继电器k2的外围电路，只有在比较器u1输出高电平时继电器k1才吸合，否则不动作。

在图3所示的例子中，继电器k1和继电器k2能够由mos管(优选为低导通电阻的mos管)代替，起到开关作用，产生的效果与继电器k1和继电器k2相当。具体地，可用pmos管代替，连接方式为将继电器k1、k2、d2、d3去掉，控制信号接入到pmos的栅极，同时栅极接一个上拉的电阻；源漏极之间接入反馈信号，实际上就是将接入继电器的三根线分别接入到pmos管上进行替代。

图3所示的例子，能够自动切换继电器k1和继电器k2，电路参数无需计算，可适用的场景广泛，如pfc(即功率因数校正)、升压、降压、升降压等拓扑电路，如软启动电路能够运用在pfc与dc-dc拓扑电路中。

图4为升压拓扑硬件软启动电路的一实施例的软启动控制流程。

本发明的实现方案，是利用继电器(如继电器k1和继电器k2)自动切换的方式，去调整输出电压反馈的增益，从而改变反馈电压值fb信号的大小，这个方式解决了原有开关电路中因反馈增益固定而产生输出电压过冲的问题，起到软启动的目的。如图4所示，升压拓扑硬件软启动电路的软启动的过程如下：

步骤1、初始上电阶段，此时输出电容(如电容c1)两端电压很低即当前实际输出电压值vout较小，此时处于当前实际输出电压值vout<中间目标电压值vref1阶段。

其中，vref为目标电压值，即软启动结束后正常运行时期望的稳态电压值。vref1为中间目标电压值，本发明的方案举例采用中间目标电压值vref1＝目标电压值vref/2，可根据电路随意选择1/3、3/4等系数。

由于当前实际输出电压值vout<中间目标电压值vref1，且中间目标电压值vref1的输入端接在比较器u1的同相输入端，此时比较器u1的输出将会是高电平。

比较器u1输出高电平会使得三极管q2导通，三极管q2导通会使得继电器k2的线圈导通(12v直流电源通过继电器k2的线圈接入到地形成回路)，因此继电器k2的开关吸合。

比较器u1输出高电平也会使得三极管q3导通，三极管q3导通使得三极管q4截止，因此继电器k1因三极管q4截止而关断(三极管q4截止那么继电器k1的线圈无法形成回路)。

当前状态为继电器k1的常开触点关断、继电器k2的常开触点吸合，此时当前实际输出电压值反馈的增益由电阻r3和电阻r4决定，此增益影响着反馈电压值(即反馈电压fb的值)，而反馈电压值(即反馈电压fb的值)通过二极管d5流入到boost芯片中，此时二极管d4反向截止。

步骤2、输出电容(如电容c1)的电压一直上升，当当前实际输出电压值vout值上升至大于中间目标电压值vref1阶段时，此时处于当前实际输出电压值vout≥中间目标电压值vref1阶段。

由于当前实际输出电压值vout>中间目标电压值vref1，且中间目标电压值vref1的输入端接在比较器u1的同相输入端，此时比较器u1的输出将会是低电平。

比较器u1的输出是低电平，可知此时三极管q2管截止导致继电器k2的常开触点关断，三极管q3管截止使得三极管q4管导通导致继电器k1的常开触点吸合。两个npn三极管互锁的意义是在没有控制信号的时候，继电器可以默认断开，并且控制信号输入高电平时继电器可以吸合，只采用一个npn或者一个pnp都是无法实现的。

当前状态为继电器k2关断、继电器k1吸合，此时输出电压反馈的增益由电阻r1、电阻r2决定，此增益影响着反馈电压值(即反馈电压fb的值)，反馈电压值(即反馈电压fb的值)通过二极管d4流入到boost开关电源芯片中，此时二极管d5反向截止。反馈电压值(即反馈电压fb的值)，输入至boost开关电源芯片中，以利用反馈电压值(即反馈电压fb的值)进行误差放大的计算。

软启动结束，软启动电路不再干扰到原升压拓扑电路正常工作。

在图4所示的例子中，能够利用继电器k1和继电器k2去切换输出电压值的增益，不同的增益产生不同的反馈电压值(即反馈电压fb的值)，从而间接改变输出占空比大小。

可见，本发明的方案，软启动电路并不改变环路特性，可靠性较高，且输出电压上升时间快；采用分立元件电路搭建软启动电路，用户无需软件编程即可实现软启动，并且无需更换原有开关芯片，因此电路的使用范围广。而且，无需对电路进行参数设计，使用门槛低并且可靠性稳定；将输出电压的增益进行两级设计，只有在输出电压达到目标值时才会切换到下一级；控制逻辑是在输出电压达到目标值时才会切换到下一级，占空比得到有效的限制，增强了原开关电源的可靠性，减少了上电瞬间的电流与电压，可在原开关电源电路的基础上引入软启动电路，可应用此方案的电路更广泛。

由于本实施例的开关电源所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，能够参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在不改变原升压拓扑电路的情况下，仅通过分立元件搭建一个软启动电路外接在原有的升压拓扑电路，可自动切换目标电压值去实现软启动功能，目标电压值适时切换有效的抑制了mos管的占空比大小，避免开关管因过流而损坏，同时还能有效抑制超调电压。

根据本发明的实施例，还提供了对应于开关电源的一种控制器。该控制器能够包括：以上所述的开关电源。

根据本发明的实施例，还提供了对应于控制器的一种机器人。该机器人能够包括：以上所述的控制器。

根据本发明的实施例，还提供了对应于开关电源的一种开关电源的升压电路的软启动方法，如图6所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该开关电源的升压电路的软启动方法能够包括：步骤s110至步骤s130。

在步骤s110处，对所述升压电路的输出端输出的当前实际输出电压值与设定的中间目标电压值进行比较。以及，若所述当前实际输出电压值小于所述设定的中间目标电压值，则输出第二控制信号。若所述当前实际输出电压值大于或等于所述设定的中间目标电压值，则输出第一控制信号。

当然，在实际使用时，能够根据需要设置采样单元。所述采样单元，被配置为对所述升压电路的输出端进行采样，得到所述升压电路的当前实际输出电压值。在设置采样单元的情况下，所述比较单元，被配置为对所述采样单元采集到的所述当前实际输出电压值与设定的中间目标电压值进行比较。

在步骤s120处，基于所述第一控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第一反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第一调节。

在步骤s130处，基于所述第二控制信号，使自身接通，以将所述当前实际输出电压值的第二反馈电压值反馈至所述升压电路中开关电源芯片的增益反馈端(如boost芯片的fb信号端)，以对所述升压电路的当前实际输出电压值的反馈增益进行第二调节。

由此，通过采样单元、比较单元、第一控制单元和第二控制单元，利用第一控制单元和第二控制单元切换的方式，去调整输出电压反馈的增益，从而改变反馈电压值fb信号的大小，能够解决开关电源芯片的反馈增益固定会使输出电压过冲而损坏元器件的问题，通过软启动使开关电源芯片的反馈增益可调而避免使输出电压过冲而损坏元器件。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述开关电源的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，能够参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在开关电源芯片的升压电路的基础上，设置软启动电路，不需要更换开关电源芯片，也无需软件控制，就能实现软启动，从而有效避免开关管因过流而损坏，同时还能有效抑制超调电压。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式能够自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明能够有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。