一种用于降压变换器的固定斜率启动电路

本发明属于模拟集成电路设计，特别涉及一种用于降压变换器的固定斜率启动电路。

背景技术：

1、在dc-dc电源转换器中，启动过程中的电流和电压的突变可能会对系统造成负面影响。传统的硬启动方式是直接接通输入电源，使转换器立即开始工作。这种启动方式可能引起输入电流的瞬时峰值，产生电源线的电压波动，以及对电源和负载产生额外的应力和噪声。

2、为了解决这些问题，引入了软启动技术。软启动可以避免电源线的电压波动和峰值电流，减少对电源和负载的应力，同时减少系统中的噪声和干扰。它可以在启动过程中提供平滑的输出电压和电流，避免系统的不稳定性和损坏。

3、固定时间软启动是指在启动过程中固定一个时间段，在这个时间段内逐渐增加输出电压或电流。具体来说，输出电压或电流在启动时以固定的增加速率线性增加，直到达到设定值。固定时间软启动是通过控制启动时间来实现输出的缓慢增加，不受输入电压、负载变化或其他因素的影响，因此不适用于高精度、高功率的降压变换器。

4、为了让降压变换器实现高精度、高功率。本发明提出了一种固定斜率软启动电路。固定斜率软启动是指在启动过程中以固定的斜率来增加输出电压或电流。斜率可以理解为输出电压或电流的变化率。固定斜率软启动是通过控制斜率来实现输出的缓慢增加。与固定时间软启动不同，固定斜率软启动的时间是根据输出电压或电流的变化速率来确定的。这种启动方法对于需要更精确控制启动过程的应用更为适用，特别是对于高功率和高精度的dc-dc转换器。

技术实现思路

1、本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种用于降压变换器的固定斜率启动电路。本发明的技术方案如下：

2、一种用于降压变换器的固定斜率启动电路，其包括：时钟产生器，采样模块，斜率控制模块，比较器comp1-2，数据选择器，非交叠时钟，其中，时钟产生器的时钟信号clka和clkb均连接采样模块，时钟信号clkb连接斜率控制模块，时钟产生器用于产生时钟信号clka和clkb去控制采样模块和斜率控制模块的时序；采样模块用于根据时钟信号clka和clkb，采样输出电压vout，并且输出信号为检测信号vsen；斜率控制模块用于根据时钟信号clkb的变化来比较输出电压vout以及检测信号vsen，输出信号为软启动电压vss，通过控制软启动电压vss的上升斜率进而控制输出电压vout的上升斜率，进而实现固定斜率启动；数据选择器用于根据控制信号vg为‘0’或‘1’来选择数据选择器的输出电压是采用软启动电压vss或是采用参考电压vref启动；比较器comp2用于比较软启动电压vss和参考电压vref的大小，当vss<vref，控制信号vg＝‘0’，当vss>vref，控制信号vg＝‘1’；比较器comp1用于通过比较反馈电压vfb，和数据选择器的输出信号vc，来产生占空比信号vpwm；非交叠时钟用于防止高端管h_side mos和低端管l_side mos同时导通，使得vin直接与gnd连接形成大电流。

3、进一步的，所述采样模块的输入信号为降压变换器的输出电压vout，时钟信号clka和clkb，斜率控制模块的输入信号为输出电压vout，检测信号vsen，时钟信号clkb，输出信号为软启动电压vss；数据选择器的输入信号为参考电压vref，软启动电压vss，输出信号为vc；比较器comp2的负端输入信号为参考电压vref，正端输入信号软启动电压vss，输出信号为数据选择器的控制信号vg。比较器comp1的负端输入信号为反馈电压vfb，正端输入信号为数据选择器的输出信号vc，输出信号为占空比信号vpwm；非交叠时钟的输入信号为占空比信号vpwm、输出信号为驱动信号vgh和vgl；

4、进一步的，所述采样模块包括nmos管mn1、mn12、电容c1及电流源i1，nmos管mn1的栅极接时钟信号clka，源极接电容c1，漏极接电流源i1，nmos管mn2的栅极接时钟信号clkb和源极接电容c1，漏极接输出电压vout。

5、进一步的，所述采样模块中电流源i1、nmos管mn1、电容c1组成了基准斜率产生模块，在时钟信号clka＝‘0’，clkb＝‘1’时，nmos管mn2被打开，输出电压vout会被电容c1采样，在时钟信号clka＝‘1’，clkb＝‘0’时，电流源i1对电容c1进行线性充电，检测信号vsen以恒定的斜率上升。

6、进一步的，所述斜率控制模块包括动态比较器、6位上下计数器、解码器、pmos管mp0-pmos管mp65、开关d0-开关d63及电容c2，其中，pmos管mp0-pmos管mp65的源极接输入电压vin，pmos管mp0-pmos管mp63漏极与开关d0-开关d63相连接，栅极与pmos管mp65的栅极和漏极相连接，pmos管mp64的漏极与电容c2相连接，电容c2与开关d0-开关d63相连接；动态比较器包括pmos管mp66-pmos管mp70，nmos管mn0-3；pmos管mp66的源极接vin，栅极接时钟信号clkb，漏极接pmos管mp67-68的源极；pmos管mp67的栅极接输出电压vout，漏极接pmos管mp69的源极；pmos管mp68的栅极接检测信号vsen，漏极接pmos管mp70的源极；pmos管mp69的栅极与nmos管mn1的栅极，nmos管mn3和pmos管mp70漏极相连；pmos管mp70的栅极与nmos管mn3的栅极，nmos管mn2和pmos管mp69漏极相连，nmos管mn0-3的源极与gnd相连；nmos管mn0-1的栅极与时钟信号clkb相连；nmos管mn0的漏极与nmos管mn3和pmos管mp70漏极相连，nmos管mn1的漏极与nmos管mn2和pmos管mp69漏极相连；上下计数器的输入信号来自动态比较器的输出信号up/dn，输出信号为dctrl[5:0]，经过解码器后，会产生64位2进制编码，控制开关d0-开关d63。

7、进一步的，所述斜率控制模块中动态比较器的正向输入端接输出电压vout，负向输入端接检测信号vsen，正向输出端为dn信号，负向输出端为up信号，当输出电压vout大于检测信号vsen时，说明输出电压的上升斜率大于检测信号vsen，此时动态比较器的输出端口有up＝‘0’，dn＝‘1’，上下计数器会执行递减计数，即dctrl[5:0]会降低，经过解码器后输出的64位二进制码使得开关d0-63断开的个数增加，给电容c2的充电电流减小，软启动电压vss上升速率下降，减小输出电压vout的上升速率；当输出电压vout小于检测信号vsen时，说明输出电压的上升斜率小于检测信号vsen，此时动态比较器的输出端口有up＝‘1’，dn＝‘0’，上下计数器执行递增计数，即dctrl[5:0]会增加，经过解码器后输出的64位二进制码使得开关d0-开关d63闭合的个数增加，给电容c2的充电电流增加，软启动电压vss上升速率增加，增加输出电压vout的上升速率。

8、进一步的，所述比较器comp1-2包括pmos管mp0-mp4和nmos管mn0-5，其中pmos管mp0、pmos管mp3、pmos管mp4的源极与输入电压vin相连，pmos管mp0的栅极与偏置电压vb相连接，漏极与pmos管mp1-mp2的源极相连接；nmos管mp2的漏极接nmos管mn2-3的栅极，nmos管mp1的漏极接nmos管mn4-5的栅极；nmos管mn2的漏极与栅极相连，nmos管mn5的漏极与栅极相连；nmos管mn1的漏极与pmos管mp4的漏极相连，栅极与pmos管mp3的栅极相连，pmos管mp3的漏极与nmos管mn0的漏极相连；nmos管mn0-5的源极与gnd相连。

9、本发明的优点及有益效果如下：

10、1、静态电流低。本发明提出了一种用于降压变换器的固定斜率启动电路，所使用的结构几乎没有使用动态电流，可以使得芯片的功耗降低。

11、2、成本低，可控性好。本发明的固定斜率启动电路中的采样模块可以在clka＝‘0’，clkb＝‘1’时，对输出电压进行采样，得到当前输出电压的信息，在clka＝‘1’，clkb＝‘0’时，将在前一刻采样到的输出电压基础上，用电流源i1对电容c1充电，在并且clkb的上升沿，对充电后的采样信号vsen以及输出电压进行比较，来确定上下计数器执行加法还是减法，上下计数器输出信号dctrl[5:0]经过解码器后输出的64位二进制码会控制开关d0-开关d63的开断，来控制软启动电压vss的斜率，进而控制输出电压的斜率。

12、3、更精确的控制。固定斜率软启动可以根据输出电压或电流的实际变化情况来调整启动速率。通过控制输出的斜率，可以更精确地控制启动过程中的电压和电流变化，以满足系统的稳定性和性能要求。

13、4、适应不同负载条件。固定斜率软启动可以根据不同的负载条件来动态调整启动速率。在负载较轻的情况下，可以加快启动速率以减少启动时间；而在负载较重的情况下，可以降低启动速率以避免电流突变和系统不稳定。

14、5、减小启动冲击。固定斜率软启动可以平滑地增加输出电压或电流，减小启动过程中的冲击和压力。这有助于降低系统中的电压波动、电流峰值和电源线的压降，提高系统的可靠性和稳定性。

15、6、提高系统寿命。固定斜率软启动可以减少启动过程中的能量浪费和不稳定性，从而延长电源和其他关键组件的寿命。通过减小启动冲击和电压波动，可以降低系统中的应力和热量，减少对电源和负载的损坏。