一种用于BUCK转换器的软启动电路

本发明涉及电源管理芯片，尤其涉及一种用于buck转换器的软启动电路。

背景技术：

1、由于buck转换器具有宽负载范围、高效率、低静态电流、体积小、可靠性好等显著优势，因此，buck转换器被广泛用作物联网设备供电器件，成为近年来研究热点之一。buck转换器在启动阶段由于输出电压vout并未建立，环路中误差放大器输入端反馈电压与基准电压差异较大，通过buck环路控制，使得功率管长时间处于导通状态，因此会带来较大的浪涌电流。较大的浪涌电流使得buck转换器误触发过流、过温等保护机制，导致buck转换器不能正常启动，或使得转换器芯片被烧毁。因此，预防buck转换器的较大的浪涌电流尤为重要。

2、目前，为避免buck系统在刚上电时易产生的巨大浪涌电流，会在电路中加入软启动模块，软启动模块会使buck转换器在上电后，环路中误差放大器输入端反馈电压与参考电压差异不太大，这样buck环路所产生的信号使功率管在每个周期之内导通的时间比较短，电感电流会缓慢上升，不会带来较大的浪涌电流。现有技术中，在buck转换器软启动阶段通常采用固定时间软启动的方式，固定时间软启动的方式为在不同的输出电压目标下电路的启动时间一致的方式。然而，固定时间软启动的电路输出电压vout与反馈电压vfb1的分压比例为(r1+r2)/r1，输出电压越大，输出电压与反馈电压的分压比越大，使得输出电压在启动阶段斜率越大，易引入浪涌电流，导致输出电压较高时固定时间软启动可能存在的浪涌电流的现象。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种用于buck转换器的软启动电路，解决固定时间软启动的电路在较高输出电压时存在的浪涌电流的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种用于buck转换器的软启动电路，包括：固定斜率软启动完成指示电路、控制信号产生电路、动态钳位电压产生电路、斜坡电压产生电路和关键被控模块电路，

4、固定斜率软启动完成指示电路与控制信号产生电路连接，固定斜率软启动完成指示电路用于根据反馈电压与基准电压，输出固定斜率软启动指示信号；

5、控制信号产生电路用于在软启动模式信号为低电平时，选择固定斜率软启动方式并根据固定斜率软启动指示信号、软启动模式信号和使能信号输出第一控制信号，在软启动模式信号为高电平时，选择固定时间软启动方式并根据软启动模式信号和使能信号输出第二控制信号；

6、关键被控模块电路分别与控制信号产生电路、斜坡电压产生电路和动态钳位电压产生电路连接，斜坡电压产生电路用于产生软启动电压信号，关键被控模块电路用于根据第一控制信号和软启动电压信号，或者第二控制信号以及软启动电压信号实现buck系统启动过程；

7、动态钳位电压产生电路用于在选择固定斜率软启动时，输出动态钳位电压，通过动态钳位电压对关键被控模块电路中补偿电容的电压进行钳位。

8、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，固定斜率软启动完成指示电路包括比较器cmp2，

9、比较器cmp2的输出端vs连接控制信号产生电路，比较器cmp2的正输入端输入反馈电压，比较器cmp2的负输入端输入基准电压，比较器cmp2用于在反馈电压小于基准电压时，输出的固定斜率软启动指示信号为低电平，在反馈电压大于基准电压时，输出的固定斜率软启动指示信号为高电平。

10、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，控制信号产生电路包括：抗振荡逻辑电路、二输入或非门nor1、反相器inv1、延迟单元、缓冲器buff，

11、抗振荡逻辑电路的一输入端与比较器cmp2的输出端vs连接，抗振荡逻辑电路的输出端分别与或二输入或非门nor1的一输入端、抗振荡逻辑电路的另一输入端连接，抗振荡逻辑电路用于在固定斜率软启动结束后，在反馈电压小于基准电压时输出高电平，以使buck转换器能继续保持稳态工作；

12、二输入或非门nor1的另一输入端分别与缓冲器buff的输入端、软启动模式控制信号连接，二输入或非门nor1的输出端分别与反相器inv1的输入端、延迟单元的输入端连接；

13、反相器inv1的输出端s1、所述二输入或非门nor1的输出端s2、缓冲器buff的输出端sel2、延迟单元的输出端sel1分别连接关键被控模块电路。

14、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，抗振荡逻辑电路包括二输入或门or1、二选一数字选择器mux3，

15、二输入或门or1的一输入端与比较器cmp2的输出端vs连接，二输入或门or1的输出端与二选一数字选择器mux3的一输入端连接；

16、二选一数字选择器mux3的另一输入端与gnd连接，二选一数字选择器mux3的输出端分别与二输入或门or1的另一输入端、二输入或非门nor1的一输入端连接，二选一数字选择器mux3的控制端sel3用于输入使能信号。

17、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，控制信号产生电路用于在软启动模式信号为低电平时，使能信号en＝vdd时，选择固定斜率软启动方式实现buck系统启动过程，使能信号en为高电平，二选一数字选择器mux3的控制端sel3输入的控制信号sel3为高电平，在系统刚启动阶段，反馈电压小于基准电压，比较器cmp2输出的固定斜率软启动指示信号vs为低电平，二输入或门or1的两输入端均为低电平，二输入或门or1输出低电平，二选一数字选择器mux3输出低电平，二输入或非门nor1的输出端输出的控制信号s2为高电平，反相器inv1的输出端输出的控制信号s1为低电平，延迟单元的输出端输出的控制信号sel1为高电平，缓冲器buff的输出端输出的控制信号sel2为低电平；

18、在软启动模式信号为高电平时，使能信号en＝vdd时，选择固定时间软启动方式实现buck系统启动过程，二输入或非门nor1的输出端输出的控制信号s2为低电平，反相器inv1的输出端输出的控制信号s1为高电平，延迟单元的输出端输出的控制信号sel1为低电平，缓冲器buff的输出端输出的控制信号sel2为高电平。

19、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，动态钳位电压产生电路包括运放电路、电阻rf、电容cf、电阻r3、电阻r4，

20、运放电路的正输入端vp分别与电阻rf的一端、电容cf的一端连接，运放电路的负输入端vn分别与电阻r3的一端、运放电路的输出端连接；

21、电阻rf的另一端与buck转换器的电流采样电路的输出端vsen连接，电容cf的另一端与gnd连接，电阻r3的另一端分别与电阻r4的一端、关键被控模块电路连接，电阻r4的另一端与gnd连接；

22、动态钳位电压产生电路用于在固定斜率软启动阶段将关键被控模块电路的补偿电容cc的电压钳位至动态钳位电压产生电路输出的vc处，以在固定斜率软启动结束后软启动电路能转换到稳态工作。

23、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，斜坡电压产生电路包括电容c1和电流源电路，

24、电容c1的一端分别与电流源电路的输出、关键被控模块电路中的二选一数字选择器mux1的另一输入端、关键被控模块电路中的二选一数字选择器mux2的另一输入端连接，电容c1的另一端与gnd连接；

25、电流源电路用于给电容c1提供充电电流iss，在电容c1一端产生软启动电压vss。

26、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，关键被控模块电路包括误差放大器ea、二选一数字选择器mux2、比较器cmp1、二选一数字选择器mux1、开关s1、电阻rc、开关s2和电容cc，

27、二选一数字选择器mux2的一输入端与电源电压vdd连接，二选一数字选择器mux2的另一输入端与斜坡电压产生电路的电容c1的一端连接，二选一数字选择器mux2的控制端与缓冲器buff的输出端sel2连接，二选一数字选择器mux2的输出端与误差放大器ea一正输入端连接，误差放大器ea的另一正输入端与基准电压vref1连接，误差放大器ea的负输入端与反馈电压vfb1连接；

28、二选一数字选择器mux1的一输入端与误差放大器ea的输出端vea连接，二选一数字选择器mux1的另一输入端与软启动电压vss连接，二选一数字选择器mux1的控制端与延迟单元输出端sel1连接，二选一数字选择器mux1的输出端与比较器cmp1的正输入端连接，比较器cmp1的负输入端分别与电流采样信号vsen、动态钳位电压产生电路的电阻rf的另一端连接；

29、开关s1的一端分别与误差放大器ea的输出端vea、二选一数字选择器mux1的一输入端连接，开关s1的另一端与电阻rc的一端连接，开关s1的控制端与反相器inv1的输出端s1连接，电阻rc的另一端分别与电容cc的一端、开关s2的一端连接，电容cc的另一端与gnd连接，开关s2的另一端分别与电阻r3的另一端、电阻r4的一端连接。

30、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，开关s1受反相器inv1输出端的控制信号s1控制，控制信号s1为高电平时开关s1导通，控制信号s1为低电平时开关s1关断；

31、开关s2受二输入或非门nor1输出端的控制信号s2控制，控制信号s2为高电平时开关s2导通，控制信号s2为低电平时开关s2关断。

32、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，关键被控模块电路用于在软启动模式信号为低电平时，二选一数字选择器mux3的输出端vs_ok为低电平时，二输入或非门nor1的输出端输出的控制信号s2为高电平，开关s2导通，并将补偿电容cc的电压钳位至动态钳位电压产生电路输出的vc处，反相器inv1的输出端输出的控制信号s1为低电平，开关s1关断，延迟单元的输出端输出的控制信号sel1为高电平，二选一数字选择器mux1控制端的输入信号为高电平，二选一数字选择器mux1输出软启动电压信号vss，比较器cmp1的负输入端vsen被钳位至vss，以使软启动电路的输出电压vout以固定斜率上升，以固定斜率软启动方式实现buck系统启动过程；

33、在软启动模式信号为高电平时，二输入或非门nor1的输出端输出的控制信号s2为低电平时，开关s2关断，反相器inv1的输出端输出的控制信号s1为高电平，开关s1导通，二选一数字选择器mux1的控制端sel1输入的控制信号sel1为低电平，二选一数字选择器mux1输出误差放大器ea的输出信号vea，缓冲器buff的输出端输出的控制信号sel2为高电平，二选一数字选择器mux2输出软启动电压信号vss，反馈电压vfb1在软启动过程中被钳位于软启动电压信号vss，当软启动电压信号vss大于基准电压信号vref1时，误差放大器将反馈电压vfb1钳位于基准电压vref1，以固定时间软启动方式实现buck系统启动过程。

34、相较于现有技术，本发明提供的一种用于buck转换器的软启动电路，软启动电路包括：固定斜率软启动完成指示电路、控制信号产生电路、动态钳位电压产生电路、斜坡电压产生电路和关键被控模块电路，固定斜率软启动完成指示电路与控制信号产生电路连接，固定斜率软启动完成指示电路用于根据反馈电压与基准电压，输出固定斜率软启动指示信号；控制信号产生电路用于在软启动模式信号为低电平时，选择固定斜率软启动方式并根据固定斜率软启动指示信号、软启动模式信号和使能信号输出第一控制信号，在软启动模式信号为高电平时，选择固定时间软启动方式并根据软启动模式信号和使能信号输出第二控制信号；关键被控模块电路分别与控制信号产生电路、斜坡电压产生电路和动态钳位电压产生电路连接，斜坡电压产生电路用于产生软启动电压信号，关键被控模块电路用于根据第一控制信号和软启动电压信号，或者第二控制信号以及软启动电压信号实现buck系统启动过程；动态钳位电压产生电路用于在选择固定斜率软启动时，输出动态钳位电压，通过动态钳位电压对关键被控模块电路中补偿电容的电压进行钳位。和现有技术的固定时间软启动的电路相比，本发明可以在软启动模式信号为高电平时，选择固定时间软启动方式并输出固定时间软启动方式对应的控制信号；在软启动模式信号为低电平时，选择固定斜率软启动方式并输出固定斜率软启动方式对应的控制信号，关键被控模块电路根据固定斜率软启动方式对应的控制信号进行固定斜率软启动，以使buck转换器在软启动阶段的输出电压vout以固定斜率上升，使buck转换器在高输出电压时可实现输出电压恒定斜率启动的过程，避免了输出电压较大时固定时间软启动可能存在的浪涌电流的现象；同时，在固定斜率软启动阶段通过所述动态钳位电压对所述关键被控模块电路中补偿电容的电压进行动态钳位，动态电压钳位可使buck系统在固定斜率软启动结束后快速恢复到稳态工作。