[发明专利]一种软启动电路、方法以及开关电源电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域。更具体地说，本发明提供了一种用于开关电源的软启动电路及方法。

背景技术

开关电源以其体积小，性能好和使用方便的特点，在通信、网络、工业控制和消费类电子等领域得到了广泛的应用。众所周知，开关电源系统控制可以大体分为电压模式控制和电流模式控制。相对于电压模式而言，电流模式采用逐个脉冲控制，动态响应快，调节性好。当输入线电压或者输出负载变化时，脉冲宽度能立刻得到调整，而在电压模式控制技术中，检测电路对于输入电压的变化没有直接的反应，需要输出电压发生了一定的变化后才能对脉冲宽度进行调节，通常需要5到10个开关周期之后才能响应输入电压的变化。因此，在采用电压模式PWM控制技术的开关电源中，开关管经常会因为输入电压浪涌造成的电压尖峰信号而损坏。而电流模式PWM控制技术则能很好地避免类似的故障发生。因此，电流模式PWM控制器成为了PWM控制器的主流。现在，很多电流模式PWM控制芯片相继问世，大大提高了开关电源系统的可靠性和性能，同时大大并简化了系统外围电路。

众所周知，电流模式开关电源系统在启动开始时，系统输出电压很低，从而导致系统控制芯片的反馈电压处于最大值，这样导致系统的PWM控制信号的占空比从最大值开始工作，然后逐渐减小，最后达到稳定值。所以在系统启动初期器件的电压和电流应力很大，从而容易造成电路系统损坏。为了避免出现这种情况，需要在开关电源芯片中加入软启动电路。软启动电路是用来控制开关电源在启动过程中PWM脉冲波型的占空比从最小值逐步变化到正常时所需要的值。由于占空比从最小值开始逐步变化，从而使系统在启动过程中的电压和电流应力大大减轻，从而增加了系统的可靠性。

请参照图1所示的一个内置芯片的软启动模块，其显示了一个传统的采用电流模式控制的开关电源控制器，主要模块包括：PWM比较器、斜率补偿、前沿消隐、振荡器、RS触发器，以及驱动级。振荡器来同时产生时钟信号和锯齿波信号，其中时钟信号提供给RS触发器R端，锯齿波信号提供给斜率补偿电路，该方式软启动功能通常是靠改变系统的过流保护阈值来实现的。

通常而言，软启动有很多种实现方式，一般分为两类，一类是靠外部电容，这时需要控制芯片的一个外部管脚来实现此功能，请参照图2所示一种传统的电容外置软启动电路。通过芯片的一个外部管脚SS外挂一个软启动电容来实现软启动功能。当系统启动后，控制芯片内部产生出一个恒定电流源Isst对外部电容C充电，充电的瞬时电压被送到系统过流保护模块，从而使系统的输出电流逐渐增大，完成软启动功能。当充电电压达到阈值电压Vth_sst时，软启动电路产生出一个信号SST送到控制模块，整个软启动过程即告结束。但图2所示的软启动电路需要一个外部电容和芯片的一个管脚，而其容值通常都在微法级。并且在软启动过程中软启动电压线形并连续的上升直到软启动结束。

请参照图3所示一个传统的芯片内置的软启动实现方式，该实现方式不需要外部软启动电容，也不需要一个外部管脚。具体模块大致为：带隙基准源，电压产生器(产生多组输出电压)，系统时钟，分频器，译码器，模拟选通开关阵列。具体工作描述为，当系统启动后，芯片的带隙基准和时钟开始工作，电压产生器产生出多组电压输出，通过分频器和译码器控制模拟开关阵列来选通软启动电压并送到过流保护模块，从而实现软启动功能。图4为图3所示的软启动的输出波形图。从图4可以看出，系统过流保护电压呈台阶式线形上升，从而实现了软启动功能。但是图3所示的电路的缺点是电路资源消耗比较大，尤其是分频译码电路和模拟选通开关阵列，在实际实现中需要占用芯片比较大的面积。

上述传统的软启动方式有个缺陷：软启动不是系统所需的最佳启动方式。图10显示了一个电源系统的启动输出波形图。理论分析和实际结果都表明，启动后系统输出电压呈接近指数上升，所以理想的软启动应该是指数方式的，如图11所示。

从图11可以看出，对于无软启动的方式而言，系统一开始启动后，即给与最大的过流保护阈值电压，这样系统输出电压建立时间会缩短，但是系统的电压和电流应力在启动初期非常大。对于传统的软启动方式而言，启动时过流保护阈值电压是线性的，这样在启动初期系统过流保护阈值低于系统所要求的值，所以会导致系统输出建立时间增长，尤其在大功率场合。最佳的软启动方式要求过流保护阈值成指数上升，如图11所示。

综上所述，有必要设计一种更优化更简化的软启动实现方式以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种更为简单的用于开关电源的软启动电路和方法。