[发明专利]一种软启动装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软启动技术，尤其涉及一种针对电压调节器（VR：Voltage Regulator）尤其是无电容电压调节器（Cap-less VR）的软启动（Soft Start）装置及方法。

背景技术

电压调节器具有功耗低、外部元件少、电磁干扰小等优点，应用于片上系统（SOC:system on chip）芯片中作为电源管理单元。尤其在手机、个人移动终端等便携式设备里，对SOC芯片的功耗要求日益严格，无外部电容电压调节器得到了广泛应用。参见图1所示，电压调节器的电路组件通常包括：一个基准源VREF（基准电压）、一个误差放大器12（Error Amplifier）、一个PMOS功率管13（增强型功率PMOS管；此处也可采用增强型NMOS功率管，对应的VFB与VREF需反接）、两个反馈电阻R1和R2；其中，反馈电阻、误差放大器和PMOS功率管构成了VR的反馈调整环路。电压调节器工作时，基准源模块输出参考电压VREF，误差放大器放大VFB与VREF的差值，改变PMOS功率管的G端信号（输出电压EA_OUT），改变其导通阻抗，从而在不同的电源输入和负载电流条件下获得稳定的输出电压VOUT（参考电压VREF起稳压参考作用）。电压调节器的启动过程可分为2个部分，分别是：<1>、上电过程（电源从零电压上升到稳定值的建立过程），此时内部节点电压不定，功率管导通并对负载电容充电，上电电流的大小与电源建立速度和电压值密切相关，速度越快，电压越高，VOUT过冲和充电电流会越大。<2>、环路工作点的建立过程。调整环路比较VOUT的反馈电压和基准电压，建立工作点。静态工作点的值、负载电容大小和VOUT的建立速度均可能引起较大电流过冲。结合图1所示，RL表示负载电阻，CL为负载电容，当CL较大时启动过程中的浪涌电流更显著；CL较小时，启动过程中过冲电压更显著。

软启动技术，则用于消除电压调节器启动过程中的过冲电压（Overshoot Voltage）和浪涌电流（Inrush Current）。但是，现有软启动技术在以下背景中遇到了困难：（1）即插即用设备的系统上电时间（芯片电源的建立时间）达到10nS级别，现有技术无法应付快速上电时，VR尤其是Cap-less VR的过冲电压冲击，损伤利用VR供电的电路；（2）在极快速上电时，VR可能存在较大的瞬间电流冲击，导致功率管进入闩锁（Latch Up）状态，损毁VR本身电路。（3）在某些便携设备中，对SOC芯片设置了限制性的供电标准，包括瞬时功率要求，这已经成为市场的准入条件之一。如果对VR的瞬间浪涌电流不做控制，可能导致SOC芯片无法正常工作。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种软启动装置及方法，其能在设备上电的瞬间，消除电流及电压冲击。

为解决上述技术问题，本发明提供一种软启动装置,包括电压调节器电路和上电电流控制模块，所述电压调节器电路中设有连接电源接入端的功率管和用于调节所述功率管导通电阻的误差放大器；所述上电电流控制模块用于检测电源接入端是否具有外部电源输入，以在所述电源接入端具有外部电源输入时控制所述功率管在预定时间后导通。

该软启动装置还包括连接所述误差放大器的电压建立速度控制模块，所述电压建立速度控制模块用于控制所述误差放大器的输出电压，以在所述功率管导通后控制所述电压调节器电路的输出电压按预定速率上升至稳定值。

一种软启动方法，用于电压调节器电路，所述电压调节器电路中设有用于外接电源接入端的功率管和用于调节所述功率管导通电阻的误差放大器，还包括上电电流控制模块，该方法步骤为：所述上电电流控制模块检测电源接入端；在检测到所述电源接入端具有电源输入时，所述上电电流控制模块控制所述功率管在预定时间后导通。

所述电压调节器电路中还包括电压建立速度控制模块，所述电压建立速度控制模块控制所述误差放大器的输出电压，从而在所述功率管导通后，使所述电压调节器电路的输出电压按预定速率上升至稳定值；所述功率管由关闭状态转变为导通状态，通过所述上电电流控制模块控制将所述电源接入端信号转换为开关信号，并在在预定时间输出信号变化至所述功率管的方式实现。

所述预定时间，为一个恒流充电的电容其电压上升至预定值的时间。