一種用於單片集成開關型調整器的軟啟動電路的製作方法
2023-10-31 04:26:37 1
專利名稱：一種用於單片集成開關型調整器的軟啟動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子電路技術，特別是指一種用於單片集成開關型調整器的軟 啟動電^各。
背景技術：
傳統的開關型調整器，如圖1所示的典型的升壓型變換器中，在啟動期間，
由於輸出電壓比較小，反饋端FB電壓比較低，而參考電壓已經為正常值，誤 差放大器的輸出快速給補償電容C103充電，這可能會導致使輸入過載的浪湧， 或者在輸出端產生過高電壓。
如果利用軟啟動控制器使電容C上的電壓緩慢地上升，並限制輸送到輸 出電容C的能量，這個浪湧就可以避免。圖2描述了一種軟啟動裝置，在電 源上電階段，由於外接軟啟動電容C104的電容值比較大，從而使得SS端電 壓緩慢上升，這樣在誤差放大器的輸出端電壓也會緩慢上升。
發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在如下問題軟啟 動電路需要額外的電容器和額外的管腳，在引線數量有限的情形下不實用，且 由於電容器過大而不能封裝在單個集成電路內。
發明內容
本發明實施例的目的是提供一種用於單片集成開關型調整器的軟啟動電 路，用於解決現有技術中，軟啟動電路需要額外的電容器和額外的管腳，在引 線數量有限的情形下不實用，且由於電容器過大而不能封裝在單片集成電路內 的缺陷。
基於上述原因，本發明實施例提供一種用於單片集成開關型調整器的軟啟 動電路，包括充電電流生成電路，內置一偏置電流生成器， 一軟啟動電容， 一組電流鏡；用於在所述偏置電流生成器生成一第一電流IREF後，所述IREF通過一組所述電流鏡產生一充電電流ICSS，所述ICSS對所述軟啟動電容進行 充電，在所述軟啟動電容上產生一電容電壓；軟啟動電壓生成電路，獲取所述 軟啟動電容提供的的所述電容電壓作為一軟啟動電壓SS並輸出；軟啟動控制 信號生成電路，內置一比較器，所述比較器的輸入端分別輸入所述SS和一第 一基準電壓VREF,所述比較器的輸出端作為所述軟啟動控制信號生成電路的 輸出端，根據所述SS和所述VREF之間的高低輸出一軟啟動控制信號 SS_signal;所述SS—signal用以在一第二基準電壓VREF和所述SS之間選擇 兩者之一作為輸出電壓。
應用本實施例提供的技術，由SS_signal控制所提供的輸出電壓，當SS 小於等於第二基準電壓VREF時，由處於緩慢上升狀態的SS作為所述輸出電 壓，當SS大於第二基準電壓VREF時，由第二基準電壓VREF作為所述輸出 電壓，因此使誤差放大器在開關型調整器啟動時先響應軟啟動電壓SS，而不 是先響應第二基準電壓，保證了使得接收SS脈衝寬度調製信號的佔空比可以 從小到大的增力口，開關型調整器的輸出能夠實現從軟啟動到正常工作狀態的平 穩過渡，且不再需要外置的大容量軟啟動電容，減少了晶片管腳，降低了晶片
成本o
圖1為典型升壓型變換器結構示意圖2為一種軟啟動裝置結構示意圖3為本發明實施例軟啟動電路結構示意圖4為本發明實施例軟啟動電路內部元器件連接關係示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術特徵和實施效果更加清楚，下面將結合附圖及具 體實施例對本發明的技術方案進行詳細描述。
本發明提供的實施例中，提供一種用於單片集成開關型調整器的軟啟動電 路，如圖3所示，包括
充電電流生成電路301，內置一偏置電流生成器405， 一軟啟動電容
6(CSS)401 ， 一組電流鏡；用於使所述偏置電流生成器405生成一第一電流IREF， 所述IREF通過一組所述電流鏡產生一充電電流ICSS，所述ICSS對所述軟啟 動電容401進行充電，在所述軟啟動電容401上產生一電容電壓；
軟啟動電壓生成電路302，獲取所述軟啟動電容401提供的的所述電容電 壓作為一軟啟動電壓SS並輸出；
軟啟動控制信號生成電路303，內置一比較器402,所述比較器402的輸 入端分別輸入所述SS和一第一基準電壓VREF,所述比較器402的輸出端作 為所述軟啟動控制信號生成電路303的輸出端，根據所述SS和所述VREF之 間的高低輸出一 SS—signal;所述SS—signal用以在一第二基準電壓VREF和所 述SS之間選擇兩者之一作為輸出電壓。其中，第一基準電壓VREF和第二基 準電壓VREF數值通常一致。
應用本實施例提供的技術，由軟啟動電路輸出的SS—signal來控制開關型 調整器所需的輸出電壓，當SS小於等於第二基準電壓VREF時，由處於緩慢 上升狀態的SS作為所述輸出電壓，當SS大於第二基準電壓VREF時，由第 二基準電壓VREF作為所述輸出電壓，因此使誤差放大器IOI在開關型調整器 啟動時先響應軟啟動電壓SS，而不是先響應第二基準電壓，使得接收SS的脈 衝寬度調製器102的佔空比可以從小到大的增力口，保證了開關型調整器的輸出 能夠實現從軟啟動到正常工作狀態的平穩過渡，且不再需要外置的大容量軟啟 動電容401，減少了晶片管腳，降低了晶片成本。
還包括
選擇器403,輸入端分別輸入所述SS—signal, —所述SS和所述第二基準 電壓VREF;用於才艮據所述SS—signal,當所述SS低於等於所述第二基準電壓 VREF時，選擇所述SS作為所述輸出電壓；當所述SS高於所述第二基準電壓 VREF時，選擇所述第二基準電壓VREF作為所述輸出電壓。
所述選擇器403的輸出端子與一誤差放大器101的同相輸入端連接；
所述誤差放大器101的反相輸入端接收一反饋電壓；
所述誤差放大器101放大所述反饋電壓與所述選擇器403輸出的所述輸出 電壓之間的差值，並輸出到一脈衝寬度調製器102。
在接下來的描述中，參考圖1和圖2中的元器件及其標號，提供軟啟動電路中各個元器件的實例值，以使得技術人員能夠對本發明實施例進行透徹的理
解。如圖4所示，軟啟動電路中的充電電流生成電路301、軟啟動電壓生成電 路302、以及軟啟動控制信號生成電路303,其中
充電電流生成電路301，與一上拉電壓VDD連4矣，內置一偏置電流生成 器405， 一軟啟動電容401, —組電流鏡，利用此一上拉電壓對軟啟動電容401 進行充電，在所述軟啟動電容401上產生一電容電壓。
一組電流鏡包括了四個電流鏡，分別是電晶體MP1作為第一電流鏡， 電晶體MP2和電晶體MN1作為第二電流鏡，電晶體MP3作為第三電流鏡， 電晶體MN2鏡像第二電流鏡作為第四電流鏡。
第一電流鏡，包括一第一 P溝道場效應電晶體MP1;用於提供所述第一 電流IREF;
第二電流鏡，與所述第一電流鏡連接，包括第一N溝道場效應電晶體MN1 和第二P溝道場效應電晶體MP2;用於接收所述第一電流IREF以提供一第二 電流，所述第二電流與所述第一電流相等；
第三電流鏡，與所述第 一 電流鏡和所述第二電流鏡連接，包括第三P溝道 場效應電晶體MP3，用於提供一第三電流YxIREF;
第四電流鏡，與所述第二電流鏡連接，包括第二 N溝道場效應電晶體 MN2;用於提供一第三電流XxIREF。其中第三電流鏡的放大倍數M=Y,因 此其電流為YxIREF,第四電流鏡的電流為XxIREF，則，給軟啟動電容401
y 一%
充電的電流值為^-"^U,由於要求丫>乂>>1，因此充電電流ICSS被遠
遠縮小，這樣對於一定的啟動時間，可以使用更小容量的電容作為軟啟動電容 401，從而節省晶片的面積，使原來由於軟啟動電容401太大而不能單片集成 而必須外接軟啟動電容401的軟啟動電路，採用本實施例:技術後可以完全集成 在單晶片上，減少了晶片管腳，P條低了晶片成本。
軟啟動電壓生成電^各302，包括第四P溝道場效應電晶體MP4、第三N 溝道場效應電晶體MN3和第四N溝道場效應電晶體MN4;且第四P溝道場 效應電晶體、第三N溝道場效應電晶體和第四N溝道場效應電晶體構成一所 述電平移位器406，獲取所述軟啟動電容401的所述電容電壓作為一軟啟動電
8壓(SS, Soft Starting)並輸出。其中，
所述第一 N溝道場效應電晶體的漏極端子連接至所述第二電流鏡的漏極 端子，所述第一N溝道場效應電晶體的柵極端子連接至所述第二 N溝道場效 應電晶體的柵極端子，所述第一N溝道場效應電晶體的柵極端子與自身的漏極 端子連接在一起；第一N溝道場效應電晶體、第二N溝道場效應電晶體的源 極端子均接地，由所述第二 N溝道場效應電晶體提供所述第三電流X x IREF;
所述第二 N溝道場效應電晶體的漏極端子接至第三P溝道場效應電晶體 的漏極端子，並4I:第三N溝道場效應電晶體的柵極端子；
第四P溝道場效應電晶體的漏極端子連接至第三N溝道場效應電晶體的 柵極，第三N溝道場效應電晶體的源極端子連接至一第一電阻RS1，所述第 一電阻的另外一端接第四N溝道場效應電晶體的漏極端子，第四P溝道場效 應電晶體、第四N溝道場效應電晶體的4冊極端子接至所述比4^器402的輸出 端。
軟啟動控制信號生成電路303,具體可以採用一比較器402，比較器402 的輸入端分別輸入SS和一基準電壓VREF,並比較兩者之間的高低；比較器 402的輸出端作為軟啟動控制信號生成電路303的輸出端輸出一SS一signal。在 比較器402中如果SS高於VREF，比較器402的輸出端信號SS—signal變為 低電平，該低電平啟動一與所述2選1的選擇器403，此時選擇器403輸出基 準電壓VREF;如果SS低於VREF,則選擇器403輸出SS。
最終，選擇器403的輸出端與一誤差放大器101的同相輸入端連接，其輸 出的電壓與誤差放大器101的反相輸入端所輸入的反饋電壓進行比對，誤差放 大器101的輸出端連接一脈沖寬度調製器102。
進一步地，當SS高於VREF時，比較器402輸出的軟啟動控制信號 SS_signal由高變低，SS—signal通過連接至電晶體MP4的柵極端子，拉高軟啟 動電容401的電壓，鎖存SS_signal為^f氐電平。
一上拉電壓，與所述第一 P溝道場效應電晶體的源極端子，第二 P溝道 場效應電晶體的源極端子，第三P溝道場效應電晶體的源極端子，第四P溝 道場效應電晶體的源極端子，以及第三N溝道場效應電晶體的漏極端子連接。
所述內置軟啟動電容401位於集成電路裡面；軟啟動電容401的一端連接到所述第二N溝道場效應電晶體的漏極，另一端連接到所述第二N溝道場效 應電晶體的柵極。
存在一個反饋電路404，其輸入端與誤差放大器101的輸出端子連接，為 實現反饋(FB, FeedBack)提供一反饋電壓，反饋電壓輸入誤差放大器101的反 相端，誤差放大器101的同相端連接選擇器403的輸出端，誤差放大器101 的輸出端子與一脈衝寬度調製器102的補償管腳COMP連接。選擇器403的 輸入包括SS—signal、軟啟動電壓SS、以及基準電壓；其中SS—signal來自所 述調整器的輸出。
應用本實施例提供的技術，使誤差放大器101在開關型調整器啟動時先響 應軟啟動電壓SS,而不是先響應基準電壓，由於SS緩慢上升，使得接收SS 脈衝寬度調製信號的佔空比可以從小到大的增力口，因此開關型調整器的輸出能 夠實現從軟啟動到正常工作狀態的平穩過渡，且不再需要外置的大容量軟啟動 電容401，減少了晶片管腳，降低了晶片成本。
上述描述了調整器的內部結構，其工作機制具體包括
步驟501.調整器啟動，在充電電流生成電路301中，其內部的偏置電流 生成器405生成一偏置電流IREF，IREF通過一組電流鏡產生一充電電流ICSS。
步驟502.隨著軟啟動電容401上的電容電壓緩慢增加，在軟啟動電壓生 成電路302中，同時把軟啟動電容401的電容電壓通過一電平移位器406生成 一軟啟動電壓SS輸出。
該電平移位器406由MN3、 RS1、 MN4組成，其中MN4的柵極接收軟啟 動控制信號生成電路303輸出的SS—signal。
步驟503.軟啟動控制信號生成電路303接收來自軟啟動電壓生成電路 302的SS,比較之後輸出一 SS—signal。
軟啟動電壓生成電路302具體可以採用 一比較器402，比較器402的輸入 端分別輸入SS和一基準電壓VREF,並比較兩者之間的高低；比較器402的 輸出端作為軟啟動控制信號生成電路303的輸出端輸出一 SS一signal。
如果SS高於VREF,比較器402的輸出端信號SS—signal變為低電平，該 低電平啟動一選擇器403，此時選擇器403輸出VREF;由於SS—signal連接 至電晶體MP4的柵極端子，因此此時拉高軟啟動電容401的電壓，並鎖存SS—signal為^f氐電平。
如果SS低於VREF,則選擇器403輸出SS。
步驟504. SS—signal通過控制選擇器403來結束軟啟動過程，並進入正常 的開關型調整器的過程。
本發明實施例詳細描述了一種應用於調整器的軟啟動電路，通過所述軟啟 動以檢測軟啟動電壓，使誤差放大器101在開關型調整器啟動時先響應軟啟動 電壓，而不是先響應基準電壓，從而實現軟啟動以及調整器從軟啟動到正常工 作的平穩過渡。
本發明的實施例具有以下有益效果，使誤差放大器101在開關型調整器啟 動時先響應軟啟動電壓SS,而不是先響應基準電壓，由於SS緩慢上升，使得 接收SS脈沖寬度調製信號的佔空比可以從小到大的增加，因此開關型調整器 的輸出能夠實現從軟啟動到正常工作狀態的平穩過渡，且不再需要外置的大容 量軟啟動電容401,減少了晶片管腳，降低了晶片成本。
應當說明的是，本領域技術人員可以理解，即使在缺少一個或多個特定細 節或者與其它方法、元件、材料等結合的情況下，本發明也可以被實現。以上 實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，所有的參數取值可以根據實際 情況調整，且在該權利保護範圍內。本領域的普通技術人員應當理解，可以對 本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神範 圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種用於單片集成開關型調整器的軟啟動電路，其特徵在於，包括充電電流生成電路，內置一偏置電流生成器，一軟啟動電容，一組電流鏡；用於在所述偏置電流生成器生成一第一電流IREF後，所述IREF通過一組所述電流鏡產生一充電電流ICSS，所述ICSS對所述軟啟動電容進行充電，在所述軟啟動電容上產生一電容電壓；軟啟動電壓生成電路，獲取所述軟啟動電容提供的的所述電容電壓作為一軟啟動電壓SS並輸出；軟啟動控制信號生成電路，內置一比較器，所述比較器的輸入端分別輸入所述SS和一第一基準電壓VREF，所述比較器的輸出端作為所述軟啟動控制信號生成電路的輸出端，根據所述SS和所述VREF之間的高低輸出一軟啟動控制信號SS_signal；所述SS_signal用以在一第二基準電壓VREF和所述SS之間選擇兩者之一作為輸出電壓。
2. 根據權利要求l所述的軟啟動電路，其特徵在於，還包括選擇器，輸入端分別輸入所述SS_signal，所述SS和所述第二基準電壓 VREF;用於根據所述SS—signal，當所述SS低於等於所述第二基準電壓VREF 時，選擇所述SS作為所述輸出電壓；當所述SS高於所述第二基準電壓VREF 時，選擇所述第二基準電壓VREF作為所述輸出電壓。
3. 根據權利要求2所述的軟啟動電路，其特徵在於，所述選擇器的輸出 端子與一誤差放大器的同相輸入端連接；所述誤差放大器的反相輸入端接收一反饋電壓；所述誤差放大器，用於放大所述反饋電壓與所述選擇器輸出的所述輸出電 壓之間的差值，將所述差值放大後輸出到一脈衝寬度調製器。
4. 根據權利要求3所述的軟啟動電路，其特徵在於，還包括 所述誤差放大器的輸出端接至一補償電容。
5. 根據權利要求1所述的軟啟動電路，其特徵在於，所述充電電流生成 電路中的 一組電流鏡還包括第一電流鏡，包括一第一 P溝道場效應電晶體；用於提供所述第一電流IREFj第二電流鏡，與所述第一電流鏡連接，包括第一 N溝道場效應電晶體和 第二 P溝道場效應電晶體；用於接收所述第一電流IREF以提供一第二電流， 所述第二電流與所述第 一 電流相等；第三電流鏡，與所述第 一 電流鏡和所述第二電流鏡連接，包括第三P溝道 場效應電晶體，用於提供一第三電流YxlREF;第四電流鏡，與所述第二電流鏡連接，包括第二 N溝道場效應電晶體； 用於提供一第三電流X x IREF;所述軟啟動電壓生成電路包括第四P溝道場效應電晶體、第三N溝道 場效應電晶體和第四N溝道場效應電晶體；其中，所述第一 N溝道場效應電晶體的漏極端子連接至所述第二電流鏡的漏極 端子，所述第一N溝道場效應電晶體的柵極端子連接至所述第二 N溝道場效 應電晶體的柵極端子，所述第一N溝道場效應電晶體的柵極端子與自身的漏極 端子連接在一起；第一N溝道場效應電晶體、第二N溝道場效應電晶體的源 極端子均接地，由所述第二 N溝道場效應電晶體提供所述第三電流X x IREF;所述第二 N溝道場效應電晶體的漏極端子接至第三P溝道場效應電晶體 的漏極端子，並接第三N溝道場效應電晶體的柵極端子；第四P溝道場效應電晶體的漏極端子連接至第三N溝道場效應電晶體的 柵極；第三N溝道場效應電晶體的源極端子連接至第一電阻，所述第一電阻 的另外一端接第四N溝道場效應電晶體的漏極端子，第四P溝道場效應晶體 管、第四N溝道場效應電晶體的柵極端子接至所述比較器的輸出端。
6. 根據權利要求5所述的軟啟動電路，其特徵在於，還包括 一上拉電壓，與所述第一 P溝道場效應電晶體的源極端子，第二 P溝道場效應電晶體的源極端子，第三P溝道場效應電晶體的源極端子，第四P溝 道場效應電晶體的源極端子，以及第三N溝道場效應電晶體的漏極端子連接。
7. 根據權利要求5所述的軟啟動電路，其特徵在於，所述X、 Y之間滿 足關係Y>X 1。
8. 根據權利要求5所述的軟啟動電路，其特徵在於，還包括所述軟啟動電容器的一端連4妄到所述第二 N溝道場效應電晶體的漏極， 另 一端連接到所述第二 N溝道場效應電晶體的柵極。
9. 根據權利要求8所述的軟啟動電路，其特徵在於，還包括 內置的軟啟動電容位於集成電路裡面。
10. 根據權利要求3所述的軟啟動電路，其特徵在於，還包括與一 所述反饋電壓接至誤差放大器的反相端子，所述選擇器的輸出端連接至誤差放大器的同相端子。
全文摘要
本發明提供一種用於單片集成開關型調整器的軟啟動電路，包括充電電流生成電路，內置偏置電流生成器，軟啟動電容，一組電流鏡；用於在偏置電流生成器生成第一電流IREF後，IREF通過一組電流鏡產生充電電流ICSS，ICSS對軟啟動電容進行充電，在軟啟動電容上產生電容電壓；軟啟動電壓生成電路，獲取電容電壓作為軟啟動電壓SS並輸出；軟啟動控制信號生成電路，內置比較器的輸入端分別輸入SS和第一基準電壓VREF，根據SS和VREF之間的高低輸出軟啟動控制信號SS_signal用以在第二基準電壓VREF和SS之間選擇兩者之一作為輸出電壓。應用本實施例提供的技術，保證開關型調整器的輸出實現從軟啟動到正常工作狀態的平穩過渡，不再需要外置的大容量軟啟動電容，減少晶片管腳和成本。
文檔編號H02M1/00GK101562394SQ200910004529
公開日2009年10月21日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者夏雲凱, 浩 鄭, 晗 雷 申請人:西安民展微電子有限公司