用於直流至直流轉換器的起動電路的製作方法
2023-05-17 06:55:46 1
專利名稱：用於直流至直流轉換器的起動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及PWM電源調節器以及/或直流至直流轉換器，並且尤其涉及一種用於起動到預先充電的負載的PWM切換的直流至直流轉換器的方法。
相關技術的描述脈衝寬度調製(PWM)直流至直流轉換器的典型的起動序列是將一個反饋控制誤差放大器的非反相或是正的「+」輸入從零(0)伏特(V)斜波上升至一個目標VREF設定點電壓電平。該誤差放大器是反饋控制迴路的一部分，其通過比較該參考電壓VREF與VOUT的一個反饋感測出的部份來調節輸出電壓VOUT。在一個範例的降壓型轉換器中，PWM控制電路透過包含一個上方的開關元件以及一個下方的開關元件之一對開關元件來驅動負載。該上方與下方的開關元件典型地被做成一對MOSFET。若該轉換器被起動到一個預先充電的負載，例如當VOUT已經被充電時，則可能有大的、潛在有害的瞬變電流，這是因為VREF小於VOUT的反饋感測出的部份的緣故。尤其，由於該反饋迴路嘗試根據在該誤差放大器的輸入處的電壓電平來調節VOUT，且該電壓電平正斜波上升朝向VREF，因此該「下拉」輸出開關元件(例如，開關的MOSFET對的下方的MOSFET)可能被導通時間長到足以超過其熱限制。
發明內容
一種根據本發明的一個實施例的用於一個電源轉換器的起動電路包含放大器電路、比較器以及起動邏輯。該電源轉換器包含誤差放大器，該誤差放大器比較輸出感測信號與起動參考信號並且提供指示該比較的補償信號。在一個典型的配置中，該補償信號被PWM邏輯用來生成一個被用來控制輸出切換的PWM信號。該放大器電路響應於一個開始信號，來充電該起動參考信號至一個根據一第二參考信號而預設的參考電平。該比較器判斷該補償信號何時到達一個預設的斜波電平，並且其發出一個指示到達的起動完成的信號。該起動邏輯提供該開始信號並且響應於該起動完成的信號來提供一個輸出使能信號。該輸出使能信號使能輸出切換以開始該輸出電壓的正常的調節動作。
在一個實施例中，該預設的斜波電平大約是用於PWM調製的一個鋸齒波調節波形的中心電壓。該放大器電路可以包含放大器以及電容器。在此例中，該放大器具有接收該第二參考信號的輸入以及耦接至該電容器的輸出。該放大器響應於該開始信號來充電該電容器，以充電該起動參考信號斜波上升。在一個更特定的配置中，該放大器是一個運算互導放大器(OTA)。
一或多個開關可被用來控制在該起動電路中的放大器的操作狀態。在一個實施例中，第一開關耦接而橫跨該電容器，其中該開始信號開路該第一開關以使能該電容器的充電。再者，第二開關可被設置並且耦接在該放大器的一個反饋路徑中。該第二開關最初是開路的，以將該放大器設置在一個開路的迴路配置中，並且其被閉路以切換該放大器到一個閉路的迴路配置，來根據該第二參考信號維持該起動參考信號。在一個更特定的配置中，該放大器包含接收該第二參考信號的第一輸入以及耦接至該第二開關的第二輸入。第三開關被設置並且耦接在該放大器的第二輸入與接地之間，其中該第三開關在起動的動作期間以及該放大器正在充電該電容器時被閉路，並且其中該第三開關在該第二開關被閉路時而被開路。一個數字狀態機或類似者可被用來控制該些開關。
一種用於電源轉換器的控制器包含誤差放大器、柵極控制邏輯以及起動電路。該誤差放大器包含接收一輸出感測信號的第一輸入、接收一起動參考信號的第二輸入以及提供一補償信號的輸出。該柵極控制邏輯控制該電源轉換器的輸出切換並且根據一個輸出使能信號來禁用輸出切換。該起動電路控制包含該起動參考信號的充電的誤差放大器的初始，並且其禁用輸出切換，直到該補償信號到達一個操作電平為止。
該起動電路可以包含比較器，該比較器具有用於比較該補償信號與根據一PWM三角波形而預設的斜波電平的輸入以及用於提供一起動完成的信號的輸出。在一個實施例中，該預設的斜波電平是一個被設置在該三角波形的大約中心處的電壓電平。該起動電路可以進一步包含電容器以及放大器。在此配置中，該電容器耦接至該放大器的第二輸入並且生成該起動參考信號。該放大器運作在第一狀態中以充電該電容器，並且運作在第二狀態中以根據該電壓參考信號來調節該起動參考信號。該起動電路可以用類似於先前所述的方式進一步包含多個開關以及一個數字狀態機。
一種根據本發明的一個實施例的用於直流至直流轉換器的起動保護的方法包含禁用該直流至直流轉換器的輸出切換，根據一個參考信號來使得誤差放大器的一個參考輸入的電壓斜波上升，通過該誤差放大器來根據該參考輸入以及該直流至直流轉換器的一個輸出之一反饋部份以提供一個補償信號，並且當該補償信號到達一個預設的調節電平時使能該直流至直流轉換器的輸出切換。該方法可以包含通過一個OTA來充電電容器。該方法可以進一步包含提供該參考信號至該OTA的一個輸入，運作該OTA在一個開路的迴路狀態中以充電該電容器，並且當調節被達到時運作該OTA在一個閉路的迴路狀態中以根據該參考信號維持該電容器的電壓。
本發明的益處、特點與優點在參照以下的說明以及所附的圖式下將會變得更加能夠理解。
圖1是根據本發明的一個實施例的包含一個起動電路的範例的直流至直流轉換器的簡化框圖；圖2是根據本發明的一個範例的實施例的圖1的控制器的一部份的更詳細概要框圖，其包含起動電路的進一步細節；並且圖3是描繪圖2的數字狀態機的動作的狀態圖。
具體實施例方式
以下的說明被提出以使得本領域普通技術人員能夠完成及利用如同在一項特定的應用以及其要件的背景內所提出的本發明。然而，該較佳實施例的各種修改對於本領域熟練技術人員而言都將會是明顯的，並且在此所定義的一般原理可被應用至其它實施例。因此，本發明並非打算受限於在此所示及所述的特定實施例，而是打算被授予和在此所揭露的原理及新穎特點一致的最廣範圍。
圖1是根據本發明的一個實施例所做的一個範例的直流至直流轉換器100的簡化框圖，該直流至直流轉換器100包含一個起動電路109。為了說明目的，該直流至直流轉換器100被顯示為一種降壓型轉換器，儘管所了解的是，本發明同樣也可應用在其它類型的電源轉換器。一對開關Q1與Q2串聯耦接在一個輸入源極電壓VIN以及接地之間。在所示的實施例中，該開關Q1與Q2被做成N-通道金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，儘管其它類型的開關亦被思及，其包含適用於集成電路(IC)製造的半導體開關。上方的開關Q1使得其漏極耦接至VIN，其柵極接收一個上方的柵極控制信號UGATE，並且其源極在一個相位節點處耦接至下方的開關Q2的漏極。該下方的開關Q2在其柵極處接收一個下方的柵極控制信號LGATE並且使得其源極耦接至接地。該相位節點透過一個輸出電感器L耦接至一個輸出節點，該輸出電感器L生成一個輸出信號VOUT。該VOUT信號被施加至一個負載LD以及一個輸出電容器CO，兩者均參照至接地。該VOUT信號被反饋至控制器101的輸出感測電路103，其中該控制器101輸出該UGATE以及LGATE信號以控制開關Q1與Q2的動作。該相位節點亦被提供至控制器101以用於各種的目的，包含過電流檢測。
該控制器101包含輸出感測電路103、PWM控制邏輯105、柵極控制邏輯(GCL)107以及起動電路109。該輸出感測電路103提供該VOUT信號的一個感測出的部份作為一個反饋信號VOFB，該反饋信號VOFB被提供至該PWM控制邏輯105之內的誤差放大器111的反相輸入。在典型的配置中，誤差放大器111經由該VOFB信號來感測VOUT並且比較VOFB與一個參考電壓VREF以控制在其輸出處所提供至PWM邏輯113的一個補償信號COMP。該PWM邏輯113包含一個產生一參考波形(例如，斜波、鋸齒波或是三角信號或類似者)的振蕩器或類似者(未顯示)以及一個PWM比較器(未顯示)，該PWM比較器比較該參考波形與該COMP信號以產生一個被提供至該GCL 107的PWM信號。根據該PWM信號，該GCL 107系發出高的UGATE信號以導通開關Q1，並且發出低的LGATE信號以關斷開關Q2，以透過該輸出電感器L將VIN耦接來驅動VOUT的電壓電平。該GCL 107接著發出低的UGATE信號以及高的LGATE信號，以關斷Q1並且導通Q2。
一個典型的起動序列是將該誤差放大器111的非反相的輸入(被展示為信號SSCAP)從零斜波上升至該VREF設定點電壓電平。若VOUT已經預先充電時，例如其通過負載LD或是通過其它的直流至直流轉換器(例如，重複的轉換器或類似者)而被預先充電時，則在控制器101內之反饋迴路使得GCL 107啟動該下方的開關Q2一段長的時間期間以嘗試降低VOUT，因為VOFB顯著地大於SSCAP。因此，開關Q2耦接在接地以及透過該電感器L的預先充電的VOUT信號之間一段足夠地長的時間期間，而可能超過其熱限制。該起動電路109被設置以避免此不希望有的情形。該起動電路109提供一個起動使能信號SSEN給GCL 107，以有效地使能與禁用輸出切換，即如以下進一步所述者。該VREF信號被提供至起動電路109，該起動電路109提供該起動參考信號SSCAP至誤差放大器111的非反相輸入。該COMP信號亦被提供至該起動電路109，它監視該誤差放大器111的動作以判斷何時是適當的以發出該SSEN信號來使能輸出切換，以便於降低或是消除啟動該開關Q2過長的時間期間的可能性。
該GCL 107包含一對輸出驅動器(未顯示)，其根據該PWM信號來驅動開關Q1與Q2的柵極，即如本領域熟練技術人員已知的。再者，GCL 107典型地包含貫通(shoot-through)保護邏輯或類似者，其確保在任何特定的時點，開關Q1與Q2中都只有一個開關是導通的。當該SSEN信號被發出為高的，則GCL 107正常運作。當該SSEN信號被發出為低的，則GCL 107將兩個開關Q1與Q2關斷以禁用輸出切換。例如，在一個實施例中，GCL 107禁用兩個輸出驅動器，因而UGATE以及LGATE信號都被發出為低的，並且在該SSEN信號被發出為低的時候都保持為低的。將GCL107實施在內部以及外部的例子都被思及。例如，一個外部的柵極驅動IC可被配置有一個使能輸入，該使能輸入接收SSEN信號或是該信號的一個版本。在某些實施例中，GCL 107響應變為低的SSEN信號而將其輸出變為三態的，並且一個別的驅動器IC檢測出該三態的狀況並且禁用其本身。本發明並不限於任何特定的GCL107的實施例或是配置。
圖2是根據本發明的一個範例的實施例的控制器101的一部份的更詳細的概要框圖，其包含起動電路109的進一步細節。該VREF信號被提供至PNP雙極電晶體201的基極，該電晶體201使得其集電極耦接至接地。一個電流源203耦接在一個電壓源VCC以及電晶體201的發射極之間，用於提供電流給該電晶體201。該電流源203以及電晶體201全體地運作為一個電壓跟隨器，其在電晶體201的發射極處生成大致為VREF的電壓電平。在一個實施例中，VREF是一個0.6伏特(V)的晶片上的電壓參考，儘管任何其它適當的電壓電平亦被思及。電晶體201的發射極耦接至電阻器R1的一端，該電阻器R1使得其另一端耦接至運算互導放大器(OTA)205的非反相的輸入。另一個PNP雙極電晶體207以及電流源209以類似的方式耦接在VCC與接地之間，並且全體地運作為另一個電壓跟隨器，其中電晶體207的發射極耦接至另一電阻器R2的一端。該電阻器R2的另一端耦接至OTA 205的反相的輸入。R1與R2的電阻值可以是任何用於實施該OTA 205的邊界控制的適當值。在一個實施例中，這些電阻器實質上相等的並且相關於一個主邊界電阻器值。
一個邊界控制器211透過電阻器R1施加一第一電流I1並且透過電阻器R2施加一第二電流I2，用於使得使用者能夠規劃一個特定的偏移量給直流至直流轉換器100的輸出電壓VOUT。該邊界控制器211並未進一步加以描述。該OTA 205包含一個比較器或類似者(未顯示)，當OTA 205的反相以及非反相的輸入實質上是相等時，該比較器或類似者提供一個調節信號REG。該REG信號被發出為高的，這大致指出VREF以及SSCAP信號的電壓電平何時是足夠接近的，儘管在SSCAP以及VREF信號之間的差值潛在地通過該邊界控制器211來加以修改。若REG被發出為高的或是「真」並且邊界控制被施加以調整VOUT時，則REG變為假，同時SSCAP扭轉成為新的參考值。
一個第一單刀單擲(SPST)開關213耦接在電晶體207的基極與接地之間，並且其通過一個信號A來加以控制。當A被發出為高的，則開關213被導通(或是被閉路)，以耦接電晶體207的基極至接地；當A被發出為低的，則開關213被關斷(或是被開路)，以切斷電晶體207的基極與接地之連接。儘管正邏輯被顯示並且描述用於所有的數位訊號，但是負邏輯亦被思及。一個第二開關215耦接在OTA 205的一個反饋路徑中，在該OTA 205的輸出以及電晶體207的基極之間，並且通過一個信號B來加以控制。一個第三開關217耦接在OTA 205的輸出以及接地之間並且通過一個信號C來加以控制。開關215與217以類似於開關113的方式運作，使得當B被發出為高的時候，則開關215被導通(被閉路)，它耦接OTA 205的輸出至電晶體207的基極，並且當C被發出為高的時候，則開關217被導通(被閉路)，它耦接OTA 205的輸出至接地。一個軟起動電容器219耦接在該OTA 205的輸出以及接地之間。該C信號也被稱為一個開始信號，其在被發出為高的時候放電該電容器219並且在被發出為低的時候起始電容器219的充電。
該SSCAP信號是在該電容器219之上、於OTA 205的輸出處生成的參考電壓。在所示的配置中，該控制器101被配置在一個具有包含接腳P1、P2與P3的多個外部的接腳的IC或晶片上。接腳P1使得外部的選擇及連接軟起動電容器219至OTA205的輸出，以用於生成該SSCAP信號成為可能的。以此種方式，使用者選擇電容器219的值以控制根據VREF的軟起動電壓SSCAP的斜波上升，來控制起動動作的速率。開關217被用來在C信號被發出為高的時候，暫時將該OTA 205的輸出接地並且放電電容器219，並且當C信號被發出為低的，則其使能該電容器219以充電。
該OTA 205的輸出耦接至誤差放大器111的非反相輸入。誤差放大器111的反相輸入以及輸出分別耦接至外部的接腳P2與P3。使用者選擇並且串聯耦接一個補償電阻器RC以及一個補償電容器CC在接腳P2與P3之間，以提供補償給該誤差放大器111，即如本領域熟練技術人員已知的。使用者還耦接該輸出感測電路103在接腳P2與VOUT之間，以使得該VOUT信號的反饋感測成為可能的。在所示的實施例中，該輸出感測電路103包含一個耦接在接腳P2與接地之間的第一電阻器RA以及一個在接腳P2與該PWM直流至直流轉換器的輸出電壓VOUT之間的第二電阻器RB。在此例中，電阻器RA與RB形成一個分壓器，該分壓器生成該VOFB信號成為該VOUT信號的一部份，其中該VOFB信號被提供至誤差放大器111的反相的輸入。RA與RB的電阻值由使用者選擇以分壓VOUT的電壓成為一個在接腳P2處的適當電壓電平，以使得控制器101能夠控制或者是調節VOUT的電壓電平至一個根據VREF而選擇的電平。在所示的配置中，RA與RB的電阻值被選擇以在VOUT是在目標電壓電平時，於接腳P2生成一個實質上等於VREF(例如，0.6V)的電壓電平。
該誤差放大器111的輸出產生COMP信號，該COMP信號被提供至比較器225的反相的輸入。比較器225的非反相的輸入接收一個信號VRAMP，並且該比較器225的輸出產生一個軟起動完成的信號SC。該VRAMP信號的電壓電平被選擇為代表PWM邏輯113的PWM斜波電壓。在所繪的配置中，該VRAMP信號是一個被設置在該斜波電壓的大約中心處的電壓電平，該斜波電壓具有一個最大的斜波振幅電壓VR_HI以及一個最小的斜波振幅電壓VR_LO。在此種方式中，VRAMP是該PWM斜波電壓的最大與最小的振幅的中間或是平均、或者是VRAMP＝(VR_HI+VR_LO)/2，其中該前斜線「/」表示除法。在起動的情形期間，該SSCAP信號從零斜波上升至一個根據VREF而定的電平，即如以下進一步所述者。若VOUT被預先充電為高的，則VOFB最初是大於SSCAP，因而該COMP信號被發出為低的並且小於VRAMP。因此，該SC信號最初是高的。當該COMP信號最終變為高的，而到達或是超過VRAMP的電壓電平時，該SC信號被發出為低的，這指出該軟起動期間的結束。
該SSCAP信號被提供至其它的比較器222、223以及224的非反相的輸入。比較器223與224的反相的輸入分別接收信號VMAX與VMIN。在一個實施例中，該VMAX信號具有一個足夠接近電壓源VCC，例如是VCC-0.6V之固定的電壓電平。該比較器223在SSCAP信號超出VMAX的電壓電平的情形中發出一個過電壓信號OV，這指出過電壓的情況。該SSCAP信號欲從零斜波上升至VRAMP，並且接著向上或下至VREF，並且在正常的動作期間應該不會接近VMAX。該信號VMIN是一個預設的最小電壓值，例如，50毫伏(mV)。該比較器224在SSCAP大於VMIN時發出一個高的信號SSM，並且在SSCAP下降到VMIN之下時發出低的SSM信號。該SSM信號被用來判斷該電容器219的電壓何時是充分地被放電。當SSCAP大於一個適當的中間電壓電平，例如在所示的實施例中的VREF時，該比較器222發出一個高的信號CHG，並且在SSCAP下降到VREF之下時發出低的CHG信號。該CHG信號被用來判斷該電容器219的電壓何時被充分地充電以用於時序上的目的，即如以下進一步所述者。
該CHG、OV、SSM、以及SC信號都被提供至一個數字狀態機227。該數字狀態機227響應於該SC信號變為低的轉變以發出該SSEN信號來使能該GCL 107，以控制開關Q1與Q2來生成該VOUT信號。該數字狀態機227亦接收數個過電流(OC)信號，其包含一個高側的OC信號HOC、一個低側的OC來源信號LOCSRC、以及一個低側的OC吸收信號LOCSNK。該HOC信號指出通過高側的開關Q1的過電流的情況。該LOCSRC信號指出低側的開關Q2的電壓已經變得過為負的。該LOCSNK信號指出該相位節點已經在正方向上變得過為高的。每當過電流信號HOC、LOCSRC或是LOCSNKC中之任一信號被發出以指出過電流的情況時，該數字狀態機227發出一個信號(或是設定一個標誌)OCP。
該數字狀態機227接收一個使能信號，其指出開機重置(POR)的情況完成並且該控制器101被使用者(經由一個外部的接腳或類似者)使能。該數字狀態機227發出A、B以及C信號以分別控制開關213、215以及217。開關213與215控制OTA205在多個操作狀態之間，其包含開路與閉路的迴路配置。開關213被閉路並且開關215被開路以將該OTA 205設置在開路的迴路配置中。當OTA 205在該開路的迴路配置中，則開關217被閉路以用於放電該電容器219，並且其被開路以用於使能電容器219的充電。開關213被開路並且開關215被閉路以將該OTA 205設置在閉路的迴路配置中，以根據VREF來調節該SSCAP信號。在該閉路的迴路配置中，開關217被開路以使得電容器219能夠保持其電荷。
該數字狀態機227接收REG信號，並且當該SSCAP信號變成實質上等於VREF以指出正常的電壓調節動作時，發出一個對應的軟起動完成信號SSDN。然而，如先前所指出的，該邊界控制器211被用來調整SSCAP相對於VREF的值，以容許能夠調整VOUT。該信號REG更準確地指出當OTA 205的輸入實質上是相等時的OTA 205的調節。該數字狀態機227包含一個儲存一計數值(CNT)的計數器229，該計數值被用於界定在一個過電流的情況被偵測並且校正之後再重新起動的一個等待期間，即如以下進一步所述者。
圖3是描繪數字狀態機227的動作的簡化狀態圖。四個狀態被界定，其包含一個第一重置或最初與過電流的狀態S0、一個第二中間狀態S1、一個第三正常的操作狀態S2、以及一個第四等待期間狀態S3。在該狀態圖中，信號名稱上的一條橫槓表示該信號被發出為低的或者是在一個邏輯低的電平。該A、B以及C信號當被發出為高的以用於將對應的開關導通時，其被顯示為「高的」，並且當被發出為低的以用於將對應的開關關斷時，其被顯示為「低的」。動作開始在狀態S0中，並且在由SSM信號所指出該SSCAP信號的電壓大於VMIN時保持在狀態S0中。在狀態S0中，該信號A與C被發出為高的並且B信號被發出為低的。以此種方式，開關217被導通(閉路)以放電該電容器219，並且開關215被關斷(開路)，因而OTA 205最初是在開路的迴路配置中。
在SSCAP下降到VMIN之下並且當該使能信號被發出而且當OCP未被發出(例如，在初始化之後並且沒有過電流的情況)之後，動作前進到狀態S1，該C信號在狀態S1中被發出為低的，以關斷開關217。此使能仍然被配置為開路的迴路之OTA205，以開始充電該軟起動電容器219，因而該SSCAP信號開始斜波上升或是增加。在狀態S1中，若該OCP信號先前被設定時，則其被清除，並且計數器229的CNT值亦被清除或是設定至零。該數字狀態機227停留在狀態S1中，直到如同通過該SC信號被發出為低的所指出之COMP信號變成等於VRAMP、或是若如同通過OV信號被發出為高的所指出的一個過電壓的情況發生為止。至少兩個選項被描繪在若是當該OV信號被發出時，在此情形中，動作在一個選項中轉變至狀態S2或是在另一個選項中轉變回到狀態S0。該過電壓的情況並未進一步加以敘述，因為其並非特別相關於本發明。除此以外，當COMP變成實質上等於VRAMP(或是增加到超過VRAMP)時，該SC信號被發出為低的，並且動作前進到狀態S2。在狀態S2中，該A信號被發出為低的以關斷開關213，並且信號B被發出為高的以導通開關215來將該OTA205設置在該閉路的迴路配置中。開關217仍然是關斷的，因而該電容器219保持其電荷。當OTA 205在該閉路的迴路配置中時，其運作以驅動該SSCAP信號成為實質上等於VREF。
在進入狀態S2之際，該SSEN信號被發出以使能該GCL 107來開始控制開關Q1與Q2，以驅動電流至該負載LD以及/或是調節VOUT信號。一旦在狀態S2中，該OTA 205驅動該SSCAP信號上或下，以朝向VREF的設定點電壓。在穩態的情況中，OTA 205的輸入變成實質上相等的，並且該OTA 205發出REG信號。該數字狀態機227接收該REG信號並且發出該SSDN信號，該SSDN信號指出軟起動期間結束並且以誤差放大器111為中心的迴路在控制下。動作維持在狀態S2中，直到關機或是若在該OCP信號的發出之際一個過電流的情況被偵測到為止。
若是當OCP信號在狀態S2中被發出時，則動作返回狀態S0，該A與C信號在狀態S0中再度被發出為高的，以將開關213與217轉為導通的，並且該B信號被拉為低的，以關斷開關215。電容器219再度被放電，並且動作維持在狀態S0中，直到該SSCAP下降到VMIN之下為止。該SSEN信號被反轉，因而該GCL107再度禁用Q1與Q2的切換。一旦被設定後，該OCP信號(或是標誌)維持被發出，直到在狀態S1中被重置為止。計數器229的CNT值最初是零。在SSCAP下降到VMIN之下之後，當OCP被設定並且計數器229的CNT值不等於(其中「！＝」系表示不等式)一個預設的計數值CV(例如，CV＝3或是任何其它適當的計數值)時，動作前進到狀態S3，該C信號在狀態S3中被發出為低的，以關斷該開關217。在該開路的迴路配置中，該OTA 205再度開始充電該電容器219，並且在該SSCAP信號小於一個預設的電壓電平，例如VREF，即如通過低的CHG信號所指出時，動作維持在狀態S3中。當SSCAP的電壓變成實質上等於VREF，即如通過該CHG信號的發出所指出時，動作返回狀態S0，並且計數器229的CNT計數值被加一。動作以此種方式多次切換在狀態S0與S3之間，直到計數器229的CNT值到達該預設的計數值CV為止。在SSCAP下降到VMIN之下之後，若該使能信號被發出時，則該OCP標誌被設定，並且若該計數值等於該預設的計數值CV時，則動作前進到狀態S1，其中該OCP信號被反轉(或是該OCP標誌被清除)，並且計數器229的CNT值亦被清除。該計數器229以及在狀態S0與S3之間的切換建立一個被界定為CV次的起動等待期間，此為SSCAP充電至VREF所花費的時間。在所示的實施例中，該OTA 205提供一個大約30微安培(μA)的電流，並且電容器219的尺寸由使用者所選擇。
所體認到的是，根據本發明的一個實施例的起動電路在輸出已經是高的或者被預先充電時延遲輸出切換，直到PWM直流至直流電源轉換器的誤差放大器的輸出高到足以避免控制器驅動導通低側的開關過長的時間量為止。在一個實施例中，輸出切換在誤差放大器的輸出大約是被定在該PWM調製器的斜波電壓的中間時被起始。這意味著誤差放大器的非反相的輸入足夠接近反相的或是負「-」輸入，因而輸出切換可以開始，這避免潛在有害的瞬變值電流。在輸出切換被起始之後，誤差放大器的非反相的輸入系被斜波變化至該VREF設定點。
在此所描述的實施例中，在其輸出處具有一個外部的軟起動電容器的運算互導放大器(OTA)被採用來將該誤差放大器的非反相的輸入從零斜波上升，直到該誤差放大器的輸出到達一個位在該PWM的調製器斜波的中間的電壓電平為止。因此，當誤差放大器的非反相的輸入足夠接近其反相的輸入時，輸出切換被使能，該反相的輸入接收VOUT被反饋部份。誤差放大器的反相的輸入相關於VOUT，因而當該誤差放大器的輸入大約是相等時，一個相關於該預先充電的輸出電平的電壓已經被儲存在該軟起動電容器之上。再者，由於該誤差放大器的輸入是彼此接近的，因此沒有任一輸出開關可以在多個切換周期都保持導通的。接著，該OTA系被配置以斜波上升或是下降至該VREF設定點。由於至該參考設定點的轉變通過該OTA以及軟起動電容器所控制，或是V＝(30uA/C)*T，因此該轉變可被規劃成緩慢地，而不致引起輸出電壓或電流的瞬變值。
所體認到的是，許多種變化都是可能的，並且許多都被思及。例如，一個第四SPST開關(未顯示)可被加在接腳P1與P2之間(或是在VOFB以及SSCAP之間)，其具有一個從該數字狀態機227輸出的額外的控制信號。此額外的開關被用來充電SSCAP至VOFB的電壓，其中該狀態機保持在狀態S0中，直到SSCAP變成等於VOFB並且接著轉變至狀態S1為止。該OTA 205仍然斜波上升直到COMP等於VRAMP為止。在此例中，開關217的功能被修改，並且只有在過電流的情況之期間才被用來放電該電容器219。
儘管本發明已經參照其某些較佳的版本而相當詳細地加以描述，但是其它的版本及變化都是可行的且被思及。例如，特定的電壓或電流電平以及組件值與元件類型是可以為任意的，並且是根據特定的做法而定的。正或負邏輯都被思及。數字與模擬的做法以及其任何組合亦被思及。本領域熟練技術人員應該體認到其可以在不脫離由以下的權利要求書所界定的本發明的精神與範圍下輕易地利用所揭露的概念及特定的實施例來作為設計或修改其它用於提供和本發明相同的目的的結構的基礎。
權利要求
1.一種用於電源轉換器的起動電路，該電源轉換器包含誤差放大器，該誤差放大器比較輸出感測信號與起動參考信號並且提供指示該比較的補償信號，該起動電路包括放大器電路，其響應於開始信號，來充電該起動參考信號至一個根據一第二參考信號的預設參考電平；比較器，其判斷所述補償信號何時到達預設的斜波電平，並且其發出指示到達的起動完成信號；以及起動邏輯，其提供所述開始信號並且響應於所述起動完成信號來提供輸出使能信號。
2.如權利要求1所述的起動電路，其特徵在於，所述預設斜波電平大約是用於PWM調製的鋸齒波調節波形的中心電壓。
3.如權利要求1所述的起動電路，其特徵在於，所述放大器電路包括放大器，其具有接收所述第二參考信號的輸入以及輸出；以及耦接至所述放大器的輸出的電容器；其中所述放大器響應於所述開始信號來充電所述電容器，以充電所述起動參考信號。
4.如權利要求3所述的起動電路，其特徵在於，更包括耦接而橫跨所述電容器的第一開關，其中所述開始信號開路所述第一開關以使能所述電容器的充電。
5.如權利要求4所述的起動電路，其特徵在於，更包括耦接在所述放大器的反饋路徑中的第二開關；並且其中所述第二開關最初是開路的，以將所述放大器設置在開路的迴路配置中，並且其中所述第二開關被閉路以切換該放大器到閉路的迴路配置，來根據所述第二參考信號維持所述起動參考信號。
6.如權利要求5所述的起動電路，其特徵在於，更包括所述放大器具有接收所述第二參考信號的第一輸入以及耦接至所述第二開關的第二輸入；以及耦接在所述放大器的第二輸入與接地之間的第三開關，其中所述第三開關在起動的動作期間以及所述放大器正在充電所述電容器時被閉路，並且其中所述第三開關在所述第二開關被閉路時而被開路。
7.如權利要求6所述的起動電路，其特徵在於，所述起動邏輯包括數字狀態機，所述數字狀態機控制所述第一、第二與第三開關以起動所述電源轉換器。
8.如權利要求6所述的起動電路，其特徵在於，所述放大器包括運算互導放大器。
9.如權利要求6所述的起動電路，其特徵在於，更包括第一電壓跟隨器，其具有接收所述第二參考信號的輸入以及耦接至所述放大器的第一輸入的輸出；以及第二電壓跟隨器，其具有耦接至所述第二與第三開關的輸入以及耦接至所述放大器的第二輸入的輸出。
10.如權利要求9所述的起動電路，其特徵在於，更包括第一電阻器，其耦接在所述第一電壓跟隨器的輸出以及所述放大器的第一輸入之間；第二電阻器，其耦接在所述第二電壓跟隨器的輸出以及所述放大器的第二輸入之間；以及邊界控制器，其耦接以調整通過所述第一與第二電阻器的電流。
11.一種用於直流至直流轉換器的起動保護的方法，包括禁用所述直流至直流轉換器的輸出切換；根據一個參考信號來使得誤差放大器的參考輸入的電壓斜波上升；通過所述誤差放大器來根據所述參考輸入以及所述直流至直流轉換器的輸出的一反饋部份以提供補償信號；並且當所述補償信號到達預設的調節電平時使能所述直流至直流轉換器的輸出切換。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述斜波上升所述誤差放大器的參考輸入的電壓包括通過運算互導放大器(OTA)來充電電容器。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，更包括提供所述參考信號至所述OTA的輸入；運作所述OTA在開路的迴路狀態中以充電所述電容器；並且當調節被實現時，運作所述OTA在閉路的迴路狀態中以根據所述參考信號維持所述電容器的電壓。
全文摘要
一種用於電源轉換器的起動電路包含放大器電路、比較器以及起動邏輯。該電源轉換器包含誤差放大器，該誤差放大器比較一個輸出感測信號與一個起動參考信號並且提供一個補償信號。該放大器電路響應於一個開始信號，來充電該起動參考信號至一個根據第二參考信號而預設的參考電平。該比較器判斷該補償信號何時到達一個預設的斜波電平，並且其發出一個指示到達的起動完成的信號。該起動邏輯提供該開始信號並且響應於該起動完成的信號來提供一個輸出使能信號。該輸出使能信號使能輸出切換，以開始該輸出電壓的正常的調節動作。在一個實施例中，該預設的斜波電平大約是用於PWM調製的鋸齒波調節波形的中心電壓。
文檔編號H02M1/00GK1894843SQ200480028581
公開日2007年1月10日 申請日期2004年10月27日 優先權日2003年10月28日
發明者詹姆士·W·雷茲, 古斯塔沃·J·曼哈斯 申請人:英特賽爾美國股份有限公司