專利名稱：利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路及軟啟動方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子電路領域，涉及一種利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路及軟啟動方法。
背景技術：
在集成電路的啟動過程中，集成電路芯片內(nèi)部不同電路模塊的工作順序是非常重要的，有時會影響芯片的功能，特別是對于電源管理芯片。如果啟動時的脈沖電流太大，在芯片的啟動過程中這種瞬態(tài)脈沖大電流會把芯片燒壞。特別是對于控制大電流工作的芯片，這種現(xiàn)象會更加嚴重。所以為了芯片的安全工作，一般在電源管理芯片內(nèi)部設有軟啟動電路。軟啟動電路的設計方法很多。一種方法是對設定的電容充電，當電容上的電壓充到一定值時，內(nèi)部電路的工作點建立，驅(qū)動開關閉合，電路開始正常工作；另一種方法是采用計數(shù)的方法，每計數(shù)一次，電壓升高一個水平，逐步升高控制電壓的大小，直到完成計數(shù)， 控制電壓達到最大，電路開始正常工作。在開關電源電路中，為了避免功率管承受瞬態(tài)大電流的沖擊，需要芯片控制電路輸出的信號，進而控制功率管中的電流逐步增大，這也是一種軟啟動方法。為了實現(xiàn)這個功能，普遍的做法是采用脈寬調(diào)制方法，逐步增大控制脈沖的占空比，直到電路正常工作。在脈寬調(diào)制的軟啟動電路中，如果脈沖速度過大，或者開始時占空比太大，功率管中也會產(chǎn)生大的瞬態(tài)起始電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路，該電路可以防止在電路啟動時產(chǎn)生瞬態(tài)大電流；此外本發(fā)明還提供一種利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案?！N利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路包括脈寬調(diào)制電流源電路，脈頻調(diào)制電流源電路，振蕩器電路，時序控制電路，采樣反饋電路；所述脈寬調(diào)制電流源電路與一振蕩器電路相連，用以控制所述振蕩器電路輸出脈沖的占空比，使占空比逐步增大；所述脈頻調(diào)制電流源電路與一振蕩器電路相連，用以控制所述振蕩器電路輸出脈沖的頻率，使頻率逐步擴大；所述振蕩器電路與一時序控制電路相連，用以產(chǎn)生脈寬和頻率都逐步擴大的脈沖，進而控制所述時序控制電路；所述時序控制電路與所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路分別相連，用以分別調(diào)控所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路；所述采樣反饋電路的輸入端與所述振蕩器電路的輸出端相連，采樣反饋電路的輸出端與所述時序控制電路相連，用以采樣系統(tǒng)的負載狀況，進而使系統(tǒng)選擇脈寬調(diào)制的工作方式或脈頻調(diào)制的工作方式。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述脈寬調(diào)制電流源電路包括NMOS管MN1，NMOS管麗2，電流鏡電路A，PMOS管MPl ；匪OS管麗1的漏極與一電流源的正極相連；匪OS管麗2的漏極與NMOS管麗1的源極相連；電流鏡電路A分別與所述NMOS管麗1、NM0S管麗2的柵極相連；PMOS管MPl的漏極與所述電流鏡電路A的輸出端相連，PMOS管MPl的源極與所述電流源的負極相連。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述脈頻調(diào)制電流源電路包括2路鏡像電路；其中一路鏡像電路用以為所述振蕩器電路的充放電電容C提供充電電流，包括一與所述PMOS 管MPl鏡像連接的PMOS管MP3 ；另一路鏡像電路用以為所述振蕩器電路的充放電電容C提供放電通路，包括PMOS管MP2，匪OS管MN3，匪OS管MN4，電流鏡電路B ；其中，PMOS管MP2 與所述PMOS管MPl鏡像連接；NMOS管麗3的漏極與所述PMOS管MP2的漏極相連；NMOS管 MN4的漏極與所述NMOS管麗3的源極相連；電流鏡電路B的輸入端分別與所述NMOS管麗3 和匪OS管麗4的柵極相連。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述采樣反饋電路包括驅(qū)動電路，PMOS管MP ；驅(qū)動電路與所述振蕩器電路的輸出端相連；PMOS管MP的柵極與驅(qū)動電路的輸出端相連，PMOS 管MP的源極與所述時序控制電路相連。一種利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的軟啟動方法，所述方法包括如下步驟步驟一，電路啟動，脈寬調(diào)制電流源電路控制所述振蕩器電路輸出脈沖的占空比， 使占空比逐步增大；脈頻調(diào)制電流源電路控制所述振蕩器電路輸出脈沖的頻率，使頻率逐步擴大；步驟二，振蕩器電路在所述脈寬調(diào)制電流源電路和所述脈頻調(diào)制電流源電路的控制下產(chǎn)生脈寬和頻率都逐步擴大的輸出脈沖；步驟三，時序控制電路接收所述振蕩器電路的輸出脈沖，然后分別調(diào)控所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路；步驟四，啟動結束，系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，采樣反饋電路采樣系統(tǒng)的負載狀況，進而使系統(tǒng)選擇脈寬調(diào)制的工作方式或脈頻調(diào)制的工作方式。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟一中，脈寬調(diào)制電流源電路中的電流源提供的基準電流I分別通過NMOS管麗1和NMOS管麗2流入電流鏡電路A，電流鏡電路A的輸出電流在PMOS管MPl中產(chǎn)生鏡像電流MXI，用以為振蕩器電路的充放電電容C充電；M的大小是由時序控制電路的輸出脈沖DM控制的。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，步驟一中，所述脈頻調(diào)制電流源電路中的與所述PMOS管MPl鏡像連接的PMOS管MP3輸出的電流是PMOS管MPl輸出的電流的N倍，即 NXMXI ；PMOS管MP3輸出的電流為振蕩器電路的充放電電容C充電；N的大小是由時序控制電路的輸出脈沖DN控制的；所述脈頻調(diào)制電流源電路中的與所述PMOS管MPl鏡像連接的PMOS管MP2輸出的電流是PMOS管MPl輸出的電流的K倍，S卩KXMX I ；PMOS管MP2輸出的電流通過匪OS管麗3和NMOS管MN4鏡像轉(zhuǎn)換到電流鏡電路B中，為振蕩器電路的充放電電容C放電。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述振蕩器電路的充放電電容C的充電時間為
Ton = cxJhSvP ,斯VH禾口 VL側尉辰麵幡Φ隨翻鶴冑W禾口_氐W ； MxNxI所述振蕩器電路的充放電電容C的放電時間為:t。ff = CHm
MxNxLxI作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，當所述充放電電容C充電到高電平VH時，振蕩器電路的輸出翻轉(zhuǎn)，PMOS管MP3關閉，電流鏡電路B開始工作，為電容C提供放電電流通路。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明既可以起到軟啟動的作用，又可以在系統(tǒng)運行中根據(jù)負載的輕重選擇脈頻調(diào)制的工作方式或脈寬調(diào)制的工作方式。


圖1為本發(fā)明所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的電路圖。主要組件符號說明100、脈寬調(diào)制電流源電路；200、脈頻調(diào)制電流源電路；300、振蕩器電路；400、時序控制電路；500、采樣反饋電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。實施例一本實施例提供一種利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路，如圖1所示，它包括脈寬調(diào)制電流源電路100、脈頻調(diào)制電流源電路200、振蕩器電路300以及時序控制電路400和采樣反饋電路500。脈寬調(diào)制電流源電路脈寬調(diào)制電流源電路100的基準電流I通過匪OS管麗1、匪OS管麗2和電流鏡電路A，在PMOS管MPl中產(chǎn)生的鏡像電流是MX I，M的大小是由時序控制電路400的輸出脈沖DM控制的。PMOS管MPl為振蕩器電路300的充放電電容C提供可變的充電電流。脈寬調(diào)制電流源電路100中的電流源的電流是由時序控制電路400發(fā)出的脈沖DM控制的，電流源的電流逐次減小。對振蕩器電路300的充放電電容C的充電電流也是逐漸減小的。這使得振蕩器電路300輸出的振蕩頻率的占空比開始是最小的，占空比隨充電電流的減小而逐步增加。脈頻調(diào)制電流源電路脈頻調(diào)制電流源電路200有兩路鏡像電路。一路通過PMOS管MP 3鏡像PMOS管MPl中的電流，PMOS管MP3的電流是PMOS管 MPl中電流的N倍，即NXMX I。該路鏡像電路為振蕩器電路300的充放電電容C提供充電電流，充電電流的大小是由電流鏡電路A控制的。另一路通過PMOS管MP2鏡像PMOS管MPl中的電流，PMOS管MP2中的鏡像電流是 PMOS管MPl的K倍，S卩KXMX I。PMOS管MP2中的電流通過匪OS管MN3和匪OS管MN4鏡像轉(zhuǎn)換到電流鏡電路B中，為振蕩器電路充放電電容C提供放電通路。放電電流的大小由時序控制電路400的輸出脈沖DN控制。振蕩器電路VH和VL分別是振蕩器電路300中的比較器比較的參考高電平和參考低電平。對充電電容C從電壓VL充電到電壓VH的時間是Ton = Cx(VH-VL)/(MxNxI)
當充電到高電平VH時，振蕩器電路300的輸出翻轉(zhuǎn)，關閉充電電流鏡PMOS管MP 3。脈頻調(diào)制電流源電路200的電流鏡電路B開始工作，為電容C提供放電通路。從高電平 VH放電到低電平VL的時間是
Γ 丁 Cx(VH-VL)^Toff= \(2)
MxNxLxI充放電的周期是T = T。n+T。ff (3)充放電的頻率是= |(4)方程(1)代表的是振蕩器輸出的脈沖寬度，設置基本控制參數(shù)是M，M是由脈沖DM 控制的，初始值很大。在脈沖DM的控制下M逐步減小，1^逐步增大，實現(xiàn)了脈寬調(diào)制。同時該脈寬通過采樣電路500中的驅(qū)動電路使功率開關PMOS管MP打開，在啟動階段功率開關PMOS管MP的工作時間是逐步增大的。方程(2)表示振蕩器輸出脈沖為低電平的時間，也是采樣反饋電路500中功率開關PMOS管MP的關閉時間。它受兩個控制參數(shù)控制M和L。在啟動階段M是逐步減小的， 如果L保持不變，那么T。ff是逐步加長的。本發(fā)明中設置L是逐步增大的，受脈沖DN控制。 初始設置L大于M，使放電的速度逐步加快，Toff的時間逐步縮短。采樣反饋電路所述采樣反饋電路500包括驅(qū)動電路，PMOS管MP ；驅(qū)動電路與所述振蕩器電路的輸出端相連；PMOS管MP的柵極與驅(qū)動電路的輸出端相連，PMOS管MP的源極與所述時序控制電路相連。在上電初期，振蕩器電路振蕩后，脈寬調(diào)制電流源電路控制輸出脈沖的占空比，使占空比逐步增大；同時脈頻調(diào)制電路使整個啟動電路輸出的脈沖頻率很低，頻率逐步擴大。 這兩個調(diào)制電路控制軟啟動電路輸出的脈沖脈寬和脈沖頻率都逐步擴大，避免了電路啟動時大的瞬態(tài)啟動電流對后續(xù)電路的損害，實現(xiàn)了電路的軟啟動。啟動完成后，采樣反饋電路根據(jù)負載的情況決定整個系統(tǒng)以脈寬調(diào)制(PWM)的方式還是以脈頻調(diào)制(PFM)的方式繼續(xù)工作。該發(fā)明電路既可以起到軟啟動的作用，又可以在系統(tǒng)運行中根據(jù)負載的輕重選擇脈頻調(diào)制的工作形式，或者脈寬調(diào)制的工作形式。實施例二本實施例提供的是實施例一所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的軟啟動方法，該方法包括如下步驟步驟一，電路啟動，脈寬調(diào)制電流源電路控制所述振蕩器電路輸出脈沖的占空比， 使占空比逐步增大；脈頻調(diào)制電流源電路控制所述振蕩器電路輸出脈沖的頻率，使頻率逐步擴大；脈寬調(diào)制電流源電路中的電流源提供的基準電流I分別通過NMOS管麗1和NMOS 管麗2流入電流鏡電路A，電流鏡電路A的輸出電流在PMOS管MPl中產(chǎn)生鏡像電流MXI，用以為振蕩器電路的充放電電容C充電；M的大小是由時序控制電路的輸出脈沖DM控制的；所述脈頻調(diào)制電流源電路中的與所述PMOS管MPl鏡像連接的PMOS管MP3輸出的電流是PMOS管MPl輸出的電流的N倍，即NXMX I ；PMOS管MP3輸出的電流為振蕩器電路的充放電電容C充電；N的大小是由時序控制電路的輸出脈沖DN控制的；所述脈頻調(diào)制電流源電路中的與所述PMOS管MPl鏡像連接的PMOS管MP2輸出的電流是PMOS管MPl輸出的電流的K倍，S卩KXMX I ；PMOS管MP2輸出的電流通過匪OS管麗3和NMOS管MN4鏡像轉(zhuǎn)換到電流鏡電路B中，為振蕩器電路的充放電電容C放電；步驟二，振蕩器電路在所述脈寬調(diào)制電流源電路和所述脈頻調(diào)制電流源電路的控制下產(chǎn)生脈寬和頻率都逐步擴大的輸出脈沖；步驟三，時序控制電路接收所述振蕩器電路的輸出脈沖，然后分別調(diào)控所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路；當所述充放電電容C充電到高電平VH時，振蕩器電路的輸出翻轉(zhuǎn)，PMOS管MP3關閉，電流鏡電路B開始工作，為電容C提供放電電流通路。步驟四，啟動結束，系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，采樣反饋電路采樣系統(tǒng)的負載狀況，進而使系統(tǒng)選擇脈寬調(diào)制的工作方式或脈頻調(diào)制的工作方式。啟動初期振蕩器輸出的脈沖頻率很低，而且脈寬很小。頻率和脈寬逐步增大，實現(xiàn)了脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動過程。脈頻調(diào)制電流源電路中電流源的電流也是由時序控制電路發(fā)出的脈沖控制的，電流源的電流逐次增加，對振蕩器充放電電容C的放電電流也是逐漸增加的，使得振蕩器電路輸出的振蕩頻率的低電平開始最大，隨著放電電流的增加，輸出頻率的低電平的時間逐步減小，頻率增大。時序控制電路的輸入時鐘是振蕩器電路的輸出頻率，振蕩器電路的輸出調(diào)制脈頻調(diào)制電流源電路和脈寬調(diào)制電流源電路。脈寬調(diào)制電流源電路、脈頻調(diào)制電流源電路、振蕩器電路這三個電路的組合使得啟動時振蕩器電路的輸出頻率的占空比最小。這個輸出頻率作為功率開關的主要控制信號，開始啟動時導通時間最小，然后逐步擴大，實現(xiàn)了功率系統(tǒng)的軟啟動。脈寬調(diào)制電流源電路、脈頻調(diào)制電流源電路起始都有一個初始的啟動電流，這個兩個初始的啟動電流使振蕩器電路輸出的振蕩頻率占空比最小。啟動結束，系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，采樣反饋電路采樣系統(tǒng)的負載狀況，根據(jù)采樣信號， 系統(tǒng)選擇脈寬調(diào)制的工作方式，或者脈頻調(diào)制的工作方式。這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結構、布置、比例，以及用其他元件、 材料和部件來實現(xiàn)。
權利要求
1.一種利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路，其特征在于，所述軟啟動電路包括脈寬調(diào)制電流源電路，與一振蕩器電路相連，用以控制所述振蕩器電路輸出脈沖的占空比，使占空比逐步增大；脈頻調(diào)制電流源電路，與一振蕩器電路相連，用以控制所述振蕩器電路輸出脈沖的頻率，使頻率逐步擴大；振蕩器電路，與一時序控制電路相連，用以產(chǎn)生脈寬和頻率都逐步擴大的脈沖，進而控制所述時序控制電路；時序控制電路，與所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路分別相連，用以分別調(diào)控所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路；采樣反饋電路，采樣反饋電路的輸入端與所述振蕩器電路的輸出端相連，采樣反饋電路的輸出端與所述時序控制電路相連，用以采樣系統(tǒng)的負載狀況，進而使系統(tǒng)選擇脈寬調(diào)制的工作方式或脈頻調(diào)制的工作方式。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路，其特征在于，所述脈寬調(diào)制電流源電路包括NMOS管麗1的漏極與一電流源的正極相連； 匪OS管麗2的漏極與匪OS管麗1的源極相連； 電流鏡電路A分別與所述NMOS管麗1、NMOS管麗2的柵極相連； PMOS管MPl的漏極與所述電流鏡電路A的輸出端相連，PMOS管MPl的源極與所述電流源的負極相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路，其特征在于所述脈頻調(diào)制電流源電路包括2路鏡像電路；其中一路鏡像電路用以為所述振蕩器電路的充放電電容C提供充電電流，包括 PMOS管MP3，與所述PMOS管MPl鏡像連接；另一路鏡像電路用以為所述振蕩器電路的充放電電容C提供放電通路，包括PMOS管MP2，與所述PMOS管MPl鏡像連接；NMOS管麗3的漏極與所述PMOS管MP2的漏極相連；NMOS管MN4的漏極與所述NMOS管麗3的源極相連；電流鏡電路B的輸入端分別與所述NMOS管麗3和NMOS管MN4的柵極相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路，其特征在于，所述采樣反饋電路包括驅(qū)動電路，與所述振蕩器電路的輸出端相連；PMOS管MP的柵極與驅(qū)動電路的輸出端相連，PMOS管MP的源極與所述時序控制電路相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的軟啟動方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟步驟一，電路啟動，脈寬調(diào)制電流源電路控制所述振蕩器電路輸出脈沖的占空比，使占空比逐步增大；脈頻調(diào)制電流源電路控制所述振蕩器電路輸出脈沖的頻率，使頻率逐步擴大； 步驟二，振蕩器電路在所述脈寬調(diào)制電流源電路和所述脈頻調(diào)制電流源電路的控制下產(chǎn)生脈寬和頻率都逐步擴大的輸出脈沖；步驟三，時序控制電路接收所述振蕩器電路的輸出脈沖，然后分別調(diào)控所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路；步驟四，啟動結束，系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，采樣反饋電路采樣系統(tǒng)的負載狀況，進而使系統(tǒng)選擇脈寬調(diào)制的工作方式或脈頻調(diào)制的工作方式。
6.根據(jù)權利要求5所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的軟啟動方法，其特征在于步驟一中，脈寬調(diào)制電流源電路中的電流源提供的基準電流I分別通過NMOS管麗1和 NMOS管麗2流入電流鏡電路A，電流鏡電路A的輸出電流在PMOS管MPl中產(chǎn)生鏡像電流 MX I，用以為振蕩器電路的充放電電容C充電；M的大小是由時序控制電路的輸出脈沖DM 控制的。
7.根據(jù)權利要求6所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的軟啟動方法，其特征在于步驟一中，所述脈頻調(diào)制電流源電路中的與所述PMOS管MPl鏡像連接的PMOS管妮3輸出的電流是PMOS管MPl輸出的電流的N倍，即NXMXI ；PMOS管MP3輸出的電流為振蕩器電路的充放電電容C充電；N的大小是由時序控制電路的輸出脈沖DN控制的；所述脈頻調(diào)制電流源電路中的與所述PMOS管MPl鏡像連接的PMOS管MP2輸出的電流是PMOS管MPl輸出的電流的K倍，SP KXMX I ；PMOS管MP2輸出的電流通過匪OS管麗3和 NMOS管MN4鏡像轉(zhuǎn)換到電流鏡電路B中，為振蕩器電路的充放電電容C放電。
8.根據(jù)權利要求7所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的軟啟動方法，其特征在于所述振蕩器電路的充放電電容C的充電時間為-.Tai = HvP ,其中VH和VL分別是振蕩器電路中比較器的參考高電平和參考低電平；所述振蕩器電路的充放電電容c的放電時間為-Jiff=cm
9.根據(jù)權利要求8所述的利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路的軟啟動方法，其特征在于當所述充放電電容C充電到高電平VH時，振蕩器電路的輸出翻轉(zhuǎn)，PMOS管MP3關閉，電流鏡電路B開始工作，為電容C提供放電電流通路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用脈頻和脈寬調(diào)制的軟啟動電路及軟啟動方法，該電路包括脈寬調(diào)制電流源電路，脈頻調(diào)制電流源電路，振蕩器電路，時序控制電路，采樣反饋電路；所述脈寬調(diào)制電流源電路用以控制所述振蕩器電路輸出脈沖的占空比；所述脈頻調(diào)制電流源電路用以控制所述振蕩器電路輸出脈沖的頻率；所述振蕩器電路用以產(chǎn)生脈寬和頻率都逐步擴大的脈沖，進而控制時序控制電路；所述時序控制電路用以分別調(diào)控所述脈寬調(diào)制電流源電路和脈頻調(diào)制電流源電路；所述采樣反饋電路用以采樣系統(tǒng)的負載狀況，進而使系統(tǒng)選擇脈寬調(diào)制或脈頻調(diào)制的工作方式。本發(fā)明既可以起到軟啟動的作用，又可以在系統(tǒng)運行中根據(jù)負載的輕重選擇脈頻調(diào)制或脈寬調(diào)制的工作方式。
文檔編號H02M1/36GK102280994SQ20101019818
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者丁晟, 宋志棠, 富聰, 王倩, 蔡道林, 陳后鵬 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所