專利名稱：一種開關電源集成電路的數字控制軟啟動電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于集成電路(IC)技術，涉及一種開關電源集成電路(IC)的數字控 制軟啟動電路。
背景技術：
開關電源以體積小、性能好和使用方便等特點，在通信、網絡、工業(yè)控制和消費電 子領域得到了廣泛的應用。如今，開關電源技術已經廣泛應用于大功率發(fā)光二極管(LED) 驅動領域。眾所周知，開關電源的控制模式可以分為電壓控制模式和電流控制模式，相對電 壓模式而言，電流模式有動態(tài)響應快、調節(jié)性好的優(yōu)點。無論哪種控制模式，在開關電源系 統(tǒng)的啟動過程中都有較大的浪涌電流。當芯片電源開啟完成后，反饋的閾值達到額定值。開 關電源的啟動工作情況可以分為兩種情況1.開關電源以最大占空比工作，直到輸出電流 (壓)達到額定電流(壓)；2.開關電源的開關管一直導通，直到輸出電流(壓)達到額定 電流(壓)。對于第二種方法會使負載的電流(壓)從0變到額定電流(壓)。這樣上電 時負載的電流(壓)變化量ΔΙ(ν)很大，通常情況下，負載對紋波電流(壓)是有要求的， 這樣很容易會對負載造成不工作或者損壞。而且兩種方法開關電源開啟時的輸入電流都很 大，會產生過大的浪涌電流，對供電電網造成污染，同時影響電源系統(tǒng)壽命。為了避免這種 情況，所以要在開關電源中加入軟啟動功能。在目前應用的開關電源控制芯片中，應用的軟啟動電路有以下幾種采用恒流源 對電容充電，利用電容充電電壓指數上升的特性使電源輸出指數上升，實現軟啟動，這樣需 要電容，且其電容值較大，不易集成到芯片內部。采用微控制器或現場可編程門陣列(FPGA) 實現電源的數字控制，這種方法可以實現不同的軟啟動需要，達到很好的軟啟動效果，但是 需要額外的時鐘電路和供電電路，大多數微控制器和FPGA為復雜數字電路，成本偏高，一 般用于高端復雜電源領域。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了提出一種可以減小開關電源的體積，降低制造成本，能 廣泛應用于電源領域的軟啟動電路。特提供一種開關電源IC的數字控制軟啟動電路，該電路用于依據一外部時鐘信 號0ΧΚ)和一基準電壓信號(Vref)產生一第一電壓信號(Vsoft)，其包括一計數器，依據 一外部時鐘信號產生一控制信號，依據一外部清零信號，在軟啟動電路工作前實現計數器 清零，在上電后，計數器首先清零，然后根據時鐘的個數輸出不同的控制信號；一反相器，依 據一控制信號產生一驅動信號，實現對控制信號的取反，滿足軟啟動電路的邏輯要求；一開 關單元，依據一驅動信號實現短路和開路，從而將與其并聯(lián)的電阻器短接到地與否，調節(jié)電 阻器的分壓比例，實現對第一電壓信號的控制；一電阻器，多個電阻串聯(lián)，一端接地，另一端 接基準電壓信號。該電路依據時鐘信號驅使第一電壓信號的電壓緩慢上升。有效減小開關 電源在上電啟動過程中的尖峰電流。[0006]由此可見，本實用新型軟啟動電路在開關電源上電后，根據外部時鐘信號，控制與 電阻器連接的開關單元，使軟啟動電路輸出第一電壓信號的電壓緩慢上升，從而避免了在 開關電源啟動過程中的尖峰電流。而且本實用新型結構簡單，使用方便，可以廣泛用于各電 源領域的軟啟動電路。

圖1為采用了本實用新型軟啟動電路的電源控制芯片的BUCK拓撲圖；圖2為本實用新型軟啟動電路的結構示意圖；圖3為圖2中計數器的一種結構示意圖；圖4為圖2中反相器、開關單元和電阻器的結構示意圖；圖5為本實用新型軟啟動電路在軟啟動過程中的第一電壓信號(Vsoft)的變化示 意圖；圖6為本實用新型軟啟動電路在軟啟動過程中開關功率管電流變化示意圖。
具體實施方式
通過
以下結合附圖進一步說明本實用新型的原理特征。如圖2所示，本實用新型軟啟動電路200用于依據一外部時鐘信號(CLK)和一基 準電壓信號(Vref)產生一第一電壓信號(Vsoft)，其包括一計數器，一反相器、一開關單 元以及一電阻器。在本實施例中，計數器用于依據外部時鐘信號(CLK)產生不同的控制信 號，依據外部清零信號(CLR)實現計數器清零。反相器用于對控制信號的取反，產生的驅動 信號控制開關單元的開啟和關閉，從而調節(jié)電阻器的分壓比例，實現第一電壓信號(Vsoft) 隨外部時鐘信號緩慢變化。如圖3所示，本實用新型軟啟動電路中的計數器300用于依據外部時鐘信號(CLK) 產生不同的控制信號，依據外部清零信號(CLR)實現計數器清零。該模塊有D觸發(fā)器305 314，均為上升沿觸發(fā)，二輸入與門315 324，三輸入與門302 304，三輸入與非門301， 反相器325。D觸發(fā)器314連接為分頻器，其輸出信號為輸入時鐘信號(CLK)的二分頻，輸 出接反相器325的輸入端。二輸入與門315 324的一端輸入為反相器的輸出端，另一端 輸入為對應D觸發(fā)器輸出端口 Q非，其輸出端接對應D觸發(fā)器的輸入時鐘端，其用作是當D 觸發(fā)器輸出端口 Q為低電平時，輸出端口 Q非為高電平，反相器325的輸出信號可以通過二 輸入與門傳輸到D觸發(fā)器的輸入時鐘端，當D觸發(fā)器輸出端口 Q輸出高電平時，輸出端口 Q 非端輸出低電平，反相器325的輸出信號無法通過二輸入與門傳輸到D觸發(fā)器的輸入時鐘 端。三輸入與門302 304，三輸入與非門301的作用是當Dl D9均輸出高電平時，D觸 發(fā)器314—直處于清零狀態(tài)，輸出低電平時，計數器工作結束。該計數器工作過程為上電時，CLR信號有效使305 314清零，輸出Q均為0信 號，Q非為1信號，313的輸入端為其Q非為1信號。當CLK第一個上升沿到來時，314的輸 出Q變?yōu)?，反相器325的輸出變?yōu)?。當第二個時鐘上升沿到來時，314的輸出Q變?yōu)?， 反相器325的輸出變?yōu)?，313的輸入時鐘信號變?yōu)?，313的輸出Q變?yōu)?，并傳遞到312 的輸入端上，313的輸出Q非變?yōu)?，由于二輸入與門的作用，非門輸出信號無法傳輸到313 的時鐘輸入端，313的輸出Q不再變化。當第三個時鐘上升沿到來時，314的輸出Q變?yōu)?，反相器325的輸出變?yōu)?。當第四個時鐘上升沿到來時，314的輸出端Q變?yōu)?，反相器325 的輸出變?yōu)?，312的輸入時鐘信號變?yōu)?，312的輸出Q變?yōu)?，并傳遞到312的輸入端上， 313的輸出Q非變?yōu)?，由于二輸入與門的作用，非門輸出信號無法傳輸到313的時鐘輸入 端，313的輸出Q不再變化。和上面同樣的道理，每當兩個時鐘上升沿到來之后，使得下一 個D觸發(fā)器鎖存一個1信號輸出。這個模式的順序為從D觸發(fā)器313到D觸發(fā)器305。當 313 305的Q輸出都為1后，Dl D9的與非結果為0，在和CLR信號相與后輸入到314的 清零端，使得314的輸出一直為0，計數器不在工作，此時軟啟動結束。如圖4所示，本實用新型軟啟動電路中的反相器、開關單元和電阻器400用于依據 驅動信號和基準電壓信號(Vref)產生一第一電壓信號(Vsoft)。其包括反相器421 429， 開關單元為N型MOS晶體管412 420，電阻器401 411。反相器421 429的輸入端分 別接計數器輸出Dl D9，輸出分別接開關單元的控制端。N型MOS晶體管412 420的漏 極分別接到電阻器403 411的上端，源極接地，基準電壓信號(Vref)經電阻器401 411 串聯(lián)到地。400的工作模式為當Dl D9觸發(fā)器輸出均為低電平時，通過反相器后使得N 型MOS晶體管412 420均導通。電阻器401 411沒有電流流過。輸出第一電壓信號 (Vsoft)為
權利要求1.一種開關電源集成電路的數字控制軟啟動電路000)，它用于依據一外部時鐘信號 (CLK)和一基準電壓信號(Vref)產生一第一電壓信號(Vsoft)，其特征在于該電路是由一 計數器、一反相器、一開關單元和電阻器構成，其中計數器依據依據外部清零信號(CLR)實 現計數器的上電清零，依據一外部時鐘信號(CLK)產生一控制信號進入反相器，反相器實 現對控制信號的取反，產生的驅動信號控制開關單元的開啟和關閉，從而調節(jié)電阻器的分 壓比例，實現第一電壓信號(Vsoft)隨時鐘信號緩慢上升，實現電路的軟啟動。
2.根據權利要求1所述的一種開關電源集成電路的數字控制軟啟動電路，其特征在 于，計數器(300)模塊用于依據一外部信號產生不同的控制信號，依據一個外部清零信號 實現計數器的清零，該模塊包括有D觸發(fā)器(305 314)，二輸入與門(314 3M)，三輸 入與門(302 304)，三輸入與非門(301)和反相器(325)，D觸發(fā)器連接分頻器，其輸出信 號為輸入時鐘信號的二分頻，輸出信號接反相器(325)的輸入端，而輸入與門(315 324) 一端輸入為反相器的輸入端，另一端輸入對應D觸發(fā)器輸出端口 Q非，其輸出端接對應D觸 發(fā)器的輸入時鐘，用作當D觸發(fā)器輸出信號Q為低電平時，輸出端口 Q非為高電平，反相器 (325)的輸出信號可以通過二輸入與門傳輸到D觸發(fā)器的輸入時鐘端，當D觸發(fā)器的輸出信 號Q為高電平時，反相器(325)的輸入時鐘信號無法通過二輸入與門到達D觸發(fā)器的輸入 時鐘端，三輸入與門(302 304)、三輸入與非門的作用是當Dl D9均為輸出高電平時，D 觸發(fā)器(314) —直處于清零狀態(tài)，輸出低電平時計數器工作結束。
3.根據權利要求1所述的一種開關電源集成電路的數字控制軟啟動電路，其特征在于 反相器、開關單元和電阻器(400)模塊用于依據驅動信號和基準電壓信號(VREF)產生一第 一電壓信號(Vsoft)，模塊上包含有反相器G21 429)、開關單元N型MOS (412 420)，電 阻器GOl 411)，反相器021 429)的輸入端分別接計數器中D觸發(fā)器(DO D9)輸 出，輸出分別接開關單元中MOS的柵極，N型MOS晶體管012 420)的漏極分別接到電阻 器的003 411)的上端、源極接地、基準電壓信號(Vref)經電阻器001 411)串聯(lián)到 地。
4.根據權利要求3所述的一種開關電源集成電路的數字控制軟啟動電路，其特征在于 結合計數器(300)模塊和反相器、開關單元和電阻器(400)模塊，當D觸發(fā)器Dl D9輸出 信號Q均為零時，通過反相器后獲得的N型MOS晶體管012 420)均導通，電阻器001 411)沒有電流通過，則輸出的第一電壓信號為
專利摘要本實用新型提出了一種開關電源集成電路的數字控制軟啟動電路，它涉及到集成電路中開關電源軟啟動電路，本實用新型提供的軟啟動電路是一種體積小、成本低的軟啟動電路，用于依據一外部時鐘信號和一基準電壓信號產生一第一電壓信號，其包括一計數器，依據一外部時鐘信號產生一控制信號；一反相器，依據一控制信號產生一驅動信號；一開關單元，依據一驅動信號實現短路和開路；一電阻器，依據一開關單元的短路和開路結合一基準電壓發(fā)生器產生一第一電壓信號。本實用新型提供的開關電源軟啟動電路能驅使第一電壓信號的電壓隨外部時鐘信號緩慢上升，從而避免了在開關電源在啟動過程中出現的尖峰電流。
文檔編號H02M1/32GK201928185SQ201020660119
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者于臻, 關允超, 馮純益, 劉超, 寧寧, 袁之光 申請人:電子科技大學