一種軟啟動電路及包括該軟啟動電路的dc-dc電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種軟啟動電路及包括該軟啟動電路的DC-DC電路，在DC-DC電路中通過誤差放大器來控制脈寬調制比較器的輸出，可最終輸出一穩(wěn)定的輸出電壓，同時在軟啟動電路中，通過開關阻容電路來控制軟啟動輸出的基準源電壓，使得基準源電壓緩慢上升最終穩(wěn)定為參考電壓，并使得DC-DC輸出電壓跟隨軟啟動輸出的基準源電壓緩慢上升，避免了在啟動過程中產生過沖電壓，實現(xiàn)軟啟動功能，更好的保護電路。
【專利說明】—種軟啟動電路及包括該軟啟動電路的DC-DC電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領域,確切的說,涉及一種軟啟動電路及包括該軟啟動電路的DC-DC電路。
【背景技術】
[0002]伴隨著便攜式設備的廣泛成用，DC-DC (直流/直流轉換電路)轉換器憑借其高效率、大輸出電流、低靜態(tài)電流的特點而迅速發(fā)展。傳統(tǒng)的DC/DC開關電源在上電過程中，輸出電壓從零上升到最大值。由于負反饋的作用，功率管的PWM( (Pulse Width Modulation,脈寬調制比較器)控制信號的占空比從最大值開始變化，逐漸減小，直到電路穩(wěn)定。由于電路中輸出濾波電容的存在，對電容充電容易產生浪涌電流，此時通過功率管的電流可以達到很大，容易損毀電路系統(tǒng)。為了在啟動過程屮防止大的浪涌電流對電路系統(tǒng)的損壞，在電路啟動過程中需要對電流進行限制，即需要在開關電源芯片中加入軟啟動電路。
[0003]DC-DC開關電源在上電工作的初期，電源輸出電壓從零逐漸上升。DC-DC芯片通過內部開關的導通對外部電感充電，電感積累能量，同時負載上的端電壓也上升。如果負載較小，而電感中的能量釋放較緩慢，則容易對負載造成較大的沖擊。為了避免輸出電壓過沖的情況，提高電路工作的可靠性和壽命，需要在開關電源芯片電路中增加軟啟動功能。
[0004]軟啟動電路控制電源電壓的輸出，緩慢地從零電壓上升到設定值，從而不會對負載造成損害。目前，常用的軟啟動有幾類:
[0005]第一類是電阻或者采用恒流方式對電容充電，電容的端電壓緩慢上升，輸出電壓跟隨電容端電壓也緩慢上升，電路原理如圖1所示。此種方法需要較大的電容來實現(xiàn)，實際應用時，常常需要在芯片外部接電阻和電容元件，增加了應用的復雜程度。如果延時時間太短的話，軟啟動效果不明顯，而當需要產生毫秒極的延時的情況下，此種方式的電路實現(xiàn)代價較高；
[0006]第二類是采用分段控制的方式，把電壓的上升過程分成幾個階段，通過幾個電壓比較器來判斷，再控制連接電容的電阻值的大小，改變電容的充電速度，達到緩慢上升的目的，但是其控制方式復雜，實現(xiàn)成本也較大；
[0007]第三類是數(shù)字控制數(shù)模轉換器來實現(xiàn)參考電壓緩慢上升的方法，
[0008]如圖2所示，這種方法控制起來很復雜，芯片實現(xiàn)的成本也較高。
[0009]中國專利(CN 103023316 A)公開了一種能使多個DC-DC變換部均等地動作來生成直流輸出電壓的DC-DC轉換器。本發(fā)明的DC-DC轉換器具備:多個DC-DC變換部，輸出矩形波電壓；多個電感器元件，與所述多個DC-DC變換部的每一個相對應地各設置一個，一端與對應的DC-DC變換部的輸出端子連接，另一端與公共的外部輸出端子連接；多個占空檢測電路，在所述多個DC-DC變換部的輸出端子上分別各連接一個，對從對應的DC-DC變換部輸出的矩形波電壓的占空比進行檢測；和占空調整電路，基于將所述多個占空檢測電路的輸出信號以每2個為一組而對每個組進行比較后的結果，對與各組內的一個占空檢測電路連接的DC-DC變換部的占空比進行調整，使得各組的矩形波電壓的占空比相等。[0010]但是該專利是對DC-DC變換部的占空比進行調整，并不能對輸出電壓進行調整，輸出的電壓可能無法達到一想要的穩(wěn)定電壓值，進而無法調整。
[0011]綜上，在現(xiàn)有技術中，若要實現(xiàn)將零電壓緩慢地上升到設定值，其成本較高，而且控制方式也比較復雜，因此本領域技術人員一直致力研究如何在保證成本的前提下，最好的實現(xiàn)軟啟動電路的功能，以保護電路。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明提供了一種DC-DC軟啟動電路，通過較小的實現(xiàn)成本，從而實現(xiàn)較大的延時輸出的效果。
[0013]本發(fā)明采用的技術方案為:
[0014]一種DC-DC電路，所述DC-DC電路應用于CMOS的啟動電路中，所述電路提供一輸出電壓，其中，包括:帶隙基準源電路、振蕩器、軟啟動電路、誤差放大器和脈寬調制比較器；
[0015]所述帶隙基準源電路連接所述振蕩器，并提供一參考電壓至所述軟啟動電路；
[0016]所述軟啟動電路提供一基準源電壓連接所述誤差放大器的一輸入端，所述誤差放大器的輸出端連接脈寬調制比較器的其中一輸入端；
[0017]所述振蕩器分兩路方波輸出，一路輸出OCSl至脈寬調制比較器的一輸入端，另一路輸出0SC2至軟啟動電路；
[0018]其中，所述電路提供一反饋電壓至所述誤差放大器的其中一輸入端，以控制輸出一穩(wěn)定的輸出電壓。
[0019]上述的DC-DC電路，其中，所述振蕩器輸出兩路方波輸出，一路為占空比為50%的方波輸出OSCl連接所述脈寬調制比較器的輸入端，另一路為占空比為5%脈沖方波輸出0SC2連接軟啟動電路。
[0020]上述的DC-DC電路，其中，所述脈寬調制比較器的輸出端連接一開關邏輯器的輸入端。
[0021]上述的DC-DC電路，其中，所述開關邏輯控制器的SP輸出端接外部開關整流管的柵極，SN輸出端接外部續(xù)流管的柵極；
[0022]所述整流管的源極連接電源電壓，所述續(xù)流管的源極接地端。
[0023]上述的DC-DC電路，其中，所述整流管和續(xù)流管的漏極連接的節(jié)點有一電感，該電感的另一端連接輸出電壓。
[0024]上述的DC-DC電路，其中，所述電路還包括兩個串聯(lián)的分壓電阻，以及與該兩個分壓電阻并聯(lián)的外接電容，其中一電阻接地端，兩個所述分壓電阻之間的節(jié)點提供所述反饋電壓。
[0025]上述的軟啟動電路，其中，所述軟啟動電路包括比較器電路、與非門電路和開關阻容電路，
[0026]所述比較器電路包括鏡像電流管單元及一差分輸入極；
[0027]所述與非門電路包括一選擇電路，該選擇電路包括至少一對并聯(lián)的選擇晶體管(M10, M11)，其中一選擇晶體管(MlO)的柵極連接比較器電路的輸出端，該并聯(lián)的另一差分晶體管(MlI)的漏極連接所述振蕩器的0SC2輸出；[0028]所述開關阻容電路包括一模擬開關電路，該模擬開關電路包括至少一對并聯(lián)的模擬開關管(M14，M15)，每個兩個開關管的源極和襯底連接所述參考電壓，其中一開關管(M14)的柵極連接比較器電路的輸出端，另一開關管(M15)的柵極連接所述與非門電路的輸出端；
[0029]所述開關阻容電路提供一反饋電流至差分輸入極的輸入端，并通過所述模擬開關電路來控制輸出所述基準源電壓。
[0030]上述的軟啟動電路，其中，所述鏡像電流管單元包括多個鏡像電流管，所述差分輸入極包括至少一對并聯(lián)的差分晶體管(M3，M4)；
[0031]每個所述差分晶體管(M3，M4)的源極皆連接其中一鏡像晶體管的漏極。
[0032]上述的軟啟動電路，其中，每個所述鏡像電流管的源極連接電源電壓。
[0033]上述的軟啟動電路，其中，所述比較器電路還提供一偏置電流源，該偏置電流源提供一偏置電流至其中一所述鏡像電流管(Ml)的漏極，且該鏡像電流管(Ml)的柵極和漏極相連接。
[0034]上述的軟啟動電路，其中，所述選擇電路的其中一選擇晶體管串聯(lián)有多個晶體管，且該選擇晶體管(Mll)的柵極和與其中一個該選擇晶體管串聯(lián)的晶體管(M13)的柵極相連；
[0035]所述選擇電路通過所述串聯(lián)的晶體管連接電源電壓和接地端。
[0036]上述的軟啟動電路，其中，開關阻容電路還包括一電阻(R3)和電容(Cl)，所述電阻的一端連接所述模擬開關的其中一開關管(M15)的漏極，且該電阻的另一端與所述電容之間輸出所述基準源電壓。
[0037]由于本發(fā)明采用了以上技術方案，通過誤差放大器來控制脈寬調制比較器的輸出，可最終輸出一穩(wěn)定的輸出電壓，同時在軟啟動電路中，通過開關阻容電路來控制軟啟動輸出的基準源電壓，使得基準源電壓緩慢上升最終穩(wěn)定為參考電壓，并使得DC-DC輸出電壓跟隨軟啟動輸出的基準源電壓緩慢上升，避免了在啟動過程中產生過沖電壓，實現(xiàn)軟啟動功能，更好的保護電路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0039]圖1為現(xiàn)有技術中使用阻容方式實現(xiàn)的軟啟動電路；
[0040]圖2為現(xiàn)有技術中利用數(shù)字控制數(shù)模轉換器實現(xiàn)軟開關功能的電路圖；
[0041]圖3為本發(fā)明提供的一種DC-DC電路結構圖；
[0042]圖4為本發(fā)明提供的一種軟啟動電路圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明:
[0044]圖3為本發(fā)明提供的一種DC-DC電路示意圖，如圖所示，一種DC-DC電路，包括帶隙基準源電路、振蕩器、軟啟動電路、誤差放大器、脈寬調制比較器和開關邏輯控制器；[0045]帶隙基準源電路連接振蕩器，并提供一參考電壓VBG至軟啟動電路；
[0046]振蕩器輸出兩路方波輸出，一路為占空比為50%的方波輸出OSCl連接脈寬調制比較器(Pulse Width Modulation，即圖示PWM比較器)的輸入端，另一路為占空比為5%脈沖方波輸出0SC2連接軟啟動電路；
[0047]軟啟動電路提供一基準源電壓VREF至誤差放大器的其中一輸入端，誤差放大器的輸出端連接脈寬調制比較器的其中一輸入端；
[0048]脈寬調制比較器的輸出端連接開關邏輯控制器的輸入端，脈寬調制比較器的輸出端與振蕩器的輸出端OSCl連接到開關邏輯控制器的輸入端；
[0049]開關邏輯控制器的SP輸出端連接外部開關整流管MPl的柵極，SN輸出端連接外部續(xù)流管MNl的柵極，整流管MPl和續(xù)流管MNl的漏極相連接，整流管MPl的源極連接電源電壓VDD，續(xù)流管麗I的源極接地端GND ；
[0050]進一步的，參照圖3所示，整流管MPl和續(xù)流管麗I的漏極連接有一電感LI，該電感LI的另一端輸出電壓VOUT ；
[0051]此外，還包括兩個分壓電阻(Rl，R2)，以及與該兩個分壓電阻并聯(lián)的電容CO，電阻Rl的一端位于電感LI與輸出電壓VOUT之間的節(jié)點，電容CO與R2接地；
[0052]電阻Rl和電阻R2連接的節(jié)點提供反饋電壓VFB至誤差放大器的其中輸入端。
[0053]本發(fā)明還提供了一種應用于DC-DC的軟啟動電路圖,如圖4所示,該軟啟動電路包括比較器電路與非門電路和開關阻容電路；
[0054]比較器電路包括多個鏡像電流管(M1、M2、M7)組成的鏡像電流管單元，以及至少一對并聯(lián)的晶體管(M3、M4)組成的差分輸入極，鏡像電流管M1、M2、M7的柵極相互連接，且每個鏡像電流管的源極皆連接電源電壓VDD ；
[0055]晶體管M3、M4源極連接鏡像電流管M2的漏極，同時，晶體管M4的柵極連接至基準電壓VBG，晶體管M5、晶體管M6、晶體管M8的源極連接接地端GND ；
[0056]晶體管M3和晶體管M5、晶體管M4和晶體管M6以及晶體管M7和晶體管M8的漏極分別相連；
[0057]晶體管M5和晶體管M6柵極連接的節(jié)點與晶體管M3的漏極相連接，晶體管M4和晶體管M6漏極與晶體管M8的柵極相連接。
[0058]同時，該比較器電路還包括提供有一偏置電流源，該偏置電流源提供一偏置電流IBIAS至鏡像電流管Ml的漏極，且該鏡像電流管Ml的柵極和漏極相連。
[0059]如圖4所示,該軟啟動電路還包括一與非門電路,與非門電路包括由至少一對并聯(lián)的選擇晶體管(M10，Mil)組成的選擇電路；
[0060]該選擇電路的其中一個選擇晶體管Mll串聯(lián)有多個晶體管(M9、M12、M13)，晶體管M9的源極連接電源電壓VDD，且該晶體管M9的柵極和漏極相連，晶體管Mll和晶體管M13的柵極連接振蕩器的0SC2路輸出；
[0061]選擇晶體管MlO的柵極連接晶體管M12的柵極，并與比較器電路的輸出端相連接；
[0062]晶體管M9的漏極連接晶體管10和晶體管Mll的源極，晶體管Mll的漏極連接晶體管M12的漏極，晶體管12的源極連接晶體管M13的漏極，晶體管M13的源極接地端GND。
[0063]如圖4所示，開關阻容電路包括由至少一對并聯(lián)的模擬開關管(M14、M15)組成的模擬開關電路，該模擬開關電路用于控制基準源電壓VREF的輸出，開關管M14和開關管M15的源極和襯底皆連接參考電壓VBG ;開關管M14的柵極連接比較器電路的輸出端，開關管M15的柵極連接與非門電路中的晶體管Mll和M12漏極連接的節(jié)點；
[0064]同時該開關阻容電路還包括一串聯(lián)的電阻R3和電容Cl，電阻R3和電容Cl之間提供基準源電壓VREF，晶體管M3的柵極連接至電阻R3與電容Cl之間的節(jié)點，電容Cl接地端GND。
[0065]具體的，參照圖4所示，振蕩器的0SC2路輸出會以一定的占空比控制流入開關阻容電路的電荷量，通過與非門電路的選擇電路使得開關管M15導通，并關閉開關管M14，以實現(xiàn)控制對電容Cl的充電，致使基準源電壓VREF的電壓呈線性增長，而避免基準源電壓VREF電壓陡升造成電路損壞；
[0066]經(jīng)過對電容Cl 一段時間的充電后，開關阻容電路輸出的基準源電壓VREF逐漸上升并接近帶隙基準源電路產生的基準電壓VBG，此時，電壓比較器電路產生邏輯低電平，關閉振蕩器的0SC2路輸出對開關管M15的控制功能，關閉開關管M15，打開開關管M14，由開關管M14直接導通。之后，基準源電壓VREF逐漸穩(wěn)定接近為帶隙參考電壓VBG。
[0067]進一步的，參照圖3所示，軟啟動電路輸出一與帶隙參考電壓VBG非常接近的基準源電壓VREF至誤差放大器的輸入端，同時誤差放大器的輸入端的另一輸入端有一反饋電壓，用于提供一輸出電壓的反饋電壓至誤差放大器，誤差放大器會對反饋電壓和軟啟動電路輸出的基準源電壓VREF之間的差值進行一定倍數(shù)的放大，以控制脈寬調制比較器的輸出電壓，進而最終輸出一穩(wěn)定的電壓V0UT。
[0068]綜上所述，由于本法采用了以上技術方案，可保證軟啟動電路輸出的基準源電壓VREF緩慢上升，最終使得基準源電壓VREF與參考電壓VBG非常接近，然后通過誤差放大器的不斷調整，并最終使得DC-DC輸出端VOUT的電壓跟隨基準源電壓VREF緩慢上升，避免了啟動過程中的過沖電壓，實現(xiàn)了軟啟動的功能，進而避免器件在上電過程中，由于電壓上升較快，進而對電路和器件造成損壞。
[0069]以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質內容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種DC-DC電路，所述DC-DC電路應用于CMOS的啟動電路中，所述電路提供一輸出電壓，其特征在于，包括:帶隙基準源電路、振蕩器、軟啟動電路、誤差放大器和脈寬調制比較器； 所述帶隙基準源電路連接所述振蕩器，并提供一參考電壓至所述軟啟動電路； 所述軟啟動電路提供一基準源電壓連接所述誤差放大器的一輸入端，所述誤差放大器的輸出端連接脈寬調制比較器的其中一輸入端； 所述振蕩器分兩路方波輸出，一路輸出OCSl至脈寬調制比較器的一輸入端，另一路輸出0SC2至軟啟動電路； 其中，所述電路提供一反饋電壓至所述誤差放大器的其中一輸入端，以控制輸出一穩(wěn)定的輸出電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的DC-DC電路，其特征在于，所述振蕩器輸出兩路方波輸出，一路為占空比為50%的方波輸出OSCl連接所述脈寬調制比較器的輸入端，另一路為占空比為5%脈沖方波輸出0SC2連接軟啟動電路。
3.根據(jù)權利要求1所述的DC-DC電路，其特征在于，所述脈寬調制比較器的輸出端連接一開關邏輯器的輸入端。
4.根據(jù)權利要求3所述的DC-DC電路，其特征在于，所述開關邏輯控制器的SP輸出端接外部開關整流管的柵極，SN輸出端接外部續(xù)流管的柵極； 所述整流管的源極連接電源電壓，所述續(xù)流管的源極接地端。
5.根據(jù)權利要求4所述的DC-DC電路，其特征在于，所述整流管和續(xù)流管的漏極連接的節(jié)點有一電感，該電感的另一端連接輸出電壓。
6.根據(jù)權利要求3所述的DC-DC電路，其特征在于，所述電路還包括兩個串聯(lián)的分壓電阻，以及與該兩個分壓電阻并聯(lián)的外接電容，其中一電阻接地端，兩個所述分壓電阻之間的節(jié)點提供所述反饋電壓至所誤差放大器。
7.—種如權利要求1所述的軟啟動電路，其特征在于，所述軟啟動電路包括相互并聯(lián)的比較器電路、與非門電路和開關阻容電路， 所述比較器電路包括鏡像電流管單元及一差分輸入極 所述與非門電路包括一選擇電路，該選擇電路包括至少一對并聯(lián)的選擇晶體管(M10，M11)，其中一選擇晶體管(MlO)的柵極連接比較器電路的輸出端，該并聯(lián)的另一差分晶體管(Mll)的漏極連接所述振蕩器的0SC2輸出； 所述開關阻容電路包括一模擬開關電路，該模擬開關電路包括至少一對并聯(lián)的模擬開關管(M14，M15)，每個兩個開關管的源極和襯底連接所述參考電壓，其中一開關管(M14)的柵極連接比較器電路的輸出端，另一開關管(M15)的柵極連接所述與非門電路的輸出端； 所述開關阻容電路提供一反饋電流至差分輸入極的輸入端，并通過所述模擬開關電路來控制輸出所述基準源電壓。
8.如權利要求7所述的軟啟動電路，其特征在于，所述鏡像電流管單元包括多個鏡像電流管，所述差分輸入極包括至少一對并聯(lián)的差分晶體管(M3，M4)； 每個所述差分晶體管(M3，M4)的源極皆連接其中一鏡像晶體管的漏極。
9.如權利要求8所述的軟啟動電路，其特征在于，每個所述鏡像電流管的源極連接電源電壓。
10.如權利要求7所述的軟啟動電路，其特征在于，所述比較器電路還提供一偏置電流源，該偏置電流源提供一偏置電流至其中一所述鏡像電流管(Ml)的漏極，且該鏡像電流管(MD的柵極和漏極相連接。
11.如權利要求7所述的軟啟動電路，其特征在于，所述選擇電路的其中一選擇晶體管串聯(lián)有多個晶體管，且該選擇晶體管(Mll)的柵極和與其中一個該選擇晶體管串聯(lián)的晶體管(M13)的柵極相連； 所述選擇電路通過所述串聯(lián)的晶體管連接電源電壓和接地端。
12.如權利要求7所述的軟啟動電路，其特征在于，所述開關阻容電路還包括一電阻(R3)和電容(Cl)，所述電阻的一端連接所述模擬開關的其中一開關管(M15)的漏極，且該電阻的另一端與所述電容之間輸出所述基準源電壓。
【文檔編號】H02M3/155GK103647440SQ201310554631
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權日:2013年11月8日
【發(fā)明者】蔡俊, 張寧, 王志利 申請人:上海華力微電子有限公司