一种采用电压补偿技术的DCDC开关电源软启动电路

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" # 的 开 关 电 源 利 用 同 步 整 流 结 构! 把整流二极管换 $
为一个开关管 $ 如图 %所示 & 开 关 电 源 的 工 作 过 程 如 下’ 当开关电源的输入 芯片内的线性稳压电源为片内电路 电 压上电以后 $ 提 供电源 & 电 源 稳 定 后 $ 片内的软启动电路开始工 一方面 $ 软启动电路控制充电过程给开关电源输 作& 出端的电容充电 ( 另一方面 $ 软启动电路要消除电感 产生的浪涌电流现象 & 当软启动电路控制充电过程 $ 使输 出 电压达到 某 一 阈 值 时 $ 由片内的开关电源控 制电路来控制输出端电容的充 ) 放电过程 $ 以保持输 出电压的稳定 $ 软启动电路的作用到此结束 & 这就是 图 *电源系统工作的简单过程 &
" = 于# 整个电源处于重新启动状态 < 该方 B $@ 之后 4 ;
" 典型的 = 3 e8 型 G 7 G 7开关电源 控制器简单结构和工作过程
典型的 = e8 开关电源控制器的结构如图 $所 示; 方框线内电路模块为电源控制器芯片的结构 4 方 框线外右边的电路是降压型开关电源拓扑结构 ; 图 本文设计 $是一般的开关电源结构 ;为了提高效率 4
法的不足之处是 4 当输出电压的阈值未达到时 4 发生
收稿日期 ! " # # $ % # & % # ’ ( 定稿日期 ! " # # $ % # ) % # ’
基金项目 ! 国家重点基础研究发展规划项目 * + , & -* # # # & ’ ) # / ."
万方数据
第 *期
王海永等 ’ 一种采用电压补偿技术的 M N F M F开关电源软启动电路
" 软启动电路的工作原理和设计
软启动电路结构如图 %所示 & 它由以下四个模 块 组成 $ 即充电计 时和 补 偿 电 压 产 生 电 路 + 由, * ) .
电流源 / ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) 1* 2 4 2 2 4 2 2 18) 9 0 0 3 0 * * 5 " * 6 7 % 电平移位电路 + 该电路是一个对 %和 , "组成 : ( , . .
称 的 结 构$ 包括 4 ) ) ) ) ) 1") 10) 13) 2 2 2 2 1*) " * % " 0 和电流源 专 用的 过流比 ) ) ) ) : ( 1%) 1* 1* 2 2 1; / 6 * 5 ; " 较器 < 同步整流结构的降压型开关电源+ 包括 ( = >? 和9 ) ) ) : & @% @% A 2 8 8 * * * 0 * 工作 过程 如下 ’ 首先 $ 通过 B C*信 号为低 电 平 $ 之后 $ 18 使 9 B C*信号 % 两端的电压初始化为 6D( 为 高 电 平&这 时$ 一 方 面$ 导 通$ 电流源 / 1* 0 0通过
敏电阻 2 提供反馈信号 $ 加上过流比较器 < = >?的 * 0 控制 $ 就可以使电感电流缓慢上升而不会发生过流 &
随着时间的增加 $ 电感的电流增大到一定水平 $ 就会 使灵敏 电阻 2 两 端的压 差在 某 一 时 间 内 保 持 * 0 很 高 的 值$ 使 结 点 B较 长 时 间 保 持 低 电 平 $ 减缓了 软启动的速度 & 为此 $ 给电平移位电路的一端 + A G反 馈 输入端: 引入了补偿电压 L 使输入到过流比较 F$ 器 两端的 压差维 持 在 一 个 相 对 稳 定 的 水 平 $ 保证了
! C5 % % 4/ J ( _ R U T W R 6 7 89: ) h D* f + 6 , .F h / + F + f 0 + ) 6 0 ) 1 6 + 6 F* 0 . F . i + . 2 h 034 6 ) 4+ 4 .+ . ) 4 i 6 5 1 .h / 6 h + f j .) h D* . i F f %
一种采用电压补偿技术的 1 3 2 1 2开关 电源软启动电路
王海永 4李永明 4陈弘毅
清华大学 * 微电子学研究所 4北京 $ # # # / 0 -
摘 要 ! 提出了一种采用 5 6 7 89:工艺和电压补偿技术实现的软启动控制电路 ; 该电路消除了 浪涌电流现象 4 避免了开关电源重启动 ;<: 对于一个输入电压为 $ 输出电压 #@A = > 7 ?模拟表明 4 为& 负载电流为 & 利用该软启动电路 4 电感电流和输 B &@ 的降压型开关电源系统 4 B &C 的条件下 4 出电压近似分别以 & 和 速度平稳上升 表明该软启动电路的控制能力很强 B &DC3 B )D@3 4 ; E F " E F 此控制思想和结构适合各种 G 3 7 G 7开关电源的软启动电路设计 ; 关键词 ! 软启动电路 (G 3 7 G 7开关电源 (电压补偿技术 中图分类号 ! H 文献标识码 ! C & $ I0
第 & "卷第 $期 " # # "年 "月 文章编号 ! $ # # 0 % & & ’ ) * " # # " # $ % # # " # % # &
微 电 子 学 >? @ A B C D C @ E A B F ? @ G
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时$ 如 果 差 值 较 大$ 结 点 B为 低 电 平 $ 反 之$ 结点 B 为高电平 & 结点 B控制同步整流管的高端管 @% 靠 + 8 近电源输入端的开关管 : 灵敏 & 如果电感电流过流 $ 电阻 2 两端的压差增大 $ 使结 点 B为低电 平 $ 则高 * 0 端开关管关断 $ 电感过流现象得到控制 & 这样 $ 由灵
$ 引
言
出电压 达到 阈值 之 后 4 也可能因为偶然的过流使得 电源多次重新启动 ; 本文提出的电压补偿技术可以 且不发生开关电源重 使 输出电 压稳定 地 线 性 上 升 4 启动的现象 ;
目 前4 高效便携式电子产品在通信和计算机领 域 中 所 占 份 额 急 剧 增 长4 对 电 源 C: > 7的 要 求 也 越 < $ = 来 越 高 ; 而 典型 的 G 3 7 G 7开 关 电 源 在 启 动 过 程 中4 容易产 生 浪 涌 电 流 4 可 能 对 电 子 系 统 产 生 损 伤; 一般软启动电路是给输出端的电压设定一个固定的 阈值4 当电 压 未 达 到 该 阈 值 时 4 无 论 电 流 水 平 如 何4 都不加以控制 ( 当电压达到该阈值时 4 才输出控制信 号4 切断充电电流 4 使输出电容中存储电荷放电到低
图 * 典型的开关电源系统方框图
比 较 器 的 输 出 也 为 低 电 平( F G H 信 号 为 低 电 平 时$ 为 高 电 平 时 才 使 比较器真正对电压结点 I $ F G H
和结点 J的电压进行比较 &因此 $ 在软启动的初期 $ 是时钟 F 对输出电 容 9 G H 信号控制开关管 @% 8 *进 行充电 &在此过程中 $ 检测电感电流的灵敏电阻 2 * 0 的两端引出两个检测信号 A K 和 A G 反馈到电平移 位电路中+ A K 和 A G 之间的电压差就反映了电感电 流的水平 $ 通过限制该电压差的大小 $ 就可以限制电 流 浪涌现象的发生: &过流比较 器 就 是 对 A K 和 A G 两 端 电 压 差 值 大 小 的 判 断$ 当F 信 号 为 高 电 平 G H
图 % 本文提出的软启动电路结构
片 内 还 有 基 准 稳 压 电 源 和 振 荡 器 电 路 模 块$ 它 们分别提供基准电压和使各电路模块工作同步的时 钟信号 & 控制输出电压稳定的电源控制核心可通过 设计有限状态机来控制实现 & 由于功率开关管的栅 电容比较大 $ 且开关电源的工作频率比较高 $ 要实现 对 功 率晶体管实 时 导 通 和 截 止 的 控 制 $ 芯片控制器 输 出的驱动电流 必 须 有 一 定 强 度 $ 需要设计一个输 出驱动电路 & 由 上 可 知$ 软启动电路在开关电源系统中的重 要性 $ 如果软启动电路不能正常地工作 $ 整个开关电
S 3 JK L M N O P L Q R P R T U R 2 V U W X V R Q L U1 2 1 2P Y V R W Z V [ \] N \ X O T R L U ^ _ V [ \‘ L O R T \ N2 L ab N [ _ T R V L [c N W Z [ V d X N
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开始给电容 9 在9 $ E 3D 1* 0 % 充 电$ %的电压充到 % 之前 $ 因为 , %的输 出 B % , . C%就 一 直 为 高 电 平 + . 的反转阈值是 % 且4 和2 E 3D$ ) 2 5 * 6 7可以保证 9 % 的电压可以充到 % 高电平使过流比较器 E 3D 以上 : $ 另 一 方 面$ < = >?开 始 工 作 ( 1*) 1%) 1* 6和 1 * *也 导 通$ 电 平 移 位 电 路 开 始 工 作& 比 较 器 < = >?的 特 点 是$ 除了受使能信号 B 还受时钟信号 C%控 制 之 外 $ 比较器开始工作 & 当 F G H 的调制 $ B C%为高电平时 $
% BH % + 6 h i6 F f 2 h * + . 2+ hj . + 0 6 2h / + 4 . F 1 0 j . ) 1 0 0 . i + f i 2f 6 h 6 2+ 4 . 0 . F + f 0 + h / + 4 . F 36 + ) 4 6 i j0 . j 1 f + h 0 4 . F h / + F + f 0 + ) 6 0 ) 1 6 + % 434 6 F1 F . 26 ifF + . * 2 h 3iF 36 + ) 4 6 i j0 . j 1 f + h 0 F g F + . DB<: = > 7 ?F 6 D1 f + 6 h iF 4 h 3F+ 4 f + 6 .+ 4 .F g F + . D4 f Ff i6 i * 1 + $ #@ f & B &@ f & B &C4+ h + f j .h / i 2f ih 1 + * 1 + 6 h + f j .h / + fh f 2) 1 0 0 . i + h / 4 .6 i 2 1 ) + f i ) .) 1 0 0 . i + f i 2h 1 + * 1 + 6 h + % 6 B &DC3 " B )D@3 4 BH f j .6 i ) 0 . f F . F * f ) 6 2 gf + f * * 0 h 7 6 Df + . g& E F f i 2 E F0 . F * . ) + 6 6 . g 4 .2 . F 6 j i6 2 . ff i 2) 6 0 ) 1 6 + F + 0 1 ) % 3 B + 1 0 .* 0 . F . i + . 26 i+ 4 .* f * . 0) f i, .1 F . 26 i6 f 0 6 h 1 FG 7 G 7F 36 + ) 4 6 i j0 . j 1 f + h 0 F
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