【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于开关电源及其上电过程中的启动，具体涉及一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路。
技术介绍
1、电源管理芯片属于模拟芯片，是电子设备的电能供应心脏，负责电子设备所需的电能变换、分配、检测等功能。其性能的优劣对电子产品的性能和可靠性有着直接影响，广泛应用于各类电子产品中，是模拟芯片最大的细分市场之一。 开关变换电路又是电源管理芯片中的主要组成部分，而软起动电路是开关变换电路上电启动过程中的必要电路，如果没有软起动电路，在上电过程中将会出现浪涌现象，使得电压过冲，造成电路损坏。
2、目前现有的dc-dc芯片的软起动电路主要为固定时间软起动电路，一般通过固定电流给固定电容充电并通过比较器判断输出。其具有时间可控，简单实现的优点。而输出电压固定斜率软起动为近几年出现的新的应用需求，在目前的国内外的论文和专利中都很少与之相关的电路或者技术说明。由于输出电压固定斜率软起动电路能够确保设备在启动过程中获得稳定、高精度、快速的电源供应，适用于各种电源变换的应用场景，因此具有更好的优势与发展前景。
3、输出电压固定斜率软起动电路的难点在于，不同芯片使用者对输出电压的需求不同，因此在设置外部分压电阻的比例也会不同。
4、 (1-1)
5、其中n为外部两个分压电阻的电阻比例，vref为内部参考电压，vout为输出电压。如果内部软起电路采用传统的斜率恒定软起电压（固定时间软起动电路），那么不同由于分压电
6、申请号202110789542.1的专利提出了一种实现输出电压恒定斜率启动的软起动控制电路，如说明书附图1所示。其原理是通过在内部额外设置一组分压比例固定的电阻（图1中r3、r4），在软起动过程中断开开关变换器主环路中运放（通过说明书附图2中的滞回比较器进行选择）到pwm比较器的控制信号（图1中的vea），而将内部产生的固定斜率电压信号（图2 142电路）直接接入pwm比较器，由于分压比固定、分压电阻也固定，因此此时的输出电压上升斜率为固定值。并且通过反馈电压fb1与参考电压vref进行比较，当fb电压接近vref时，将固定斜率电压信号断开，重新将运放的输出接入pwm比较器保证电路输出电压的斜率不受外部分压电阻的影响，从而实现了输出电压固定斜率软起动。
7、但是其也存在着以下的几个问题：
8、①内部额外采用了一组固定比例的分压电阻，在低静态电流的应用场景中该阻值需要达到mω级别，大大增大了芯片面积。
9、②在启动过程和正常工作过程两个阶段需要对主环路中pwm调制比较器中的输入信号进行切换，由于无法保证切换时运放的输出电压与软起动电压一致，会使得输出电压不平滑，令软起效果变差。（在该专利的仿真图中已有体现，如说明书附图3所示）
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术提出一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其通过由运放构成的微分电路对输出电压的斜率进行采样。该方式解决了在外部电路在不同分压电阻下，系统确定输出电压的斜率。并采用负反馈的方式控制内部软起电压实现不同的斜率，从而保证了输出电压斜率在芯片外部分压电阻比例不同的情况下，按照同样的斜率进行启动。软起动结束后，电路能够通过软起结束信号关闭起动电路的偏置电流，实现零静态功耗。
2、本专利技术解决其技术问题具体采用的技术方案是：
3、一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，通过由运放构成的微分电路对输出电压的斜率进行采样，以确定输出电压的斜率；采用负反馈的方式控制内部软起电压实现不同的斜率，从而保证输出电压斜率在芯片外部分压电阻比例不同的情况下，按照同样的斜率进行启动。
4、进一步地，令内部软起电压信号的斜率随着外部分压电阻的不同而自适应变化，使得输出电压的上升斜率始终保持为同一斜率；即kout=n*kss，其中，对于不同的n，通过系统内部自适应出一个对应的kss使得kout为固定值。
5、进一步地，电压输出vout接电容c1的一端，电容c1的另一端接放大器ea1的反相输入端和电阻r1的一端；放大器ea1的同相输入端接入电压vb1，输出端对应电压vd，并连接电阻r1的另一端和放大器ea2的反相输入端；
6、放大器ea2的同相输入端接入电压vb2，输出端接开关管mp1的栅极；开关管mp1的源极接电压输入vin，漏极接开关管mn1的漏极，且作为软起动电压vsoft的采集端；开关管mn1的栅极接入软起启动信号ss_start，源极接地，且源极合漏极之间并联有电容c2。
7、进一步地，电容c1、电阻r1和放大器ea1构成微分电路用于采样输出电压的斜率；其公式为：
8、
9、其中，电压vb1、r1、c1为已知的设计值，不同的输出电压斜率dvout/dt对应得到不同的vd数值。
10、进一步地，放大器ea2通过电压vb2构成的斜率设定电路，由于放大器ea2的钳位作用，令vb2=vd；通过设定vb2的数值以达到设定输出电压的斜率的目的。
11、进一步地，由开关管mp1、开关管mn1和电容c2构成软起动电压控制电路；当软起启动信号ss_start为低电平时，电路开始进入软起动状态；采样斜率后得到的vd电压值与vb2进行比较后得到放大器ea2的输出电压，放大器ea2的输出电压控制mp1向电容c2充电，从而得到软起动电压vsoft。
12、进一步地，由于软起动电压vsoft的斜率决定了输出电压的斜率，整体电路形成一个闭环的负反馈环路，以保证输出电压能够按照设定的斜率启动；并确保输出电压的斜率为设定值。
13、进一步地，还包括一个比较器电路，用于将软起电压vsoft与参考电压vref进行比较；当vsoft电压大于vref时，说明软起动结束，该比较器电路输出信号ss_over用于关断放大器ea1和ea2内部的偏置电流。
14、进一步地，所述放大器ea2采用单级运放，且带宽大于buck电路的环路带宽。
15、相比于现有技术，本专利技术及其优选方案的主要特点和优势至少包括：
16、①不需要额外的内部固定分压电阻，减小了芯片面积。
17、②不需要在启动和平稳运行两个阶段对系统环路内部的反馈信号进行切换，不会导致由于切换导致的启动不平滑现象。
18、③在软起动结束后可以将两个运放关断从而实现几乎零静态电流。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：通过由运放构成的微分电路对输出电压的斜率进行采样，以确定输出电压的斜率；采用负反馈的方式控制内部软起电压实现不同的斜率，从而保证输出电压斜率在芯片外部分压电阻比例不同的情况下，按照同样的斜率进行启动。
2.根据权利要求1所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：令内部软起电压信号的斜率随着外部分压电阻的不同而自适应变化，使得输出电压的上升斜率始终保持为同一斜率；即Kout=N*Kss，其中，对于不同的N，通过系统内部自适应出一个对应的Kss使得Kout为固定值。
3.根据权利要求1所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：放大器EA2通过电压VB2构成的斜率设定电路，由于放大器EA2的钳位作用，令VB2=Vd；通过设定VB2的数值以达到设定输出电压的斜率的目的。
6.根据
7.根据权利要求6所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：由于软起动电压Vsoft的斜率决定了输出电压的斜率，整体电路形成一个闭环的负反馈环路，以保证输出电压能够按照设定的斜率启动；并确保输出电压的斜率为设定值。
8.根据权利要求6所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：还包括一个比较器电路，用于将软起电压Vsoft与参考电压VREF进行比较；当Vsoft电压大于VREF时，说明软起动结束，该比较器电路输出信号SS_OVER用于关断放大器EA1和EA2内部的偏置电流。
9.根据权利要求6所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：所述放大器EA2采用单级运放，且带宽大于BUCK电路的环路带宽。
...【技术特征摘要】
1.一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：通过由运放构成的微分电路对输出电压的斜率进行采样，以确定输出电压的斜率；采用负反馈的方式控制内部软起电压实现不同的斜率，从而保证输出电压斜率在芯片外部分压电阻比例不同的情况下，按照同样的斜率进行启动。
2.根据权利要求1所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：令内部软起电压信号的斜率随着外部分压电阻的不同而自适应变化，使得输出电压的上升斜率始终保持为同一斜率；即kout=n*kss，其中，对于不同的n，通过系统内部自适应出一个对应的kss使得kout为固定值。
3.根据权利要求1所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种利用运放微分电路的固定斜率软起动电路，其特征在于：放大器ea2通过电压vb2构成的斜率设定电路，由于放大器ea2的钳位作用，令vb2=vd；通过设定vb2的数值以达到设定输出电压的斜率的目的。
6.根据权利要求5所述的一种利用运...
【专利技术属性】
技术研发人员：李凡阳，邓文仁，潘杰，原义栋，胡毅，沈红伟，温立国，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。