專利名稱：基于反饋電壓箝位軟啟動信號的軟啟動電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子電路技術領域，涉及模擬集成電路，特別是一種基于反饋電壓箝位軟啟動信號的軟啟動電路，可用于各類電源管理芯片中。
背景技術：
各類穩壓電路一般通過采樣輸出電壓，利用誤差放大器和參考電壓來反饋調節輸出電壓值。穩壓電路啟動階段，由于輸出電壓遠低于設定輸出值，反饋環路中的誤差放大器處于非平衡態，輸出級電路的驅動能力達到極限值，將盡快的提升輸出電壓，從而導致輸入浪涌電流。浪涌電流不但會導致電源線路電壓突降，影響線路上其它電路的正常工作，而且有可能損壞穩壓電路中功率管和其他器件。另外，由于環路響應速度限制，浪涌電流灌入輸出級，往往會導致輸出電壓過沖，損壞輸出端的負載器件。因此，軟啟動電路應運而生。軟啟動電路的設計思想主要是在電路啟動階段，控制一個軟啟動信號以一定的速率爬升，代替基準的作用，從而控制輸出慢速爬升。當軟啟動信號高過基準信號后，軟啟動信號的控制作用消失，由基準電壓對輸出電壓進行精細調節。軟啟動消除了浪涌電流，避免了輸出電壓過沖。實際應用中，除了使能啟動和上電啟動過程外，當穩壓電路從異常狀態恢復時，輸出電壓也會經歷一個從低到高的過程。如果不進行軟啟動，在恢復過程中，由于輸出電壓值低于正常值，環路的驅動輸出能力達到最大，也會出現浪涌電流和輸出電壓過沖的現象。綜上分析認為，當輸出電壓從低于正常值，向正常值調節恢復的過程中都需要進行軟啟動。這包括1)使能啟動過程；2)上電啟動過程；3)過溫保護后的恢復過程；4)過載后的恢復過程；5)輸入過壓或是欠壓關斷后的恢復過程。帶傳統的軟啟動電路的穩壓電路如圖1所示，包含軟啟動產生電路、誤差放大器 EA、調節器及反饋電阻R1和&。通過電流源I1給電容Cs充電，產生逐漸上升軟啟動信號\。 該信號連接到誤差放大器EA的輸入端，軟啟動過程中，Vs小于基準電壓V1,代替基準的作用，控制輸出慢速爬升。啟動結束后，Vs高于基準電壓V1,對環路不再具備控制作用。傳統的軟啟動電路只能在上電啟動和使能啟動階段被動的作用，由于其不能監測輸出電壓的狀態，當穩壓電路從異常狀態恢復時，傳統的軟啟動電路不能夠主動作用，無法消除恢復過程中浪涌電流和輸出電壓過沖現象，因此不能為穩壓電路提供完備的軟啟動保護功能。
發明內容
本發明的目的在于避免上述現有技術的不足，提供了一種基于反饋電壓箝位軟啟動信號的軟啟動電路，以在輸出電壓向正常值爬升或恢復的各種情況下，監測出輸出電壓的狀態，為穩壓電路提供主動軟啟動保護。為實現上述目的，本發明的軟啟動電路包括恒流源I1和電容Cs，恒流源I1對電容 Cs充電，用于產生一個斜坡向上爬升的軟啟動信號Vs，在穩壓電路啟動時代替基準電壓，使輸出電壓平穩上升，其特征在于恒流源I1與電容Cs的輸出端連接有軟啟動信號箝位電路， 用于在異常情況下對軟啟動信號Vs進行箝位，該箝位電路的控制端A連接有輸出電壓監測電路，用于監測輸出電壓，控制箝位電路的工作狀態。所述的軟啟動信號箝位電路，包括運算放大器OP和NMOS管M1, NMOS管M1的源極接地，柵極接運算放大器OP的輸出端，同時作為箝位電路的控制端，運算放大器OP的反向輸入端接輸出反饋電壓Vfb，正向輸入端接NMOS管M1的漏極，并連接到電容Cs上，用于在異常狀態下限制軟啟動信號Vs的最大值。所述的輸出電壓監測電路，包括比較器COMP和NMOS開關M2,比較器COMP用于比較輸出反饋電壓Vfb和參考電壓V2的大小，其輸出端連接在NMOS開關M2的柵極；該NMOS開關M2的源極接地，漏極接軟啟動信號箝位電路的控制端A，用于保證箝位電路在輸出電壓正常的情況下不工作，在輸出電壓異常的情況下工作。所述軟啟動信號箝位電路中的運算放大器0P，包括尾電流源I2，輸入對管M3、M4, 有源電流鏡M5、M6及NMOS管M7 ；輸入對管M3、M4的源極相接，并連接到尾電流源I2的輸出端，該M3的柵極作為運算放大器OP的反向輸入端，該M4的柵極作為運算放大器OP的正向輸入端；該輸入對管M3的寬長比與M4的寬長比的比例為1 n，n為大于1的整數，用于使運算放大器OP的輸入端產生可控的失調電壓Vre ；該NMOS管M7的柵極與源極相接，并連接到輸入對管M3的漏極，作為運算放大器OP的輸出。本發明與現有技術相比具有如下優點1)本發明的由于采用了軟啟動信號箝位電路，在穩壓電路輸出異常時，利用輸出反饋電壓Vfb箝位軟啟動信號Vs，保證在輸出電壓恢復過程中，輸出電壓能追隨軟啟動電壓平穩上升，從而主動的提供了軟啟動保護功能，為穩壓電路提供了更加完備的保護。2)本發明由于在軟啟動信號箝位電路的控制端連接有輸出電壓監測電路，能夠監測出輸出電壓的狀態，保證箝位電路在輸出電壓正常的情況下不工作，在輸出電壓異常的情況下工作，從而使箝位電路不會影響穩壓電路正常的工作。
圖1是利用傳統軟啟動電路的穩壓電路原理圖；圖2是利用本發明軟啟動電路的穩壓電路原理圖；圖3是本發明軟啟動電路中的失調電壓產生實施例。
具體實施例方式以下參照附圖對本發明作進一步詳細描述。參照圖2，利用本發明軟啟動電路的穩壓電路主要包括反饋電阻禮、&，軟啟動信號產生電路，輸出電壓監測電路，軟啟動信號箝位電路，誤差放大器EA和調節器。其中反饋電阻R1和&串聯后連接在輸出電壓和地之間，&上的電壓即為輸出反饋電壓
Vfb ο
軟啟動信號產生電路，包括恒流源I1和電容Cs，通過恒流源I1對電容Cs充電，產生一個斜坡向上爬升的軟啟動信號Vs，該信號連接到誤差放大器的輸入端，以在穩壓電路啟動階段，代替基準電壓V1，使輸出電壓平穩上升。誤差放大器EA，包含三個輸入信號，其正向輸入信號為基準電壓V1和軟啟動信號Vs，反向輸入信號為輸出反饋電壓Vfb，誤差放大器的輸出信號由較小的正向輸入信號 Hiin(VljVs)和輸出反饋電壓Vfb之間的差值決定。誤差放大器的輸出連接到調制器，通過調制器的精細調節，使輸出電壓維持穩定。輸出電壓監測電路，包括比較器和NMOS開關管M2,比較器的正向輸入端接輸出反饋電壓Vfb，反向輸入端接基準電壓V2,基準電壓V2小于基準電壓V1,輸出端連接在NMOS開關管M2的柵極；NMOS開關管M2的源極接地，漏極接軟啟動信號箝位電路的控制端A ；比較器通過比較輸出反饋電壓Vfb和基準電壓V2的大小，判斷輸出電壓的狀態是否處于異常狀態。 當輸出反饋電壓Vfb低于基準電壓V2,比較器輸出為低，NMOS開關管M2源截止；當輸出反饋電壓Vfb高于基準電壓V2,比較器輸出為高，NMOS開關管M2源導通。軟啟動信號箝位電路，包括運算放大器OP和NMOS管M1, NMOS管M1的源極接地，柵極接運算放大器OP的輸出端并作為箝位電路的控制端A，該控制端連接到輸出監測電路中的NMOS開關管M2的漏極；當M2導通時，控制端A被拉至低電平，NMOS管M1截止，軟啟動信號箝位電路停止工作；當NMOS開關管M2截止時，釋放對NMOS管M1柵極的控制權，軟啟動信號箝位電路正常工作。運算放大器OP的反向輸入端接輸出反饋電壓Vfb，正向輸入端接NMOS 管M1的漏極，并連接到電容Cs上，以在異常狀態下限制軟啟動信號Vs的最大值。運算放大器OP的輸入端存在一定的失調電壓VQS，該失調電壓通常處于IOmV到IOOmV之間。軟啟動信號箝位電路開始正常工作時，如果軟啟動信號\低于輸出反饋電壓Vfb加上失調電壓Vre 后的值Vf^Vcb，軟啟動箝位電路調節作用無效；如果軟啟動信號Vs高于Vf^V,則軟啟動箝位電路將軟啟動信號\限制為Vs = VFB+V0S。 (1)圖3給出了一種簡單的失調電壓產生實施例。軟啟動信號箝位電路的運算放大器 OP包括尾電流源12，輸入對管M3、M4,有源電流鏡M5、M6及匪OS管M7 ；該匪OS管M7的柵極與源極相接，并連接到輸入對管M3的漏極，作為運算放大器OP的輸出。M7和NMOS管M1組成電流鏡，鏡像比例為1 10，以放大運算放大器OP的下拉電流，保證對軟啟動信號具有足夠的箝位能力。輸入對管禮4的源極相接，并連接到尾電流源I2的輸出端，該M3的柵極作為運算放大器OP的反向輸入端，該M4的柵極作為運算放大器OP的正向輸入端；該輸入對管M3的寬長比與M4的寬長比的比例為1 η，η為大于1的整數，用于使運算放大器OP的輸入端產生可控的失調電壓Vqs ；I3和I4分別為流經M3和M4的電流。 考慮I3 =I4時有I "p Cox—(ρ3 -廠S_ I^JTiP I)2(2)
3 - ^ra！ _ I^JTiP I)2(3)其中μ ρ為PMOS載流子遷移率；Cra為PMOS單位面積柵氧電容；W和L分別為PMOS 溝道的寬和長；v3為對管公共源端電壓；Vthp為差分對管閾值電壓；12為差分對管的尾電流。由式O)、(3)可得，失調電壓Vqs為
5
Vos =Vs-Vfb(4)當穩壓電路工作異常，輸出反饋電壓Vfb降至基準電壓V2以下，比較器輸出為低， NMOS管M2截止，軟啟動信號箝位電路正常工作，將軟啟動信號Vs箝位在電平VFB+Vffi處。本發明的工作原理如下在上電啟動或使能啟動時，Vfb隨軟啟動信號Vs緩慢上升，軟啟動信號Vs低于 VFB+V0S,軟啟動信號箝位電路箝位作用無效，恒流源I1對電容Cs正常充電，軟啟動信號Vs從零電位開始以正常速率爬升，直至完成軟啟動，穩壓電路開始正常工作；由于此時輸出反饋電壓Vfb已經高于基準電壓V2，輸出電壓監測電路中的比較器輸出為高，NMOS開關管M2導通，使軟啟動信號箝位電路停止工作，軟啟動電壓可上升至遠大于基準電壓V1的電位，從而不會影響穩壓電源的正常工作。當穩壓電路工作狀態出現異常時，輸出反饋電壓Vfb降至基準電壓V2以下，比較器輸出為高，NMOS開關M2截止，失去對NMOS管M1柵極的控制，進而軟啟動信號箝位電路開始正常工作；由于此時Vs遠高于反饋電壓Vfb，箝位電路便將軟啟動信號Vs拉低箝位在Vf^Vcb 處；在異常狀態移除后，由于軟啟動信號Vs大于輸出反饋電壓Vfb，經過反饋環路調節，輸出電壓能夠平穩上升，軟啟動信號Vs也隨之上升；由于失調電壓Vre通常只有幾十毫伏，在輸出向正常值恢復時，輸出反饋電壓Vfb迅速追隨上軟啟動信號\，從而使軟啟動信號Vs不再受到箝位作用而以設定的速度上升，進入正常的軟啟動過程；當輸出反饋電壓Vfb高于基準電壓V2,比較器輸出為低，NMOS開關管M2導通，將NMOS管M1柵極拉低，使軟啟動信號箝位電路停止工作，從而不會影響穩壓電路的正常工作。以上僅是本發明的一個最佳實例，不構成對本發明的任何限制，顯然在本發明的構思下，可以對其電路進行不同的變更與改進，但這些均在本發明的保護之列。
權利要求
1.一種基于反饋電壓箝位軟啟動信號的軟啟動電路，包括恒流源I1和電容Cs，恒流源 I1對電容Cs充電，用于產生一個斜坡向上爬升的軟啟動信號Vs，在穩壓電路啟動時代替基準電壓，使輸出電壓平穩上升，其特征在于恒流源I1與電容Cs的輸出端連接有軟啟動信號箝位電路，用于在異常情況下對軟啟動信號Vs進行箝位，該箝位電路的控制端A連接有輸出電壓監測電路，用于監測輸出電壓，控制箝位電路的工作狀態。
2.根據權利要求書1所述的軟啟動電路，其特征在于軟啟動信號箝位電路，包括運算放大器OP和NMOS管M1, NMOS管M1的源極接地，柵極接運算放大器OP的輸出端，同時作為箝位電路的控制端，運算放大器OP的反向輸入端接輸出反饋電壓Vfb，正向輸入端接NMOS管 M1的漏極，并連接到電容Cs上，用于在異常狀態下限制軟啟動信號Vs的最大值。
3.根據權利要求書1所述的軟啟動電路，其特征在于所述的輸出電壓監測電路，包括比較器COMP和NMOS開關M2，比較器COMP用于比較輸出反饋電壓Vfb和參考電壓V2的大小， 其輸出端連接在NMOS開關M2的柵極；該NMOS開關M2的源極接地，漏極接軟啟動信號箝位電路的控制端A，用于保證箝位電路在輸出電壓正常的情況下不工作，在輸出電壓異常的情況下工作。
4.根據權利要求書2所述的軟啟動電路，其特征在于所述軟啟動信號箝位電路中的運算放大器0P，包括尾電流源I2，輸入對管M3、M4,有源電流鏡M5、M6及NMOS管M7 ；輸入對管 M3、M4的源極相接，并連接到尾電流源I2的輸出端，該M3的柵極作為運算放大器OP的反向輸入端，該M4的柵極作為運算放大器OP的正向輸入端。
5.根據權利要求書4所述的軟啟動電路，其特征在于所述的輸入對管M3的寬長比與M4 的寬長比的比例為1 n，n為大于1的整數，用于使運算放大器OP的輸入端產生可控的失調電壓Vqs。
6.根據權利要求書4所述的軟啟動電路，其特征在于所述NMOS管M7的柵極與源極相接，并連接到輸入對管M3的漏極，作為運算放大器OP的輸出。
全文摘要
本發明公開了一種基于反饋電壓箝位軟啟動信號的軟啟動電路，主要解決現有技術無法在輸出電壓從異常狀態恢復的過程中提供軟啟動保護的缺點。該電路包括恒流源I1和電容CS，恒流源I1對電容CS充電，以產生一個斜坡向上爬升的軟啟動信號VS，在啟動時代替基準電壓，使輸出電壓平穩上升，恒流源I1與電容CS的輸出端連接有軟啟動信號箝位電路，以在異常情況下對軟啟動信號VS進行箝位，該箝位電路的控制端A連接有輸出電壓監測電路，用于監測輸出電壓，控制箝位電路的工作狀態。本發明能夠在輸出電壓向正常值爬升或恢復的各種情況下，監測出輸出電壓的狀態，為穩壓電路提供主動軟啟動保護，可應用于各類穩壓電路中。
文檔編號G05F1/40GK102419608SQ201110403798
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者何全濤, 來新泉, 來音, 毛翔宇, 王紅義 申請人:西安啟芯微電子有限公司