一種電壓變換電路的軟啟動控制方法及裝置與流程

本發明涉及電源啟動領域技術，具體涉及一種電壓變換電路的軟啟動控制方法及裝置。

背景技術：

在電源的應用場景中，普遍要求電源的輸出電壓從啟動到穩定的過程中是緩慢且單調的上升，從而避免可能引起的電壓過沖而導致系統或芯片損壞，并避免可能引起的電壓上升不單調而導致系統或芯片反復開關或時序錯亂等現象出現。同時，不同的系統應用場景往往會對電源輸出的上升時間提出具體的要求，考慮成本、體積等因素，這對電源軟啟動控制提出一定的挑戰。

在現有技術中，對于DC/DC(直流/直流)電壓變換電路常采用按一定斜率逐步抬高環路的基準電壓的方式進行軟啟動，其基準電壓上升斜率多分為一段或兩段。當DC/DC電壓變換電路滿足開機條件時，其基準電壓逐步升高，通過整個環路的負反饋控制使得輸出電壓也逐步上升，當基準電壓上升到預設值時保持不變，此時，輸出電壓也保持恒定值，從而實現電源輸出的軟啟動功能。但存在相同基準電壓的上升斜率在不同負載下的起機波形差異較大，部分負載下會導致輸出波形出現平臺電壓，甚至出現回溝，現有技術很難滿足全負載范圍的起機波形單調的需求。

技術實現要素：

本發明提供了一種電壓變換電路的軟啟動控制方法及裝置，解決了現有技術中由于基準電壓上升斜率設置與電路中的負載不匹配導致的起機波形出現平臺或回鉤的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種電壓變換電路的軟啟動控制方法，包括：

獲取所述電壓變換電路中當前的基準電壓及輸出電壓，基于所述基準電壓及輸出電壓確定當前電路的負載大小；

根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率，并控制所述基準電壓根據所述上升斜率進行調整，所述負載越小，所配置的上升斜率越大；

當所述基準電壓和/或輸出電壓上升到正常工作電壓時，控制所述電壓變換電路的軟啟動結束。

在本發明的一種實施方式中，基于所述基準電壓及輸出電壓確定當前電路的負載大小包括：比較當前的基準電壓和輸出電壓的大小判斷當前電路的負載大小；或者，設置至少一個電壓閾值，所述電壓閾值小于所述基準電壓；比較所述輸出電壓與所述至少一個電壓閾值的大小；根據所述輸出電壓與所述電壓閾值的大小判斷當前電路的負載大小。

在本發明的一種實施方式中，設置一個電壓閾值時，比較當前的輸出電壓與所述電壓閾值的大小；當所述輸出電壓大于所述電壓閾值，則判斷當前電路的負載較小，否則，判斷當前電路的負載較大。

在本發明的一種實施方式中，根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率包括：當當前的輸出電壓大于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第一斜率；當當前的輸出電壓小于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。

在本發明的一種實施方式中，根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率包括：建立輸出電壓與上升斜率之間的函數關系，所述輸出電壓越大所述上升斜率越大；根據當前采集到的輸出電壓得到基準電壓當前的上升斜率。

在本發明的一種實施方式中，獲取所述電壓變換電路中當前的基準電壓及輸出電壓之前還包括：根據所述電壓變換電路的軟啟動時長及正常工作電壓設置初始基準電壓；或者，將初始基準電壓設置為當前輸出電壓。

在本發明的一種實施方式中，控制所述基準電壓根據所述上升斜率進行調整之后還包括：判斷當前的基準電壓是否大于預設電壓，若是，則設置所述基準電壓當前的上升斜率為第三斜率，所述第三斜率比所述基準電壓前一時刻的上升斜率小。

為解決上述技術問題，本發明提供一種電壓變換電路的軟啟動控制裝置，包括：

負載估算模塊，用于獲取所述電壓變換電路中當前的基準電壓及輸出電壓，基于所述基準電壓及輸出電壓確定當前電路的負載大小；

斜率配置模塊，用于根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率，并控制所述基準電壓根據所述上升斜率進行調整，所述負載越小，所配置的上升斜率越大；

控制模塊，用于當所述基準電壓和/或輸出電壓上升到正常工作電壓時，控制所述電壓變換電路的軟啟動結束。

在本發明的一種實施方式中，所述負載估算模塊包括：負載判斷子模塊，用于比較所述基準電壓和所述輸出電壓的大小判斷當前電路的負載大小；或者，設置子模塊，用于設置至少一個電壓閾值，所述電壓閾值小于所述基準電壓；比較子模塊，用于比較所述輸出電壓與所述至少一個電壓閾值的大小；負載估算子模塊，用于根據所述比較子模塊的比較結果判斷所述負載的大小。

在本發明的一種實施方式中，所述設置子模塊用于設置一個電壓閾值，所述電壓閾值小于所述基準電壓；比較子模塊用于比較所述輸出電壓與所述電壓閾值的大小；負載估算子模塊用于當所述輸出電壓大于所述電壓閾值時，判斷當前電路的負載較小，否則，判斷當前電路的負載較大。

在本發明的一種實施方式中，所述斜率配置模塊用于當當前的輸出電壓大于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第一斜率；當當前的輸出電壓小于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。

在本發明的一種實施方式中，所述斜率配置模塊包括：函數建立子模塊，用于建立輸出電壓與上升斜率之間的函數關系，所述輸出電壓越大所述上升斜率越大；斜率配置子模塊，用于根據當前采集到的輸出電壓得到所述基準電壓當前的上升斜率。

在本發明的一種實施方式中，還包括：判斷模塊，用于判斷當前的基準電壓是否大于預設電壓；所述斜率配置模塊還用于根據所述判斷模塊的判斷結果為是時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第三斜率，所述第三斜率比所述基準電壓前一時刻的上升斜率小。

本發明的有益效果是：

本發明提供的電壓變換電路的軟啟動控制方法及裝置，通過獲取當前電路中的基準電壓及輸出電壓來確定當前電路的負載大小，從而根據該負載大小來配置基準電壓的當前上升斜率，并控制基準電壓根據當前的上升斜率進行增長，當基準電壓和/或輸出電壓上升到正常工作電壓時，軟啟動結束。通過根據電路中負載的大小來控制基準電壓，從而使得與基準電壓閉環控制的輸出電壓也能夠根據基準電壓的上升規則同步上升，這樣，整個電路的輸出電壓的啟動電壓過程的波形不會出現差異較大的情況出現，最大程度地滿足全負載范圍的起機波形單調的需求；且通過調節基準電壓上升斜率，可以靈活改變電源的軟啟動時間，以滿足不同應用場景對上升時間的要求。

附圖說明

圖1本發明實施例一提供的電壓變換電路的軟啟動控制方法的流程示意圖；

圖2本發明實施例一提供的給定初始基準電壓的電壓變換電路的軟啟動控制方法流程示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的給定初始頻率及占空比的電壓變換電路的軟啟動控制方法流程示意圖；

圖4為本發明實施例二提供的電壓變換電路的軟啟動控制裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

實施例一：

請參考圖1所示，本實施例提供的電壓變換電路的軟啟動控制方法包括：

S101：獲取所述電壓變換電路中當前的基準電壓及輸出電壓，基于所述基準電壓及輸出電壓確定當前電路的負載大小；

S102：根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率，并控制所述基準電壓根據所述上升斜率進行調整，所述負載越小，所配置的上升斜率越大；

S103：當所述基準電壓和/或輸出電壓上升到正常工作電壓時，控制所述電壓變換電路的軟啟動結束；在本實施例中，只要保證電路中的輸出電壓上升到正常工作電壓時，即可結束本次軟啟動。

需要說明的是，所述電壓變換電路包括：直流/直流變換電路；本方案是針對在直流/直流變換電路中，對于其輸出的直流電壓的軟啟動的控制過程；所述基準電壓與所述輸出電壓通過一個閉環控制電路相互控制，所述基準電壓相當于該閉環控制電路中的輸入電壓，所述輸出電壓隨著所述基準電壓的上升而上升，兩者是一種正相關的關系。

針對步驟S101中基于所述基準電壓及輸出電壓確定當前電路的負載大小包括：根據基準電壓與輸出電壓的差值判斷當前電路的負載大小，或者，在得到基準電壓與輸出電壓的差值后與對應的偏差電壓進行比較，通過判斷其與偏差電壓的大小來判斷當前電路的負載大小，且，可以通過設置多個等級的偏差電壓來對應當前負載的大小，如設置兩個偏差電壓，則此時，負載的大小分為大、中、小三個等級；或者，根據基準電壓與輸出電壓之間的比例關系判斷當前電路的負載大小；或者，通過設置至少一個電壓閾值與所述輸出電壓進行比較，然后通過比較結果來判斷當前電路的負載大小；總之，其判斷負載的大小的方式并不僅僅局限于上述方式，只要滿足基準電壓與輸出電壓的差值越大，其負載越大即可。

具體地，設置一個電壓閾值時，比較當前的輸出電壓與所述電壓閾值的大小；當所述輸出電壓大于所述電壓閾值，則判斷當前電路的負載較小，否則，判斷當前電路的負載較大；此時，對于步驟S102中根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率包括：當當前的輸出電壓大于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第一斜率；當當前的輸出電壓小于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。同樣地，可以通過設置兩個電壓閾值，包括：第一電壓閾值和第二電壓閾值，所述第一電壓閾值大于所述第二電壓閾值；比較當前的輸出電壓與第一電壓閾值及第二電壓閾值的大小，當輸出電壓大于第一電壓閾值時，判斷當前電路的負載較小，當當前輸出電壓小于第二電壓閾值時，判斷當前電路的負載較大，當當前輸出電壓小于第一電壓閾值大于第二電壓閾值時，判斷當前電路的負載處于較小與較大的中間狀態；同理，對于基準電壓當前的上升斜率的配置也是根據當前電路負載所處的狀態進行配置的；只要滿足負載越小，所配置的 上升斜率越大即可。

在步驟S102中，根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率包括：建立輸出電壓與上升斜率之間的函數關系，所述輸出電壓越大所述上升斜率越大；并根據當前采集到的輸出電壓得到基準電壓當前的上升斜率。在實際應用中，工程人員通過多次試驗，建立輸出電壓與基準電壓的上升斜率的函數關系，從而，在進行基準電壓的當前的上升斜率的配置的過程中，只要采集到當前的輸出電壓，即可根據其建立的函數關系得到當前基準電壓的上升斜率。

在步驟S101獲取所述電壓變換電路中當前的基準電壓及輸出電壓之前還包括：根據所述電壓變換電路的軟啟動時長及正常工作電壓設置初始基準電壓；或者，將初始基準電壓設置為當前輸出電壓。

進一步地，在步驟S102控制所述基準電壓根據所述上升斜率進行調整之后還包括：判斷當前的基準電壓是否大于預設電壓，若是，則設置所述基準電壓當前的上升斜率為第三斜率，所述第三斜率比所述基準電壓前一時刻的上升斜率小。所述預設電壓的設置一般是設置成接近正常工作電壓，由于在基準電壓上升的過程中，在其接近正常工作電壓的時候，其負載越來越小，因此，其上升的速度較快，設置一個預設電壓來判斷基準電壓的上升情況，且在其接近正常工作電壓的情況下，為了防止輸出電壓出現由于上升過快，超過正常工作電壓的情況出現，在基準電壓大于該預設電壓的情況下，重新調整當前的上升斜率為第三斜率，且所述第三斜率小于基準電壓前一時刻的上升斜率。這樣，輸出電壓在上升的過程中就可以避免出現需要下降的情況，保證了其起機波形的單調性。

為了更清楚、準確、完整的描述本發明的技術方案，以12V輸出LLC(諧振電路)拓撲為例對本方案進行說明，圖2是本發明給定初始基準電壓的電壓 變換電路的軟啟動控制方法流程示意圖，本實施例采用閉環軟啟動控制策略，當滿足開機條件時，電路的軟啟動步驟如下：

S201：給定初始基準電壓為2V，通過環路負反饋，輸出電壓逐漸升高；當負載較輕時，輸出電壓上升速度較快；當負載較重時，輸出電壓上升速度較慢；

S202：檢測當前實際輸出電壓值，根據檢測到的實際輸出電壓值判斷當前負載的大小；在本實施例中，檢測當前實際輸出電壓時延時400us。

S203：判斷檢測到的輸出電壓值是否大于電壓閾值1.5V；若是，則轉S204，若否，則轉S205；

S204：配置基準電壓的當前上升斜率為第一斜率，本實施例中設定基準電壓上升斜率為每20us增加0.1V；

S205：配置基準電壓的當前上升斜率為第二斜率，本實施例中設定基準電壓上升斜率為每20us增加0.05V；

S206：控制基準電壓按對應的上升斜率逐漸增大；

S207：檢測當前基準電壓是否大于預設電壓10V；若是，則轉S208，若否，則轉S206；

S208：配置基準電壓的當前上升斜率為第三斜率，本實施例中設定基準電壓上升斜率為每20us增加0.005V，并控制基準電壓按設定斜率逐漸增大；

S209：檢測基準電壓是否大于或等于正常工作電壓12V；若是，則轉S210，若否，則轉S209；

S210：設定基準電壓為正常工作電壓12V，軟啟動過程結束。

在本實施例中，隨著基準電壓的逐漸升高，整個回路的輸出電壓經環路負反饋作用也逐漸升高，實現輸出電壓的軟啟動。步驟S204、S205為基準電壓自適應負載上升，以避免輸出電壓產生平臺或回溝；步驟S206為基準電壓緩慢上升，以避免輸出電壓產生過沖。通過更改基準電壓上升斜率，或者增減基準電 壓上升斜率分段數，可靈活改變軟啟動時間及軟啟動波形，以滿足不同應用場景的需求；通過更改步驟S203～S205中電壓閾值及基準電壓的上升斜率，或者增加步驟S203～S205中閾值及基準電壓上升斜率分段數，可適用于寬負載范圍及不同LLC環路參數的軟啟動需求。

另外，圖3是本發明實施例給定初始頻率及占空比的電壓變換電路的軟啟動控制方法流程示意圖，本實施例采用先開環后閉環的軟啟動控制策略，當滿足開機條件時，軟啟動步驟如下：

S301：給定初始開關頻率為200K，初始占空比為30％，LLC以固定頻率及占空比開環工作，輸出電壓逐漸升高；

S302：延時1ms，檢測當前實際輸出電壓值，根據檢測到的實際輸出電壓值判斷當前負載的大小；

S303：設定初始基準電壓為當前實際輸出電壓，LLC切換為閉環電路工作；

S304：判斷檢測到的輸出電壓值是否大于電壓閾值2V；若是，則轉S305，若否，則轉S306；所述輸出電壓大于電壓閾值，表示當前負載較輕；所述輸出電壓小于電壓閾值，表示當前負載較重；

S305：設定基準電壓當前的上升斜率為第一斜率每20us增加0.1V；

S306：設定基準電壓當前的上升斜率為第二斜率每20us增加0.05V；

S307：基準電壓按設定的上升斜率逐漸增大；

S308：檢測基準電壓是否大于或等于正常工作電壓12V；若是，則轉S309；若否，則轉S307；

S309：設定基準電壓為正常工作電壓12V，軟啟動過程結束。

同樣地，本實施例根據負載的大小來設置基準電壓的上升斜率大小，使得輸出電壓的起機波形單調平緩地上升，更大程度地減少其對電路的影響，延長 電路的壽命。

實施例二：

請參考圖4所示，本實施例提供的電壓變換電路的軟啟動控制裝置40包括：負載估算模塊401、斜率配置模塊402和控制模塊403；所述負載估算模塊401用于獲取所述電壓變換電路中當前的基準電壓及輸出電壓，基于所述基準電壓及輸出電壓確定當前電路的負載大小；所述斜率配置模塊402用于根據負載大小配置所述基準電壓當前的上升斜率，并控制所述基準電壓根據所述上升斜率進行調整，所述負載越小，所配置的上升斜率越大；所述控制模塊403用于當所述基準電壓和/或輸出電壓上升到正常工作電壓時，控制所述電壓變換電路的軟啟動結束。本方案通過根據電路中負載的大小來控制基準電壓，從而使得與基準電壓閉環控制的輸出電壓也能夠根據基準電壓的上升規則同步上升，這樣，最大程度地滿足全負載范圍的起機波形單調的需求；且通過調節基準電壓上升斜率，可以靈活改變電源的軟啟動時間，以滿足不同應用場景對上升時間的要求。

進一步地，所述負載估算模塊401包括：負載判斷子模塊，用于比較所述基準電壓和所述輸出電壓的大小判斷當前電路的負載大小；或者，設置子模塊，用于設置至少一個電壓閾值，所述電壓閾值小于所述基準電壓；比較子模塊，用于比較所述輸出電壓與所述至少一個電壓閾值的大小；負載估算子模塊，用于根據所述比較子模塊的比較結果判斷所述負載的大小；

例如，所述設置子模塊用于設置一個電壓閾值，所述電壓閾值小于所述基準電壓；比較子模塊用于比較所述輸出電壓與所述電壓閾值的大小；負載估算子模塊用于當所述輸出電壓大于所述電壓閾值時，判斷當前電路的負載較小，否則，判斷當前電路的負載較大；同理，所述設置子模塊也可以通過設置兩個電壓閾 值來對負載進行估算；所述斜率配置模塊403用于當當前的輸出電壓大于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第一斜率；當當前的輸出電壓小于所述電壓閾值時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第二斜率；所述第一斜率大于所述第二斜率。

進一步地，所述斜率配置模塊402包括：函數建立子模塊，用于建立輸出電壓與上升斜率之間的函數關系，所述輸出電壓越大所述上升斜率越大；斜率配置子模塊，用于根據當前采集到的輸出電壓得到所述基準電壓當前的上升斜率。在本實施例中，是通過工程人員在多次的實驗中得到其輸出電壓與上升斜率的關系，從而建立兩者之間的函數關系來得到上升斜率的值，達到控制基準電壓的緩慢上升的目的。

所述軟啟動控制裝置40還包括：判斷模塊，用于判斷當前的基準電壓是否大于預設電壓；所述斜率配置模塊還用于根據所述判斷模塊的判斷結果為是時，配置所述基準電壓當前的上升斜率為第三斜率，所述第三斜率比所述基準電壓前一時刻的上升斜率小。所述預設電壓的設置一般是設置成接近正常工作電壓，由于在基準電壓上升的過程中，在其接近正常工作電壓的時候，其負載越來越小，因此，其上升的速度越來越快，設置一個預設電壓來判斷基準電壓的上升情況，且在其接近正常工作電壓的情況下，為了防止輸出電壓出現由于上升過快，超過正常工作電壓的情況出現，在基準電壓大于該預設電壓的情況下，重新調整當前的上升斜率為第三斜率，且所述第三斜率小于基準電壓前一時刻的上升斜率。這樣，輸出電壓在上升的過程中就可以避免出現下降的情況，保證了其起機波形的單調性。

本發明通過獲取當前電路中的基準電壓及輸出電壓來確定當前電路的負載大小，從而根據該負載大小來配置基準電壓的當前上升斜率，并控制基準電壓 根據當前的上升斜率進行增長，當基準電壓和/或輸出電壓上升到正常工作電壓時，軟啟動結束。通過根據電路中負載的大小來控制基準電壓，從而使得與基準電壓閉環控制的輸出電壓也能夠根據基準電壓的上升規則同步上升，這樣，整個電路的輸出電壓的啟動電壓過程的波形不會出現差異較大的情況出現，最大程度地滿足全負載范圍的起機波形單調的需求；且通過調節基準電壓上升斜率，可以靈活改變電源的軟啟動時間，以滿足不同應用場景對上升時間的要求。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。