DC-DC調節器及其軟啟動的控制方法、控制器與流程

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及直流(directcurrent,dc)-dc調節器及其軟啟動的控制方法、控制器。

背景技術：

隨著便攜式電子產品在通信、計算機及消費類電子等領域中的不斷增長，對電源管理系統的集成電路(integratedcircuit，ic)的需求也呈上升趨勢。而dc-dc調節器作為一種開關電源，由于在寬輸入電壓范圍和寬負載范圍條件下具有杰出的效率表現，而被廣泛應用。常見的dc-dc調節器的主要組成模塊如圖1所示，其中包括但不限于誤差放大器(erroramplifier，ea)模塊、脈寬調制器(pulse-widthmodulator，pwm)模塊、功率級(powerstage，ps)模塊。dc-dc調節器通過將誤差信號轉換成占空比控制信號去驅動開關工作，而在啟動階段，誤差放大器處于非平衡狀態，使得環路處于100％占空比工作，因此會有很大的浪涌電流灌入輸出電容，這個電流將損耗開關管和其他器件。

結合圖2所示的電壓模buck型dc-dc調節器的工作環路，在啟動初始階段，輸出電壓遠低于設定值，所以反饋電壓fb遠低于基準電壓，使得誤差放大器處于非平衡狀態，誤差放大器輸出為高電平，即vc為高電平，由圖2可知，此時環路處于100％占空比工作。而此時輸出電容cout處于完全放電狀態，因此會有很大的浪涌電流灌入cout(圖2中標注為inrush電流)。浪涌電流的大小取決于電容的大小值、輸出電壓、以及啟動時間。電容上電壓的變化與電流的關系可表示為：

其中，c表示電容值，vc表示電容上的電壓值，ic表示流經電容的電流值。 由式(1)可知，電容上的電流與電容值大小成正比，并且與電容上電壓的變化率也成正比。對于輸出電容cout，假設輸出電壓vout成線性增加，啟動時間為ts，則cout上的浪涌電流inrush可以表示為：

假設cout＝100uf，vout＝2v，ts＝20us代入式(2)，得到的浪涌電流為10a。對于應用系統來說，浪涌電流遠遠超過其最大的額定電流。

為此，軟啟動電路應運而生，軟啟動電路是用來控制電源輸入電壓上升過程中pwm脈沖波形的占空比從最小值逐漸變化到正常工作時所需要的值，從而控制輸出電壓逐步變化。由于占空比是從最小值開始逐漸變化，不會使功率管在較長時間一直導通，從而避免了浪涌電流的產生，保證了電路系統的可靠性。

在目前應用的開關電源軟啟動(softstart)電路中主要有以下三種，如圖3所示。第一種是采用電容，利用電容充電時電壓指數上升的特性來控制電壓上升過程；第二種是采用電容和電阻，利用電容充電時電壓指數上升的特性來控制電壓上升過程；第三種是采用微控制器來控制啟動過程的純數字控制，這種軟啟動電路需要另外的微控制器控制且需要在電源電路部分上電前就已經開始工作。

圖4對應于采用圖3所示的三種軟啟動電路實現dc-dc調節器軟啟動的波形，其中vsoftstart表示軟啟動過程中的輸出電壓。

然而，采用現有的軟啟動電路雖然可以避免浪涌電流的產生，但是這種實現方式導致dc-dc調節器的啟動時間過長。而在超低功耗片上系統(systemonachip，soc)、無線應用中，電源部分(如pmu系統)的工作時間很短，因而常常要求dc-dc調節器軟啟動的時間不能太長。

綜上所述，現有的dc-dc調節器軟啟動的時間過長，無法滿足超低功耗soc、無線等應用領域的需求。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種dc-dc調節器及其軟啟動的控制方法、控制器，用以實現dc-dc調節器的快速軟啟動，進而提高系統的響應速度。

本發明實施例提供的一種dc-dc調節器軟啟動的控制方法，包括：

控制器確定dc-dc調節器當前的供電狀態；其中，所述供電狀態為電池供電或者非電池供電；

所述控制器根據所述供電狀態，對dc-dc調節器中的低壓差線性穩壓器(lowdropoutregulator，ldo)模塊以及dc-dc調節器中的dc-dc模塊的工作狀態進行控制，使所述dc-dc調節器輸出需要的電壓值。

在該方法中，通過控制器判斷dc-dc調節器當前的供電狀態，進而根據該供電狀態對ldo模塊以及dc-dc模塊的工作狀態進行控制，由于ldo模塊在通電后響應速度比較快，并且ldo模塊啟動時無需軟啟動，因而可以使得ldo模塊代替現有技術中的軟啟動電路，使dc-dc調節器能夠快速輸出需要的電壓值，通過該方法，有效縮短了dc-dc調節器軟啟動的時間，實現了dc-dc調節器的快速軟啟動，提高了系統的響應速度，從而可以滿足超低功耗soc、無線等應用領域的需求。

較佳地，所述控制器確定dc-dc調節器的供電狀態，具體包括：

所述控制器通過輸出使能(enable)信號判斷dc-dc調節器是否通過適配器接通市電電源；

所述控制器當判斷出所述適配器沒有接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電；或者，所述控制器當判斷出所述適配器接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電。

較佳地，當所述dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電時，所述控制器根據當前的供電狀態，對dc-dc調節器中的ldo模塊以及dc-dc調節器中的dc-dc模塊的工作狀態進行控制，使所述dc-dc調節器輸出需要的電壓值，具體包括：

所述控制器檢測所述dc-dc模塊是否完成啟動；

所述控制器當確定所述dc-dc模塊已完成啟動時，令正在提供輸出電壓的ldo模塊禁止工作，由所述dc-dc模塊輸出需要的電壓值。

從而，在電池供電的條件下，與dc-dc模塊相比，ldo模塊的響應速度更快，能夠較先啟動，因此由ldo模塊先輸出dc-dc調節器需要輸出的電壓值，進而實現dc-dc調節器的快速軟啟動。此外，dc-dc模塊與ldo模塊相比，工作效率比較高，即功耗比較低，因此，該方法中，在確定dc-dc模塊已完成啟動后，令正在提供輸出電壓的ldo模塊禁止工作，由所述dc-dc模塊輸出需要的電壓值，從而可以降低系統的功耗，有利于電池的節能，使得電池能夠提供較長時間的供電。

較佳地，所述控制器檢測所述dc-dc模塊是否完成啟動，具體包括：

所述控制器檢測所述dc-dc模塊的工作電壓值是否達到預設的門限值；

所述控制器當確定所述dc-dc模塊的工作電壓值大于或等于預設的門限值時，所述控制器確定所述dc-dc模塊已完成啟動。

較佳地，當所述dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電時，所述控制器根據當前的供電狀態，對dc-dc調節器中的ldo模塊以及dc-dc調節器中的dc-dc模塊的工作狀態進行控制，使所述dc-dc調節器輸出需要的電壓值，具體包括：

所述控制器令所述dc-dc模塊禁止工作，由所述ldo模塊輸出持續需要的電壓值。

從而，通過ldo模塊可以實現dc-dc調節器的快速軟啟動。并且，由于當前的供電狀態為非電池供電，因此，無需考慮電池的節能問題，采用該方法在實現上更加簡單、高效。

本發明實施例提供的一種控制器，包括：

第一模塊，用于確定dc-dc調節器當前的供電狀態；其中，所述供電狀態為電池供電或者非電池供電；

第二模塊，用于根據所述供電狀態，對dc-dc調節器中的ldo模塊以及dc-dc調節器中的dc-dc模塊的工作狀態進行控制，使所述dc-dc調節器輸出需要的電壓值。

較佳地，所述第一模塊具體用于：

通過輸出使能enable信號判斷所述dc-dc調節器是否通過適配器接通市電電源；

當判斷出所述適配器沒有接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電；或者，當判斷出所述適配器接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電。

較佳地，當所述dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電時，所述第二模塊具體用于：

檢測所述dc-dc模塊是否完成啟動；

當確定所述dc-dc模塊已完成啟動時，令正在提供輸出電壓的ldo模塊禁止工作，由所述dc-dc模塊輸出需要的電壓值。

較佳地，所述第二模塊檢測所述dc-dc模塊是否完成啟動時，具體用于：

檢測所述dc-dc模塊的工作電壓值是否達到預設的門限值；

當確定所述dc-dc模塊的工作電壓值大于或等于預設的門限值時，確定所述dc-dc模塊已完成啟動。

較佳地，當所述dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電時，所述第二模塊具體用于：

令所述dc-dc模塊禁止工作，由所述ldo模塊持續輸出需要的電壓值。

本發明實施例提供的一種dc-dc調節器，包括上述控制器。

較佳地，所述dc-dc調節器還包括：

與所述控制器連接的dc-dc模塊，以及與所述控制器連接的ldo模塊；

所述dc-dc調節器通過以下方式之一輸出需要的電壓值：

在所述控制器的控制下，在所述dc-dc模塊沒有完成啟動前由所述ldo 模塊輸出所述dc-dc調節器需要輸出的電壓值，并且在所述dc-dc模塊完成啟動后由所述dc-dc模塊輸出所述dc-dc調節器需要輸出的電壓值；或者，

在所述控制器的控制下，由所述ldo模塊持續輸出所述dc-dc調節器需要輸出的電壓值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有的常規dc-dc調節器的主要組成模塊示意圖；

圖2為現有的電壓模buck型dc-dc調節器的工作原理示意圖；

圖3為現有的開關電源軟啟動電路示意圖；

圖4為對應于現有的開關電源軟啟動電路實現dc-dc調節器軟啟動的波形圖；

圖5為本發明實施例提供的一種dc-dc調節器的系統框圖；

圖6為本發明實施例提供的一種dc-dc調節器軟啟動的控制方法的流程示意圖；

圖7為本發明實施例提供的一種dc-dc調節器的工作狀態示意圖；

圖8為本發明實施例提供的另一種dc-dc調節器的工作狀態示意圖。

具體實施方式

本發明實施例提供了一種dc-dc調節器及其軟啟動的控制方法、控制器，用以實現dc-dc調節器的快速軟啟動，進而提高系統的響應速度。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例，采用ldo模塊代替現有的軟啟動電路，由于ldo模塊啟動時無需軟啟動，響應速度比較快，因而可以很快提供低功耗系統需要的輸出電壓值。

本發明實施例提供的一種dc-dc調節器的系統框圖如圖5所示。

圖5所示的dc-dc調節器，主要包括dc-dc模塊、ldo模塊和控制器模塊，其中，控制器模塊分別與ldo模塊以及dc-dc模塊相連接，vchg表示dc-dc調節器通過適配器接通市電電源，即dc-dc調節器的供電狀態為非電池供電，vbat表示dc-dc調節器由電池供電，en表示控制器輸出的使能信號，v0表示dc-dc調節器輸出的電壓。

此外，需要說明的是，dc-dc模塊可采用現有的dc-dc電路進行設計，例如，該dc-dc模塊可以包括但不限于誤差放大器單元、脈寬調制器單元等，并且，本發明實施例對ldo模塊也不作限制，可采用現有的任一款ldo來組成本發明實施例設計的dc-dc調節器。當然，除上述dc-dc模塊、ldo模塊和控制器模塊三個主要的模塊外，還包括電感,電容等外圍電路，本發明實施例不再詳細論述。

基于圖5所示的dc-dc調節器的系統框圖，參見圖6，本發明實施例提供了一種dc-dc調節器軟啟動的控制方法，包括：

s601、控制器確定dc-dc調節器當前的供電狀態；其中，所述供電狀態為電池供電或者非電池供電；

這里，控制器可以設置在dc-dc調節器中，也就是說控制器屬于dc-dc調節器中的一個模塊。此外，當dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電時，本發明實施例對電池的類型不作限制，例如可以為鋰電池、鉛酸電池等等，優選地，可以采用鋰電池。此外，上述非電池供電，例如可以是通過適配器接通市電電源的方式供電。

s602、所述控制器根據所述供電狀態，對dc-dc調節器中的ldo模塊以 及dc-dc調節器中的dc-dc模塊的工作狀態進行控制，使所述dc-dc調節器輸出需要的電壓值。

較佳地，所述控制器確定dc-dc調節器的供電狀態，具體包括：

所述控制器通過輸出enable信號判斷dc-dc調節器是否通過適配器接通市電電源；

所述控制器當判斷出所述適配器沒有接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電；或者，所述控制器當判斷出所述適配器接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電。

下面針對dc-dc調節器的兩種供電狀態(電池供電和非電池供電)，對dc-dc調節器的工作過程進行詳細地闡述。

(1)電池供電

在電池供電條件下，dc-dc調節器的工作狀態示意圖如圖7所示。

系統開機時，控制器首先輸出enable信號判斷dc-dc調節器是否通過適配器(charger)接通在市電電源上，如果適配器沒有接通市電電源，則確定dc-dc調節器當前由電池供電(用vbat表示)。此時，ldo模塊、輸出功率管和dc-dc模塊均由vbat供電，一方面，由于ldo模塊隨時響應，啟動速度快，因此，經過一段時間的延遲(delay)之后，ldo模塊首先使能啟動并開始工作，系統進入由ldo模塊運行的模式下，由ldo模塊輸出系統需要的電壓v0。另一方面，dc-dc模塊也使能啟動，但由于其啟動速度較慢，因此，控制器檢測dc-dc模塊是否完成啟動，控制器當確定dc-dc模塊已完成啟動時，令正在提供輸出電壓v0的ldo模塊禁止工作，此時dc-dc調節器工作在開關模式，由dc-dc模塊提供輸出電壓v0。

從而，在電池供電的條件下，與dc-dc模塊相比，ldo模塊的響應速度更快，能夠較先啟動，因此由ldo模塊先輸出dc-dc調節器需要輸出的電壓值，進而實現dc-dc調節器的快速軟啟動。此外，dc-dc模塊與ldo模塊相比，工作效率比較高，即功率損耗比較低，因此，該方法中，在確定dc-dc 模塊已完成啟動后，令正在提供輸出電壓的ldo模塊禁止工作，由所述dc-dc模塊輸出需要的電壓值，從而可以降低系統的功耗，有利于電池的節能，使得電池能夠提供較長時間的供電。

較佳地，控制器可通過如下方式檢測dc-dc模塊是否完成啟動：

控制器檢測dc-dc模塊的工作電壓值是否達到預設的門限值；

控制器當確定所述dc-dc模塊的工作電壓值大于或等于預設的門限值時，控制器確定dc-dc模塊已完成啟動。

該預設的門限值可根據dc-dc模塊實際完成啟動后的工作電壓值進行設定。

(2)非電池供電

dc-dc調節器的供電狀態為非電池供電條件下，dc-dc調節器的工作狀態示意圖如圖8所示。

系統開機時，控制器首先輸出enable信號判斷dc-dc調節器是否通過適配器(charger)接通在市電電源上，如果適配器接通市電電源，則確定dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電(該實施例中用vchg表示)。此時，由于無需考慮電池節能和容量大小的問題，因此控制器令dc-dc模塊禁止工作，使能ldo模塊，由ldo模塊經過一段時間的延遲(delay)之后，啟動工作，并持續輸出需要的電壓值v0。此時，輸出功率管也由vchg供電。

從而，通過ldo模塊可以實現dc-dc調節器的快速軟啟動。并且，由于當前的供電狀態為非電池供電，因此，無需考慮電池的節能和容量大小問題，采用該方法在實現上更加簡單、高效。

本發明實施例還提供了一種控制器，該控制器包括：

第一模塊，用于確定dc-dc調節器當前的供電狀態；其中，所述供電狀態為電池供電或者非電池供電；

第二模塊，用于根據所述供電狀態，對dc-dc調節器中的ldo模塊以及dc-dc調節器中的dc-dc模塊的工作狀態進行控制，使所述dc-dc調節器 輸出需要的電壓值。

較佳地，所述第一模塊具體用于：

通過輸出enable信號判斷dc-dc調節器是否通過適配器接通市電電源；

當判斷出所述適配器沒有接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電；或者，當判斷出所述適配器接通市電電源時，確定所述dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電。

較佳地，當所述dc-dc調節器當前的供電狀態為電池供電時，所述第二模塊具體用于：

檢測所述dc-dc模塊是否完成啟動；

當確定所述dc-dc模塊已完成啟動時，令正在提供輸出電壓的ldo模塊禁止工作，由所述dc-dc模塊輸出需要的電壓值。

較佳地，所述第二模塊檢測所述dc-dc模塊是否完成啟動時，具體用于：

檢測所述dc-dc模塊的工作電壓值是否達到預設的門限值；

當確定所述dc-dc模塊的工作電壓值大于或等于預設的門限值時，確定所述dc-dc模塊已完成啟動。

較佳地，當所述dc-dc調節器當前的供電狀態為非電池供電時，所述第二模塊具體用于：

令所述dc-dc模塊禁止工作，由所述ldo模塊持續輸出需要的電壓值。

本發明實施例提供的一種dc-dc調節器，參見圖5所示，該調節器包括上述具有第一模塊和第二模塊的控制器。

并且，較佳地，該dc-dc調節器還包括：與所述控制器連接的dc-dc模塊，以及與所述控制器連接的ldo模塊；

所述dc-dc調節器通過以下方式之一輸出需要的電壓值：

在所述控制器的控制下，在所述dc-dc模塊沒有完成啟動前由所述ldo模塊輸出所述dc-dc調節器需要輸出的電壓值，并且在所述dc-dc模塊完成 啟動后由所述dc-dc模塊輸出所述dc-dc調節器需要輸出的電壓值；或者，

在所述控制器的控制下，由所述ldo模塊持續輸出所述dc-dc調節器需要輸出的電壓值。

其中，該dc-dc調節器具體的工作方式可參見對圖7、圖8的相關論述。

本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器和光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及 其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。