一种上电软启动电路的制作方法

本发明涉及电子电路，尤其涉及一种上电软启动电路。

背景技术：

1、目前常用的上电软启动实现方式，主要通过在上电过程中直接或间接调整基准值，使其在设定的启动时间内从0v升至最终设定值，从而实现电感电流及输出电压平稳输出，减小电感电流浪涌。例如，以本应用之一电流模式dcdc开关电源举例，绝大多数此类芯片均会涉及到上电软启动电路，通过控制基准值在设定时间内从0v升至最终设定值，实现输出电压的平稳输出。

2、另外，还会从电流限制入手来控制输出电压。一方面，为了限制最大峰值电感电流，会设计逐周期的峰值电流阈值ocp。另一方面，对于电流模式的dcdc控制环路,补偿阈值comp控制着输出电流的大小，输出电流越大，补偿阈值comp越大，设计时允许的最大comp输出会大于芯片设定的最大输出电流，比如芯片允许最大1a输出,设计时comp的允许的最大输出可能设计到1.5a左右。如此，通过ocp、comp这两种限制方式，实现对电感电流峰值的控制。系统会自动根据ocp、comp限制的峰值电流来选取两者的最小值(一般来讲，设计comp限制的峰值电流要比ocp限制的峰值电流大)。为了满足系统的工作，设计时ocp、comp时均需要超过系统允许的最大负载电流。同时绝大多数的芯片在设计时均已经固定了软启动时间，即基准值上升至最终电压的时间，所以在应用时必须保证外围器件的参数能让输出电压在设定的启动时间内跟随内部基准值。一旦输出电压不能跟随内部基准值，那么电感电流会工作在ocp、comp两限制的峰值电流的最小值，电感电流就会工作在系统最大的峰值电流。例如在负载电容较大时，即使芯片已经工作在最大峰值电流，依然可能会出现输出电压不能跟随基准值的情况。如果电容足够大，电感会长时间工作在最大峰值电流，无论是芯片还是电感均会存在损坏的风险。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中芯片长时间工作在最大的峰值电流存在损坏的风险的缺陷，提供一种上电软启动电路。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种上电软启动电路，可应用于开关电源上电时减小输出电流的浪涌，包括：

3、基准值产生电路，用于在上电启动过程中输出缓慢增长的基准值；

4、保护阈值产生电路，用于在上电启动过程中输出缓慢增长的保护阈值；

5、控制电路，用于在上电启动过程中基于所述基准值控制输出电压跟随所述基准值缓慢增长，以及在上电启动过程中基于所述保护阈值对所述输出电流进行限制以限制所述输出电压。

6、优选地，还包括频率调制电路，用于监测所述输出电压，基于所述输出电压产生与之正相关的频率信号供所述上电软启动电路使用；所述基准值产生电路输出的所述基准值的缓慢增长速率和/或所述保护阈值产生电路输出的所述保护阈值的缓慢增长速率，与所述频率调制电路输出的频率信号正相关。

7、优选地，还包括启动时间检测电路，用于在上电启动过程中监测所述输出电压，并采用频率信号进行计时，当在第一启动时间内所述输出电压上升到预设值，则控制所述控制电路保持开启；当在第一启动时间内所述输出电压无法上升到预设值，则关闭所述控制电路，保持计时并当计时到第二启动时间时，再次开启所述控制电路，同时通过复位信号控制基准值产生电路、保护阈值产生电路的输出复位，所述第二启动时间为所述第一启动时间的整数倍。

8、优选地，基准值和保护阈值均是呈直线式、阶梯式或者曲线式增长。

9、优选地，所述保护阈值产生电路具体用于基于所述频率调制电路输出的频率信号控制所述保护阈值在上电启动过程中呈阶梯式增长，阶梯式增长的时间步长与所述频率调制电路输出的频率信号正相关；

10、和/或，所述基准值产生电路具体用于基于所述频率调制电路输出的频率信号控制所述基准值在上电启动过程中呈阶梯式增长，阶梯式增长的时间步长与所述频率调制电路输出的频率信号正相关。

11、优选地，所述启动时间检测电路是采用所述频率调制电路输出的频率信号进行计时。

12、优选地，保护阈值为一个或者为多个，最终所限制的输出电流最小的那个保护阈值呈阶梯式增长。

13、优选地，保护阈值为多个且涵盖电流值形式和电压值形式时，如果最终所限制的输出电流最小的那个保护阈值为电流值形式，则从电压值形式的保护阈值中选取出最终所限制的输出电流最小的那个保护阈值呈阶梯式增长，且电压值形式的保护阈值的阶梯数量大于电流值形式的保护阈值的阶梯数量。

14、优选地，保护阈值为电流值形式或者为电流值对应的一个电压值形式；对于电压值形式的缓慢增长，可采用计数分段电路实现功能，或者电容充电电路实现功能；对于电流值形式的缓慢增长，可采用计数分段电路实现功能，或者利用缓慢增长的电压值形式的输出通过电流镜像后输出；

15、所述电容充电电路，具体是通过电荷的累积来输出缓慢增长的电压；或者，是利用利用频率信号产生时钟信号，基于所述时钟信号控制电荷周期性存储、转移，每转移一次电荷其所输出的电压值增加一个梯度；

16、所述计数分段电路，具体是利用当前接收到的频率信号进行实时计数，每当一轮计数到达一个目标值时，控制其所输出的电压值/电流值增加一个梯度并且重新开始新一轮的计数。

17、本发明的上电软启动电路，具有以下有益效果：本发明中基准值产生电路在上电启动过程中输出缓慢增长的基准值，如此输出电压在跟随基准值时也是缓慢增长的，实现输出电压的平稳输出；同时，保护阈值产生电路在上电启动过程中输出缓慢增长的保护阈值，因为保护阈值是缓慢增长的，因此其所限制的峰值电流也会是随着启动推进而缓慢增长的，如此，如果出现输出电流必须工作在峰值电流的情况也会实现更为平顺的电流输出，不会出现启动过程中长时间被允许工作在最大的峰值电流的情况，极大的改善了输出电流浪涌的风险，而且可以实现在基于基准值实现的电压跟随失效的情况下保障输出电压的平稳输出；

18、进一步地，本发明还增加了频率调制电路来监测输出电压，其可基于输出电压产生与之正相关的频率信号供上电软启动电路使用，比如基准值产生电路、保护阈值产生电路的阶梯式增长的时间步长与所述频率信号正相关，如此，在基准值、保护阈值缓慢增长的基础上配合上输出电压对频率信号的调制，在启动初期输出电压较小时，可以很好的限制此时的平均输出电流，减少芯片损坏的风险，尤其在异常情况下，如输出短路，通过降低工作频率，带来的平均输出电流的减小，如此可以极大的提高系统可靠性；

19、进一步地，本发明还增加了启动时间检测电路，当由于负载电容过大或者输出短路导致输出电压长时间无法输出到设定值时，关闭控制电路，避免长时间工作在峰值电流而出现损坏。

技术特征：

1.一种上电软启动电路，可应用于开关电源上电时减小输出电流的浪涌，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的上电软启动电路，其特征在于，还包括频率调制电路，用于监测所述输出电压，基于所述输出电压产生与之正相关的频率信号供所述上电软启动电路使用；

3.根据权利要求1所述的上电软启动电路，其特征在于，还包括启动时间检测电路，用于在上电启动过程中监测所述输出电压，并采用频率信号进行计时，当在第一启动时间内所述输出电压上升到预设值，则控制所述控制电路保持开启；当在第一启动时间内所述输出电压无法上升到预设值，则关闭所述控制电路，保持计时并当计时到第二启动时间时，再次开启所述控制电路，同时通过复位信号控制基准值产生电路、保护阈值产生电路的输出复位，所述第二启动时间为所述第一启动时间的整数倍。

4.根据权利要求1所述的上电软启动电路，其特征在于，基准值和保护阈值均是呈直线式、阶梯式或者曲线式增长。

5.根据权利要求2所述的上电软启动电路，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的上电软启动电路，其特征在于，还包括启动时间检测电路，用于在上电启动过程中监测所述输出电压，并采用所述频率调制电路输出的频率信号进行计时，当在第一启动时间内所述输出电压上升到预设值，则控制所述控制电路保持开启；当在第一启动时间内所述输出电压无法上升到预设值，则关闭所述控制电路，保持计时并当计时到第二启动时间时，再次开启所述控制电路，同时通过复位信号控制基准值产生电路、保护阈值产生电路的输出复位，所述第二启动时间为所述第一启动时间的整数倍。

7.根据权利要求1所述的上电软启动电路，其特征在于，保护阈值为一个或者为多个，最终所限制的输出电流最小的那个保护阈值呈阶梯式增长。

8.根据权利要求7所述的上电软启动电路，其特征在于，保护阈值为多个且涵盖电流值形式和电压值形式时，如果最终所限制的输出电流最小的那个保护阈值为电流值形式，则从电压值形式的保护阈值中选取出最终所限制的输出电流最小的那个保护阈值呈阶梯式增长，且电压值形式的保护阈值的阶梯数量大于电流值形式的保护阈值的阶梯数量。

9.根据权利要求1所述的上电软启动电路，其特征在于，基准值为电压值形式，保护阈值为电流值形式或者为电流值对应的一个电压值形式；对于电压值形式的缓慢增长，可采用计数分段电路实现功能，或者电容充电电路实现功能；对于电流值形式的缓慢增长，可采用计数分段电路实现功能，或者利用缓慢增长的电压值形式的输出通过电流镜像后输出；

10.根据权利要求2所述的上电软启动电路，其特征在于，所述频率调制电路包括第一电流源、第二电流源、第一二极管、第二二极管、压控电流源、第一电容、振荡器，所述压控电流源受控于设定电压和所述输出电压的差值，所述第一二极管的正极连接第一电流源的输出和所述第二二极管的正极，所述第一二极管的负极连接第二电流源的输出、所述第一电容的第一端，所述第二二极管的负极经由所述压控电流源接地，所述第一电容的第二端接地，所述振荡器的输入连接所述第一电容的第一端，所述振荡器基于设定的频率调制参考电压和所述第一电容的第一端的电压产生频率信号。

技术总结
本发明公开了一种上电软启动电路，包括：基准值产生电路，用于在上电启动过程中输出缓慢增长的基准值；保护阈值产生电路，用于在上电启动过程中输出缓慢增长的保护阈值，如此本发明可实现更为平顺的电流输出，极大的改善了输出电流浪涌的风险，保障输出电压的平稳输出；进一步地，本发明还增加了频率调制电路，在启动初期输出电压较小时，可以很好的限制此时的平均输出电流，减少芯片损坏的风险，尤其在异常情况下，如输出短路，通过降低工作频率，带来的平均输出电流的减小，如此可以极大的提高系统可靠性；进一步地，本发明还增加了启动时间检测电路，可以避免长时间工作在峰值电流而出现损坏。

技术研发人员：刘剑锋,黄裕泉,邓凌思
受保护的技术使用者：辉芒微电子（深圳）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15