單片集成開關變換器及其軟啟電路的制作方法
【專利摘要】公開了單片集成開關變換器及其軟啟電路。該軟啟電路包括：提供片上軟啟電壓的片上軟啟電壓生成電路；運算放大電路，第一輸入端接收片上軟啟電壓，第二輸入端接收軟啟參考信號或代表軟啟參考信號的反饋信號，輸出端作為集成電路的一個引腳可以耦接外置軟啟電容；緩沖電路耦接至運算放大電路的輸出端并提供軟啟參考信號；其中當運算放大電路的輸出端耦接外置軟啟電容時，運算放大電路對外置軟啟電容充電以提供片外軟啟電壓，軟啟電路基于片上軟啟電壓和片外軟啟電壓提供軟啟參考信號，從而可以靈活配置外部軟啟或者內(nèi)部軟啟。
【專利說明】單片集成開關變換器及其軟啟電路

【技術領域】
[0001] 本實用新型的實施例涉及電子電路，尤其涉及單片集成開關變換器及其軟啟電 路。

【背景技術】
[0002] 近年來，隨著便攜式電子產(chǎn)品在通信、計算機及消費電子等領域中的不斷增長，單 片集成開關變換器由于其具有效率高、瞬態(tài)響應速度快和體積小等優(yōu)點而獲得了廣泛的應 用。而典型的開關變換器在啟動過程中，容易產(chǎn)生浪涌電流并引起輸出電壓過沖，可能損壞 開關管和其他器件，因此需要軟啟電路。
[0003] 為了實現(xiàn)開關變換器的輸出軟啟，通常通過一個電流源給軟啟電容充電得到以斜 坡上升的軟啟參考信號，在啟動階段開關變換器的輸出跟隨軟啟參考信號緩慢上升，從而 達到軟啟的目的。由于軟啟電容需要較大的電容值，不利于集成，傳統(tǒng)的做法是將軟啟電容 置于芯片之外，通過內(nèi)置電流源對其充電，但這種做法增加了電路的面積和應用成本。另一 種做法是通過專門設計片上軟啟電路，使得需要的軟啟電容的電容值降低，從而將軟啟電 容集成在芯片上，但這種做法的缺點是軟啟的時長固定，缺乏靈活性。 實用新型內(nèi)容
[0004] 針對現(xiàn)有技術中的一個或多個問題，本實用新型的一個目的是提供一種單片集成 開關變換器及其軟啟電路。
[0005] 根據(jù)本實用新型實施例的一種軟啟電路，用于單片集成開關變換器，所述軟啟電 路包括：片上軟啟電壓生成電路，在其輸出端提供片上軟啟電壓；運算放大電路，具有第一 輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至片上軟啟電壓生成電路的輸出端以 接收片上軟啟電壓，第二輸入端接收軟啟參考信號或代表軟啟參考信號的反饋信號，輸出 端作為集成電路的一個引腳可以耦接外置軟啟電容；以及緩沖電路，具有輸入端和輸出端， 其中輸入端耦接至運算放大電路的輸出端，輸出端提供軟啟參考信號；其中當運算放大電 路的輸出端未耦接外置軟啟電容時，軟啟電路基于片上軟啟電壓提供軟啟參考信號；以及 當運算放大電路的輸出端耦接外置軟啟電容時，運算放大電路對外置軟啟電容充電以提供 片外軟啟電壓，軟啟電路基于片上軟啟電壓和片外軟啟電壓提供軟啟參考信號。
[0006] 在一個實施例中，當運算放大電路的輸出端耦接外置軟啟電容時，運算放大電路 根據(jù)片上軟啟電壓和片外軟啟電壓自動調(diào)整對外置軟啟電容充電的電流大小。
[0007] 在一個實施例中，片上軟啟電路還包括：第一電流源，提供充電電流；以及片上軟 啟電容，耦接至第一電流源，第一電流源以充電電流對片上軟啟電容充電以得到片上軟啟 電壓。
[0008] 在一個實施例中，片上軟啟電路還包括：第一電流源，提供充電電流；第二電流 源，提供放電電流；以及片上軟啟電容，通過第一開關耦接至第一電流源，通過第二開關耦 接至第二電流源；其中當打嗝信號處于第一狀態(tài)時，第一開關導通，第二開關關斷，第一電 流源提供的充電電流對片上軟啟電容充電；以及當打嗝信號處于第二狀態(tài)時，第二開關導 通，第一開關關斷，第二電流源提供的放電電流對片上軟啟電容放電。
[0009] 在一個實施例中，所述軟啟電路還包括：偏置電路，在其輸出端提供偏置電流，所 述偏置電流通過運算放大電路對外置軟啟電容充電；其中對外置軟啟電容充電的電流不大 于偏置電流。
[0010] 在一個實施例中，運算放大電路包括：差分輸入電路，包括第一 P溝道場效應管和 第二P溝道場效應管，其中第一 P溝道場效應管的柵極耦接至片上軟啟電壓生成電路的輸 出端，第二P溝道場效應管的柵極耦接至緩沖電路的輸出端，第一 P溝道場效應管和第二P 溝道場效應管的源極耦接至偏置電路的輸出端；第一晶體管對，包括第一 N溝道場效應管 和第二N溝道場效應管，其中第一 N溝道場效應管的柵極和漏極以及第二N溝道場效應管 的柵極共同耦接至第一 P溝道場效應管的漏極，第一 N溝道場效應管和第二N溝道場效應 管的源極耦接至系統(tǒng)地，第二N溝道場效應管的漏極耦接至運算放大電路的輸出端；第二 晶體管對，包括第三N溝道場效應管和第四N溝道場效應管，其中第三N溝道場效應管的 柵極和漏極以及第四N溝道場效應管的柵極共同耦接至第二P溝道場效應管的漏極，第三 N溝道場效應管的源極和第四N溝道場效應管的源極耦接至系統(tǒng)地；以及第三晶體管對，包 括第三P溝道場效應管和第四P溝道場效應管，其中第三P溝道場效應管的柵極和漏極以 及第四P溝道場效應管的柵極耦接至第四N溝道場效應管的漏極，第三P溝道場效應管和 第四P溝道場效應管的源極耦接至輔助供電電壓，第四P溝道場效應管的漏極耦接至第二 N溝道場效應管的漏極和運算放大電路的輸出端。
[0011] 在一個實施例中，緩沖電路還包括：第五N溝道場效應管，其中第五N溝道場效 應管的柵極耦接至運算放大電路的輸出端，第五N溝道場效應管的漏極耦接至輔助供電電 壓，以及第五N溝道場效應管的源極作為緩沖電路的輸出端。
[0012] 在一個實施例中，所述軟啟電路還箝位電路，所述箝位電路包括：第三電流源，具 有第一端和第二端，其中第一端耦接至輔助供電電壓；第一箝位開關，具有第一端、第二端 和控制端，其中控制端耦接至第三電流源的第二端，第一端耦接至運算放大電路的輸出端， 第二端耦接至輔助供電電壓；以及第二箝位開關，具有第一端、第二端和控制端，其中控制 端耦接至運算放大電路的輸出端，第一端耦接至系統(tǒng)地，第二端耦接至第三電流源的第二 端；其中在單片集成開關變換器開始啟動時，運算放大電路輸出端的電壓在所述箝位電路 的作用下增大以開啟緩沖電路。
[0013] 根據(jù)本實用新型實施例的一種單片集成開關變換器，包括誤差放大電路，接收軟 啟參考信號、輸出參考信號和代表輸出電壓的反饋信號，其中當軟啟參考信號小于輸出參 考信號時，誤差放大電路根據(jù)軟啟參考信號和反饋信號之間的差值輸出誤差信號，以及當 軟啟參考信號大于輸出參考信號時，誤差放大電路根據(jù)輸出參考信號和反饋信號之間的差 值輸出誤差信號；斜坡發(fā)生電路，提供斜坡信號；邏輯電路，耦接至誤差放大電路和斜坡發(fā) 生電路以接收誤差信號和斜坡信號，并基于誤差信號和斜坡信號產(chǎn)生開關控制信號；開關 電路，包括至少一個開關，其中所述至少一個開關在開關控制信號的控制下導通及關斷以 提供輸出電壓；以及如前所述的軟啟電路。
[0014] 根據(jù)本實用新型的實施例，可以實現(xiàn)根據(jù)實際需要靈活選擇外部軟啟或者內(nèi)部軟 啟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為根據(jù)本實用新型一實施例的單片集成開關變換器100的框圖；
[0016] 圖2為根據(jù)本實用新型一實施例的軟啟電路200的框圖；
[0017] 圖3為根據(jù)本實用新型一實施例的軟啟電路300的電路原理圖；
[0018] 圖4為根據(jù)本實用新型另一實施例的軟啟電路400的電路原理圖；
[0019] 圖5為根據(jù)本實用新型一實施例的對應于圖3所示的軟啟電路300的外置軟啟電 容和軟啟時長的關系圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面將詳細描述本實用新型的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于 舉例說明，并不用于限制本實用新型。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解， 闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是，不必采用這些特定細 節(jié)來實行本實用新型。在其他實例中，為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路、 材料或方法。
[0021] 在整個說明書中，對" 一個實施例"、"實施例"、" 一個示例"或"示例"的提及意味 著：結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本實用新型至少一個實施 例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語"在一個實施例中"、"在實施例中"、"一個 示例"或"示例"不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組 合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人 員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應當 理解，當稱"元件""連接到"或"耦接"到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件 或者可以存在中間元件。相反，當稱元件"直接連接到"或"直接耦接到"另一元件時，不存 在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術語"和/或"包括一個或多 個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0022] 圖1為根據(jù)本實用新型一實施例的單片集成開關變換器100的框圖。該單片集成 開關變換器1〇〇包括集成電路10和由輸出電感Lo和輸出電容Co組成的輸出濾波電路。其 中集成電路10集成在芯片上。單片集成開關變換器100以降壓型拓撲為例進行說明，本領 域技術人員可知單片集成開關變換器100可以采用任何直流/直流或交流/直流變換拓撲 結構，例如升壓變換器、降壓變換器、正激變換器以及反激變換器等。
[0023] 集成電路10包括軟啟電路11、誤差放大電路12、斜坡發(fā)生電路13、邏輯電路14以 及開關電路15。在描述中，標記IN、SW、FB、SS和GND代表集成電路10的引腳，其中引腳 IN耦接至輸入電壓Vin，引腳SW耦接至輸出電感Lo的一端，引腳FB接收代表輸出電壓Vo 的反饋信號VFB，引腳GND耦接至系統(tǒng)地，引腳SS和引腳GND之間可以耦接外置軟啟電容 Cext。單片集成開關變換器100還可以包括反饋電路16,輸出電壓Vo通過反饋電路16耦 接至引腳FB。
[0024] 軟啟電路11的一端耦接引腳SS，另一端輸出軟啟參考信號SSB。其中當引腳SS 懸空，也就是未耦接外置軟啟電容Cext時，軟啟電路11輸出以固定斜率增大的軟啟參考信 號SSB，單片集成開關變換器100的軟啟時長固定。當引腳SS耦接外置軟啟電容Cext時， 軟啟電路11輸出以不固定斜率逐漸增大的軟啟參考信號SSB，單片集成開關變換器100的 軟啟時長和軟啟電容Cext的電容值有關。在一個實施例中，通過調(diào)整軟啟電容Cext的電 容值可以調(diào)整單片集成開關變換器1〇〇的軟啟時長。誤差放大電路12接收軟啟參考信號 SSB、輸出參考信號Vref和反饋信號VFB，其中在單片集成開關變換器100啟動時，當軟啟參 考信號SSB小于輸出參考信號Vref，誤差放大電路12根據(jù)軟啟參考信號SSB和反饋信號 VFB之間的差值SSB-VFB輸出誤差信號Ve。當軟啟參考信號SSB增大至輸出參考信號Vref 時，單片集成開關變換器100啟動完成，誤差放大電路12根據(jù)輸出參考信號Vref和反饋信 號VFB之間的差值Vref-VFB輸出誤差信號Ve。斜坡發(fā)生電路13提供具有一定周期的斜坡 信號RAMP。斜坡信號RAMP例如可以由振蕩器產(chǎn)生。邏輯電路14耦接至誤差放大電路12 的輸出端以接收誤差信號Ve，耦接至斜坡發(fā)生電路13的輸出端以接收斜坡信號RAMP，并基 于誤差信號Ve和斜坡信號RAMP產(chǎn)生開關控制信號CTRL以控制開關電路15中至少一個開 關的導通和關斷。在一個實施例中，邏輯電路14根據(jù)斜坡信號RAMP控制開關電路15中至 少一個開關的開通時刻從而控制開關周期，根據(jù)誤差信號Ve和斜坡信號RAMP的比較結果 控制至少一個開關關斷時刻從而控制占空比以調(diào)節(jié)輸出電壓Vo。在圖1所示的實施例中， 開關電路15包括開關S1和開關S2,其中開關S1和開關S2在開關控制信號CTRL的控制下 互補導通。在一個實施例中，開關S1的第一端耦接至引腳IN以接收輸入電壓Vin，開關S1 的第二端耦接至引腳SW，開關S1的控制端耦接開關控制信號CTRL。開關S2的第一端耦接 至開關S1的第二端和引腳SW，開關S2的第二端耦接至系統(tǒng)地，開關S2的控制端耦接開關 控制信號CTRL。本領域技術人員可知，開關S1和/或開關S2可以如圖1所示置于集成電 路10內(nèi)部，也可以置于集成電路10之外。
[0025] 在圖1所示的實施例中，通過軟啟電路11可以實現(xiàn)根據(jù)實際需要靈活選擇外部軟 啟或者內(nèi)部軟啟。在需要外部軟啟時，引腳SS耦接外置軟啟電容Cext，根據(jù)片上軟啟電壓 或片外軟啟電壓控制軟啟參考信號SSB。在一個實施例中，當片外軟啟電壓增大的速率小 于片上軟啟電壓增大的速率時，根據(jù)片外軟啟電壓控制軟啟參考信號SSB，從而控制軟啟時 長。在內(nèi)部軟啟時，引腳SS懸空，也就是未耦接外置軟啟電容Cext，由軟啟電路11產(chǎn)生片 上軟啟電壓以控制軟啟參考信號SSB，從而控制軟啟時長。其中軟啟時長例如可以和軟啟參 考信號SSB由零上升至輸出參考信號Vref的時間長度有關，或者例如可以和輸出電壓Vo 由零上升至預期的輸出電壓的時間長度有關。
[0026] 圖2為根據(jù)本實用新型一實施例的軟啟電路200的框圖。軟啟電路200包括片上 軟啟電壓生成電路201、運算放大電路202、偏置電路203、緩沖電路204以及輸出調(diào)整電路 205。
[0027] 片上軟啟電壓生成電路201在其輸出端提供片上軟啟電壓Vc。運算放大電路202 具有第一輸入端202a、第二輸入端202b、偏置輸入端202c以及輸出端A，其中第一輸入端 202a耦接至片上軟啟電壓生成電路201的輸出端以接收片上軟啟電壓Vc，第二輸入端202b 耦接至緩沖電路204的輸出端以接收軟啟參考信號SSB或代表軟啟參考信號SSB的反饋信 號，偏置輸入端202c耦接至偏置電路203的輸出端，輸出端A作為集成電路10的引腳SS， 可以耦接外置軟啟電容Cext。偏置電路203為運算放大電路202提供偏置電流，其中運算 放大電路202的輸出端A耦接外置軟啟電容Cext時，運算放大電路202對外置軟啟電容 Cext充電，外置軟啟電容Cext兩端的電壓VA即為片外軟啟電壓。緩沖電路204的輸入端 耦接至運算放大電路202的輸出端A，緩沖電路204的輸出端提供軟啟參考信號SSB。在一 個實施例中，軟啟電路200還包括輸出調(diào)整電路205,輸出調(diào)整電路205的輸入端耦接至緩 沖電路204的輸出端，輸出調(diào)整電路205的輸出端輸出軟啟參考信號SSB。緩沖電路204通 過輸出調(diào)整電路205輸出軟啟參考信號SSB，其中輸出調(diào)整電路205用來調(diào)整軟啟參考信號 SSB和片上軟啟電壓Vc或片外軟啟電壓VA之間的比例。
[0028] 在一個實施例中，當引腳SS懸空時，也就是運算放大電路202的輸出端A未耦接 外置軟啟電容Cext，在單片集成開關變換器100啟動時，片上軟啟電壓生成電路201提供以 固定斜率增大的片上軟啟電壓Vc，軟啟電路200根據(jù)片上軟啟電壓Vc提供軟啟參考信號 SSB，從而控制單片集成開關變換器100的軟啟時長。在一個實施例中，當引腳SS耦接外置 軟啟電容Cext時，片上軟啟電壓生成電路201提供以固定斜率增大的片上軟啟電壓Vc，運 算放大電路202對外置軟啟電容Cext充電以提供逐漸增大的片外軟啟電壓VA，軟啟電路 200根據(jù)片外軟啟電壓VA和/或片上軟啟電壓Vc提供軟啟參考信號SSB，例如由片上軟啟 電壓Vc和片外軟啟電壓VA中增大速率較慢的一個決定軟啟參考信號SSB，從而控制單片集 成開關變換器100的軟啟時長。
[0029] 圖2所示的實施例可以根據(jù)實際需要靈活配置外部軟啟或內(nèi)部軟啟，以簡單的電 路配置滿足不同的需求。
[0030] 圖3為根據(jù)本實用新型一實施例的軟啟電路300的電路原理圖。其中軟啟電路 300包括片上軟啟電壓生成電路301、運算放大電路302、偏置電路303、場效應管304組成 的緩沖電路以及輸出調(diào)整電路305。
[0031] 片上軟啟電壓生成電路301包括電流源Ich和片上軟啟電容Cint，其中電流源 Ich對片上軟啟電容Cint充電以在片上軟啟電容Cint兩端得到片上軟啟電壓Vc。在一個 實施例中，電流源Ich的一端耦接輔助供電電壓VCC，電流源Ich的另一端耦接至片上軟啟 電容Cint的一端，片上軟啟電容Cint的另一端耦接至系統(tǒng)地。偏置電路303包括電流源 Ib，電流源lb的一端耦接輔助供電電壓VCC，電流源lb的另一端提供恒定電流，電流源lb 例如可以由電流鏡實現(xiàn)。其中符號Ich既可以代表電流源Ich，也可以代表對片上軟啟電 容Cint的充電電流Ich。符號lb既可以代表電流源Ib，也可以代表偏置電路303提供的 恒定電流lb。
[0032] 在圖3所示的實施例中，運算放大電路302包括由P溝道場效應管P1和P溝道場 效應管P2組成的差分輸入電路、由N溝道場效應管N1和N溝道場效應管N2組成的第一晶 體管對、由N溝道場效應管N3和N溝道場效應管Μ組成的第二晶體管對，以及由P溝道場 效應管Ρ3和Ρ溝道場效應管Ρ4組成的第三晶體管對。其中Ρ溝道場效應管Ρ1的柵極做 為運算放大電路302的一個輸入端耦接至片上軟啟電容Cint以接收片上軟啟電壓Vc，P溝 道場效應管P2的柵極做為運算放大電路302的另一個輸入端耦接至緩沖電路304的輸出 端，P溝道場效應管P1和P溝道場效應管P2的源極共同耦接至偏置電路303中的電流源 lb。N溝道場效應管N1的柵極和漏極以及N溝道場效應管N2的柵極共同耦接至P溝道場 效應管P1的漏極，N溝道場效應管N1的源極和N溝道場效應管N2的源極耦接至系統(tǒng)地。 N溝道場效應管N3的柵極和漏極以及N溝道場效應管Μ的柵極共同耦接至P溝道場效應 管Ρ2的漏極，Ν溝道場效應管Ν3的源極和Ν溝道場效應管Μ的源極共同耦接至系統(tǒng)地。 Ρ溝道場效應管Ρ3的柵極和漏極以及Ρ溝道場效應管Ρ4的柵極共同耦接至Ν溝道場效應 管N4的漏極，P溝道場效應管P3的源極和P溝道場效應管P4的源極共同耦接至輔助供電 電壓VCC，P溝道場效應管P4的漏極和N溝道場效應管N2的漏極耦接在一起作為運算放大 電路302的輸出端A。本領域技術人員應該認識到，運算放大電路302不局限于圖3所示的 實施例，運算放大電路302可以包括任意合適的運算放大電路的結構。本領域技術人員也 應該認識到，運算放大電路203中的晶體管類型也不局限于圖3所示的實施例，可以包括任 意合適的晶體管，例如三極管。
[0033] 場效應管304的柵極作為緩沖電路的輸入端耦接至運算放大電路302的輸出端A， 場效應管304的漏極耦接至輔助供電電壓VCC，以及場效應管304的源極作為緩沖電路的 輸出端通過輸出調(diào)整電路305提供軟啟參考信號SSB。在圖3所示的實施例中，場效應管 304為N溝道場效應管，但是本領域技術人員可知，其他任意合適的晶體管也可以作為緩沖 電路，例如三極管、P型場效應管等。
[0034] 輸出調(diào)整電路305包括電阻R1和電阻R2,其中電阻R1的一端耦接至場效應管304 的源極，電阻R1的另一端耦接至電阻R2的一端，電阻R2的另一端耦接至系統(tǒng)地，電阻R1 和電阻R2的公共端作為輸出調(diào)整電路305的輸出端輸出軟啟參考信號SSB。在一個實施例 中，通過調(diào)整電阻R1和電阻R2的值，可以調(diào)整軟啟參考信號SSB和片上軟啟電壓Vc或片 外軟啟電壓VA之間的比例。
[0035] 在一個實施例中，當引腳SS懸空時，也就是未耦接外置軟啟電容Cext時，軟啟參 考信號SSB由電流源Ich、片上軟啟電容Cint、電阻R1和電阻R2決定。單片集成開關變換 器100啟動時，電流源Ich對片上軟啟電容Cint充電，片上軟啟電壓Vc以固定斜率逐漸增 大，軟啟參考信號SSB隨著片上軟啟電壓Vc的增大而逐漸增大。在一個實施例中，片上軟 啟電壓Vc增大的斜率Dvc/Dt等于：
[0036] Dvc/Dt = Ich/Cint (1)
[0037] 在一個實施例中，軟啟參考信號SSB等于Vc*R2ARl+R2)。
[0038] 在一個實施例中，當引腳SS耦接外置軟啟電容Cext時，電流源Ich對片上軟啟電 容Cint充電，片上軟啟電壓Vc以公式（1)所示的固定斜率逐漸增大，電流源lb通過運算 放大電路302對外置軟啟電容Cext充電，充電的電流為Iext，片外軟啟電壓VA逐漸增大， 軟啟參考信號SSB由片上軟啟電壓Vc和片外軟啟電壓VA中增大速率較慢的一個決定，其 中運算放大電路302根據(jù)片上軟啟電壓Vc和片外軟啟電壓VA自動調(diào)整電流Iext的大小， 0〈 = Iext〈 = lb。片外軟啟電壓VA增大的斜率Dva/Dt等于：
[0039] Dva/Dt = Iext/Cext (2)
[0040] 圖3所示的實施例還包括箝位電路307。單片集成開關變換器100開始啟動時，運 算放大電路302的輸出端A的電壓在箝位電路307的作用下迅速增大至場效應管304的開 啟電壓VGSth，場效應管304開通。在圖3所示的實施例中，箝位電路307包括偏置電流源 Ib2、場效應管N5以及場效應管N6。偏置電流源Ib2的一端耦接至輔助供電電壓VCC，偏置 電流源Ib2的另一端耦接至場效應管N5的柵極和場效應管N6的漏極，場效應管N5的漏極 耦接至輔助供電電壓VCC，場效應管N5的源極和場效應管N6的柵極耦接至運算放大電路 302的輸出端A，場效應管N6的源極耦接至系統(tǒng)地。
[0041] 圖4為根據(jù)本實用新型另一實施例的軟啟電路400的電路原理圖。圖4所示軟 啟電路400的電路結構和圖3所示軟啟電路300的電路結構相似，與圖3所示的軟啟電路 300不同的是，圖4所示軟啟電路400中片上軟啟電路401包括開關SI 1、開關S12、電流源 Ich、電流源Idis以及片上軟啟電容Cint。開關S11稱接至電流源Ich,開關S12稱接至電 流源Idis，其中開關S11和開關S12在打卩g信號Hiccup的控制下互補導通。當開關S11導 通，開關S12關斷時，電流源Ich對片上軟啟電容Cint充電，當開關S12導通，開關S11關 斷時，片上軟啟電容Cint通過電流源Idis放電。
[0042] 在一個實施例中，單片集成開關變換器100在輸出短路、過流等故障狀態(tài)下，進入 打嗝模式，也就是在故障保護下嘗試反復重新啟動，直至故障狀態(tài)消除或單片集成開關變 換器100徹底關斷。
[0043] 在一個實施例中，當引腳SS懸空，在單片集成開關變換器100啟動時，打嗝信號 Hiccup處于第一狀態(tài)，開關S11導通，開關S12關斷，電流源Ich對片上軟啟電容Cint充 電，片上軟啟電壓Vc以公式（1)所示的固定斜率逐漸增大，軟啟參考信號SSB隨之增大，軟 啟時長由片上軟啟電壓Vc決定；單片集成開關變換器100在軟啟結束后還沒有進入正常 工作時，例如輸出電壓Vo還沒有達到預期的輸出電壓時，打嗝信號Hiccup處于第二狀態(tài)， 開關S11關斷，開關S12導通，電流源Idis對片上軟啟電容Cint放電，片上軟啟電壓Vc減 小，直至片上軟啟電壓Vc減小至一最小電壓，例如零，單片集成開關變換器100嘗試重新啟 動，打嗝信號Hiccup處于第一狀態(tài)，電流源Ich對片上軟啟電容Cint充電。如此循環(huán)，直 至單片集成開關變換器100正常工作或因達到重啟次數(shù)上限而徹底關斷。
[0044] 在一個實施例中，當引腳SS耦接外置軟啟電容Cext，在單片集成開關變換器100 啟動時，打嗝信號Hiccup處于第一狀態(tài)，開關S11導通，開關S12關斷，電流源Ich對片上 軟啟電容Cint充電，片上軟啟電壓Vc以公式（1)所示的固定斜率逐漸增大，電流源lb通 過運算放大電路302對外置軟啟電容Cext充電，充電的電流為Iext，片外軟啟電壓VA以公 式（2)所示的斜率逐漸增大，軟啟參考信號SSB由片上軟啟電壓Vc和片外軟啟電壓VA中 增大速率較慢的一個決定，從而軟啟時長由片外軟啟電壓VA和/或片上軟啟電壓Vc決定。 在一個實施例中，運算放大電路302根據(jù)片上軟啟電壓Vc和片外軟啟電壓VA自動調(diào)整電 流Iext的大小，其中0〈 = Iext〈 = lb。單片集成開關變換器100在軟啟結束后還沒有進 入正常工作時，例如輸出電壓Vo還沒有達到預期的輸出電壓時，打嗝信號Hiccup處于第二 狀態(tài)，開關S11關斷，開關S12導通，電流源Idis對片上軟啟電容Cint放電，片上軟啟電壓 Vc減小，電流源lb通過運算放大電路302對外置軟啟電容Cext放電，片外軟啟電壓VA減 小，軟啟參考信號SSB由片上軟啟電壓Vc和片外軟啟電壓VA中減小速率較慢的一個決定， 當軟啟參考信號SSB減小至一最小電壓，例如零，單片集成開關變換器100嘗試重新啟動， 打嗝信號Hiccup處于第一狀態(tài)，電流源Ich對片上軟啟電容Cint充電，電流源lb通過運 算放大電路302對外置軟啟電容Cext充電，如此循環(huán)，直至單片集成開關變換器100正常 工作或因達到重啟次數(shù)上限而徹底關斷。
[0045] 在圖4所示的實施例中，可以通過設置電流源Idis的大小來調(diào)整打嗝模式中嘗試 重新啟動的間隔時間長度，也就是打嗝信號Hiccup處于第二狀態(tài)的時長。
[0046] 圖5為根據(jù)本實用新型一實施例的對應于圖3所示的軟啟電路300的外置軟啟電 容和軟啟時長的關系圖。如圖5所示，當外置軟啟電容Cext小于Cint*Ib/Ich時，軟啟電路 300選擇內(nèi)部軟啟，例如根據(jù)片上軟啟電壓Vc控制軟啟參考信號SSB，從而軟啟時長SStime 固定，例如等于lms。當外置軟啟電容Cext大于Cint*Ib/Ich時，軟啟電路300選擇外部軟 啟，例如根據(jù)片外軟啟電壓VA控制軟啟參考信號SSB，軟啟時長SStime隨著外置軟啟電容 Cext的增大而增大。
[0047] 雖然已參照幾個典型實施例描述了本實用新型，但應當理解，所用的術語是說明 和示例性、而非限制性的術語。由于本實用新型能夠以多種形式具體實施而不脫離實用新 型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權利要求 所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型 都應為隨附權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1. 一種軟啟電路，用于單片集成開關變換器，其特征在于，所述軟啟電路包括： 片上軟啟電壓生成電路，在其輸出端提供片上軟啟電壓； 運算放大電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至片上軟 啟電壓生成電路的輸出端以接收片上軟啟電壓，第二輸入端接收軟啟參考信號或代表軟啟 參考信號的反饋信號，輸出端作為集成電路的一個引腳可以耦接外置軟啟電容；以及 緩沖電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至運算放大電路的輸出端，輸出端提 供軟啟參考信號；其中 當運算放大電路的輸出端未耦接外置軟啟電容時，軟啟電路基于片上軟啟電壓提供軟 啟參考信號；以及 當運算放大電路的輸出端耦接外置軟啟電容時，運算放大電路對外置軟啟電容充電以 提供片外軟啟電壓，軟啟電路基于片上軟啟電壓和片外軟啟電壓提供軟啟參考信號。
2. 如權利要求1所述的軟啟電路，其特征在于，當運算放大電路的輸出端耦接外置軟 啟電容時，運算放大電路根據(jù)片上軟啟電壓和片外軟啟電壓自動調(diào)整對外置軟啟電容充電 的電流大小。
3. 如權利要求1所述的軟啟電路，其特征在于，片上軟啟電路還包括： 第一電流源，提供充電電流；以及 片上軟啟電容，耦接至第一電流源，第一電流源以充電電流對片上軟啟電容充電以得 到片上軟啟電壓。
4. 如權利要求1所述的軟啟電路，其特征在于，片上軟啟電路還包括： 第一電流源，提供充電電流； 第二電流源，提供放電電流；以及 片上軟啟電容，通過第一開關耦接至第一電流源，通過第二開關耦接至第二電流源；其 中 當打嗝信號處于第一狀態(tài)時，第一開關導通，第二開關關斷，第一電流源提供的充電電 流對片上軟啟電容充電；以及 當打嗝信號處于第二狀態(tài)時，第二開關導通，第一開關關斷，第二電流源提供的放電電 流對片上軟啟電容放電。
5. 如權利要求1所述的軟啟電路，其特征在于，還包括： 偏置電路，在其輸出端提供偏置電流，所述偏置電流通過運算放大電路對外置軟啟電 容充電；其中 對外置軟啟電容充電的電流不大于偏置電流。
6. 如權利要求5所述的軟啟電路，其特征在于，運算放大電路包括： 差分輸入電路，包括第一 P溝道場效應管和第二P溝道場效應管，其中第一 P溝道場效 應管的柵極耦接至片上軟啟電壓生成電路的輸出端，第二P溝道場效應管的柵極耦接至緩 沖電路的輸出端，第一 P溝道場效應管和第二P溝道場效應管的源極耦接至偏置電路的輸 出端； 第一晶體管對，包括第一 N溝道場效應管和第二N溝道場效應管，其中第一 N溝道場 效應管的柵極和漏極以及第二N溝道場效應管的柵極共同耦接至第一P溝道場效應管的漏 極，第一 N溝道場效應管和第二N溝道場效應管的源極耦接至系統(tǒng)地，第二N溝道場效應管 的漏極耦接至運算放大電路的輸出端； 第二晶體管對，包括第三N溝道場效應管和第四N溝道場效應管，其中第三N溝道場 效應管的柵極和漏極以及第四N溝道場效應管的柵極共同耦接至第二P溝道場效應管的漏 極，第三N溝道場效應管的源極和第四N溝道場效應管的源極耦接至系統(tǒng)地；以及 第三晶體管對，包括第三P溝道場效應管和第四P溝道場效應管，其中第三P溝道場效 應管的柵極和漏極以及第四P溝道場效應管的柵極耦接至第四N溝道場效應管的漏極，第 三P溝道場效應管和第四P溝道場效應管的源極耦接至輔助供電電壓，第四P溝道場效應 管的漏極耦接至第二N溝道場效應管的漏極和運算放大電路的輸出端。
7. 如權利要求1所述的軟啟電路，其特征在于，緩沖電路還包括：第五N溝道場效應 管，其中第五N溝道場效應管的柵極耦接至運算放大電路的輸出端，第五N溝道場效應管的 漏極耦接至輔助供電電壓，以及第五N溝道場效應管的源極作為緩沖電路的輸出端。
8. 軟權利要求1所述的軟啟電路，其特征在于，還包括箝位電路，所述箝位電路包括： 第三電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至輔助供電電壓； 第一箝位開關，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至第三電流源的第二 端，第一端耦接至運算放大電路的輸出端，第二端耦接至輔助供電電壓；以及 第二箝位開關，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至運算放大電路的輸出 端，第一端耦接至系統(tǒng)地，第二端耦接至第三電流源的第二端；其中 在單片集成開關變換器開始啟動時，運算放大電路輸出端的電壓在所述箝位電路的作 用下增大以開啟緩沖電路。
9. 一種單片集成開關變換器，其特征在于，包括： 誤差放大電路，接收軟啟參考信號、輸出參考信號和代表輸出電壓的反饋信號，其中當 軟啟參考信號小于輸出參考信號時，誤差放大電路根據(jù)軟啟參考信號和反饋信號之間的差 值輸出誤差信號，以及當軟啟參考信號大于輸出參考信號時，誤差放大電路根據(jù)輸出參考 信號和反饋信號之間的差值輸出誤差信號； 斜坡發(fā)生電路，提供斜坡信號； 邏輯電路，耦接至誤差放大電路和斜坡發(fā)生電路以接收誤差信號和斜坡信號，并基于 誤差信號和斜坡信號產(chǎn)生開關控制信號； 開關電路，包括至少一個開關，其中所述至少一個開關在開關控制信號的控制下導通 及關斷以提供輸出電壓；以及 如權利要求1至8中任一項所述的軟啟電路。
【文檔編號】H02M1/36GK203840199SQ201420227640
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權日:2014年5月6日
【發(fā)明者】李磊 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司