CN100423433C

CN100423433C - 柔性启动装置

Info

Publication number: CN100423433C
Application number: CNB2005100082110A
Authority: CN
Inventors: 杨大勇
Original assignee: System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: CN1819429A

Abstract

本发明提供一种柔性启动装置，使用于电源供应器中，是于电源供应器启动时输出一补偿信号到一脉宽调变控制器，包括有：启动电容；第一电源，对该启动电容进行充电；稳压单元，通过其一第一输入端接收一内建参考电压；误差放大器，接收该参考电压与一反馈信号，用以输出该补偿信号；及一箝位二极管，连接至该第四输入端与该第二输出端，于该电源供应器启动时箝制该补偿信号的电压电平。该脉宽调变控制器输出切换信号的脉冲宽度会以渐增的状态产生，由初始值逐渐增加到设定值，并于启动完成后依据负载状态予以调整，如此可用来避免功率开关在开机瞬间造成很大的电压与电流应力。

Description

柔性启动装置

技术领域

本发明涉及一种柔性启动装置，尤指一种使用于电源供应器中，可使电源供应器启动时的切换信号输出渐增的脉冲宽度的柔性启动装置。

背景技术

各种的电源供应器已经广泛地使用来提供稳定调整的输出电压。请参考图1，为已知电源供应器的电路方块示意图。已知电源供应器包含切换式电路30、切换式控制器10、输出电感L、输出电容C₁、分压电阻(由电阻R₁与电阻R₂组成)、补偿网络(由补偿电阻R₃与补偿电容C₂组成)。该切换式控制器10的输出端OUT输出一切换信号V_PWM，用以控制该切换式电路30中功率开关的切换动作，进而于电源供应器的输出端得到稳定调整的输出电压V_O。

该切换式控制器10包含比较器162、振荡器168、D型触发器166与误差放大器160。其中振荡器168用以产生锯齿波电压V_SAW，该锯齿波电压V_SAW可以决定切换信号V_PWM的切换频率。误差放大器160的正端连接至参考电压V_REF，负端连接至电源供应器的反馈端FB，接收反馈信号V_FB。误差放大器160根据参考电压V_REF与反馈信号V_FB用以输出补偿信号V_COM。比较器162连接至振荡器168与误差放大器160，接收锯齿波信号V_SAW与补偿信号V_COM，经由比较运算后再通过D型触发器166的逻辑运算，输出切换信号V_PWM，并决定该切换信号V_PWM的脉冲宽度。

配合图1，请参考图2，为已知电源供应器在启动瞬间的各点信号波形示意图。在电源供应器启动时，电源供应器的反馈端FB接收到的反馈信号V_FB极小，因此，误差放大器160输出很大的补偿信号V_COM，比较器162将很大的补偿信号V_COM与锯齿波电压V_SAW进行比较运算后，再通过D型触发器166的逻辑运算，输出极大脉冲宽度的切换信号V_PWM。换句话说，在启动瞬间并且输出电压尚未建立的过程中，切换信号V_PWM的脉冲宽度为最大值，而输出电压建立所需的时间越长，将对功率开关造成很大的电压与电流应力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种柔性启动装置，使用于电源供应器中，是于电源供应器启动时输出一补偿信号到一脉宽调变控制器，该脉宽调变控制器输出切换信号的脉冲宽度会以渐增的状态产生，由初始值逐渐增加到设定值，并于启动完成后依据负载状态予以调整，如此可用来避免功率开关在开机瞬间造成很大的电压与电流应力。

为达上述目的，本发明提供一种柔性启动装置，使用于一电源供应器中，是于该电源供应器启动时，输出一补偿信号到该电源供应器中的一脉宽调变控制器，该柔性启动装置包括有：一启动电容；一第一电源，连接该启动电容，对该启动电容进行充电；一稳压单元，具有一第一输入端、一第二输入端及一第一输出端，该第一输入端接收一内建参考电压，该第二输入端连接至该第一输出端与该启动电容，用以稳定该启动电容上的一参考电压；一误差放大器，具有一第三输入端、一第四输入端及一第二输出端，该第三输入端连接该启动电容与该第一输出端，该第四输入端连接到该电源供应器的反馈端，该第二输出端连接至该脉宽调变控制器，接收该参考电压与一反馈信号，用以输出该补偿信号；及一箝位二极管，连接在该第四输入端与该第二输出端之间，于该电源供应器启动时箝制该补偿信号的电压电平。

其中，该第一电源为一电流源，用以提供一充电电流给该启动电容。该装置还包括有一第一开关，连接于该启动电容和第一电源之间的连接点与一接地端之间，受控于一重置信号，用以对该启动电容进行放电。该装置还包括有：一第二电源，提供一放电电流；及一第二开关，连接至该启动电容和第一电源之间的连接点与该第二电源之间，受控于一保护信号，让该放电电流对该启动电容进行放电。该补偿信号的电压电平于该电源供应器启动时，其初始值为该箝位二极管的导通压降。该稳压单元包括有：一差动对输入放大器，连接至一电流源，从该第一输入端与该第二输入端接收一差动对输入信号，用以产生一输出信号；及一输出晶体管，其一栅极端连接至该差动对输入放大器，接收该输出信号，以输出该参考电压，一漏极端连接至该第一输出端，一源极端连接至接地端。该输出晶体管具有开漏极或开集极的输出结构。

本发明所揭示的柔性启动装置，是于电源供应器开机时，使用一第一电源对一启动电容进行充电，并于启动电容上建立一参考电压；一稳压单元的第一输入端接收一内建参考电压，第二输入端连接至第一输出端与该启动电容，该稳压单元具有开漏极(open-drain)或开集极(open-collect)的输出结构，使得该启动电容上的参考电压得以稳定在内建参考电压内；

-误差放大器，其第三输入端连接该启动电容与第一输出端，接收该参考电压，其一第四输入端连接到电源供应器的反馈端，以接收一反馈信号，其一第二输出端连接至该脉宽调变控制器，用以输出该补偿信号。一箝位二极管，连接至该第四输入端与该第二输出端，于电源供应器启动时箝制该补偿信号的电压电平。

当电源供应器开机瞬间，该第一电源对该启动电容进行充电充电到该参考电压，使得该补偿信号随着该参考电压的缓慢上升而逐渐增加，因而使得切换信号的脉冲宽度由初始值逐渐增加到设定值。该补偿信号的渐增可达到柔性启动的目的。

要注意的是，以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利范围。而有关本发明的其它目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1为已知电源供应器的电路方块示意图；

图2为已知电源供应器在启动瞬间的各点信号波形示意图；

图3为本发明柔性启动装置使用于电源供应器的电路示意图；

图4为本发明在启动瞬间的各点信号波形示意图；及

图5为本发明稳压单元的电路示意图。

其中，附图标记说明如下：

已知：

10 切换式控制器 160 误差放大器

162 比较器 166 D型触发器

168 振荡器 R₁、R₂ 电阻

R₃ 补偿电阻 C₁ 输出电容

C₂ 补偿电容 L 输出电感

30 切换式电路

本发明：

30 切换式电路 40 柔性启动装置

C_SS 启动电容 402 误差放大器

403 第二开关 404 箝位二极管

405 第一开关 406 稳压单元

4060 电流源 4061、4062、4063、4064 晶体管

4065 电阻 4066 电容

4067 输出晶体管 407 第一电源

408 第二电源 50 脉宽调变控制器

502 比较器 504 振荡器

506 D型触发器 R₁、R₂ 电阻

R₃ 补偿电阻 C₁ 输出电容

C₂ 补偿电容 L 输出电感

具体实施方式

请参考图3，为本发明柔性启动装置使用于电源供应器的电路示意图。柔性启动装置40连接于一脉宽调变控制器50与电源供应器的反馈端FB。其中反馈端FB通过分压电阻(由电阻R₁与电阻R₂组成)连接至输出电压V_O。

请再参考图3，本发明柔性启动装置40包含有一第一电源407、一启动电容C_SS、一稳压单元406、一误差放大器402与一箝位二极管404。其中第一电源407连接至启动电容C_SS，并对启动电容C_SS进行充电，并于该启动电容上建立一参考电压V_REF。稳压单元406利用其第一输入端(+)接收内建参考电压V_R，并第二输入端(-)连接至第一输出端与启动电容C_SS以形成一单位增益缓冲器，该稳压单元406具有开漏极(open-drain)或开集极(open-collect)的输出结构，进而将启动电容C_SS上的参考电压V_REF稳定在内建参考电压V_R之内。

误差放大器402的第三输入端(+)连接至启动电容C_SS与第一输出端，其第四输入端(-)连接到电源供应器的反馈端FB，其第二输出端连接至脉宽调变控制器50，误差放大器402将参考电压V_REF与反馈信号V_FB的误差放大，用以输出补偿信号V_COM。箝位二极管404连接至第四输入端(-)与第二输出端，在电源供应器启动时，用来箝制补偿信号V_COM的电压电平为箝位二极管404的导通压降V_F。

上述说明中，在电源供应器启动瞬间，误差放大器402第三输入端(+)接收的参考电压V_REF会随着启动电容C_SS上的充电电压逐渐上升，当其上升到内建参考电压V_R时即进入正常状态。同时该箝位二极管404于电源供应器启动时箝制误差放大器402的输出电压电平。也就是说，在启动瞬间，连接到启动电容C_SS的第三输入端(+)与连接到电源供应器的反馈端FB的第四输入端(-)，两者的电压皆为零伏，通过该箝位二极管404箝制补偿信号V_COM的电压电平，使得误差放大器402的输出电压电平的初始值为该箝位二极管404的导通压降V_F。

假使误差放大器402的第四输入端(-)与第二输出端未加入箝位二极管404，在启动瞬间，连接到启动电容C_SS的第三输入端(+)的电压为零伏，此时从电源供应器的反馈端FB取得的反馈信号会通过具有电压增益的误差放大器402进行放大，使得误差放大器402的第二输出端输出的补偿信号V_COM会很快到达饱和电压，造成没有柔性启动的效果。

请再参考图3，该第一电源407为一电流源，用以对该启动电容C_SS提供充电电流。在电源供应器启动瞬间，该启动电容C_SS的电压逐渐上升，该启动电容C_SS可藉由本身电容值用以规划其启动时间。较大电容值的启动电容C_SS将增加启动时间，进而可以降低功率开关的电压与电流额定。因此，通过合理的选择该启动电容C_SS的电容值，使得启动瞬间所造成的延迟时间能在适当的范围内。

请再参考图3，该脉宽调变控制器50包括振荡器504、比较器502及D型触发器506。其中该振荡器504用以产生一上限为高临界电压V_TH2、下限为低临界电压V_TH1的锯齿波电压V_SAW。比较器502的正端(+)连接至误差放大器402的第二输出端，其负端(-)连接至振荡器504，同时接收比较运算补偿信号V_COM与锯齿波信号V_SAW，运算结果则传送到D型触发器506，通过D型触发器506的逻辑运算，输出并决定切换信号V_PWM的脉冲宽度。

配合图3，参考图4，为本发明在启动瞬间的各点信号波形示意图。电源供应器开机时的启动瞬间，配合启动电容C_SS的充电，在启动电容C_SS上的参考电压V_REF由零伏开始上升。由于稳压单元406为单位增益缓冲器，该稳压单元406具有开漏极(open-drain)或开集极(open-collect)的输出结构，因此参考电压V_REF的最大值会被稳定在内建参考电压V_R。当误差放大器402的第三输入端(+)为零伏时，受到箝位二极管404具有箝制电压电平的作用，误差放大器402的第二输出端被箝位在该箝位二极管404的导通压降V_F(一般约0.7V)，此时的导通压降V_F仍然低于锯齿波信号V_SAW的低临界电压V_TH1。在此同时，随着参考电压V_REF的逐渐上升，补偿信号V_COM也逐渐增加。在启动电容C_SS的充电过程中，切换信号V_PWM的脉冲宽度由初始值开始慢慢增加，直到参考电压V_REF达到内建参考电压V_R，此时的脉冲宽度达到设定值，并于启动完成后依据负载状态予以调整，因而达到柔性启动。

请参考图5，为本发明稳压单元的电路示意图。该稳压单元406通过第一输入端(+)、第二输入端(-)及第一输出端来与外界电路连接，其内部包括有由晶体管4061、4062、4063及4064所组成的一差动对输入放大器(differential-pair input amplifier)、电流源4060、电阻4065、电容4066与输出晶体管4067。其中差动对输入放大器连接至电流源4060，并通过第一输入端(+)与第二输入端(-)接收一差动对输入信号，用以产生一输出信号V_OUT。输出晶体管4067的栅极端连接至差动对输入放大器，接收该输出信号V_OUT以产生放大信号，即为该参考电压V_REF。输出晶体管4067的漏极端连接至该第一输出端，其源极端连接至接地端。输出晶体管4067的栅极端与漏极端连接有一RC电路即电阻4065与电容4066，用以提供补偿的作用。该输出晶体管4067的该漏极端连接到该稳压单元406的第一输出端，用以提供开漏极(open-drain)或开集极(open-collect)的输出结构。

请再参考图3，其中本发明还包含有第一开关405连接于该启动电容C_SS与接地端。当电源供应器未提供输出功率时，根据反馈信号V_FB的电压电平，用以输出重置信号RST以控制第一开关405导通，进而对启动电容C_SS进行放电以达到启动重置的目的。另有第二电源408通过第二开关403连接至启动电容C_SS，根据第二开关403的切换，用以提供放电电流对启动电容C_SS进行放电。第二开关403的切换受控于保护信号PTN。当电源供应器发生过功率、短路与过电压时，根据反馈信号V_FB的电压电平，用以输出保护信号PTN，并对启动电容C_SS进行放电，以达到保护的目的。

综上所述，本发明所提供的柔性启动装置，使用于电源供应器中，并于电源供应器启动时输出补偿信号到脉宽调变控制器，该脉宽调变控制器输出切换信号的脉冲宽度会以渐增的状态产生，由初始值逐渐增加到设定值，并于启动完成后依据负载状态予以调整，如此可用来避免功率开关在开机瞬间造成很大的电压与电流应力。

然而，以上所述仅为本发明最佳之一的具体实施例的详细说明与附图，本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求书为准，凡合于本发明权利要求书的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，本领域的技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本发明的专利范围内。

Claims

1. 一种柔性启动装置，使用于一电源供应器中，是于该电源供应器启动时，输出一补偿信号到该电源供应器中的一脉宽调变控制器，其特征在于，该柔性启动装置包括有：

一启动电容；

一第一电源，连接该启动电容，对该启动电容进行充电；

一稳压单元，具有一第一输入端、一第二输入端及一第一输出端，该第一输入端接收一内建参考电压，该第二输入端连接至该第一输出端与该启动电容，用以稳定该启动电容上的一参考电压；

一误差放大器，具有一第三输入端、一第四输入端及一第二输出端，该第三输入端连接该启动电容与该第一输出端，该第四输入端连接到该电源供应器的反馈端，该第二输出端连接至该脉宽调变控制器，接收该参考电压与一反馈信号，用以输出该补偿信号；及

一箝位二极管，连接在该第四输入端与该第二输出端之间，于该电源供应器启动时箝制该补偿信号的电压电平。

2. 如权利要求1所述的柔性启动装置，其中，该第一电源为一电流源，用以提供一充电电流给该启动电容。

3. 如权利要求1所述的柔性启动装置，其中，还包括有一第一开关，连接于该启动电容和第一电源之间的连接点与一接地端之间，受控于一重置信号，用以对该启动电容进行放电。

4. 如权利要求1所述的柔性启动装置，其中，还包括有：

一第二电源，提供一放电电流；及

一第二开关，连接于该启动电容和第一电源之间的连接点与该第二电源之间，受控于一保护信号，让该放电电流对该启动电容进行放电。

5. 如权利要求1所述的柔性启动装置，其中，该补偿信号的电压电平于该电源供应器启动时，其初始值为该箝位二极管的导通压降。

6. 如权利要求1所述的柔性启动装置，其中，该稳压单元包括有：

一差动对输入放大器，连接至一电流源，从该第一输入端与该第二输入端接收一差动对输入信号，用以产生一输出信号；及

一输出晶体管，其一栅极端连接至该差动对输入放大器，接收该输出信号，以输出该参考电压，一漏极端连接至该第一输出端，一源极端连接至接地端。

7. 如权利要求6所述的柔性启动装置，其中，该输出晶体管具有开漏极或开集极的输出结构。