專利名稱：電源的柔性啟動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種柔性啟動裝置，尤其涉及一種使用于電源中，可使電源啟動時的切換信號輸出漸增的脈沖寬度的柔性啟動裝置。
背景技術(shù)：
各種的電源已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于提供穩(wěn)定調(diào)整的輸出電壓。請參考圖1，為現(xiàn)有電源的電路方框示意圖。現(xiàn)有電源包括切換式電路30、切換式控制器10、輸出電感L、輸出電容C1、分壓電阻(由電阻R1與電阻R2組成)、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(由補(bǔ)償電阻R3與補(bǔ)償電容C2組成)。該切換式控制器10的輸出端OUT輸出一切換信號VPWM，用以控制該切換式電路30中功率開關(guān)的切換動作，進(jìn)而于電源的輸出端得到穩(wěn)定調(diào)整的輸出電壓VO。
該切換式控制器10包括比較器162、振蕩器168、D型觸發(fā)器166與誤差放大器160。其中振蕩器168用以產(chǎn)生鋸齒波電壓VSAW，該鋸齒波電壓VSAW可以決定切換信號VPWM的切換頻率。誤差放大器160的正端連接至參考電壓VREF，負(fù)端連接至電源的反饋端FB，用于接收反饋信號VFB。誤差放大器160根據(jù)參考電壓VREF與反饋信號VFB用來輸出補(bǔ)償信號VCOM。比較器162連接至振蕩器168與誤差放大器160，接收鋸齒波信號VSAW與補(bǔ)償信號VCOM，經(jīng)過比較運(yùn)算后再通過D型觸發(fā)器166的邏輯運(yùn)算，輸出切換信號VPWM，并決定該切換信號VPWM的脈沖寬度。
結(jié)合圖1，請參考圖2，為現(xiàn)有技術(shù)電源在啟動瞬間的各點(diǎn)信號波形示意圖。在電源啟動時，電源的反饋端FB接收到的反饋信號VFB極小，因此，誤差放大器160輸出很大的補(bǔ)償信號VCOM，比較器162將很大的補(bǔ)償信號VCOM與鋸齒波電壓VSAW進(jìn)行比較運(yùn)算后，再通過D型觸發(fā)器166的邏輯運(yùn)算，輸出極大脈沖寬度的切換信號VPWM。換句話說，在啟動瞬間并且輸出電壓尚未建立的過程中，切換信號VPWM的脈沖寬度為最大值，而輸出電壓建立所需的時間越長，對功率開關(guān)就造成越大的電壓與電流應(yīng)力。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本實(shí)用新型提出一種柔性啟動裝置，應(yīng)用于電源中，在電源啟動時輸出一補(bǔ)償信號到一脈寬調(diào)變控制器，該脈寬調(diào)變控制器輸出切換信號的脈沖寬度會以漸增的狀態(tài)產(chǎn)生，由初始值逐漸增加到設(shè)定值，并于啟動完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，如此可用來避免功率開關(guān)在開機(jī)瞬間造成很大的電壓與電流應(yīng)力。
本實(shí)用新型所揭示的柔性啟動裝置，是在電源開機(jī)時，使用一第一電源對一啟動電容進(jìn)行充電，并在啟動電容上建立一參考電壓；一穩(wěn)壓單元的第一輸入端接收一內(nèi)建參考電壓，第二輸入端連接至第一輸出端與該啟動電容，該穩(wěn)壓單元具有開漏極(open-drain)或開集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)，使得該啟動電容上的參考電壓得以穩(wěn)定在內(nèi)建參考電壓內(nèi)；一誤差放大器，其第三輸入端連接該啟動電容與第一輸出端，接收該參考電壓，其一第四輸入端連接到電源的反饋端，以接收一反饋信號，其一第二輸出端連接至該脈寬調(diào)變控制器，用以輸出該補(bǔ)償信號。
當(dāng)電源開機(jī)瞬間，該第一電源對該啟動電容進(jìn)行充電，充電到該參考電壓，使得該補(bǔ)償信號隨著該參考電壓的緩慢上升而逐漸增加，因而使得切換信號的脈沖寬度由初始值逐漸增加到設(shè)定值，以達(dá)到柔性啟動的目的。并于啟動完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，如此可用來避免功率開關(guān)在開機(jī)瞬間造成很大的電壓與電流應(yīng)力。
要注意的是，以上的概述與接下來的詳細(xì)說明都是示范性的，是為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的申請專利范圍。而有關(guān)本實(shí)用新型的其它目的與優(yōu)點(diǎn)，將在后續(xù)的說明與附圖加以闡述。
圖1所示為現(xiàn)有電源的電路方框示意圖；圖2所示為現(xiàn)有電源在啟動瞬間的各點(diǎn)信號波形示意圖；圖3所示為本實(shí)用新型柔性啟動裝置使用在電源的電路示意圖；圖4所示為本實(shí)用新型在啟動瞬間的各點(diǎn)信號波形示意圖；圖5所示為本實(shí)用新型穩(wěn)壓單元的電路示意圖。
<附圖中標(biāo)號說明>
10切換式控制160誤差放大器162比較器 166D型觸發(fā)器168振蕩器 R1、R2電阻R3補(bǔ)償電阻 C1輸出電容C2補(bǔ)償電容 L輸出電感30切換式電路本實(shí)用新型30切換式電路40柔性啟動裝置CSS啟動電容402誤差放大器403第二開關(guān)405第一開關(guān) 406穩(wěn)壓單元4060電流源 4061、4062、4063、4064晶體管4065電阻4066電容4067輸出晶體管 407第一電源408第二電源 50脈寬調(diào)變控制器502比較器 504振蕩器506 D型觸發(fā)器 R1、R2電阻R3補(bǔ)償電阻 C1輸出電容C2補(bǔ)償電容 L輸出電感具體實(shí)施方式
請參考圖3，為本實(shí)用新型柔性啟動裝置使用在電源的電路示意圖。柔性啟動裝置40連接于一脈寬調(diào)變控制器50與電源的反饋端FB。其中反饋端FB通過分壓電阻(由電阻R1與電阻R2組成)連接至輸出電壓VO。
再參考圖3，本實(shí)用新型柔性啟動裝置40包括有一第一電源407、一啟動電容CSS、一穩(wěn)壓單元406與一誤差放大器402。其中第一電源407連接至啟動電容CSS，并對啟動電容CSS進(jìn)行充電，并于該啟動電容上建立一參考電壓VREF。穩(wěn)壓單元406利用其第一輸入端(+)接收內(nèi)建參考電壓VR，并第二輸入端(-)連接至第一輸出端與啟動電容CSS以形成一單位增益緩沖器，該穩(wěn)壓單元406具有開漏極(open-drain)或開集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將啟動電容CSS上的參考電壓VREF穩(wěn)定在內(nèi)建參考電壓VR的內(nèi)。
誤差放大器402的第三輸入端(+)連接至啟動電容CSS與第一輸出端，其第四輸入端(-)連接到電源的反饋端FB，其第二輸出端連接至脈寬調(diào)變控制器50，誤差放大器402將參考電壓VREF與反饋信號VFB的誤差放大，用以輸出補(bǔ)償信號VCOM。
上述說明中，在電源啟動瞬間，誤差放大器402第三輸入端(+)接收的參考電壓VREF會隨著啟動電容CSS上的充電電壓逐漸上升，當(dāng)其上升到內(nèi)建參考電壓VR時即進(jìn)入正常狀態(tài)。也就是說，在啟動瞬間，連接到啟動電容CSS的第三輸入端(+)與連接到電源的反饋端FB的第四輸入端(-)，兩者的電壓皆為零伏，使得誤差放大器402的輸出電壓電位與補(bǔ)償信號VCOM的電壓電位的初始值也為零伏。
再次參考圖3，該第一電源407為一電流源，用來對該啟動電容CSS提供充電電流。在電源啟動瞬間，該啟動電容CSS的電壓逐漸上升，該啟動電容CSS可通過本身電容值用來規(guī)劃其啟動時間。較大電容值的啟動電容CSS將增加啟動時間，進(jìn)而可以降低功率開關(guān)的電壓與電流額定。因此，通過合理的選擇該啟動電容CSS的電容值，使得啟動瞬間所造成的延遲時間能在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
再次參考圖3，該脈寬調(diào)變控制器50包括振蕩器504、比較器502及D型觸發(fā)器506。其中該振蕩器504用來產(chǎn)生一上限為高臨界電壓VTH2、下限為低臨界電壓VTH1的鋸齒波電壓VSAW。比較器502的正端(+)連接至誤差放大器402的第二輸出端，其負(fù)端(-)連接至振蕩器504，同時接收比較運(yùn)算補(bǔ)償信號VCOM與鋸齒波信號VSAW，運(yùn)算結(jié)果則傳送到D型觸發(fā)器506，透過D型觸發(fā)器506的邏輯運(yùn)算，輸出并決定切換信號VPWM的脈沖寬度。
結(jié)合圖3，參考圖4，為本實(shí)用新型在啟動瞬間的各點(diǎn)信號波形示意圖。電源開機(jī)時的啟動瞬間，配合啟動電容CSS的充電，在啟動電容CSS上的參考電壓VREF由零伏開始上升。由于穩(wěn)壓單元406為單位增益緩沖器，該穩(wěn)壓單元406具有開漏極(open-drain)或開集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)，因此參考電壓VREF的最大值會被穩(wěn)定在內(nèi)建參考電壓VR。參考電壓VREF會逐漸從零伏開始往上升，誤差放大器402的第三輸入端(+)則隨著參考電壓VREF逐漸上升，讓其輸出的補(bǔ)償信號VCOM也跟著逐漸從零伏開始增加。在啟動電容CSS的充電過程中，切換信號VPWM的脈沖寬度由初始值開始慢慢增加，直到參考電壓VREF達(dá)到內(nèi)建參考電壓VR，此時的脈沖寬度達(dá)到設(shè)定值，并于啟動完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，因而達(dá)到柔性啟動。
請參考圖5，為本實(shí)用新型穩(wěn)壓單元的電路示意圖。該穩(wěn)壓單元406通過第一輸入端(+)、第二輸入端(-)及第一輸出端來與外界電路連接，其內(nèi)部包括有由晶體管4061、4062、4063及4064所組成的一差動對輸入放大器(differential-pair input amplifier)、電流源4060、電阻4065、電容4066與輸出晶體管4067。其中差動對輸入放大器連接至電流源4060，并通過第一輸入端(+)與第二輸入端(-)接收一差動對輸入信號，用以產(chǎn)生一輸出信號VOUT。輸出晶體管4067的柵極端連接至差動對輸入放大器，接收該輸出信號VOUT以產(chǎn)生放大信號，即為該參考電壓VREF。輸出晶體管4067的漏極端連接至該第一輸出端，其源極端連接至接地端。輸出晶體管4067的柵極端與漏極端連接有一RC電路即電阻4065與電容4066，用以提供補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｔ撦敵鼍w管4067的漏極端連接到該穩(wěn)壓單元406的第一輸出端，用以提供開漏極(open-drain)或開集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)。
再次參考圖3，其中本實(shí)用新型更包括有第一開關(guān)405連接于該啟動電容CSS與接地端。當(dāng)電源未提供輸出功率時，根據(jù)反饋信號VFB的電壓電位，用來輸出復(fù)位信號RST以控制第一開關(guān)405導(dǎo)通，進(jìn)而對啟動電容CSS進(jìn)行放電以達(dá)到啟動重置的目的。另有第二電源408通過第二開關(guān)403連接至啟動電容CSS，根據(jù)第二開關(guān)403的切換，用來提供放電電流對啟動電容CSS進(jìn)行放電。第二開關(guān)403的切換受控于保護(hù)信號PTN。當(dāng)電源發(fā)生過功率、短路與過電壓時，根據(jù)反饋信號VFB的電壓電位，用以輸出保護(hù)信號PTN，并對啟動電容CSS進(jìn)行放電，以達(dá)到保護(hù)的目的。
綜上所述，本實(shí)用新型提出的一種柔性啟動裝置，用于電源中，并在電源啟動時輸出補(bǔ)償信號到脈寬調(diào)變控制器，該脈寬調(diào)變控制器輸出切換信號的脈沖寬度會以漸增的狀態(tài)產(chǎn)生，由初始值(即為零伏的電壓)逐漸增加到設(shè)定值，并在啟動完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，這樣可避免功率開關(guān)在開機(jī)瞬間造成很大的電壓與電流應(yīng)力。
以上，雖然公開了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，但是所述內(nèi)容并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮透倪M(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以所附的權(quán)利要求所界定范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種柔性啟動裝置，用于一電源中，在該電源啟動時輸出一補(bǔ)償信號到一脈寬調(diào)變控制器，其特征在于，所述柔性啟動裝置包括一啟動電容；一第一電源，連接該啟動電容，對該啟動電容進(jìn)行充電；一穩(wěn)壓單元，通過其一第一輸入端接收一內(nèi)建參考電壓，一第二輸入端連接至一第一輸出端與該啟動電容，用來穩(wěn)定該啟動電容上的一參考電壓；及一誤差放大器，其一第三輸入端連接該啟動電容與該第一輸出端，其一第四輸入端連接到該電源的反饋端，其一第二輸出端連接至該脈寬調(diào)變控制器，接收該參考電壓與一反饋信號，用以輸出該補(bǔ)償信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動裝置，其特征在于，所述第一電源為一電流源，用來提供一充電電流給該啟動電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括一第一開關(guān)，連接于該啟動電容與一接地端，受控于一復(fù)位信號，用以對該啟動電容進(jìn)行放電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括一第二電源，提供一放電電流；及一第二開關(guān)，連接至該啟動電容與該第二電源，受控于一保護(hù)信號，讓該放電電流對該啟動電容進(jìn)行放電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償信號的電壓電位在該電源啟動時，其電位初始值為零伏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓單元包括一差動對輸入放大器，連接至一電流源，從該第一輸入端與該第二輸入端接收一差動對輸入信號，用以產(chǎn)生一輸出信號；及一輸出晶體管，其一柵極端連接至該差動對輸入放大器，接收該輸出信號，以輸出該參考電壓，一漏極端連接至該第一輸出端，一源極端連接至接地端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性啟動裝置，其特征在于，所述輸出晶體管具有開漏極或開集極的輸出結(jié)構(gòu)。
專利摘要本發(fā)明公開了一種柔性啟動裝置，用于一電源中，在該電源啟動時輸出一補(bǔ)償信號到一脈寬調(diào)變控制器，所述柔性啟動裝置包括一啟動電容；一第一電源，連接該啟動電容，對該啟動電容進(jìn)行充電；一穩(wěn)壓單元，通過其一第一輸入端接收一內(nèi)建參考電壓，一第二輸入端連接至一第一輸出端與該啟動電容，用來穩(wěn)定該啟動電容上的一參考電壓；一誤差放大器，其一第三輸入端連接該啟動電容與該第一輸出端，其一第四輸入端連接到該電源的反饋端，其一第二輸出端連接至該脈寬調(diào)變控制器，接收該參考電壓與一反饋信號，用以輸出該補(bǔ)償信號。本發(fā)明可用來避免功率開關(guān)在開機(jī)瞬間造成很大的電壓與電流應(yīng)力。
文檔編號H02M3/04GK2829212SQ20052001852
公開日2006年10月18日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者楊大勇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司