CN100421337C - 一种电源供应器的柔性启动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性启动装置，使用于电源供应器中，在电源供应器启动时输出一补偿信号到一脉宽调制控制器，该脉宽调制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，并在启动完成后依据负载状态予以调整，由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

一种电源供应器的柔性启动装置
技术领域
本发明涉及一种柔性启动装置，尤其涉及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，为现有电源供应器的电路方块示意图。现有的电源供应器包含切换式电路30、切换式控制器1O、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VPWM，用以控制该切换式电路30中功率开关的切换动作，进而在电源供应器的输出端得到稳定调整的输出电压VO。
该切换式控制器10包含比较器162、振荡器168、D型触发器(D typeFlip-Flop)166与误差放大器160。其中振荡器168用以产生锯齿波电压VSAW，该锯齿波电压VSAW可以决定切换信号VPWM的切换频率。误差放大器160的正端连接至参考电压VREF，负端连接至电源供应器的反馈端FB，接收反馈信号VFB。误差放大器160根据参考电压VREF与反馈信号VFB用以输出补偿信号VCOM。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VSAW与补偿信号VCOM，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VPWM，并决定该切换信号VPWM的脉冲宽度。
配合图1，请参考图2，为现有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VFB极小，因此，误差放大器160输出很大的补偿信号VCOM，比较器162将很大的补偿信号VCOM与锯齿波电压VSAW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VPWM。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VPWM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
本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性启动装置，使用于电源供应器中，在电源供应器启动时输出一补偿信号到一脉宽调制控制器，该脉宽调制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。
为了实现上述目的，本发明提供了一种柔性启动装置，在电源供应器开机时，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；一误差放大器，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制控制器，用以输出该补偿信号。
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即充电到该参考电压，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权利要求范围。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是现有的电源供应器的电路方块示意图；
图2是现有电源供应器在启动瞬间的各点信号波形示意图；
图3是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是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，附图标记如下：
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        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   40-柔性启动装置
CSS-启动电容    402-误差放大器
403-第二开关    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-脉宽调制控制器
502-比较器     504-振荡器
506-D型触发器
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连接于一脉宽调制控制器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VO。
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CSS、一稳压单元406与一误差放大器402。其中第一电源407连接至启动电容CSS，并对启动电容CSS进行充电，并于该启动电容上建立一参考电压VREF。稳压单元406利用其第一输入端(+)接收内建参考电压VR，并将第二输入端(-)连接至第一输出端与启动电容CSS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CSS上的参考电压VREF稳定在内建参考电压VR之内。
误差放大器402的第三输入端(+)连接至启动电容CSS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制控制器50，误差放大器402将参考电压VREF与反馈信号VFB的误差放大，用以输出补偿信号VCOM。
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VREF会随着启动电容CSS上的充电电压逐渐上升，当其上升到内建参考电压VR时即进入正常状态。也就是说，在启动瞬间，连接到启动电容CSS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，使得误差放大器402的输出电压电平与补偿信号VCOM的电压电平的初始值也为零伏。
再参考图3，该第一电源407为一电流源，用以对该启动电容CSS提供充电电流。在电源供应器启动瞬间，该启动电容CSS的电压逐渐上升，该启动电容CSS可通过本身电容值用以规划其启动时间。较大电容值的启动电容CSS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CSS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。
再参考图3，该脉宽调制控制器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VTH2、下限为低临界电压VTHl的锯齿波电压VSAW。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VCOM与锯齿波信号VSAW，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VPWM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CSS的充电，在启动电容CSS上的参考电压VREF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VREF的最大值会被稳定在内建参考电压VR。参考电压VREF会逐渐从零伏开始往上升，误差放大器402的第三输入端(+)则随着参考电压VREF逐渐上升，让其输出的补偿信号VCOM也跟着逐渐从零伏开始增加。在启动电容CSS的充电过程中，切换信号VPWM的脉冲宽度由初始值开始慢慢增加，直到参考电压VREF达到内建参考电压VR，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VOUT。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VOUT以产生放大信号，即为该参考电压VREF。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。
再参考图3，其中本发明更包含有第一开关405连接于该启动电容CSS与接地端。当电源供应器未提供输出功率时，根据反馈信号VFB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CSS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CSS，根据第二开关403的切换，用以提供放电电流对启动电容CSS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VFB的电压电平，用以输出保护信号PTN，并对启动电容CSS进行放电，以达到保护的目的。
综上所述，本发明的一种柔性启动装置，是使用于电源供应器中，并在电源供应器启动时输出补偿信号到脉宽调制控制器，该脉宽调制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(即为零伏的电压)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。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1. 一种柔性启动装置，使用于一电源供应器中，在所述电源供应器启动时输出一补偿信号到一脉宽调制控制器，其特征在于，所述柔性启动装置包括有：
一第一电源；
一启动电容，所述启动电容的一端连接所述第一电源，所述启动电容的另一端连接至接地端，所述启动电容接受第一电源的充电，并且建立一参考电压；
一稳压单元，所述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，其中所述第一输入端接收一内建参考电压，所述第二输入端连接至所述第一输出端与所述启动电容的连接点，所述稳压单元用以稳定所述启动电容上的所述参考电压；及
一误差放大器，所述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，其中所述第三输入端连接所述启动电容与所述稳压单元的第一输出端的连接点，所述第四输入端连接到所述电源供应器的一反馈端，所述第二输出端连接至所述脉宽调制控制器，所述误差放大器接收所述启动电容上的该参考电压与一反馈信号，用以输出所述补偿信号。
2. 根据权利要求1所述的柔性启动装置，其特征在于，所述第一电源为一电流源，用以提供一充电电流给所述启动电容。
3. 根据权利要求1所述的柔性启动装置，其特征在于，所述柔性启动装置还包括有一第一开关，连接于所述启动电容与一接地端，受控于一重置信号，用以对所述启动电容进行放电。
4. 根据权利要求1所述的柔性启动装置，其特征在于，所述柔性启动装置还包括有：
一第二电源，提供一放电电流；及
一第二开关，连接至所述启动电容与所述第二电源，受控于一保护信号，让所述放电电流对所述启动电容进行放电。
5. 根据权利要求1所述的柔性启动装置，其特征在于，所述补偿信号的电压电平在所述电源供应器启动时，其初始值为零伏。
6. 根据权利要求1所述的柔性启动装置，其特征在于，所述稳压单元包括有：
一差动对输入放大器，连接至一电流源，从所述第一输入端与所述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，其一栅极端连接至所述差动对输入放大器，接收所述输出信号，以输出所述参考电压，一漏极端连接至所述第一输出端，一源极端连接至接地端。
7. 根据权利要求6所述的柔性启动装置，其特征在于，所述输出晶体管具有开漏极或开集极的输出结构。
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