CN102751859B - 软启动电路及其启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软启动电路及其启动控制方法。其中，软启动电路包括：电流源；储能单元，与电流源相连接；第一开关单元，连接在电流源和储能单元之间；以及控制单元，与第一开关单元相连接，用于控制电流源向储能单元周期性充电。通过本发明，解决了现有技术中软启动电路生产成本较高的问题，进而达到了降低软启动电路生产成本的效果。

Description

软启动电路及其启动控制方法

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体而言，涉及一种软启动电路及其启动控制方法。

背景技术

为了抑制电压源、电流源、LED驱动电路或马达驱动电路等电路***在启动过程中的输出电压或输出电流过冲，通常在这些电路***中应用软启动电路，其原理是通过控制误差元件参考电压的上升速度来控制电路***的输出电压和输出电流的上升速度，防止过冲损坏器件。

现有技术中在对误差元件参考电压的上升速度进行控制时一般有模拟软启动和数字软启动两种方式，其中模拟软启动装置如图1a所示，模拟软启动装置在启动时，使能信号EN和参考电压SS波形图如图1b所示，在启动阶段，通过控制误差加法器的参考电压来达到抑制输出电压或输出电流的过冲。这种装置为了获得足够的启动时间，通常会通过减小充电电流I1和增大充电电容C1来实现。此种装置存在以下弊端：充电电流I1越小，精度越低，抗干扰能力越弱；充电电容C1越大，所占用的芯片面积越大，成本越高。数字软启动装置如图2a所示，数字软启动装置在启动时，使能信号EN和参考电压SS波形图如图2b所示，此种以数字方式控制误差元件参考电压的装置通过时钟脉冲控制K₁、K₂、……、K_N，其中第N个时钟开启K_N，这样可以精确的控制参考电压SS的上升速度，然而时钟电路和电流源所耗费的成本几乎和图1a所示装置等同，依然存在所占用的芯片面积大、成本高的缺点。

针对相关技术中软启动电路生产成本较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种软启动电路及其启动控制方法，以解决现有技术中软启动电路生产成本较高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种软启动电路，包括：电流源；储能单元，与电流源相连接；第一开关单元，连接在电流源和储能单元之间；以及控制单元，与第一开关单元相连接，用于控制电流源向储能单元周期性充电。

进一步地，控制单元包括：第一驱动电路，与第一开关单元相连接，用于产生控制第一开关单元通断的第一脉冲驱动信号。

进一步地，第一脉冲驱动信号包括第一高电平信号和第一低电平信号，其中，第一开关单元在接收到第一高电平信号时导通，在接收到第一低电平信号时截止；或第一开关单元在接收到第一高电平信号时截止，在接收到第一低电平信号时导通。

进一步地，控制电路还包括：第二开关单元，第一端连接至第一节点，第二端接地，其中，第一节点为储能单元与第一开关单元之间的节点。

进一步地，控制单元还包括：第二驱动电路，与第二开关单元相连接，用于产生控制第二开关单元通断的第二脉冲驱动信号。

进一步地，第二脉冲驱动信号包括第二高电平信号和第二低电平信号，其中，第二开关单元在接收到第二高电平信号时导通，在接收到第二低电平信号时截止；或第二开关单元在接收到第二高电平信号时截止，在接收到第二低电平信号时导通。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种软启动电路的启动控制方法，通过控制电流源向软启动电路的储能单元周期性充电以使储能单元两端的电压逐渐升高。

进一步地，电流源和储能单元之间连接有第一开关单元，其中，控制电流源向软启动电路的储能单元周期性充电包括：发送第一脉冲驱动信号至第一开关单元以控制第一开关单元通断。

进一步地，第一脉冲驱动信号包括第一高电平信号和第一低电平信号，其中，第一开关在接收到第一高电平信号时导通，在接收到第一低电平信号时截止；或第一开关在接收到第一高电平信号时截止，在接收到第一低电平信号时导通。

进一步地，在电流源向软启动电路的储能单元周期性充电之前，启动控制方法还包括：对储能单元进行放电。

通过本发明，采用包括以下结构的软启动电路：电流源；储能单元，与电流源相连接；第一开关单元，连接在电流源和储能单元之间；以及控制单元，与第一开关单元相连接，用于控制电流源向储能单元周期性充电。通过在电流源和储能单元之间设置第一开关单元，并由控制单元来控制第一开关单元的通断实现控制电流源向储能单元周期性充电，通过控制电流源向储能单元周期性充电来实现储能单元两端的电压缓慢升高，以达到抑制应用软启动电路的电路***在启动过程中的输出电压和输出电流过冲、实现电路***的输出电压和/或输出电流缓慢升高的效果，此种软启动电路只需在电流源和储能单元之间设置第一开关单元即可，相对软启动电路的整体电路占用面积和生产成本而言，所增加的第一开关单元带来的面积增加和成本投入几乎可以忽略不计，解决了现有技术中软启动电路生产成本较高的问题，进而达到了降低软启动电路生产成本的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a是根据相关技术的模拟软启动电路的电路图；

图1b是根据相关技术的模拟软启动电路的驱动信号与储能电压的示意图；

图2a是根据相关技术的数字软启动电路的电路图；

图2b是根据相关技术的数字软启动电路的驱动信号与储能电压的示意图；

图3a是根据本发明实施例的软启动电路的示意图；

图3b是根据本发明实施例的软启动电路的第一驱动信号的波形图；以及

图3c是根据本发明实施例的软启动电路的第二驱动信号与储能电压的波形图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种软启动电路，以下对本发明实施例所提供的软启动电路进行具体介绍：

图3a是根据本发明实施例的软启动电路的电路图，如图3a所示，本发明实施例的软启动电路包括电流源、储能单元、第一开关单元K1和控制单元（图中未示出）。其中，第一开关单元K1连接在电流源和储能单元之间，以实现充电回路的断开或导通，控制单元与第一开关单元K1相连接，用于向第一开关单元K1发送驱动控制信号，实现控制第一开关单元K1周期性地吸合或打开，以实现控制电流源向储能单元周期性充电。

本发明实施例的软启动电路通过在电流源和储能单元之间设置第一开关单元，并由控制单元来控制第一开关单元的通断实现控制电流源向储能单元周期性充电，通过控制电流源向储能单元周期性充电来实现储能单元两端的电压缓慢升高，以达到抑制软启动过程中应用软启动电路的电路***的输出电压和输出电流过冲、实现电路***的输出电压和/或输出电流缓慢升高的效果，此种软启动电路只需在电流源和储能单元之间设置第一开关单元即可，相对软启动电路的整体电路占用面积和生产成本而言，所增加的第一开关单元带来的面积增加和成本投入几乎可以忽略不计，解决了现有技术中软启动电路生产成本较高的问题，进而达到了降低软启动电路生产成本的效果。

具体地，控制单元包括与第一开关单元K1相连接的第一驱动电路，该第一驱动电路用于产生控制第一开关单元K1通断的第一脉冲驱动信号Vclk，其中，第一脉冲驱动信号可以为高低电平信号，第一开关单元K1可以在接收到高电平信号时导通，相应地在接收到低电平信号时截止；或者第一开关单元K1可以在接收到高电平信号时截止，相应地在接收到低电平信号时导通。以第一开关单元K1在接收到高电平信号时导通，在接收到低电平信号时截止进行举例说明软启动电路的软启动原理，如图3b所示是第一驱动脉冲信号的波形图，当控制第一开关单元K1的驱动脉冲信号变成高电平时，K1导通，此时电流源I1给储能单元（储能单元可以为可充放电电容C1）充电，则每个脉冲周期内，电流源给C1充电使C1两端的电压升高其中，t_d为第一脉冲驱动信号一个周期T内高电平信号维持时间。当第一开关单元K1接收到低电平信号时，K1截止，此时I1停止给C1充电，C1保持当前电压直到下一个高电平信号脉冲到来。如果定义软启动完成后输出的参考电压升到Vss，则软启动电路的整个软启动时间T_ss为：

$T_{\mathrm{ss}}=\frac{V_{\mathrm{ss}}{C}_{1}T}{I_1{t}_d}---\left(1.1\right)$

定义第一驱动脉冲信号的占空比代入公式1.1的：

$\frac{V_{\mathrm{ss}}}{T_{\mathrm{ss}}}=\frac{{\mathrm{KI}}_1}{C_1}---\left(1.2\right)$

由公式1.2可以看出如果降低K，也就是减小脉冲信号的占空比，可以减慢软启动的速度。换言之，在软启动速度一定的前提下，可以通过降低占空比K值来增加电流源的充电电流I1，实现提高软启动的精度和抗干扰能力，同时可以通过降低占空比K值来减小C1，实现降低软启动电路的成本投入。

优选地，软启动电路还包括连接在信号地和第一节点之间的第二开关单元K2。其中，第一节点为储能单元C1与第一开关单元K1之间的节点。第二开关单元K2的两端分别连接在储能单元C1的两端以实现将储能单元C1中的能量进行释放与否，其中，当第二开关单元K2导通时，将储能单元C1的两端直接接入信号地，实现对储能单元C1中的能量进行释放，当第二开关单元K2打开时，储能单元C1停止释放能量。其中，可以在电流源向储能单元充电之前控制第二开关单元K2导通，使得对储能单元C1进行初始化，然后在开始向储能单元充电时，打开第二开关单元K2。具体地，控制第二开关单元K2导通或截止的信号可以由控制单元中的第二驱动电路产生，第二驱动电路与第二开关单元K2相连接，通过发送第二驱动脉冲信号EN至第二开关单元K2来控制第二开关单元K2导通或截止，其中，第二脉冲驱动信号EN可以为初始阶段为高电平、维持阶段为低电平的信号，也可以为初始阶段为低电平、维持阶段为高电平的信号，即，可以控制第二开关单元在接收到高电平信号时导通，在接收到低电平信号时截止；或控制第二开关单元在接收到高电平信号时截止，在接收到低电平信号时导通。以第二脉冲驱动信号EN初始阶段为低电平信号、维持阶段为高电平信号为例举例说明软启动电路的软启动原理，如图3c所示是第二驱动脉冲信号及储能单元两端的电压的波形图，当第二脉冲驱动信号EN为低电平信号时，第二开关单元K2导通，对储能单元C1进行放电处理；当第二脉冲驱动信号EN变为高电平信号时，控制单元还控制第一开关单元K1导通，此时，电流源开始在K1开关的导通或截止下对储能单元进行周期性充电，实现储能单元两端的电压SS缓慢升高。

通过在软启动电路中设置第二开关单元，实现了在电流源向储能单元充电之前对储能单元进行初始化，避免了储能单元由于原始状态就存储有较高的电量所造成的电压和/或电流过冲。

进一步地，本发明实施例还提供了一种软启动电路的启动控制方法，该启动控制方法可以通过本发明实施例上述内容所提供的软启动电路执行，以下对本发明实施例所提供的启动控制方法进行具体介绍：

在软启动电路软启动时，通过控制电流源向软启动电路的储能单元周期性充电以使储能单元两端的电压逐渐升高。其中，主要通过控制电流源与储能单元之间的充电回路的通断来实现向储能单元的周期性充电。具体地，在电流源和储能单元之间设置第一开关单元，通过发送第一脉冲驱动信号至第一开关单元以控制第一开关单元通断来实现充电回路的通断。

本发明实施例的启动控制方法通过控制电流源向储能单元周期性充电来实现储能单元两端的电压缓慢升高，以达到抑制应用软启动电路的电路***在启动过程中的输出电压和输出电流过冲、实现电路***的软启动效果，此种软启动电路只需在电流源和储能单元之间设置第一开关单元即可，相对软启动电路的整体电路占用面积和生产成本而言，所增加的第一开关单元带来的面积增加和成本投入几乎可以忽略不计，解决了现有技术中软启动电路生产成本较高的问题，进而达到了降低软启动电路生产成本的效果。

进一步地，在电流源向软启动电路的储能单元周期性充电之前，本发明实施例的启动控制方法还包括：对储能单元进行放电。

通过对储能单元进行放电，实现了在电流源向储能单元充电之前对储能单元进行初始化，避免了储能单元由于原始状态就存储有较高的电量所造成的电压和/或电流过冲。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种软启动电路，其特征在于，包括：

电流源；

储能单元，与所述电流源相连接；

第一开关单元，连接在所述电流源和所述储能单元之间；以及

控制单元，与所述第一开关单元相连接，用于控制所述电流源向所述储能单元周期性充电，其中，所述控制单元包括第一驱动电路，与所述第一开关单元相连接，用于产生控制所述第一开关单元通断的第一脉冲驱动信号；所述控制电路还包括：第二开关单元，第一端连接至第一节点，第二端接地，其中，所述第一节点为所述储能单元与所述第一开关单元之间的节点，所述第二开关单元的两端分别连接在储能单元的两端以实现将储能单元中的能量进行释放与否，其中，在所述电流源向所述储能单元周期性充电之前，通过所述第二开关单元对所述储能单元进行放电。

2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述第一脉冲驱动信号包括第一高电平信号和第一低电平信号，其中，

所述第一开关单元在接收到所述第一高电平信号时导通，在接收到所述第一低电平信号时截止；或

所述第一开关单元在接收到所述第一高电平信号时截止，在接收到所述第一低电平信号时导通。

3.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述控制单元还包括：

第二驱动电路，与所述第二开关单元相连接，用于产生控制所述第二开关单元通断的第二脉冲驱动信号。

4.根据权利要求3所述的软启动电路，其特征在于，所述第二脉冲驱动信号包括第二高电平信号和第二低电平信号，其中，

所述第二开关单元在接收到所述第二高电平信号时导通，在接收到所述第二低电平信号时截止；或

所述第二开关单元在接收到所述第二高电平信号时截止，在接收到所述第二低电平信号时导通。

5.一种使用权利要求1至4中任一项的软启动电路的启动控制方法，其特征在于，通过控制电流源向软启动电路的储能单元周期性充电以使所述储能单元两端的电压逐渐升高，

其中，所述电流源和所述储能单元之间连接有第一开关单元，控制电流源向软启动电路的储能单元周期性充电包括：

发送第一脉冲驱动信号至所述第一开关单元以控制所述第一开关单元通断。

6.根据权利要求5所述的启动控制方法，其特征在于，所述第一脉冲驱动信号包括第一高电平信号和第一低电平信号，其中，

所述第一开关在接收到所述第一高电平信号时导通，在接收到所述第一低电平信号时截止；或

所述第一开关在接收到所述第一高电平信号时截止，在接收到所述第一低电平信号时导通。

7.根据权利要求5所述的启动控制方法，其特征在于，在所述电流源向软启动电路的储能单元周期性充电之前，所述启动控制方法还包括：

对所述储能单元进行放电。