CN115065226A - 用于dc-dc转换器的软启动电路 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种用于DC‑DC转换器的软启动电路，其包括：斜坡信号产生电路、第一复位电路、斜坡信号钳位电路、第二复位电路、以及输出电路。斜坡信号产生电路根据第一电压以及第二电压生成第一斜坡信号，并经由第一节点向斜坡信号钳位电路提供第一斜坡信号。第一复位电路在DC‑DC转换器的使能信号的控制下将第一节点复位成第二电压。斜坡信号钳位电路根据第一电压、第二电压和来自带隙基准电压端的带隙基准电压将第一斜坡信号钳位到带隙基准电压，以生成第二斜坡信号，并经由第二节点向输出电路提供第二斜坡信号。第二复位电路在使能信号的控制下将第二节点复位成第二电压。输出电路根据第二斜坡信号和第二电压生成软启动信号。

Description

用于DC-DC转换器的软启动电路

技术领域

本公开的实施例涉及集成电路技术领域，具体地，涉及一种用于直流转直流(DC-DC)转换器的软启动电路。

背景技术

随着便携式电子产品的快速发展，DC-DC转换器以其众多的优越性能(例如：高效率、低静态电流、较小的芯片面积等)逐渐占领了越来越大的市场份额。然而典型的DC-DC转换器都会存在一个问题：在其启动阶段会产生较大的浪涌电流，使得该DC-DC转换器不能正常工作。在严重的情况下，会使得DC-DC转换器中的功率开关管烧毁，从而造成损失。为了解决这一问题，在DC-DC转换器中可加入“软启动”电路以消除其在上电时的浪涌电流。

发明内容

本文中描述的实施例提供了一种用于DC-DC转换器的软启动电路。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于DC-DC转换器的软启动电路。该软启动电路包括：斜坡信号产生电路、第一复位电路、斜坡信号钳位电路、第二复位电路、以及输出电路。其中，斜坡信号产生电路被配置为根据来自第一电压端的第一电压以及来自第二电压端的第二电压生成第一斜坡信号，并经由第一节点向斜坡信号钳位电路提供第一斜坡信号。第一复位电路被配置为在DC-DC转换器的使能信号的控制下将第一节点复位成第二电压。斜坡信号钳位电路被配置为根据第一电压、第二电压和来自带隙基准电压端的带隙基准电压将第一斜坡信号钳位到带隙基准电压，以生成第二斜坡信号，并经由第二节点向输出电路提供第二斜坡信号。第二复位电路被配置为在使能信号的控制下将第二节点复位成第二电压。输出电路被配置为根据第二斜坡信号和第二电压生成软启动信号。

在本公开的一些实施例中，斜坡信号产生电路包括：第一电流源、以及第一电容器。其中，第一电流源耦接第一电压端和第一电容器的第一端，并被配置为根据第一电压生成第一恒定电流，并向第一电容器的第一端提供第一恒定电流。第一电容器的第一端耦接第一节点。第一电容器的第二端耦接第二电压端。

在本公开的一些实施例中，第一复位电路包括：第一晶体管。其中，第一晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第一晶体管的第一极耦接第二电压端。第一晶体管的第二极耦接第一节点。

在本公开的一些实施例中，斜坡信号钳位电路包括：第二电流源、第三电流源、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、以及第五晶体管。其中，第二电流源耦接第一电压端、第四晶体管的第一极和第三晶体管的第二极，并被配置为根据第一电压生成第二恒定电流。第三电流源耦接第二电压端和第四晶体管的第二极，并被配置为生成第三恒定电流。第二晶体管的控制极耦接第一节点。第二晶体管的第一极耦接第三晶体管的第一极。第二晶体管的第二极耦接第二电压端。第三晶体管的控制极耦接第四晶体管的第一极和第三晶体管的第二极。第四晶体管的控制极耦接第四晶体管的第二极和第五晶体管的控制极。第五晶体管的第一极耦接第二节点。第五晶体管的第二极耦接带隙基准电压端。

在本公开的一些实施例中，第二恒定电流大于第三恒定电流。

在本公开的一些实施例中，第二复位电路包括：第六晶体管、第七晶体管、以及第八晶体管。其中，第六晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第六晶体管的第一极耦接第二电压端。第六晶体管的第二极耦接第四晶体管的第一极。第七晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第七晶体管的第一极耦接第二电压端。第七晶体管的第二极耦接第四晶体管的第二极。第八晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第八晶体管的第一极耦接第二电压端。第八晶体管的第二极耦接第二节点。

在本公开的一些实施例中，输出电路包括：第一电阻器、第二电阻器、以及第二电容器。其中，第一电阻器的第一端耦接第二节点。第一电阻器的第二端耦接第二电阻器的第一端和输出电压端。第二电阻器的第二端耦接第二电压端。第二电容器的第一端耦接输出电压端。第二电容器的第二端耦接第二电压端。

在本公开的一些实施例中，软启动电路还包括：启动时间控制电路。其中，启动时间控制电路被配置为根据第一电压和第二电压生成启动时间控制信号，并向斜坡信号钳位电路提供启动时间控制信号。

在本公开的一些实施例中，启动时间控制电路包括：第四电流源、第九晶体管、第十晶体管以及第三电容器。其中，第四电流源耦接第一电压端和第三电容器的第一端，并被配置为根据第一电压生成第四恒定电流，并向第三电容器的第一端提供第四恒定电流。第九晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第九晶体管的第一极耦接第二电压端。第九晶体管的第二极耦接第三电容器的第一端和第十晶体管的控制极。第十晶体管的第一极耦接第二晶体管的第一极。第十晶体管的第二极耦接第二电压端。第三电容器的第二端耦接第二电压端。

在本公开的一些实施例中，第三电容器被布置在DC-DC转换器的封装的外部。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于DC-DC转换器的软启动电路。该软启动电路包括：第一晶体管至第八晶体管、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一电阻器、第二电阻器、第一电容器、以及第二电容器。其中，第一电流源耦接第一电压端和第一电容器的第一端，并被配置为根据第一电压生成第一恒定电流，并向第一电容器的第一端提供第一恒定电流。第一电容器的第一端耦接第二晶体管的控制极。第一电容器的第二端耦接第二电压端。第一晶体管的控制极被提供DC-DC转换器的使能信号的反相信号。第一晶体管的第一极耦接第二电压端。第一晶体管的第二极耦接第一电容器的第一端。第二晶体管的第一极耦接第三晶体管的第一极。第二晶体管的第二极耦接第二电压端。第三晶体管的控制极耦接第四晶体管的第一极和第三晶体管的第二极。第二电流源耦接第一电压端、第四晶体管的第一极和第三晶体管的第二极，并被配置为根据第一电压生成第二恒定电流。第三电流源耦接第二电压端和第四晶体管的第二极，并被配置为生成第三恒定电流。第四晶体管的控制极耦接第四晶体管的第二极和第五晶体管的控制极。第五晶体管的第一极耦接第一电阻器的第一端。第五晶体管的第二极耦接带隙基准电压端。第一电阻器的第二端耦接第二电阻器的第一端和输出电压端。第二电阻器的第二端耦接第二电压端。第二电容器的第一端耦接输出电压端。第二电容器的第二端耦接第二电压端。第六晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第六晶体管的第一极耦接第二电压端。第六晶体管的第二极耦接第四晶体管的第一极。第七晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第七晶体管的第一极耦接第二电压端。第七晶体管的第二极耦接第四晶体管的第二极。第八晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第八晶体管的第一极耦接第二电压端。第八晶体管的第二极耦接第一电阻器的第一端。

在本公开的一些实施例中，软启动电路还包括：第四电流源、第九晶体管、第十晶体管以及第三电容器。其中，第四电流源耦接第一电压端和第三电容器的第一端，并被配置为根据第一电压生成第四恒定电流，并向第三电容器的第一端提供第四恒定电流。第九晶体管的控制极被提供使能信号的反相信号。第九晶体管的第一极耦接第二电压端。第九晶体管的第二极耦接第三电容器的第一端和第十晶体管的控制极。第十晶体管的第一极耦接第二晶体管的第一极。第十晶体管的第二极耦接第二电压端。第三电容器的第二端耦接第二电压端。

附图说明

为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制，其中：

图1是一种用于DC-DC转换器的软启动电路的示例性电路图；

图2是根据本公开的实施例的用于DC-DC转换器的软启动电路的示例性框图；

图3是图2所示的用于DC-DC转换器的软启动电路的示例性电路图；

图4是根据本公开的实施例的用于DC-DC转换器的软启动电路的另一示例性框图；以及

图5是图4所示的用于DC-DC转换器的软启动电路的示例性电路图。

在附图中，最后两位数字相同的标记对应于相同的元素。需要注意的是，附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。

具体实施方式

为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。

在本公开的所有实施例中，由于晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)是对称的，并且N型晶体管和P型晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)之间的导通电流方向相反，因此在本公开的实施例中，将晶体管的受控中间端称为控制极，将晶体管的其余两端分别称为第一极和第二极。本公开的实施例中所采用的晶体管主要是金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，简称MOS)。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一部分)区分开。

图1示出了一种用于DC-DC转换器的软启动电路100。在图1的示例中，在软启动电路100中，利用恒流源ISS对电容器CSS的上极板进行充电，电容器CSS的下极板接地。在充电的过程中，电容器CSS的上极板上的电压VSS从0V开始上升。当电容器CSS的上极板上的电压VSS上升至等于预设参考电压时，软启动过程结束。

根据电容充电公式：

CSS×VSS＝ISS×△T (1)

可得：

VSS＝(ISS/CSS)×△T (2)

其中，CSS表示电容器CSS的电容值，VSS表示电容器CSS的上极板上的电压值，ISS表示恒流源ISS提供的恒定电流ISS的电流值，△T表示软启动时间。

根据式(2)可知：电容器CSS的上极板上的电压VSS以(ISS/CSS)的斜率上升，生成斜率为(ISS/CSS)的斜坡信号VSS。电容器CSS的上极板上的电压VSS从0V上升至预设参考电压所需要的时间△T即为软启动时间。通过改变电容器CSS和恒流源ISS提供的恒定电流ISS的大小，可以改***启动时间。

在DC-DC转换器中，软启动电路可耦接误差放大器。电容器CSS的上极板上的电压VSS(在上下文中也可被称为斜坡信号VSS)与预设参考电压可分别被提供到作为误差放大器的同相输入端的两个晶体管的控制极。DC-DC转换器的输出电压在被分压后被提供到误差放大器的反相输入端，作为反馈电压。在软启动过程中，反馈电压从0V开始逐渐上升。如果误差放大器的同相输入端只被提供预设参考电压而不被提供斜坡信号VSS，则在DC-DC转换器被使能时，由于预设参考电压与反馈电压的差值过大，误差放大器的输出电压将持续为高电平(输出电压的占空比为100％)。这将会使得DC-DC转换器的输出信号产生较大的浪涌电流。因此，在误差放大器中设置了两个同相输入端，它们分别被提供斜坡信号VSS和预设参考电压。

当斜坡信号VSS远小于预设参考电压时，斜坡信号VSS起主导作用。在软启动过程刚开始时，反馈电压与斜坡信号VSS接近，误差放大器的输出电压占空比逐渐增大，可以消除DC-DC转换器被使能时的浪涌电流。当斜坡信号VSS远大于预设参考电压时，预设参考电压起主导作用。但是当斜坡信号VSS与预设参考电压比较接近时，误差放大器的同相输入端的两个晶体管并联，同相输入端的晶体管的等效宽长比是反相输入端的晶体管的宽长比两倍。这样，误差放大器的差分输入端不匹配，因此误差放大器的输出电压会增大，导致软启动结束时输出电压会有较高的过冲。

在实际应用中，期望DC-DC转换器中的软启动电路有更加稳定的输出，避免产生电压过冲的现象。

本公开的实施例提出了一种用于DC-DC转换器的软启动电路200。图2示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC转换器的软启动电路200的示例性框图。如图2所示，该软启动电路200包括：斜坡信号产生电路210、第一复位电路220、斜坡信号钳位电路230、第二复位电路240、以及输出电路250。

斜坡信号产生电路210可耦接第一电压端V1，第二电压端V2，第一复位电路220，以及斜坡信号钳位电路230。斜坡信号产生电路210可被配置为根据来自第一电压端V1的第一电压V1以及来自第二电压端V2的第二电压V2生成第一斜坡信号，并经由第一节点N1向斜坡信号钳位电路230提供第一斜坡信号。

第一复位电路220可耦接DC-DC转换器的使能信号端EN，第二电压端V2，斜坡信号产生电路210，以及斜坡信号钳位电路230。第一复位电路220可被配置为在DC-DC转换器的使能信号EN的控制下将第一节点N1复位成第二电压V2。在本公开的一些实施例中，在DC-DC转换器被使能之前，第一复位电路220将第一节点N1复位成第二电压V2。

斜坡信号钳位电路230可耦接斜坡信号产生电路210，第一复位电路220，第二复位电路240，输出电路250，第一电压端V1，第二电压端V2，以及带隙基准电压端VBG。斜坡信号钳位电路230可被配置为根据第一电压V1、第二电压V2和来自带隙基准电压端VBG的带隙基准电压VBG将第一斜坡信号钳位到带隙基准电压VBG，以生成第二斜坡信号，并经由第二节点N2向输出电路250提供第二斜坡信号。在本公开的一些实施例中，当第二斜坡信号增大至带隙基准电压VBG时，第二斜坡信号的电压保持不变，即，钳位到带隙基准电压VBG。

第二复位电路240可耦接DC-DC转换器的使能信号端EN，第二电压端V2，斜坡信号钳位电路230，以及输出电路250。第二复位电路240可被配置为在使能信号EN的控制下将第二节点N2复位成第二电压V2。在本公开的一些实施例中，在DC-DC转换器被使能之前，第二复位电路240将第二节点N2复位成第二电压V2。

输出电路250可耦接斜坡信号钳位电路230，第二复位电路240，第二电压端V2，以及输出电压端VREF。输出电路250可被配置为根据第二斜坡信号和第二电压V2生成软启动信号VREF。在本公开的一些实施例中，输出电路250可将来自斜坡信号钳位电路230的第二斜坡信号进行分压，再将分压得到的信号进行滤波处理，以生成软启动信号VREF。

根据本公开的实施例的用于DC-DC转换器的软启动电路200输出的软启动信号在DC-DC转换器被使能之后从0V开始逐渐增加至预设参考电压的电压值，并被提供到误差放大器的同相输入端。与图1所示的软启动电路100所耦接的误差放大器不同，根据本公开的实施例的软启动电路200所耦接的误差放大器的同相输入端只有一个。DC-DC转换器的输出电压在被分压后被提供到误差放大器的反相输入端，作为反馈电压。在软启动过程中，反馈电压从0V开始逐渐上升。反馈电压与软启动信号的电压接近，误差放大器的输出电压的占空比逐渐增大，可以避免DC-DC转换器被使能时的浪涌电流。此外，误差放大器的差分输入端始终匹配，因此可避免软启动结束时DC-DC转换器的输出电压产生过冲。

图3示出了图2所示的用于DC-DC转换器的软启动电路200的示例性电路图。如图3所示，斜坡信号产生电路210可包括：第一电流源IS1、以及第一电容器C1。其中，第一电流源IS1耦接第一电压端V1和第一电容器C1的第一端，并被配置为根据第一电压V1生成第一恒定电流IS1，并向第一电容器C1的第一端提供第一恒定电流IS1。第一电容器C1的第一端耦接第一节点N1。第一电容器C1的第二端耦接第二电压端V2。在本公开的一些实施例中，第一电流源IS1可包括第一偏置晶体管(在图中未示出)。第一偏置晶体管的控制极可被提供第一偏置电压。第一偏置晶体管的第一极耦接第一电压端V1。第一偏置晶体管的第二极耦接第一电容器C1的第一端。在第一偏置电压和第一电压V1的控制下，第一偏置晶体管可产生第一恒定电流IS1。通过调节第一偏置电压的大小可调节第一恒定电流IS1的大小。

第一复位电路220可包括：第一晶体管M1。其中，第一晶体管M1的控制极被提供使能信号的反相信号ENN。第一晶体管M1的第一极耦接第二电压端V2。第一晶体管M1的第二极耦接第一节点N1。

斜坡信号钳位电路230可包括：第二电流源IS2、第三电流源IS3、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、以及第五晶体管M5。其中，第二电流源IS2耦接第一电压端V1、第四晶体管M4的第一极和第三晶体管M3的第二极，并被配置为根据第一电压V1生成第二恒定电流IS2。第三电流源IS3耦接第二电压端V2和第四晶体管M4的第二极，并被配置为生成第三恒定电流IS3。第二晶体管M2的控制极耦接第一节点N1。第二晶体管M2的第一极耦接第三晶体管M3的第一极。第二晶体管M2的第二极耦接第二电压端V2。第三晶体管M3的控制极耦接第四晶体管M4的第一极和第三晶体管M3的第二极。第四晶体管M4的控制极耦接第四晶体管M4的第二极和第五晶体管M5的控制极。第五晶体管M5的第一极耦接第二节点N2。第五晶体管M5的第二极耦接带隙基准电压端VBG。

在本公开的一些实施例中，第二电流源IS2可包括第二偏置晶体管(在图中未示出)。第二偏置晶体管的控制极可被提供第二偏置电压。第二偏置晶体管的第一极耦接第一电压端V1。第二偏置晶体管的第二极耦接第四晶体管M4的第一极和第三晶体管M3的第二极。在第二偏置电压和第一电压V1的控制下，第二偏置晶体管可产生第二恒定电流IS2。通过调节第二偏置电压的大小可调节第二恒定电流IS2的大小。

在本公开的一些实施例中，第三电流源IS3可包括第一镜像晶体管(在图中未示出)。第一镜像晶体管的控制极可耦接外部镜像晶体管的控制极，并与该外部镜像晶体管共同构成电流镜电路。第一镜像晶体管的第一极耦接第二电压端V2。第一镜像晶体管的第二极耦接第四晶体管M4的第二极。第一镜像晶体管的栅源电流(第三恒定电流IS3)可以是外部镜像晶体管所产生的恒定电流的镜像电流。通过调节外部镜像晶体管所产生的恒定电流可调节第三恒定电流IS3的大小。

第二复位电路240可包括：第六晶体管M6、第七晶体管M7、以及第八晶体管M8。其中，第六晶体管M6的控制极被提供使能信号的反相信号ENN。第六晶体管M6的第一极耦接第二电压端V2。第六晶体管M6的第二极耦接第四晶体管M4的第一极。第七晶体管M7的控制极被提供使能信号的反相信号ENN。第七晶体管M7的第一极耦接第二电压端V2。第七晶体管M7的第二极耦接第四晶体管M4的第二极。第八晶体管M8的控制极被提供使能信号的反相信号ENN。第八晶体管M8的第一极耦接第二电压端V2。第八晶体管M8的第二极耦接第二节点N2。

输出电路250可包括：第一电阻器R1、第二电阻器R2、以及第二电容器C2。其中，第一电阻器R1的第一端耦接第二节点N2。第一电阻器R1的第二端耦接第二电阻器R2的第一端和输出电压端VREF。第二电阻器R2的第二端耦接第二电压端V2。第二电容器C2的第一端耦接输出电压端VREF。第二电容器C2的第二端耦接第二电压端V2。

在本公开的实施例中，第二恒定电流IS2大于第三恒定电流IS3，这样在DC-DC转换器被使能之后，第四晶体管M4可保持导通。

在图3的示例中，从第一电压端V1输入高电压信号，第二电压端V2接地。第一晶体管M1、第三晶体管M3、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8为N型晶体管。第二晶体管M2、第四晶体管M4为P型晶体管。DC-DC转换器的使能信号端EN可耦接反相器的输入端，反相器的输出端可输出使能信号的反相信号ENN。为了避免不重要的细节模糊本公开的主题，在图3的示例中未示出上述反相器。

本领域技术人员应理解，基于上述发明构思对图3所示的电路进行的变型也应落入本公开的保护范围之内。在该变型中，第一晶体管M1、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8可为P型晶体管，第一晶体管M1、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8的控制极可耦接DC-DC转换器的使能信号端EN，以实现对第一节点N1和第二节点N2的复位功能。

下面结合图3来说明用于DC-DC转换器的软启动电路200的工作过程。在DC-DC转换器被使能之前，使能信号的反相信号ENN为高电平，第一晶体管M1、第六晶体管M6、第七晶体管M7、以及第八晶体管M8导通，第一节点N1、第二节点N2、第四晶体管M4的源极与漏极的电压都会被拉低至0V。在DC-DC转换器被使能之后，使能信号的反相信号ENN为低电平，第一晶体管M1、第六晶体管M6、第七晶体管M7、以及第八晶体管M8截止。第一电流源IS1对第一电容器C1进行充电，第一节点N1的电压逐渐增大，生成第一斜坡信号。随着第一节点N1的电压逐渐增大，第二晶体管M2的源极电压和第三晶体管M3的漏极电压也会逐渐增大。第二电流源IS2产生的第二恒定电流IS2大于第三电流源IS3产生的第三恒定电流IS3。在第二恒定电流IS2和第三恒定电流IS3的作用下，第四晶体管M4导通。随着第一节点N1的电压逐渐增大，第五晶体管M5的栅极电压也会逐渐增大。当第一节点N1的电压增大至第一电压V1时，对第一电容器C1充电的过程停止。此时，第五晶体管M5的栅极电压最终等于V1-VTH4，其中，VTH4表示第四晶体管M4的阈值电压。第五晶体管M5的尺寸可被设计得足够大以使得第五晶体管M5的源极电压与漏极电压相等，这样第二节点N2的电压被钳位为带隙基准电压VBG。

在对第一电容器C1充电的过程中，第二节点N2的电压从0V增大至带隙基准电压VBG值，从而生成第二斜坡信号。通过第一电阻器R1和第二电阻器R2对第二斜坡信号分压得到的信号，在经过第二电容器C2进行滤波处理后，得到软启动信号VREF。软启动信号VREF可通过下式计算：

VREF＝VN2×R2/(R1+R2) (3)

其中，VREF表示软启动信号VREF的电压值，VN2表示第二节点N2的电压值，R1表示第一电阻器R1的电阻值，R2表示第二电阻器R2的电阻值。

因为第二节点N2的电压VN2最终等于带隙基准电压VBG，所以可得：

VREF＝VBG×R2/(R1+R2) (4)

其中，VBG表示带隙基准电压的电压值。

通过调节第一电阻器R1的电阻值、第二电阻器R2的电阻值、以及带隙基准电压VBG的电压值中的一者或多者，可以改***启动信号VREF的电压值。在本公开的一些实施例中，可使得软启动信号VREF的电压值最终等于预设参考电压的电压值。

在对第一电容器C1充电完成后，第二节点N2的电压与第一节点N1的电压基本上相等：

VN2＝VN1+VTH2+VTH3-VTH4-VTH5≈VN1 (5)

其中，VN1表示第一节点N1的电压值，VN2表示第二节点N2的电压值，VTH2表示第二晶体管M2的阈值电压，VTH3表示第三晶体管M3的阈值电压，VTH4表示第四晶体管M4的阈值电压，VTH5表示第五晶体管M5的阈值电压。

根据电容充电公式可得：

C1×VN1＝IS1×△T (6)

其中，C1表示第一电容器C1的电容值，VN1表示第一节点N1的电压值，IS1表示第一恒定电流IS1的电流值，△T表示软启动时间。

因为第二节点N2的电压VN2最终等于带隙基准电压VBG，所以可得：

C1×VBG＝IS1×△T (7)

根据式(7)可得，通过调节第一电容器C1的电容值、第一恒定电流IS1的电流值、以及带隙基准电压VBG的电压值中的一者或多者，可以改***启动时间△T。

参考式(7)和式(1)来对比图3所示的软启动电路200与图1所示的软启动电路100，可知在软启动电路的功耗(对电容器充电的电流)和软启动时间相同的情况下，因为VBG大于软启动过程结束时VSS的值(相当于式(4)中的VREF)，所以软启动电路200中的第一电容器C1的电容值可以等于软启动电路100中的电容器CSS的电容值的VREF/VBG。因此第一电容器C1的面积可比电容器CSS的面积更小，从而可以节省DC-DC转换器的面积。

在本公开的一些实施例中，考虑到P型晶体管与N型晶体管在不同的工艺角下偏差较大，所以在软启动电路200中设置第三晶体管M3和第四晶体管M4以抵消不同类型的晶体管的阈值电压之差。如果没有第三晶体管M3和第四晶体管M4，则即使在DC-DC转换器被使能之前第一节点N1的初始电压为0V，由于P型晶体管与N型晶体管的阈值电压相差较大，在DC-DC转换器被使能的时候，第二节点N2的初始电压高于0V，因此软启动信号VREF会有一个较高的初始值。而误差放大器的反馈信号的电压初始值为0V，误差放大器的输出电压就会有一个较高的初始值。误差放大器的输出电压不是从0V开始缓慢上升，这样可能导致DC-DC转换器无法实现软启动。

因此，在软启动电路200中设置N型的第三晶体管M3和P型的第四晶体管M4，以抵消N型的第五晶体管M5和P型的第二晶体管M2的阈值电压之差。通过式(5)可知，第二晶体管M2的阈值电压VTH2可与第四晶体管M4的阈值电压VTH4相抵消，第三晶体管M3的阈值电压VTH3可与第五晶体管M5的阈值电压VTH5相抵消。这样当第一节点N1的初始电压为0V时，第二节点N2的初始电压也是0V，从而使得误差放大器的输出电压从0V开始缓慢上升，DC-DC转换器实现软启动。

图4示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC转换器的软启动电路400的另一示例性框图。在图4的示例中，根据本公开的实施例的软启动电路400在图2的基础上增加了启动时间控制电路460。启动时间控制电路460可耦接DC-DC转换器的使能信号端EN、第一电压端V1、第二电压端V2、以及斜坡信号钳位电路230。其中，启动时间控制电路460可被配置为根据第一电压V1和第二电压V2生成启动时间控制信号，并向斜坡信号钳位电路230提供启动时间控制信号。斜坡信号钳位电路230可根据第一斜坡信号的斜率和启动时间控制信号的斜率来控制第二斜坡信号的斜率，从而控制软启动电路400的软启动时间。

图5示出图4所示的软启动电路400的示例性电路图。在图5的示例中，根据本公开的实施例的软启动电路400在图3的基础上增加了启动时间控制电路460。启动时间控制电路460可包括：第四电流源IS4、第九晶体管M9、第十晶体管M10以及第三电容器C3。其中，第四电流源IS4耦接第一电压端V1和第三电容器C3的第一端，并被配置为根据第一电压V1生成第四恒定电流IS4，并向第三电容器C3的第一端提供第四恒定电流IS4。第九晶体管M9的控制极被提供使能信号的反相信号ENN。第九晶体管M9的第一极耦接第二电压端V2。第九晶体管M9的第二极耦接第三电容器C3的第一端和第十晶体管M10的控制极。第十晶体管M10的第一极耦接第二晶体管M2的第一极。第十晶体管M10的第二极耦接第二电压端V2。第三电容器C3的第二端耦接第二电压端V2。在图5的示例中，第一晶体管M1、第三晶体管M3、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9为N型晶体管。第二晶体管M2、第四晶体管M4、第十晶体管M10为P型晶体管。

在本公开的一些实施例中，第三电容器C3可被布置在DC-DC转换器的封装(即，芯片封装)的外部。第十晶体管M10的控制极可耦接DC-DC转换器的封装的PIN脚PINSS。第三电容器C3的第一端耦接DC-DC转换器的PIN脚PINSS，以经由PIN脚PINSS耦接到第十晶体管M10的控制极。这样第四电流源IS4可对布置在DC-DC转换器的封装的外部的第三电容器C3充电。

第十晶体管M10和第二晶体管M2都是P型晶体管，第十晶体管M10的源极和第二晶体管M2的源极耦接到第三晶体管M3的源极。当第一电容器C1的上极板电压小于第三电容器C3的上极板电压时，第二晶体管M2的源极电压小于第十晶体管M10的源极电压，第三晶体管M3的源极电压跟随第二晶体管M2的源极电压，这样第二节点N2的电压与第一电容器C1的上极板电压相等。当第一电容器C1的上极板电压大于第三电容器C3的上极板电压时，第二晶体管M2的源极电压大于第十晶体管M10的源极电压，第三晶体管M3的源极电压跟随第十晶体管M10的源极电压，这样第二节点N2的电压与第三电容器C3的上极板电压相等。由此可见，第二节点N2的电压跟随第一电容器C1和第三电容器C3中充电速度更慢的电容器的上极板的电压来变化。这样，软启动时间由充电速度更慢的电容器来决定。

当第三电容器C3未耦接到DC-DC转换器的封装的PIN脚PINSS时，DC-DC转换器的软启动时间由DC-DC转换器内部的第一电流源IS1对第一电容器C1充电的速度决定。这样根据本公开的实施例的软启动电路可以实现在DC-DC转换器的封装的内部和外部均可调软启动时间。

综上所述，根据本公开的实施例的用于DC-DC转换器的软启动电路输出的软启动信号在DC-DC转换器被使能之后从0V开始逐渐增加至预设参考电压的电压值，并被提供到误差放大器的同相输入端。DC-DC转换器的输出电压在被分压后被提供到误差放大器的反相输入端，作为反馈电压。在软启动过程中，反馈电压从0V开始逐渐上升。反馈电压与软启动信号的电压接近，误差放大器的输出电压的占空比逐渐增大，可以避免在DC-DC转换器被使能时的浪涌电流。此外，误差放大器的差分输入端始终匹配，因此可避免软启动结束时产生电压过冲的现象。此外，该软启动电路可通过调节第一电流源、第一电容器、第四电流源以及被布置在DC-DC转换器的封装的外部的第三电容器来改***启动时间，从而实现在DC-DC转换器的封装的内部和外部均可调软启动时间。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的装置和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

以上对本公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施例进行各种修改和变型。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于DC-DC转换器的软启动电路，包括：斜坡信号产生电路、第一复位电路、斜坡信号钳位电路、第二复位电路、以及输出电路，

其中，所述斜坡信号产生电路被配置为根据来自第一电压端的第一电压以及来自第二电压端的第二电压生成第一斜坡信号，并经由第一节点向所述斜坡信号钳位电路提供所述第一斜坡信号；

所述第一复位电路被配置为在所述DC-DC转换器的使能信号的控制下将所述第一节点复位成所述第二电压；

所述斜坡信号钳位电路被配置为根据所述第一电压、所述第二电压和来自带隙基准电压端的带隙基准电压将所述第一斜坡信号钳位到所述带隙基准电压，以生成第二斜坡信号，并经由第二节点向所述输出电路提供所述第二斜坡信号；

所述第二复位电路被配置为在所述使能信号的控制下将所述第二节点复位成所述第二电压；

所述输出电路被配置为根据所述第二斜坡信号和所述第二电压生成软启动信号。

2.根据权利要求1所述的软启动电路，其中，所述斜坡信号产生电路包括：第一电流源、以及第一电容器，

其中，所述第一电流源耦接所述第一电压端和所述第一电容器的第一端，并被配置为根据所述第一电压生成第一恒定电流，并向所述第一电容器的第一端提供所述第一恒定电流；

所述第一电容器的第一端耦接所述第一节点，所述第一电容器的第二端耦接所述第二电压端。

3.根据权利要求1所述的软启动电路，其中，所述第一复位电路包括：第一晶体管，

其中，所述第一晶体管的控制极被提供所述使能信号的反相信号，所述第一晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第一晶体管的第二极耦接所述第一节点。

4.根据权利要求1所述的软启动电路，其中，所述斜坡信号钳位电路包括：第二电流源、第三电流源、第二晶体管，第三晶体管、第四晶体管、以及第五晶体管，

其中，所述第二电流源耦接所述第一电压端、所述第四晶体管的第一极和所述第三晶体管的第二极，并被配置为根据所述第一电压生成第二恒定电流；

所述第三电流源耦接所述第二电压端和所述第四晶体管的第二极，并被配置为生成第三恒定电流；

所述第二晶体管的控制极耦接所述第一节点，所述第二晶体管的第一极耦接所述第三晶体管的第一极，所述第二晶体管的第二极耦接所述第二电压端；

所述第三晶体管的控制极耦接所述第四晶体管的第一极和所述第三晶体管的所述第二极；

所述第四晶体管的控制极耦接所述第四晶体管的所述第二极和所述第五晶体管的控制极；

所述第五晶体管的第一极耦接所述第二节点，所述第五晶体管的第二极耦接所述带隙基准电压端。

5.根据权利要求4所述的软启动电路，其中，所述第二恒定电流大于所述第三恒定电流。

6.根据权利要求4或5所述的软启动电路，其中，所述第二复位电路包括：第六晶体管、第七晶体管、以及第八晶体管，

其中，所述第六晶体管的控制极被提供所述使能信号的反相信号，所述第六晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第六晶体管的第二极耦接所述第四晶体管的所述第一极；

所述第七晶体管的控制极被提供所述使能信号的所述反相信号，所述第七晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第七晶体管的第二极耦接所述第四晶体管的所述第二极；

所述第八晶体管的控制极被提供所述使能信号的所述反相信号，所述第八晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第八晶体管的第二极耦接所述第二节点。

7.根据权利要求4或5所述的软启动电路，还包括：启动时间控制电路，

其中，所述启动时间控制电路被配置为根据所述第一电压和所述第二电压生成启动时间控制信号，并向所述斜坡信号钳位电路提供所述启动时间控制信号。

8.根据权利要求7所述的软启动电路，其中，所述启动时间控制电路包括：第四电流源、第九晶体管、第十晶体管以及第三电容器，

其中，所述第四电流源耦接所述第一电压端和所述第三电容器的第一端，并被配置为根据所述第一电压生成第四恒定电流，并向所述第三电容器的第一端提供所述第四恒定电流；

所述第九晶体管的控制极被提供所述使能信号的所述反相信号，所述第九晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第九晶体管的第二极耦接所述第三电容器的第一端和所述第十晶体管的控制极；

所述第十晶体管的第一极耦接所述第二晶体管的所述第一极，所述第十晶体管的第二极耦接所述第二电压端；

所述第三电容器的第二端耦接所述第二电压端。

9.一种用于DC-DC转换器的软启动电路，包括：第一晶体管至第八晶体管、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一电阻器、第二电阻器、第一电容器、以及第二电容器，

所述第一电流源耦接第一电压端和所述第一电容器的第一端，并被配置为根据所述第一电压生成第一恒定电流，并向所述第一电容器的第一端提供所述第一恒定电流；

所述第一电容器的所述第一端耦接第二晶体管的控制极，所述第一电容器的第二端耦接第二电压端；

所述第一晶体管的控制极被提供所述DC-DC转换器的使能信号的反相信号，所述第一晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第一晶体管的第二极耦接所述第一电容器的所述第一端；

所述第二晶体管的第一极耦接第三晶体管的第一极，所述第二晶体管的第二极耦接所述第二电压端；

所述第三晶体管的控制极耦接第四晶体管的第一极和所述第三晶体管的第二极；

所述第二电流源耦接所述第一电压端、所述第四晶体管的所述第一极和所述第三晶体管的所述第二极，并被配置为根据所述第一电压生成第二恒定电流；

所述第三电流源耦接所述第二电压端和所述第四晶体管的第二极，并被配置为生成第三恒定电流；

所述第四晶体管的控制极耦接所述第四晶体管的所述第二极和第五晶体管的控制极；

所述第五晶体管的第一极耦接所述第一电阻器的第一端，所述第五晶体管的第二极耦接带隙基准电压端；

所述第一电阻器的第二端耦接第二电阻器的第一端和输出电压端；

所述第二电阻器的第二端耦接所述第二电压端；

所述第二电容器的第一端耦接所述输出电压端，所述第二电容器的第二端耦接所述第二电压端；

第六晶体管的控制极被提供所述使能信号的所述反相信号，所述第六晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第六晶体管的第二极耦接所述第四晶体管的所述第一极；

第七晶体管的控制极被提供所述使能信号的所述反相信号，所述第七晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第七晶体管的第二极耦接所述第四晶体管的所述第二极；

所述第八晶体管的控制极被提供所述使能信号的所述反相信号，所述第八晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第八晶体管的第二极耦接所述第一电阻器的所述第一端。

10.根据权利要求9所述的软启动电路，还包括：第四电流源、第九晶体管、第十晶体管以及第三电容器，

其中，所述第四电流源耦接所述第一电压端和所述第三电容器的第一端，并被配置为根据所述第一电压生成第四恒定电流，并向所述第三电容器的第一端提供所述第四恒定电流；

所述第九晶体管的控制极被提供所述使能信号的所述反相信号，所述第九晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第九晶体管的第二极耦接所述第三电容器的第一端和所述第十晶体管的控制极；

所述第十晶体管的第一极耦接所述第二晶体管的所述第一极，所述第十晶体管的第二极耦接所述第二电压端；

所述第三电容器的第二端耦接所述第二电压端。

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