一种开关电源软启动电路及开关电源软启动方法

一种开关电源软启动电路及开关电源软启动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种开关电源软启动电路及开关电源软启动 方法。
【背景技术】
[0002] 开关电源以其体积小巧、性能卓越、使用方便的显著特点，故其在计算机、通信、工 业自动化、电子或电工仪器等领域应用更加广泛，很多系统设计人员已经意识到，正确合理 地设计开关电源，可以省去电源设计、调试方面的麻烦。这样不仅可以提高整体系统的可靠 性和设计水平，更重要的是缩短了整个产品的研发周期。
[0003] 电流型PWM控制芯片是开关电源常用的控制芯片，以UC2842为例进一步说明， UC2842的内部电路结构图如图1所示。
[0004] UC2842芯片是一种尚性能电流t旲式控制器，具有微调的振荡器、能进彳丁精确的占 空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器，电流取样比较器和大电流图腾柱式输出， 是驱动功率MOSFET的理想器件。
[0005] 1号管脚Comp端：补偿管脚，是误差放大器的输出，并可以用于环路补偿；
[0006] 2号管脚VFB端：电压反馈管脚，是误差放大器的反向输入，通常通过一个电阻分压 器连接至开关电源输出；
[0007] 3号管脚Isence端：电流取样管脚，一个正比于电感器电流的电压接至此输入，脉 宽调制器使用此信息终止输出开关的导通；
[0008] 4号管脚&/(^端：通过将电阻RT连接至Vref-级电容CT连接至地，使振荡器频 率和最大输出占空比可调，工作频率可达500KHz;
[0009] 5号管脚Gnd端：控制电路和电源的公共地；
[0010] 6号管脚Output端：输出管脚直接驱动功率MOSFET的栅极；
[0011] 7号管脚^端：控制集成电路的正电源；
[0012] 8号管脚Vref端：参考输出管脚，通过电阻RT向电容CT提供充电电流。
[0013] 当7号管脚给定电源电压，则5VREF(以5V参考）处输出高电平后经过分压 器变成2. 5V的电平，2. 5V与2号管脚VFB端通过误差放大器ErrorAmp进行比较后输出 Vcomp，Vcomp经过电阻2R、电阻R和稳压二极管IV处理后与3号管脚Isence端通过电流 补偿器CurrentSenceComparator进行比较，4号管脚RT/CT端控制振荡器频率，震荡频率 信号和电流补偿器输出信号送入锁存脉宽调制器模块进行处理，由6号管脚输出驱动信号 直接驱动功率MOSFET(金属-氧化层-半导体-场效晶体管）。
[0014] 当电源刚接通，误差放大器ErrorAmp处于非平衡状态，而开关电源输出电压的建 立需要一定时间，此时ErrorAmp的输出电压Vcomp值将很高，从而使加在电流补偿器反向 输入端的误差电压很高，这将使得芯片在这段时间内6号管脚Output端输出占空比很大的 PWM脉冲，开关管导通的时间过长，很容易因过热而损坏。因此，正确合理的设计开关电源软 启动电路对于开关电源的可靠性有着重要意义。

【发明内容】

[0015] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种可以精确计算开关电源软启动保护时间的开关电源软启动电路及开关电源软启动方法。
[0016] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种开关电源软启动电路，包括 电流型PWM控制芯片和开关管，所述电流型PWM控制芯片的Output端与开关管的栅极连 接；还包括连接在所述电流型PWM控制芯片Comp端与Vref端之间的软启动模块；所述软启 动模块包括第一二极管VI、第二二极管V2、第一电阻R1和第一电容C1;所述第一二极管VI 的负极与第二二极管V2的正极连接，第一二极管VI的正极与电流型PWM控制芯片的Comp 端连接，所述第二二极管V2的负极与电流型PWM控制芯片的Vref端连接，所述第一电阻R1 的一端与第二二极管V2的负极连接，另一端与第二二极管V2的正极连接，第一电容C1的 一端与第二二极管V2的正极连接，另一端接地。
[0017] 作为本发明的进一步改进，还包括第二电容C2,所述第二电容C2 -端与所述第 二二极管V2的负极连接，一端与所述第一电容C1接地端连接。这个电容应该可以以功能 来命名。
[0018] 作为本发明的进一步改进，还包括电流取样电路，所述电流取样电路包括第三 电阻R3、第四电阻R4和第四电容C4 ;所述第三电阻R3的一端与电流型PWM控制芯片的 Isence端连接，第三电阻R3的另一端分为两路，一路与所述开关管的源极连接，另一路与 第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端接地，第四电容C4连接在电流型PWM 控制芯片的Isence端与第四电阻R4的接地端之间。
[0019] 作为本发明的进一步改进，还包括第三电容C3,所述第三电容C3的一端与电流型 PWM控制芯片的RT/CT端连接，另一端接地。
[0020] 所述电流型PWM控制芯片为UC2842芯片。
[0021] 所述开关管为金属-氧化层_半导体_场效晶体管。
[0022] 本发明进一步提供一种基于上述开关电源软启动电路的开关电源软启动方法，软 启动过程包括如下步骤：
[0023] S1.给电流型PWM控制芯片的Vcc端加电；
[0024]S2.电流型PWM控制芯片的Comp端通过第一二极管VI给电容C1充电，使得Comp 端的电压被第一电容Cl拉低，电流型PWM控制芯片的Output端输出为低电平；
[0025] S3.随着第一电容C1的储能水平升高，第一电容C1对电流型PWM控制芯片的Comp 端的电压箝位功能逐渐消失，电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲，软启动结束。
[0026] 作为本发明的进一步改进所述电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM 脉冲的时间通过式（1)计算得出；
[0027] -t Vt =V0+(Vu-V0)x[l-e^] (1)
[0028] 式（1)中，t为电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间，V。 为第一电容C1上的初始电压值，Vu为第一电容C1充满电时的终止电压值，Vt为电流型PWM 控制芯片的Output端输出PWM脉冲时第一电容C1上的电压值，R为第一电阻R1的阻值，C 为第一电容Cl的电容值。
[0029] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用电流型PWM控制芯片及软启动 模块来实现的开关电源的软启动，电路简单，具有较强的抗干扰能力和对环境的适应能力， 发热量小，并且可以精确控制软启动时间，避免了常规的软启动电路的局限性。
【附图说明】
[0030] 图1为现有技术UC2842芯片的电路图。
[0031] 图2为本发明一种开关电源软启动电路的示意图。
[0032] 图3为本发明一种开关电源软启动方法流程图。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而 限制本发明的保护范围。
[0034] 如图2所示，本实施例一种开关电源软启动电路，包括电流型PWM控制芯片、开关 管和软启动模块，电流型PWM控制芯片的Output端与开关管的栅极连接，软启动模块连接 在电流型PWM控制芯片Comp端与Vref端之间；软启动模块包括第一二极管VI、第二二极 管V2、第一电阻R1和第一电容C1;第一二极管VI的负极与第二二极管V2的正极连接，第 一二极管VI的正极与电流型PWM控制芯片的Comp端连接，第二二极管V2的负极与电流型 PWM控制芯片的Vref端连接，第一电阻R1的一端与第二二极管V2的负极连接，另一端与第 二二极管V2的正极连接，第一电容C1的一端与第二二极管V2的正极连接，另一端接地。
[0035] 在本实施例中，电流型PWM控制芯片为UC2842芯片，开关管为M0SFET(金属-氧 化层-半导体-场效晶体管），需要说明的是，电流型PWM控制芯片不仅仅为UC2842,对于 其它同类型的PWM控制芯片也同样适用。通过软启动模块，可精确控制UC2842芯片Output 端输出PWM脉冲的时间，实现开关电源的软启动，防止开关时间过长而导致过流、过热现象 的发生。
[0036] 在本实施例中，还包括第二电容C2,第二电容C2-端与第二二极管V2的负极连 接，一端与第一电容C1接地端连接。
[0037] 在本实施例中，还包括电流取样电路，电流取样电路包括第三电阻R3、第四电阻 R4和第四电容C4 ;第三电阻R3的一端与电流型PWM控制芯片的Isence端连接，第三电阻 R3的另一端分为两路，一路与开关管的源极连接，另一路与第四电阻R4的一端连接，第四 电阻R4的另一端接地，第四电容C4连接在电流型PWM控制芯片的Isence端与第四电阻R4 的接地端之间。
[0038] 在本实施例中，还包括第三电容C3,第三电容C3的一端与电流型PWM控制芯片的 RT/CT端连接，另一端接地。用于调节UC2842芯片的振荡器频率和最大输出占空比。
[0039] 如图3所示，本实施例，一种开关电源软启动方法，启动过程包括如下步骤：
[0040] S1.给电流型PWM控制芯片的Vcc端加电；
[0041] S2.电流型PWM控制芯片的Comp端通过第一二极管VI给电容C1充电，使得Comp 端的电压被第一电容Cl拉低，电流型PWM控制芯片的Output端输出为低电平；
[0042] S3.随着第一电容C1的储能水平升高，第一电容C1对电流型PWM控制芯片的Comp 端的电压箝位功能逐渐消失，电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲，软启动结束。
[0043] 其具体的实施过程为：给UC2842芯片端加电（5V)，由于刚开机时第一电容C1 上的电压为零，UC2842芯片Comp端电压通过第一二极管VI给第一电容C1充电，由于Comp 端输出能力有限，所以Comp端的电压被第一电容Cl拉低，使得UC2842芯片内部的电流补 偿器反向输入端的误差电压也为零，电流补偿器输出也为零，最终控制Output端输出为低 电平，随着Comp端和基准电压Vref(5V)持续给第一电容C1充电，第一电容C1对Comp端 的电压箝位功能逐渐消失，使加在UC2842芯片内部电流补偿器反向输入端的误差电压也 逐渐升高，UC2842芯片Output端输出PWM脉冲，软启动结束。
[0044] 在本实施例中，UC2842芯片启动保护时间通过式（1)计算得出；
[0045] -t Vt =V〇+(Vu-V0)x[l-e^] (1)
[0046] 式（1)中，t为电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间，V。 为第一电容C1上的初始电压值，Vu为第一电容C1充满电时的终止电压值，Vt为电流型PWM 控制芯片的Output端输出PWM脉冲时第一电容C1上的电压值，R为第一电阻R1的阻值， C为第一电容C1的电容值。通过式（1)，代入已知数据，即可计算出电流型PWM控制芯片从 加电到Output端输出PWM脉冲的时间，即软启动保护时间。
[0047] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明 已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的 内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在 本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1. 一种开关电源软启动电路，包括电流型PWM控制芯片和开关管，所述电流型PWM控制 芯片的Output端与开关管的栅极连接，其特征在于：还包括连接在所述电流型PWM控制芯 片Comp端与Vref端之间的软启动模块；所述软启动模块包括第一二极管VI、第二二极管 V2、第一电阻Rl和第一电容Cl ;所述第一二极管Vl的负极与第二二极管V2的正极连接，第 一二极管Vl的正极与电流型PWM控制芯片的Comp端连接，所述第二二极管V2的负极与电 流型PWM控制芯片的Vref端连接，所述第一电阻Rl的一端与第二二极管V2的负极连接， 另一端与第二二极管V2的正极连接，第一电容Cl的一端与第二二极管V2的正极连接，另 一端接地。2. 根据权利要求1所述的开关电源软启动电路，其特征在于：还包括第二电容C2,所述 第二电容C2 -端与所述第二二极管V2的负极连接，一端与所述第一电容Cl接地端连接。3. 根据权利要求1所述的开关电源软启动电路，其特征在于：还包括电流取样电路，所 述电流取样电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和第四电容C4 ;所述第三电阻R3的一端与 电流型PWM控制芯片的Isence端连接，第三电阻R3的另一端分为两路，一路与所述开关管 的源极连接，另一路与第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端接地，第四电容 C4连接在电流型PWM控制芯片的Isence端与第四电阻R4的接地端之间。4. 根据权利要求1所述的开关电源软启动电路，其特征在于：还包括第三电容C3,所述 第三电容C3的一端与电流型PWM控制芯片的R T/CT端连接，另一端接地。5. 根据权利要求1~4中任一项所述的开关电源软启动电路，其特征在于：所述电流 型PWM控制芯片为UC2842芯片。6. 根据权利要求1~4中任一项所述的开关电源软启动电路，其特征在于：所述开关 管为金属-氧化层-半导体-场效晶体管。7. -种基于上述权利要求1~6中任意一项所述的开关电源软启动电路的开关电源软 启动方法，其特征在于步骤为：51. 给电流型PWM控制芯片的Vcc端加电；52. 电流型PWM控制芯片的Comp端通过第一二极管Vl给电容Cl充电，使得Comp端的 电压被第一电容Cl拉低，电流型PWM控制芯片的Output端输出为低电平；53. 随着第一电容Cl的储能水平升高，第一电容Cl对电流型PWM控制芯片的Comp端 的电压箝位功能逐渐消失，电流型PWM控制芯片的Output端输出PWM脉冲，软启动结束。8. 根据权利要求7所述的开关电源软启动方法，其特征在于：所述电流型PWM控制芯 片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间通过式（1)计算得出； -t Vt = V0+(Vu-V0)x[l-e^] (1) 式（1)中，t为电流型PWM控制芯片从加电到Output端输出PWM脉冲的时间，V。为第 一电容Cl上的初始电压值，Vu为第一电容Cl充满电时的终止电压值，Vt为电流型PWM控 制芯片的Output端输出PWM脉冲时第一电容Cl上的电压值，R为第一电阻Rl的阻值，C为 第一电容Cl的电容值。
【专利摘要】本发明公开了一种开关电源软启动电路，该电路包括电流型PWM控制芯片和开关管，该控制芯片的Output端与开关管的栅极连接，该电路还包括由第一二极管V1、第二二极管V2、第一电阻R1和第一电容C1组成的软启动模块；第一二极管V1的负极与第二二极管V2的正极连接，正极与该控制芯片的Comp端连接；第二二极管V2的负极与芯片的Vref端连接；第一电阻R1的一端与第二二极管V2的负极连接，另一端与第二二极管V2的正极连接；第一电容C1的一端与第二二极管V2的正极连接，另一端接地。本发明电路简单，具有较强的抗干扰能力和对环境的适应能力，发热量小，可以精确控制软启动时间，避免了常规的软启动电路的局限性。
【IPC分类】H02M1/36
【公开号】CN104883045
【申请号】CN201510282861
【发明人】杨磊, 曹洋, 初蕊, 徐振, 王桂华, 曾迪晖, 陶洪亮, 周成, 彭勃, 陈孟君
【申请人】株洲变流技术国家工程研究中心有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月28日