一种应用于DC-DC的高可靠多模式软启动电路的制作方法

本发明涉及一种应用于dc-dc的高可靠多模式软启动电路，采用外部连接电容或浮空均可实现dc-dc软启动，属于供配电。

背景技术：

1、现有技术中，dc-dc开关电源在上电过程中由于启动前负载电容上没有电荷，输出电压为0v，电路瞬间开启后，输出电压反馈到误差放大器的比较电压为一个很小的值，此时误差放大器处于非平衡状态，功率管驱动信号pwm输出占空比达到最大值。功率管开启之后，对电容充电产生一个很大的浪涌电流。此时，通过功率管的电流很大，容易损毁电路系统。软启动电路设计思想是通过限制pwm输出的占空比，缓慢提高输出电压，驱动信号pwm占空比从最小值开始逐渐变化，不会使功率管在较长时间一直导通，从而避免了浪涌电流与过冲电压。

2、现有的软启动电路一般是采用在电路外部增加软启动电容，电路内部的固定偏置电流对外部电容进行充电实现电路的软启动，但此种方式需要增加外围元器件数量，不利于集成化，同时当外部电容工作异常，无法控制电路正常软启动将带来电路损毁的风险；另一种是通过内部设计dac控制软启动步进，采用此方式将带来电路结构复杂的弊端，且软启动时间由于是电路内部设计完成，外部无法进行调整。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种应用于dc-dc的高可靠多模式软启动电路，具有更高的可靠性，当外部电容虚焊或损坏后，电路启动将采用内部软启动模式，不会出现电压过冲烧毁电路的风险。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种应用于dc-dc的高可靠多模式软启动电路，包括：充电电流产生电路、内部充电电路、比较器comp1、nmos开关管和逻辑电路。

4、充电电流产生电路在电源电压作用下，得到一个与温度和电源电压无关的充电电流，当芯片的ss端口采用外部电容进行软启动时，此电流对ss端电容充电，通过调整电容大小可以改变软启动时间。

5、内部充电电路接收偏置电流，产生固定斜坡的输出电压，此电压控制开关管n1的导通，并实现与开关管n1的源端保持固定的阈值电压差值。当芯片的ss端无外部电容时，其开关管n1的源端按照一定的斜率上升，使得vout电压也缓慢上升，从而实现无外部电容的软启动；当芯片的ss端有电容时，由于充电电流较小，ss端电压上升缓慢，内部充电电路早已完成对开关管n1的导通，并不会影响软启动时间。

6、比较器comp1通过比较内部的ss电压和固定的参考电压，当ss电压大于内部参考电压，比较器翻转，输出逻辑信号表示软启动结束，vout切换至内部参考电压模式。

7、nmos管n1、n2、n3、n4和n5作为开关管。

8、逻辑电路接收comp1比较器的输出信号，与复位信号rn经过与非门m13运算输出enn信号，enn再经过反相器m14输出en信号，rn经过反相器m15输出rnn信号，其中en和enn信号为输出路径上的开关管控制信号。

9、所述dc-dc为升压型开关电源、降压型开关电源或者升降压型开关电源。

10、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

11、(1)相比传统的内部滞回的比较器而言，本发明比较器comp1的滞回值受温度、工艺的影响较小，且在实现上简单。

12、(2)本发明能够覆盖两种软启动模式，包括实现外部电容控制软启动和内部固定时间软启动两种模式。相比传统的软启动技术，具有更高的可靠性和灵活性。高可靠性体现在当外部电容虚焊或损坏后，电路启动将采用内部软启动模式，不会出现电压过冲烧毁电路的风险。高灵活性体现在用户可根据需求，选择采用其中一种模式，外部软启动模式会实现更缓慢的dcdc输出电压启动，内部软启动模式无需外部电容，利于集成化、小型化，且可以保证输出电压按照一定斜率上升。

13、(3)本发明的软启动电路虽然采用了两种模式，但功耗依然较低，均采用较小的偏置电流即可实现，外部电容的充电电流iss为微安级别，内部软启动的偏置电流pib为纳安级别。

14、(4)充电电流产生电路采用的vbias电压为基准模块输出的正温度特性的电压，而内部电阻选用的温度特性为负温度特性，从而保证输出的充电电路iss为零温特性，并包含修调位，可实现iss电流的校准。

技术特征：

1.一种应用于dc-dc的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，包括充电电流产生电路、内部充电电路、比较器comp1、mos开关管和逻辑电路；

2.根据权利要求1所述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，当dcdc芯片采用外部电容进行软启动时，充电电流产生电路产生的充电电流对dcdc芯片的ss引脚的电容充电，通过调整电容大小改变软启动时间。

3.根据权利要求1所述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，当dcdc芯片的ss端无外部电容时，开关管n1的源端按照一定的斜率上升，控制dcdc芯片的输出电压也缓慢上升，从而实现无外部电容的软启动；当dcdc芯片的ss端外接电容时，由于充电电流较小，ss端电压上升缓慢，内部充电电路早已完成对开关管n1的导通，并不会影响通过外部电容控制的软启动时间。

4.根据权利要求1所述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，外部参考电压vrefh和外部参考电压vrefl由dcdc芯片的带隙基准电路经过分压电阻形成的2个与温度和电源电压无关的比较电压信号。

5.根据权利要求1所述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，充电电流产生电路包括pmos管p11、pmos管p12、pmos管p13、pmos管p14、串联电阻r11、串联电阻r12、串联电阻r13、串联电阻r14、修调nmos管n11、修调nmos管n12、偏置电流控制管n13，四个pmos管组成共源共栅电流镜，pmos管p11和p13的源端接内部电源vdd，栅端共同接到串联电阻r11的一端和pmos管p12的漏端，pmos管p11的漏端连接pmos管p12的源端，pmos管p12的漏端连接pmos管p14的源端，pmos管p12和pmos管p14的栅端连接至串联电阻r11的另一端和偏置电流控制管n13的漏端，偏置电流控制管n13的栅端接dcdc芯片内部偏置电路的偏置输出电压vbias，偏置电流控制管n13n13的源端接串联电阻r12的一端，串联r12的另一端接串联r13的一端，串联r14分别接串联r13的另一端和地，修调nmos管n11的漏端和源端接串联电阻r13的两端，修调nmos管n11的栅端接修调电压trim0，修调nmos管n12的漏端和源端接串联电阻r14的两端，修调nmos管n12的栅端接修调电压trim1。

6.根据权利要求1所述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，dcdc芯片的ss端外部接电容css，则外部软启动时间计算公式如下，

7.根据权利要求1所述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，内部充电电路包括pmos管p21、pmos管p22、pmos管p23、pmos管24、nmos管n21、nmos管n22、nmos管n23、nmos管n24、电容c1，pmos管p21和pmos管p22的源端连接偏置电流电路的pib信号，pmos管p21和pmos管p22的栅端共同连接至pmos管p21的漏端、nmos管n21的漏端、nmos管n21的栅端、nmos管n22的栅端，pmos管p22的漏端连接至电容c1的一端和nmos管n24的漏端并且输出s1信号，pmos管p23和pmos管p24的源端连接至内部电源vdd，pmos管p23和pmos管p24的栅端共同连接至pmos管p23的漏端和nmos管n22的漏端，pmos管p24的漏端连接二极管接法的nmos管n23的栅端和漏端、电容c1的另一端和nmos管n24的源端，nmos管n24的栅端接外部的复位信号rn，nmos管nmos管n21、nmos管n22、nmos管n23的源端均接地，将输出信号s1传至开关管n1的栅端。

8.根据权利要求7的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，当外部无电容时，ss端电压会立即升至vdd电压，软启动时间完全由开关管n1的栅压控制，rnn信号为低电平，此时nmos管n24管截止，开关管n1的栅压上升斜率由pmos管p22的电流和电容c1的大小决定。

9.根据权利要求7述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，nmos管n23和开关管n1采用相同类型的nmos管，nmos管n23的尺寸大于开关管n1，保证输出信号s1的初始电压使得开关管n1处于关断状态。

10.据权利要求7述的高可靠多模式软启动电路，其特征在于，内部软启动时间取值为：

技术总结一种应用于DC‑DC的高可靠多模式软启动电路，包含两种软启动模式，可实现外部电容控制软启动和内部固定时间软启动两种模式。相比传统的软启动技术，具有更高的可靠性和灵活性。高可靠性体现在当外部电容虚焊或损坏后，电路启动将采用内部软启动模式，不会出现电压过冲烧毁电路的风险。高灵活性体现在用户可根据需求，选择采用其中一种模式，外部软启动模式会实现更缓慢的DCDC输出电压启动，内部软启动模式无需外部电容，利于集成化、小型化，且可以保证输出电压按照一定斜率上升。技术研发人员：宋奎鑫,康磊,李阳,莫艳图,王秀芝,曾奇宇,徐小珺,刘凌云,徐凯峰受保护的技术使用者：北京微电子技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/17