[发明专利]软启动方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，特别涉及带PWM控制器的开关电源的软启动方法及电路。

背景技术

目前，开关电源以效率高、体积小等特点，在通信、工控、计算机以及消费电子中的需求越来越大。在常用的开关电源中，有电压控制模式以及加入电流控制模式的双环控制，但是不管是什么模式的控制，在上电启机时，由于反馈环路还没有形成通路，PWM控制器会以最大占空比给输出电容进行充电，为了得到较理想的负载瞬态响应，开关电源特别是大功率的电源所选用的输出电容容值很大，这样的话，输出电容就易导致电源在开机时产生很大的浪涌电流，这不仅会污染供电电源网络，而且有可能损坏晶体管和其它器件。

如图1所示，为现有副边反馈控制的开关电源，如果启机时功率管的占空比超过电源达到稳态后所需的占空比，将会导致开机输出电压过冲。它的工作原理是：电阻R1和R2是输出电压采样电阻，它们的分压作为稳压管TL431的输入信号，该信号经过由稳压管TL431和光耦组成的跨导放大器放大后传输到PWM控制器的FB端(FB端又称电压反馈端，以下统一简称为FB端)。PWM控制器根据FB端电压V_FB的大小调节GATE输出的占空比大小来控制输出电压，当输出电压V_OUT偏高时，光耦从FB端抽取更多的电流，使FB端电压V_FB下降，GATE输出的占空比变小，输出电压V_OUT逐渐下降；当输出电压V_OUT偏小时，光耦从FB端抽取更小的电流，使FB端电压V_FB增加，GATE输出的占空比变大，输出电压V_OUT逐渐增加。如此，通过光耦与PWM控制器所形成的反馈环路的不断调整，使输出电压稳定在设定值的范围内。

虽然在上电启机过程中，PWM控制器通过控制CS端口的阈值从零伏逐渐上升，可以控制占空比从零逐渐增加，从而减小了开机的浪涌电流。但是，在输出电压V_OUT的上升阶段，稳压管TL431没来得及导通之前，光耦上没有电流，反馈环路是断开的。由于光耦不通过电流，PWM控制器FB端的电压会被充电到最大值，相当于FB电压相对于最终的稳态值来说有非常大的过冲。当输出电压V_OUT上升达到非常接近最终稳态值时，例如最终稳态值偏下50mV(决定于输出电压V_OUT到FB端口电压的增益)之内，光耦才开始有电流通过，使FB端的电压开始下降。由于FB端电压需要从最大值下降到FB端的稳态值，电压的摆幅大，所以FB端的电压泄放存在延时，延时时间Td＝(C_C1·ΔV_FB)/I_C1，ΔV_FB，为FB端电压的摆幅，I_C1为从补偿电容C_C1抽取的电流。正是因为这个延迟时间的存在，使得占空比不能及时迅速地减小，从而导致启机时输出电压过冲。特别是在空载情况下尤为严重。

现有技术中，有如图2所示的副边软启动电路，改进了在输出电压V_OUT上升阶段的反馈环路断开的问题，即通过在光耦端串联软启动电容C_S，以使光耦提前于稳压管TL431导通之前开启，从而形成反馈环路的通路。由于上电启机一段时间后输出V_OUT上升，而软启动电容C_S上的电压为零，所以只要输出电压V_OUT大于光耦主边的导通压降，光耦上就有电流流过，这样的话在输出电压V_OUT到达最终的稳态值之前，反馈环路已经是通路状态，从而理论上可防止出现开机输出电压过冲的问题。但是，这种副边软启动电路还是存在几个明显的缺点：1、在刚启机时必需PWM控制器能逐渐展开占空比，否则刚启机时的浪涌电流也是很大，因为V_OUT需要上升到一定大小后光耦电流才能限制FB电压的上升，在这一段时间只能靠PWM控制器限制电流；2、软启动结束后不是完全不起作用，还会对环路有一定的影响，特别是在大动态跳变过程中；3、该软启动电路无法集成，又因为R_BIS的值比较小，要保证一定的软启动时间，电容C_S的值比较大，需要几十微法，电容体积大，特别是输出电压V_OUT的稳态电压高的产品。

现就现有PWM控制器的软启动电路，对其不足总结如下：

1、在稳压管TL431没来得及导通之前，无法建立光耦与PWM控制器所形成的反馈环路，或无法依电路设计实现对PWM控制器的占空比的控制。