一种用于恒压控制电源的防过冲电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体而言，涉及一种用于恒压控制电源的防过冲电路。

背景技术

采用更先进的集成电路工艺制造的IC可以有效提升晶体管的集成度，同时降低IC工作电压，这给便携式、多功能设备带来了广阔的发展空间，因此越来越多设备采用更先进的IC制造工艺。先进制造工艺带来诸多好处的同时，也使得设备成本增加、可承受电压波动急剧降低，相比以前，对其供电电源的设计要求更高。过冲是电源设计中不可避免的问题之一，极有可能在启动初期造成设备损坏，降低设备安全性和使用寿命。

目前主流的开关电源在系统第一次上电时往往承受较大的过冲电压，这种情况在轻载和空载启动时尤为明显，这将使得系统更容易因为电压过冲而受到损害。目前采用的方法大多为根据设备的可承受电压范围在电源启动时间和过冲电压之间折中考虑，以启动时间较长换取过冲电压较低，可承受过冲电压越小，相应地，电源启动时间越长。较长的电源启动时间，在设备上电时和休眠模式后，影响设备响应速度，可应用范围受限。目前市场上启动较快，过冲电压低的启动阶段控制方案较少。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于恒压控制电源的防过冲电路以同时解决启动时间较长与过冲电压较高的问题。

本发明所采用的技术方案为：一种用于恒压控制电源的防过冲电路，该防过冲电路包括：

电源控制电路，所述电源控制电路包括带补偿运算放大器，所述运算放大器的正向输入端接入输出反馈电压，反向输入端接参考电压VREF；

防过冲控制电路，所述防过冲控制电路包括：防过冲子电路、输出功率转换电路和补偿控制器CCV，所述防过冲控制电路与带补偿运算放大器VEA的反向输入端连接且通过防过冲控制电路得出补偿控制电压；所述开关电容与补偿控制器的输入端连接且补偿控制器的输出端与带补偿运算放大器OVCT连接，由补偿控制器产生补偿控制电压并输入到VEA；

其中，通过反馈电压与比较电压之间作比较，切换置位电压是否接入补偿控制器的输入端。

进一步地，所述运算放大器VEA设为带补偿控制的运算放大器，且补偿控制器的输出端与该运算放大器的补偿控制端连接。

进一步地，所述防过冲控制电路包括：依次串联连接的电阻R3、电阻R2、电阻R1和开关管N1、开关管N2，电阻R3的一端与运算放大器的反向输入端连接，开关管N1的源极接地；

所述电阻R2与电阻R3之间为比较电压的取样点，电阻R2与电阻R1之间通过开关管N2连接至补偿控制器的输入端，开关管N2的源极为置位电压的取样点；

其中，通过开关管N1和开关管N2的通断切换置位电压接入或不接入至补偿控制器的输入端。

进一步地，当所述置位电压接入至补偿控制器时，补偿控制器转换的补偿控制电压为运算放大器的补偿控制电压最值，具体为控制电路内部补偿到最大值或最小值，工作状态设定为空载。

进一步地，所述防过冲控制电路还包括比较器，所述比较器的正向输入端和反向输入端分别接入比较电压A103和反馈电压VFB，且比较器的输出端连接至开关管N1和开关管N2的栅极。

进一步地，所述输出功率转换电路包括，所述开关电容的输入端分别接入电源输出功率控制信号OUTP和参考电压REF1，开关电容的输出端与补偿控制器连接。其主要的作用为通过开关电容，将参考电压转换为与输出功率具有对应关系的电压值。

本发明的有益效果为：

本发明所提供的用于恒压控制电源的防过冲电路，由电源控制电路和防过冲控制电路组成。防过冲控制电路控制启动初期电源控制电路内部补偿，可应用范围较广，对于控制电路带补偿均可采用。防过冲控制电路用于调控电源控制电路的补偿控制电压，在充电初期强制认定负载情况为空载，快速提高输出电压，待输出电压接近稳定值之后，快速切换并将补偿控制电压的控制权移交给输出功率转换电路控制，将充电启动划分为两个阶段，极大的降低了充电启动时间和过冲电压。

附图说明

图1是本发明所提供的用于恒压控制电源的防过冲电路的整体电路结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

名称解释

开关管：采用NMOS管用作开关管，工作于饱和区和截止区，相当于电路的导通和切断，由比较器COMP的输出端AOC的电压高低进行控制通断。

过冲：第一个峰值或谷值超过设定电压，主要表现为一个尖端脉冲，并且能导致电路元器件的失效。

实施例1

如图1所示，在本实施例中提供了一种用于恒压控制电源的防过冲电路，旨在通过该防过冲电路解决启动时间较长与过冲电压较高的问题，其核心在于对启动阶段的补偿控制电压进行强制控制。该防过冲电路包括：电源控制电路和防过冲控制电路。

①电源控制电路部分

电源控制电路为恒压控制电源的输出功率控制部分，根据当前的反馈电压VFB大小与内部参考电压VREF的大小比较得出输出功率控制结果，通过控制结果提升(降低)电源输出功率。

电源控制电路包括运算放大器VEA，所述运算放大器VEA的正向输入端IP通过线A101接入反馈电压VFB且运算放大器VEA的反向输入端IN通过线A102连接有参考电压VREF；该运算放大器VEA设为带补偿控制的运算放大器，且补偿电压控制器CCV的输出端与该运算放大器VEA的补偿控制输入端OVCT连接，通过对运算放大器VEA内部的补偿调控，结合当前负载反馈，输出Vea电压用以调控输出功率。

②防过冲控制电路部分

防过冲控制电路主要用于在启动初期调控电路补偿(补偿控制电压)，降低启动所需时间，防止过冲电压过大，避免设备损坏。防过冲控制电路包括：防过冲子电路、比较器、输出功率转换电路和补偿电压控制器，通过防过冲控制电路对运算放大器的补偿控制电压进行调控。

(a)防过冲子电路

防过冲子电路与运算放大器的反向输入端连接，通过防过冲子电路采样获取比较电压和置位电压，防过冲子电路的具体设计如下：依次串联连接的电阻R3、电阻R2、电阻R1和开关管N1，且电阻R3的一端与运算放大器的反向输入端连接，电阻R1经线A106与开关管N1的漏极连接且开关管N1的源极接地；

电阻R2与电阻R3之间连接有线A103，以线A103作为比较电压的取样点，电阻R2与电阻R1之间连接有线A104，线A104的另一端连接至开关管N2的漏极，并通过开关管N2的源极经线A105连接至补偿控制器的输入端且开关管N2的源极为置位电压的取样点，即线A105上的电压值；

其中，开关管N1和开关管N2的栅极通过线AOC连接至比较器COMP的输出端，经比较器COMP的输出端所输出的高低电平，对开关管N1和开关管N2的通断进行切换，进而实现置位电压接入或不接入至补偿控制器的输入端，即：当开关管N1和开关管N2均处于接通状态时，线A105的电压被置位，置位电压的电压值由电阻R3、电阻R2、电阻R1的电阻值以及开关管N1的漏-源电压值共同决定；反之，当开关管N1和开关管N2均处于断开状态时，由于开关管N2断开，此时，线A105上的电压由输出功率转换电路调控，进而将补偿控制电压的控制权转移到输出功率转换电路。

对于防过冲子电路的参数设计主要包括以下方面：

一方面，电阻R3、电阻R2、电阻R1的电阻值配比，需要满足当充电启动初始阶段时，且在开关管N1和开关管N2打开时，线A105上的置位电压大小经补偿控制器CCV转换为运算放大器VEA的补偿控制电压最大；

另一方面，线A103上电压的预先设计应当根据需要移交线A105电压控制权的电压比例设计。

(b)比较器

比较器COMP的正向输入端IP经线A103接入比较电压，且比较器COMP的反向输入端IN经线A101接入反馈电压VFB，且比较器COMP的输出端经线AOC连接至开关管N1的栅极和开关管N2的栅极，当比较器COMP的输出端为高电平时，开关管N1和开关管N2则为接通；反之，当比较器COMP的输出端为低电平时，开关管N1和开关管N2则为断开。

(c)输出功率转换电路

输出功率转换电路包括开关电容Sc1，所述开关电容Sc1的输入端A1经线A107接入参考电压REF1且开关电容Sc1的输入端A2经线A108接入电源输出功率OUTP，开关电容Sc1的输出端B1与补偿控制器CCV的输入端连接，对开关电容Sc1和补偿控制器CCV的设计，主要目的在于：对开关电容Sc1的大小设计，应当使得不至于出现线A105电压饱和的现象，从而影响补偿；对补偿控制器CCV的设计，应当使得线A105的电压转换为控制运算放大器VEA内部补偿控制的合适电压。

(d)补偿控制器

输出功率转换电路中开关电容Sc1的输出端B1与补偿控制器CCV的输入端连接且补偿控制器CCV的输出端经线A111与运算放大器VEA连接，由补偿控制器CCV产生控制运算放大器VEA的补偿控制电压，通过补偿控制电压对运算放大器VEA内部的补偿Vos进行调控，以影响输出电压Vea，而输出电压Vea则是用于反映负载情况。一种情况是，当开关管N1、开关管N2接通时，线A105上的置位电压接入至补偿控制器CCV的输入端，由补偿控制器CCV产生控制运算放大器VEA内部补偿的合适电压；另一种情况是，当开关管N1、开关管N2断开时，将补偿控制电压的控制权移交至输出功率转换电路，同样由补偿控制器CCV产生控制运算放大器VEA内部补偿控制的合适电压。

采用上述所提供的用于恒压控制电源的防过冲电路，其工作原理如下：

充电在恒压控制电源内部基准正常启动之后，在充电初期，输出电压Vea为零，反馈电压VFB为零，反馈电压VFB和线A103之间的电压差过大，比较器COMP的输出比较结果为正，开关管N1和开关管N2均开启，防过冲子电路接通且在线A105上的电压被置位，线A105上的置位电压通过补偿控制器CCV转换为当前的补偿控制电压，通过补偿控制电压将运算放大器VEA内部的补偿Vos(补偿电压)设置到最值(具体为控制电路内部补偿到最大值或最小值，工作状态设定为空载)，当运算放大器VEA内部补偿电压最高时，则相当于强制设定负载为空载，当系统为空载时，输出电压Vea上升快，可极大降低启动时间。

随着反馈电压VFB的持续升高，直至超过线A103上的电压值(比较电压)之后，比较器COMP的输出电压由高变低，关闭开关管N1和开关管N2，断开线A105上的电压置位，换言之，线A105上电压的控制权移交由输出功率转换电路控制(此时，可能由于电路内部的反应较慢，电路并未及时感知补偿控制电压的控制权已经移交，可能依旧以空载快速提高输出电压Vea，但此时输出电压Vea已经离输出稳定电压值还存在一定差距，可更多的降低启动时间，同时也不会对过冲电压产生太大影响，开关电容Sc1根据当前的输出负载的大小，使用电源功率输出的PWM波控制电容充放电时间，将电源输出功率转换为随输出功率变化而变化的电压，然后输出到补偿控制器CCV，经补偿控制器CCV转换为补偿控制电压，由补偿控制电压对运算放大器VEA内部补偿进行调控。

在上述工作原理中，将充电启动阶段划分为两个阶段，如下：

第一阶段--输出电压快速升高阶段：比较器COMP输出的高电平，控制开关管N1和开关管N2打开，对线A105上电压进行置位，以将运算放大器VEA内部的补偿Vos(补偿电压)设置到最高，当运算放大器VEA内部补偿电压最值(具体为控制电路内部补偿到最大值或最小值，工作状态设定为空载)时，则相当于强制认定负载为空载，当系统为空载时，输出电压Vea上升快，可极大降低启动时间，随着反馈电压VFB到达设定的A103电压比较点的时候，将补偿控制电压的控制权转移到输出功率转换电路，进入第二阶段；

第二阶段--缓慢变化阶段：在反馈电压VFB大于A103电压比较点之后，比较器COMP输出比较电压为低电平，开关管N1和开关管N2所在通路关闭，此时，反馈电压VFB与参考电压VREF转换电压相比较，判定当前电源输出功率是否与负载功率匹配(此处，反馈电压VFB与参考电压VREF相比较作为电源功率控制的主要评判，通过对参考电压VREF进行补偿调节，以匹配负载不同时反馈回来的反馈电压VFB)，缓慢提升当前输出电压Vea，响应时间小幅度增加，大幅降低过冲电压。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。