电压有关论文范文,与一种用于DCDC的软启动电路相关论文目录怎么自动生成

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摘 要:本论文主要介绍一种结构相对简单的新型的软启动电路,采用该电路能消除软启动过程中出现的浪涌电流,同时避免了传统软启动电路在软启动结束时出现的过冲现象.该电路可以完全集成在DCDC开关电源管理芯片中,避免额外电容而占用过多面积和增加功耗,有利于便携式设备的应用,本设计是基于特许半导体0.18μm工艺,其性能经过了HSpice仿真和测试,对于输入电压为3.3V,输出电压为1.8V的Buck型开关电源系统,输出电压在1ms内分台阶平稳上升,避免了浪涌电流和过冲电压,符合设计指标.

关 键 词:DCDC转换器,软启动,浪涌电流,过冲电压

1引言

伴随着便携式设备的广泛应用,DC/DC转换器凭借其高效率、大输出电流、低静态电流的特点而迅速发展.传统的DC/DC开关电源在上电过程中,输出电压从零上升到最大值.由于负反馈的作用,功率管的PWM控制信号的占空比从最大值开始变化,逐渐减小,直到电路稳定.由于电路中输出滤波电容的存在,对电容充电容易产生浪涌电流,此时通过功率管的电流可以达到很大,容易损毁电路系统.为了在启动过程中防止大的浪涌电流对电路系统的损坏,在电路启动过程中需要对电流进行限制,即需要在开关电源芯片中加入软启动电路.

软启动电路是用来控制电源输入电压上升过程中PWM脉冲波形的占空比从最小值逐渐变化到正常工作时所需要的值,从而控制输出电压逐步变化.由于占空比是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的产生,保证了电路系统的可靠性[1].

在目前应用的开关电源软启动电路中主要有以下几种:一种是采用电容和电阻,利用电容充电时电压指数上升的特性来控制电压上升过程.这种软启动电路需要加入充电用的恒流电流和外部电容,而且需要的电容值较大,不容易集成到芯片内部,另一种是采用微控制器来控制启动过程的纯数字控制[2].虽然这种软启动电路能够集成到芯片内部,但是由于需要另外的微控制器控制且需要在电源电路部分上电前就已经开始工作,对于一般用途的开关电源,此类软启动电路过于复杂,且成本也太高.

为了避免以上缺点,设计了一款新型的软启动电路,介绍了新型软启动电路的工作原理,给出了主体电路设计和电路的仿真波形.

2系统设计

后沿调制的电流反馈模式控制的PWM型的buckDC/DC转换器的典型结构如图1所示,它包括电阻反馈网络、误差放大器/补偿网络、PWM比较器、电流检测电路、SR所存器和驱动电路.其中电阻反馈网络采样输出电压值,误差放大器对采样的电压值与基准电压值的差进行放大,误差放大器的输出与检测到的电流值转换成的电压值进行比较,调节输出脉冲的占空比,从而调节输出电压.从上述DC/DC工作原理可以看到,转换器存在两个反馈环路,分别为电压环和电流环,其中电流环反馈是在电压环反馈的基础上增加所得,此时电感电流不再是一个独立的量,而且使闭环系统成为一个一阶无条件稳定系统.因此电流型反馈控制模式具有比电压反馈控制模式大得多的带宽.

在电路启动的瞬间,输出电容彻底放电,导致输入误差放大器的电压过低,误差放大器不是处于平衡状态,而这种情况会引起电感电流超过它的平衡值,产生所谓的浪涌电流.由于电感电流不能突变,所以这个电流会在高于平衡值上维持一小段时间,这会导致输出电压迅速上升,并且超过正常值,产生电压过冲的情况.浪涌电流和过冲电压会导致电子器件的损坏.所以,在启动过程中,为了防止大的浪涌电流和过冲电压对器件的损坏,必须采用一个软启动电路,使电路从零状态到正常使用状态的过程中,控制输入PWM比较器的电压按台阶逐步增加.

图2是本文描述的软启动电路示意图,其中p为PWM比较器,比较器的负输入端的信号Vcs为电感电流检测电路的输出信号,正输入端的信号Vea为误差放大器的输出信号,Vst为软启动电路控制信号,电流Is为检测到的电感电流,此电流经过电阻Rs转换成电压Vcs,Clamp模块为钳位电路,分频器输出为两位控制信号,控制钳位电路的输出电压值,其输出波形如图3所示.整个电路的工作原理为:电路上电中,由于输出电压此时为零,所以反馈电压Vfb也为零,则此时误差放大器输出Vea为高电压,Vea此时对PWM比较器来说不起作用,PWM比较器的正输入端信号由软启动电路的输出信号Vst控制.电感电流检测电路检测电感电流并流过电阻Rs转换成电压Vcs,此时Vcs的大小由Vst控制,即Vcs的值不能超过Vst,否则比较器翻转,关闭开关管,进而限制了电流,达到软启动的效果.当输出电压达到稳定值时,此时PWM比较器的正输入端由误差放大器的输出决定,此时软启动电路的输出Vst对PWM比较器不起作用.具体波形如图4所示,图中只画出两个台阶,可以看到PWM比较器的输出占空比慢慢变大,实现了软启动的功能.

3电路设计

3.1钳位电路CLAMP模块

图5为CLAMP的结构示意图,其中I为基准电流源,VA和VB分别是分频信