[发明专利]DC-DC调节器及其软启动的控制方法、控制器

说明书

本发明公开了一种DC‑DC调节器及其软启动的控制方法、控制器，用以实现DC‑DC调节器的快速软启动，进而提高系统的响应速度。其中，DC‑DC调节器软启动的控制方法包括：控制器确定DC‑DC调节器当前的供电状态；其中，所述供电状态为电池供电或者非电池供电；所述控制器根据所述供电状态，对DC‑DC调节器中的LDO模块以及DC‑DC调节器中的DC‑DC模块的工作状态进行控制，使所述DC‑DC调节器输出需要的电压值。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及直流(Direct Current,DC)-DC调节器及其软启动的控制方法、控制器。

背景技术

随着便携式电子产品在通信、计算机及消费类电子等领域中的不断增长，对电源管理系统的集成电路(Integrated Circuit，IC)的需求也呈上升趋势。而DC-DC调节器作为一种开关电源，由于在宽输入电压范围和宽负载范围条件下具有杰出的效率表现，而被广泛应用。常见的DC-DC调节器的主要组成模块如图1所示，其中包括但不限于误差放大器(Error Amplifier，EA)模块、脉宽调制器(Pulse-Width Modulator，PWM)模块、功率级(Power Stage，PS)模块。DC-DC调节器通过将误差信号转换成占空比控制信号去驱动开关工作，而在启动阶段，误差放大器处于非平衡状态，使得环路处于100％占空比工作，因此会有很大的浪涌电流灌入输出电容，这个电流将损耗开关管和其他器件。

结合图2所示的电压模BUCK型DC-DC调节器的工作环路，在启动初始阶段，输出电压远低于设定值，所以反馈电压FB远低于基准电压，使得误差放大器处于非平衡状态，误差放大器输出为高电平，即VC为高电平，由图2可知，此时环路处于100％占空比工作。而此时输出电容COUT处于完全放电状态，因此会有很大的浪涌电流灌入COUT(图2中标注为inrush电流)。浪涌电流的大小取决于电容的大小值、输出电压、以及启动时间。电容上电压的变化与电流的关系可表示为：

其中，C表示电容值，V_C表示电容上的电压值，I_C表示流经电容的电流值。由式(1)可知，电容上的电流与电容值大小成正比，并且与电容上电压的变化率也成正比。对于输出电容COUT，假设输出电压VOUT成线性增加，启动时间为Ts，则COUT上的浪涌电流I_nrush可以表示为：

假设COUT＝100uf，Vout＝2V，Ts＝20us代入式(2)，得到的浪涌电流为10A。对于应用系统来说，浪涌电流远远超过其最大的额定电流。

为此，软启动电路应运而生，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。

在目前应用的开关电源软启动(soft start)电路中主要有以下三种，如图3所示。第一种是采用电容，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；第二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；第三种是采用微控制器来控制启动过程的纯数字控制，这种软启动电路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。

图4对应于采用图3所示的三种软启动电路实现DC-DC调节器软启动的波形，其中Vsoftstart表示软启动过程中的输出电压。

然而，采用现有的软启动电路虽然可以避免浪涌电流的产生，但是这种实现方式导致DC-DC调节器的启动时间过长。而在超低功耗片上系统(System on a Chip，SOC)、无线应用中，电源部分(如PMU系统)的工作时间很短，因而常常要求DC-DC调节器软启动的时间不能太长。