辅助启动方法及辅助启动电路及应用其的降压变换器

摘要

本发明公开了一种辅助启动方法及辅助启动电路，应用于降压变换器，所述的降压变换器包括导通时间发生电路，导通时间发生电路通过对参考电压和斜波信号的比较来产生导通时间，所述的参考电压由储能元件提供；所述的辅助启动电路包括输出端电压采样电路，在降压变换器启动前，由输出端电压采样电路采样输出端电压给储能元件预充电，当储能元件的电压达到与输出端电压相对应的值时，则断开辅助启动电路，停止对储能元件充电，此时启动降压变换器。本发明还公开了一种包括辅助启动电路的降压变换器。本发明在降压变换器启动前对导通时间发生电路中的储能元件进行预充电，获得与输出端电压相对应的初始导通时间，不会产生负电流，降低了产品功耗。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种辅助启动方法及辅助启动电路及应用其的降压变换器。

背景技术

电源变换器被广泛应用于电子产品中，实现电压调节和功率转换。在某些应用场合下，可能存在“在电路启动前，输出端电压不为零”的情况。例如，在笔记本电脑的供电系统中，输入电压通过适配器再经电源变换器给系统供电或给电池充电，由于电池的存在，在电源变换器启动前，其输出端的输出电压不为零。以同步降压变换器为例，在采用固定导通时间的控制模式下，由于电路启动时导通时间控制电路中的比较基准为零，所以导通时间很短(当导通时间小于最小导通时间时，则采用设定的最小导通时间)，在输出电压不为零的情况下，在上述导通时间内电源变换器产生的输出电压难以达到初始输出电压，会造成输出端电压倒灌而产生负电流的现象，延长了启动时间，增加了产品的功耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种辅助启动方法及辅助启动电路及应用其的降压变换器，以解决现有技术中存在的启动时输出端电压不为零而产生负电流的问题。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的辅助启动电路，应用于降压变换器，所述的降压变换器包括导通时间发生电路，导通时间发生电路通过对参考电压和斜波信号的比较来产生导通时间，储能元件的电压作为所述的参考电压；所述的辅助启动电路包括输出端电压采样电路，在降压变换器启动前，由输出端电压采样电路采样输出端电压给储能元件预充电，当储能元件的电压达到与初始输出端电压相对应的值时，则断开辅助启动电路，停止对储能元件充电，此时启动降压变换器。

优选地，降压变换器启动后，根据参考电压由导通时间产生电路产生初始导通时间，使降压变换器产生大于或等于初始输出端电压的输出电压，以保持电感电流为正向电流。

优选地，所述的辅助启动电路还包括电压跟随器，所述的电压跟随器的输入端与输出端电压采样电路连接，其输出端与储能元件连接。

优选地，辅助启动电路还包括控制其通断的开关，所述的开关设置在电压跟随器与储能元件之间。

优选地，所述的输出端电压采样电路为由两个电阻串联而成的分压电路。

本发明的另一技术解决方案是，提供一种以下步骤的辅助启动方法，应用于降压变换器，所述的降压变换器包括导通时间发生电路，导通时间发生电路通过对参考电压和斜波信号的比较来产生导通时间，储能元件的电压作为所述的参考电压；

所述辅助启动方法的步骤如下：在降压变换器启动前，给储能元件预充电，当储能元件的电压达到与输出端电压相对应的值时，则停止对储能元件充电，此时启动降压变换器。

优选地，降压变换器启动后，根据参考电压产生初始导通时间，使降压变换器产生大于或等于初始输出端电压的输出电压，以保持电感电流为正向电流。

本发明的又一技术解决方案是，提供一种以下结构的降压变换器，包括上述结构的辅助启动电路。

采用本发明的结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：本发明在降压变换器启动前对导通时间发生电路中的储能元件进行预充电，以产生与输出端电压相对应的初始导通时间，完成辅助启动后则断开充电，降压变换器由于获得了与输出端电压相对应的初始导通时间，所以不会产生负电流，缩短启动时间，降低了产品功耗。

附图说明

图1为本发明辅助启动电路及应用其的降压变换器的结构示意图；

图2为现有技术的启动工作波形图。

图3为本发明的启动工作波形图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的辅助启动方法及辅助启动电路及应用其的降压变换器作更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以在此描述基础上，在权利要求的范围内对本发明具体电路进行变换和替换，而仍然实现本发明的有利效果。下列描述并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心在于，提供一种辅助启动电路，应用于降压变换器，所述的降压变换器包括导通时间发生电路，导通时间发生电路通过对参考电压和斜波信号的比较来产生导通时间，所述的参考电压由储能元件提供；所述的辅助启动电路包括输出端电压采样电路，在降压变换器启动前，由输出端电压采样电路采样输出端电压给储能元件预充电，当储能元件的电压达到与初始输出端电压相对应的值时，则断开辅助启动电路，停止对储能元件充电，此时启动降压变换器。

进一步地，本发明还提供一种辅助启动方法，应用于降压变换器，所述的降压变换器包括导通时间发生电路，导通时间发生电路通过对参考电压和斜波信号的比较来产生导通时间，所述的参考电压由储能元件提供；

所述辅助启动方法的步骤如下：在降压变换器启动前，给储能元件预充电，当储能元件的电压达到与输出端电压相对应的值时，则停止对储能元件充电，此时启动降压变换器。

参考图1所示，示意了辅助启动电路及应用其的降压变换器。所述的降压变换器包括主功率开关管Q1和同步开关管Q2，由PWM控制器来控制主功率开关管Q1和同步开关管Q2的开关状态，PWM控制器输出占空比信号duty cycle，占空比信号duty cycle控制Q1的开关状态。PWM控制器根据输出电压反馈电路来开通主功率开关管Q1，根据导通时间来关断主功率开关管Q1。所述的导通时间由导通时间产生电路产生，导通时间产生电路包括斜波电路和储能元件，斜波电路产生斜波信号，对斜波信号和储能元件的电压进行比较，从而产生导通时间，当该导通时间低于设定的最小导通时间时，则以最小导通时间作为最终的导通时间，即在导通时间电路产生的导通时间和最小导通时间中取最大值作为最终的导通时间。斜波电路包括电流源I、开关Q5和电容C2。

所述的储能元件采用电容C1，在降压变换器启动前，若不对电容C1进行预充电的情况下，电容C1上的电压为零。由于使用场合的特殊性，在降压变换器还没有启动前，其输出端的电压不为零，此时在降压变换器启动时，导通时间产生电路产生的导通时间很短，一般小于最小导通时间，难以产生于输出端电压相匹配的输出电压，则会在电路中产生负电流的现象。故图1中采用辅助启动电路来解决这一问题，即在降压变换器启动之前，对电容C1进行预充电，使其达到与输出端电压相对应的值，这一值是根据输出端电压而得出的，在满足一定导通时间的前提下，可使降压变换器在启动时的第一开关周期后，其输出电压达到初始输出端的电压值，从而防止负电流现象的发生。

通过初始输出端电压可以反推，若降压变换器产生与初始输出电压相等的输出电压时，可以得出电容C1上的参考电压Vref1，令电流源I＝Vin/R，Vref1＝Vin/R·D·R1，D为占空比信号duty cycle的占空比值，R和R1均为已知量，根据上述等式，选取输出端电压采样电路中电阻R2、R3的阻值，并得出初始导通时间T_on。即辅助启动电路要将电容C1的电压预充电至Vin/R·D·R1，那么输出端电压Vout·R3/(R2+R3)＝Vin/R·D·R1，Vout为输出端电压，从而得出R3/(R2+R3)＝R1/R。根据斜波信号与Vref1的关系可知，Vref1＝Vin/R/C1·T_on(T_on为导通时间产生电路所产生的导通时间)，T_on＝D·R1·C1。

辅助启动电路包括输出端电压采样电路，输出端电压采样电路采用由R2和R3组成的分压电路，在降压变换器启动前，可由分压电路直接对电容C1进行充电以使其达到相应的参考电压Vref1。若启动前输出端电压较大时，则相应的参考电压Vref1也较大，为了提高辅助启动电路的电流承载能力，在分压电路与电容C1之间增加了电压跟随器A，电压跟随器A输入端接入分压电路，输出端给电容C1充电，其输入端和输出端的电压相等。电压跟随器有多种实现方式，包括但不限于晶体管射极跟随器和集成运放电压跟随器。

开关Q3用于控制充电的状态，降压变换器启动前，开关Q3闭合，从而对电容C1充电，当充电至相应的参考电压Vref1时，则断开Q3停止充电，此时启动降压变换器，在第一个导通时间后即能产生与初始输出端电压相等的输出电压，有效地防止出现负电流的现象。

在降压变换器启动后，辅助启动电路停止工作，由参考电压产生电路根据输出电压(由占空比值D来表征)来产生相应的参考电压，从而对电容C1的电压进行调节。所述的参考电压产生电路包括电流源I、开关Q4和电阻R1，所述的开关Q4的控制端由占空比信号duty cycle控制。

参考图2所示，图2示意了现有技术降压变换器的启动过程和工作波形，Power表示开始供电的时间，Q1表示Q1的导通时间，I_L表示电感电流的大小，Vout表示输出电压的大小。开始供电后，启动降压变换器，由于存在初始输出端电压，而又无法产生与输出端电压相匹配的导通时间(初始导通时间一般为最小导通时间)，因而电感电流I_L会出现一段时间的负电流现象，输出端电压也随之降低，待基准电压达到与输出端电压相应的值时，电感电流I_L随之上升为正值。

参考图3所示，图3示意了采用了本发明的电路结构下的启动过程和工作波形，输出端电压Vout不为零的情况下，在开始供电后，Q3导通，由辅助启动电路对电容C1进行充电，充电至与输出端电压相对应的参考电压值时，开启降压变换器，产生与输出端电压相对应的导通时间，此时降压变换器能够输出与初始输出端电压相等的输出电压，因此电感电流I_L不会产生负电流的现象，输出端电压Vout也会随之上升。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。