专利名称：对电压转换器的自举电容充电的电路的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种电压转换器，特别是关于一种对电压转换器的自举(boostrap)电容充电的电路。
技术背景图1绘示电压转换器的一部分，控制器芯片10中的上桥驱动器102及下 桥驱动器104依据控制信号Ug-signal和Lg-signal,发出上桥驱动信号UG 及下桥驱动信号LG给电压转换器的功率级，以切换上桥晶体管14及下桥晶 体管16，将输入电压VIN转换成输出电压V0UT。假设控制器芯片IO的电源 电压V^和输入电压VIN相等，且图1的电压转换器没有二极管12和自举电容 CB。。map，则激活节点Boot上的电压即为提供给上桥驱动器102的驱动电压， 亦为上桥晶体管14的最大栅极电压，而此电压会等于上桥晶体管的电源电压 VIN。在上桥晶体管14导通，下桥晶体管16截止时，切换节点18的电压， 即上桥晶体管14的源极电压，等于输入电压VIN。因此，当上桥驱动器102 导通上桥晶体管14时，上桥晶体管14的栅极电压和源极电压立即相等，将 造成上桥晶体管14一导通后立即截止。所以公知的电压转换器必须在上桥驱 动器102的驱动电压和上桥晶体管14的源极之间，即在激活节点Boot和切 换节点18之间设置一自举电容CB。w，以提供上桥晶体管14的栅极和源极之 间所需的压差VB。。t。如图1所示，当上桥晶体管14被打开时，其栅极电压为(VIN+VB。。t)，自 举电容CBo。韭p强迫上桥晶体管14的栅极电压(VIN+VB。。t)与源极电压(VIN)之间 有一压差VB。。t,使上桥晶体管14得以维持导通。然而，当切换成上桥晶体管 14截止且下桥晶体管16导通时，切换节点18的电压因为接地而变成零，储存在自举电容CB。。化ap上的电荷会流失，造成电压VB。。t降低，因而需要对自举电 容CB。。s一再次充电使其上的电压VB。。t恢复到原先的准位。为此，公知的电压转 换器会设置一颗二极管l2连接在自举电容CB。。，p和电源V(x之间，以电源VCC对自举电容CB。。自p充电并防止电流倒灌。二极管12通常为齐纳二极管，如果 将二极管12设置在控制器芯片10外，系统设计便需要额外的组件，因此在 设计芯片时通常倾向于将二极管12设置在控制器芯片10内。此外，如果二极管12是设置在控制器芯片10内，其造成的压降Vdi。de将比设置在芯片外的齐纳二极管更大，可能是l伏特或更高，这使得激活节点Boot能得到的最大电压(Vd。de)变得更低。图2绘示另一种公知电压转换器的一部分，是以设置在控制器芯片20内， 具有较低导通电压的晶体管202 (例如MOSFET)取代图1的二极管12，使激活 接脚Boot上的电压最高可达(Vcx-Vj。晶体管202受同步信号SYNC控制，与 下桥晶体管24同步截止或导通。当上桥晶体管22截止，下桥晶体管24导通 时，晶体管202导通，电源Va对自举电容CB。。咖p充电。当上桥晶体管22导通， 下桥晶体管24截止时，晶体管202截止，防止电流逆流进入电源Vee，激活节 点Boot上的电压维持在(VIN+VB。。t)。然而，这种电压转换器虽改善了二极管 造成的压降，但激活节点Boot与切换节点18间的电压差固定为Vcc-Von而 无法调整，且晶体管202随下桥晶体管24同步切换，如此即无法减少切换损 耗。图3是又一种公知电压转换器的一部分，其是在图2的电压转换器中增 设一运算放大器(operational amplifier)做线性调节，以降低切换损耗。晶 体管308受同步信号SYNC控制，和下桥晶体管36同步导通或截止，但晶体 管308和电源V(x之间还有一晶体管304,从节点306取得的回授电压经电阻 Rl和R2分压后，提供给运算放大器302,运算放大器302再根据参考电压VREF 决定是否导通晶体管304,如此一来，只有在节点306的电压过低时晶体管 304才会将电源Vo;提供给晶体管308，再经由晶体管308对自举电容CB。。strap充电，而在晶体管304截止期间，晶体管308的同步切换《更不会造成切换损 耗。然而，由于运算放大器302需要补偿，因此必须另外设置电容32做为补 偿电路，也使得控制器芯片30增加一支接脚。发明内容本发明的目的之一，在于提供一种对电压转换器的自举电容充电的电路。 根据本发明， 一种对电压转换器的自举电容充电的电路，该电压转换器 包括一上桥晶体管及一下桥晶体管，该自举电容耦合在该上桥晶体管的源极 和该上桥晶体管的一上桥驱动器的驱动电源之间，该电路包括 一电源端， 连接一电源电压； 一第一晶体管，耦合该电源端及一回授节点； 一第二晶体 管，耦合该自举电容及该回授节点，与该下桥组件同步截止或导通；以及一 比较器，从该回授节点取得一回授电压，在该回授电压低于一参考电压时， 导通该第一晶体管，将该电源电压提供给该第二晶体管，该第二晶体管与该 电压转换器的下桥晶体管同步导通和截止，从而对该自举电容充电，以提供 该电压转换器的上桥晶体管的栅极和源极之间足够的电压。本发明没有二极管造成的过大压降以及晶体管过度切换造成的切换损 耗。然而，由于比较器不需要补偿电路，因此更节省一支接脚。除此之外， 由于运算放大器的反应速度慢，使得线性调节器补偿出来的频宽小，而比较 器的反应快，因此能得到更大的频宽。还可以使用具有磁滞的比较器以提高 系统稳定度。
图l是一种公知电压转换器的一部分； 图2是另一种公知电压转换器的一部分； 图3是又一种公知电压转换器的一部分； 图4是本发明的实施例；以及图5绘示图4的实施例中各信号的波形 符号说明10102上桥驱动器104下桥驱动器12二极管14上桥晶体管16下桥晶体管20心巧202晶体管22上桥晶体管24下桥晶体管30芯片302运算放大器304晶体管306节点308晶体管32电容34上桥晶体管36下桥晶体管40芯片402比较器404晶体管406晶体管42上桥晶体管44下桥晶体管具体实施方式
图4是本发明的实施例，晶体管406受同步信号SYNC控制，与下桥晶体 管44同步导通或截止，晶体管404连接在电源Vcc和晶体管406之间，受信号 CTL控制。在本实施例中，晶体管404和406使用金属氧化物半导体场效晶体 管(MOSFET),在其它的实施例中，亦可以使用例如接面场效晶体管(JFET)等 开关组件。晶体管404和406之间的节点电压V。。经电阻Rl和R2组成的分压 电路分压后，提供给比较器402做为回授电压VFB,比较器402根据回授电压 VFB是否低于参考电压VREF,产生信号CTL控制晶体管404。若回授电压VFB高于 参考电压VREF，晶体管404截止；若回授电压VFB低于参考电压V咖，信号CTL 便导通晶体管404,将电源Vcx提供给晶体管406,再经晶体管406对自举电容V^Boostrap <^L< L 。和图3的电压转换器相比，本发明同样没有二极管造成的过大压降以及 晶体管过度切换造成的切换损耗。然而，由于比较器402不需要补偿电路， 因此更节省一支接脚。除此之外，由于运算放大器的反应速度慢，使得线性 调节器补偿出来的频宽小，而比较器的反应快，因此能得到更大的频宽。较 佳者，使用具有磁滞的比较器以提高系统稳定度。图5绘示图4的实施例中各信号的波形，同步信号SYNC以固定的频率在 高准位和低准位之间切换，电压V。。以虛线表示。参照图4，当同步信号SYNC 在低准位时，下桥晶体管44导通，同时晶体管406导通，上桥晶体管42关 闭且其源极经下桥晶体管44接地，节点Boot的电压为VB。。t，也等于Vdd-Vi 当同步信号SYNC切换到高准位时，下桥晶体管44和晶体管406截止，上桥 晶体管42导通，上桥晶体管42的源极电压为VIN，此时Boot节点的电位等 于VIN+VB。。t。在同步信号SYNC从高准位切换到低准位时，储存在自举电容 CB。。自p上的电荷会流失一部分，使得电压V。。和节点Boot的电压往下掉，比较 器402探测到电压V。d降低，因而产生的信号CTL便从高准位切换到低准位， 将晶体管404导通。以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定 本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而 作修改或变化是可能的，实施例是解说本发明的原理以及让熟习该项技术者 以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企 图由申请专利范围及其均等来决定。
权利要求
1. 一种对电压转换器的自举电容充电的电路，其中的电压转换器包括一上桥晶体管及一下桥晶体管，一自举电容耦合在该上桥晶体管的源极和该上桥晶体管的一上桥驱动器的驱动电源之间，其特征在于，该电路包括一电源端，连接一电源电压；一第一晶体管，耦合该电源端及一回授节点；一第二晶体管，耦合该自举电容及该回授节点，与该下桥组件同步截止或导通；以及一比较器，从该回授节点取得一回授电压，在该回授电压低于一参考电压时，导通该第一晶体管。
2. 如权利要求1所述的对电压转换器的自举电容充电的电路，其中该比 较器是磁滞比较器。
3. 如权利要求1所述的对电压转换器的自举电容充电的电路，还包括一 分压电路连接该回授节点，将该回授节点的电压分压以产生该回授电压。
4. 如权利要求1所述的对电压转换器的自举电容充电的电路，其中该第 一及第二晶体管是金属氧化物半导体场效晶体管。
5. 如权利要求1所述的对电压转换器的自举电容充电的电路，其中该第 一及第二晶体管是接面场效晶体管。
全文摘要
本发明是一种对电压转换器的自举电容充电的电路，该电压转换器具有一上桥晶体管以及一下桥晶体管，该自举电容连接在该上桥晶体管的源极和一上桥驱动器的驱动电源之间，该电路包括一第一晶体管连接一电源电压及一回授节点，一第二晶体管连接该回授节点及该自举电容，该第二晶体管与该电压转换器的下桥晶体管同步导通和截止，一比较器从该回授节点取得一回授电压，在该回授电压低于一参考电压时导通该第一晶体管，将该电源电压提供给该第二晶体管，从而对该自举电容充电。
文档编号H02M3/155GK101247080SQ20071007885
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月16日 优先权日2007年2月16日
发明者吕绍鸿, 陈曜洲 申请人:立锜科技股份有限公司