一种应用于Boost转换器的近阈值电压自启动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种应用于Boost转换器的近阈值电压自启动电路。
【背景技术】
[0002]在能量获取电路中，Boost转换器一般对能量传感器的输出电压进行稳压，为后级电路提供稳定的直流电压。但是由于能量传感器的输出一般可以低达几百毫伏甚至几十毫伏，传统的Boost电路一般无法在如此低的电源电压下进行启动。为了降低Boost电路的启动电压，一般使用低阈值的MOS管对整个电路进行启动，但是这增加了成本。因此对于能量获取电路来说，设计一个低成本，近阈值自启动电路对于降低整个Boost转换器的启动电压具有重要意义。本发明提供了一种兼容标准CMOS工艺的近阈值自启动电路，该启动电路可以将整个Boost转换器的启动电压降到阈值电压以下。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种应用于Boos t转换器的近阈值电压自启动电路。
[0004]技术方案:一种应用于Boost转换器的近阈值电压自启动电路，包括:
[0005]低压振荡器I，该低压振荡器I由输入电压Vin供电，为低压比较器以及Vin倍压电路提供时钟；
[0006]低压振荡器Π，该低压振荡器Π由输出电压Vqut供电，为时钟倍压电路提供时钟信号；
[0007]Vin倍压电路，该Vin倍压电路由Vin供电，用于产生一个比输入电压Vin更高的直流电压，给辅助启动管N2_S供电；
[0008]低压比较器，该低压比较器由输入电压Vin供电，用于比较输入电压Vin和输出电压Volit的值，实现模式切换；
[0009]Vqut检测电路，该Vqut检测电路由输出电压V.供电，用于检测输出电压，控制电路辅助启动管N1_S的工作状态；
[0010]时钟倍压电路，该时钟倍压电路由输出电压Vqut供电，用于驱动辅助启动管N1_S;[0011 ]辅助启动管N1_S，该辅助启动管在启动阶段通过开关操作给输出电容充电；
[0012 ]辅助启动管N2_S，该辅助启动管在启动阶段通过输入电压Vin给输出电容充电；
[0013]所述低压振荡器I的电源电压连接到输出电压VQUT，所述低压振荡器I的输出端与时钟倍压电路的输入端相连；
[0014]所述低压振荡器Π的电源电压连接到输入电压Vin，所述低压振荡器Π的输出端分别与Vin倍压电路的输入端、低压比较器的输入端相连；
[0015]所述时钟倍压电路的电源电压连接到输出电压VQUT，所述时钟倍压电路的输入端和所述低压振荡器I的输出端相连，所述时钟倍压电路的输出端连接到辅助启动管N1_S的栅极；
[0016]所述Vin倍压电路的电源电压连接到所述输入电压Vin，所述Vin倍压电路的输入端连接到所述低压振荡器Π的输出端，所述Vin倍压电路的输出端连接到所述辅助启动管N2_S的栅极；
[0017]所述低压比较器的正向输入端连接到所述输入电压VIN，所述低压比较器的反向输入端连接到输出电压VQUT，所述低压比较器的电源电压连接到所述输入电压Vin，所述低压比较器的时钟输入端连接到所述低压振荡器Π的输出端，所述低压比较器的输出端CTRLl连接到数字控制电路的输入端CTRLl;
[0018]所述VciUT检测电路的电源电压由输出电压VciUT提供，所述Vciut检测电路的输出端CTRL2连接到数字控制电路的输入端CTRL2 ；
[0019]辅助启动管N1_S，所述辅助启动管N1_S的栅极连接到所述时钟倍压电路的输出端，所述辅助启动管N1_S的源极接地，所述辅助启动管N1_S的漏极和SW点相连，
[0020]辅助启动管N2_S，所述辅助启动管N2_S的栅极和所述Vin倍压电路的输出端相连，所述辅助启动管吧_5的漏极和SW点相连，所述辅助启动管N2_S的源极和输出电压Vqut相连。
[0021]进一步地，所述Vqut检测电路包括NMOS管N1、反相器INVl、M0S管Pl和PMOS管P2，
[0022]匪OS管NI的栅极接偏置电压VB，匪OS管NI的源极接地，NMOS管NI的漏极和反相器INVl的输入相连，PMOS管Pl的源极和电源电压相连，MOS管Pl的栅极接地，MOS管Pl的漏极和反相器INVl的输入端相连，反相器INVl的输入端和NMOS管NI的漏极相连，反相器INVl的输出端和PMOS管P2的栅极相连，PMOS管P2的栅极和反相器INV2的输出端相连，PMOS管P2的源极和电源电压VDD相连，PMOS管P2的漏极和反相器INVl的输入相连。
[0023]本发明公开的一种应用于Boost转换器的近阈值电压自启动电在低输入压下的启动过程分为三个阶段，Vin充电阶段，V.升压阶段，启动加速阶段。
[0024]在Vin充电阶段，只有低压振荡器Π，低压比较器，Vin倍压电路正常工作，其余电路都停止工作，低压振荡器Π产生一个时钟信号，该时钟信号驱动Vin倍压电路产生一个高于Vin的直流电压，该直流电压和辅助启动管N2_S的栅极相连，此时由于输出电压低于输入电压，因此电流便通过电感L和以及吧_5流向输出，由于辅助启动管N2_S的宽长比很小，因此该结构可以限制电感的峰值电流。当输出电压接近Vin时，低压比较器输出低电平，实现模式切换，整个电路进入第二阶段；
[0025]进入第二阶段以后，低压振荡器Π，低压比较器，Vin倍压电路停止工作，低压振荡器I开始工作，该振荡器产生一个时钟信号，由于振荡器的输出电压很低，因此时钟倍压电路将时钟倍压，并且驱动辅助启动管N1_S，通过N1_S的操作，使得输出电压逐步上升。当输出电压上升到一定值以后，Vqut检测电路通过CTRL2控制电路进入第三阶段，
[0026]进入第三阶段后，低压振荡器Π停止工作，时钟倍压电路停止工作，此时电路的主功率管NI正常开关，进行同步整流，加速启动过程。
[0027]有益效果:本发明公开的一种应用于Boost转换器的近阈值电压自启动电路具有以下有益效果:
[0028]1、可以使boost转换器在直流输入电压低于内部MOS器件阈值电压的条件下正常启动工作；
[0029]2、有效缩短boost转换器在直流输入电压低于内部MOS器件阈值电压时的启动时间。
【附图说明】
[0030]图1为本发明公开的一种应用于Boost转换器的近阈值电压自启动电路的结构示意图；
[0031 ]图2为低压振荡器I的电路图；
[0032]图3为时钟倍压电路的电路图；
[0033]图4为Vin倍压电路的电路图；
[0034]图5为Vqut检测电路的电路图；
[0035]图6为低压比较器的电路图；
[0036]图7为本发明公开的一种应用于Boost转换器的近阈值电压自启动电路的启动过程不意图。
【具体实施方式】
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[0037]下面对本发明的【具体实施方式】详细说明。
[0038]如图1所不，输入电压ViN的一端接地，输入电压Vin的另一端和电感L的一端相连，电容Cin的一端接地，电容Cin另一端和电感L的一端相连，电感L的一端和输入电压Vin相连，电感L的另一端和辅助启动管N1_S的漏极相连，
[0039 ]低压振荡器I由输出供电，低压振荡器I的输出端和时钟倍压电路的输入端相连；
[0040]低压振荡器Π由输出供电，低压振荡器Π的输出和Vin倍压电路的输入端、低压比较器的时钟输入端相连，
[0041 ] 低压比较器的正向输入端和输入电压Vin相连，反向输入端和输出电压Vciut相连，低压比较器的输出端CTRLl和输入逻辑的输入端相连，
[0042 ]时钟倍压电路由Vciut供电，时钟倍压电路的输入端和低压振荡器的输出端相连，时钟倍压电路输出和辅助启动管N1_S的栅极相连；
[0043]Vin倍压电路的电源由Vin供电，Vin倍压电路的输入端和低压振荡器Π的输出端相连，Vin倍压电路的输出和N2_S的栅极相连；
[0044]辅助启动管N1_S的栅极和时钟倍压的输出相连，源极接地，漏极和SW点相连；
[0045]辅助启动管吧_5的栅极和Vin倍压的输出相连，源极和输出Vqut相连，漏极和SW点相连。
[0046]Vqut检测电路的电源电压由Vqut供电，输出端CTRL2和数字控制电路的输入端CTRL2相连。
[0047]主功率管NI的源极接地，漏极和SW点相连，栅极和数字控制电路的输出相连，
[0048]主续流管N2的源极和输出Vqut相连，栅极和数字控制电路的输出Ndl相连，漏极和SW点相连。
[0049]电流检测的输出端和迟滞比较器的正向输入端相连，输出滤波电容CL的一端接地，另一端和主续流管的漏极相连，电阻Rl的一端和输出端Vciut相连，另一端和电阻R2的一端相连，电容R2的一端接地，电容R2的另一端和电阻Rl的一端相连，
[0050]误差放大器的反向输入端和电阻R1、R2的公共端相连，正向输入端和基准电压REF相连，输出和迟滞比较器的反向输入端相连。
[0051]迟滞比较器的正向输入端和电流检测的输出相连，迟滞比较器的反向输入端和误差放大器的输出相连，输出和数字控制电路的输入相连。
[0052]数字控制电路有三个输入端一个输出端，数字控制电路的一个输入端和迟滞比较器的输出端相连，一个输入端CTRLl和低压比较器的输出端相连，一个输入端CTRL2和Vout检测电路的输出端相连。数字控制电路的一个输出Ndl和主功率管的栅极相连，数字控制电路的另一个输出和主续流管的输出Ndl相连。
[0053]为了更好地解释该电路的工作原理，