专利名称：一种低压增强的自举电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及驱动电路技术领域，特别涉及一种低压增强的自举电路。
背景技术：
随着直流降压集成电路的发展，输入电压的范围要求越来越宽。一方面是为了适 应在某些输入电压波动很大的场合应用，另一方面也可以简化上游厂商的材料维护及使用 成本。参见图1，该图为现有技术中带外置肖特基管的同步直流降压电路中自举低压驱 动电路。为了能在更低的电压下工作，传统直流降压电路要求输入电压PVIN为较低电压 时，外接一个从输入端到自举端BS的肖特基管Dl。该自举低压驱动电路分为电感L的充电 周期和放电周期。在电感L的充电周期，上功率管m导通，下功率管N2截止，电流从PVIN流经上功 率管m到电感L，再分别通过输出电容Cout、反馈电阻Rl及R2和负载到地。在电感L的 充电过程中，PVIN既向电感L充入能量，同时又提供了此周期的负载电流。SW近似为PVIN 电平，此时BS端到地的电平为SW端的电平加上电容Cboost上的电平。在电感L的放电周期，上功率管m截止，下功率管N2导通，电感L存储的能量分 别通过输出电容Cout、反馈电阻Rl及R2和负载到地，再通过下功率管N2到电感L。Sff端 近似为地电位，PVIN通过电压调整器向电容Cboost充电。图2是现有技术中带外置肖特基管的非同步直流降压电路中自举低压驱动电路。 需要说明的是，非同步与同步的区别是非同步中用二极管D2来代替同步中的下功率管N2。下面结合图3详细介绍图1和图2中的电压调整器的内部结构图。在图3中，VIN215为外接电源；Vref201为内部参考电源；BJT203和BJT204为输
入差分NPN管。图3中的小的虚框内的电路可以等效为一个运放，用217表示。当运放217平衡 时，电阻207乘以流过其上的电流为功率PMOS管208的驱动电压。随着BJT203和BJT204 输入端不平衡，则电阻207上的电流增加，直至达到最大驱动能力。但电阻207与NJFET205 结合点的电压不能无限降低，最终使BJT203饱和，电流源Isink电流沉饱和。当SW为高电平时，二极管214反向截止。当SW为低电平时，分压电阻212与213 分压，并将分压电压反馈给运放217。传统电路的缺点是电阻207的端电压受限，随着PVIN的降低，BJT203进入饱和区， 其最低电压为Vref-0. 4V。由此，功率PMOS管208的栅源驱动电压只有Vin_Vref+0. 4V。从 图3中，可以通过降低Vref来提高低压的驱动能力。但最低只能使功率PMOS管208的栅 源电压达到Vin-0. 4V。这样，当功率PMOS管208的栅源电压较低时，将导致自举低压驱动 电路中的上功率管m不能成功开启，这个将造成整个直流降压电路的开关功耗增大，进而
3导致整个直流降压电路进入过温保护状态。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种低压增强的自举电路，能够保证在较低 的输入电压时，整个自举低压驱动电路有更强的驱动能力。本实用新型实施例提供一种低压增强的自举电路，包括电压比较模块、选择模 块、电压调整器和开关管；所述电压比较模块将采集的电压和预定阀值电压比较，将比较结果发送给所述选 择模块；当所述比较结果为采集的电压大于预定阀值电压时，所述选择模块选择将输入电 压通过所述电压调整器为直流降压电路的自举端供电；当所述比较结果为采集的电压小于 或等于预定阀值电压时，所述选择模块选择将输入电压通过闭合的所述开关管为所述直流 降压电路的自举端供电。优选地，所述采集的电压为所述输入电压或电压调整器的内部电压。优选地，当所述采集的电压为所述输入电压时，所述电压比较模块包括由第一 PMOS管和第二 PMOS管组成的第一镜像电流源，NJFET管的漏极连接输入 电压PVIN，源极连接第一 PMOS管的源极和第二 PMOS管源极；第一 PMOS管的漏极通过第一电流源Isink接地，同时第一 PMOS管的漏极连接RS 触发器的复位端R ；第一 PMOS管的栅极和第二 PMOS管的栅极耦接；第二 PMOS管的栅极和漏极耦接，第二 PMOS管的漏极连接第一 NPN管的集电极；第一 NPN管的基极依次通过串联的第二开关S2和参考电压源Vref接地；第一NPN管的基极依次通过串联的第一电阻和第一开关Sl接地；电压调整器中的 运放中的第二 NPN管的基极通过所述第一开关Sl接地；所述第一 NPN管的发射极连接所述第二 NPN管的集电极；RS触发器的输出端Q连接所述选择模块的输入端。优选地，当所述采集的电压为所述输入电压时，所述选择模块包括第三PMOS管和第四PMOS管组成的第二镜像电流源，第三PMOS管的源极和第四 PMOS管的源极均连接电源VDD ；第三PMOS管的栅极连接第四PMOS管的栅极；第四PMOS管 的漏极和栅极耦接；RS触发器的置位端S连接第三PMOS管的漏极；第三PMOS管的漏极通过第二电流源Isink2接地；RS触发器的输出端Q通过驱动模块连接第一 NMOS管的栅极，第一 NMOS管的源极 通过第二电阻接地，漏极连接电压调整器中的功率PMOS管的栅极；第四PMOS管的集电极连接第四PMOS管的漏极，第四NPN管的发射极接地，第四 NPN管的基极通过所述第二电阻接地。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点该低压增强的自举电路，包括电压比较模块、选择模块和开关管，当电压比较模块 采集的电压大于预定阀值电压时，选择模块选择输入电压通过电压调整器为直流降压电路的自举端供电；当电压比较模块采集的电压小于或等于预定阀值电压时，所述选择模块选 择输入电压通过闭合的所述开关管为所述直流降压电路的自举端供电。本实用新型通过 选择模块根据电压比较模块的比较结果选择自举电路工作在电压调整器工作状态，还是工 作在开关状态。当输入电压大于预定阀值电压时，输入电压通过电压调整器在放电周期 向Cboost充电，当输入电压小于或等于预定阀值电压时，输入电压通过导通的开关管向 Cboost供电。这样采取二元工作方案，可以降低输入电压对自举电路的影响。
图1是现有技术中带外置肖特基管的同步直流降压电路中自举低压驱动电路；图2是现有技术中带外置肖特基管的非同步直流降压电路中自举低压驱动电路；图3是图1和图2中的电压调整器的内部结构图；图4是本实用新型提供的同步直流低压增强的自举电路结构图；图5是本实用新型提供的非同步直流低压增强的自举电路结构图；图6是图4和图5中虚线框内的电路结构图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图对本 实用新型的具体实施方式
做详细的说明。参见图4，该图为本实用新型提供的同步直流低压增强的自举电路结构图。本实施例提供的低压增强自举电路，包括电压比较模块A、选择模块B、电压调整 器C和开关管P;所述电压比较模块A将采集的电压和预定阀值电压比较，将比较结果发送给所述 选择模块B ；需要说明的是，所述采集的电压为反映输入电压PVIN大小的一个电压，可以为输 入电压PVIN或电压调整器C的内部电压。当所述比较结果为采集的电压大于预定阀值电压时，所述选择模块B选择将输入 电压PVIN通过所述电压调整器C为直流降压电路的自举端BS供电；当所述比较结果为采 集的电压小于或等于预定阀值电压时，所述选择模块B选择将输入电压PVIN通过闭合的所 述开关管P为所述直流降压电路的自举端BS供电。需要说明的是，PVIN同时连接电压调整器C的电源端和开关管P的漏极，用于为 电压调整器C和开关管P提供电源。需要说明的是，整个电路上电时，设定自举电路工作在电压调整器模式，这样才能 防止瞬态上电时，损坏电压调整器中的功率PMOS管。需要说明的是，为了防止在充电周期，BS端的电压向PVIN倒灌电流，功率PMOS管 的漏极通过第三二极管D3连接自举端BS。图4对应的实施例是本实用新型提供的同步直流低压增强的自举电路，图5是本 实用新型提供的非同步直流低压增强的自举电路，可以理解的是，两者的区别仅是在于直 流降压电路部分的不同，与背景技术部分介绍的相同，其中，同步直流低压增强的自举电路 中的直流降低电路包括两个NMOS管，而非同步直流低压增强的自举电路中的直流降压电路包括一个NMOS管和一个二极管。 需要说明的是，所述开关管P可以为电压调整器C中的功率PMOS管，两者复用一 个PMOS管。本实施例提供的低压增强自举电路，通过电压比较模块比较检测的输入电压PVIN 和预定阀值电压的大小，由选择模块根据比较的结果选择自举电路工作在电压调整器工作 状态，还是工作在开关状态。当输入电压PVIN大于预定阀值电压时，PVIN通过电压调整器 在放电周期向Cboost充电，当PVIN小于或等于预定阀值电压时，PVIN通过导通的开关管 向Cboost供电。这样采取二元工作方案，可以降低输入电压PVIN对自举电路的影响，避免 当PVIN较低时，造成自举电路的驱动能力较弱。下面结合图6详细介绍本实用新型提供的低压增强自举电路的构成及工作原理。参见图6，该图为图4和图5中虚线框内的电路结构图。第一 PMOS管420和第二 PMOS管421组成第一镜像电流源，NJFET管419为第一 镜像电流源提供VDD电源。NJFET419管的漏极连接输入电压PVIN，源极连接第一 PMOS管 420的源极和第二 PMOS管421源极。第一 PMOS管420的漏极通过第一电流源Isink接地，同时连接RS触发器的复位 端Ro第一 PMOS管420的栅极和第二 PMOS管421的栅极耦接。第二 PMOS管421的栅极和漏极耦接，同时第二 PMOS管421的漏极连接第一 NPN 管422的集电极。第一 NPN管422的基极依次通过串联的第二开关S2和参考电压源Vref接地。第一 NPN管422的基极还依次通过串联的第一电阻403和第一开关S 1接地。同 时，电压调整器中的运放417中的第二 NPN管的基极通过所述第一开关S 1接地。所述第一 NPN管的发射极连接所述第二 NPN管的集电极。所述RS触发器429的输出端Q通过驱动模块430连接第一 NMOS管424的栅极， 第一 NMOS管424的源极通过第二电阻425接地，漏极连接电压调整器中的功率PMOS管408 的栅极。第三PMOS管428和第四PMOS管427组成第二镜像电流源，第三PMOS管428的源 极和第四PMOS管427的源极均连接电源VDD。第三PMOS管428的栅极连接第四PMOS管 427的栅极。第四PMOS管427的漏极和栅极耦接。RS触发器的置位端S连接第三PMOS管428的漏极。第三PMOS管428的漏极通过第二电流源Isink2接地。第四PMOS管427的漏极通过第四NPN管426接地，具体为，第四PMOS管426的集 电极连接第四PMOS管427的漏极，第四NPN管426的发射极接地，第四NPN管426的基极 通过所述第二电阻425接地。下面介绍以上电路的工作原理。在输入电压PVIN的下降周期，随着PVIN的降低，第二 NPN管403将进入饱和状 态，随之第二 NPN管403的基极电流增大，导致第一电阻423上的电压大于第一 NPN管422 的开启电压，从而第一 NPN管422导通，流过第一 NPN管422的电流通过第一镜像电流源镜 像到第一电流源Isink上。当第一 NPN管422集电极的电流大于第一电流源Isink的电流
6时，RS触发器429的复位端R有效，从而RS触发器429输出逻辑电平0，经过驱动模块430 驱动第一 NMOS管424导通，从而将功率PMOS管408的栅极接地，此时功率PMOS管408的 栅源驱动电压VGS就等于输入电压PVIN。同时，RS触发器429将导通第一开关Si，截止第 二开关S2。从而使整个电路工作于开关状态。在输入电压PVIN的上升周期，随着PVIN的增大，PVIN通过分压电阻407和第二 电阻425的分压驱动第四NPN管426，当第二电阻425上的电压大于第四NPN管426的开 启电压时，第四NPN管426导通，这样第四NPN管426上的电流被第二镜像电流源镜像到第 三PMOS管428上，并与第二电流源Isink2的电流相比，当大于第二电流源Isink2上的电 流时，RS触发器429翻转，输出逻辑电平0，通过驱动模块430关闭第一 NMOS管424，从而 整个电路处于电压调整器工作状态。本实施例提供的低压增强自举电路，当输入电压PVIN较低时，整个电路工作于开 关状态，可以使功率PMOS管408的栅源驱动电压VGS等于输入电压，从而可以保证为自举 端BS提供较高的驱动电压。当输入电压PVIN较高时，整个电路工作于电压调整器状态，从 而为BS到SW提供稳定的电压。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何 熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的 方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的 等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对 以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的 范围内。
权利要求一种低压增强的自举电路，其特征在于，包括电压比较模块、选择模块、电压调整器和开关管；所述电压比较模块将采集的电压和预定阀值电压比较，将比较结果发送给所述选择模块；当所述比较结果为采集的电压大于预定阀值电压时，所述选择模块选择将输入电压通过所述电压调整器为直流降压电路的自举端供电；当所述比较结果为采集的电压小于或等于预定阀值电压时，所述选择模块选择将输入电压通过闭合的所述开关管为所述直流降压电路的自举端供电。
2.根据权利要求1所述的低压增强的自举电路，其特征在于，所述采集的电压为所述 输入电压或电压调整器的内部电压。
3.根据权利要求2所述的低压增强的自举电路，其特征在于，当所述采集的电压为所 述输入电压时，所述电压比较模块包括由第一 PMOS管和第二 PMOS管组成的第一镜像电流源，NJFET管的漏极连接输入电压 PVIN,源极连接第一 PMOS管的源极和第二 PMOS管源极；第一 PMOS管的漏极通过第一电流源Isink接地，同时第一 PMOS管的漏极连接RS触发 器的复位端R ；第一 PMOS管的栅极和第二 PMOS管的栅极耦接；第二 PMOS管的栅极和漏极耦接，第二 PMOS管的漏极连接第一 NPN管的集电极； 第一 NPN管的基极依次通过串联的第二开关S2和参考电压源Vref接地； 第一NPN管的基极依次通过串联的第一电阻和第一开关Sl接地；电压调整器中的运放 中的第二 NPN管的基极通过所述第一开关Sl接地；所述第一 NPN管的发射极连接所述第二 NPN管的集电极； RS触发器的输出端Q连接所述选择模块的输入端。
4.根据权利要求3所述的低压增强的自举电路，其特征在于，当所述采集的电压为所 述输入电压时，所述选择模块包括第三PMOS管和第四PMOS管组成的第二镜像电流源，第三PMOS管的源极和第四PMOS 管的源极均连接电源VDD ；第三PMOS管的栅极连接第四PMOS管的栅极；第四PMOS管的漏 极和栅极耦接；RS触发器的置位端S连接第三PMOS管的漏极； 第三PMOS管的漏极通过第二电流源Isink2接地；RS触发器的输出端Q通过驱动模块连接第一 NMOS管的栅极，第一 NMOS管的源极通过 第二电阻接地，漏极连接电压调整器中的功率PMOS管的栅极；第四PMOS管的集电极连接第四PMOS管的漏极，第四NPN管的发射极接地，第四NPN管 的基极通过所述第二电阻接地。
专利摘要本实用新型提供的低压增强的自举电路，包括电压比较模块、选择模块、电压调整器和开关管；电压比较模块将采集的电压和预定阀值电压比较，将比较结果发送给选择模块；当比较结果为采集的电压大于预定阀值电压时，选择模块选择输入电压通过电压调整器为直流降压电路的自举端供电；当比较结果为采集的电压小于或等于预定阀值电压时，选择模块选择输入电压通过闭合的开关管为直流降压电路的自举端供电。当输入电压大于预定阀值电压时，输入电压通过电压调整器在放电周期向Cboost充电，当输入电压小于或等于预定阀值电压时，输入电压通过导通的开关管向Cboost供电。这样采取二元工作方案，可以降低输入电压对自举电路的影响。
文档编号H03K19/0185GK201629731SQ20102015601
公开日2010年11月10日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者张洪波, 张炜, 杜红越, 陈文 申请人:Bcd半导体制造有限公司