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CN100521479C - 同步升压转换器的低电压启动电路及其方法 - Google Patents

同步升压转换器的低电压启动电路及其方法 Download PDF

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CN100521479C CNB2007100904025A CN200710090402A CN100521479C CN 100521479 C CN100521479 C CN 100521479C CN B2007100904025 A CNB2007100904025 A CN B2007100904025A CN 200710090402 A CN200710090402 A CN 200710090402A CN 100521479 C CN100521479 C CN 100521479C
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Abstract

本发明的同步升压转换器的低电压启动电路包含P型功率晶体管、N型功率晶体管和控制器。所述低电压电路通过电感器连接到电压源。所述P型功率晶体管包含寄生二极管，所述P型功率晶体管的一端用作振荡器的电源。所述N型功率晶体管串联到所述P型功率晶体管，且其中所述P型功率晶体管和所述N型功率晶体管不能同时导通。所述控制器电连接所述振荡器，所述振荡器在初始状态时导通所述P型功率晶体管，而在初始状态的一段延迟时间后导通所述N型功率晶体管。

Description

同步升压转换器的低电压启动电路及其方法
技术领域
本发明是关于一种升压转换器(DC/DC Converter)的电压启动电路及其方法，尤其指一种同步升压转换器的低电压启动电路及其方法。
背景技术
图1为一常规的升压转换器的启动电路，其中所述启动电路使包含一N型功率晶体管的模拟IC10共用所述升压转换器的系统电压源VIN，例如电池的1.2伏特电压。当所述系统电压源VIN在低电压状态(例如低于0.9伏特)而进行启动，由于振荡器并没有受到反馈控制，而使得输出端电压VOUT会快速增加直到发散为止。
图2为另一常规的升压转换器的低电压启动电路，其将输出端电压VOUT反馈到包含一N型功率晶体管的模拟IC20作为电源电压，以避免前述的发散问题。由于电感器的一端LX以一齐纳二极管(Zenor diode)连接到所述升压转换器的输出端VOUT，因此即便所述系统电压源VIN只有0.8伏特，透过所述齐纳二极管的导通电压(约0.1伏特)，仍可使所述升压转换器的输出VOUT维持约0.7伏特的电压，而足以使所述模拟IC20顺利起动。然而图2的所述常规电路需额外增加一个齐纳二极管，因此造成成本的上升和芯片面积的增加。
此外，上述两种常规电路均为只利用N型功率晶体管的非同步电路，而不是双相位且相位彼此不重叠(non-overlapping)的同步电路，因此并不符合目前的设计趋势。
图3为一常规的同步升压转换器的低电压启动电路。所述低电压启动电路30通过电感器L1连接到电压源VIN。所述P型功率晶体管32包含寄生二极管33，所述P型功率晶体管的一端连接到所述同步升压转换器的输出端VOUT，且所述输出端VOUT可作为一振荡器的电源输入。就所述寄生二极管33来说，如果使用较大面积的P型功率晶体管32，那么可降低所述寄生二极管33的导通电压。然而使用较大面积的P型功率晶体管32却造成整体芯片面积的不当增加。为平衡以上两种因素，通常会将所述寄生二极管33的导通电压控制在0.3至0.4伏特之间。然而此时电压源VIN的启动电压即必须到达1至1.1伏特之间才足以使整体电路顺利起动。但对于许多应用来说，系统电压源VIN经常被要求在0.9伏特即需进行启动，因此所述低电压启动电路30也不符合市场上的需求。
发明内容
本发明的电路和其方法是利用同步电路的设计，为有效解决升压转换器在低电压启动时的问题。
本发明的同步升压转换器的低电压启动电路的一实施例包含P型功率晶体管、N型功率晶体管和控制器。所述低电压启动电路通过电感器连接到电压源。所述P型功率晶体管包含寄生二极管，所述P型功率晶体管的一端连接到振荡器的电源输入。所述N型功率晶体管串连到所述P型功率晶体管。所述控制器电连接到所述振荡器，其包含延迟单元和逻辑单元，其中所述逻辑单元在初始状态时导通所述P型功率晶体管，而所述延迟单元在初始状态的一段延迟时间后导通所述N型功率晶体管且关闭所述P型功率晶体管。
本发明的同步升压转换器的低电压启动电路的另一实施例包含P型功率晶体管、N型功率晶体管和控制器。所述同步升压转换器的低电压启动电路通过电感器连接到电压源。所述P型功率晶体管包含寄生二极管，其一端连接到振荡器的电源输入。所述N型功率晶体管串连到所述P型功率晶体管，其中所述P型功率晶体管和所述N型功率晶体管不同时导通。所述控制器电连接到所述振荡器，其在初始状态时启动所述P型功率晶体管，而在初始状态的一段延迟时间后启动所述N型功率晶体管。
本发明的方法包含提供串连的P型功率晶体管和N型功率晶体管，其通过电感器连接到电压源，且所述P型功率晶体管的一端连接到振荡器的电源输入。其次，输入低电压到所述电压源，通过所述P型功率晶体管而启动所述振荡器。随后，所述振荡器在启动一段时间后，就关闭所述P型功率晶体管，且让所述N型功率晶体管正常工作。
附图说明
图1是常规的电路图；
图2是常规的另一电路图；
图3是常规的另一电路图；
图4是本发明电路的示意图；
图5(a)是本发明电路的实施例；以及
图5(b)是图5(a)的时序图。
具体实施方式
图4为本发明的同步升压转换器的低电压启动电路的示意图。所述低电压启动电路40包含P型功率晶体管42、N型功率晶体管41和控制器44。所述低电压启动电路40通过电感器L1连接到电压源VIN。所述P型功率晶体管42包含寄生二极管43，其一端连接到所述同步升压转换器的输出端VOUT，且所述输出端VOUT可作为包含所述低电压启动电路40和振荡器51的模拟IC的电源输入。就所述寄生二极管43来说，通常选择在0.3伏特的导通电压。所述N型功率晶体管41的一端LX串连到所述P型功率晶体管42，另一端接地。所述控制器44的一端电连接到所述振荡器51，其包含延迟单元45和逻辑单元46，其中所述逻辑单元46在初始状态时关闭所述N型功率晶体管41且启动所述P型功率晶体管42，而所述延迟单元45在初始状态的一段延迟时间后关闭所述P型功率晶体管42，且让所述N型功率晶体管41正常工作。
图5(a)为本发明的同步升压转换器的低电压启动电路的实施例，而图5(b)为图5(a)的时序图。图4的控制器44可利用计数器52和多个数字逻辑门来加以实施。本实施例的计数器52选择计数值为2，且随振荡器脉波由低电位转换到高电位时一并转换其状态。在输入电压未达到振荡器的启动电压时，所述振荡器51和所述计数器52均输出低电位，因此在初始化时会先将所述N型功率晶体管41关闭，再将所述P型功率晶体管42启动。通过所述P型功率晶体管42的导通，电压源VIN可直接提供模拟IC所需的电源电压。例如当电压源VIN为0.9伏特时，虽然经历所述P型功率晶体管42的漏源级的压降，输出端VOUT仍可保持0.75伏特的电压。对许多模拟IC来说，0.75伏特的电源电压已足以使其产生振荡器脉波。所述计数器52连接到所述振荡器51，当所述振荡器51经启动而产生两个脉波后，所述计数器52的输出B随振荡器脉波由低电位转换到高电位。所述计数器52的电位状态转换将导致先关闭所述P型功率晶体管42，再启动所述N型功率晶体管41。值得注意的是所述电感器L1为储能元件，在所述计数器52数到2之前即不断地储能，以便确保供应电压有足够的能量来使所述振荡器51维持在稳定的运作后才将信号传送到输出端。此外，电压源VIN仍在不断上升，因此即便所述P型功率晶体管42被关闭，通过所述寄生二极管43的导通和扣除其产生的压降(约0.3伏特)，输出端VOUT在经过两个脉波后仍可保持0.75伏特的电压，而足以持续维持所述振荡器51的运作。
本发明的方法是在输入低电压到所述电压源VIN后，通过所述P型功率晶体管42启动所述振荡器51。所述振荡器51在启动一段时间后，例如振荡器51的一个至四个时钟内，先关闭所述P型功率晶体管42，再启动所述N型功率晶体管41。所述P型功率晶体管42虽已关闭，但通过所述P型功率晶体管42的寄生二极管43的导通路径，所述电压源VIN仍可提供足够的电源电压以使所述振荡器51正常运作。而此时电压源VIN仍不断上升，且通过所述电感器L1的储能，因此可使整体模拟IC正常运作。
本发明不需要使用常规技术的齐纳二极管。相对地，本发明利用P型功率晶体管42的寄生二极管43即可达到本发明的目的，因此本发明可节省成本且降低芯片的使用面积。此外，本发明利用同步电路的非重叠时钟设计，符合当今的设计趋势。
本发明的技术内容和技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示和揭示而作种种不脱离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示内容，而应包括各种不脱离本发明的替换和修饰，并为随附的权利要求书所涵盖。

Claims (10)

1.一种同步升压转换器的低电压启动电路，其通过电感器连接到电压源，其特征在于所述低电压启动电路包含：
P型功率晶体管，其包含寄生二极管，所述P型功率晶体管的一端连接到振荡器的电源输入；
N型功率晶体管，所述N型功率晶体管的一端串连到所述P型功率晶体管的另一端，所述N型功率晶体管的另一端接地；以及
控制器，其电连接到所述振荡器，所述控制器包含延迟单元和逻辑单元，其中所述逻辑单元在初始状态时关闭所述N型功率晶体管且启动所述P型功率晶体管，而所述延迟单元在初始状态的一段延迟时间后关闭所述P型功率晶体管且启动所述N型功率晶体管。
2.根据权利要求1所述的同步升压转换器的低电压启动电路，其特征在于所述延迟单元包含计数器，所述计数器连接到所述P型功率晶体管的栅极。
3.根据权利要求2所述的同步升压转换器的低电压启动电路，其特征在于所述计数器的输出状态转换随所述振荡器脉波由低电位转换到高电位。
4.根据权利要求2所述的同步升压转换器的低电压启动电路，其特征在于所述计数器在计数到一至四个时钟内就转换其状态。
5.一种同步升压转换器的低电压启动电路，其通过电感器连接到电压源，其特征在于所述低电压启动电路包含：
P型功率晶体管，其包含寄生二极管，所述P型功率晶体管的一端连接到振荡器的电源输入；
N型功率晶体管，所述N型功率晶体管的一端串连到所述P型功率晶体管的另一端，所述N型功率晶体管的另一端接地，其中所述P型功率晶体管和所述N型功率晶体管不同时导通；以及
控制器，其电连接到所述振荡器，所述控制器在初始状态时启动所述P型功率晶体管，而在初始状态的一段延迟时间后使所述N型功率晶体管正常运作。
6.根据权利要求5所述的同步升压转换器的低电压启动电路，其特征在于所述控制器包含计数器，所述计数器连接到所述P型功率晶体管的栅极。
7.根据权利要求6所述的同步升压转换器的低电压启动电路，其特征在于所述计数器的输出状态转换随振荡器脉波由低电位转换到高电位。
8.根据权利要求6所述的同步升压转换器的低电压启动电路，其特征在于所述计数器在计数到一至四个时钟内就转换其状态。
9.一种同步升压转换器的低电压启动方法，其特征在于包含下列步骤：
提供串连的P型功率晶体管和N型功率晶体管，所述P型功率晶体管和N型功率晶体管的串连处通过电感器连接到电压源，且所述P型功率晶体管的另一端连接到振荡器的电源输入，所述N型功率晶体管的另一端接地；
所述电压源输出低启始电压，且通过所述P型功率晶体管启动所述振荡器；以及
所述振荡器在启动一段时间后关闭所述P型功率晶体管，且让所述N型功率晶体管正常运作。
10.根据权利要求9所述的同步升压转换器的低电压启动方法，其特征在于利用计数器来计算关闭所述P型功率晶体管的时间，且所述计数器的输出状态转换随振荡器脉波由低电位转换到高电位。
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