專利名稱：同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種升壓轉(zhuǎn)換器(DC/DC Converter)的電壓?jiǎn)?dòng)電路及其方法，尤其 指一種同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路及其方法。
技術(shù)背景圖l為一常規(guī)的升壓轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)電路，其中所述啟動(dòng)電路使包含一N型功率晶體管 的模擬IC10共用所述升壓轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)電壓源V^，例如電池的1.2伏特電壓。當(dāng)所述系統(tǒng) 電壓源V^在低電壓狀態(tài)(例如低于0.9伏特)而進(jìn)行啟動(dòng)，由于振蕩器并沒(méi)有受到反饋控制，而使得輸出端電壓VouT會(huì)快速增加直到發(fā)散為止。圖2為另一常規(guī)的升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其將輸出端電壓VouT反饋到包含一 N型功率晶體管的模擬IC20作為電源電壓，以避免前述的發(fā)散問(wèn)題。由于電感器的一端 LX以一齊納二極管(Zenor diode)連接到所述升壓轉(zhuǎn)換器的輸出端VouT,因此即便所述 系統(tǒng)電壓源Vw只有0.8伏特，透過(guò)所述齊納二極管的導(dǎo)通電壓(約0.1伏特)，仍可使所述 升壓轉(zhuǎn)換器的輸出VouT維持約0.7伏特的電壓，而足以使所述模擬IC20順利起動(dòng)。然而圖 2的所述常規(guī)電路需額外增加一個(gè)齊納二極管，因此造成成本的上升和芯片面積的增加。此外，上述兩種常規(guī)電路均為只利用N型功率晶體管的非同步電路，而不是雙相位且 相位彼此不重疊(non-overlapping)的同步電路，因此并不符合目前的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。圖3為一常規(guī)的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路。所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路30通過(guò)電感 器Ll連接到電壓源Vw。所述P型功率晶體管32包含寄生二極管33，所述P型功率晶體管的一端連接到所述同步升壓轉(zhuǎn)換器的輸出端VouT，且所述輸出端VouT可作為一振蕩器的電源輸入。就所述寄生二極管33來(lái)說(shuō)，如果使用較大面積的P型功率晶體管32,那么可降低 所述寄生二極管33的導(dǎo)通電壓。然而使用較大面積的P型功率晶體管32卻造成整體芯片面 積的不當(dāng)增加。為平衡以上兩種因素，通常會(huì)將所述寄生二極管33的導(dǎo)通電壓控制在0.3 至0.4伏特之間。然而此時(shí)電壓源Vm的啟動(dòng)電壓即必須到達(dá)l至l.l伏特之間才足以使整體 電路順利起動(dòng)。但對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)電壓源V^經(jīng)常被要求在0.9伏特即需進(jìn)行啟動(dòng)， 因此所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路30也不符合市場(chǎng)上的需求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的電路和其方法是利用同步電路的設(shè)計(jì)，為有效解決升壓轉(zhuǎn)換器在低電壓?jiǎn)?動(dòng)時(shí)的問(wèn)題。本發(fā)明的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路的一實(shí)施例包含P型功率晶體管、N型功 率晶體管和控制器。所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路通過(guò)電感器連接到電壓源。所述P型功率晶體管 包含寄生二極管，所述P型功率晶體管的一端連接到振蕩器的電源輸入。所述N型功率晶 體管串連到所述P型功率晶體管。所述控制器電連接到所述振蕩器，其包含延遲單元和邏 輯單元，其中所述邏輯單元在初始狀態(tài)時(shí)導(dǎo)通所述P型功率晶體管，而所述延遲單元在初 始狀態(tài)的一段延遲時(shí)間后導(dǎo)通所述N型功率晶體管且關(guān)閉所述P型功率晶體管。本發(fā)明的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路的另一實(shí)施例包含P型功率晶體管、N型 功率晶體管和控制器。所述同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路通過(guò)電感器連接到電壓源。 所述P型功率晶體管包含寄生二極管，其一端連接到振蕩器的電源輸入。所述N型功率晶 體管串連到所述P型功率晶體管，其中所述P型功率晶體管和所述N型功率晶體管不同時(shí) 導(dǎo)通。所述控制器電連接到所述振蕩器，其在初始狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)所述P型功率晶體管，而在 初始狀態(tài)的一段延遲時(shí)間后啟動(dòng)所述N型功率晶體管。本發(fā)明的方法包含提供串連的P型功率晶體管和N型功率晶體管，其通過(guò)電感器連接 到電壓源，且所述P型功率晶體管的一端連接到振蕩器的電源輸入。其次，輸入低電壓到 所述電壓源，通過(guò)所述P型功率晶體管而啟動(dòng)所述振蕩器。隨后，所述振蕩器在啟動(dòng)一段 時(shí)間后，就關(guān)閉所述P型功率晶體管，且讓所述N型功率晶體管正常工作。
圖l是常規(guī)的電路圖；圖2是常規(guī)的另一電路圖；圖3是常規(guī)的另一電路圖；圖4是本發(fā)明電路的示意圖；圖5(a)是本發(fā)明電路的實(shí)施例；以及圖5(b)是圖5(a)的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
圖4為本發(fā)明的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路的示意圖。所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路40 包含P型功率晶體管42、 N型功率晶體管41和控制器44。所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路40通過(guò)電感 器Ll連接到電壓源Vm。所述P型功率晶體管42包含寄生二極管43，其一端連接到所述同步升壓轉(zhuǎn)換器的輸出端VouT，且所述輸出端VouT可作為包含所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路40和振蕩器51的模擬IC的電源輸入。就所述寄生二極管43來(lái)說(shuō)，通常選擇在0.3伏特的導(dǎo)通電壓。 所述N型功率晶體管41的一端LX串連到所述P型功率晶體管42，另一端接地。所述控制器 44的一端電連接到所述振蕩器51,其包含延遲單元45和邏輯單元46，其中所述邏輯單元 46在初始狀態(tài)時(shí)關(guān)閉所述N型功率晶體管41且啟動(dòng)所述P型功率晶體管42，而所述延遲單 元45在初始狀態(tài)的一段延遲時(shí)間后關(guān)閉所述P型功率晶體管42，且讓所述N型功率晶體管 41正常工作。圖5(a)為本發(fā)明的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路的實(shí)施例，而圖5(b)為圖5(a)的 時(shí)序圖。圖4的控制器44可利用計(jì)數(shù)器52和多個(gè)數(shù)字邏輯門(mén)來(lái)加以實(shí)施。本實(shí)施例的計(jì)數(shù) 器52選擇計(jì)數(shù)值為2，且隨振蕩器脈波由低電位轉(zhuǎn)換到高電位時(shí)一并轉(zhuǎn)換其狀態(tài)。在輸入 電壓未達(dá)到振蕩器的啟動(dòng)電壓時(shí)，所述振蕩器51和所述計(jì)數(shù)器52均輸出低電位，因此在 初始化時(shí)會(huì)先將所述N型功率晶體管41關(guān)閉，再將所述P型功率晶體管42啟動(dòng)。通過(guò)所述 P型功率晶體管42的導(dǎo)通，電壓源V^可直接提供模擬IC所需的電源電壓。例如當(dāng)電壓源 Vw為0.9伏特時(shí)，雖然經(jīng)歷所述P型功率晶體管42的漏源級(jí)的壓降，輸出端VouT仍可保持 0.75伏特的電壓。對(duì)許多模擬IC來(lái)說(shuō)，0.75伏特的電源電壓己足以使其產(chǎn)生振蕩器脈波。 所述計(jì)數(shù)器52連接到所述振蕩器51，當(dāng)所述振蕩器51經(jīng)啟動(dòng)而產(chǎn)生兩個(gè)脈波后，所述計(jì) 數(shù)器52的輸出B隨振蕩器脈波由低電位轉(zhuǎn)換到高電位。所述計(jì)數(shù)器52的電位狀態(tài)轉(zhuǎn)換將導(dǎo) 致先關(guān)閉所述P型功率晶體管42，再啟動(dòng)所述N型功率晶體管41。值得注意的是所述電感 器L1為儲(chǔ)能元件，在所述計(jì)數(shù)器52數(shù)到2之前即不斷地儲(chǔ)能，以便確保供應(yīng)電壓有足夠的 能量來(lái)使所述振蕩器51維持在穩(wěn)定的運(yùn)作后才將信號(hào)傳送到輸出端。此外，電壓源V^仍 在不斷上升，因此即便所述P型功率晶體管42被關(guān)閉，通過(guò)所述寄生二極管43的導(dǎo)通和扣 除其產(chǎn)生的壓降(約0.3伏特)，輸出端VouT在經(jīng)過(guò)兩個(gè)脈波后仍可保持0.75伏特的電壓， 而足以持續(xù)維持所述振蕩器51的運(yùn)作。本發(fā)明的方法是在輸入低電壓到所述電壓源V^后，通過(guò)所述P型功率晶體管42啟動(dòng) 所述振蕩器51。所述振蕩器51在啟動(dòng)一段時(shí)間后，例如振蕩器51的一個(gè)至四個(gè)時(shí)鐘內(nèi)， 先關(guān)閉所述P型功率晶體管42，再啟動(dòng)所述N型功率晶體管41。所述P型功率晶體管42雖 已關(guān)閉，但通過(guò)所述P型功率晶體管42的寄生二極管43的導(dǎo)通路徑，所述電壓源V^仍可 提供足夠的電源電壓以使所述振蕩器51正常運(yùn)作。而此時(shí)電壓源V^仍不斷上升，且通過(guò) 所述電感器L1的儲(chǔ)能，因此可使整體模擬IC正常運(yùn)作。本發(fā)明不需要使用常規(guī)技術(shù)的齊納二極管。相對(duì)地，本發(fā)明利用P型功率晶體管42 的寄生二極管43即可達(dá)到本發(fā)明的目的，因此本發(fā)明可節(jié)省成本且降低芯片的使用面積。此外，本發(fā)明利用同步電路的非重疊時(shí)鐘設(shè)計(jì)，符合當(dāng)今的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本 發(fā)明的教示和揭示而作種種不脫離本發(fā)明精神的替換和修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不脫離本發(fā)明的替換和修飾，并為隨附的權(quán) 利要求書(shū)所涵蓋。
權(quán)利要求
1. 一種同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其通過(guò)電感器連接到電壓源，其特征在于所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路包含P型功率晶體管，其包含寄生二極管，所述P型功率晶體管的一端連接到振蕩器的電源輸入；N型功率晶體管，其串連到所述P型功率晶體管；以及控制器，其電連接到所述振蕩器，所述控制器包含延遲單元和邏輯單元，其中所述邏輯單元在初始狀態(tài)時(shí)關(guān)閉所述N型功率晶體管且啟動(dòng)所述P型功率晶體管，而所述延遲單元在初始狀態(tài)的一段延遲時(shí)間后關(guān)閉所述P型功率晶體管且啟動(dòng)所述N型功率晶體管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其特征在于所述延遲單 元包含計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器連接到所述P型功率晶體管的柵極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其特征在于所述計(jì)數(shù)器 的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換隨所述振蕩器脈波由低電位轉(zhuǎn)換到高電位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其特征在于所述計(jì)數(shù)器 在計(jì)數(shù)到一至四個(gè)時(shí)鐘內(nèi)就轉(zhuǎn)換其狀態(tài)。
5. —種同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其通過(guò)電感器連接到電壓源，其特征在于 所述低電壓?jiǎn)?dòng)電路包含P型功率晶體管，其包含寄生二極管，所述P型功率晶體管的一端連接到振蕩器的 電源輸入；N型功率晶體管，其串連到所述P型功率晶體管，其中所述P型功率晶體管和所述 N型功率晶體管不同時(shí)導(dǎo)通；以及控制器，其電連接到所述振蕩器，所述控制器在初始狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)所述P型功率晶 體管，而在初始狀態(tài)的一段延遲時(shí)間后使所述N型功率晶體管正常運(yùn)作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其特征在于所述控制器 包含計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器連接到所述P型功率晶體管的柵極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其特征在于所述計(jì)數(shù)器 的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換隨振蕩器脈波由低電位轉(zhuǎn)換到高電位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路，其特征在于所述計(jì)數(shù)器 在計(jì)數(shù)到一至四個(gè)時(shí)鐘內(nèi)就轉(zhuǎn)換其狀態(tài)。
9. 一種同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)方法，其特征在于包含下列步驟-提供串連的P型功率晶體管和N型功率晶體管，其通過(guò)電感器連接到電壓源，且所 述p型功率晶體管的一端連接到振蕩器的電源輸入輸入低啟始電壓到所述電壓源，且通過(guò)所述P型功率晶體管啟動(dòng)所述振蕩器；以及所述振蕩器在啟動(dòng)一段時(shí)間后關(guān)閉所述P型功率晶體管，且讓所述N型功率晶體管 正常運(yùn)作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)方法，其特征在于利用計(jì)數(shù)器 來(lái)計(jì)算關(guān)閉所述P型功率晶體管的時(shí)間，且所述計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換隨振蕩器脈 波由低電位轉(zhuǎn)換到高電位。
全文摘要
本發(fā)明的同步升壓轉(zhuǎn)換器的低電壓?jiǎn)?dòng)電路包含P型功率晶體管、N型功率晶體管和控制器。所述低電壓電路通過(guò)電感器連接到電壓源。所述P型功率晶體管包含寄生二極管，所述P型功率晶體管的一端用作振蕩器的電源。所述N型功率晶體管串連到所述P型功率晶體管，且其中所述P型功率晶體管和所述N型功率晶體管不能同時(shí)導(dǎo)通。所述控制器電連接所述振蕩器，所述振蕩器在初始狀態(tài)時(shí)導(dǎo)通所述P型功率晶體管，而在初始狀態(tài)的一段延遲時(shí)間后導(dǎo)通所述N型功率晶體管。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101282082SQ20071009040
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者孫有民, 朱竹有, 簡(jiǎn)茂全 申請(qǐng)人:臺(tái)灣類比科技股份有限公司