BE1020663A5 - DC-DC CONVERTER CIRCUIT. - Google Patents

DC-DC CONVERTER CIRCUIT. Download PDF

Info

Publication number
BE1020663A5
BE1020663A5 BE201200464A BE201200464A BE1020663A5 BE 1020663 A5 BE1020663 A5 BE 1020663A5 BE 201200464 A BE201200464 A BE 201200464A BE 201200464 A BE201200464 A BE 201200464A BE 1020663 A5 BE1020663 A5 BE 1020663A5
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
voltage signal
output
voltage
converter circuit
circuit according
Prior art date
Application number
BE201200464A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Bert Serneels
Tim Piessens
Eldert Geukens
Original Assignee
Icsence Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Icsence Nv filed Critical Icsence Nv
Application granted granted Critical
Publication of BE1020663A5 publication Critical patent/BE1020663A5/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

Description

DC-DC-converterci rcuitDC-DC converter circuit

Gebied van de uitvindingFIELD OF THE INVENTION

[0001] De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het vakgebied van circuits voor DC-DC-conversie, waarbij een DC-ingangsspanning wordt verhoogd.The present invention relates to the field of DC-DC conversion circuits in which a DC input voltage is increased.

Achtergrond van de uitvindingBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] De druk om meer functies en complexiteit te integreren op chips om de afmetingen en kosten te verlagen en om de marktintroductietijd te verminderen, duwt IC-technologieën in de richting van standaard nanometer CMOS-laagspanningsschakelingen. Een vaak toegepaste praktijk om de kloof te overbruggen met toepassingen die hoogspanning nodig hebben, zoals LED, MEMS,..., is het gebruik van dure uitbreidingen op de digitale CMOS-technologie om spanningen te tolereren die hoger liggen dan de nominale voeding. In het verleden werden al oplossingen voorgesteld voor de reguliere CMOS op basis van het principe van gestapelde ("stacked") apparaten. De werking van deze circuits is echter afhankelijk van de aanwezigheid van veelvouden van de nominale voedingsspanning (2V0D, 3V0D, ...) om op een betrouwbare manier te kunnen functioneren. Het extern opwekken van deze spanningen en de hoogspanningsrail zelf leiden onvermijdelijk tot een duurdere stuklijst.The pressure to integrate more functions and complexity on chips to reduce dimensions and costs and to reduce market introduction time is pushing IC technologies toward standard nanometer CMOS low-voltage circuits. A common practice to bridge the gap with high-voltage applications such as LED, MEMS, etc., is to use expensive extensions to digital CMOS technology to tolerate voltages higher than the nominal power supply. In the past, solutions have already been proposed for the regular CMOS based on the principle of stacked devices. However, the operation of these circuits depends on the presence of multiples of the nominal supply voltage (2V0D, 3V0D, ...) in order to function reliably. The external generation of these voltages and the high-voltage rail itself inevitably lead to a more expensive bill of material.

[0003] In de paper “Digitally Assisted Discontinuous Conduction Mode 5V/100MHz and 10V/45MHz DC-DC Boost Converters with Integrated Schottky Diodes in Standard 0.13um CMOS” (P.Li et al., ISSCC Digest of Technical Papers, blz. 206-207, februari 2010) werd een step-upconverter voorgesteld in een CMOS-technologie met laagspanning. De conversie wordt echter uitgevoerd door een geschakelde inductorfase gevolgd door een zwevende condensatorconfiguratie om een 10 V-output te verwerken. Dit verlaagt de efficiëntie aanzienlijk en beperkt het gebruik tot toepassingen met een laag vermogen.In the paper "Digitally Assisted Discontinuous Conduction Mode 5V / 100MHz and 10V / 45MHz DC-DC Boost Converters with Integrated Schottky Diodes in Standard 0.13um CMOS" (P.Li et al., ISSCC Digest or Technical Papers, p. 206-207, February 2010) a step-up converter in CMOS technology with low voltage was proposed. However, the conversion is performed by a switched inductor phase followed by a floating capacitor configuration to process a 10 V output. This considerably lowers efficiency and limits use to low power applications.

[0004] Om anderzijds de middenspanningen op te wekken, worden oplossingen voorgesteld met step-downconverters. Een voorbeeld daarvan wordt beschreven in “20uA to lOOmA DC-DC Converter with 2.8 to 4.2V Battery Supply for Portable Applications in 45nm CMOS" (S. Bandyopadhyay et al., ISSCC Digest of Technical Papers, blz. 386-387, februari 2011). Gestapelde regelaars worden gebruikt voor het opwekken van de middenspanningen. Beide circuits werken direct vanaf de hoogspanningsvoeding. Derhalve zijn extra opstartcircuits nodig om ervoor te zorgen dat de apparaten niet worden overbelast tijdens het opstarten.On the other hand, to generate the medium voltages, solutions are proposed with step-down converters. An example of this is described in “20uA to 100m DC-DC Converter with 2.8 to 4.2V Battery Supply for Portable Applications in 45nm CMOS” (S. Bandyopadhyay et al., ISSCC Digest of Technical Papers, pages 386-387, February 2011 Stacked controllers are used to generate medium voltage, both circuits operate directly from the high voltage power supply, so additional startup circuits are needed to ensure that the devices are not overloaded during startup.

[0005] Daarom is er behoefte aan een DC-DC-convertercircuit waarbij het gebruik van een aantal veelvouden van de nominale voedingsspanning wordt vermeden. Het DC-DC-convertercircuit moet verder ook worden geïmplementeerd op een efficiënte manier en geschikt zijn voor een brede waaier aan toepassingen.Therefore, there is a need for a DC-DC converter circuit where the use of a plurality of multiples of the nominal supply voltage is avoided. The DC-DC converter circuit must also be implemented in an efficient manner and be suitable for a wide range of applications.

Samenvatting van de uitvindingSummary of the invention

[0006] Het is een doel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om een circuit te voorzien voor het verhogen van een DC-ingangsspanningssignaal naar een DC-uitgangsspanningssignaal, waarbij geen extra opstartcircuits nodig zijn voor het opwekken van middenspanningen.It is an object of embodiments of the present invention to provide a circuit for increasing a DC input voltage signal to a DC output voltage signal, wherein no additional start-up circuits are required for generating medium voltages.

[0007] Het bovenstaande doel wordt verwezenlijkt door een DC-DC-convertercircuit overeenkomstig de onderhavige uitvinding. Het DC-DC-convertercircuit omvat een ingangsaansluiting voor het aanleggen van een DC-ingangsspanningssignaal en een uitgangsaansluiting voor het uitvoeren van een DC-uitgangsspanningssignaal zijnde een verhoogde versie van voornoemd DC-ingangsspanningssignaal. Het DC-DC-convertercircuit omvat een halfgeleiderschakelaar omvattende een meervoudig aantal schakelelementen. De schakelelementen zijn schakelbaar tussen een open toestand en een gesloten toestand. Ten minste één van de schakelelementen kan de (hoge) DC-uitgangsspanning niet tolereren. De halfgeleiderschakelaar is verbonden met een spanningsdoorlaatelement dat van de schakelaar een signaal ontvangt op een spanningsniveau dat hoger ligt dan het DC-uitgangsspanningssignaal. Het spanningsdoorlaatelement voert het DC-uitgangsspanningssignaal uit dat wordt geleverd aan de uitgangsaansluiting. Het DC-DC-convertercircuit omvat verder een eerste instelmiddel (biasing means) dat wordt gevoed met het DC-uitgangsspanningssignaal en dat is aangepast om van de DC-uitgangsspanning ten minste één middenspanningssignaal af te leiden met een spanningsniveau dat lager is dan het DC-uitgangsspanningssignaal. Een tweede instelmiddel ontvangt het DC-ingangsspanningssignaal en voornoemd ten minste één middenspanningssignaal en is ingericht voor het leveren van het DC-ingangsspanningssignaal en het ten minste één middenspanningssignaal aan ten minste één schakelelement van de halfgeleiderschakelaar. Wegens de ten minste één middenspanning is de halfgeleiderschakelaar aangepast om in zijn open toestand een spanningsniveau te tolereren dat hoger is dan het DC-uitgangsspanningssignaal.The above object is achieved by a DC-DC converter circuit according to the present invention. The DC-DC converter circuit comprises an input terminal for applying a DC input voltage signal and an output terminal for outputting a DC output voltage signal being an elevated version of said DC input voltage signal. The DC-DC converter circuit comprises a semiconductor switch comprising a plurality of switching elements. The switching elements are switchable between an open state and a closed state. At least one of the switching elements cannot tolerate the (high) DC output voltage. The semiconductor switch is connected to a voltage pass element that receives a signal from the switch at a voltage level that is higher than the DC output voltage signal. The voltage pass element outputs the DC output voltage signal supplied to the output terminal. The DC-DC converter circuit further comprises a first biasing means which is fed with the DC output voltage signal and adapted to derive at least one medium voltage signal from the DC output voltage with a voltage level lower than the DC voltage output voltage signal. A second setting means receives the DC input voltage signal and said at least one medium voltage signal and is adapted to supply the DC input voltage signal and the at least one medium voltage signal to at least one switching element of the semiconductor switch. Due to the at least one medium voltage, the semiconductor switch is adapted to tolerate a voltage level in its open state that is higher than the DC output voltage signal.

[0008] Een regelblok ontvangt het DC-ingangsspanningssignaal dat de nominale voedingsspanning vormt voor de regelblokcircuits. Het regelblok ontvangt ook het DC-uitgangsspanningssignaal. Het regelblok omvat schakelregellogica om het DC- uitgangsspanningssignaal te vergelijken met een referentiespanningssignaal, waarna een aandrijfsignaal wordt verstuurd overeenkomstig het resultaat van voornoemde vergelijking. Een buffer is ingericht om het aandrijfsignaal te ontvangen en een spanningssignaal te leveren dat overeenkomt met het DC-ingangsspanningssignaal aan een schakelelement van de halfgeleiderschakelaar.A control block receives the DC input voltage signal that constitutes the nominal supply voltage for the control block circuits. The control block also receives the DC output voltage signal. The control block comprises switch control logic for comparing the DC output voltage signal with a reference voltage signal, after which a drive signal is sent in accordance with the result of said comparison. A buffer is arranged to receive the drive signal and to supply a voltage signal corresponding to the DC input voltage signal to a switching element of the semiconductor switch.

[0009] Het voorgestelde DC-DC-convertercircuit gebruikt alleen de nominale DC-spanning als input en levert een verhoogd DC-spanningssignaal op als output. Door de middenspanningen op te wekken en toe te passen door middel van de instelcircuits wordt een schakelontwerp verkregen dat, wanneer de schakelaar opent en wordt blootgesteld aan een hogere spanning dan de DC-uitgangsspanning, dergelijke hoge spanning tolereert. Deze hogere spanning wordt doorgaans geleverd door een inductieve koppeling waaraan een DC-batterijspanning (bij voorkeur, maar niet noodzakelijk, gelijk aan het spanningsniveau van het om te zetten DC-ingangsspanningssignaal) wordt aangelegd.The proposed DC-DC converter circuit uses only the nominal DC voltage as input and produces an increased DC voltage signal as output. By generating and applying the medium voltages by means of the setting circuits, a circuit design is obtained which, when the switch opens and is exposed to a voltage higher than the DC output voltage, tolerates such high voltage. This higher voltage is usually supplied by an inductive coupling to which a DC battery voltage (preferably, but not necessarily, equal to the voltage level of the DC input voltage signal to be converted) is applied.

Via bijv. een diode wordt de DC-uitgangsspanning afgeleid van de toegepaste hogere spanning. De DC-uitgangsspanning wordt niet alleen geleverd aan de uitgangsaansluiting, maar ook aan het reeds vernoemde eerste instelmiddel en aan het regelblok.The DC output voltage, for example, is derived from the higher voltage applied via a diode. The DC output voltage is not only supplied to the output terminal, but also to the aforementioned first setting means and to the control block.

De halfgeleiderschakelaar kan worden gesloten door middel van de nominale voedingsspanning. Om de schakelelementen te beveiligen die zijn gestapeld in de halfgeleiderschakelaar wanneer voornoemde schakelaar wordt geopend, wordt een eerste instelmiddel voorzien waarin ten minste één middenspanningssignaal met een spanningsniveau lager dan de DC-uitgangsspanning wordt afgeleid en toegepast op een schakelelement van de halfgeleiderschakelaar. Het moet ook worden opgemerkt dat de middenspanningssignalen niet aanwezig zijn bij het opstarten, maar geleidelijk aan worden opgebouwd in de loop van de opstartfase (m.a.w. terwijl de schakelaar wordt geopend), waarbij ze de opgewekte DC-uitgangsspanning volgen. Dit wordt meer in detail uitgelegd verderop in deze beschrijving. Bijgevolg is het met de uitvinding mogelijk om van één (laag) spanningssignaal op nominale waarde één of, bij voorkeur, meer middenspanningsniveaus te creëren die verschillende schakelelementen van de schakelaar beschermen.The semiconductor switch can be closed by means of the nominal supply voltage. To protect the switching elements stacked in the semiconductor switch when said switch is opened, a first setting means is provided in which at least one medium voltage signal with a voltage level below the DC output voltage is derived and applied to a switching element of the semiconductor switch. It should also be noted that the medium voltage signals are not present at start-up, but are gradually built up in the course of the start-up phase (i.e. while the switch is being opened), following the generated DC output voltage. This is explained in more detail later in this description. Consequently, it is possible with the invention to create from one (low) voltage signal at nominal value one or, preferably, more medium voltage levels that protect different switch elements of the switch.

De middenspanning(en) wordt/worden gevoed naar een tweede instelmiddel dat verder ook wordt gevoed met het DC-ingangsspanningssignaal. Het tweede instelmiddel zorgt ervoor dat het DC-ingangsspanningssignaal en de middenspanning(en) worden geleverd aan één of meer schakelelementen van de schakelaar.The medium voltage (s) is / are fed to a second setting means which is further also fed with the DC input voltage signal. The second setting means ensures that the DC input voltage signal and the medium voltage (s) are supplied to one or more switching elements of the switch.

Een belangrijk element in het circuit van de uitvinding is het regelblok. Het regelblok ontvangt zowel de DC-ingangsspanning als de DC-uitgangsspanning als input. Het regelblok is uitgerust met regellogica om de DC-uitgangsspanning te vergelijken met een referentiespanningssignaal. Een aandrijfsignaal wordt verstuurd afhankelijk van het resultaat van voornoemde vergelijking. Het aandrijfsignaal wordt als input verstuurd naar een buffer, die op zijn beurt een spanningssignaal dat overeenkomt met het DC-ingangssignaal, levert aan een schakelelement van de halfgeleiderschakelaar.An important element in the circuit of the invention is the control block. The control block receives both the DC input voltage and the DC output voltage as input. The control block is equipped with control logic to compare the DC output voltage with a reference voltage signal. A drive signal is sent depending on the result of the aforementioned comparison. The drive signal is sent as input to a buffer, which in turn supplies a voltage signal corresponding to the DC input signal to a switching element of the semiconductor switch.

[0010] De schakelelementen van de halfgeleiderschakelaar zijn bij voorkeur veldeffecttransistors, bijv. nMOS-transistors. De schakelaar omvat doorgaans een aantal gestapelde transistors. Deze laagspanningsschakelelementen worden gebruikt om een hoogspanning op te wekken.The switching elements of the semiconductor switch are preferably field effect transistors, e.g., nMOS transistors. The switch generally comprises a number of stacked transistors. These low voltage switching elements are used to generate a high voltage.

[0011] In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het eerste instelmiddel ten minste één circuit met gematchte, bij elkaar horende weerstanden. Via dergelijk bijbehorend weerstandsnetwerk worden knooppunten met evenredig verdeelde spanningen aangemaakt. Deze spanningen worden vervolgens gebruikt als middenspanningen.In a preferred embodiment, the first setting means comprises at least one circuit with matched, associated resistors. Nodes with equally distributed voltages are created via such an associated resistor network. These voltages are then used as medium voltages.

[0012] In een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat het eerste instelmiddel een push-pull uitgangstrap. Dat is voordelig voor het verwijderen van de MOS-drempelspanning. De push-pull outputfase kan bijvoorbeeld worden geïmplementeerd als een klasse AB-uitgangstrap.In an advantageous embodiment of the invention, the first adjusting means comprises a push-pull output stage. This is advantageous for removing the MOS threshold voltage. The push-pull output phase can, for example, be implemented as a class AB output stage.

[0013] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat het regelblok verder een startcircuit dat is aangepast om de pulsbreedte van het aandrijfsignaal te regelen tijdens het opstarten van het DC-DC-convertercircuit.In one embodiment of the invention, the control block further comprises a start circuit adapted to control the pulse width of the drive signal during the start-up of the DC-DC converter circuit.

[0014] In een andere uitvoeringsvorm omvat het regelblok verder circuits om de stroom door de halfgeleiderschakelaar te beperken.In another embodiment, the control block further comprises circuits to limit the current through the semiconductor switch.

[0015] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het spanningsdoorlaatelement uitgevoerd als een diode-element. In dat geval wordt een asynchrone topologie verkregen. Als alternatief kan het spanningsdoorlaatelement worden uitgevoerd als een tweede hoogspanningshalfgeleiderschakelaar omvattende een verder meervoudig aantal schakelelementén.In an embodiment of the invention, the voltage pass element is designed as a diode element. In that case an asynchronous topology is obtained. Alternatively, the voltage-passing element can be designed as a second high-voltage semiconductor switch comprising a further multiple number of switching elements.

[0016] De uitvinding heeft ook betrekking op een circuit omvattende een DC-DC-convertercircuit zoals beschreven in het voorgaande en omvattende een inductieve koppeling via dewelke een DC-batterijspanningssignaal wordt toegepast op het DC-DC-convertercircuit. Het DC-batterijspanningssignaal heeft bij voorkeur dezelfde waarde als het DC-ingangsspanningssignaal, zodat slechts één spanningsniveau, namelijk de nominale voedingsspanning, vereist is om het circuit te bedienen.The invention also relates to a circuit comprising a DC-DC converter circuit as described above and comprising an inductive coupling through which a DC battery voltage signal is applied to the DC-DC converter circuit. The DC battery voltage signal preferably has the same value as the DC input voltage signal, so that only one voltage level, namely the nominal supply voltage, is required to operate the circuit.

[0017] In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het circuit een DC-DC-convertercircuit zoals beschreven en een geschakelde uitgangstrap die is ingericht om te worden gevoed met het DC-uitgangsspanningssignaal van het DC-DC-convertercircuit. Voordeligerwijze is de geschakelde uitgangstrap ingericht als een klasse D-versterker.In a preferred embodiment, the circuit comprises a DC-DC converter circuit as described and a switched output stage adapted to be supplied with the DC output voltage signal from the DC-DC converter circuit. Advantageously, the switched output stage is arranged as a class D amplifier.

[0018] In nog een andere uitvoeringsvorm omvat de geschakelde uitgangstrap verder schakelelementen om het DC-uitgangsspanningssignaal naar een ander spanningsniveau te brengen. Met andere woorden, ze vormen een pull-up- of puil-downnetwerk. Voordeligerwijze worden ten minste twee van de verdere schakelelementen voorzien van invers aangesloten diodes om lekkage aan de pin te voorkomen.In yet another embodiment, the switched output stage further comprises switching elements to bring the DC output voltage signal to a different voltage level. In other words, they form a pull-up or plow-down network. Advantageously, at least two of the further switching elements are provided with inversely connected diodes to prevent leakage at the pin.

[0019] In een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat het circuit een klemcircuit voor elektrostatische ontlading (ESD). Het ESD-klemcircuit omvat bij voorkeur een meervoudig aantal ESD-klemmen waarbij een klemspanningssignaal kan worden opgewekt op het ten minste één middenspanningssignaalniveau.In another preferred embodiment, the circuit comprises a clamping circuit for electrostatic discharge (ESD). The ESD terminal circuit preferably comprises a plurality of ESD terminals wherein a terminal voltage signal can be generated at the at least one medium voltage signal level.

[0020] Om de uitvinding en de verwezenlijkte voordelen ten opzichte van de stand van de techniek samen te vatten, werden bepaalde doelen en voordelen van de uitvinding hierboven beschreven. Het spreekt uiteraard voor zich dat alle dergelijke doelen of voordelen niet noodzakelijk worden verwezenlijkt overeenkomstig één specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding. Derhalve zullen personen die geschoold zijn in deze materie bijvoorbeeld erkennen dat de uitvinding kan worden belichaamd of uitgevoerd op een manier die één voordeel of groep van voordelen verwezenlijkt of optimaliseert zoals hierin beschreven, zonder noodzakelijk andere doelen of voordelen te verwezenlijken die hierin worden beschreven of gesuggereerd.In order to summarize the invention and the realized advantages over the prior art, certain objects and advantages of the invention have been described above. It goes without saying that all such objectives or advantages are not necessarily achieved in accordance with one specific embodiment of the invention. Thus, for example, persons skilled in the art will recognize that the invention may be embodied or embodied in a manner that achieves or optimizes one advantage or group of benefits as described herein, without necessarily realizing other goals or benefits described or suggested herein. .

[0021] De bovenstaande en andere aspecten van de uitvinding zullen duidelijk worden en nader toegelicht worden met verwijzing naar de uitvoeringsvorm(en) die hierna worden beschreven.The above and other aspects of the invention will become clear and further explained with reference to the embodiment (s) described below.

Korte beschrijving van de tekeningenBrief description of the drawings

[0022] De uitvinding zal nu verder worden beschreven, bij wijze van voorbeeld, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarbij:The invention will now be further described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:

[0023] Fig. 1 een uitvoeringsvorm voorstelt van een DC-DC-convertercircuit overeenkomstig de uitvinding.FIG. 1 represents an embodiment of a DC-DC converter circuit according to the invention.

[0024] Fig. 2 een schematisch overzicht voorstelt van het eerste instelmiddel (algemeen instelcircuit).FIG. 2 represents a schematic overview of the first setting means (general setting circuit).

[0025] Fig. 3 een schematisch overzicht voorstelt van het tweede instelmiddel (lokaal instelcircuit).FIG. 3 represents a schematic overview of the second setting means (local setting circuit).

[0026] Fig. 4 een schematisch overzicht voorstelt van de hoogspanningsversterker van klasse D en de ESD-bescherming.FIG. 4 represents a schematic overview of the high-voltage amplifier of class D and the ESD protection.

[0027] Fig. 5 een meting illustreert van de efficiëntie van het DC-DC-convertercircuit.FIG. 5 illustrates a measurement of the efficiency of the DC-DC converter circuit.

[0028] Fig. 6 een meting illustreert van de efficiëntie van de hoogspanningsversterker van klasse D.FIG. 6 illustrates a measurement of the efficiency of the high-voltage amplifier of class D.

[0029] Fig. 7 een meting illustreert van de transient golfvormen van de uitgangsspanning en de inductorspanning van het DC-DC-convertercircuit en de uitgangsspanning van de klasse D-versterker.FIG. 7 illustrates a measurement of the transient waveforms of the output voltage and the inductor voltage of the DC-DC converter circuit and the output voltage of the class D amplifier.

[0030] Fig. 8 het lekkageprobleem illustreert dat zich kan voordoen.FIG. 8 illustrates the leakage problem that can occur.

[0031] Fig. 9 een schematisch overzicht illustreert van de oplossing voor de lekkage.FIG. 9 illustrates a schematic overview of the solution for the leak.

[0032] De figuren zijn slechts schematisch en niet-beperkend. In de figuren kan de grootte van sommige van de elementen worden overdreven en niet op schaal zijn getekend voor illustratieve doeleinden. De afmetingen en de relatieve afmetingen komen niet noodzakelijk overeen met de eigenlijke uitvoeringsvormen van de uitvinding. Eventuele verwijzingen in de conclusies mogen niet worden opgevat als een beperking van de reikwijdte. In de verschillende figuren verwijzen dezelfde verwijzingen naar dezelfde of analoge elementen.The figures are only schematic and non-limiting. In the figures, the size of some of the elements can be exaggerated and not drawn to scale for illustrative purposes. The dimensions and the relative dimensions do not necessarily correspond to the actual embodiments of the invention. Any references in the claims should not be construed as limiting the scope. In the various figures, the same references refer to the same or analogous elements.

Gedetailleerde beschrijving van illustratieve uitvoeringsvormenDetailed description of illustrative embodiments

[0033] De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot specifieke uitvoeringsvormen en verwijzend naar bepaalde tekeningen, doch de uitvinding is hiertoe niet beperkt, maar wordt alleen beperkt door de conclusies.The present invention will be described with reference to specific embodiments and with reference to certain drawings, but the invention is not limited thereto, but is only limited by the claims.

[0034] Bovendien worden de termen eerste, tweede, enzovoort in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om een onderscheid te maken tussen soortgelijke elementen en niet noodzakelijk voor het beschrijven van een volgorde, hetzij in de tijd, in de ruimte, wat betreft belang of op eender welke andere manier. Het moet worden begrepen dat de gebruikte termen onderling verwisselbaar zijn onder de juiste omstandigheden en dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven in staat zijn om te werken in andere volgordes dan hierin beschreven of geïllustreerd. Bovendien worden de termen boven, onder, enzovoort in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor beschrijvende doeleinden en niet noodzakelijk om relatieve posities te beschrijven. Het moet worden begrepen dat de gebruikte termen onderling verwisselbaar zijn onder de juiste omstandigheden en dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven in staat zijn om te werken in andere oriëntaties dan hierin beschreven of geïllustreerd.In addition, the terms first, second, etc. are used in the description and in the claims to distinguish between similar elements and not necessarily for describing a sequence, either in time, in space, in importance or in any other way. It is to be understood that the terms used are interchangeable under proper conditions and that the embodiments of the invention described herein are capable of operating in sequences other than those described or illustrated herein. In addition, the terms above, below, etc. in the description and claims are used for descriptive purposes and not necessarily to describe relative positions. It is to be understood that the terms used are interchangeable under proper conditions and that the embodiments of the invention described herein are capable of operating in orientations other than those described or illustrated herein.

[0035] Het moet worden opgemerkt dat de term "omvattende" zoals gebruikt in de conclusies niet mag worden geïnterpreteerd als beperkt tot de middelen die daarna zijn opgegeven; het sluit geen andere elementen of stappen uit. Het moet dus worden geïnterpreteerd als een specificatie van de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, eenheden, stappen of onderdelen waarnaar wordt verwezen, maar het sluit de aanwezigheid of toevoeging van één of meer andere kenmerken, eenheden, stappen of onderdelen of groepen daarvan niet uit. Daarom mag het bereik van de uitdrukking "een apparaat omvattende middelen A en B" niet worden beperkt tot apparaten die alleen bestaan uit onderdelen A en B. Het betekent dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding, de enige relevante onderdelen van het apparaat A en B zijn.It is to be noted that the term "comprising" as used in the claims should not be interpreted as being limited to the means specified thereafter; it does not exclude other elements or steps. It must therefore be interpreted as a specification of the presence of the listed features, units, steps or components referred to, but it does not exclude the presence or addition of one or more other features, units, steps or components or groups thereof. Therefore, the scope of the expression "a device comprising means A and B" should not be limited to devices consisting only of parts A and B. It means that with regard to the present invention, the only relevant parts of the device A and B to be.

[0036] Verwijzingen in deze specificatie naar "één uitvoeringsvorm" of "een uitvoeringsvorm" betekenen dat een bepaalde eigenschap, structuur of kenmerk beschreven in samenhang met de uitvoeringsvorm is inbegrepen in ten minste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Vermeldingen van de frase "in één uitvoeringsvorm" of "in een uitvoeringsvorm" op verschillende plaatsen in deze specificatie verwijzen niet noodzakelijk allemaal naar dezelfde uitvoeringsvorm, maar het is wel mogelijk. Verder kunnen de specifieke kenmerken, structuren of karakteristieken op eender welke geschikte manier in één of meer uitvoeringsvormen worden gecombineerd, zoals voor de gemiddelde vakman uit deze openbaring duidelijk zal zijn.References in this specification to "one embodiment" or "an embodiment" mean that a particular feature, structure, or feature described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Statements of the phrase "in one embodiment" or "in an embodiment" at different places in this specification do not necessarily all refer to the same embodiment, but it is possible. Furthermore, the specific features, structures or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments, as will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

[0037] Op een soortgelijke manier moet worden opgemerkt dat in de beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormen van de uitvinding verschillende kenmerken van de uitvinding soms worden gegroepeerd in een enkele uitvoeringsvorm, figuur of beschrijving daarvan om de openbaarmaking te stroomlijnen en het begrip van een of meer van de verschillende inventieve aspecten te vergemakkelijken. Deze methode van openbaarmaking mag echter niet worden geïnterpreteerd als een uiting van een intentie dat de geclaimde uitvinding meer kenmerken vereist dan uitdrukkelijk vermeld in elke conclusie. Zoals weergegeven in de volgende conclusies, liggen de inventieve aspecten in minder dan alle kenmerken van een enkele voorgaande geopenbaarde uitvoeringsvorm. Derhalve worden de conclusies die volgen op de gedetailleerde beschrijving hierbij expliciet opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, waarbij elke conclusie op zichzelf staat als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.In a similar manner, it should be noted that in the description of exemplary embodiments of the invention, various features of the invention are sometimes grouped into a single embodiment, figure, or description thereof to streamline the disclosure and understanding of one or more of the facilitate various inventive aspects. However, this method of disclosure should not be interpreted as an expression of an intention that the claimed invention requires more features than expressly stated in each claim. As shown in the following claims, the inventive aspects lie in less than all the features of a single preceding disclosed embodiment. Therefore, the claims that follow the detailed description are hereby explicitly included in this detailed description, wherein each claim stands on its own as a separate embodiment of the present invention.

[0038] Bovendien, aangezien sommige uitvoeringsvormen die hierin worden beschreven sommige, maar niet andere kenmerken bevatten die zijn opgenomen in andere uitvoeringsvormen, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld om te vallen binnen het bereik van de uitvinding en verschillende uitvoeringsvormen te vormen, zoals zal worden begrepen door iemand die geschoold is in dit vakgebied. Zo kan bijvoorbeeld in de volgende conclusies eender welke van de geclaimde uitvoeringsvormen worden gebruikt in eender welke combinatie.In addition, since some embodiments described herein include some, but not other, features included in other embodiments, combinations of features of different embodiments are intended to fall within the scope of the invention and form different embodiments, such as will be understood by someone skilled in this field. For example, in the following claims, any of the claimed embodiments can be used in any combination.

[0039] Het moet worden opgemerkt dat het gebruik van bepaalde terminologie bij het beschrijven van bepaalde aspecten van de uitvinding niet impliceert dat de terminologie hierin wordt geherdefinieerd om te worden beperkt tot eender welke specifieke eigenschappen van de kenmerken of aspecten van de uitvinding waarmee die terminologie is geassocieerd.It should be noted that the use of particular terminology in describing certain aspects of the invention does not imply that the terminology herein is redefined to be limited to any specific features of the features or aspects of the invention with which that terminology is associated.

[0040] In de beschrijving die hier wordt gegeven, worden talrijke specifieke details uiteengezet. Het wordt echter begrepen dat uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen worden uitgewerkt zonder deze specifieke details. In andere gevallen werden goed gekende methoden, structuren en technieken niet in detail weergegeven om het begrip van deze beschrijving niet te belemmeren.Numerous specific details are set forth in the description given here. However, it is understood that embodiments of the invention can be worked out without these specific details. In other cases, well-known methods, structures and techniques were not shown in detail in order not to obstruct the understanding of this description.

[0041] Fig. 1 toont een schematische voorstelling van een uitvoeringsvorm van een DC-DC-converter overeenkomstig de uitvinding met een inductieve koppeling. Een asynchrone topologie wordt gebruikt, hetgeen betekent dat slechts één hoogspanningsschakelaar wordt gebruikt en de tweede schakelaar zoals die aanwezig is in een synchrone topologie wordt vervangen door een diode. Twee belangrijke onderdelen kunnen in de schematische voorstelling worden onderscheiden: de hoogspanningsschakelaar met zijn instelcircuits (eerste en tweede) en het regelblok. Een aan/uit-regelopstelling wordt gebruikt: de converter schakelt op een vaste klokfrequentie van bijv. 1 MHz en met een vaste pulsbreedteverhouding van 87,5%. Wanneer de uitgangsspanning hoger wordt dan de gewenste uitgangsspanning (bv. 10 V), stopt de converter met schakelen. De pulsbreedte kan worden afgebroken door twee extra circuits in het regelblok: een softstartcircuit en een stroombeperkend circuit. Het softstartcircuit zorgt ervoor dat de converter start met een erg lage bedrijfscydus die geleidelijk in de tijd wordt verhoogd tot 87,5%. Op die manier wordt de uitgangsspanning geleidelijk opgebouwd en wordt de inschakelstroom verlaagd. Het stroombeperkende circuit kan de pulsbreedte op elk moment afbreken. De stroom wordt gemeten door de spanning over de schakelaar te volgen. Als deze spanning te hoog wordt, wordt de pulsbreedte afgebroken.FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a DC-DC converter according to the invention with an inductive coupling. An asynchronous topology is used, which means that only one high voltage switch is used and the second switch as present in a synchronous topology is replaced by a diode. Two important components can be distinguished in the diagram: the high voltage switch with its setting circuits (first and second) and the control block. An on / off control arrangement is used: the converter switches to a fixed clock frequency of, for example, 1 MHz and with a fixed pulse width ratio of 87.5%. When the output voltage exceeds the desired output voltage (eg 10 V), the converter stops switching. The pulse width can be interrupted by two additional circuits in the control block: a soft start circuit and a current limiting circuit. The soft start circuit ensures that the converter starts with a very low operating cycle that is gradually increased over time to 87.5%. In this way the output voltage is gradually built up and the inrush current is lowered. The current limiting circuit can break the pulse width at any time. The current is measured by following the voltage across the switch. If this voltage becomes too high, the pulse width is interrupted.

[0042] De DC-DC-converter werkt in klokcycli. Eén klokcyclus bevat twee fasen. In één fase wordt de schakelaar gesloten en wordt één zijde van de inductor met de aarde verbonden. Energie wordt opgebouwd in de inductor. In de volgende fase wordt de schakelaar geopend en de energie overgedragen aan de uitgangsaansluiting. Door de diodedrempel en procesvariaties in het regelblok, kan de spanning over de schakelaar een spanningsniveau tot 11 V reiken.The DC-DC converter works in clock cycles. One clock cycle contains two phases. In one phase the switch is closed and one side of the inductor is connected to the ground. Energy is built up in the inductor. In the next phase, the switch is opened and the energy is transferred to the output connection. Due to the diode threshold and process variations in the control block, the voltage across the switch can reach a voltage level of up to 11 V.

[0043] De schakelaar (111) kan de 11 V tolereren door gebruik te maken van vijf gestapelde geïsoleerde nMOS-transistors (112) van 3,3 V. Transistor MNi wordt rechtstreeks aangedreven door het regelblok (110) via een conische buffer (118). De schakelaar wordt gesloten door middel van de 3,3 V-voeding, die wordt toegepast op alle poorten via transistors MLBi, MLB2 en MLB3 in het lokale instelcircuit( 109). Om de schakelaar te openen wordt de poort van transistor MN1 met de aarde verbonden. Wanneer de poort van MN2 wordt aangesloten op de 3,3 V-ingangsspanning, kan knooppunt nl stijgen tot 3,3 V voordat MN2 volledig wordt uitgeschakeld. Bijgevolg is MN1 beschermd. Om de andere transistors MN2, MN3, MN4 en MN5 te beschermen, moeten de middenspanningen 5,0 V, 7,5 V en 10,0 V respectievelijk worden toegepast op de poorten van MN3, MN4 en MN5. Veelvouden van 2,5 V worden genomen om voldoende speling te voorzien voor proces- en temperatuurvariaties en om transient spanningspieken op te vangen over de MOS-aansluitingen van 3,3 V. Bij het opstarten zijn deze spanningen echter niet aanwezig. Om de schakelaar te openen zonder betrouwbaarheidsproblemen, moeten de middenspanningen de opgewekte 10 V-voeding volgen. Dit proces wordt uitgevoerd door het algemene instelcircuit (108).The switch (111) can tolerate the 11 V by using five stacked isolated 3.3 V. nMOS transistors (112). Transistor MNi is directly driven by the control block (110) via a conical buffer (118). ). The switch is closed by means of the 3.3 V power supply, which is applied to all ports via transistors MLB1, MLB2 and MLB3 in the local setting circuit (109). To open the switch, the gate of transistor MN1 is connected to ground. When the gate of MN2 is connected to the 3.3 V input voltage, node nl can rise to 3.3 V before MN2 is completely switched off. MN1 is therefore protected. To protect the other transistors MN2, MN3, MN4 and MN5, the medium voltages 5.0 V, 7.5 V and 10.0 V must be applied to the ports of MN3, MN4 and MN5 respectively. Multiples of 2.5 V are taken to provide sufficient clearance for process and temperature variations and to absorb transient voltage peaks over the MOS connections of 3.3 V. However, these voltages are not present at start-up. To open the switch without reliability problems, the medium voltages must follow the generated 10 V supply. This process is performed by the general setting circuit (108).

[0044] In Fig. 2 wordt een gedetailleerd schematisch overzicht gegeven van het algemene instelcircuit (108). Twee resistieve laddernetwerken (1) en (2) kunnen worden herkend. Een eerste laddernetwerk (1) wordt uitgebreid met diodegeconfigureerde nMOS-transistors en het andere laddernetwerk (2) wordt uitgebreid met diodegeconfigureerde pMOS-transistors Door de weerstanden op elkaar af te stemmen en de transistors in te stellen in hun subdrempelgebied, worden evenredig verdeelde spanningen opgewekt op de knooppunten (3), (4), (5), (23), (24) en (25). Het sinken of sourcen van stroom van deze knooppunten is echter niet mogelijk. Bijgevolg worden de stromen doorheen de diodegeconfigureerde transistors gespiegeld naar een push-pull uitgangstrap. Op die manier wordt ook de drempelvariatie van de transistors gecompenseerd. De poorten van de op de diode aangesloten transistors (6) en (7) zijn verbonden met de poorten van de push-pull transistors (8) en (9). Op een soortgelijke manier zijn de poorten van de op de diode aangesloten transistors (10) en (11) aangesloten op respectievelijk de push-pull transistors (12) en (13), en de poorten van de op de diode aangesloten transistors (14) en (15) zijn aangesloten op de push-pull transistors (16) en (17). Op die manier wordt een serieverbinding van drie push-pull fasen verkregen, hetgeen de 10 V-voeding verdeelt in de middenspanningen 7,5 V, 5,0 V en 2,5 V. Deze spanningen variëren alleen met de temperatuursafhankelijkheid van het weerstandsnetwerk en volgen relatief de spanningen op de 10 V-voeding. Ook zijn de transistors in de push-pull outputstructuur ingesteld in hun subdrempelgebied om een lage outputimpedantie te verkrijgen. Op die manier kunnen de middenspanningen stromen sourcen en sinken. Bovendien beperkt dit het DC-stroomverbruik van het algemene instelcircuit tot slechts 60 μΑ.FIG. 2 a detailed schematic overview of the general setting circuit (108) is given. Two resistive ladder networks (1) and (2) can be recognized. A first ladder network (1) is expanded with diode-configured nMOS transistors and the other ladder network (2) is expanded with diode-configured pMOS transistors By matching the resistors and adjusting the transistors in their sub-threshold area, proportionally distributed voltages are generated at nodes (3), (4), (5), (23), (24) and (25). Sinking or sourcing power from these nodes, however, is not possible. Consequently, the currents through the diode-configured transistors are mirrored to a push-pull output stage. In this way the threshold variation of the transistors is also compensated. The ports of the transistors (6) and (7) connected to the diode are connected to the ports of the push-pull transistors (8) and (9). Similarly, the ports of the diode-connected transistors (10) and (11) are connected to the push-pull transistors (12) and (13), respectively, and the ports of the diode-connected transistors (14) and (15) are connected to the push-pull transistors (16) and (17). In this way a series connection of three push-pull phases is obtained, which divides the 10 V supply into the medium voltages 7.5 V, 5.0 V and 2.5 V. These voltages only vary with the temperature dependence of the resistance network and relatively follow the voltages on the 10 V supply. Also, the transistors in the push-pull output structure are set in their sub-threshold area to achieve a low output impedance. In this way the medium voltages can source and sink flows. In addition, this limits the DC power consumption of the general setting circuit to only 60 μΑ.

[0045] De 10 V-voeding en de middenspanningen 7,5 V, 5,0 V en 2,5 V worden aangelegd aan het lokale instelcircuit (109) van de hoogspanningsschakelaar. Op fig. 3 is een gedetailleerd overzicht te zien van de hoogspanningsschakelaar (111) met zijn lokaal instelcircuit. De schakelaar heeft twee standen: open en gesloten.The 10 V power supply and the 7.5 V, 5.0 V and 2.5 V medium voltages are applied to the local setting circuit (109) of the high voltage switch. Fig. 3 shows a detailed overview of the high-voltage switch (111) with its local adjustment circuit. The switch has two positions: open and closed.

[0046] De schakelaar wordt gesloten door 3,3 V aan te leggen aan de poort van MN1. Knooppunt nl wordt ontladen naar de aarde en transistor MN2 geleidt aangezien zijn poort vast verbonden is met 3,3 V. Knooppunt n2 wordt op zijn beurt ontladen naar de aarde zodat transistor MLP1 kan geleiden. Op die manier wordt knooppunt nl2 ontladen naar 3,3 V en begint transistor MN3 te geleiden. Dezelfde redenering geldt voor transistors en MN4, en M,j>3 en MN5.The switch is closed by applying 3.3 V to the gate of MN1. Node n1 is discharged to the ground and transistor MN2 is guided since its gate is permanently connected to 3.3 V. Node n2 is in turn discharged to the ground so that transistor MLP1 can conduct. In this way node nl2 is discharged to 3.3 V and transistor MN3 starts to conduct. The same reasoning applies to transistors and MN4, and M, j> 3 and MN5.

[0047] De schakelaar wordt geopend door 0 V aan te leggen aan de poort van MNi. Knooppunt nl wordt geladen tot een maximum van 3,3 V aangezien zijn poort vast verbonden is met 3,3 V. Bijgevolg geleidt transistor MN2 niet meer en de spanning op knooppunt n2 laadt op. Om het spanningsverlies over de aansluitingen van transistor MN2 te beperken, mag de poort van transistor MN3 niet ingesteld zijn op een spanning hoger dan 6,6 V. Om voldoende speling in de spanning te voorzien, worden spanningsveelvouden van 2,5 V gekozen. Bijgevolg moet de poort van transistor MN3 ingesteld zijn op 5,0 V. Om dezelfde reden moeten de poorten van transistors MN4 en MN5 worden ingesteld op respectievelijk 7,5 V en 10 V. Dit proces vindt plaats in het lokale instelcircuit (109). Wanneer de poort van transistor MN1 in de schakelaar met de aarde wordt verbonden, wordt de poort van transistor MLP7 in het lokale instelcircuit naar 7,5 V getrokken. Dat betekent dat knooppunt nl7 wordt geladen tot 10 V. Derhalve geleidt transistor MLP6 aangezien zijn poort verbonden is met de 7,5 V van het algemene instelcircuit. Bijgevolg wordt knooppunt nl6 opgeladen tot 10 V en knooppunt nl9 tot 7,5 V via transistor MNL3, die geleidt. Dezelfde redenering geldt voor transistors MLps, MLN2 en MLp4. Op deze manier wordt de poort van transistor MN5, knooppunt n4, opgeladen tot 10 V en de poort van transistor MN4, knooppunt nl3, opgeladen tot 7,5 V. Bijgevolg geleidt transistor MLN1 en wordt de poort van transistor MN3, knooppunt nl2, opgeladen tot 5 V.The switch is opened by applying 0 V to the gate of MNi. Node nl is charged to a maximum of 3.3 V since its gate is fixedly connected to 3.3 V. Consequently, transistor MN2 no longer conducts and the voltage on node n2 charges. To limit the voltage drop across the terminals of transistor MN2, the gate of transistor MN3 must not be set to a voltage higher than 6.6 V. To provide sufficient play in the voltage, voltage multiples of 2.5 V are chosen. Consequently, the gate of transistor MN3 must be set to 5.0 V. For the same reason, the gates of transistors MN4 and MN5 must be set to 7.5 V and 10 V respectively. This process takes place in the local setting circuit (109). When the gate of transistor MN1 in the switch is connected to ground, the gate of transistor MLP7 in the local bias circuit is pulled to 7.5 V. This means that node nl7 is charged to 10 V. Therefore, transistor MLP6 conducts since its gate is connected to the 7.5 V of the general setting circuit. Consequently, node nl6 is charged to 10 V and node nl9 to 7.5 V via transistor MNL3, which conducts. The same reasoning applies to MLps, MLN2 and MLp4 transistors. In this way, the gate of transistor MN5, node n4, is charged to 10 V and the gate of transistor MN4, node nl3, charged to 7.5 V. Consequently, transistor MLN1 conducts and the gate of transistor MN3, node nl2, is charged up to 5 V.

[0048] In het geval dat de hoogspanningsschakelaar (111) wordt gesloten, moeten de transistors MLP4 en MLp5 in het lokale instelcircuit (109) beschermd worden tegen te grote spanningen door respectievelijk 3,3 V en 5 V toe te passen op hun poorten. Dit wordt verwezenlijkt via de transistors en MLP2 voor de poort van MLP4 en via transistor MLN1 voor de poort van transistor MLP5.In the event that the high voltage switch (111) is closed, the transistors MLP4 and MLp5 in the local setting circuit (109) must be protected against excessive voltages by applying 3.3 V and 5 V respectively to their gates. This is accomplished via the transistors and MLP2 for the gate of MLP4 and via transistor MLN1 for the gate of transistor MLP5.

[0049] Het moet dus worden opgemerkt dat de poort van transistor MN1 samen met de poort van transistor MLP7 schakelt. De poort van transistor MN1 schakelt tussen 0 V en 3,3 V en de poort van transistor MLP7 moet worden geschakeld tussen 7,5 V en 10 V. Deze functie wordt uitgevoerd door een standaard niveauverschuiver (level shifter) met capacitieve koppeling.It should therefore be noted that the gate of transistor MN1 switches together with the gate of transistor MLP7. The gate of transistor MN1 switches between 0 V and 3.3 V and the gate of transistor MLP7 must be switched between 7.5 V and 10 V. This function is performed by a standard level shifter with capacitive coupling.

[0050] De combinatie van de algemene (108) en lokale (109) instelcircuits laat een implementatie toe van een hoogspanningsschakelaar met standaard laagspanningsapparaten en garandeert dat de betrouwbaarheid van deze apparaten niet in het gedrang komt door te hoge spanningen op hun aansluitingen.The combination of the general (108) and local (109) setting circuits allows an implementation of a high voltage switch with standard low voltage devices and guarantees that the reliability of these devices is not compromised by excessive voltages on their connections.

[0051] De 10 V-uitgang van het inductieve convertercircuit kan dienst doen als de voeding voor een geschakelde uitgangstrap. Fig. 4 is een schematische voorstelling van de klasse D-versterker met zijn instelcircuits. De 10,0 V-rail wordt beschermd door een aangepaste ESD-klem voor hoogspanning. De klasse D-versterker omvat vijf gestapelde, geïsoleerde pMOS- en nMOS-transistors in respectievelijk het pull-up- en pull-downnetwerk om te kunnen omgaan met procesen temperatuurvariaties en snelle schakelovergangen. De lokale instelopstelling is gebaseerd op de paper "A 237mW aDSL2+ CO Line Driver in a Standard 1.2V 130nm CMOS technology" (B. Serneels et al., ISSCC Digest of Technical Papers, blz. 524-525, februari 2007) en vereist de middenspanningen 2,5 V, 5,0 V en 7,5 V voor een betrouwbare werking. Deze spanningen worden opgewekt uit de 10 V-voeding, zoals het algemene instelcircuit in de inductieve converter. Tijdens het opstarten van de converter wordt de klasse D-versterker in tri-state ingesteld via transistors MN1 en Mpi. De 10 V-rail wordt geleidelijk aan opgebouwd en de middenspanningen volgen relatief. Derhalve komt de betrouwbaarheid van het apparaat in de klasse D-versterker niet in het gedrang.The 10 V output of the inductive converter circuit can serve as the power supply for a switched output stage. FIG. 4 is a schematic representation of the class D amplifier with its setting circuits. The 10.0 V rail is protected by a modified ESD terminal for high voltage. The class D amplifier includes five stacked, isolated pMOS and nMOS transistors in the pull-up and pull-down network, respectively, to handle process and temperature variations and fast switching transitions. The local setup is based on the paper "A 237mW aDSL2 + CO Line Driver in a Standard 1.2V 130nm CMOS technology" (B. Serneels et al., ISSCC Digest of Technical Papers, pages 524-525, February 2007) and requires the medium voltages 2.5 V, 5.0 V and 7.5 V for reliable operation. These voltages are generated from the 10 V supply, such as the general setting circuit in the inductive converter. During the start-up of the converter, the class D amplifier is set to tri-state via transistors MN1 and Mpi. The 10 V rail is built up gradually and the medium voltages follow relatively. Therefore, the reliability of the device in the class D amplifier is not compromised.

[0052] De ESD-klem van 10 V bestaat uit vier gestapelde nMOS ESD-klemmen van 3,3 V die elk instaan voor een 2,5 V-rail. Het voordeel van het gebruik van een nMOS in het actieve gebied als een ESD-klem is de lage houdspanning. Tijdens een een electrostatische ontlading volgen de middenspanningen de ESD-puls. Deze spanningen zijn verbonden met de 2,5 V, 5,0 V en 7,5 V-rails van de algemene instelblokken op de testchip via p-type DNW-diodes. Op deze manier wordt een gelijkmatige spreiding van de ESD-puls over de gestapelde apparaten verkregen, waarbij de ESD-robuustheid van de circuits wordt verbeterd.The 10 V ESD terminal consists of four 3.3 V nMOS ESD terminals that are each responsible for a 2.5 V rail. The advantage of using an nMOS in the active area as an ESD terminal is the low holding voltage. During an electrostatic discharge, the medium voltages follow the ESD pulse. These voltages are connected to the 2.5 V, 5.0 V and 7.5 V rails of the general setting blocks on the test chip via p-type DNW diodes. In this way, an even distribution of the ESD pulse over the stacked devices is obtained, thereby improving the ESD robustness of the circuits.

[0053] Om de uitstekende prestaties van de DC-DC-converter van de onderhavige uitvinding te illustreren, worden enkele numerieke resultaten voorgesteld.To illustrate the excellent performance of the DC-DC converter of the present invention, some numerical results are presented.

[0054] Fig.5 geeft de efficiëntie weer van een inductieve DC-DC-converter overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding in functie van het uitgangsvermogen voor een variatie van 10% op de 3,3 V-ingangsspanning en drie temperaturen. De piekefficiëntie is 81% bij een uitgangsvermogen van 732 mW voor een ingangsspanning van 3,3 V bij 25°C. Het maximale uitgangsvermogen is 1,5 W. Fig. 6 geeft de efficiëntie weer van de klasse D-versterker in functie van zijn schakelfrequentie voor een belasting van 66 Ω. Een efficiëntie van 97% wordt verkregen voor de klasse D-versterker. De gecombineerde efficiëntie (klasse D en DC-DC) is gelijk aan 74%. De efficiëntie begint achteruit te gaan bij een schakelfrequentie van 1,0 MHz. Gemeten golfvormen van de opgewekte 10 V-voeding, de output van de klasse D-versterker en de inductorstroom worden getoond in Fig. 7. De gemiddelde uitgangsspanning van de converter is 9,9 V. De klasse D-versterker behaalt een uitgangsspanningszwaai van 9,6 V voor een belasting van 66 Ω, wat resulteert in een uitgangsvermogen van 350 mW. De schakelfrequentie is 20 kHz. De stroomgolfvorm van de inductor bestaat uit bursts van één volledige klokcyclus van 1 ps en één cyclus waarin de pulsbreedte wordt afgebroken, waarbij de aan/uit-werking van de converter wordt gevisualiseerd.Fig. 5 shows the efficiency of an inductive DC-DC converter according to an embodiment of the invention as a function of the output power for a variation of 10% on the 3.3 V input voltage and three temperatures. The peak efficiency is 81% at an output power of 732 mW for an input voltage of 3.3 V at 25 ° C. The maximum output power is 1.5 W. Fig. 6 shows the efficiency of the class D amplifier as a function of its switching frequency for a load of 66 Ω. An efficiency of 97% is obtained for the class D amplifier. The combined efficiency (class D and DC-DC) is equal to 74%. The efficiency starts to decline with a switching frequency of 1.0 MHz. Measured waveforms of the generated 10 V supply, the class D amplifier output and the inductor current are shown in FIG. 7. The average output voltage of the converter is 9.9 V. The class D amplifier achieves an output voltage swing of 9.6 V for a load of 66 Ω, resulting in an output power of 350 mW. The switching frequency is 20 kHz. The current waveform of the inductor consists of bursts of one full clock cycle of 1 ps and one cycle in which the pulse width is broken off, visualizing the on / off operation of the converter.

[0055] Het is belangrijk om op te merken dat in de configuratie getoond in Fig. 4, de klasse D-versterker dienst doet als een hoogspanningsuitgangsbuffer, maar de voorgestelde hoogspanningstopologie is niet beperkt tot alleen maar uitgangsbuffers. Wanneer de uitgangsbuffer is ingesteld in tri-state, kan een spanning worden toegepast aan de uitgang. Het is bekend dat wanneer de toegepaste spanning hoger is dan zijn voedingsspanning, een lekkagepad bestaat van de uitgang via de parasitaire drain-bulkdiodes van de outputfase naar de voedingsspanning. Conventionele l/O-buffers leiden onder een ongewenst lekstroompad (lekkage aan de pin) wanneer de l/O-spanning aan de pin groter wordt dan de werkspanning. Lekkage aan de pin kan zich voordoen via de parasitaire PN-diode van de pMOS of via het pMOS-kanaal wanneer de l/O-ingangsspanning groter is dan VDD+Vtp (zie Fig. 8).It is important to note that in the configuration shown in FIG. 4, the class D amplifier serves as a high voltage output buffer, but the proposed high voltage topology is not limited to just output buffers. When the output buffer is set to tri-state, a voltage can be applied to the output. It is known that when the applied voltage exceeds its supply voltage, a leakage path exists from the output via the parasitic drain bulk diodes from the output phase to the supply voltage. Conventional I / O buffers lead under an undesired leakage current path (leakage at the pin) when the I / O voltage at the pin becomes greater than the operating voltage. Leakage at the pin can occur via the pMOS parasitic PN diode or via the pMOS channel when the I / O input voltage is greater than VDD + Vtp (see Fig. 8).

[0056] Er wordt nu een topologie voorgesteld die dit lekkagepad verwijdert. Dit wordt geïllustreerd op een l/O-buffer met Vdd-uitgang en 2Vdd-ingang. De voorgestelde oplossing wordt in detail uitgelegd met verwijzing naar Fig. 9. Fig. 9 is een circuitdiagram waarin de pre-driver 21 en de uitgangsbuffer 22 van de gemengde spanning-ingang/uitgang-buffer wordt getoond. Het voorbeeld wordt gegeven van een ingangs-/uitgangsbuffer die kan verzenden op VDD-niveaus en kan ontvangen op 2VDD-niveaus (twee keer het VDD-niveau). De uitgangsbuffer omvat twee pMOS pull-uptransistors 23 en 24, twee nMOS pull-downtransistors 28 en 29 en insteltransistors 25, 26, 27 en 30. De uitgang van de uitgangsbuffer 22 is aangesloten op de l/O PAD 210 van de gemengde spanning-ingang/uitgang-buffer. De pMOS pull-uptransistors 23 en 24 delen dezelfde bulk-sourceverbinding (knooppunt N2) en dezelfde poortverbinding (knooppunt N4). De overeenkomstige drain-bulkdiodes van de pMOS pull-uptransistors 23 en 24 zijn respectievelijk D2 en Dl. Wegens hun gemeenschappelijke poort en bronverbinding, zijn de N-zijden van de diodes Dl en D2 verbonden met knooppunt N2 en zijn de P-zijden van de diodes Dl en D2 verbonden met respectievelijk de l/O PAD 210 en de voeding VDD van uitgangsbuffer 22. De pre-driver 21 verzendt het datasignaal Dun naar de uitgangsbuffer 22 en stelt de uitgangsbuffer 22 in tri-statemodus via het OEN-signaal (Output Enable). Wanneer de uitgangsbuffer 22 is ingesteld in tri-statemodus, kan het 2V0D-signalen aan de l/O PAD 210 weerstaan zonder lekkage naar zijn VDD-voeding en zonder oxidestress op elk apparaat in de uitgangsbuffer 22.A topology is now proposed that removes this leakage path. This is illustrated on an 1 / O buffer with Vdd output and 2Vdd input. The proposed solution is explained in detail with reference to Figs. 9. FIG. 9 is a circuit diagram showing the pre-driver 21 and the output buffer 22 of the mixed voltage input / output buffer. The example is given of an input / output buffer that can transmit at VDD levels and receive at 2VDD levels (twice the VDD level). The output buffer comprises two pMOS pull-up transistors 23 and 24, two nMOS pull-down transistors 28 and 29 and bias transistors 25, 26, 27 and 30. The output of the output buffer 22 is connected to the I / O PAD 210 of the mixed voltage input / output buffer. The pMOS pull-up transistors 23 and 24 share the same bulk source connection (node N2) and the same port connection (node N4). The corresponding drain bulk diodes of the pMOS pull-up transistors 23 and 24 are D2 and D1, respectively. Because of their common gate and source connection, the N sides of the diodes D1 and D2 are connected to node N2 and the P sides of the diodes D1 and D2 are connected to the I / O PAD 210 and the power supply VDD of output buffer 22, respectively The pre-driver 21 transmits the data signal DIN to the output buffer 22 and sets the output buffer 22 to tri-state mode via the OEN signal (Output Enable). When the output buffer 22 is set to tri-state mode, it can withstand 2V0D signals on the I / O PAD 210 without leakage to its VDD supply and without oxide stress on any device in the output buffer 22.

[0057] Wanneer de uitgangsbuffer 22 is ingeschakeld, werkt de ingangs-/uitgangsbuffer in verzendmodus. Het signaal aan de l/O PAD 210 zal hoog of laag zijn overeenkomstig het datasignaal Durr. In verzendmodus is een hoog uitgangssignaal een signaal op VDD en een laag uitgangssignaal is een signaal op GND.When the output buffer 22 is turned on, the input / output buffer operates in transmission mode. The signal on the I / O PAD 210 will be high or low according to the data signal Durr. In transmission mode, a high output signal is a signal on VDD and a low output signal is a signal on GND.

[0058] Voor een hoge output op l/O PAD 210, worden de pMOS pull-uptransistors 23 en 24 ingesteld in hun lineair gebied en de nMOS pull-downtransistors worden afgeschakeld. De pMOS pull-uptransistors 23 en 24 worden ingesteld in het lineaire gebied door hun poorten te ontladen naar GND. Dat wordt uitgevoerd door twee gestapelde nMOS-transistors 26 en 27. De poort van transistor 26 is vast verbonden met VDD. De poort van transistor 27 wordt aangedreven naar VDD. De verbinding tussen de poorten, knooppunt N4 en de bronnen, knooppunt N2 van de pMOS pull-uptransistors 23 en 24, tot stand gebracht door transistor 25 wordt afgebroken. Dat wordt uitgevoerd door transistor 25 af te schakelen door zijn poort naar GND te verbinden. In Fig. 8 wordt transistor 25 uitgevoerd als een pMOS-transistor. Er zijn echter andere oplossingen mogelijk zoals een transmissiepoort. De nMOS pull-downtransistor 29 wordt afgeschakeld door zijn poort met VDD te verbinden. Als de l/O PAD 210 wordt geladen naar VDD, wordt knooppunt NI geladen naar V0D - Vtn. De poort van de nMOS pull-downtransistor 28 is vast verbonden met VDD. Bijgevolg wordt de transistor 28 automatisch afgeschakeld.For a high output on 1 / O PAD 210, the pMOS pull-up transistors 23 and 24 are set in their linear range and the nMOS pull-down transistors are turned off. The pMOS pull-up transistors 23 and 24 are set in the linear region by discharging their ports to GND. This is performed by two stacked nMOS transistors 26 and 27. The gate of transistor 26 is fixedly connected to VDD. The gate of transistor 27 is driven to VDD. The connection between the ports, node N4 and the sources, node N2 of the pMOS pull-up transistors 23 and 24 established by transistor 25 is terminated. This is done by switching off transistor 25 by connecting its gate to GND. In FIG. 8, transistor 25 is implemented as a pMOS transistor. However, other solutions are possible such as a transmission port. The nMOS pull-down transistor 29 is turned off by connecting its gate to VDD. If the I / O PAD 210 is loaded to VDD, node NI is loaded to V0D - Vtn. The gate of the nMOS pull-down transistor 28 is fixedly connected to VDD. Consequently, the transistor 28 is turned off automatically.

[0059] Voor een lage output op l/O PAD 210, worden de pMOS pull-uptransistors 23 en 24 afgeschakeld en de nMOS pull-downtransistors 28 en 29 worden ingesteld in het lineaire gebied. De pMOS pull-uptransistors 23 en 24 worden afgeschakeld door hun poorten te verbinden met hun bronnen of door knooppunt N2 te verbinden met knooppunt N4. Dat wordt uitgevoerd door transistor 25 in te stellen in het lineaire gebied door zijn poort naar GND te verbinden. Op die manier zijn de poort-bronspanningen van de pMOS pull-uptransistors 23 en 24 gelijk aan 0 V. Transistor 27 wordt afgeschakeld door zijn poort naar 0 V te brengen. De knooppunten N2 en N4 worden op een constante spanning VDD gehouden via transistor 30.For a low output on 1 / O PAD 210, the pMOS pull-up transistors 23 and 24 are turned off and the nMOS pull-down transistors 28 and 29 are set in the linear region. The pMOS pull-up transistors 23 and 24 are turned off by connecting their ports to their sources or by connecting node N2 to node N4. This is done by setting transistor 25 in the linear region by connecting its gate to GND. In this way, the gate source voltages of the pMOS pull-up transistors 23 and 24 are 0 V. Transistor 27 is turned off by bringing its gate to 0 V. The nodes N2 and N4 are kept at a constant voltage VDD via transistor 30.

[0060] Als de buffer 22 is uitgeschakeld of ingesteld in tri-state via het OEN-signaal, werkt de ingangs-/uitgangsbuffer in ontvangstmodus. De tri-statemodus houdt in dat zowel pull-up- als pull-downpaden worden afgebroken. Voor de nMOS pull-downtransistors 28 en 29 wordt deze actie uitgevoerd door de poort van transistor 29 naar GND te leiden om af te schakelen. Voor het pMOS pull-uppad wordt deze actie uitgevoerd door kortsluiting van poorten, knooppunt N4 en bronnen, knooppunt N2 van de pMOS pull-uptransistors 23 en 24 en door transistor 27 zo in te stellen dat de knooppunten N2 en N4 kunnen zweven tussen de l/O PAD 210 en de voeding V0D van de uitgangsbuffer 22. In ontvangstmodus kan het signaal aan de l/O PAD 210 stijgen tot 2V0D. Naast de oxidestress die de transistors van de uitgangsbuffer 22 kunnen ondergaan, moet het lekkagepad van de l/O PAD 210 naar de VDD-voeding van de uitgangsbuffer 22 worden afgebroken. Dit pad wordt gevormd door de pull-uptransistors 23 en 24. Het lek via de drain-bulkdiode Dl van transistor 24 wordt gestopt door de invers aangesloten drain-bulkdiode D2 van transistor 23. Bovendien is geen stroom mogelijk door het kanaal van de pMOS pull-uptransistors 23 en 24 aangezien in tri-statewerking van de uitgangsbuffer 22 de poorten en de bronnen van de pull-uptransistors 23 en 24 worden kortgesloten door transistor 25 en deze knooppunten zweven tussen de 1/0 PAD 210 en de voeding VDD van de uitgangsbuffer, afhankelijk van welke van de twee het hoogste is. Wanneer de spanning aan de 1/0 PAD 210 op 2VDD ligt, stijgt de spanning aan de knooppunten N2 en N4 tot 2 VDD-V0 (waarbij VD gelijk is aan het spanningsverlies over de diode). De oxide van transistor 27 is beschermd tegen de spanning 2VDD-VD door transistor 26. De poort van transistor 26 is vast verbonden met V00, wat ervoor zorgt dat de spanning op knooppunt N3 niet hoger stijgt dan VDD. In het nMOS pull-downpad is de oxide van transistor 29 op dezelfde manier beschermd tegen de spanning 2VD0 door transistor 28 met een vaste poortverbinding naar VDD. Wanneer de spanning aan de 1/0 PAD 210 op 0 V ligt, zakt de spanning aan de knooppunten N2 en N4 naar VDD via transistor 30, welke zich in het triodegebied bevindt.If the buffer 22 is switched off or set to tri-state via the OEN signal, the input / output buffer operates in reception mode. The tri-state mode means that both pull-up and pull-down paths are cut off. For the nMOS pull-down transistors 28 and 29, this action is performed by leading the gate from transistor 29 to GND to turn off. For the pMOS pull-up path, this action is performed by shorting ports, node N4 and sources, node N2 of the pMOS pull-up transistors 23 and 24, and by setting transistor 27 so that the nodes N2 and N4 can float between the l / O PAD 210 and the power supply V0D of the output buffer 22. In reception mode the signal on the l / O PAD 210 can rise to 2V0D. In addition to the oxide stress that the transistors of the output buffer 22 can undergo, the leakage path from the I / O PAD 210 to the VDD supply of the output buffer 22 must be interrupted. This path is formed by the pull-up transistors 23 and 24. The leak via the drain bulk diode D1 of transistor 24 is stopped by the inversely connected drain bulk diode D2 of transistor 23. Moreover, no current is possible through the channel of the pMOS pull -up transistors 23 and 24 since in tri-state operation of the output buffer 22 the gates and sources of the pull-up transistors 23 and 24 are short-circuited by transistor 25 and these nodes float between the I / O PAD 210 and the power supply VDD of the output buffer , depending on which of the two is the highest. When the voltage at the I / O PAD 210 is 2VDD, the voltage at the nodes N2 and N4 rises to 2 VDD-V0 (where VD is equal to the voltage drop across the diode). The oxide of transistor 27 is protected against the voltage 2 VDD-VD by transistor 26. The gate of transistor 26 is fixedly connected to V00, which ensures that the voltage at node N3 does not rise higher than VDD. In the nMOS pull-down path, the oxide of transistor 29 is protected in the same way against the voltage 2VD0 by transistor 28 with a fixed gate connection to VDD. When the voltage at the I / O PAD 210 is 0 V, the voltage at the nodes N2 and N4 drops to VDD via transistor 30, which is located in the triode region.

[0061] De oplossing is niet beperkt tot het voorkomen van lekken vanaf de l/O-pin naar de voeding van de uitgangsbuffer. Op een zelfde manier kan ze geïmplementeerd worden in het nMOS pull-downpad om lekstroom te voorkomen naar de aarding van de uitgangsbuffer.The solution is not limited to the prevention of leaks from the I / O pin to the power supply of the output buffer. In the same way, it can be implemented in the nMOS pull-down path to prevent leakage current to the grounding of the output buffer.

[0062] Afhankelijk van de waarde van het OEN-controlesignaal (Output Enable), kan de 1/0-buffer dienst doen ais een ingangsbuffer of als een uitgangsbuffer.Depending on the value of the OEN control signal (Output Enable), the 1/0 buffer can serve as an input buffer or as an output buffer.

[0063] De voorgestelde oplossing voor het probleem van lekkage aan de pin maakt gebruik van het minst aantal apparaten om de gewenste functie te implementeren in vergelijking met bestaande oplossingen. De oplossing is redelijk eenvoudig. Complexiteit door timing, transient stress en metalen verbindingen wordt sterk verminderd. Bovendien is de oplossing niet afhankelijk van instelknooppunten intern in de l/O-buffer. Bijgevolg wordt de aanwezigheid van overlapstromen (shoot through) en stroomlekken onder de drempelwaarde geminimaliseerd en kan een resistieve belasting worden uitgevoerd zonder gevolgen.The proposed solution to the pin leakage problem uses the least number of devices to implement the desired function in comparison with existing solutions. The solution is fairly simple. Complexity through timing, transient stress and metal connections is greatly reduced. Moreover, the solution is not dependent on set-up nodes internally in the I / O buffer. Consequently, the presence of overlap currents (shoot through) and current leaks below the threshold value is minimized and a resistive load can be carried out without consequences.

[0064] Hoewel de uitvinding werd geïllustreerd en in detail werd beschreven in de tekeningen en voorgaande beschrijving, moeten dergelijke illustraties en beschrijvingen als illustratie of voorbeeld worden beschouwd en niet als zijnde restrictief. De voorgaande beschrijving verklaart bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding in detail. Het moet echter worden opgemerkt dat hoe gedetailleerd het voorgaande ook in de tekst is opgenomen, de uivinding op vele manieren kan worden uitgevoerd. De uitvinding is niet beperkt tot de geopenbaarde uitvoeringsvormen.Although the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such illustrations and descriptions are to be considered as illustrative or exemplary and not restrictive. The foregoing description explains certain embodiments of the invention in detail. It should be noted, however, that no matter how detailed the foregoing is contained in the text, the invention can be made in many ways. The invention is not limited to the disclosed embodiments.

[0065] Andere variaties op de geopenbaarde uitvoeringsvormen kunnen worden begrepen en uitgevoerd door personen die geschoold zijn in dit domein en door de geclaimde uitvinding in de praktijk te brengen, door een studie van de tekeningen, de openbaarmaking en de bijgevoegde conclusies. In de conclusies sluit het woord "omvattende" geen andere elementen of stappen uit en het onbepaald lidwoord "een" sluit geen meervoud uit. Eventuele verwijzingen in de conclusies mogen niet worden opgevat als een beperking van de reikwijdte.Other variations on the disclosed embodiments may be understood and performed by persons skilled in the art and by practicing the claimed invention, through a study of the drawings, the disclosure, and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps and the indefinite article "a" does not exclude a plural. Any references in the claims should not be construed as limiting the scope.

Claims (14)

1. DC-DC-convertercircuit om een DC-ingangsspanningssignaal (103) te verhogen naar een DC-uitgangsspanningssignaal (105), omvattende - een ingangsaansluiting (104) om een DC-ingangsspanningssignaal (103) aan te leggen, - een uitgangsaansluiting om een DC-uitgangsspanningssignaal uit te voeren dat een verhoogde versie is van voornoemd DC-ingangsspanningssignaal, - een meervoudig aantal schakelelementen (112), ingericht om te worden geschakeld tussen een open toestand en een gesloten toestand, waarbij ten minste één van voornoemde schakelelementen niet in staat is om voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal te tolereren, - een halfgeleiderschakelaar (111) omvattende voornoemd meervoudig aantal schakelelementen (112), - een spanningsdoorlaatelement (107) verbonden met voornoemde halfgeleiderschakelaar en ingericht om een signaal te ontvangen op een hoger spanningsniveau dan voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal en om voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal (105) te leveren aan voornoemde uitgangsaansluiting, - eerste instelmiddelen (108) ingericht om te worden gevoed met voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal en om van voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal ten minste één middenspanningssignaal (113) af te leiden met een spanningsniveau dat lager is dan voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal, - tweede instelmiddel (109) dat is ingericht om te worden gevoed met voornoemd DC-ingangsspanningssignaal en met voornoemd ten minste één middenspanningssignaal en om voornoemd DC-ingangsspanningssignaal en voornoemd ten minste één middenspanningssignaal te leveren aan ten minste één schakelelement van voornoemde halfgeleiderschakelaar, zodat voornoemde halfgeleiderschakelaar in voornoemde open toestand voornoemde spanning die hoger is dan voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal kan tolereren, - een regelblok (110) ingericht om voornoemd DC-ingangsspanningssignaal en voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal te ontvangen en omvattende schakelbesturingslogica (117) ingericht om voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal te vergelijken met een referentiespanningssignaal (114) en om een aandrijfsignaal (116) uit te voeren overeenkomstig het resultaat van voornoemde vergelijking, - een buffer (118) ingericht om het aandrijfsignaal (116) te ontvangen en een spanningssignaal (120) te leveren overeenkomstig het DC-ingangsspanningssignaal aan een schakelelement van voornoemde halfgeleiderschakelaar.A DC-DC converter circuit for increasing a DC input voltage signal (103) to a DC output voltage signal (105), comprising - an input terminal (104) for applying a DC input voltage signal (103), - an output terminal for a Outputting a DC output voltage signal that is an elevated version of said DC input voltage signal, a multiple number of switching elements (112) arranged to be switched between an open state and a closed state, at least one of said switching elements not being capable of is to tolerate said DC output voltage signal, - a semiconductor switch (111) comprising said multiple number of switching elements (112), - a voltage passing element (107) connected to said semiconductor switch and adapted to receive a signal at a higher voltage level than said DC output voltage signal and to supply said DC output voltage signal (105) to said output terminal, - first adjusting means (108) adapted to be supplied with said DC output voltage signal and to derive from said DC output voltage signal at least one medium voltage signal (113) with a voltage level lower than said DC output voltage signal, - second adjusting means (109) adapted to be supplied with said DC input voltage signal and with said at least one medium voltage signal and to supply said DC input voltage signal and said at least one medium voltage signal to at least one switching element of said semiconductor switch, so that said semiconductor switch in said open state can tolerate said voltage higher than said DC output voltage signal, - a control block (110) arranged to receive said DC input voltage signal and said DC output voltage signal and comprising switching control logic (117) arranged to comparing said DC output voltage signal with a reference voltage signal (114) and to output a drive signal (116) according to the result of said comparison, - a buffer (118) adapted to receive the drive signal (116) and a voltage signal (120) to be supplied in accordance with the DC input voltage signal to a switching element of said semiconductor switch. 2. DC-DC-convertercircuit overeenkomstig conclusie 1, waarbij voornoemd eerste instelmiddel ten minste één circuit met gematchte weerstanden omvat.A DC-DC converter circuit according to claim 1, wherein said first setting means comprises at least one circuit with matched resistors. 3. DC-DC-convertercircuit overeenkomstig conclusie 1 of 2, waarbij voornoemd eerste instelmiddel een push-pull uitgangstrap omvat.A DC-DC converter circuit according to claim 1 or 2, wherein said first setting means comprises a push-pull output stage. 4. DC-DC-convertercircuit overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 3, waarbij voornoemd regelblok verder een startcircuit omvat dat is aangepast om de pulsbreedte te regelen van voornoemd aandrijfsignaal tijdens het opstarten van het DC-DC-convertercircuit.The DC-DC converter circuit according to any of claims 1 to 3, wherein said control block further comprises a start circuit adapted to control the pulse width of said drive signal during the start-up of the DC-DC converter circuit. 5. DC-DC-convertercircuit overeenkomstig één van de voorgaande conclusies, waarbij voornoemd regelblok verder circuits omvat om stroom doorheen voornoemde halfgeleiderschakelaar te beperken.A DC-DC converter circuit according to any one of the preceding claims, wherein said control block further comprises circuits for limiting current through said semiconductor switch. 6. DC-DC-convertercircuit overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 5, waarbij voornoemd spanningsdoorlaatelement een diode-element is.The DC-DC converter circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein said voltage pass element is a diode element. 7. DC-DC-convertercircuit overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 5, waarbij voornoemd spanningsdoorlaatelement is geïmplementeerd als een tweede halfgeleiderschakelaar omvattende een tweede meervoudig aantal schakelelementenA DC-DC converter circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein said voltage pass element is implemented as a second semiconductor switch comprising a second multiple number of switching elements 8. Circuit omvattende een DC-DC-convertercircuit overeenkomstig één van de voorgaande conclusies, omvattende een inductor via dewelke een DC-batterijspanningssignaal kan worden toegepast.8. Circuit comprising a DC-DC converter circuit according to one of the preceding claims, comprising an inductor via which a DC battery voltage signal can be applied. 9. Circuit omvattende een DC-DC-convertercircuit overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 7, en een geschakelde uitgangstrap ingericht om te worden gevoed met voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal van voornoemd DC-DC-convertercircuit.A circuit comprising a DC-DC converter circuit according to any one of claims 1 to 7, and a switched output stage adapted to be supplied with said DC output voltage signal from said DC-DC converter circuit. 10. Circuit overeenkomstig conclusie 9, waarbij voornoemde geschakelde uitgangstrap is ingericht als een klasse D-versterker.The circuit according to claim 9, wherein said switched output stage is arranged as a class D amplifier. 11. Circuit overeenkomstig conclusie 9 of 10, waarbij voornoemde geschakelde uitgangstrap verder schakelelementen omvat om voornoemd DC-uitgangsspanningssignaal naar een ander spanningsniveau te brengenThe circuit according to claim 9 or 10, wherein said switched output stage further comprises switching elements to bring said DC output voltage signal to another voltage level 12. Circuit overeenkomstig conclusie 11, waarbij ten minste twee van voornoemde verdere schakelelementen worden voorzien van invers aangesloten diodes om lekken te voorkomen.The circuit according to claim 11, wherein at least two of said further switching elements are provided with inversely connected diodes to prevent leaks. 13. Circuit overeenkomstig één van de conclusies 8 tot en met 10, verder omvattende een klemcircuit voor elektrostatische ontlading.The circuit of any one of claims 8 to 10, further comprising a clamping circuit for electrostatic discharge. 14. Circuit overeenkomstig conclusie 11, waarbij voornoemd klemcircuit voor elektrostatische ontlading een meervoudig aantal elektrostatische ontladingsklemmen omvat, waarbij een klemspanningssignaal kan worden opgewekt op voornoemd ten minste één middenspanningssignaalniveau.A circuit according to claim 11, wherein said electrostatic discharge clamping circuit comprises a plurality of electrostatic discharge terminals, wherein a clamping voltage signal can be generated at said at least one medium voltage signal level.
BE201200464A 2011-09-09 2012-07-05 DC-DC CONVERTER CIRCUIT. BE1020663A5 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161532731P 2011-09-09 2011-09-09
US201161532731 2011-09-09
GB201122265 2011-12-23
GB201122265A GB201122265D0 (en) 2011-12-23 2011-12-23 DC-DC Converter circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BE1020663A5 true BE1020663A5 (en) 2014-02-04

Family

ID=45573000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BE201200464A BE1020663A5 (en) 2011-09-09 2012-07-05 DC-DC CONVERTER CIRCUIT.

Country Status (3)

Country Link
BE (1) BE1020663A5 (en)
GB (1) GB201122265D0 (en)
WO (1) WO2013034509A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9793892B2 (en) * 2016-03-10 2017-10-17 Peregrine Semiconductor Corporation High speed and high voltage driver
CN111431399B (en) * 2020-04-30 2023-06-02 三峡大学 Scalable Cuk DC-DC converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4367421A (en) * 1980-04-21 1983-01-04 Reliance Electric Company Biasing methods and circuits for series connected transistor switches
US4459498A (en) * 1980-07-09 1984-07-10 Siemens Aktiengesellschaft Switch with series-connected MOS-FETs
US4900955A (en) * 1987-05-06 1990-02-13 Sanders Associates, Inc. Voltage sharing circuit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4367421A (en) * 1980-04-21 1983-01-04 Reliance Electric Company Biasing methods and circuits for series connected transistor switches
US4459498A (en) * 1980-07-09 1984-07-10 Siemens Aktiengesellschaft Switch with series-connected MOS-FETs
US4900955A (en) * 1987-05-06 1990-02-13 Sanders Associates, Inc. Voltage sharing circuit

Also Published As

Publication number Publication date
GB201122265D0 (en) 2012-02-01
WO2013034509A1 (en) 2013-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11264895B2 (en) Power supply for gate driver in switched-capacitor circuit
TWI519021B (en) Fault tolerant power supply incorporating intelligent load switch to provide uninterrupted power
JP5945629B2 (en) Level shift circuit
CN108594925B (en) Circuit and method for providing voltage for multi-switch circuit
US7696804B2 (en) Method for incorporating transistor snap-back protection in a level shifter circuit
US9819260B2 (en) Integrated circuit charge pump with failure protection
US9490796B2 (en) Power-on-reset and supply brown out detection circuit with programmability
GB2589040A (en) Protection of switched capacitor power converter
US8493101B2 (en) Drive circuit with a transmission circuit for capacitively transmitting a signal and associated method
US9722593B2 (en) Gate driver circuit
US8797776B2 (en) Diode-less full-wave rectifier for low-power on-chip AC-DC conversion
JP6289974B2 (en) Semiconductor device
US10103261B1 (en) Transient-insensitive level shifter
US8964436B2 (en) Self-starting transistor-only full-wave rectifier for on-chip AC-DC conversion
BE1020663A5 (en) DC-DC CONVERTER CIRCUIT.
US8970285B2 (en) Dual supply level shifter circuits
US7741872B2 (en) Level shifter
JP2010011131A (en) Switching drive circuit
TW201011888A (en) Electrostatic discharge protection circuit and the electrostatic protection method
TWI527349B (en) Initialization device, integrated circuit, and method of operating a charge pump
Ismail et al. A 12-V charge pump-based square wave driver in 65-nm CMOS technology
CN111200352A (en) Method and apparatus for switching power supply to low current standby operation
KR100715601B1 (en) Power-on reset circuit
JP6454800B2 (en) Semiconductor device
Pashmineh et al. A high-voltage driver based on stacked low-voltage transistors with minimized on-resistance for a buck converter in 65 nm CMOS