CN102332825B - 一种dc-dc转换器控制电路及转换器 - Google Patents

一种dc-dc转换器控制电路及转换器 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电路领域，提供了一种升压DC-DC转换器控制电路及转换器，包括主控制电路、启动电路和驱动电路，所述升压DC-DC转换器控制电路还包括：电源切换电路，用于对输入电压和转换器的输出电压进行比较，切换到高电压输出，给所述启动电路和所述驱动电路供电。本发明通过对输入电压VIN和输出电压VOUT进行自动比较并切换，选择高的电压给启动电路和驱动电路供电，改善了现有电路中当输入电压VIN低至0.9V时，启动电路部分都不能正常工作的问题，确保升压DC-DC转换器的正常启动。

Description

一种DC-DC转换器控制电路及转换器
技术领域
本发明属于电路领域，尤其涉及一种DC-DC转换器控制电路及转换器。
背景技术
目前，DC-DC开关电源转换器由于转换效率高的优点而在手持设备和便携式电子产品中得到广泛应用。在当前的某些便携式电子产品中，会只用到一节AA电池，然后用升压DC-DC转换器系统供电。由于单节AA电池的电压比较低，特别是在电池电量比较少时，更是低至0.9V，因此在设计升压电路中，必须要解决好低电压启动的问题。
在目前实际应用中，普遍采用图1所示的升压DC-DC转换器低压启动解决方案。如图1所示，虚线框中为DC-DC转换器控制电路，包括一个集成在芯片内部的NMOS功率管，以及主控制电路(Main control circuit)、启动电路(Start_up circuit)和驱动电路(Driver)三个子模块电路。框线外面为一些外围元器件，包括电感L1，肖特基二极管D1以及电容C1。VIN是输入电压，VOUT为转换器的输出电压。
该方案的直接将输出电压VOUT给三个子模块电路供电，其工作原理是：接上输入电压VIN，刚开始启动时，启动电路工作并起作用，通过驱动电路来驱动NMOS功率管，输出电压VOUT开始上升，此时，主控制电路是不工作的。当VOUT输出电压上升到一定电压时(该电压必须高到足够让主控制电路正常工作)，主控制电路开始工作并起作用，通过驱动电路来驱动NMOS功率管，让整个控制环路继续工作，此时启动电路关闭了，这样整个启动过程的切换就完成了。
该方案可以较好的实现低压启动问题，但由于输出电压VOUT是由输入电压VIN经过二极管压D1降得到，这个压降至少是200mV。当VIN低至0.9V时，VOUT也就低至0.7V了，几乎接近MOS管的阈值电压了，这样就连启动电路部分都不能正常工作了。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种DC-DC转换器控制电路，旨在解决现有的升压DC-DC转换器低压启动方案中，当输入电压VIN低至一定程度时，可能会导致启动电路部分不能正常工作的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种升压DC-DC转换器控制电路，包括主控制电路、启动电路和驱动电路，所述升压DC-DC转换器控制电路还包括：
电源切换电路，用于对输入电压和转换器的输出电压进行比较，切换到高电压输出，给所述启动电路和所述驱动电路供电。
本发明实施例的另一目的在于提供一种升压DC-DC转换器，所述升压DC-DC转换器包括上述升压DC-DC转换器控制电路。
本发明实施例通过对输入电压VIN和输出电压VOUT进行自动比较并切换，选择高的电压给启动电路和驱动电路供电，改善了现有电路中当输入电压VIN低至0.9V时，启动电路部分都不能正常工作的问题，确保升压DC-DC转换器的正常启动。
附图说明
图1是现有技术提供的升压DC-DC转换器的结构图；
图2是本发明实施例提供的升压DC-DC转换器的结构原理图；
图3是本发明实施例提供的升压DC-DC转换器中电源切换电路的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例通过对输入电压VIN和输出电压VOUT进行自动比较并切换，确保升压DC-DC转换器中的启动电路和驱动电路在VIN低至0.9V时还能正常工作。
图2示出了本发明提供的升压DC-DC开关电源转换器的结构原理，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
虚线框中为DC-DC转换器控制电路，包括一个集成在芯片内部的NMOS功率管，以及电源切换电路21、主控制电路22、启动电路23和驱动电路24四个子模块电路。虚线框外面为一些外围元器件，包括电感L1、肖特基二极管D1以及电容C1。VIN为输入电压，VOUT为转换器的输出电压。
电源切换电路21对输入电压VIN和输出电压VOUT进行比较，切换到高电压输出，给启动电路23和驱动电路24供电。
在本发明实施例中，电源切换电路21将第一通道供电电压V_s送到启动电路23，将第二通道供电电压V_n送到驱动电路24，驱动电路24的输出驱动NMOS功率管工作。第一通道供电电压V_s和第二通道供电电压V_n是同样的电压，只是电源切换电路21提供的两个分开的供电电压通道。
考虑到性能指标的要求，在本发明实施例中，直接采用输出电压VOUT给主控制电路22供电。
当开始上电时，接入输入电压VIN，启动电路23工作并起作用，通过驱动电路24来驱动NMOS功率管，输出电压VOUT开始上升，此时，主控制电路22是不工作的。当输出电压VOUT上升到一定电压时(该电压必须高到足够让主控制电路22正常工作)，主控制电路22开始工作并起作用，通过驱动电路24驱动NMOS功率管，让整个控制环路继续工作。此时启动电路23关闭了，这样整个启动过程的切换就完成了。
当刚开始上电时，输入电压VIN低至0.9V，经过二极管D1压降后，输出电压VOUT为0.7V，电源切换电路21会对这两者进行比较，选择电压高的输入电压VIN输出，给启动电路23和驱动电路24供电，启动电路23和驱动电路24开始工作。输出电压VOUT缓慢升高，当转换器输出电压VOUT升到比输入电压VIN高时，电源切换电路21会自动切换，选择输出电压VOUT给启动电路23和驱动电路24供电。
图3示出了本发明实施例提供的升压DC-DC开关电源转换器中电源切换电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
电源切换电路21包括比较电路211和电源选择电路212。
比较电路211对输入电压VIN和输出电压VOUT进行比较。
电源选择电路212根据比较电路211的电压比较结果，选择输入电压VIN和输出电压VOUT中电压高的电压，输出第一通道供电电压V_s和第二通道供电电压V_n分别给启动电路23和驱动电路24供电。
作为本发明的一个示例，如图3所示，比较电路211包括反相器inv1、反相器inv2、反相器inv4、反相器inv5四个反相器和M1～M9九个PMOS管。
反相器inv1与反相器inv2串联，反相器inv1与反相器inv2的控制端分别由输入电压VIN控制，反相器inv2的输入端与PMOS管M8、PMOS管M9的源极相连，反相器inv1的输出端与NMOS管M5的栅极相连。
反相器inv4、反相器inv5的控制端由输出电压VOUT控制，反相器inv4输入端接关断信号PD，输出端接PMOS管M9的栅极，反相器inv5的输入端接PMOS管M7的源极，输出端接PMOS管M8的栅极。
NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4共地，输入电压VIN接PMOS管M6的漏极，输出电压VOUT接PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9的漏极，且PMOS管M8与PMOS管M9并联，NMOS管M2、NMOS管M5串联后与NMOS管M1并联。
作为本发明的一个示例，如图3所示，电源选择电路212包括开关管Ms1、开关管Ms2、开关管Ms3、开关管Ms4、MOS电容C1、MOS电容C2和一个反相器inv3，其中：
反相器inv3的控制端接输入电压VIN，输入端与开关管Ms1、开关管Ms3的栅极连接，输出端与开关管Ms2、开关管Ms4的栅极相连。
开关管Ms1、开关管Ms2构成对管，开关管Ms1的漏极接输入电压VIN，开关管Ms2的漏极接输出电压VOUT，源极接MOS电容C1。
开关管Ms3、开关管Ms4构成对管，开关管Ms3的漏极接输入电压VIN，开关管Ms4的漏极接输出电压VOUT，源极接MOS电容C2。
MOS电容C1、MOS电容C2的另一端接地。
比较电路211通过对输入电压VIN和输出电压VOUT进行比较，输出控制信号Sel，选择输入电压VIN或输出电压VOUT作为供电电源。
电源选择电路212中的开关管Ms1，开关管Ms2，开关管Ms3和开关管Ms4，每两个互为一组构成两个通道输出电压V_s和V_n。
NMOS管M1，NMOS管M2，NMOS管M3和NMOS管M4是一组电流镜，四个NMOS管的栅极都连接到栅极电压VB，其中NMOS管M2～NMOS管M4的宽长比可根据实际设计而定。
PMOS管M6和PMOS管M7也是一组电流镜，比例为1∶1。由图2可有：VGS6＝VIN-N1，VGS7＝VOUT-N1。当VIN＞VOUT，假定流过PMOS管M6和PMOS管M7的偏置电流是相等的，则VDS7＞VDS6，也就是节点N3的电压比节点N2低，当N3电压低到可将反相器inv5的输出端变为高电平，PMOS管M8就被关断，控制信号Sel为低电平，而Sel_N为高电平，此时开关管Ms1和开关管Ms3导通，开关管Ms2和开关管Ms4被关断。这样，电源切换电路21就选择输入电压VIN作为可用电源输出给其它子模块电路供电。
随着启动电路23的正常工作，输出电压VOUT电压缓慢上升，当VOUT＞VIN，且假定流过PMOS管M6和PMOS管M7的偏置电流是相等的，则VDS6＞VDS7，也就是节点N3的电压比节点N2高，当N3电压高到可将反相器inv5的输出端变为低电平，PMOS管M8就导通了，控制信号Sel被拉为高电平，而反相器inv5的输出端Sel_N为低电平，此时开关管Ms2和开关管Ms4导通，开关管Ms1和开关管Ms3被关断，电源切换电路21就选择输出电压VOUT作为可用电源输出给其它子模块电路供电。
其中，NMOS管M1，NMOS管M2和NMOS管M5组成的电路可以使该电源切换电路21具有对输入电压VIN和输出电压VOUT有一个迟滞比较的功能。
这样，电源切换电路21就完成了输入电压VIN和输出电压VOUT的自动比较并切换，以确保升压DC-DC转换器控制电路中的启动电路23和驱动电路24在输入电压VIN低至0.9V时，还能正常工作。
本发明实施例通过对输入电压VIN和输出电压VOUT进行自动比较并切换，选择高的电压给启动电路和驱动电路供电，改善了现有电路中当输入电压VIN低至0.9V时，启动电路部分都不能正常工作的问题，确保升压DC-DC转换器的正常启动。所采用的电源切换电路具有电路结构简单，稳定性好的特点，可以对输入电压和输出电压进行迟滞比较，自动切换到高电压输出，可以广泛适用于输入电压很低的升压DC-DC开关转换器中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种升压DC-DC转换器控制电路，包括主控制电路、启动电路和驱动电路，其特征在于，所述升压DC-DC转换器控制电路还包括：
电源切换电路，用于对输入电压和转换器的输出电压进行比较，切换到高电压输出，给所述启动电路和所述驱动电路供电；
比较电路，用于对输入电压和转换器的输出电压进行比较；以及
电源选择电路，用于根据所述比较电路的电压比较结果，选择所述输入电压和输出电压中高的电压，输出第一通道供电电压和第二通道供电电压，分别给所述启动电路和驱动电路供电；
所述比较电路包括反相器inv1、反相器inv2、反相器inv4、反相器inv5，NMOS管M1，NMOS管M2，NMOS管M3，NMOS管M4，NMOS管M5，PMOS管M6，PMOS管M7，PMOS管M8，PMOS管M9；
所述反相器inv1与所述反相器inv2串联，所述反相器inv1与所述反相器inv2的控制端分别由所述输入电压控制，所述反相器inv2的输入端与所述PMOS管M8、所述PMOS管M9的源极相连，所述反相器inv1的输出端与所述NMOS管M5的栅极相连；
所述反相器inv4、所述反相器inv5的控制端由所述输出电压控制，所述反相器inv4输入端接关断信号PD，输出端接所述PMOS管M9的栅极，所述反相器inv5的输入端接所述PMOS管M7的源极，输出端接所述PMOS管M8的栅极；
所述NMOS管M1、所述NMOS管M2、所述NMOS管M3、所述NMOS管M4共地，所述输入电压接所述PMOS管M6的漏极，所述输出电压接所述PMOS管M7、所述PMOS管M8、所述PMOS管M9的漏极，且所述PMOS管M8与所述PMOS管M9并联，所述NMOS管M2、所述NMOS管M5串联后与所述NMOS管M1并联。
2.如权利要求1所述的升压DC-DC转换器控制电路，其特征在于，所述电源选择电路包括开关管Ms1、开关管Ms2、开关管Ms3、开关管Ms4、MOS电容C1、MOS电容C2和一个反相器inv3；
所述反相器inv3的控制端接输入电压，输入端与所述开关管Ms1、开关管Ms3的栅极连接，输出端与所述开关管Ms2、开关管Ms4的栅极相连；
所述开关管Ms1、开关管Ms2构成对管，所述开关管Ms1的漏极接输入电压，所述开关管Ms2的漏极接输出电压，源极接所述MOS电容C1；
所述开关管Ms3、开关管Ms4构成对管，所述开关管Ms3的漏极接输入电压，所述开关管Ms4的漏极接输出电压，源极接所述MOS电容C2；
所述MOS电容C1、MOS电容C2的另一端接地。
3.一种升压DC-DC转换器，其特征在于，所述升压DC-DC转换器包括权利要求1或2的升压DC-DC转换器控制电路。
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