CN104467371A - 一种自举电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自举电路，包括：电容，两端分别连接一高端开关管的驱动级电路，作为驱动级电路的电源，得到一个以SW作为虚地的浮动电源去驱动高端开关管；差分检测电路，两输入端分别连接电容的两端，用以检测并输出电容两端的电压差值；误差放大器或者比较器，两输入端分别连接差分检测电路的输出端以及一参考电压，输出对应的误差电压或者比较电压；P型管，栅极端连接误差放大器或者比较器的输出端，漏极端通过二极管连接电容的一端。

Description

一种自举电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种自举电路。

 

背景技术

高端N型开关管在各种开关电源拓扑结构中被广泛应用，在音频功放领域也有广泛应用。因为N型开关管在相同的面积条件下，比P型管具有更小的导通电阻。但是高端N型开关管因为靠近电源，所以需要一个比电源电压更高的驱动电压去驱动N型开关管的栅级才能把N型开关管彻底打开，从而发挥它的优势。所以需要一个自举电路来产生一个比电源电压更高的驱动电压。

传统的自举电路如图1所示，其中输入的PWM占空比信号，一边通过低端驱动级电路去驱动低端N型开关管MN0，另一边通过电位平移电路和高端驱动级电路去驱动高端N型开关管MN1，电容Cp为高端N型开关管MN1提供驱动所需的电压。然而，在输入电压VIN较高时，那么在电容Cp上的电压也会很高，等于VIN-Vd0，Vd0是二极管D0的压降。电容Cp上的电压没有调节能力，只能跟随VIN的变化而变化。那么就需要高端驱动级电路采用对应的高压管来实现。而高压管来实现驱动级会使得驱动级的面积很大，从而增加了芯片成本。另外直接用高压VIN来驱动高端N型开关管MN1，那么高端N型开关管MN1的栅源电压也要能够承受高压，在达到同样大小导通电阻的情况下，比无需承受栅源高压的开关管来说，面积要大出很多。

 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种自举电路，本发明通过以下技术方案实现：

一种自举电路，包括：

电容，两端分别连接一高端开关管的驱动级电路，作为驱动级电路的电源，得到一个以SW作为虚地的浮动电源去驱动高端开关管；

差分检测电路，差分检测电路的两输入端分别连接电容的两端，用以检测并输出电容两端的电压差值；

误差放大器，误差放大器的两输入端分别连接差分检测电路的输出端以及一参考电压，输出对应的误差电压；

P型管，栅极端连接误差放大器的输出端，漏极端连接电容的其中一端；

二极管，连接P型管的漏极与电容的一端，用以防止电容通过P型管放电。

较佳的，差分检测电路的两输入端包括正输入端及负输入端，正输入端连接在二极管与电容的端之间，负输入端连接电容的另一端。

较佳的，误差放大器的两输入端包括正输入端及负输入端，正输入端连接差分检测电路的输出端，负输入端连接参考电压。

本发明针对现有技术存在的上述不足，另提供了一种自举电路，本发明通过以下技术方案实现：

一种自举电路，包括：

电容，两端分别连接一高端开关管的驱动级电路，作为驱动级电路的电源，得到一个以SW作为虚地的浮动电源去驱动高端开关管；

差分检测电路，差分检测电路的两输入端分别连接电容的两端，用以检测并输出电容两端的电压差值；

比较器，比较器的两输入端分别连接差分检测电路的输出端以及一参考电压，输出对应的比较电压；

P型管，栅极端连接比较器的输出端，漏极端连接电容的其中一端；

二极管，连接P型管的漏极与电容的一端，用以防止电容通过P型管放电。

较佳的，差分检测电路的两输入端包括正输入端及负输入端，正输入端连接在二极管与电容的端之间，负输入端连接电容的另一端。

较佳的，比较器的两输入端包括正输入端及负输入端，正输入端连接差分检测电路的输出端，负输入端连接参考电压。

在本发明中，由于电容Cp上的电压可以调节，即使VIN是很高的电压，也可以控制电容Cp上的电压在比较低的水平，而且是一个稳定的电压，即n*Vref。不随VIN变化。这样就提高了芯片的安全程度，并降低了设计难度。而驱动级也可以采用低压电路来设计，而高端开关管MN1也无需采用能承受高栅源电压的器件，从而大大降低了驱动级以及高端开关管MN1的面积，减小了芯片成本。

 

附图说明

图1所示的是现有自举电路的电路图；

图2所示的是本发明第一实施例的电路图；

图3所示的是本发明第一实施例的工作波形图；

图4所示的是本发明第二实施例的电路图；

图5所示的是本发明第二实施例的工作波形图。

 

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图2所示，电容Cp的两端分别连接一高端开关管MN1的驱动级电路，作为驱动级电路的电源，得到一个以SW作为虚地的浮动电源去驱动高端开关管MN1；差分检测电路的两输入端分别连接电容Cp的两端，用以检测并输出电容Cp两端的电压差值；误差放大器，两输入端分别连接差分检测电路的输出端以及一参考电压，输出对应的误差电压；P型管MP1，栅极端连接误差放大器的输出端，漏极端通过二极管连接电容的一端。

在本发明提供的一实施例中，差分检测电路把电容Cp两端的BST和SW电压的差值检测出来，等于Vsns，误差放大器通过一参考电压Vref和Vsns产生误差电压Verr来控制P型管MP1。从VIN通过P型管MP1的源极向电容Cp充电，使得Vsns电压基本等于Vref电压。此时定义为电容Cp上的电压为Vp。其中Vp=n*Vsns=n*Vref。其中n可根据需要在差分检测电路中调节（Vsns电压是Vp电压的n分之一）。 

图3所示的是本实施例的自举电路的工作波形，当PWM占空比信号为低时，低端开关管MN0打开，SW端的电压接近于GND电压，此时VIN通过P型管MP1以及二极管D1向电容Cp充电，使得Vsns基本等于Vref电压。当PWM占空比信号为高时，高端开关管MN1打开。SW端电压上升，BST端电压由于电容Cp的作用也上升，这样就形成了一个自举的作用。SW端不断上升最终接近于VIN，而电容Cp上BST端的电压就接近于VIN+Vp。这样就产生了一个比VIN还要高的驱动电压，彻底打开高端开关管MN1。

误差放大器的输出电压是个稳定的模拟电压，去控制P型管MP1产生稳定的充电电流源，在SW点为低时即可对BST电容充电。所以在图3对应的波形BST-SW的电压也是线性上升的。

当PWM占空比信号变高时，低端开关管NM0关断。为了去打开高端开关管MN1，所以电容上方的BST端要对高端开关管MN1的栅极充电，然后高端开关管MN1打开，然后SW端就升高到很接近PVIN的电平，而BST端由于对高端开关管MN1的栅极充电，所以电容上的电压已经低于基准值VP。因为此时电容的下极板的SW端已经从地变到了VIN，由于电容上的差分电压是VP左右，所以当SW端上升到VIN后，BST端就变成了VIN+VP，可见上极板电压是高于VIN的，此时自举电路中的P型管MP1和二极管D1不能对电容充电。

当PWM占空比信号变低时，低端开关管MN0打开，高端开关管MN1关断，所以SW端电压变低，接近地电位。所以BST端的电压也将下来了，接近VP，但低于VP，此时VIN电压时高于VP的，所以自举电路中的 P型管MP1和二极管D1就可以对电容Cp充电了，使得电容Cp上的电压（平均电压）保持在VP。如此反复。

SW的具体电压是跟MN1/0的导通电阻和电流有关。当高端开关管MN1打开时，SW=VIN-Ron1*I, 其中Ron1是MN1的导通电阻，I是流过的电流。当低端开关管MN0打开时，SW=Ron0*I, Ron0是MN0的导通电阻，I是流过的电流。

二极管D1在VIN向电容Cp充电时导通，在BST端电压等于VIN+Vp时截止，防止BST端电压通过P型管MP1反向向VIN放电，从而失去了自举的作用。它也可以用一个二极管接法的三极管来代替，本发明不做限制。

在打开高端开关管MN1的过程中，电容Cp向高端开关管MN1的栅极放电，从而损耗了部分电荷使得电容Cp上的电压低于VP。所以在下一个周期，当SW端变低又接近于GND电压时，VIN又通过P型管MP1和二极管D1充电，使电容Cp的平均电压恢复至VP。如此周而复始，实现自举。

如图4所示，在本发明的第二实施例中，采用比较器代替误差放大器。差分检测电路把电容Cp两端的BST和SW电压的差值检测出来，（并作了n倍的缩放），等于Vsns，即Vsns=Vp/n, 比较器通过参考电压Vref和Vsns产生比较电压Vcon来控制P型管MP1。

图5所示的是本实施例的自举电路的工作波形，

当PWM占空比信号为低时，低端开关管MN0打开，SW端电压接近于GND电压，此时Vsns电压低于参考电压Vref，比较电压Vcon变低，P型管MP1打开，VIN通过P型管MP1以及二极管D1向电容Cp充电，当Vsns电压高于参考电压Vref时，比较电压Vcon变高，P型管MP1关断，VIN停止向电容Cp充电。当PWM占空比信号为高时，高端开关管MN1打开。SW端电压上升，BST端电压由于电容Cp的作用也上升，这样就形成了一个自举的作用。SW端不断上升最终接近于VIN，而电容Cp上BST端的电压就接近于VIN+Vp。这样就产生了一个比VIN还要高的驱动电压，彻底打开高端开关管MN1。

本实施例的基本原理与第一实施例相同，只是在充电方式上有所不同。

当高端开关管MN1打开后，由于高端开关管对MN1充电，电容Cp上的电压降低，此时比较器的输出已经变低，打开P型管MP1，准备对电容Cp充电，但是由于BST端的电容高于VIN，所以此时充不了电。当高端开关管MN1关断，低端开关管MN0打开，SW端变低后，P型管MP1马上对电容Cp充电，由于这时P型管MP1是完全打开的，导通电阻很小，所以充电电流大，电容Cp很快被充起来，充到稍微超过VP的地方，比较器输出就变高，关断P型管MP1管，不再对电容Cp充电。同样也是保持了电容Cp上的平均电压是VP。也是如此反复工作。

二极管D1在VIN向电容Cp充电时导通，在BST端电压等于VIN+Vp时截止，防止BST端电压通过P型管MP1反向向VIN放电，从而失去了自举的作用。它也可以用一个二极管接法的三极管来代替，本发明不做限制。

在打开高端开关管MN1的过程中，电容Cp向高端开关管MN1放电，从而损耗了部分电荷使得电容Cp上的电压低于VP。所以在下一个周期，当SW端变低又接近于GND电压时，VIN又通过P型管MP1和二极管D1充电，使其电压恢复至VP。如此周而复始，实现自举。

需要说明的是，在本发明的两个实施例中，高端开关管MN1以及低端开关管MN0为N型开关管，但本发明同样可以应用于P型开关管中，还有bipolar双极性晶体管中，并不以此为限。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种自举电路，其特征在于，包括：

电容，两端连接一高端开关管的驱动级电路，作为所述驱动级电路的电源；

差分检测电路，所述差分检测电路的两输入端分别连接所述电容的两端，用以检测并输出所述电容两端的电压差值；

误差放大器，所述误差放大器的两输入端分别连接所述差分检测电路的输出端以及一参考电压，输出对应的误差电压；

P型管，栅极端连接所述误差放大器的输出端，漏极端连接所述电容的其中一端；

二极管，连接所述P型管的漏极与所述电容的一端，用以防止所述电容通过所述P型管放电。

2.根据权利要求1所述的自举电路，其特征在于，所述差分检测电路的两输入端包括正输入端及负输入端，所述正输入端连接在所述二极管与所述电容的所述端之间，所述负输入端连接所述电容的另一端。

3.根据权利要求1所述的自举电路，其特征在于，所述误差放大器的两输入端包括正输入端及负输入端，所述正输入端连接所述差分检测电路的输出端，所述负输入端连接所述参考电压。

4.一种自举电路，其特征在于，包括：

电容，两端分别连接一高端开关管的驱动级电路，作为所述驱动级电路的电源；

差分检测电路，所述差分检测电路的两输入端分别连接所述电容的两端，用以检测并输出所述电容两端的电压差值；

比较器，所述比较器的两输入端分别连接所述差分检测电路的输出端以及一参考电压，输出对应的比较电压；

P型管，栅极端连接所述比较器的输出端，漏极端连接所述电容的其中一端；

二极管，连接所述P型管的漏极与所述电容的一端，用以防止所述电容通过所述P型管放电。

5.根据权利要求4所述的自举电路，其特征在于，所述差分检测电路的两输入端包括正输入端及负输入端，所述正输入端连接在所述二极管与所述电容的所述端之间，所述负输入端连接所述电容的另一端。

6.根据权利要求4所述的自举电路，其特征在于，所述比较器的两输入端包括正输入端及负输入端，所述正输入端连接所述差分检测电路的输出端，所述负输入端连接所述参考电压。