CN107370355A - 用于boost dc‑dc转换器的低压启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于BOOST DC‑DC转换器的低压启动电路，主要解决传统低压启动电路启动时间长、功耗大的问题。其包括启动振荡器、电荷泵、输出电压检测器、启动功率管、第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、主开关管和整流管。启动振荡器、电荷泵和启动功率管用于完成初始启动。第一栅极驱动器、第二栅极驱动器受输出电压检测器输出端的控制，在启动状态和栅极驱动状态之间进行切换，以实现电路复用，并与主开关管和整流管一起完成加速启动。本发明能够加速启动速度，缩短启动时间，同时由于采用电路复用技术，有效地缩小了电路的面积，降低电路设计复杂度和功率损耗，可用于采用迟滞电流模控制的BOOST DC‑DC转换器中。

Description

用于BOOST DC-DC转换器的低压启动电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种低压启动电路，可用于采用迟滞电流模控制的BOOST DC-DC转换器中。

背景技术

BOOST DC-DC转换器是指升压型直流-直流转换器，由于其具有效率高、静态电流小、响应速度快、体积小等优点广泛地应用于各类电子产品中。

在应用传统锂电池供电的电子设备中，如便携式消费类电子产品，电池的节数已成为电子设备体积和用户体验的瓶颈，电池的使用寿命更严重制约了电子设备的使用寿命，因此，减小电池体积、延长电池使用寿命仍是设计人员面临的主要问题。低压启动的BOOSTDC-DC转换器能在低供电电压下正常启动，能够有效地减少电池并联的节数，并且由于其低功耗特性，能够最大限度地延长电池的使用寿命。

在不适合用锂电池供电的技术领域，如微型军用设备、高风险精密医疗植入设备等，一般利用环境能量获取和处理的自供电技术。由于获取能量源的低功率密度，使得获取的能量只能转换成很低的直流电压，一般小于1V。高压启动的BOOST DC-DC转换器在小于1V的供电电压下根本无法工作，而低压启动的BOOST DC-DC转换器能够在低直流电压下正常工作，将能量转换得到的低直流电压转换成高直流电压为后续电子设备供电，为不适合用锂电池供电的技术领域提供一种可靠的供电解决方案。

传统的低压启动电路一般集成了启动振荡器、电荷泵和启动功率管，通过控制启动功率管交替导通与关断，以实现BOOST DC-DC转换器中的片外电感上能量的存储与释放，以完成低压启动。但是传统的低压启动电路由于仅通过启动功率管这一条通路为片外电感充电，使得启动速度过慢，启动时间过长，启动过程中的功耗也随之增加，难以满足电源管理芯片越来越需要低功耗和高稳定性的要求。

发明内容

本发明的目的是针对传统低压启动电路存在的不足，提出一种用于BOOST DC-DC转换器的低压启动电路，以在0.7V的低电压下同时利用电路复用技术完成加速启动。

为实现上述目的，发明的用于BOOST DC-DC转换器的低压启动电路，包括启动振荡器、电荷泵、输出电压检测器、启动功率管，其特征在于：还包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、主开关管和整流管；

所述第一栅极驱动器，其由输出电压VOUT供电，其第一输入端与启动振荡器的输出端连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其输出端与主开关管的栅极相连，其控制端与输出电压检测器的输出端连接，用以对第一栅极驱动器的启动工作和正常栅极驱动这两种状态进行选择，以实现电路复用功能；

所述第二栅极驱动器，其由输出电压VOUT供电，其第一输入端与第一栅极驱动器的输出端连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接，其第三输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其输出端与整流管的栅极连接，其控制端与输出电压检测器的输出端连接，用以对第二栅极驱动器的启动工作和正常栅极驱动这两种状态进行选择，以实现电路复用功能；

所述主开关管，其漏极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW，其源极接地；

所述整流管，其漏极接输出电压VOUT，其源极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明在低压启动过程中由于通过输出电压检测器的输出端对第一栅极驱动器、第二栅极驱动器的启动工作和正常栅极驱动这两种状态进行选择，实现了对第一栅极驱动器和第二栅极驱动器的复用，因而显著提高了启动速度，有效缩短了启动时间；

2、本发明由于采用电路复用技术，避免了现有技术中为了实现加速启动功能而另外设计复杂电路，在不增加任何电路模块的情况下实现加速启动，能够有效地缩小电路的面积，降低电路设计复杂度和功率损耗。

附图说明

图1是本发明的电路结构图；

图2是本发明中的启动振荡器电路结构图；

图3是本发明中的电荷泵电路结构图；

图4是本发明中的输出电压检测器电路结构图；

图5是本发明中的第一栅极驱动器电路结构图；

图6是本发明中的第二栅极驱动器电路结构图；

图7是用本发明方法对BOOST DC-DC转换器进行启动的仿真效果图。

具体实施方式：

下面参照附图对本发明作进一步详细描述。

参照图1，本实例包括BOOST DC-DC转换器和低压启动电路两部分，低压启动电路用于驱动BOOST DC-DC转换器在低输入电压下完成启动。其中：

BOOST DC-DC转换器，包括迟滞比较器、误差放大器、电流采样电路、电感L、输出电容COUT、第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2；

低压启动电路，包括启动振荡器1、电荷泵2、输出电压检测器3、启动功率管4、第一栅极驱动器5、第二栅极驱动器6、主开关管7和整流管8。

上述这些单元电路及原件的功能及连接关系如下：

所述启动振荡器1，用以产生时钟信号，其由输入电压VIN供电，其输出端CLK分别与电荷泵2、第一栅极驱动器5的第一输入端连接，其控制端CTL与输出电压检测器3的输出端相连，以实现对启动振荡器1的关断控制；

所述电荷泵2，用以对启动振荡器1输出的时钟信号进行倍压，其由输入电压VIN供电，其输出端SG与启动功率管4的栅极连接，其控制端CTL与输出电压检测器3的输出端连接，以实现对电荷泵2的关断控制；

所述输出电压检测器3，用以对BOOST DC-DC转换器的输出电压VOUT进行实时检测，以判断启动过程是否结束，其由输出电压VOUT供电，其输出端CTL分别与启动振荡器1、电荷泵2、第一栅极驱动器5和第二栅极驱动器6的控制端连接；

所述启动功率管4，用以为BOOST DC-DC的电感L提供第一条充电通路，其漏极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW，其源极接地；

所述第一栅极驱动器5，其由输出电压VOUT供电，其第一输入端与启动振荡器1输出端CLK连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端COMP连接，其输出端MG与主开关管7的栅极相连，其控制端CTL与输出电压检测器3的输出端连接，用以对第一栅极驱动器5的启动工作和正常栅极驱动这两种状态进行选择，以实现电路复用功能；

所述第二栅极驱动器6，其由输出电压VOUT供电，其第一输入端与第一栅极驱动器5的输出端MG连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接，其第三输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端COMP连接，其输出端RG与整流管8的栅极连接，其控制端CTL与输出电压检测器3的输出端连接，用以对第二栅极驱动器6的启动工作和正常栅极驱动这两种状态进行选择，以实现电路复用功能；

所述主开关管7，用以为BOOST DC-DC转换器的电感L提供第二条充电通路，其漏极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW，其源极接地；

所述整流管8，用以为BOOST DC-DC转换器的电感L提供放电通路，其漏极接输出电压VOUT，其源极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW；

所述迟滞比较器的正向输入端与电流采样电路的输出端Vsense连接，其输出端COMP分别与第一栅极驱动器的第二输入端、第二栅极驱动器的第三输入端连接；

所述误差放大器的正向输入端与第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2的公共端VFB连接，其反向输入端与基准电压VREF连接，其输出端Vc与迟滞比较器的反向输入端连接；

所述电流采样电路的第一输入端与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器的输出电压VOUT连接；

所述电感L的一端与输入电压VIN连接，其另一端接BOOST DC-DC转换器的公共端SW；

所述输出电容COUT的一端与BOOST DC-DC转换器的输出电压VOUT连接，其另一端接地；

所述第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2以串联的形式连接，第一分压电阻Rf1的另一端与输出电压VOUT连接，第二分压电阻Rf2的另一端接地。

本发明的工作原理如下:

本发明用于BOOST DC-DC转换器的低压启动电路在低输入电压下的启动过程分为两个阶段：初始启动阶段和加速启动阶段。

在BOOST DC-DC转换器刚上电时，低压启动电路立即进入初始启动阶段。此时启动振荡器1、电荷泵2和输出电压检测器3开始工作，由于输出电压VOUT很低，因此由输出电压VOUT供电的第一栅极驱动器5和第二栅极驱动器6不工作。启动振荡器1产生第一时钟信号CLK，此第一时钟信号CLK经过电荷泵2的倍压作用，产生频率与第一时钟信号CLK相同、幅值为两倍输入电压VIN的第二时钟信号SG，以驱动启动功率管4。当电荷泵2输出的第二时钟信号SG为高电位时，启动功率管4导通，此时输入电压VIN通过电感L和启动功率管4到地的通路为电感L充电，以实现电感L上能量的存储；当电荷泵2输出的第二时钟信号SG为低电位时，启动功率管4关断，此时电感L上存储的能量通过整流管8的寄生体二极管传递到BOOSTDC-DC转换器的输出端VOUT。如此经过若干振荡周期，使得BOOST DC-DC转换器的输出电压VOUT逐渐升高。

当输出电压VOUT升高到能使第一栅极驱动器5和第二栅极驱动器6正常工作，但同时又未超过输出电压检测器3的阈值电压1.8V时，低压启动电路进入到加速启动阶段。此时启动振荡器1、电荷泵2、输出电压检测器3、第一栅极驱动器5、第二栅极驱动器6均正常工作。由于输出电压VOUT未超过输出电压检测器3设定的翻转阈值1.8V，因此输出电压检测器3的输出信号CTL为低电位。第一栅极驱动器5在输出信号CTL的控制下，选择其工作在启动状态下，其输出频率与第一时钟信号CLK相同、幅值为两倍输出电压VOUT的第三时钟信号MG，以驱动主开关管7。同理，第二栅极驱动器6在输出信号CTL的控制下，输出频率与第三时钟信号MG相同、幅值与第三时钟信号MG相反的第四时钟信号RG，以驱动整流管8。当第二时钟信号SG为高电位时，第三时钟信号MG也为高电位，第四时钟信号RG为低电位，启动功率管4、主开关管7同时导通，整流管8关断，此时电感L和启动功率管4到地的通路构成第一条充电通路，电感L和主开关管7到地的通路构成第二条充电通路，输入电压VIN通过这两条充电通路为电感L充电，实现了双通路充电，以加速电感L充电过程；当第二时钟信号SG为低电位时，第三时钟信号MG也为低电位，第四时钟信号RG为高电位，此时启动功率管4、主开关管7同时关断，整流管8导通，此时电感L上存储的能量通过整流管8到输出端VOUT的通路向BOOST DC-DC的输出端VOUT放电，以实现能量的加速存储与传递。如此经过若干振荡周期，使得BOOST DC-DC转换器的输出电压VOUT加速升高。

当输出电压VOUT高于输出电压检测器3所设定的阈值电压1.8V时，输出检测器3的输出信号CTL由低电位跳变为高电位，以关断启动振荡器1、电荷泵2，进而关断低压启动电路，以结束低压启动过程。同时，输出检测器3的输出信号CTL实现对第一栅极驱动器5和第二栅极驱动器6的控制，选择其工作在正常的栅极驱动状态下，此时BOOST DC-DC转换器完成启动，进入正常的迟滞电流模控制状态。

本发明低压启动电路中各单元电路结构及原理如下：

参照图2，本发明中启动振荡器1包括：一个PMOS管P1，两个NMOS管N1、N2，两个电阻R1、R2，两个电容C1、C2和两个反相器INV1、INV2。即第一PMOS管P1、第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第一反相器INV1、第二反相器INV2。第一PMOS管P1的栅极分别与第二反相器INV2的输出端和第一电容C1连接，其源极接输入电压VIN，其漏极与第一电阻R1连接；第一NMOS管N1的栅极与第二反相器INV2的输出端连接，其漏极与第二电阻R2连接，其源极接地；第二NMOS管N2的栅极与输出电压检测器3的输出端连接，其漏极分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第一反相器INV1的输入端连接，其源极接地；第一反相器INV1的输出端与第二反相器INV2的输入端连接。

第一PMOS管P1、第一NMOS管N1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2构成基本的RC振荡电路，用于在A点产生脉冲振荡信号；第一反相器INV1和第二反相器INV2构成的输出缓冲级，具有滤波整形的作用；第二NMOS管N2为控制管，当输出电压检测器的输出CTL由低电位跳变为高电位时，第二NMOS管N2导通，进而关断启动振荡器。

参照图3，本发明中电荷泵2包括：两个PMOS管P2、P3，五个NMOS管N3、N4、N5、N6、N7，两个电容C3、C4，两个反相器INV3、INV4和一个二输入或非门NOR2，即第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第五NMOS管N5、第六NMOS管N6、第七NMOS管N7、第三电容C3、第四电容C4、第三反相器INV3、第四反相器INV4，其中：

该第二PMOS管P2的栅极与第三反相器INV3的输出端连接，其源极接输入电压VIN，其漏极分别与第五NMOS管N5的漏极、第三电容C3、二输入或非门NOR2的第二输入端连接；第三反相器INV3的输入端与启动振荡器1的输出端连接，其输出端分别与第五NMOS管N5的栅极、第二PMOS管P2的栅极、第四反相器INV4的输入端连接，第五NMOS管N5的源极接地，第四反相器INV4的输出端与二输入或非门NOR2的第一输入端连接；二输入或非门NOR2的输出端分别与第四电容C4、第六NMOS管N6的栅极连接；

该第三NMOS管N3以二极管形式连接，其栅极和漏极均与输入电压VIN连接，其源极分别与电容C4、第四NMOS管N4的栅极连接；第四NMOS管N4的源极接输入电压VIN，其漏极分别与电容C3、第三PMOS管P3的源极连接；第三PMOS管P3的栅极接输入电压VIN，其漏极分别与第六NMOS管N6的漏极、第七NMOS管N7的漏极连接，第六NMOS管N6的源极接地；第七NMOS管N7的栅极与输出电压检测器3的输出端连接，其源极接地。

当启动振荡器1的输出的第一时钟信号CLK为低电位时，第五NMOS管N5导通，二输入或非门NOR2的输出端为高电位。由于第四电容C4两端的电压不能突变，第四NMOS管N4的栅极电位会被抬高，进而使第四NMOS管N4导通。输入电压VIN通过第四NMOS管N4、第三电容C3和第五NMOS管N5到地的通路为第三电容C3充电；当第一时钟信号CLK为高电位时，第二PMOS管P2、第三PMOS管P3导通，由于第三电容C3两端的电压不能突变，因此电荷泵2输出的第二时钟信号SG会被抬高，从而实现倍压作用。第七NMOS管N7为控制管，当输出电压检测器3的输出信号CTL由低电位跳变为高电位时，第七NMOS管N7导通，进而关断电荷泵。

参照图4，本发明中的输出电压检测器3包括：一个PMOS管P4，三个NMOS管N8、N9、N10和两个反相器INV5、INV6，即第四PMOS管P4、第八NMOS管N8、第九NMOS管N9、第十NMOS管N10、第五反相器INV5、第六反相器INV6。其中：

第八NMOS管N8以二极管形式连接，其栅极和漏极均与输出电压VOUT连接，其源极分别与第四PMOS管P4的漏极和第九NMOS管N9的漏极连接；第九NMOS管N9以二极管形式连接，其源极分别与第五反相器INV5的输入端和第十NMOS管N10的漏极连接；第十NMOS管N10的栅极接偏置电压BIAS，其源极接地；第四PMOS管P4的栅极分别与第五反相器INV5的输出端和第六反相器INV6的输入端连接，其源极接输出电压VOUT。

流过第十NMOS管N10的电流I1在固定偏置信号BIAS的控制下基本保持不变，而流过第九NMOS管N9的电流I2随着输出电压VOUT的增大而增大。通过对第八NMOS管N8和第九NMOS管N9宽长比的合理设计，使得当输出电压VOUT增大至1.8V时，流过第九NMOS管N9的电流I2增大至与流过第十NMOS管N10的电流I1的值相等，此时输出电压检测器3的输出信号CTL由低电位跳边为高电位。第四PMOS管P4实现电压回滞功能，避免输出电压检测器3的输出信号CTL在阈值电压1.8V处来回振荡，影响电路的稳定性。

参照图5，本发明中的第一栅极驱动器5包括：四个PMOS管P5、P6、P7、P8，两个NOMS管N11、N12，一个电阻R3，两个电容C5、C6，两个反相器INV7、INV8，两个传输门TG1、TG2，一个二选一选择器MUX2，一个三输入与非门NAND3，即第五PMOS管P5、第六PMOS管P6、第七PMOS管P7、第八PMOS管P8、第十一NMOS管N11、第十二NMOS管N12、第三电阻R3、第五电容C5、第六电容C6、第七反相器INV7、第八反相器INV8、第一传输门TG1、第二传输门TG2。其中：

第五PMOS管P5的栅极与输出电压检测器3的输出端连接，其源极接输出电压VOUT，其漏极分别于第二传输门TG2的输出端、三输入与非门NAND3的第二输入端连接；

第六PMOS管P6的栅极与输出电压检测器3的输出端连接，其源极接输出电压VOUT，其漏极分别于第一传输门TG1的输出端、三输入与非门NAND3的第一输入端连接；

第七反相器INV7的输入端与输出电压检测器3的输出端连接，其输出端分别与第一传输门TG1的第一控制端、第二传输门TG2的第一控制端、二选一选择器MUX2的第一控制端连接；第一传输门TG1的输入端与其第二控制端连接，其输入端与输出电压检测器3的输出端连接；第二传输门TG2的输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其第二控制端与输出电压检测器3的输出端连接；二选一选择器MUX2，其第一输入端与BOOSTDC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其第二输入端与启动振荡器1的输出端连接，其第二控制端与输出电压检测器3的输出端连接，其输出端与三输入与非门NAND3的第三输入端连接；

三输入与非门NAND3的输出端分别与第十一NMOS管N11的栅极、第七PMOS管P7的栅极、第八反相器INV8的输入端连接；第八反相器INV8的输出端分别与第十二NMOS管N12的栅极、第八PMOS管P8的栅极连接；第七PMOS管P7的源极接输出电压VOUT，其漏极分别与第五电容C5、第十一NMOS管N11的漏极连接；第八PMOS管P8的源极接输出电压VOUT，其漏极分别与第五电容C5、第十二NMOS管N12的漏极连接；第十二NMOS管N12的源极分别与第六电容C6、第三电阻R3连接。

当输出电压VOUT小于1.8V时，即启动未完成时，输出电压检测器3的输出信号CTL为低电位，此时第五PMOS管P5、第六PMOS管P6导通，第一传输门TG1、第二传输门TG2均截止，二选一选择器MUX2选择启动振荡器1输出的第一时钟信号CLK，由第七PMOS管P7、第七PMOS管P8、第十一NMOS管N11、第十二NMOS管N12、第五电容C5、第六电容C6和第三电阻R3组成的倍压电路对第一时钟信号CLK进行倍压，输出频率与第一时钟信号CLK相同、幅值为2VOUT的第三时钟信号MG，此时第一栅极驱动器在信号CTL选择下工作在启动状态下；当输出电压VOUT等于或大于1.8V时，即启动完成后，信号CTL由低电位跳变为高电位，此时第一传输门TG1、第二传输门TG2导通，二选一选择器MUX2选择BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出信号COMP，同样经过倍压电路将迟滞比较器的输出信号COMP进行倍压，输出频率与信号COMP相同、幅值为两倍输出电压VOUT的第三时钟信号MG，此时第一栅极驱动器在信号CTL选择下工作在正常栅极驱动状态。

参照图6，本发明中第二栅极驱动器6包括：包括四个PMOS管P9、P10、P11、P12，五个NMOS管N13、N14、N15、N16、N17，两个电阻R4、R5，两个电容C7、C8，三个反相器INV9、INV10、INV11，一个三输入或非门NOR3。即第九PMOS管P9、第十PMOS管P10、第十一PMOS管P11、第十二PMOS管P12、第十三NMOS管N13、第十四NMOS管N14、第十五NMOS管N15、第十六NMOS管N16、第十七NMOS管N17、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电容C7、第八电容C8、第九反相器INV9、第十反相器INV10、第十一反相器INV11；

三输入或非门NOR3的第一输入端与第一栅极驱动器的输出端连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其第三输入端与第十一反相器INV11的输出端连接，其输出端分别与第九反相器INV9的输入端、第十四NMOS管N14的栅极连接；第十一反相器INV11的输入端与输出电压检测器3的输出端连接；

第四电阻R4、第七电容C7和第十三NMOS管N13组成电容升压结构，第十三NMOS管N13的栅极与第四电阻R4和第七电容C7的公共端连接，其源极与输出电压VOUT连接，其漏极分别与第九PMOS管P9的源极、第十PMOS管P10的源极、第十二PMOS管P12的源极、电容C8连接；

第九反相器INV9的输出端分别与第五电阻R5、第十五NMOS管N15的栅极、第十六NMOS管N16的栅极连接；第九PMOS管P9和第十PMOS管P10组成基本电流镜结构，第九PMOS管P9的漏极与第十四NMOS管N14的漏极连接，第十PMOS管P10的漏极分别与第十一PMOS管P11的源极、第十反相器INV10的输入端连接；

第十四NMOS管N14的源极与第十五NMOS管N15的漏极连接，第十五NMOS管N15的源极接地；第十一PMOS管P11的栅极与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接，其漏极与第十六NMOS管N16的漏极连接，第十六NMOS管N16的源极接地；

第十反相器INV10的输出端分别与第十二PMOS管P12的栅极、第十七NMOS管N17的栅极连接；第十二PMOS管P12的漏极与第十七NMOS管N17的漏极连接；第十七NMOS管N17的源极与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接。

当输出电压VOUT小于1.8V时，即启动未完成时，输出电压检测器3的输出信号CTL为低电位，此时第十五NMOS管N15、第十六NMOS管N16导通，第十四NMOS管N14截止。当第三时钟信号MG为高电位时，公共端SW为低电位，使第十一PMOS管P11、第十七NMOS管N17导通，进而使第四时钟信号RG被下拉为低电位。当第三时钟信号MG为低电位时，公共端SW为高电位，电容C8的升压作用使得第十二PMOS管P12导通，使得第四时钟信号RG被上拉为幅值约为2VOUT的高电位。第二栅极驱动器在输出检测器3的输出信号CTL控制下输出频率与第三时钟信号MG相同、幅值与第三时钟信号MG相反的第四时钟信号RG，此时第二栅极驱器工作在启动状态下；当输出电压等于或大于1.8V时，即启动完成后，输出电压检测器3的输出信号CTL由低电位跳变为高电位，同理，第二栅极驱动器在第三时钟信号MG和迟滞比较器的输出信号COMP的控制下，输出频率与第三时钟信号MG相同、幅值与第三时钟信号MG相反的第四时钟信号RG，此时第二栅极驱动器工作在正常栅极驱动状态下。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明。

在输入电压VIN为0.7V的条件下，用Cadence软件对本发明电路进行瞬态仿真，仿真结果如图7所示。

由图7可见，当BOOST DC-DC转换器刚上电时，电路进入初始启动阶段，输出电压VOUT逐渐升高，当启动时间到达2.124ms时，输出电压VOUT升高到750.3mV，此时电路进入加速启动阶段，输出电压VOUT加速升高。当启动时间到达2.757ms时，输出电压加速升高1.802V，达到输出电压检测器所设定的阈值电压，此时启动结束。仿真结果表明本发明能够提高启动速度，缩短启动时间。

以上对本发明的实施方式做了详细说明。但是本并不限于上述实施方式，所属技术领域普通技术人员在不脱离本发明宗旨的前提下可以做出各种变化，但这些变化均在本发明的保护之列。

Claims (10)

1.一种用于BOOST DC-DC转换器的低压启动电路，包括启动振荡器(1)、电荷泵(2)、输出电压检测器(3)、启动功率管(4)，其特征在于：还包括第一栅极驱动器(5)、第二栅极驱动器(6)、主开关管(7)和整流管(8)；

所述第一栅极驱动器(5)，其由输出电压VOUT供电，其第一输入端与启动振荡器(1)的输出端连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其输出端与主开关管(7)的栅极相连，其控制端与输出电压检测器(3)的输出端连接，用以对第一栅极驱动器的启动工作和正常栅极驱动这两种状态进行选择，以实现电路复用功能；

所述第二栅极驱动器(6)，其由输出电压VOUT供电，其第一输入端与第一栅极驱动器(5)的输出端连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接，其第三输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其输出端与整流管(8)的栅极连接，其控制端与输出电压检测器(3)的输出端连接，用以对第二栅极驱动器的启动工作和正常栅极驱动这两种状态进行选择，以实现电路复用功能；

所述主开关管(7)，其漏极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW，其源极接地；

所述整流管(8)，其漏极接输出电压VOUT，其源极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述启动振荡器(1)，其由输入电压VIN供电，其输出端分别与电荷泵(2)、第一栅极驱动器(5)的第一输入端连接，其控制端与输出电压检测器(3)的输出端相连。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述电荷泵(2)，其由输入电压VIN供电，其输出端与启动功率管(4)的栅极连接，其控制端与输出电压检测器(3)的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述输出电压检测器(3)，其由输出电压VOUT供电，其输出端分别与启动振荡器(1)、电荷泵(2)、第一栅极驱动器(5)和第二栅极驱动器(6)的控制端连接。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述启动功率管(4)，其漏极接BOOST DC-DC转换器的公共端SW，其源极接地。

6.根据权利要求2所述的电路，其特征在于所述的启动振荡器(1)包括一个PMOS管P1，两个NMOS管N1、N2，两个电阻R1、R2，两个电容C1、C2和两个反相器INV1、INV2；

第一PMOS管P1的栅极分别与第二反相器INV2的输出端和第一电容C1连接，其源极接输入电压VIN，其漏极与第一电阻R1连接；

第一NMOS管N1的栅极与第二反相器INV2的输出端连接，其漏极与第二电阻R2连接，其源极接地；

第二NMOS管N2的栅极与输出电压检测器(3)的输出端连接，其漏极分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第一反相器INV1的输入端连接，其源极接地；第一反相器INV1的输出端与第二反相器INV2的输入端连接。

7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于所述的电荷泵(2)包括两个PMOS管P2、P3，五个NMOS管N3、N4、N5、N6、N7，两个电容C3、C4，两个反相器INV3、INV4和一个二输入或非门NOR2；

第二PMOS管P2的栅极与第三反相器INV3的输出端连接，其源极接输入电压VIN，其漏极分别与第五NMOS管N5的漏极、第三电容C3、二输入或非门NOR2的第二输入端连接；

第三反相器INV3的输入端与启动振荡器(1)的输出端连接，其输出端分别与第五NMOS管N5的栅极、第二PMOS管P2的栅极、第四反相器INV4的输入端连接，第五NMOS管N5的源极接地，第四反相器INV4的输出端与二输入或非门NOR2的第一输入端连接；二输入或非门NOR2的输出端分别与第四电容C4、第六NMOS管N6的栅极连接；

第三NMOS管N3以二极管形式连接，其栅极和漏极均与输入电压VIN连接，其源极分别与电容C4、第四NMOS管N4的栅极连接；第四NMOS管N4的源极接输入电压VIN，其漏极分别与电容C3、第三PMOS管P3的源极连接；

第三PMOS管P3的栅极接输入电压VIN，其漏极分别与第六NMOS管N6的漏极、第七NMOS管N7的漏极连接，第六NMOS管N6的源极接地；

第七NMOS管N7的栅极与输出电压检测器(3)的输出端连接，其源极接地。

8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于所述的输出电压检测器(3)包括一个PMOS管P4，三个NMOS管N8、N9、N10和两个反相器INV5、INV6；

第八NMOS管N8以二极管形式连接，其栅极和漏极均与输出电压VOUT连接，其源极分别与第四PMOS管P4的漏极和第九NMOS管N9的漏极连接；

第九NMOS管N9以二极管形式连接，其源极分别与第五反相器INV5的输入端和第十NMOS管N10的漏极连接；

第十NMOS管N10的栅极接偏置电压BIAS，其源极接地；

第四PMOS管P4的栅极分别与第五反相器INV5的输出端和第六反相器INV6的输入端连接，其源极接输出电压VOUT。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述的第一栅极驱动器(5)包括四个PMOS管P5、P6、P7、P8，两个NOMS管N11、N12，一个电阻R3，两个电容C5、C6，两个反相器INV7、INV8，两个传输门TG1、TG2，一个二选一选择器MUX2，一个三输入与非门NAND3；

第五PMOS管P5的栅极与输出电压检测器(3)的输出端连接，其源极接输出电压VOUT，其漏极分别于第二传输门TG2的输出端、三输入与非门NAND3的第二输入端连接；

第六PMOS管P6的栅极与输出电压检测器(3)的输出端连接，其源极接输出电压VOUT，其漏极分别于第一传输门TG1的输出端、三输入与非门NAND3的第一输入端连接；

第七反相器INV7的输入端与输出电压检测器(3)的输出端连接，其输出端分别与第一传输门TG1的第一控制端、第二传输门TG2的第一控制端、二选一选择器MUX2的第一控制端连接；

第一传输门TG1的输入端与其第二控制端连接，其输入端与输出电压检测器(3)的输出端连接；第二传输门TG2的输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其第二控制端与输出电压检测器(3)的输出端连接；

二选一选择器MUX2，其第一输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其第二输入端与启动振荡器(1)的输出端连接，其第二控制端与输出电压检测器(3)的输出端连接，其输出端与三输入与非门NAND3的第三输入端连接；

三输入与非门NAND3的输出端分别与第十一NMOS管N11的栅极、第七PMOS管P7的栅极、第八反相器INV8的输入端连接；

第八反相器INV8的输出端分别与第十二NMOS管N12的栅极、第八PMOS管P8的栅极连接；

第七PMOS管P7的源极接输出电压VOUT，其漏极分别与第五电容C5、第十一NMOS管N11的漏极连接；第八PMOS管P8的源极接输出电压VOUT，其漏极分别与第五电容C5、第十二NMOS管N12的漏极连接；第十二NMOS管N12的源极分别与第六电容C6、第三电阻R3连接。

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述的第二栅极驱动器(6)包括四个PMOS管P9、P10、P11、P12，五个NMOS管N13、N14、N15、N16、N17，两个电阻R4、R5，两个电容C7、C8，三个反相器INV9、INV10、INV11，一个三输入或非门NOR3；

三输入或非门NOR3的第一输入端与第一栅极驱动器(5)的输出端连接，其第二输入端与BOOST DC-DC转换器中迟滞比较器的输出端连接，其第三输入端与第十一反相器INV11的输出端连接，其输出端分别与第九反相器INV9的输入端、第十四NMOS管N14的栅极连接；第十一反相器INV11的输入端与输出电压检测器(3)的输出端连接；

第四电阻R4、第七电容C7和第十三NMOS管N13组成电容升压结构，第十三NMOS管N13的栅极与第四电阻R4和第七电容C7的公共端连接，其源极接输出电压VOUT，其漏极分别与第九PMOS管P9的源极、第十PMOS管P10的源极、第十二PMOS管P12的源极、电容C8连接；

第九反相器INV9的输出端分别与第五电阻R5、第十五NMOS管N15的栅极、第十六NMOS管N16的栅极连接；

第九PMOS管P9和第十PMOS管P10组成基本电流镜结构，第九PMOS管P9的漏极与第十四NMOS管N14的漏极连接，第十PMOS管P10的漏极分别与第十一PMOS管P11的源极、第十反相器INV10的输入端连接；

第十四NMOS管N14的源极与第十五NMOS管N15的漏极连接，第十五NMOS管N15的源极接地；

第十一PMOS管P11的栅极与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接，其漏极与第十六NMOS管N16的漏极连接，第十六NMOS管N16的源极接地；

第十反相器INV10的输出端分别与第十二PMOS管P12的栅极、第十七NMOS管N17的栅极连接；

第十二PMOS管P12的漏极与第十七NMOS管N17的漏极连接；

第十七NMOS管N17的源极与BOOST DC-DC转换器的公共端SW连接。