CN108390568A - 一种使用低压pmos整流管的同步整流boost型电源调制电路 - Google Patents

一种使用低压pmos整流管的同步整流boost型电源调制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，设置有彼此连接的低压驱动电路和同步整流BOOST环路，所述低压驱动电路在输出电源的基础上形成一个可控的电压差ΔV；所述低压驱动电路的输出端的一端与同步整流BOOST环路的低压整流管的栅极相连接，将低压整流管的驱动电压控制在输出电源值‑ΔV~输出电源值之间，能够克服现有技术中内置高压PMOS整流管驱动能力差，面积大，寄生电容大的缺点，以及低压PMOS整流管耐压能力不足的问题。

Description

一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路
技术领域
本发明涉及DC-DC升压技术领域，具体的说，是一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路。
背景技术
传统的同步整流BOOST型电源调制电路中，包括高压驱动电路和高压PMOS同步整流BOOST环路。
高压PMOS同步整流BOOST环路具有同步整流升压功能，目前工艺中，同步整流BOOST环路中一般使用高压PMOS整流管。高压驱动电路为高压PMOS同步整流BOOST环路提供一个VOUT的电平来驱动高压PMOS整流管。
相比于相同驱动能力下的低压PMOS整流管，高压PMOS整流管的面积更大，寄生电容也更大。
为了规避传统电路中高压PMOS整流管带来的性能上的不足，在电路中使用低压PMOS整流管替代高压PMOS整流管成为必然趋势，但低压PMOS整流管耐压能力不足。所以如何解决电路中低压PMOS整流管的耐压问题，即成为了目前工程中一个热门课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，能够克服现有技术中内置高压PMOS整流管驱动能力差，面积大，寄生电容大的缺点，以及低压PMOS整流管耐压能力不足的问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，设置有彼此连接的低压驱动电路和同步整流BOOST环路，所述低压驱动电路在输出电源的基础上形成一个可控的电压差ΔV；所述低压驱动电路的输出端的一端与同步整流BOOST环路的低压整流管的栅极相连接，将低压整流管的驱动电压控制在输出电源值-ΔV～输出电源值之间。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述低压驱动电路包括相互连接的驱动电压产生电路和驱动信号传输电路，驱动信号传输电路的输出端连接低压整流管的栅极，低压整流管的源极连接驱动信号传输电路的电源脚；所述驱动电压产生电路的输出端连接驱动信号传输电路的地端。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：在所述驱动电压产生电路内设置有单位增益运算放大器、滤波电容、电流源及驱动电压控制电阻，单位增益运算放大器的输出端连接驱动信号传输电路的地端和滤波电容的第一端，滤波电容的第二端接地，单位增益运算放大器的反相输入端与输出端共接，单位增益运算放大器的同相输入端分别与电流源的第一端和驱动电压控制电阻的第二端相连接，电流源的第二端接地，驱动电压控制电阻的第一端与驱动信号传输电路的电源脚相连接。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述滤波电容为电解电容，且滤波电容的负极端接地。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：在所述同步整流BOOST环路内还设置有低压功率管和电感，电感的第二端分别与低压整流管的漏端和低压功率管的漏端相连接，低压功率管的源端接地，电感(23)的第一端为输入端连接电源Vin。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述低压功率管采用低压NMOS功率管。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述低压整流管采用低压PMOS整流管。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述同步整流BOOST环路还完成同步整流升压功能。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述驱动电压产生电路的输出端连接驱动信号传输电路的地端，为驱动信号传输电路提供电压为输出电源值-ΔV的逻辑低电平；所述驱动信号传输电路将低压整流管控制信号转换到逻辑低电平，给低压整流管提供驱动。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明低压整流管采用低压PMOS整流管取代传统工艺中的高压PMOS整流管，使得低压整流管的VGS减小。相同驱动能力下，低压PMOS整流管比高压PMOS整流管面积更小、驱动能力更强，寄生电容更小，解决了传统同步整流BOOST环路中高压PMOS整流管面积大、驱动能力差、寄生电容大的问题。
(2)同现有技术相比，本发明具有耐压能力强，面积小、驱动能力强、寄生电容小的特点，使芯片成本更低，性能更好。
(3)本发明同步整流BOOST环路中的低压整流管源端和栅端均连接低压驱动电路，通过具有降压功能的低压驱动电路，产生一个VOUT-△V的电平来驱动低压整流管，成功将低压整流管驱动电压控制在(VOUT-△V到VOUT)的范围内，使得整体电路不需要升压到高于Vout的电压，规避了低压整流管耐压能力不足的问题。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为相同驱动能力下高压PMOS整流管与低压PMOS整流管版图面积对比示意图。
其中，图中的附图标记为：1-低压驱动电路、2-同步整流BOOST环路、11-驱动电压产生电路、12-驱动信号传输电路、21-低压整流管、22-低压功率管、23-电感、111-单位增益运算放大器、112-滤波电容、113-电流源、114-驱动电压控制电阻。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1：
本发明设计出一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，能够克服现有技术中内置高压PMOS整流管驱动能力差，面积大，寄生电容大的缺点，以及低压PMOS整流管耐压能力不足的问题，如图1所示，特别采用下述设置结构：设置有彼此连接的低压驱动电路1和同步整流BOOST环路(低压PMOS同步整流BOOST环路)2，所述低压驱动电路1在输出电源的基础上形成一个可控的电压差ΔV；所述低压驱动电路1的输出端的一端与同步整流BOOST环路2的低压整流管21的栅极相连接，将低压整流管21的驱动电压控制在输出电源值-ΔV～输出电源值之间。
在设置时，低压驱动电路1具有降压功能，在输出电源值(VOUT)的基础上产生一个可控的压差△V，低压驱动电路1的输出端的一端(图中的A点)连接到同步整流BOOST环路2中的低压整流管21的栅端，将所述同步整流BOOST环路2中的低压整流管21驱动电压控制在(VOUT-ΔV到Vout)的范围内。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：所述低压驱动电路1包括相互连接的驱动电压产生电路11和驱动信号传输电路12，驱动信号传输电路12的输出端连接低压整流管21的栅极，低压整流管21的源极连接驱动信号传输电路12的电源脚；所述驱动电压产生电路11的输出端连接驱动信号传输电路12的地端，为驱动信号传输电路12提供电压为(VOUT-ΔV)的低逻辑电平来驱动低压整流管21；驱动信号传输电路12传输低压整流管21的控制信号逻辑电平(相应开关管和整流管栅极控制逻辑模块产生的以驱动开关管和整流管的开启与关闭)，再增强驱动输出(即增强驱动信号传输电路12的逻辑输入的驱动输出)，给低压整流管21提供驱动，因为ΔV＝IR，通过控制电流的大小，成功将低压整流管21驱动电压VGS控制在(VOUT-ΔV到VOUT)的低压差范围内，规避了传统电路中低压整流管耐压能力不足的问题。
实施例3：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：在所述驱动电压产生电路内设置有单位增益运算放大器111、滤波电容112、电流源113及驱动电压控制电阻114，单位增益运算放大器111的输出端连接驱动信号传输电路12的地端和滤波电容112的第一端，且构成驱动电压产生电路11的输出端(B点)，滤波电容112的第二端接地，单位增益运算放大器111的反相输入端与输出端共接形成负反馈，单位增益运算放大器111的同相输入端分别与电流源113的第一端(C点)和驱动电压控制电阻114的第二端相连接，电流源113的第二端接地，驱动电压控制电阻114的第一端与驱动信号传输电路12的电源脚相连接。
实施例4：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：所述滤波电容112为电解电容，且滤波电容112的负极端接地。
实施例5：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：在所述同步整流BOOST环路2内还设置有低压功率管22和电感23，电感23的第二端分别与低压整流管21的漏端和低压功率管22的漏端相连接，低压功率管22的源端接地，电感23的第一端为输入端连接电源Vin。
实施例6：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：所述低压功率管22采用低压NMOS功率管。
实施例7：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：所述低压整流管21采用低压PMOS整流管。
实施例8：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：所述同步整流BOOST环路2还完成同步整流升压功能。
实施例9：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置方式：所述驱动电压产生电路11的输出端连接驱动信号传输电路12的地端，为驱动信号传输电路12提供电压为输出电源值-ΔV的逻辑低电平；所述驱动信号传输电路12将低压整流管21控制信号转换到逻辑低电平，给低压整流管21提供驱动。
实施例10：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，在工作时，假设，其输入电源值Vin＝3.3V，输出电源值VOUT＝12V，若使用VGS耐压5V的低压PMOS整流管21，则可选取驱动电压控制电阻114的阻值R＝480kΩ，电流源113的电流I＝10uA，ΔV＝4.8V。此时，单位增益运算放大器111的同相输入端电压VC＝12V-4.8V＝7.2V。经过单位增益运算放大器111和滤波电容112后,驱动电压产生电路11的输出电压VB＝7.2V。则可以使得低压驱动电路1的输出电压范围为7.2V到12V。因此，同步整流BOOST环路(低压PMOS同步整流BOOST环路)2中的低压PMOS整流管21的栅极输入电压为7.2V到12V。同时，低压PMOS整流管21的源极输入电压为12V，则低压PMOS整流管21的最大VGS被控制在4.8V，满足VGS耐压5V的要求。
如图2所示，采用VGS耐压5V、VDS耐压12V的低压PMOS整流管T1和VGS耐压12V、VDS耐压12V的高压PMOS整流管T2，同样满足RON＝40mΩ时，低压PMOS整流管T1版图面积约为779502μm2,高压PMOS整流管T2版图面积约为3290600μm2，T1面积为T2面积的23.69％。所以，在相同驱动能力下，低压PMOS整流管比高压PMOS整流管在面积上占有明显优势，使得芯片寄生电容更小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：设置有彼此连接的低压驱动电路（1）和同步整流BOOST环路（2），所述低压驱动电路（1）在输出电源的基础上形成一个可控的电压差ΔV；所述低压驱动电路（1）的输出端的一端与同步整流BOOST环路（2）的低压整流管（21）的栅极相连接，将低压整流管（21）的驱动电压控制在输出电源值-ΔV~输出电源值之间。
2.根据权利要求1所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：所述低压驱动电路（1）包括相互连接的驱动电压产生电路（11）和驱动信号传输电路（12），驱动信号传输电路（12）的输出端连接低压整流管（21）的栅极，低压整流管（21）的源极连接驱动信号传输电路（12）的电源脚；所述驱动电压产生电路（11）的输出端连接驱动信号传输电路（12）的地端。
3.根据权利要求2所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：在所述驱动电压产生电路内设置有单位增益运算放大器（111）、滤波电容（112）、电流源（113）及驱动电压控制电阻（114），单位增益运算放大器（111）的输出端连接驱动信号传输电路（12）的地端和滤波电容（112）的第一端，滤波电容（112）的第二端接地，单位增益运算放大器（111）的反相输入端与输出端共接，单位增益运算放大器（111）的同相输入端分别与电流源（113）的第一端和驱动电压控制电阻（114）的第二端相连接，电流源（113）的第二端接地，驱动电压控制电阻（114）的第一端与驱动信号传输电路（12）的电源脚相连接。
4.根据权利要求3所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：所述滤波电容（112）为电解电容，且滤波电容（112）的负极端接地。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：在所述同步整流BOOST环路（2）内还设置有低压功率管（22）和电感（23），电感（23）的第二端分别与低压整流管（21）的漏端和低压功率管（22）的漏端相连接，低压功率管（22）的源端接地，电感（23）的第一端为输入端连接电源Vin。
6.根据权利要求5所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：所述低压功率管（22）采用低压NMOS功率管。
7.根据权利要求1-4，6任一项所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：所述低压整流管（21）采用低压PMOS整流管。
8.根据权利要求1-4，6任一项所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：所述同步整流BOOST环路（2）还完成同步整流升压功能。
9.根据权利要求2或3或4任一项所述的一种使用低压PMOS整流管的同步整流BOOST型电源调制电路，其特征在于：所述驱动电压产生电路（11）的输出端连接驱动信号传输电路（12）的地端，为驱动信号传输电路（12）提供电压为输出电源值-ΔV的逻辑低电平；所述驱动信号传输电路（12）将低压整流管（21）控制信号转换到逻辑低电平，给低压整流管（21）提供驱动。
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CN112994459A (zh) * 2021-04-26 2021-06-18 西安拓尔微电子有限责任公司 供电电路及其控制方法

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