CN108400704A - 升压型dc-dc超低压冷启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及升压型DC‑DC超低压冷启动电路；解决的技术问题为：提供一种具有过压保护功能的升压型DC‑DC超低压冷启动电路；采用的技术方案为：升压型DC‑DC超低压冷启动电路，包括：冷启动电路、片外电感L1、冷启动功率管Q1、BOOST功率管Q2、共用整流管Q3、PFM驱动电路、片外电容C1和输出电压检测电路；本发明能够超低压启动，并且在高压情况下保护电路不受损害，从而满足宽的能量采集源电压范围，使其广泛应用；适用于电力领域。

Description

升压型DC-DC超低压冷启动电路

技术领域

本发明属于冷启动电路的技术领域，具体涉及升压型DC-DC超低压冷启动电路。

背景技术

BOOST DC-DC升压电路作为非常重要的一种能量采集电路，通常用作光伏电池或者热能电池的能量采集。该电路需要使用冷启动电路拉升电压，使其进入正常的能量采集模式。而传统结构的冷启动电路启动电压较高，大多在0.5V以上，并且会限制能量采集源电压的输入范围，不具备宽输入范围的过压保护机制。而在实际应用中，单片太阳能电池电压在0.4V～0.7V之间，需要在超低电压下完成冷启动启动，而热能电池电压可达到2V以上，经过冷启动电荷泵倍压后，冷启动输出电压可达到5V以上，这种情况下就需要过压保护功能。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种具有过压保护功能的升压型DC-DC超低压冷启动电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：升压型DC-DC超低压冷启动电路，包括：冷启动电路、片外电感L1、冷启动功率管Q1、BOOST功率管Q2、共用整流管Q3、PFM驱动电路、片外电容C1和输出电压检测电路，所述片外电感L1的一端与能量采集源VIN端相连，片外电感L1的另一端与冷启动功率管Q1的漏极、BOOST功率管Q2的漏极、共用整流管Q3的漏极相连，共用整流管Q3的源极与片外电容C1相连并作为输出VOUT，输出电压检测电路以VOUT为电源并检测VOUT电压，输出电压检测电路输出端与控制信号CTR端相连，冷启动电路以VIN为电源、冷启动电路的输入端与控制信号CTR端相连，冷启动电路的输出端通过控制信号HCLK端与冷启动功率管Q1的栅极相连，PFM驱动电路以VOUT为电源，PFM驱动电路的输入端与控制信号CTR端相连，PFM驱动电路的输出端SN与BOOST功率管Q2的栅极相连，PFM驱动电路的输出端SP与共用整流管Q3的栅极相连。

优选地，所述冷启动电路包括过压检测及启动模块、超低压振荡器模块和电荷泵模块，所述过压检测及启动模块通过超低压振荡器模块与电荷泵模块电连接。

优选地，所述过压检测及启动模块包括：电阻R1、电容C2和电容C3，所述电阻R1的一端分别与PMOS管M1的源极、电容C3的一端、PMOS管M5的源极和栅极、PMOS管M8的源极、PMOS管M25的漏极、PMOS管M9的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M11的衬底、PMOS管M12的衬底、NMOS管M15的漏极、PMOS管M16的源极、PMOS管M16的衬底、PMOS管M17的衬底、NMOS管M20的漏极相连，PMOS管M25的源极与VIN电源端相连，PMOS管M25的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M21的源极相连，PMOS管M21的漏极分别与PMOS管M21的栅极、PMOS管M1的栅极、PMOS管M2的源极相连，PMOS管M2的漏极分别与NMOS管M3的漏极、电容C2的一端、NMOS管M6的栅极、NMOS管M24的栅极相连，PMOS管M2的栅极与NMOS管M3的栅极相连，NMOS管M3的源极接地，电容C2的另一端接地，NMOS管M6的源极与NMOS管M24的漏极相连，NMOS管M6的衬底与NMOS管M24的源极相连后接地，NMOS管M4的栅极与控制信号CTR相连，NMOS管M4的源极接地，NMOS管M6的漏极分别与NMOS管M4的漏极、电阻R1的另一端、NMOS管M7的栅极、NMOS管M26的栅极相连，NMOS管M7的源极与NMOS管M26的漏极相连，NMOS管M7的衬底与NMOS管M26的源极相连后接地，NMOS管M7的漏极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M12的栅极、NMOS管M13的栅极、NMOS管M14的栅极、电容C3的另一端、PMOS管M23的源极、PMOS管M8的源极、PMOS管M10的漏极相连，PMOS管M11的漏极与PMOS管M12的源极相连，NMOS管M13的源极分别与NMOS管M14的漏极、NMOS管M15的源极相连，NMOS管M13的衬底与NMOS管M14的衬底、NMOS管M14的源极、NMOS管M15的衬底相连后接地，PMOS管M23的栅极分别与PMOS管M22的栅极、PMOS管M5的栅极相连，PMOS管M23的源极与PMOS管M22的漏极相连，PMOS管M22的源极与PMOS管M5的漏极相连，PMOS管M10的源极分别与PMOS管M9的漏极和栅极相连，PMOS管M10的栅极分别与PMOS管M12的漏极、NMOS管M13的漏极、NMOS管M15的栅极、PMOS管M16的栅极、PMOS管M17的栅极、NMOS管M18的栅极、NMOS管M19的栅极相连，PMOS管M16的漏极与PMOS管M17的源极相连，PMOS管M17的漏极分别与NMOS管M18的漏极、NMOS管M20的栅极、控制信号EN端相连，NMOS管M18的衬底与NMOS管M19的衬底、NMOS管M19的源极相连后接地，NMOS管M18的源极分别与NMOS管M19的漏极、NMOS管M20的源极相连。

优选地，所述超低压振荡器模块包括：NMOS管M27，所述NMOS管M27的栅极与控制信号EN端相连，NMOS管M27的源极接地，NMOS管M27的漏极分别与PMOS管M28的栅极、NMOS管M29的栅极、PMOS管M34的栅极、NMOS管M35的栅极、PMOS管M32的漏极、NMOS管M33的漏极相连，PMOS管M28的源极分别与PMOS管M30的源极、PMOS管M32的源极、PMOS管M34的源极、PMOS管M36的源极、PMOS管M38的源极、PMOS管M40的漏极相连，PMOS管M40的源极与VIN电源端相连，PMOS管M40的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M28的衬底通过电阻R2接地，PMOS管M28的漏极分别与NMOS管M29的漏极、电容C4的一端、PMOS管M30的栅极、NMOS管M31的栅极相连，电容C4的另一端接地，NMOS管M29的源极接地，PMOS管M30的衬底通过电阻R3接地，PMOS管M30的漏极分别与NMOS管M31的漏极、PMOS管M32的栅极、NMOS管M33的栅极相连，NMOS管M31的源极接地，PMOS管M32的衬底通过电阻R4接地，PMOS管M32的漏极分别与NMOS管M33的漏极、PMOS管M34的栅极、NMOS管M35的栅极相连，NMOS管M33的源极接地，PMOS管M34的衬底通过电阻R5接地，PMOS管M34的漏极分别与NMOS管M35的漏极、PMOS管M36的栅极、控制信号CLK1端、NMOS管M37的栅极相连，NMOS管M35的源极接地，PMOS管M36的衬底通过电阻R6接地，PMOS管M36的漏极分别与NMOS管M37的漏极、PMOS管M38的栅极、NMOS管M39的栅极相连，NMOS管M37的源极接地，PMOS管M38的衬底通过电阻R7接地，PMOS管M38的漏极分别与NMOS管M39的漏极、控制信号CLK2端相连，NMOS管M39的源极接地。

优选地，所述电荷泵模块包括：NMOS管M41、PMOS管M42、NMOS管M43，所述PMOS管M42的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M42的源极分别与NMOS管M41的漏极和栅极、NMOS管M44的漏极和栅极、NMOS管M47的漏极和栅极、PMOS管M53的漏极相连，PMOS管M53的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M53的源极与VIN电源端相连，PMOS管M42的漏极分别与电容C5的一端、NMOS管M43的漏极相连，NMOS管M43的源极接地，NMOS管M43的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C5的另一端分别与NMOS管M41的源极、PMOS管M45的源极相连，PMOS管M45的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M45的漏极分别与电容C6的一端、NMOS管M46的漏极相连，NMOS管M46的源极接地，NMOS管M46的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C6的另一端分别与NMOS管M44的源极、PMOS管M48的源极相连，PMOS管M48的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M48的漏极分别与电容C7的一端、NMOS管M49的漏极相连，NMOS管M49的源极接地，NMOS管M49的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C7的另一端分别与NMOS管M47的源极、PMOS管M50的源极相连，PMOS管M50的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M50的漏极分别与NMOS管M51的漏极、NMOS管M52的漏极、控制信号HCLK端相连，NMOS管M51的源极接地，NMOS管M51的栅极与控制信号CLK1端相连，NMOS管M52的源极接地，NMOS管M52的栅极与控制信号CTR端相连。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明升压型DC-DC超低压冷启动电路，包括冷启动电路、片外电感L1、冷启动功率管Q1、BOOST功率管Q2、共用整流管Q3、PFM驱动电路、片外电容C1和输出电压检测电路，能够超低压启动，并且在高压情况下保护电路不受损害，从而满足宽的能量采集源电压范围，使其广泛应用。

2、本发明的冷启动电路包括过压检测及启动模块、超低压振荡器模块和电荷泵模块，采用单边施密特结构及前级分压结构构成过压检测及启动模块，当电压高于设定电压时，关闭超低压振荡器模块；并通过一个反馈管构成迟滞结构，使得电压低于设定电压时，开启超低压振荡器模块。本发明用0.5V阈值电压的MOS管可实现能量采集源低至0.33V的超低电压冷启动。超低压振荡器模块通过采用PMOS衬底串接大电阻到地的特殊衬偏结构，可在低采集源电压时将PMOS的实际阈值降低到0.3V左右，使其具有良好的翻转速度，并使驱动链具有足够的驱动能力，以满足冷启动功率管快速开启以及快速关闭的要求。而且本发明所采用的这种结构能满足低压时的低阈值要求，还能随着采集源电压的升高，抬升PMOS衬底电压，减弱衬偏效应，减少较高电压时PMOS衬底漏电流，具有极强的实用性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中冷启动电路的结构示意图；

图3为本发明中过压检测及启动模块的电路结构图；

图4为本发明中超低压振荡器模块的电路结构图；

图5为本发明中电荷泵模块的电路结构图；

图6为本发明中过压检测及启动模块正常上电的仿真图；

图7为本发明中过压检测及启动模块过压保护的仿真图；

图8本发明中电荷泵模块的工作仿真图；

其中：1为冷启动电路，11为过压检测及启动模块，12为超低压振荡器模块，13为电荷泵模块，2为PFM驱动电路，3为输出电压检测电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，升压型DC-DC超低压冷启动电路，包括：冷启动电路1、片外电感L1、冷启动功率管Q1、BOOST功率管Q2、共用整流管Q3、PFM驱动电路2、片外电容C1和输出电压检测电路3，所述片外电感L1的一端与能量采集源VIN端相连，片外电感L1的另一端与冷启动功率管Q1的漏极、BOOST功率管Q2的漏极、共用整流管Q3的漏极相连，共用整流管Q3的源极与片外电容C1相连并作为输出VOUT，输出电压检测电路3以VOUT为电源并检测VOUT电压，输出电压检测电路3输出端与控制信号CTR端相连，冷启动电路1以VIN为电源、冷启动电路1的输入端与控制信号CTR端相连，冷启动电路1的输出端通过控制信号HCLK端与冷启动功率管Q1的栅极相连，PFM驱动电路2以VOUT为电源，PFM驱动电路2的输入端与控制信号CTR端相连，PFM驱动电路2的输出端SN与BOOST功率管Q2的栅极相连，PFM驱动电路2的输出端SP与共用整流管Q3的栅极相连。

具体地，本发明在上电时，通过启用冷启动电路1、片外电感L1、冷启动功率管Q1、共用整流管Q3和片外电容C1，提升了输出VOUT电压，并通过输出电压检测电路3检测VOUT电压，当电压值达到所设定的BOOST正常工作电压时关闭冷启动电路、冷启动功率管，并启用PFM驱动电路2、BOOST功率管Q2，完成冷启动过程。

如图2所示，所述冷启动电路1包括过压检测及启动模块11、超低压振荡器模块12和电荷泵模块13，所述过压检测及启动模块11通过超低压振荡器模块12与电荷泵模块13电连接。

具体地，过压检测及启动模块11的输入为CTR，输出通过EN连接到超低压振荡器模块12；超低压振荡器模块12输入为CTR、EN，输出为CLK1、CLK2连接到电荷泵模块13；电荷泵模块13输入为CLK1、CLK2、CTR，输出为HCLK连接到外部共用整流管。

工作时，能量采集源VIN上电，VOUT初始电平为0，输出电压检测电路3输出默认信号，使得冷启动电路1开始工作；同时关闭PFM驱动电路2使其输出SN电平为0，SP电平跟随VOUT，当VOUT上升到设定的电压时，输出电压检测电路3输出控制信号，关闭超低压冷启动电路1，使HCLK电平为0，同时开启PFN驱动电路6，结束冷启动工作过程；通过过压检测及启动模块11监测VIN电压，当VIN高于设定值时，会关闭超低压振荡器模块12，防止过压时电荷泵输出高电压损坏冷启动功率管，从而实现过压保护。

而限制冷启动电路1低压启动的重要因素就是MOS管阈值电压，由于本发明应用于0.4V～5V能量采集源的能量采集，所以需要使用耐压值不低于5V的MOS管，在不使用特殊工艺的情况下，其阈值大多在0.5V～0.7V之间，而本发明所应用的环境可低至0.33V，即便使用0.5V阈值电压的MOS管，由于超低压电源使得MOS管处于亚阈值工作区，这会导致振荡器翻转速度较慢，驱动链驱动能力不够，本发明通过在超低压振荡器模块12中采用特殊的衬偏结构降低MOS管在低压情况下的阈值电压，使其实现低至0.33V的超低压启动。

如图3所示，所述过压检测及启动模块11包括：电阻R1、电容C2和电容C3，所述电阻R1的一端分别与PMOS管M1的源极、电容C3的一端、PMOS管M5的源极和栅极、PMOS管M8的源极、PMOS管M25的漏极、PMOS管M9的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M11的衬底、PMOS管M12的衬底、NMOS管M15的漏极、PMOS管M16的源极、PMOS管M16的衬底、PMOS管M17的衬底、NMOS管M20的漏极相连，PMOS管M25的源极与VIN电源端相连，PMOS管M25的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M21的源极相连，PMOS管M21的漏极分别与PMOS管M21的栅极、PMOS管M1的栅极、PMOS管M2的源极相连，PMOS管M2的漏极分别与NMOS管M3的漏极、电容C2的一端、NMOS管M6的栅极、NMOS管M24的栅极相连，PMOS管M2的栅极与NMOS管M3的栅极相连，NMOS管M3的源极接地，电容C2的另一端接地，NMOS管M6的源极与NMOS管M24的漏极相连，NMOS管M6的衬底与NMOS管M24的源极相连后接地，NMOS管M4的栅极与控制信号CTR相连，NMOS管M4的源极接地，NMOS管M6的漏极分别与NMOS管M4的漏极、电阻R1的另一端、NMOS管M7的栅极、NMOS管M26的栅极相连，NMOS管M7的源极与NMOS管M26的漏极相连，NMOS管M7的衬底与NMOS管M26的源极相连后接地，NMOS管M7的漏极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M12的栅极、NMOS管M13的栅极、NMOS管M14的栅极、电容C3的另一端、PMOS管M23的源极、PMOS管M8的源极、PMOS管M10的漏极相连，PMOS管M11的漏极与PMOS管M12的源极相连，NMOS管M13的源极分别与NMOS管M14的漏极、NMOS管M15的源极相连，NMOS管M13的衬底与NMOS管M14的衬底、NMOS管M14的源极、NMOS管M15的衬底相连后接地，PMOS管M23的栅极分别与PMOS管M22的栅极、PMOS管M5的栅极相连，PMOS管M23的源极与PMOS管M22的漏极相连，PMOS管M22的源极与PMOS管M5的漏极相连，PMOS管M10的源极分别与PMOS管M9的漏极和栅极相连，PMOS管M10的栅极分别与PMOS管M12的漏极、NMOS管M13的漏极、NMOS管M15的栅极、PMOS管M16的栅极、PMOS管M17的栅极、NMOS管M18的栅极、NMOS管M19的栅极相连，PMOS管M16的漏极与PMOS管M17的源极相连，PMOS管M17的漏极分别与NMOS管M18的漏极、NMOS管M20的栅极、控制信号EN端相连，NMOS管M18的衬底与NMOS管M19的衬底、NMOS管M19的源极相连后接地，NMOS管M18的源极分别与NMOS管M19的漏极、NMOS管M20的源极相连。

具体地，PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、电容C2构成EN的反馈控制级，电阻R1、NMOS管M4、NMOS管M6构成第一级分压级，PMOS管M5、NMOS管M7、PMOS管M8、电容C3构成第二分压级，PMOS管M9、PMOS管M10构成反馈迟滞结构，PMOS管M11、PMOS管M12、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15构成第一级单边施密特结构，PMOS管M16、PMOS管M17、NMOS管M18、NMOS管M19、NMOS管M20构成第二级单边施密特结构，第二级单边施密特结构的输出EN作为后续振荡器的启动信号以及控制信号。

进一步地，在反馈控制级的作用是在上电信号产生后使信号恢复到默认态，其中PMOS管M1由多个PMOS串接，不限个数，其作用是限制PMOS管M2电流，增加延时，保证启动信号有足够的脉冲宽度；第一分压级通过电阻R1、串联NMOS管M6分压，使K点处于中间电压；第二分压级与第一级单边施密特结构构成电压检测结构用于对K点电压检测，判断VIN是否过压，第二级单边施密特结构用于输出整形。

其工作如下：1、正常上电过程：起始时刻各节点电位为0，随着VIN电压升高，由于电容C3的存在，P点电压会跟随VIN变化，变成高电平，第一级单边施密特结构输出R点维持低电平，第二级单边施密特结构输出EN为高电平，此时会开启反馈控制级，通过降低NMOS管M6的栅压，增加NMOS管M6等效阻值，使K点电压升高，此时NMOS管M7等效阻值会减小，P点电压会下降，R点会变为高电平并使得NMOS管M15导通，第一级单边施密特结构起作用，使其具有一个正向阈值电压，此时EN回复到默认态0电位，并通过反馈控制级控制NMOS管M6降低K点电压，使得P点电位上升，此时第一级单边施密特结构有一个正向阈值电压，只要合理设计NMOS管M6管尺寸、NMOS管M7管尺寸、电阻R1阻值、PMOS管M8管尺寸，可使得P点电位低于正向阈值电压，从而保持EN为0电位不改变，完成启动过程，其启动过程仿真图如图6所示。

2、过压保护过程：此时EN为低电平，随着VIN升高，NMOS管M6的栅压升高，NMOS管M6等效阻值降低，K点电位降低，NMOS管M7等效阻值增加，P电位升高至高于正向阈值电压电平，使得R点电平降为低电平，此时关闭NMOS管M15，关闭单边施密特结构的正向阈值电压，同时开启PMOS管M10构成反馈迟滞结构，使得P电位更高，EN变为高电平，产生过压信号，此时K点电位为高电平会降低NMOS管M7等效阻值，但是由于PMOS管M9、PMOS管M10构成的反馈迟滞级，使得P点电位会维持在一个较高的电平，只有当VIN低于过压设定一个迟滞电压时，EN才会回复到默认态，其过压仿真如图7所示。

如图4所示，所述超低压振荡器模块12包括：NMOS管M27，所述NMOS管M27的栅极与控制信号EN端相连，NMOS管M27的源极接地，NMOS管M27的漏极分别与PMOS管M28的栅极、NMOS管M29的栅极、PMOS管M34的栅极、NMOS管M35的栅极、PMOS管M32的漏极、NMOS管M33的漏极相连，PMOS管M28的源极分别与PMOS管M30的源极、PMOS管M32的源极、PMOS管M34的源极、PMOS管M36的源极、PMOS管M38的源极、PMOS管M40的漏极相连，PMOS管M40的源极与VIN电源端相连，PMOS管M40的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M28的衬底通过电阻R2接地，PMOS管M28的漏极分别与NMOS管M29的漏极、电容C4的一端、PMOS管M30的栅极、NMOS管M31的栅极相连，电容C4的另一端接地，NMOS管M29的源极接地，PMOS管M30的衬底通过电阻R3接地，PMOS管M30的漏极分别与NMOS管M31的漏极、PMOS管M32的栅极、NMOS管M33的栅极相连，NMOS管M31的源极接地，PMOS管M32的衬底通过电阻R4接地，PMOS管M32的漏极分别与NMOS管M33的漏极、PMOS管M34的栅极、NMOS管M35的栅极相连，NMOS管M33的源极接地，PMOS管M34的衬底通过电阻R5接地，PMOS管M34的漏极分别与NMOS管M35的漏极、PMOS管M36的栅极、控制信号CLK1端、NMOS管M37的栅极相连，NMOS管M35的源极接地，PMOS管M36的衬底通过电阻R6接地，PMOS管M36的漏极分别与NMOS管M37的漏极、PMOS管M38的栅极、NMOS管M39的栅极相连，NMOS管M37的源极接地，PMOS管M38的衬底通过电阻R7接地，PMOS管M38的漏极分别与NMOS管M39的漏极、控制信号CLK2端相连，NMOS管M39的源极接地。

具体地，由PMOS管M28、NMOS管M29、电阻R2，PMOS管M30、NMOS管M31、电阻R3，PMOS管M32、NMOS管M33、电阻R4三个反相器构成振荡器，若直接用传统结构的反相器构成振荡器，在超低电压时MOS管处于亚阈值工作区，电流受限，其翻转速度十分受限，会导致冷启动功率管不能快速关闭，电感所存储的能量将会在冷启动功率管关闭的过程中从冷启动功率管流失掉，而本发明采用的反相级结构与传统结构相比，PMOS管M27的衬底不是连接到电源或者源级，而是串接一个大电阻R2连接到地，在VIN为低电压时，衬底漏电流非常小，电阻两端电压近似为0，PMOS管衬底近似到地，此时PMOS管的存在衬偏效应，大大降低了阈值电压，以实现反相级的正常翻转，从而实现超低压振荡并进行冷启动，本发明使用0.5V阈值电压的MOS管，采用上述结构，可在0.33V的采集源电压下正常工作；此外，在VIN电压较高时，衬底有较大漏电流，此时通过大电阻R2抬升PMOS管漏电流，减弱衬偏效应，减少漏电流，防止因为衬底漏电流过大，使反相级失效。PMOS管M34、NMOS管M35、电阻R5构成的驱动级用于增加振荡信号的驱动能力，该驱动级与PMOS管M28、NMOS管M29、电阻R2构成的反相级相比，驱动级宽长比较大，而PMOS管M36、NMOS管M37、电阻R6、PMOS管M38、NMOS管M39、电阻R7构成的驱动级除了增加驱动能力外，还起到延时作用，是CLK1与CLK2之间存在死区，防止电荷泵在充电完成后在跳变过程CLK1控制的NMOS管与CLK2控制的PMOS管同时导通而导致电荷泵电荷损失，实际应用中不局限于图4中驱动级具体个数。

如图5所示，所述电荷泵模块13包括：充电单元NMOS管M41、PMOS管M42、NMOS管M43、电容C5，所述PMOS管M42的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M42的源极分别与NMOS管M41的漏极和栅极、NMOS管M44的漏极和栅极、NMOS管M47的漏极和栅极、PMOS管M53的漏极相连，PMOS管M53的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M53的源极与VIN电源端相连，PMOS管M42的漏极分别与电容C5的一端、NMOS管M43的漏极相连，NMOS管M43的源极接地，NMOS管M43的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C5的另一端分别与NMOS管M41的源极、PMOS管M45的源极相连，PMOS管M45的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M45的漏极分别与电容C6的一端、NMOS管M46的漏极相连，NMOS管M46的源极接地，NMOS管M46的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C6的另一端分别与NMOS管M44的源极、PMOS管M48的源极相连，PMOS管M48的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M48的漏极分别与电容C7的一端、NMOS管M49的漏极相连，NMOS管M49的源极接地，NMOS管M49的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C7的另一端分别与NMOS管M47的源极、PMOS管M50的源极相连，PMOS管M50的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M50的漏极分别与NMOS管M51的漏极、NMOS管M52的漏极、控制信号HCLK端相连，NMOS管M51的源极接地，NMOS管M51的栅极与控制信号CLK1端相连，NMOS管M52的源极接地，NMOS管M52的栅极与控制信号CTR端相连。

具体地，电荷泵模块13由NMOS管M41、PMOS管M42、NMOS管M43、电容C5组成第一充电单元，NMOS管M44、PMOS管M45、NMOS管M46、电容C6组成第二充电单元，NMOS管M47、PMOS管M48、NMOS管M49、电容C7组成第三充电单元依次连接而成。充电单元中，由二极管连接方式的NMOS管M41、电容C5、NMOS管M43构成充电通路，PMOS管M42、电容C5构成升压通路，其中CLK1相位稍提前与于CLK2相位，防止在电容C5充电后，在CLK翻转时PMOS管M42、NMOS管M43同时导通，导致电容电荷损失，使得升压值不够，最终通过电源与三级电容值叠加实现电压倍增，以本发明应用的最低采集源电压0.33V为例，其输出电压可达到1.1V，冷启动功率管完全导通，具有较低等效阻值，降低开关损耗，并且可快速关闭冷启动功率管，减少电感在关闭过程中的能量损耗，其仿真图如图8所示。

本发明采用单边施密特结构及前级分压结构构成过压检测及启动模块11，当电压高于设定电压时，关闭超低压振荡器模块12；并通过一个反馈管构成迟滞结构，使得电压低于设定电压时，开启超低压振荡器模块12。本发明用0.5V阈值电压的MOS管可实现能量采集源低至0.33V的超低电压冷启动。超低压振荡器模块12通过采用PMOS衬底串接大电阻到地的特殊衬偏结构，可在低采集源电压时将PMOS的实际阈值降低到0.3V左右，使其具有良好的翻转速度，并使驱动链具有足够的驱动能力，以满足冷启动功率管快速开启以及快速关闭的要求。而且本发明所采用的这种结构能满足低压时的低阈值要求，还能随着采集源电压的升高，抬升PMOS衬底电压，减弱衬偏效应，减少较高电压时PMOS衬底漏电流。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.升压型DC-DC超低压冷启动电路，其特征在于：包括：冷启动电路(1)、片外电感L1、冷启动功率管Q1、BOOST功率管Q2、共用整流管Q3、PFM驱动电路(2)、片外电容C1和输出电压检测电路(3)，所述片外电感L1的一端与能量采集源VIN端相连，片外电感L1的另一端与冷启动功率管Q1的漏极、BOOST功率管Q2的漏极、共用整流管Q3的漏极相连，共用整流管Q3的源极与片外电容C1相连并作为输出VOUT，输出电压检测电路(3)以VOUT为电源并检测VOUT电压，输出电压检测电路(3)输出端与控制信号CTR端相连，冷启动电路(1)以VIN为电源、冷启动电路(1)的输入端与控制信号CTR端相连，冷启动电路(1)的输出端通过控制信号HCLK端与冷启动功率管Q1的栅极相连，PFM驱动电路(2)以VOUT为电源，PFM驱动电路(2)的输入端与控制信号CTR端相连，PFM驱动电路(2)的输出端SN与BOOST功率管Q2的栅极相连，PFM驱动电路(2)的输出端SP与共用整流管Q3的栅极相连。

2.根据权利要求1所述的升压型DC-DC超低压冷启动电路，其特征在于：所述冷启动电路(1)包括过压检测及启动模块(11)、超低压振荡器模块(12)和电荷泵模块(13)，所述过压检测及启动模块(11)通过超低压振荡器模块(12)与电荷泵模块(13)电连接。

3.根据权利要求2所述的升压型DC-DC超低压冷启动电路，其特征在于：所述过压检测及启动模块(11)包括：电阻R1、电容C2和电容C3，所述电阻R1的一端分别与PMOS管M1的源极、电容C3的一端、PMOS管M5的源极和栅极、PMOS管M8的源极、PMOS管M25的漏极、PMOS管M9的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M11的衬底、PMOS管M12的衬底、NMOS管M15的漏极、PMOS管M16的源极、PMOS管M16的衬底、PMOS管M17的衬底、NMOS管M20的漏极相连，PMOS管M25的源极与VIN电源端相连，PMOS管M25的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M21的源极相连，PMOS管M21的漏极分别与PMOS管M21的栅极、PMOS管M1的栅极、PMOS管M2的源极相连，PMOS管M2的漏极分别与NMOS管M3的漏极、电容C2的一端、NMOS管M6的栅极、NMOS管M24的栅极相连，PMOS管M2的栅极与NMOS管M3的栅极相连，NMOS管M3的源极接地，电容C2的另一端接地，NMOS管M6的源极与NMOS管M24的漏极相连，NMOS管M6的衬底与NMOS管M24的源极相连后接地，NMOS管M4的栅极与控制信号CTR相连，NMOS管M4的源极接地，NMOS管M6的漏极分别与NMOS管M4的漏极、电阻R1的另一端、NMOS管M7的栅极、NMOS管M26的栅极相连，NMOS管M7的源极与NMOS管M26的漏极相连，NMOS管M7的衬底与NMOS管M26的源极相连后接地，NMOS管M7的漏极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M12的栅极、NMOS管M13的栅极、NMOS管M14的栅极、电容C3的另一端、PMOS管M23的源极、PMOS管M8的源极、PMOS管M10的漏极相连，PMOS管M11的漏极与PMOS管M12的源极相连，NMOS管M13的源极分别与NMOS管M14的漏极、NMOS管M15的源极相连，NMOS管M13的衬底与NMOS管M14的衬底、NMOS管M14的源极、NMOS管M15的衬底相连后接地，PMOS管M23的栅极分别与PMOS管M22的栅极、PMOS管M5的栅极相连，PMOS管M23的源极与PMOS管M22的漏极相连，PMOS管M22的源极与PMOS管M5的漏极相连，PMOS管M10的源极分别与PMOS管M9的漏极和栅极相连，PMOS管M10的栅极分别与PMOS管M12的漏极、NMOS管M13的漏极、NMOS管M15的栅极、PMOS管M16的栅极、PMOS管M17的栅极、NMOS管M18的栅极、NMOS管M19的栅极相连，PMOS管M16的漏极与PMOS管M17的源极相连，PMOS管M17的漏极分别与NMOS管M18的漏极、NMOS管M20的栅极、控制信号EN端相连，NMOS管M18的衬底与NMOS管M19的衬底、NMOS管M19的源极相连后接地，NMOS管M18的源极分别与NMOS管M19的漏极、NMOS管M20的源极相连。

4.根据权利要求2所述的升压型DC-DC超低压冷启动电路，其特征在于：所述超低压振荡器模块(12)包括：NMOS管M27，所述NMOS管M27的栅极与控制信号EN端相连，NMOS管M27的源极接地，NMOS管M27的漏极分别与PMOS管M28的栅极、NMOS管M29的栅极、PMOS管M34的栅极、NMOS管M35的栅极、PMOS管M32的漏极、NMOS管M33的漏极相连，PMOS管M28的源极分别与PMOS管M30的源极、PMOS管M32的源极、PMOS管M34的源极、PMOS管M36的源极、PMOS管M38的源极、PMOS管M40的漏极相连，PMOS管M40的源极与VIN电源端相连，PMOS管M40的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M28的衬底通过电阻R2接地，PMOS管M28的漏极分别与NMOS管M29的漏极、电容C4的一端、PMOS管M30的栅极、NMOS管M31的栅极相连，电容C4的另一端接地，NMOS管M29的源极接地，PMOS管M30的衬底通过电阻R3接地，PMOS管M30的漏极分别与NMOS管M31的漏极、PMOS管M32的栅极、NMOS管M33的栅极相连，NMOS管M31的源极接地，PMOS管M32的衬底通过电阻R4接地，PMOS管M32的漏极分别与NMOS管M33的漏极、PMOS管M34的栅极、NMOS管M35的栅极相连，NMOS管M33的源极接地，PMOS管M34的衬底通过电阻R5接地，PMOS管M34的漏极分别与NMOS管M35的漏极、PMOS管M36的栅极、控制信号CLK1端、NMOS管M37的栅极相连，NMOS管M35的源极接地，PMOS管M36的衬底通过电阻R6接地，PMOS管M36的漏极分别与NMOS管M37的漏极、PMOS管M38的栅极、NMOS管M39的栅极相连，NMOS管M37的源极接地，PMOS管M38的衬底通过电阻R7接地，PMOS管M38的漏极分别与NMOS管M39的漏极、控制信号CLK2端相连，NMOS管M39的源极接地。

5.根据权利要求2所述的升压型DC-DC超低压冷启动电路，其特征在于：所述电荷泵模块(13)包括：NMOS管M41、PMOS管M42、NMOS管M43，所述PMOS管M42的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M42的源极分别与NMOS管M41的漏极和栅极、NMOS管M44的漏极和栅极、NMOS管M47的漏极和栅极、PMOS管M53的漏极相连，PMOS管M53的栅极与控制信号CTR端相连，PMOS管M53的源极与VIN电源端相连，PMOS管M42的漏极分别与电容C5的一端、NMOS管M43的漏极相连，NMOS管M43的源极接地，NMOS管M43的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C5的另一端分别与NMOS管M41的源极、PMOS管M45的源极相连，PMOS管M45的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M45的漏极分别与电容C6的一端、NMOS管M46的漏极相连，NMOS管M46的源极接地，NMOS管M46的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C6的另一端分别与NMOS管M44的源极、PMOS管M48的源极相连，PMOS管M48的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M48的漏极分别与电容C7的一端、NMOS管M49的漏极相连，NMOS管M49的源极接地，NMOS管M49的栅极与控制信号CLK1端相连，电容C7的另一端分别与NMOS管M47的源极、PMOS管M50的源极相连，PMOS管M50的栅极与控制信号CLK2端相连，PMOS管M50的漏极分别与NMOS管M51的漏极、NMOS管M52的漏极、控制信号HCLK端相连，NMOS管M51的源极接地，NMOS管M51的栅极与控制信号CLK1端相连，NMOS管M52的源极接地，NMOS管M52的栅极与控制信号CTR端相连。