CN108649793B - 一种dc/dc转换器和具有该dc/dc转换器的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种DC/DC转换器和具有该DC/DC转换器的电子设备，包括PWM控制电路、第一开关管、第二开关管、ESD防护电路和阻抗元件；第一开关管和第二开关管的漏极与输出端相连，第一开关管和第二开关管的栅极与PWM控制电路相连，第一开关管的源极与电压输入端相连，第二开关管的源极与接地端相连；ESD防护电路连接在输出端和接地端之间；阻抗元件连接在第二开关管的栅极和接地端之间。由于阻抗元件可以在输出端施加正向ESD脉冲或泄放ESD能量时防止第二开关管导通，因此，使得ESD防护电路可以对输出端进行ESD防护，从而可以提高输出端和DC/DC转换器的ESD等级。

Description

一种DC/DC转换器和具有该DC/DC转换器的电子设备
技术领域
本发明涉及整流转换器技术领域，更具体地说，涉及一种DC/DC转换器和具有该DC/DC转换器的电子设备。
背景技术
DC/DC转换器即直流/直流转换器，是一种将输入电压转换为有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器一般分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器和升降压型DC/DC转换器。
现有的一种降压型同步整流DC/DC转换器如图1所示，包括PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)控制电路、第一开关管M1、第二开关管M2、电感L、电容C以及负载RL。当PWM控制电路控制第一开关管M1导通时，输入电压Vg通过电感L向负载RL供电，在这个过程中电容C及电感L中储存电量。当PWM控制电路控制第一开关管M1断开时，由电感L继续向负载RL供电，当输出电压要下降时，电容C也向负载RL供电，以维持输出电压不变。其中，第二开关管M2为整流器件，用于与电感L、电容C以及负载RL构成电流回路。
但是，现有的DC/DC转换器的ESD(Electro Static Discharge，ESD)防护能力即ESD等级通常不是很高。对DC/DC转换器的每个端口进行ESD测试发现，在输出端SW对地施加正向ESD脉冲即正向高电压信号时，输出端SW很容易损坏，这就导致输出端SW的ESD等级较低，而DC/DC转换器的ESD等级取所有端口ESD等级的最小值，因此，在输出端SW的ESD等级的限制下，DC/DC转换器的ESD等级也较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种DC/DC转换器和具有该DC/DC转换器的电子设备，以提高输出端和DC/DC转换器的ESD等级。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种DC/DC转换器，包括PWM控制电路、第一开关管、第二开关管、ESD防护电路和阻抗元件；
所述第一开关管和所述第二开关管的漏极与输出端相连，所述第一开关管和所述第二开关管的栅极与所述PWM控制电路相连，所述第一开关管的源极与电压输入端相连，所述第二开关管的源极与接地端相连；
所述ESD防护电路连接在所述输出端和所述接地端之间；
所述阻抗元件连接在所述第二开关管的栅极和所述接地端之间。
优选地，所述阻抗元件为电阻。
优选地，所述电阻的阻值在8kΩ～12kΩ范围内。
优选地，所述电阻的阻值为10kΩ。
优选地，所述ESD防护电路包括栅极接地的NMOS晶体管；
所述NMOS晶体管的栅极和源极都与所述接地端相连，所述NMOS晶体管的漏极与所述输出端相连。
一种电子设备，包括如上任一项所述的DC/DC转换器。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的DC/DC转换器和具有该DC/DC转换器的电子设备，在输出端和接地端之间连接了ESD防护电路，在第二开关管的栅极和接地端之间连接了阻抗元件，由于阻抗元件可以在输出端施加正向ESD脉冲或泄放ESD能量时防止第二开关管导通，因此，使得ESD防护电路可以对输出端进行ESD防护，从而可以提高输出端和DC/DC转换器的ESD等级。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有的一种同步整流DC/DC转换器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种DC/DC转换器的结构示意图；
图3为图2所示的DC/DC转换器的具体结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，由于输出端的ESD等级较低，因此，DC/DC转换器的ESD等级也较低。发明人研究发现，输出端ESD等级较低的原因是与输出端相连的第二开关管M2的尺寸较大，很难做到在施加ESD脉冲或泄放ESD能量时均匀开启，导致第二开关管M2很容易被烧毁。
为了提高输出端的ESD等级，通常会在输出端和接地端之间连接一个ESD保护电路，例如，连接一个包括GGNMOS(Gate Grounded NMOS，栅极接地的NMOS晶体管)的ESD保护电路，但是，这个ESD保护电路根本不起作用，第二开关管M2还是会被烧毁。
发明人研究发现，ESD保护电路不起作用的原因是在输出端对地施加正向ESD脉冲即正向高电压信号时，第二开关管M2的栅极是浮空的，施加的正向高电压信号会通过第二开关管M2的栅极和漏极之间的寄生电容将第二开关管M2的栅极电位抬高，使得第二开关管M2处于开启状态，这样当第二开关管M2施加ESD脉冲或泄放ESD能量时，第二开关管M2的电压很容易达到开态击穿电压。而ESD保护电路是依靠GGNMOS晶体管的关态击穿电压起作用的保护电路，由于晶体管的开态击穿电压低于晶体管的关态击穿电压，因此，在输出端和接地端之间的电压达到关态击穿电压之间即在ESD保护电路起作用之前，第二开关管M2就已经被烧毁。
基于此，本发明提供了一种DC/DC转换器，以克服现有技术存在的上述问题，包括PWM控制电路、第一开关管、第二开关管、ESD防护电路和阻抗元件；
所述第一开关管和所述第二开关管的漏极与输出端相连，所述第一开关管和所述第二开关管的栅极与所述PWM控制电路相连，所述第一开关管的源极与电压输入端相连，所述第二开关管的源极与接地端相连；
所述ESD防护电路连接在所述输出端和所述接地端之间；
所述阻抗元件连接在所述第二开关管的栅极和所述接地端之间。
本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括如上所述的DC/DC转换器。
本发明提供的DC/DC转换器和具有该DC/DC转换器的电子设备，在输出端和接地端之间连接了ESD防护电路，在第二开关管的栅极和接地端之间连接了阻抗元件，由于阻抗元件可以在输出端施加正向ESD脉冲或泄放ESD能量时防止第二开关管导通，因此，使得ESD防护电路可以对输出端进行ESD防护，从而可以提高输出端和DC/DC转换器的ESD等级。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
本发明实施例提供了一种DC/DC转换器，如图2所示，该DC/DC转换器包括PWM控制电路10、第一开关管K1、第二开关管K2、ESD防护电路11和阻抗元件12。当然，本实施例中的DC/DC转换器还包括电感、电容以及负载等，在此不再赘述。
可选地，本实施例中的第一开关管K1为PMOS晶体管，第二开关管K2为NMOS晶体管。但是，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，第一开关管K1也可以为NMOS晶体管。
其中，第一开关管K1和第二开关管K2的漏极与输出端SW相连，第一开关管K1和第二开关管K2的栅极与PWM控制电路10相连，第一开关管K1的源极与电压输入端VIN相连，第二开关管K2的源极与接地端GND相连；ESD防护电路11连接在输出端SW和接地端GND之间；阻抗元件12连接在第二开关管K2的栅极和接地端GND之间。
本实施例中，如图2所示，ESD防护电路11包括栅极接地的NMOS晶体管(GateGrounded NMOS，GGNMOS)；该NMOS晶体管的栅极和源极都与接地端GND相连，NMOS晶体管的漏极与输出端SW相连。
可选地，如图3所示，本实施例中的阻抗元件12为电阻，该电阻的阻值在8kΩ～12kΩ范围内。进一步可选地，电阻的阻值为10kΩ。
基于此，在第二开关管K2的栅极和接地端GND之间连接阻抗元件12，就可以在输出端SW施加正向ESD脉冲或泄放ESD能量时，在阻抗元件12的分压下，使得第二开关管K2栅极和漏极之间的寄生电容的电压不足以导通第二开关管K2，也就是说，阻抗元件12可以防止第二开关管K2在输出端SW施加正向ESD脉冲或泄放ESD能量时导通。
由于第二开关管K2不会导通，因此，当输出端SW和接地端GND之间的电压达到晶体管的开态击穿电压时，第二开关管K2不会击穿即不会烧毁。在输出端SW和接地端GND之间的电压达到晶体管的关态击穿电压之前，ESD防护电路就可以起到防护作用，对输出端SW和接地端GND之间的ESD能量进行泄放，即可以通过ESD防护电路对输出端SW进行ESD防护，从而可以提高输出端SW和DC/DC转换器的ESD防护能力即提高了二者的ESD等级。
需要说明的是，本发明中的开态击穿电压是指晶体管在开启即导通状态下的击穿电压，关态击穿电压是指晶体管在关闭状态下的击穿电压。
此外，本实施例中的DC/DC转换器还包括其他电路结构，例如，PWM控制电路10与第一开关管K1以及第二开关管K2的栅极之间还具有功率管驱动电路，以对第一开关管K1以及第二开关管K2进行非交叠驱动，但是，本发明并不对此进行详细说明。
需要说明的是，DC/DC转换器为同步整流转换器，并且，本实施例中的DC/DC转换器封装在芯片内部，其输出端即芯片的SW管脚，电源输入端即芯片的VIN管脚，当然，该芯片还具有其他管脚，在此不再一一赘述。
本实施例提供的DC/DC转换器，在输出端和接地端之间连接了ESD防护电路，在第二开关管的栅极和接地端之间连接了阻抗元件，由于阻抗元件可以在输出端施加正向ESD脉冲或泄放ESD能量时防止第二开关管导通，因此，使得ESD防护电路可以对输出端进行ESD防护，从而可以提高输出端和DC/DC转换器的ESD等级。
本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述实施例提供的DC/DC转换器，该电子设备的ESD等级较高。其中，该电子设备可以是开关电源以及显示设备等，在此不再一一赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种DC/DC转换器，其特征在于，包括PWM控制电路、第一开关管、第二开关管、ESD防护电路和阻抗元件；
所述第一开关管和所述第二开关管的漏极与输出端相连，所述第一开关管和所述第二开关管的栅极与所述PWM控制电路相连，所述第一开关管的源极与电压输入端相连，所述第二开关管的源极与接地端相连；
所述ESD防护电路连接在所述输出端和所述接地端之间；
所述阻抗元件连接在所述第二开关管的栅极和所述接地端之间，用于在所述输出端施加正向ESD脉冲或泄放ESD能量时，进行分压，使得第二开关管栅极和漏极之间的寄生电容的电压不足以导通第二开关管，以防止第二开关管导通，并在输出端和接地端之间的电压达到所述第二开关管的关态击穿电压之前，使所述ESD防护电路起防护作用，而防止所述第二开关管被击穿烧毁，其中，所述关态击穿电压是指第二开关管在关闭状态下的击穿电压。
2.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述阻抗元件为电阻。
3.根据权利要求2所述的转换器，其特征在于，所述电阻的阻值在8kΩ～12kΩ范围内。
4.根据权利要求3所述的转换器，其特征在于，所述电阻的阻值为10kΩ。
5.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述ESD防护电路包括栅极接地的NMOS晶体管；
所述NMOS晶体管的栅极和源极都与所述接地端相连，所述NMOS晶体管的漏极与所述输出端相连。
6.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的DC/DC转换器。
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