CN112087133A - 一种用于dc/dc转换电路的高电压使能控制电路 - Google Patents

一种用于dc/dc转换电路的高电压使能控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，涉及双向DC/DC控制的技术领域，包括：NLDMOS组，PLDMOS组，NMOS组，误差放大器EA，比较器COMP，反相器INV以及禁带参考源和偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator；NLDMOS组包括第一NLDMOS M1，第二NLDMOS M5，第三NLDMOS M10；PLDMOS组包括第一PLDMOS M6，第二PLDMOS M7，第三PLDMOS M8，第四PLDMOS M9；NMOS组包括第一NMOS M0，第二NMOS M2，第三NMOS M3，第四NMOS M4，第五NMOS M11，第六NMOS M12，第七NMOS M13。通过本发明提供的电路，可以将控制端和UVLO控制端合并成一个控制端，在保证控制端的控制能力同时简化控制电路，提高控制的稳定性。

Description

一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路
技术领域
本发明涉及DC/DC控制的技术领域，尤其是涉及一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路
背景技术
如图1所示，DC/DC转换常用到使能控制电路，当使能控制端低于一定电压时(例如0.3V)，DC/DC转换电路所有从输入到地的电流通路都需要关断，只能有器件的漏电存在。根据转换输入电压的高低和电路所用器件种类及击穿电压的大小，漏电流通常只有几个微安甚至零点几个微安。当使能控制端的电压高于一定电平VENH(例如1V)时，DC/DC转换电路的最基本电路包括用于把高输入电压转为低电压的LDO、参考电压产生器和偏置电流产生器等功能单元电路开始工作。这个VENH就是使能电压。另外，欠压锁存(UVLO)也是DC/DC转换电路需要的保护功能之一，即只有当输入电压升高到一定电压VIN_UVLO时(对于降压转换电路，这个电压通常大于要转换的输出电压)，DC/DC转换电路的主要开关控制和驱动电路等才开始工作。实现UVLO功能通常用连接到输入端到地的电阻分压网络来完成。为了用户自定义UVLO电压的方便，UVLO也可以用外部电阻来控制。
由此，可以将使能控制端和UVLO控制端合并成一个控制端，在保证控制端的控制能力同时简化控制电路，提高控制的稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，以将使能控制端和UVLO控制端合并成一个控制端，减少外围引脚，减少外围引脚，在保证控制端的控制能力同时简化控制电路。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，其特征在于，包括：NLDMOS组，PLDMOS组，NMOS组，误差放大器EA，比较器COMP，反相器INV以及禁带参考源和偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator；
所述NLDMOS组包括第一NLDMOS M1，第二NLDMOS M5，第三NLDMOS M10；
所述PLDMOS组包括第一PLDMOS M6，第二PLDMOS M7，第三PLDMOS M8，第四PLDMOSM9；
所述NMOS组包括第一NMOS M0，第二NMOS M2，第三NMOS M3，第四NMOS M4，第五NMOS M11，第六NMOS M12，第七NMOS M13。
优选的，所述第一NMOS M0栅极以及所述第一NMOS M0源极分别与所述偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator相连，，所述第一NMOS M0源极接地，所述第一NMOS M0漏极与所述漏极与所述第一NLDMOS M1源极相连；
所述第一NLDMOS M1栅极与所述比较器COMP相连，所述第一NLDMOS M1漏极通过第一电阻R1与所述第二NLDMOS M5栅极相连；
所述第二NLDMOS M5栅极与所述第二NMOS M2栅极相连，所述第二NLDMOS M5源极接地，所述第二NLDMOS M5漏极通过第二电阻R2与所述第一PLDMOS M6漏极、所述第一PLDMOS M6栅极均相连；
所述第一PLDMOS M6栅极与所述第二PLDMOS M7栅极相连，所述第一PLDMOS M6源极与第二PLDMOS M7源极均与外部电源输入端相连，所述第二PLDMOS M7漏极与所述误差放大器EA相连；
所述第三PLDMOS M8源极以及所述第四PLDMOS M9源极均与外部电源输入端相连，所述第三PLDMOS M8栅极与所述第四PLDMOS M9栅极相连，所述第三PLDMOS M8漏极与所述第三NLDMOS M10漏极相连，所述第四PLDMOS M9漏极与所述误差放大器EA相连；
所述第三NLDMOS M10栅极通过第三电阻R3与所述第二PLDMOS M7漏极相连，所述第三NLDMOS M10源极接地；
所述第三NMOS M3栅极与所述第二NMOS M2源极相连，所述第三NMOS M3漏极与所述第二NMOS M2源极相连，所述第三NMOS M3源极与所述第四NMOS M4栅极、所述第四NMOSM4漏极均相连，所述第四NMOS M4源极接地；
所述第五NMOS M11栅极以及所述第五NMOS M11漏极均与所述误差放大器EA相连，所述第五NMOS M11源极与所述分别与第六NMOS M12漏极、所述第六NMOS M12栅极相连，所述第六NMOS M12源极分别与所述第七NMOS M13漏极、所述第七NMOS M13栅极相连，所述第七NMOS M13源极接地。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，包括：NLDMOS组，PLDMOS组，NMOS组，误差放大器EA，比较器COMP，反相器INV以及禁带参考源和偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator；NLDMOS组包括第一NLDMOS M1，第二NLDMOS M5，第三NLDMOS M10；PLDMOS组包括第一PLDMOS M6，第二PLDMOSM7，第三PLDMOS M8，第四PLDMOS M9；NMOS组包括第一NMOS M0，第二NMOS M2，第三NMOS M3，第四NMOS M4，第五NMOS M11，第六NMOS M12，第七NMOS M13。通过本发明提供的电路，可以将使能控制端和UVLO控制端合并成一个控制端，在保证控制端的控制能力同时简化控制电路，提高控制的稳定性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种DC/DC转换电路的高电压使能控制结构图；
图2为本发明实施例提供的一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路图。
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，下面将结合附图对本发明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。
目前DC/DC控制端具有控制端和UVLO控制端，电路复杂，基于此，本发明实施例提供的一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，可以将控制端和UVLO控制端合并成一个控制端，减少外围引脚，在保证控制端的控制能力同时简化控制电路。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路进行详细介绍。
实施例一：
结合图1与图2，本发明实施例一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，具体包括：NLDMOS组，PLDMOS组，NMOS组，误差放大器EA，比较器COMP，反相器INV以及禁带参考原和偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator；
所述NLDMOS组包括第一NLDMOS M1，第二NLDMOS M5，第三NLDMOS M10；
所述PLDMOS组包括第一PLDMOS M6，第二PLDMOS M7，第三PLDMOS M8，第四PLDMOSM9；
所述NMOS组包括第一NMOS M0，第二NMOS M2，第三NMOS M3，第四NMOS M4，第五NMOS M11，第六NMOS M12，第七NMOS M13。
优选的，所述第一NMOS M0栅极以及所述第一NMOS M0源极分别与所述偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator相连，，所述第一NMOS M0源极接地，所述第一NMOS M0漏极与所述漏极与所述第一NLDMOS M1源极相连；
所述第一NLDMOS M1栅极与所述比较器COMP相连，所述第一NLDMOS M1漏极通过第一电阻R1与所述第二NLDMOS M5栅极相连；
所述第二NLDMOS M5栅极与所述第二NMOS M2栅极相连，所述第二NLDMOS M5源极接地，所述第二NLDMOS M5漏极通过第二电阻R2与所述第一PLDMOS M6漏极、所述第一PLDMOS M6栅极均相连；
所述第一PLDMOSM6栅极与所述第二PLDMOSM7栅极相连，所述第一PLDMOSM6源极与第二PLDMOS M7源极均与外部电源输入端相连，所述第二PLDMOS M7漏极通过电阻R3与所述误差放大器EA相连；
所述第三PLDMOS M8源极以及所述第四PLDMOS M9源极均与外部电源输入端相连，所述第三PLDMOS M8栅极与所述第四PLDMOS M9栅极相连，所述第三PLDMOS M8漏极与所述第三NLDMOS M10漏极相连，所述第四PLDMOS M9漏极与所述误差放大器EA相连；
所述第三NLDMOS M10栅极通过第三电阻R3与所述第二PLDMOS M7漏极相连，所述第三NLDMOS M10源极接地；
所述第三NMOS M3栅极与所述第二NMOS M2源极相连，所述第三NMOS M3漏极与所述第二NMOS M2源极相连，所述第三NMOS M3源极与所述第四NMOS M4栅极、所述第四NMOSM4漏极均相连，所述第四NMOS M4源极接地；
所述第五NMOS M11栅极以及所述第五NMOS M11漏极均与所述误差放大器EA相连，所述第五NMOS M11源极与所述分别与第六NMOS M12漏极、所述第六NMOS M12栅极相连，所述第六NMOS M12源极分别与所述第七NMOS M13漏极、所述第七NMOS M13栅极相连，所述第七NMOS M13源极接地。
实施例二：
本发明提供的实施例二对前述提供的一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路的工作方式的状态，结合前述实施例一提供的电子器件以及图1所述，具体的，VIN是输入电压，在目前DC/DC转换应用中，VIN的范围大多在3.5～100V之间。电路设计所用器件说明如下：M1、M5、M10是栅极-源极击穿电压为5V、漏源击穿电压可高达20V～100V的NLDMOS；M6、M7、M8、M9是栅极-源极击穿电压为5V、漏源击穿电压可高达20V～100V的PLDMOS；M0、M2、M3、M4、M11、M12、M13是5V或3.3V NMOS器件。所述第一电阻R1是高阻值多晶POLY电阻，能够支撑100V的电压。误差放大器EA、比较器COMP、反相器INV以及禁带参考源和偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator所用到的器件都是5V或3.3V低压器件。
以下对前述的使能工作电路的三种进行简述
(1)当管脚EN/UVLO接地或其电位低于0.3V时，M5截止，所以M6、M7截止，R3上没有电流流过，R4上的电压为零。M11、M12及M13的栅极和其漏极相连接，当没有电流流过时，M13的栅极-源极电压也会低于0.3V。因此，M10截止，导致M8和M9截止，即DC/DC转换电路控制电路的电源电压(通常是高压LDO的输出电压，其中，M8、M9、M10、R5、R6以及放大器EA构成了高压LDO)Vcc等于零。DC/DC转换电路所有器件都不工作，整个电路没有静态工作电流，只有漏电流，漏电流通常小于1uA。
(2)当管脚EN/UVLO连接到从输入端VIN到地的分压电阻时，在M5导通之前，即管脚EN/UVLO的电压小于M5的阈值电压时，由于M2、M3和M4的阈值电压是0.7V，因此，M2、M3和M4仍处于截止状态，即电阻R1中没有电流流过。因此，M5的栅极电压等于管脚EN/UVLO的电压。由于M5的阈值电压也是0.7V，即使在工艺和温度变化范围内，M5的阈值电压也不会大于1.0V，因此，当管脚EN/UVLO的电位高于一定电压即本控制电路的使能电压VIN_UVLO(例如1V时)时，M5导通，导致M6中有电流流过，R2起限流的作用。由于M6和M7构成电流镜，M7的电流通过电阻R3把M10的栅极电位上拉，因此M10导通，依次导致M8和M9导通，M9向高压LDO的输出端Vcc提供输出电流，Vcc增加，禁带参考电压源和偏置电流产生器开始工作，给误差放大器和比较器等功能电路提供参考电压和偏置电流。例如Vref＝1.2V，当输入电压VIN开始上升时，管脚EN/UVLO端也即比较器的负输入端小于Vref时，比较器输出高电平，M1导通，通过M0的电流可以设置输入电压上升和下降时不同UVLO的阈值。因此，用户可以根据连接在输入端到地的两个分压电阻RUL1和RUL2来设置输入电压上升和下降时的UVLO阈值，只有当图2中所示的VUVLO＝Vcc(即逻辑高)时，DC/DC转换电路的主要开关电路部分才开始工作。如图2所示，当输入电压VIN上升时UVLO的阈值是：
VIN_UVLO+＝Vref(REN1+REN2)/REN2+I0*R1............(1)
当输入电压VIN下降时UVLO的阈值是：
VIN_UVLO-＝Vref(REN1+REN2)/REN2............(2)
这样的设计可以给用户灵活设置输入电压上升和下降时UVLO的阈值。
M11、M12、M13和R3是用来钳位M10的栅极电压和放大器EA的输出电压，起着保护M10和EA内部低压器件的作用。由于M11、M12、M13的栅极和其漏极连接在一起，当有电流通过这三个MOSFET、并且电流不是太大时，其上的压降适当高于其阈值电压，大约0.8～1.0V。因此，M10的栅极电压最高被钳位在3.0V左右。R5和R6是高压LDO的输出电压Vcc的反馈电阻。
当管脚EN/UVLO直接连接到输入端VIN时，随着输入电压的上升，一旦输入电压即管脚EN/UVLO端的电压大于一定电压即本控制电路的使能电压(例如1V时)时，该使能电路工作并导致高压LDO电路工作，具体工作原理在上述第(2)节中已经描述。同样，随着VIN的进一步增加，比较器COMP输出低电平，经过一级反相器INV后，VUVLO＝Vcc，DC/DC转换电路的主要开关电路部分开始工作。当输入电压进一步增加，用于钳位M5栅极电压的M2、M3和M4开始工作并有电流流过，把M5的栅极电压钳位在M2～M4阈值电压的3倍即大约2.1V。通过M2～M4到地的电流同时流经电阻R1，由于R1和M1能够承受高至100V的电压，并且此时M1处于关断状态，因此，R1承受输入电压增加的压降，保证M5的栅极电压不会超过5V，起保护M2～M4和M5的作用，而M1起着保护M0的作用。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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装置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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，其特征在于，包括：NLDMOS组，PLDMOS组，NMOS组，误差放大器EA，比较器COMP，反相器INV以及禁带参考原和偏置电流产生器Vbg&Ibias Generator；
所述NLDMOS组包括第一NLDMOS M1，第二NLDMOS M5，第三NLDMOS M10；
所述PLDMOS组包括第一PLDMOS M6，第二PLDMOS M7，第三PLDMOS M8，第四PLDMOS M9；
所述NMOS组包括第一NMOS M0，第二NMOS M2，第三NMOS M3，第四NMOS M4，第五NMOSM11，第六NMOS M12，第七NMOS M13。
2.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换电路的高电压使能控制电路，其特征在于，所述第一NMOS M0栅极以及所述第一NMOS M0源极分别与所述偏置电流产生器Vbg&IbiasGenerator相连，所述第一NMOS M0源极接地，所述第一NMOS M0漏极与所述漏极与所述第一NLDMOS M1源极相连；
所述第一NLDMOS M1栅极与所述比较器COMP相连，所述第一NLDMOS M1漏极通过第一电阻R1与所述第二NLDMOS M5栅极相连；
所述第二NLDMOS M5栅极与所述第二NMOS M2栅极相连，所述第二NLDMOS M5源极接地，所述第二NLDMOS M5漏极通过第二电阻R2与所述第一PLDMOS M6漏极、所述第一PLDMOS M6栅极均相连；
所述第一PLDMOS M6栅极与所述第二PLDMOS M7栅极相连，所述第一PLDMOS M6源极与第二PLDMOS M7源极均与外部电源输入端相连，所述第二PLDMOS M7漏极与所述误差放大器EA相连；
所述第三PLDMOS M8源极以及所述第四PLDMOS M9源极均与外部电源输入端相连，所述第三PLDMOS M8栅极与所述第四PLDMOS M9栅极相连，所述第三PLDMOS M8漏极与所述第三NLDMOS M10漏极相连，所述第四PLDMOS M9漏极与所述误差放大器EA相连；
所述第三NLDMOS M10栅极通过第三电阻R3与所述第二PLDMOS M7漏极相连，所述第三NLDMOS M10源极接地；
所述第三NMOS M3栅极与所述第二NMOS M2源极相连，所述第三NMOS M3漏极与所述第二NMOS M2源极相连，所述第三NMOS M3源极与所述第四NMOS M4栅极、所述第四NMOS M4漏极均相连，所述第四NMOS M4源极接地；
所述第五NMOS M11栅极以及所述第五NMOS M11漏极均与所述误差放大器EA相连，所述第五NMOS M11源极与所述分别与第六NMOS M12漏极、所述第六NMOS M12栅极相连，所述第六NMOS M12源极分别与所述第七NMOS M13漏极、所述第七NMOS M13栅极相连，所述第七NMOS M13源极接地。
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