CN114640249A - 一种双向补电的开关电路 - Google Patents
一种双向补电的开关电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114640249A CN114640249A CN202011494209.XA CN202011494209A CN114640249A CN 114640249 A CN114640249 A CN 114640249A CN 202011494209 A CN202011494209 A CN 202011494209A CN 114640249 A CN114640249 A CN 114640249A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit
- power supply
- current
- electricity
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1582—Buck-boost converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
一种双向补电的开关电路，包括第一补电单元和第二补电单元，其特征在于：所述第一补电单元与所述第二补电单元对称设置；并且，所述第一补电单元中包括自举电压检测单元、补电电流生成单元和补电二极管D1；其中，所述自举电压检测单元，分别采集第二自举电压BST2、第二开关电压SW2进行比较，并在比较后将比较结果输出至所述补电电流生成单元；所述补电电流生成单元，接收所述比较结果并生成补电电流；所述补电二极管D1，基于所述补电电流为所述第二补电单元补电。本发明中的开关电路，结构简单，输出准确，无需额外的刷新逻辑或电荷泵模块即可实现双向补电。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种双向补电的开关电路。
背景技术
在电源管理芯片中，需要为高侧功率管搭建自举电容电路，从而保证该高侧功率管的开关动作。在BUCK-BOOST变换器电路工作的过程中，需要保证一个高侧功率管可长期处于导通状态。为了确保该高侧功率管可长期导通，需要保证该高侧功率管栅极电压的自举电容中具有足够的电量。
现有技术中，通常有两种方式确保自举电容中充有足够的电量。第一种方法是为电路加入刷新逻辑，即，当自举电容的电压低于一定阈值时，关闭高侧功率管并开启低侧功率管从而为自举电容补电。这种方法的问题在于，每隔一段时间，当自举电容中电量不足时，都需要截止原本长期导通的高侧功率管并导通低侧功率管以实现刷新，这一操作会使得输出波形出现不必要的抖动，从而影响整个芯片的输出信号的质量。第二种方法是设置一个电荷泵模块为自举电容持续补电。这种方法的问题在于，需要在电路中增加额外的电荷泵模块，增加了电路的复杂程度，同时由于电荷泵模块中具有高频元件，因此也会向电路中引入高频信号，从而影响整个芯片的性能。
因此，亟需一种简单精确的补电电路，既能够克服现有技术中存在的问题，又能够为自举电容提供充足电量。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种双向补电的开关电路，通过第一补电单元与第二补电单元的相互补电以为自举电容充电。
本发明采用如下的技术方案。
一种双向补电的开关电路，包括第一补电单元和第二补电单元，其特征在于：所述第一补电单元与所述第二补电单元对称设置；并且，所述第一补电单元中包括自举电压检测单元、补电电流生成单元和补电二极管D1；其中，所述自举电压检测单元，分别采集第二自举电压BST2、第二开关电压SW2进行比较，并在比较后将比较结果输出至所述补电电流生成单元；所述补电电流生成单元，接收所述比较结果并生成补电电流；所述补电二极管D1，基于所述补电电流为所述第二补电单元补电。
优选地，所述自举电压检测单元包括比较器CMP_bst1，输入端分别与BUCK-BOOST变换器中的自举电容C2两端连接，输出端与所述补电电流生成单元连接。
优选地，所述补电电流生成单元中包括NMOS管MS1、电流源IB1、镜像单元；其中，所述NMOS管MS1的源极与所述电流源IB1一端连接，漏极与所述镜像单元连接，栅极与所述自举电压检测单元的输出端连接；所述电流源IB1的另一端与所述开关电压SW1连接；所述镜像单元，与所述NMOS管MS1的漏极、所述补电二极管D1的正极分别连接。
优选地，所述镜像单元包括镜像连接的第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2；其中，所述第一PMOS管MP1的漏极和栅极与所述NMOS管MS1的漏极、第二PMOS管MP2的栅极连接；所述第二PMOS管MP2的漏极与所述补电二极管D1的正极连接；所述第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极连接。
优选地，所述补电二极管D1的负极与所述第二自举电压BST2连接。
优选地，所述第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极电压为第一自举电压BST1，所述第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极电压为第二自举电压BST2。
优选地，设定补电上阈值Vthh和补电下阈值Vthl；并且，当检测到比较电压上升至补电上阈值Vthh时，关断所述NMOS管MS1，停止为所述第二自举电压BST2补电；当检测到比较电压下降至补电下阈值Vthl时，开启所述NMOS管MS1，开始为所述第二自举电压BST2补电。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种双向补电的开关电路结构简单、输出准确，无需额外的刷新逻辑或电荷泵模块即可实现双向补电，补电的过程中不会造成输出波形的大幅度抖动或是高频噪声信号的引入。
附图说明
图1为本发明现有技术中一种BUCK-BOOST变换器电路示意图；
图2为本发明一种双向补电的开关电路的电路示意图；
图3为本发明一种双向补电的开关电路中生成的补电电流随时间变化的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
图1为本发明现有技术中一种BUCK-BOOST变换器电路示意图。如图1所示，BUCK-BOOST变换器包括四个开关MOS管。其中两个开关MOS管MH1和MH2为高侧功率管，漏极分别与输入电压端和输出电压端相连接，源极接入电感线圈SW1和SW2的两端，栅极和源极分别并联有自举电容C1、C2和高侧驱动电平。另外两个开关MOS管ML1和ML2为低侧功率管，漏极分别连接至电感线圈SW1和SW2的两端，源极接地，栅极接入低侧驱动电平。电路中的HDR1、HDR2、LDR1、LDR2分别为MH1,MH2,ML1,ML2的栅极驱动信号。
图2为本发明一种双向补电的开关电路示意图。如图2所示，一种双向补电的开关电路，包括第一补电单元和第二补电单元。第一补电单元与第二补电单元对称设置；并且，第一补电单元中包括自举电压检测单元、补电电流生成单元和补电二极管D1；其中，自举电压检测单元，分别采集第二自举电压BST2、第二开关电压SW2进行比较，并在比较后将比较电压结果输出至所述补电电流生成单元；补电电流生成单元，接收比较电压并生成补电电流；补电二极管D1，基于补电电流为第二补电单元补电。
可以理解的是，第一补电单元接收到自举电容的压降比较结果，并根据自举电容的压降比较结果控制NMOS管MS1的开关状态，决定二极管是否流过电流。该补电二极管D1与第二补电单元连接，进而提高自举电压BST2。由于在该双向补电电路中，第一补电单元与第二补电单元是对称交叉连接的，因此，第二补电单元中的补电二极管D2也可以以相同的方式为第一补电单元供电。
优选地，自举电压检测单元包括比较器CMP_bst1，输入端分别与BUCK-BOOST变换器中的自举电容C2两端连接，输出端与所述补电电流生成单元连接。
优选地，补电电流生成单元中包括NMOS管MS1、电流源IB1、镜像单元；其中，NMOS管MS1的源极与电流源IB1一端连接，漏极与镜像单元连接，栅极与自举电压检测单元的输出端连接；电流源IB1的另一端与开关电压SW1连接；镜像单元，与NMOS管MS1的漏极、补电二极管D1的正极分别连接。
优选地，镜像单元包括镜像连接的第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2；其中，第一PMOS管MP1的漏极和栅极与PMOS管MS1的漏极、第二PMOS管的栅极连接；第二PMOS管MP2的漏极与二极管D1的正极连接；第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极连接。
优选地，补电二极管D1的负极与BST2连接。
优选地，第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极电压为第一自举电压BST1，第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极电压为第二自举电压BST2。
具体来说，比较器的两个输入端中分别输入第二自举电压BST2、第二开关电压SW2，以使得比较器获得自举电容C2两侧的电压压差,并将该压差与Vthl.Vthh进行比较，输出比较结果。假设此时第二自举电压BST2端口所在的高侧功率管MH2处于长期导通状态，比较器CMP_bst1可以计算来自自举电容C2的压降VC2，根据该压降VC2与补电上阈值Vthh和补电下阈值Vthl的比较，指示MOS管MS1是否开启并使电流镜输出补电电流。
优选地，设定补电上阈值Vthh和补电下阈值Vthl；并且当检测到比较电压上升至补电上阈值Vthh时，关断NMOS管MS1，停止为所述第二自举电压BST2补电；当检测到比较电压下降至补电下阈值Vthl时，开启NMOS管MS1，开始为第二自举电压BST2补电。
图3为本发明一种双向补电的开关电路中生成的补电电流随时间变化的示意图。如图3所示，在t1-t2时间段中，BST1所在的MOS管处于导通状态，BST1为高电压。此时，当来自自举电容C2的压降VC2低于补电下阈值Vthl时，比较器CMP_bst1控制MOS管MS1导通生成补电电流。此时，由于BST1端口的电压高于BST2，因此，该补电电流通过两个MOS管组成的电流镜流入至补电二极管D1中，补电二极管以正向电流为第二补电单元中的BST2端口进行补电。由于此时补电二极管D1不断为BST2进行补电，自举电容C2处于充电状态，因而来自自举电容C2的压降VC2逐渐升高。
当到达t2时段，BST1所在的MOS管截止，此时BST1端口电压低于BST2，补电二极管D1截止，自举电容C2无法被补电，因而来自自举电容C2的压降VC2由于自身消耗而逐渐下降，直到t3时刻BST1的电压再次高于BST2，才使得来自自举电容C2的压降VC2由于BST1的补电逐渐升高，并重复补电过程。
需要说明的是，在t3-t4时段内，由于不断的补电操作使得来自自举电容C2的压降VC2高于了补电上阈值Vthh，此时MOS管MS1关断，停止为BST2端口补电，直到来自自举电容C2的压降VC2再次降低至补电下阈值Vthl。
随着BST1所在的MOS管重复截止和导通的状态，电路不断为自举电容C2进行补电。同样的，当第一自举电压BST1端口所在的高侧功率管MH1处于长期导通状态时，随着MH2管的导通和截止状态，电路也会不断为自举电容C1进行补电。因此，实现了电路的双向补电功能。
在上述过程中，随着来自自举电容C2的压降VC2的大小，补电二极管D1的的工作状态也会发生变化，从而在合理的时间段内执行补电操作。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种双向补电的开关电路结构简单、输出准确，无需额外的刷新逻辑或电荷泵模块即可实现双向补电，补电的过程中不会造成输出波形的大幅度抖动或是高频噪声信号的引入。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双向补电的开关电路，包括第一补电单元和第二补电单元，其特征在于：
所述第一补电单元与所述第二补电单元对称设置；并且，
所述第一补电单元中包括自举电压检测单元、补电电流生成单元和补电二极管D1；其中，
所述自举电压检测单元，分别采集第二自举电压BST2、第二开关电压SW2进行比较，并在比较后将比较结果输出至所述补电电流生成单元；
所述补电电流生成单元，接收所述比较结果并生成补电电流；
所述补电二极管D1，基于所述补电电流为所述第二补电单元补电。
2.根据权利要求1中所述的一种双向补电的开关电路，其特征在于：
所述自举电压检测单元包括比较器CMP_bst1，输入端分别与BUCK-BOOST变换器中的自举电容C2两端连接，输出端与所述补电电流生成单元连接。
3.根据权利要求1中所述的一种双向补电的开关电路，其特征在于：
所述补电电流生成单元中包括NMOS管MS1、电流源IB1、镜像单元；其中，
所述NMOS管MS1的源极与所述电流源IB1一端连接，漏极与所述镜像单元连接，栅极与所述自举电压检测单元的输出端连接；
所述电流源IB1的另一端与所述开关电压SW1连接；
所述镜像单元，与所述NMOS管MS1的漏极、所述补电二极管D1的正极分别连接。
4.根据权利要求3中所述的一种双向补电的开关电路，其特征在于：
所述镜像单元包括镜像连接的第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2；其中，
所述第一PMOS管MP1的漏极和栅极与所述NMOS管MS1的漏极、第二PMOS管MP2的栅极连接；
所述第二PMOS管MP2的漏极与所述补电二极管D1的正极连接；
所述第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极连接。
5.根据权利要求4中所述的一种双向补电的开关电路，其特征在于：
所述补电二极管D1的负极与所述第二自举电压BST2连接。
6.根据权利要求5中所述的一种双向补电的开关电路，其特征在于：
所述第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极电压为第一自举电压BST1，所述第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极电压为第二自举电压BST2。
7.根据权利要求6中所述的一种双向补电的开关电路，其特征在于：
设定补电上阈值Vthh和补电下阈值Vthl；并且，
当检测到比较电压上升至补电上阈值Vthh时，关断所述NMOS管MS1，停止为所述第二自举电压BST2补电；
当检测到比较电压下降至补电下阈值Vthl时，开启所述NMOS管MS1，开始为所述第二自举电压BST2补电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011494209.XA CN114640249A (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种双向补电的开关电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011494209.XA CN114640249A (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种双向补电的开关电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114640249A true CN114640249A (zh) | 2022-06-17 |
Family
ID=81945069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011494209.XA Pending CN114640249A (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种双向补电的开关电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114640249A (zh) |
-
2020
- 2020-12-16 CN CN202011494209.XA patent/CN114640249A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101369775B (zh) | 电荷泵dc到dc转换器电路和方法 | |
| CN108768145B (zh) | 适用于GaN功率开关器件的高速半桥栅驱动电路 | |
| US7688052B2 (en) | Charge pump circuit and method therefor | |
| US7514984B2 (en) | Charge pumping circuit and direct current converting apparatus using the same | |
| CN102290981B (zh) | 一种电荷泵电路和采用所述电荷泵电路的闪速存储器 | |
| KR100463619B1 (ko) | 차지펌프 회로의 제어 방법 | |
| CN102577062B (zh) | 驱动电路、具有驱动电路的半导体器件以及采用驱动电路和半导体器件的开关调节器和电子设备 | |
| CN107947539B (zh) | 开关电源驱动供电电路及开关电源 | |
| CN111969844B (zh) | 一种自举电荷泵高压电源产生电路 | |
| CN112953194B (zh) | 一种低压启动电路 | |
| US20220247311A1 (en) | Synchronization of an electronic device | |
| CN116742920B (zh) | 一种nmos功率开关管驱动电路及其控制方法 | |
| CN101640482B (zh) | 应用于电源调整器的上电过冲电压抑制装置 | |
| US6456513B2 (en) | Voltage conversion circuit and control circuit therefor | |
| CN101340144A (zh) | 升压电路和升压方法 | |
| US20220321009A1 (en) | Voltage converter | |
| CN102025269A (zh) | 电荷泵 | |
| JP2011199972A (ja) | スイッチング電源の制御回路及び電子機器 | |
| US6297690B1 (en) | Booster circuit | |
| CN114640249A (zh) | 一种双向补电的开关电路 | |
| CN115882721A (zh) | 电荷泵电路及其控制方法、芯片、电子装置 | |
| US7528647B2 (en) | Semiconductor integrated circuit which generates different voltages based on an external power supply voltage and a generating method of the different voltages | |
| CN216290861U (zh) | 驱动电路以及电子设备 | |
| CN114649927A (zh) | 一种双向补电的驱动控制板 | |
| CN115549469A (zh) | 开关变换器及其控制电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |