CN1862934A - 升压dc－dc转换器和具有升压dc－dc转换器的半导体器件 - Google Patents

Abstract

所提供的是一种升压DC－DC转换器，其中将要供给升压器电路的电功率从电源与可以在低电压下被激活的升压器电路的升压的电功率中被提供。该升压器DC－DC转换器具有这样的结构，其中：开关器件被提供在电源和升压器电路的升压的输出之间；另外提供存储电容器，用于存储将要输入到升压器电路的电功率，并用于使用存储的电功率对升压器电路操作预定长度的时间；以及即使在开关器件被关闭时在升压器电路也可以产生升压的电功率的情况中，开关器件被关闭。

Description

升压DC-DC转换器和具有升压DC-DC转换器的半导体器件

技术领域

本发明涉及一种具有升压DC-DC转换器的半导体器件，用于将输入电功率转换成具有高于输入电功率的电压的输出电功率。特别地，本发明涉及一种具有当被激励时在输出电压下操作的升压DC-DC转换器的半导体器件。

背景技术

图3举例说明了具有常规升压DC-DC转换器的半导体器件。

如图3所述，半导体器件包括：电源101；升压器电路102，用于将由电源101提供的电功率转换成具有更高电压的电功率；肖特基二极管304；以及由升压的电功率操作的负载103。该肖特基二极管304被提供在升压器电路102的输入端111与升压器电路102的电源端112之间，使得从升压器电路102的输入端111到升压器电路102的电源端112的方向是正向方向。此外，升压器电路102的输出端113连接到升压器电路102的电源端112和负载103。

用上述的结构，在启动升压器电路102期间，电源101向升压器电路102的输入端111供给电功率，并且该电功率经由肖特基二极管304被进一步输入到升压器电路102的电源端112，因此使升压器电路102开始操作。一旦升压器电路102被激活并且在升压器电路102的输出端113上产生升压的电功率，升压器电路102将升压的电功率返回到升压器电路102的电源端112，因此来维持其升压操作。通常假定升压的电功率不通过肖特基二极管304的整流作用而回流到电源101。然而，如上所述，在启动升压器电路102期间，经由肖特基二极管304向升压器电路102的电源端112供给电源101的电压，因此不能使升压器电路102开始操作，除随过肖特基二极管304的正向下降电压(在下文中被简称为Vf)输入高于升压器电路102的最低激活电压的电源电压。此外，当一启动升压器电路102就操作负载103时，Vf被进一步增加。另外，当寄生电阻等串联连接在升压器电路102的输入端111与升压器电路102的电源端112之间时，必须输入更高电压的电源来激活升压器电路102。

因此，在JP05-304765A中公开的常规升压DC-DC转换器中，开关器件被提供在上述结构的升压DC-DC转换器的升压器电路102的输出端113与负载103之间，一启动升压器电路102，就将开关器件关闭以防止负载103的操作增加Vf，从而使用于激活升压器电路102的电源电压尽可能的低。

如上所述，在启动常规的升压DC-DC转换器中，有这样的问题：常规的升压DC-DC转换器不能被激活，除非输入高于最低电压的电源的输入电压，在该最低电压下内部升压器电路可以由输入肖特基二极管的Vf激活。

发明内容

为了解决上述问题，依据本发明的第一方面，提供一种半导体器件，包括：电源，用于提供电功率；升压器电路，用于对电功率进行升压以获得比初始电功率的电压更高的电压；负载，由升压的电功率进行操作；开关器件，提供在电源与升压器电路的电源端之间，用于控制向升压器电路的电源端提供电功率；存储电容器，用于将电功率存储为存储的电功率，使得即使电功率被停止提供给升压器电路的电源端，存储的电功率也可以使升压器电路操作预定长度的时间；以及电压检测电路，用于检测升压器电路的电源端上的电压，以依据电压检测的结果控制开关器件的开/关，其中：由通过开关器件供给的电功率或者由向电源端输入的升压的电功率对升压器电路进行操作；当升压器电路的电源端上的电压变得等于或高于第一电压时，电压检测电路关闭已被开启的开关器件，该第一电压高于可以使升压器电路进行操作的最低电压；电压检测电路保持开关器件的关闭状态，直到升压器电路的电源端上的电压变得低于第二电压，该第二电压等于或高于可以使升压器电路进行操作的最低电压并低于第一电压；以及一旦开关器件被开启则电压检测电路就保持开关器件的开启状态，直到升压器电路的电源端上的电压等于或高于第一电压。

用上述的结构，有可能获得这样的升压DC-DC转换器，即在比激活上述常规的升压DC-DC转换器所需的更低的电源电压下被激活。

依据本发明的第二方面，提供一种半导体器件，包括：电源，用于提供电功率；升压器电路，用于对电功率进行升压以具有比初始电功率的电压更高的电压；负载，由升压后的电功率进行操作；开关器件，提供在电源和升压器电路的电源端之间，用于控制向升压器电路的电源端提供电功率；存储电容器，用于将电功率存储为存储的电功率，使得即使电功率被停止提供给升压器电路的电源端，存储的电功率也可以对升压器电路操作预定长度的时间；以及电压检测电路，用于检测升压器电路的电源端上的电压，以依据电压的检测结果控制开关器件的开/关，其中：由通过开关器件供给的电功率或者由向电源端输入的升压的电功率对升压器电路进行操作；当升压器电路的电源端上的电压等于或高于第一电压时，电压检测电路关闭已被开启的开关器件，该第一电压高于可以使升压器电路进行操作的最低电压；以及电压检测电路将开关器件的关闭状态保持预定长度的时间。

类似于本发明的第一方面，用上述的结构，有可能获得这样的升压DC-DC转换器，其在比激活上述常规的升压DC-DC转换器所需的更低的电源电压下被激活。

依据本发明的第三方面，提供一种半导体器件，包括：电源，用于提供电功率；升压器电路，用于对电功率进行升压以获得比初始电功率的电压高的电压；负载，由升压的电功率进行操作；开关器件，提供在电源与升压器电路的电源端之间，用于控制向升压器电路的电源端提供电功率；存储电容器，用于将电功率存储为存储的电功率，使得即使电功率被停止提供给升压器电路的电源端，存储的电功率也可以对升压器电路操作预定长度的时间；以及时钟检测电路，用于检测时钟输出端的时钟信号的频率，从该时钟输出端输出升压器电路的内部振荡电路的时钟信号，从而依据时钟信号的频率控制开关器件的开/关，其中：由通过开关器件供给的电功率或者由向电源端输入的升压的电功率对升压器电路进行操作；当时钟信号的频率等于或高于第一频率时，时钟检测电路关闭已被开启的开关器件，该第一频率高于升压器电路可以产生升压的电功率的最低频率；时钟检测电路保持开关器件的关闭状态，直到时钟信号的频率变得低于第二频率，该第二频率等于或高于升压器电路可以产生升压的电功率的最低频率并低于第一频率；以及一旦开关器件被开启，时钟检测电路就保持开关器件的开启状态，直到时钟信号的频率等于或高于第一频率。

用上述的结构，有可能获得这样的升压DC-DC转换器，其在比激活上述常规的升压DC-DC转换器所需的更低的电源电压下被激活，另外，有可能获得这样的升压DC-DC转换器，其在比激活依据本发明第一和第二方面的升压DC-DC转换器所需的更低的电源电压下被激活。

依据本发明的第四方面，提供一种半导体器件，包括：电源，用于提供电功率；升压器电路，用于对电功率进行升压以获得比初始电功率的电压高的电压；负载，由升压的电功率进行操作；开关器件，提供在电源与升压器电路的电源端之间，用于控制向升压器电路的电源端提供电功率；存储电容器，用于将电功率存储为存储的电功率，使得即使电功率被停止提供给升压器电路的电源端，存储的电功率也可以对升压器电路操作预定长度的时间；以及时钟检测电路，用于检测时钟输出端的时钟信号的频率，从该时钟输出端输出升压器电路的内部振荡电路的时钟信号，从而依据时钟信号的频率控制开关器件的开/关，其中：由通过开关器件供给的电功率或者由向电源端输入的升压的电功率对升压器电路进行操作；当时钟信号的频率等于或高于第一频率时，时钟检测电路关闭已被开启的开关器件，该第一频率高于升压器电路可以产生升压的电功率的最低频率；以及时钟检测电路将开关器件的关闭状态保持预定的时间。

用上述的结构，有可能获得这样的升压DC-DC转换器，其在比激活上述常规的升压DC-DC转换器所需的更低的电源电压下被激活，另外，有可能获得这样的升压DC-DC转换器，其在低至用于激活依据本发明第三方面的升压DC-DC转换器所需的电源电压下被激活。

如上所述，依据本发明的升压DC-DC转换器可以在比激活常规的升压DC-DC转换器所需的更低的电源电压下被激活。

附图说明

在附图中：

图1说明了具有依据本发明第一实施例的升压DC-DC转换器的半导体器件；

图2说明了具有依据本发明第二实施例的升压DC-DC转换器的半导体器件；以及

图3说明了具有常规的升压DC-DC转换器的半导体器件；

具体实施方式

(实施例1)

图1说明了具有依据本发明第一实施例的升压DC-DC转换器的半导体器件。

如图1所述，代替用在升压DC-DC转换器的常规结构中的肖特基二极管，提供了作为开关器件的p沟道MOS晶体管(在下文中被简称为PMOS)104。此外，另外提供给升压DC-DC转换器的常规结构的是电压检测电路105与存储电容器106，电压检测电路105用于检测升压器电路102的电源端112上的电压以依据检测的结果控制PMOS 104的开/关，存储电容器106用于存储电功率使得即使在电功率被停止提供给升压器电路102的电源端112时，存储的电功率也可以使升压器电路102操作预定长度的时间。PMOS 104串联连接在升压器电路102的输入端111与升压器电路102的电源端112之间。升压器电路102的输出端113连接到升压器电路102的电源端112并连接到负载103。存储电容器106连接在升压器电路102的电源端112与接地(GND)端之间。电压检测电路105被构成为呈现滞后现象，使得在升压器电路102的电源端112上的电压等于或高于第一电压时，PMOS 104被关闭，该第一电压比可以使升压器电路102操作的最低电压高出大约0.05V，并且一旦PMOS 104被关闭，直到升压器电路102的电源端112上的电压变得比第一电压低大约0.05V时，PMOS 104才被打开。

如上构造的依据本发明第一实施例的半导体器件如下进行操作。首先，当将要向升压器电路102的输入端111输入的电源101的电压不是足够高，并且升压器电路102的电源端112上的电压不到升压器电路102可以被激活的预定值时，电压检测电路105将PMOS 104开启。因此，与电源101上的电压相同的电压被供给升压器电路102的电源端112。

接着，当电源101上的电压增加时，升压器电路102的输入端111上的电压相应地增加，因而，升压器电路102的电源端112上的电压也增加。当升压器电路102的电源端112上的电压等于或高于第一电压时，电压检测电路105将PMOS 104关闭，该第一电压比升压器电路102可以被激活的最低电压高出大约0.05V。因此，尽管电功率被停止从电源101供给到升压器电路102的电源端112，由存储电容器106存储的电功率允许升压器电路102维持其激活操作一段时间，并且当升压器电路102的电源端112上的电压变为比第一电压低大约0.05V时，在电压检测电路105开启PMOS 104之前产生升压的电功率。因为PMOS 104被关闭，升压的电功率不回流到电源101。因此，将升压器电路102的输出端113和升压器电路102的电源端112上的电压增加到可以使负载103进行操作的电压，因而，负载103可以开始其操作并且升压器电路102可以由升压的电功率保持其操作。因此，一旦产生升压的电功率，即使电源101的电压变得低于升压器电路102可以被激活的最低电压，在从电源101供给的电功率等于或高于可以维持等于或高于升压器电路102可以被激活的最低电压的电功率的范围内，升压器电路102就可以继续产生升压的电功率。

因此，与常规的升压DC-DC转换器相反，其中输入电压需要高于内部升压器电路可以被肖特基二极管的Vf(0.15V-0.3V)所激活的最低电压，在依据本发明第一实施例的升压DC-DC转换器中，输入电压需要高于内部升压器电路可以被只有大约0.05V所激活的最低电压。换句话说，依据本发明第一实施例的升压DC-DC转换器的激活电压可以比常规的升压DC-DC转换器低大约0.1-0.25V。

应当注意，尽管电压检测电路在上述的第一实施例中呈现滞后现象，不用说，代替该滞后现象，也可以提供延迟时间，使得一旦PMOS被关闭，关闭状态被保持一段时间，并且升压器电路在该延迟时间期间被激活。

此外，也不用说，升压器电路可以是使用线圈或变压器的类型或者使用电容器的类型。

(实施例2)

图2举例说明了具有依据本发明第二实施例的升压DC-DC转换器的半导体器件。

如图2所述，代替图1所述的第一实施例的升压DC-DC转换器的升压器电路102和电压检测电路105，升压器电路202是具有附加在其上用于输出升压器电路102的内部振荡电路的时钟信号的时钟输出端114的升压器电路102，时钟检测电路205用于在从升压器电路202的时钟输出端114输出的时钟信号的频率等于或高于第一频率时关闭PMOS 104，该第一频率略微高于升压器电路202可以产生升压的电功率的最低频率，并在时钟信号的频率低于升压器电路202可以产生升压的电功率的最低频率时开启PMOS 104。关于除上述以外的要点的本实施例的结构和操作与图1所述的上述第一实施例完全相同。

如上构造的依据本发明第二实施例的升压DC-DC转换器可以解决使用电压检测电路的第一实施例中所固有的问题。即，依据第一实施例，升压器电路的电源电压被间接用来检测时钟信号的频率达到升压器电路可以被激活的最低频率，因而检测精度很低，因此，检测电压的裕度需要很宽，相应地使升压器电路可以被激活的最低电压更高。然而，依据第二实施例，通过使用时钟检测电路直接检测升压器电路可以被激活的时钟频率，因此，检测精度很高，并且有可能设置升压器电路使得由于更窄的裕度而在低于第一实施例的输入电压下被激活。结果，第二实施例使升压DC-DC转换器可以被激活的最低电压更低成为可能。

应当注意，尽管在上述第二实施例中时钟检测电路向被检测的时钟频率提供了滞后现象，不用说，代替滞后现象，可以提供延迟时间，使得一旦PMOS被关闭，则关闭状态被保持一段时间，并且在该延迟时间期间升压器电路被激活。

此外，也不用说，升压器电路可以是使用线圈或变压器的类型或者使用电容器的类型。

当具有低电压的电源的电功率被转换成具有足以操作负载的高电压的电功率时，可以有效地使用依据本发明的升压DC-DC转换器。特别地，在使用近几年已被引起注意的诸如燃料电池或太阳能电池的天然能量的用于电功率产生的电源中，由于电源的小型化使得输出电压正变得更小，当这种电源的电功率被转换成具有足以操作负载的高电压的电功率时，可以有效地使用该升压DC-DC转换器。

Claims (10)

1、一种半导体器件，包括：

电源，用于提供电功率；

升压器电路，用于对电功率进行升压，该升压器电路具有输入端、电源端、以及输出端，该输入端连接到电源的输出；

负载，连接到升压器电路的输出端，该负载由升压器电路的升压的电功率进行操作；

开关器件，连接在电源与升压器电路的电源端之间；

存储电容器，连接在升压器电路的电源端与地(GND)之间；以及

电压检测电路，用于检测升压器电路的电源端上的电压，以依据检测的结果控制开关器件的开/关。

2、如权利要求1所述的半导体器件，其中电压检测电路具有检测如下的功能：

高于升压器电路可以进行操作的最低电压的第二电压；以及

高于第二电压的第一电压。

3、如权利要求2所述的半导体器件，其中电压检测电路具有如下功能：

当检测到等于或高于第一电压的电压时，关闭开关器件；以及

保持开关器件的关闭状态，直到检测到等于或低于第二电压的电压。

4、如权利要求2所述的半导体器件，其中电压检测电路具有如下功能：

当检测到等于或高于第二电压的电压时，开启开关器件；以及

保持开关器件的开启状态，直到检测到等于或低于第一电压的电压。

5、如权利要求1所述的半导体器件，其中电压检测电路具有如下功能：

当检测到等于或高于第一电压的电压时，关闭开关器件，第一电压高于升压器电路可以进行操作的最低电压；以及

一旦开关器件被关闭，将开关器件的关闭状态保持预定长度的时间。

6、一种半导体器件，包括：

电源，用于提供电功率；

升压器电路，用于对电功率进行升压，该升压器电路具有输入端、电源端、以及输出端，该输入端连接到电源的输出；

负载，连接到升压器电路的输出端，该负载由升压器电路的升压的电功率进行操作；

开关器件，连接在电源与升压器电路的电源端之间；

存储电容器，连接在升压器电路的电源端与地(GND)之间；以及

时钟检测电路，连接到升压器电路的时钟输出端，用于检测时钟输出端上的时钟信号的频率，以依据检测的结果控制开关器件的开/关。

7、如权利要求6所述的半导体器件，其中时钟检测电路具有检测如下的功能：

高于升压器电路可以产生升压的电功率的最低频率的第二频率；以及

高于第二频率的第一频率。

8、如权利要求7所述的半导体器件，其中时钟检测电路具有如下功能：

当检测到等于或高于第一频率的频率时，关闭开关器件；以及

保持开关器件的关闭状态，直到检测到等于或低于第二频率的频率。

9、如权利要求7所述的半导体器件，其中时钟检测电路具有如下功能：

当检测到等于或低于第二频率的频率时，开启开关器件；以及

保持开关器件的开启状态，直到检测到等于或高于第一频率的频率。

10、如权利要求6所述的半导体器件，其中时钟检测电路具有如下功能：

当检测到等于或高于第一频率的频率时，关闭开关器件，该第一频率高于升压器电路可以产生升压的电功率的最低频率；以及

一旦开关器件被关闭，将开关器件的关闭状态保持预定长度的时间。

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