CN1862934B - 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
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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
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，除非通过肖特基二极管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，就将开关器件关断以防止负载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，提供了一种半导体器件，包括：
输入电源，配置成提供输入功率；
升压器电路，配置成对从输入电源提供的输入功率进行升压，该升压器电路具有从输入电源接收输入功率的输入端、接收用于操作升压器电路的操作功率的功率接收端以及向负载输出升压后的输入功率的输出端；
开关器件，连接在输入电源与升压器电路的功率接收端之间，配置成将功率接收端接收的操作功率在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间切换；以及
电压检测电路，响应升压器电路的功率接收端上的操作功率的电压改变，来控制开关器件在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间选择。
依据本发明的第二方面，提供了一种半导体器件，包括：
输入电源，配置成提供输入功率；
升压器电路，配置成对从输入电源提供的输入功率进行升压，该升压器电路具有从输入电源接收输入功率的输入端、接收用于操作升压器电路的操作功率的功率接收端、向负载输出升压后的输入功率的输出端以及用于输出升压器电路的内部振荡电路的时钟信号的时钟输出端；
开关器件，连接在输入电源与升压器电路的功率接收端之间，配置成将功率接收端接收的操作功率在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间切换；以及
时钟检测电路，响应来自时钟输出端的时钟信号的频率改变，来控制开关器件在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间选择。
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被关断，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被关断，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导通。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关断，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导通PMOS 104之前产生升压的电功率。因为PMOS 104被关断，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被关断，关断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断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导通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被关断，则关断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：
输入电源，配置成提供输入功率；
升压器电路，配置成对从输入电源提供的输入功率进行升压，该升压器电路具有从输入电源接收输入功率的输入端、接收用于操作升压器电路的操作功率的功率接收端以及向负载输出升压后的输入功率的输出端；
开关器件，连接在输入电源与升压器电路的功率接收端之间，配置成将功率接收端接收的操作功率在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间切换；以及
电压检测电路，响应升压器电路的功率接收端上的操作功率的电压改变，来控制开关器件在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间选择。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中电压检测电路配置成检测：
高于升压器电路的最低操作电压的第二阈值电压；以及
高于第二阈值电压的第一阈值电压。
3.如权利要求2所述的半导体器件，其中电压检测电路配置成：
当电压检测电路检测到功率接收端的电压变得等于或高于第一阈值电压时，切换开关器件以选择来自输出端的升压后的输入功率；以及
保持开关器件的状态以便维持升压后的输入功率被选择，直到电压检测电路检测到功率接收端上的电压变得等于或低于第二阈值电压。
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：
当电压检测电路检测到功率接收端的电压变得等于或低于第二阈值电压时，切换开关器件以选择来自输入电源的输入功率；以及
保持开关器件的状态以便维持输入功率被选择，直到电压检测电路检测到功率接收端上的电压变得等于或高于第一阈值电压。
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：
当电压检测电路检测到功率接收端上的电压变得等于或高于第一阈值电压时，切换开关器件来选择来自输出端的升压后的输入功率；以及
将开关器件的状态保持预定长度的时间以便维持升压后的输入功率被选择。
6.一种半导体器件，包括：
输入电源，配置成提供输入功率；
升压器电路，配置成对从输入电源提供的输入功率进行升压，该升压器电路具有从输入电源接收输入功率的输入端、接收用于操作升压器电路的操作功率的功率接收端、向负载输出升压后的输入功率的输出端以及用于输出升压器电路的内部振荡电路的时钟信号的时钟输出端；
开关器件，连接在输入电源与升压器电路的功率接收端之间，配置成将功率接收端接收的操作功率在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间切换；以及
时钟检测电路，响应来自时钟输出端的时钟信号的频率改变，来控制开关器件在来自输入电源的输入功率与来自输出端的升压后的输入功率之间选择。
7.如权利要求6所述的半导体器件，其中时钟检测电路配置成检测：
高于升压器电路可操作来产生升压后的输入功率的最低频率的第二阈值频率；以及
高于第二频率的第一阈值频率。
8.如权利要求7所述的半导体器件，其中时钟检测电路配置成：
当时钟检测电路检测到时钟信号的频率变得等于或高于第一阈值频率时，切换开关器件以选择来自输出端的升压后的输入功率；以及
保持开关器件的状态以便维持升压后的输入功率被选择，直到时钟检测电路检测到时钟信号的频率变得等于或低于第二阈值频率。
9.如权利要求7所述的半导体器件，其中时钟检测电路配置成：
当时钟检测电路检测到时钟信号的频率变得等于或低于第二阈值频率时，切换开关器件以选择来自输入电源的输入功率；以及
保持开关器件的状态以便维持输入功率被选择，直到时钟检测电路检测到时钟信号的频率变得等于或高于第一阈值频率。
10.如权利要求6所述的半导体器件，其中时钟检测电路配置成：
当时钟检测电路检测到时钟信号的频率变得等于或高于第一阈值频率时，切换开关器件来选择来自输出端的升压后的输入功率；以及
将开关器件的状态保持预定长度的时间以便维持升压后的输入功率被选择。
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