TWI337799B - - Google Patents

Description

1337799 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種電壓轉換器，特別是關於一種對電 壓轉換器的勒:帶(boostrap)電容充電的電路。 【先前技術】 圖1繪示電壓轉換器的一部份，控制器晶片1 〇中的 傷 上橋驅動器102及下橋驅動器1〇4依據控制訊號Ug-signal 和Lg-signal ’發出上橋驅動訊號UG及下橋驅動訊號lG 給電壓轉換器的功率級，以切換上橋電晶體14及下橋電 晶體16，將輸入電壓VIN轉換成輸出電壓νουτ。假設 控制器晶片10的電源電壓Vcc和輸入電壓viN相等，且 圖1 ,電壓轉換器沒有二極體12和靴帶電容Cb⑽則 啟動節點Boot上的電壓即為提供給上橋驅動器1〇2的驅 動電壓，亦為上橋電晶體14的最大閘極電壓，而此電壓 參 會專於上橋電晶體的電源電壓VIN。在上橋電晶體14導 通，下橋電晶體16截止時，切換節點18的電壓，即上橋 電晶體14的源極電壓，等於輸入電壓vin。因此，當上 橋驅動$ 102導通上橋電晶體14日夺，上橋電晶體14的開 極電壓和源極電壓立即相等，將造成上橋電晶體14 一導 通後立即截止。所以習知的電壓轉換器必須在上橋驅動器 102的驅動電壓和上橋電晶體14 @源極之間，即在啟動節 點B〇〇t和切換節點18之間設置-靴帶電容CBoostrap，以提 供上橋電晶體14的閑極和源極之間所需的壓差 5 1337799 如圖1所示，當上橋電晶體14被打開時，其間極電 壓為（VIN+VBoot)’靴帶電容CB_;af^迫上橋電晶體14的 閘極電壓（VIN+VBoot)與源極電壓（VIN)之間有一壓差Vb<^ - ，使上橋電晶體14得以維持導通。然而，當切換成上橋 : 電晶體14截止且下橋電晶體16導通時，切換節點18的 . 電壓因為接地而變成零’儲存在靴帶電容CBoostrap上的電 荷會流失，造成電壓VBoot降低，因而需要對靴帶電容 CB〇()Strap再次充電使其上的電壓VBQQt恢復到原先的準位。 @ 為此，習知的電壓轉換器會設置一顆二極體12速接在靴 帶電容CB()0Strap和電源Vcc之間，以電源vcc對靴帶電容 CB〇〇strap充電並防止電流倒灌。二極體12通常為齊納二極 體，如果將二極體12設置在控制器晶片1〇外，系統設計 便需要額外的元件，因此在設計晶片時通常傾向於將二極 體12設置在控制器晶片10内。此外，如果二極體12是 設置在控制器晶片10内，其造成的壓降VdiQde將比設置在 Φ 晶片外的齊納二極體更大，可能是1伏特或更高，這使得 啟動節點Boot能得到的最大電壓（vcc-vdi0de)變得更低。 圖2繪示另一種習知電壓轉換器的一部份，係以設置 ' 在控制器晶片20内，具有較低導通電壓的電晶體2〇2(例 如MOSFET)取代圖1之二極體12’使啟動接腳B〇〇t上的 電壓最尚可達（VCC-V0N)。電晶體202受同步訊號SYNC 控制，與下橋電晶體24同步戴止或導通。當上橋電晶體 22截止，下橋電晶體24導通時，電晶體202導通，電源 Vcc對靴帶電容cB(K)strap充電。當上橋電晶體22導通，下 6 1337799 橋電阳體24截止時，電晶體202截止，防止電流逆流進 入電源Vcc ’啟動節點Boot上的電壓維持在（VIN+VB〇〇t) 。然而’這種電壓轉換器雖改善了二極體造成的壓降，但 啟動節點B〇〇t與切換節點18間的電壓差固定為Vcc-Von ' 而無法調整’且電晶體202隨下橋電晶體24同步切換， 如此即無法減少切換損耗。 圖3係又一種習知電壓轉換器的一部份，其係在圖2 • 之電壓轉換器中增設一運算放大器（operational amplifier) 做線性調節，以降低切換損耗。電晶體308受同步訊號 SYNC控制’和下橋電晶體36同步導通或截止，但電晶體 308和電源Vcc之間還有一電晶體304，從節點306取得 的迴授電壓經電阻R1和R2分壓後，提供給運算放大器 3〇2 ’運算放大器3〇2再根據參考電壓vREF決定是否導通 電晶體304，如此一來，只有在節點306的電壓過低時電 晶體304才會將電源vcc提供給電晶體308，再經由電晶 • 體308對靴帶電容CB(K)Strap充電，而在電晶體304截止期 間’電晶體308的同步切換便不會造成切換損耗。然而， 由於運算放大器302需要補償，因此必須另外設置電容32 做為補償電路，也使得控制器晶片30增加一支接腳。 【發明内容】 本發明的目的之一，在於提供一種對電壓轉換器的靴 帶電容充電的電路。 根據本發明’一種對電壓轉換器的靴帶電容充電的電 7 1337799 路包括一第一電晶體連接一電源電壓.及一迴授節點，一第 二電晶體連接該迴授節點及該靴帶電容，一比較器從該迴 授節點取得一迴授電壓，在該迴授電壓低於一參考電壓時 導通該第一電晶體，將該電源電壓提供給該第二電晶體， 該第二電晶體與該電壓轉換器的下橋電晶體同步導通和 戴止，藉以對該靴帶電容充電，以提供該電壓轉換器的上 橋電晶體的閘極和源極之間足夠的電壓。 【實施方式】 圖4係本發明的實施例，電晶體406受同步訊號SYNC 控制，與下橋電晶體44同步導通或截止，電晶體404連 接在電源Vcc和電晶體406之間，受訊號CTL控制。在本 實施例中，電晶體404和406係使用金屬氧化物半導體場 效電晶體（MOSFET)，在其他的實施例中，亦可以使用例 如接面場效電晶體(JFET)等開關元件。電晶體404和406 之間的節點電壓V〇d經電阻R1和R2組成的分壓電路分壓 後，提供給比較器402做為迴授電壓VFB，比較器402根 據迴授電壓Vfb是否低於參考電壓Vref ’產生訊號CTL 控制電晶體404。若迴授電壓Vfb尚於參考電壓Vref，電 晶體404截止；若迴授電壓VFB低於參考電壓VREF，訊號 CTL便導通電晶體404，將電源Vcc提供給電晶體406， 再經電晶體406對靴帶電容CB(K)Strap充電。 和圖3之電壓轉換器相比，本發明同樣沒有二極體造 成的過大壓降以及電晶體過度切換造成的切換損耗。然而 1337799 ，由於比較器402不需要補償電路，因此更節省一支接腳 。除此之外，由於運算放大器的反應速度慢，使得線性調 節器補償出來的頻寬小，而比較器的反應快，因此能得到 更大的頻寬。較佳者，使用具有磁滯之比較器以提高系統 穩定度。 圖5繪示圖4之實施例中各訊號的波形，同步訊號 SYNC以固定的頻率在高準位和低準位之間切換，電壓 VDD以虛線表示。參照圖4，當同步訊號SYNC在低準位 時，下橋電晶體44導通，同時電晶體406導通，上橋電 晶體42關閉且其源極經下橋電晶體44接地，節點Boot 的電壓為Vgoot ^ 也等於 V〇D~ νΟΝ。當同步訊號SYNC切換 到高準位時，下橋電晶體44和電晶體406截止，上橋電 晶體42導通，上橋電晶體42的源極電壓為VIN，此時Boot 節點的電位等於VIN+VB(K)t。在同步訊號SYNC從高準位 切換到低準位時，儲存在靴帶電容CB(K)Strap上的電荷會流 失一部份，使得電壓VDD和節點Boot的電壓往下掉，比 較器402偵測到電壓VDD降低，因而產生的訊號CTL便從 高準位切換到低準位，將電晶體404導通。 以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明 之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於 以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是 可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技 術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘 述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均 9 1337799 等來決定。 【圖式簡單說明】 - 圖1係一種習知電壓轉換器的一部份； : 圖2係另一種習知電壓轉換器的一部份 . 圖3係又一種習知電壓轉換器的一部份 圖4係本發明的實施例；以及 圖5繪示圖4之實施例中各訊號的波形 【主要元件符號說明】 10 晶片 102 上橋驅動器 104 12 下橋驅動器 二極體 14 上橋電晶體 • 16 下橋電晶體 20 晶片 202 電晶體 ' 22 上橋電晶體 24 下橋電晶體 ' 30 晶片 302 運算放大器 304 電晶體 306 節點 1337799 電晶體 電容 ❿ 上橋電晶體 下橋電晶體 晶片 比較器 電晶體 電晶體 上橋電晶體 下橋電晶體

Claims (1)

1337799 年月日修(更}正替換頁 9R..a,.^g-l-- 十、申請專利範圍： 1. 一種對電壓轉換器的靴帶電容充電的電路，該電壓轉換 器包括一上橋電晶體及一下橋電晶體，該靴帶電容耦合在 ' 該上橋電晶體的源極和該上橋電晶體的一上橋驅動器的 " 驅動電源之間，該電路包括： ' 一電源端，連接一電源電壓； 一第一電晶體，耦合該電源端及一迴授節點； 一第二電晶體，耦合該靴帶電容及該迴授節點，與該 * 下橋元件同步截止或導通；以及 一比較器，從該迴授節點取得一迴授電壓，在該迴授 電壓低於一參考電壓時，導通該第一電晶體，其中該比較 器操作時不需要補償電路。 2. —種對電壓轉換器的靴帶電容充電的電路，該電壓轉換 器包括一上橋電晶體及一下橋電晶體，該靴帶電容耦合在 該上橋電晶體的源極和該上橋電晶體的一上橋驅動器的 φ 驅動電源之間，該電路包括： 一電源端，連接一電源電壓； : 一第一電晶體，耦合該電源端及一迴授節點； 一第二電晶體，耦合該靴帶電容及該迴授節點，與該 下橋元件同步截止或導通；以及 一比較器，從該迴授節點取得一迴授電壓，在該迴授 電壓低於一參考電壓時，導通該第一電晶體； 其中該比較器係磁滯比較器。 3. 如請求項1之電路，更包括一分壓電路連接該迴授節點 12 1337799 年/]曰 分9^0^轉 ，將該迴授節點的電壓分壓以產生該迴授電壓。 4. 如請求項1之電路，其中該第一及第二電晶體係金屬氧 化物半導體場效電晶體。 5. 如請求項1之電路，其中該第一及第二電晶體係接面場 效電晶體。 幸 13 I337J99 _/：U

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