[發(fā)明專利]寬輸出范圍的同步降壓-升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110442784.X
• 申請日: 2011-12-24
• 公開（公告）號: CN102497102A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 來新泉;葉強(qiáng);張震;邵麗麗;張宇苗
• 申請（專利權(quán)）人: 西安啟芯微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/157
• 分類號: H02M3/157
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及模擬集成電路，特別是一種寬輸出范圍的同步降壓-升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)

在降壓-升壓型DC-DC的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，通常采用肖特基二極管作為續(xù)流功率管。但由于肖特基二極管的正向?qū)▔航递^大，在工作時所產(chǎn)生的損耗也較大，限制了轉(zhuǎn)換器的效率的提高，于是同步整流技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

同步整流技術(shù)采用金屬氧化物MOS管替代肖特基二極管，由于續(xù)流功率MOS管的導(dǎo)通壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于肖特基二極管的正向?qū)▔航担档土死m(xù)流功率管在工作時所產(chǎn)生的損耗，大大提高了轉(zhuǎn)換器的效率。然而續(xù)流功率MOS管無法隨電感兩端電壓的變化自動地導(dǎo)通與截止，故需要一個驅(qū)動電路控制續(xù)流功率MOS管導(dǎo)通與截止以實現(xiàn)整流功能。

圖1顯示了傳統(tǒng)負(fù)壓輸出的同步降壓-升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，傳統(tǒng)續(xù)流功率MOS管的驅(qū)動電路的低電平輸入端B與降壓-升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出Vout相連接，高電平輸入端A連接到零電平，故驅(qū)動電路的電源與地之間的壓差就等于轉(zhuǎn)換器輸出與零電平之間的壓差。然而通常驅(qū)動電路中的器件均采用低壓工藝，為了防止驅(qū)動電路中的器件以及續(xù)流功率MOS管高壓擊穿，輸出電壓必須設(shè)計在一定的范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致輸出電壓的變化范圍即輸出動態(tài)范圍減小，限制了轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有同步降壓-升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的不足，提出了一種寬輸出范圍的同步降壓-升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路，以增大轉(zhuǎn)換器的輸出動態(tài)范圍。

為實現(xiàn)上述目的，包括開關(guān)功率管M1、續(xù)流功率管M2、PMOS驅(qū)動電路、NMOS驅(qū)動電路、儲能電感L和輸出濾波電容Cout；PMOS驅(qū)動電路的輸出連接開關(guān)功率管M1的柵極，該功率管M1的源極接直流電源，儲能電感L跨接于M1的漏極與零電平之間；NMOS驅(qū)動電路的輸出連接到M2的柵極，用于驅(qū)動續(xù)流功率管M2，該續(xù)流功率管M2的漏極與開關(guān)功率管M1的漏極相連，M2的源極為降壓-升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓Vout；輸出電容Cout跨接于輸出電壓Vout與零電平之間；其特征在于：NMOS驅(qū)動電路連接有電平移位電路，用于為NMOS驅(qū)動電路提供電源；

所述電平移位電路，包括誤差放大器EA、基準(zhǔn)電流源I₁和外圍電阻；該基準(zhǔn)電流源I₁一端接直流電源VIN，另一端通過電阻R3、R4連接到輸出電壓Vout；基準(zhǔn)電流源I₁與R3的公共端接到誤差放大器EA的偏置端A，為誤差放大器EA提供電壓偏置；誤差放大器EA的正輸入端VR與電阻R3和R4的公共端相連，輸出端通過電阻R1、R2接到輸出電壓Vout；誤差放大器EA的負(fù)輸入端與電阻R1和R2的公共端相連，構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路。

上述的DC-DC轉(zhuǎn)換電路，其中誤差放大器EA，包括差分輸入級、箝位電路、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和源、漏極之間耐壓值大于12V的高壓PMOS管M3；該差分輸入級設(shè)有兩個輸入端、一個偏置端、一個補(bǔ)償端和一個輸出端；兩個輸入端分別作為誤差放大器EA的正輸入端VR和負(fù)輸入端VF；高壓PMOS管M3的柵極與差分輸入級的輸出端連接，源極與直流電源VIN相連；箝位電路連接在高壓PMOS管M3的源極與柵極之間，用于對M3的柵極進(jìn)行箝位，M3的漏極通過補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接到差分輸入級的補(bǔ)償端，作為誤差放大器的輸出。

上述的DC-DC轉(zhuǎn)換電路，其中差分輸入級，包括源、漏極之間耐壓值大于12V的兩個高壓NMOS管M6、M7，兩個任意極之間耐壓值小于5V的低壓PMOS管M4、M5和低壓NMOS管M8、M9及電流源I₂；該低壓NMOS管M8與M9的源極相連構(gòu)成差分對并連接到電流源I₂，柵極分別作為差分輸入級的兩個輸入端；低壓NMOS管M8的漏極與高壓NMOS管M6的源極相連并作為補(bǔ)償端連接到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；低壓NMOS管M9的漏極與高壓NMOS管M7的源極相連；高壓NMOS管M6與M7的柵極相連作為偏置端；低壓PMOS管M4與M5的柵極相連組成有源電流鏡結(jié)構(gòu)，M4和M5的漏極分別與高壓NMOS管M6和M7的漏極相連；低壓PMOS管M4的漏極作為輸出端連接到高壓PMOS管M3的柵極。

上述的DC-DC轉(zhuǎn)換電路，其中箝位電路，包括三個低壓PMOS管M10、M11和M12，這三個低壓PMOS管串聯(lián)連接在高壓PMOS管M3的源極和柵極之間，它們的柵極分別與各自的漏極相連，構(gòu)成二極管接法，對高壓PMOS管M3的柵極電壓進(jìn)行箝位。