[發明專利]具有降壓調節能力的升壓轉換器及其降壓調節方法

無效

• 申請號: 201210008707.8
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN103187874A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 邱子寰;陳健生;李貞慶
• 申請（專利權）人: 立锜科技股份有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明涉及一種升壓轉換器，特別是關于一種升壓轉換器的降壓調節。

背景技術

圖1所示為一種直流對直流升壓轉換器，其包括電感L連接在電壓輸入端Vin及切換節點12之間，作為第一開關的NMOS晶體管N1連接在切換節點12及參考電位端Vss之間，作為第二開關的PMOS晶體管P1連接在切換節點12及電壓輸出端Vout之間，電容C連接在電壓輸出端Vout及參考電位端Vss之間，以及控制器10提供柵極電壓Vn1及Vp1分別控制NMOS晶體管N1及PMOS晶體管P1，而將輸入電壓Vin升壓產生輸出電壓Vout。此外，PMOS晶體管P1的基底與源極連接在一起，以防止其基底二極管(body?diode)導通而產生從電壓輸出端Vout流到電壓輸入端Vin的逆向電流。在大部分的應用中，參考電位端Vss為地端，即Vss＝0V。

在圖1的電路中，若輸入電壓Vin大于想要的輸出電壓Vout超過晶體管的臨界電壓，電容C就會被充電，因此這種轉換器只能用來作升壓調節，不能作降壓調節。此項限制造成這種轉換器不適合應用在以電池供電的裝置。在電池的生命期當中，電池電壓起初大于其供電的裝置需要的電壓，因此需要降壓調節，但在電池耗電造成電池電壓小于裝置需要的電壓以后，則需要升壓調節。在這種應用中，只能使用相對復雜的轉換器，例如降壓轉換器加升壓轉換器，或單端初級電感轉換器(Single-Ended?Primary-Inductor?Converter；SEPIC)，導致元件的成本增加。

為了使用相對簡單的轉換器達成降壓調節及升壓調節，美國專利號7,084,611在圖1的電路中增加PMOS晶體管P2，如圖2所示，其基底與漏極連接PMOS晶體管P1的基底，其源極連接PMOS晶體管P1的源極，受控制器10提供的柵極電壓Vp2控制。圖2的電路在降壓調節時的操作如圖3所示，其中波形14切換節點12的電壓VLX，波形16是輸入電壓Vin，波形18是輸出電壓Vout，波形20是NMOS晶體管N1的柵極電壓Vn1，波形22是PMOS晶體管P1的柵極電壓Vp1，波形24是電感電流IL。參照圖2及圖3，當輸入電壓Vin比想要的輸出電壓Vout還要大時，控制器10對PMOS晶體管P1持續施加大于輸入電壓Vin與PMOS晶體管P1的臨界電壓Vt的壓差的柵極電壓Vp1，如波形22所示，使PMOS晶體管P1維持關閉(off)狀態，再藉切換NMOS晶體管N1，如波形20所示，將輸入電壓Vin降壓產生較小的輸出電壓Vout，如波形16及18所示。

更詳而言之，在降壓模式中，Vp1＝Vp2＝Vin，當NMOS晶體管N1打開(turn?on)時，如時間t1到t2期間，VLX＝Vss＝0V，如波形14所示，電感電流IL以(Vin-Vss)/L的斜率上升，如波形22所示；當NMOS晶體管N1關閉(turn?off)時，如時間t2到t3期間，電壓VLX會上升到使Vp1-VLX＝V1＜Vt，PMOS晶體管P1呈現半開狀態，電感電流IL經PMOS晶體管P1流向電壓輸出端Vout，故電感L釋放能量到電容C，電感電流IL以(Vin-VLX)/L的斜率下降。電感電流IL通過NMOS晶體管N1及PMOS晶體管P1時，會因NMOS晶體管N1及PMOS晶體管P1的導通阻值而產生功率消耗，進而降低轉換器的效率。

發明內容

本發明的目的之一，在于提出一種具有降壓調節能力的升壓轉換器及其降壓調節方法。

本發明的目的之一，在于提出一種降低電感電流變化量的降壓調節方法。

根據本發明，一種升壓轉換器的降壓調節方法包括關閉在電感及參考電位端之間的第一開關，以及切換在該電感及該升壓轉換器的輸出端之間作為第二開關的PMOS晶體管，以將該升壓轉換器的輸入端的輸入電壓轉換為該輸出端的輸出電壓，該輸出電壓小于該輸入電壓。

根據本發明，一種升壓轉換器的降壓調節方法包括打開在電感及參考電位端之間的第一開關并關閉在該電感及該升壓轉換器的輸出端之間作為第二開關的PMOS晶體管以使該電感儲能；接著打開該PMOS晶體管并關閉該第一開關；最后關閉該第一開關及該PMOS晶體管以使該電感放能。