[發明專利]一種PFM同步升壓DC-DC轉換器的關斷和保護電路

有效

• 申請號: 201810671229.6
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108847654B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 陶曉峰;張洪俞;任麗
• 申請（專利權）人: 南京微盟電子有限公司
• 主分類號: H02H7/12
• 分類號: H02H7/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 奚幼堅

一種PFM同步升壓DC?DC轉換器的關斷和保護電路，設置使能真關斷電路和短路保護電路，包括最高電位選擇電路、PMOS管MP襯底電位選擇電路和啟動及短路保護電路，PMOS管MP襯底電位選擇電路根據輸入的邏輯信號V_control，選擇電源轉換端LX和輸出VOUT中高的電位與PMOS管MP襯底相連，實現在使能關斷或輸出短路時，輸入VBAT與輸出VOUT之間真正斷開。啟動及短路保護電路的輸出VOUT短路接地時或啟動狀態小于輸入VBAT時，其輸出控制PMOS管MP的柵極，使PMOS管MP的電流為設定值，當輸出VOUT短路時固定短路電流，實現短路保護，避免損壞同步整流PMOS管MP。

技術領域

本發明涉及電源轉換器，尤其是一種PFM同步升壓DC-DC轉換器的關斷和保護電路。

背景技術

PFM同步升壓式DC-DC轉換器由于具有高效率、瞬態響應好、外圍電路簡單，對外圍電路干擾小等優點在手持式設備和便攜式產品中得到廣泛應用，但同步升壓DC-DC轉換器由于系統環路和集成同步整流PMOS管體寄生正向二極管的特點，使其在使能關斷時輸入與輸出之間還存在通路，輸出電位跟隨輸入電位，無法實現使能真正關斷輸出的功能，使得整個系統在使能關斷時還存在損耗。另外在輸出短路到地時，輸入與地之間的通路阻抗低，形成大電流及易損壞同步整流PMOS管。所以實現真正的使能關斷輸出功能，有效延長電池工作時間，且在輸出短路時實現短路保護功能，提高應用可靠性，是傳統同步升壓DC-DC需要解決的問題。

傳統PFM同步升壓DC-DC轉換器如圖1所示，包括外圍器件電感L、輸入電容CIN、輸出電容CO、反饋電阻RFB1、RFB2及負載電阻R_LOAD，芯片內部包括基準電壓VR、Vb產生電路、使能控制電路EN、振蕩器OSC、誤差比較器EA、控制邏輯電路PFM、同步驅動電路Driver、限流電路Ilimit、功率NMOS管MN、同步整流PMOS管MP和采樣電阻RS；限流電路Ilimit的正輸入端連接功率NMOS管MN的源極并通過采樣電阻RS接地，限流電路Ilimit的負輸入端連接基準電壓Vb，NMOS管MN的漏極連接同步整流PMOS管MP的漏極和電感L的能量轉換端LX，電感L的輸入端連接PFM同步升壓DC-DC轉換器的輸入VBAT并通過輸入電容CIN接地，NMOS管MN的柵極和同步整流PMOS管MP的柵極連接同步驅動電路Driver的輸出，同步整流PMOS管MP的源極作為PFM同步升壓DC-DC轉換器的輸出VOUT連接VDD。

圖1的工作原理：PFM同步升壓DC-DC轉換器的輸出VOUT經反饋電阻RFB1、RFB2分壓后得到采樣電壓FB連接至誤差比較器EA的反向輸入端，誤差比較器EA的同相輸入端連接基準電壓VR，誤差放大器EA的輸出以及振蕩器OSC的輸出和限流電路Ilimit的輸出同時連接至邏輯控制電路PFM，調整控制邏輯電路PFM的輸出頻率，通過頻率改變脈沖的占空比，邏輯控制電路PFM的輸出通過同步驅動電路Driver分別控制功率開關管MN及同步整流管MP的導通關斷，以改變占空比，從而使PFM同步升壓DC-DC轉換器的輸出VOUT達到穩壓。

使能EN接到外部關斷信號時，使能EN電路輸出關斷芯片內部各個模塊工作，同時關斷開關NMOS管MN和同步整流PMOS管MP，但受到功率PMOS管MP漏源之間正向寄生二極管Dio的影響，能量轉換端LX連接此寄生二極管Dio與輸出VOUT之間存在通路，電感L直流特性等效低阻，所以輸入VBAT與輸出VOUT之間存在直通通路，無法關斷，使得輸出VOUT電壓會跟隨輸入VBAT電壓減一個寄生二極管Dio正向導通壓降值，如果此時還有負載存在，會繼續消耗更多輸入VBAT電池能量。另外如果輸出短路，由于上述輸入VBAT與輸出VOUT之間的通路存在，且此通路電阻低，短路大電流流經同步整流PMOS管MP漏源之間正向寄生二極管Dio時，會造成同步整流PMOS管MP永久性損壞。

發明內容