[發明專利]防止Buck電路上電穿通的高邊管控制信號電位平移改進電路

有效

• 申請號: 202010363956.3
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN113595389B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 鄭辰光
• 申請（專利權）人: 圣邦微電子（北京）股份有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/32
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

一種防止Buck電路上電穿通的高邊管控制信號電位平移改進電路，通過在電位平移節點VA的接地控制NMOS管M2柵端設置基于輸入電壓Vin的耦合電容C1與第一電流源的并聯電路和基于接地端的第一齊納二極管D1與柵端由Buck電路使能信號EN所控制的第九NMOS管的并聯電路，能夠避免電位平移節點VA在Vin快速上升時造成的電壓浮空現象，防止Buck電路上電穿通，從而有利于保護負載器件和保持輸出信號的正常邏輯。

技術領域

本發明涉及Buck降壓電路技術，特別是一種防止Buck電路上電穿通的高邊管控制信號電位平移改進電路，通過在電位平移節點VA的接地控制NMOS管M2柵端設置基于輸入電壓Vin的耦合電容C1與第一電流源的并聯電路和基于接地端的第一齊納二極管D1與柵端由Buck電路使能信號EN所控制的第九NMOS管的并聯電路，能夠避免電位平移節點VA在Vin快速上升時造成的電壓浮空現象，防止Buck電路上電穿通，從而有利于保護負載器件和保持輸出信號的正常邏輯。

背景技術

Buck降壓電路(又稱Buck電路，或簡稱為Buck)在應用中有可能出現上電穿通現象。圖1是現有技術中Buck降壓電路的外接電路結構示意圖。如圖1所示，Buck電路輸入端連接輸入電壓端IN，Buck電路地端接地，Buck電路升壓端BOOT通過外置電容Cbt連接開關節點SW，Buck電路輸出端連接開關節點SW，開關節點SW通過電感L連接輸出電壓端OUT，輸出電壓端OUT通過輸出電容Cout接地。圖1中所述Buck降壓電路為自舉型Buck電路，通過外置電容Cbt將升壓端BOOT的電壓自舉升壓以驅動Buck電路內部的高邊NMOS管的柵端，例如，將BOOT電壓自舉到比輸入電壓Vin更高。但是，在輸入電壓Vin上電的應用中，上電過程中的Buck內部電平可能沒有建立好而導致邏輯混亂，存在上電瞬間Vsw會被拉升到Vin或接近Vin的電平，這種情況稱為上電穿通。即使經過L和Cout組成的LC電路會平抑，但Vout仍會跟隨Vin上升。這導致Vout在上游電源上電瞬間過高，甚至超過負載器件的耐壓值，導致負載器件失效。針對上電穿通現象，需要采用高邊控制信號的電位平移解決方案，如圖2所示。圖2是針對圖1中輸出電壓端OUT在Buck電路上電時可能出現上電穿通(開關節點SW電壓Vsw接近輸入電壓端IN電壓Vin)而采用的高邊NMOS管M1控制信號電位平移電路結構示意圖。圖2中的虛框是電位平移模塊，所述電位平移模塊中的電位平移節點VA向外連接第二反相器INV2的輸入端，INV2的輸出端連接高邊驅動邏輯電路的輸入端，所述高邊驅動邏輯電路的輸出端連接高邊NMOS管M1的柵端，M1的漏端連接輸入電壓端IN，M1的源端連接開關節點SW，所述高邊驅動邏輯電路的電源軌和INV2的電源軌均連接升壓端BOOT，所述高邊驅動邏輯電路的地軌和INV2的地軌均連接所述開關節點SW。所述電位平移節點VA向內分為兩路，第一路分別連接第七PMOS管M7的柵端、第八PMOS管M8的漏端和第六PMOS管M6的源端，第二路連接接地控制NMOS管M2的漏端，M2的源端接地，M2的柵端連接第三反相器INV3的輸出端，INV3的輸入端連接Buck電路使能信號端，INV3的電源軌連接電源電壓端VDD(內部電源或內部偏置電源)，INV3的地軌接地。M7的源端和M8的源端均連接升壓端BOOT，M7的漏端分別連接M8的柵端和第五PMOS管M5的源端，M5的柵端和M6的柵端均連接所述開關節點SW。M5的漏端連接第三NMOS管M3的漏端，M6的漏端連接第四NMOS管M4的漏端，M3的源端和M4的源端均接地，M3的柵端和M4的柵端均連接第一反相器INV1的輸出端，INV1的電源軌連接電源電壓端VDD，INV1的地軌接地，INV1的輸入端連接高邊控制信號ON。如圖2示，在輸入電壓Vin快速上升時，BOOT端和SW端電壓不確定，而內部電源VDD不能及時跟隨Vin上升導致M2處于關斷狀態，這些都是造成VA節點電壓浮空的原因。當SW端被Vin電壓耦合上升后，因外置電容緣故BOOT也會跟隨上升。VA節點寄生電容比M7漏端更多，所以更容易跟隨BOOT上升，因此M7和M8組成的電路很容易鎖住這個狀態，即VA節點電壓為高，M7漏端電壓為低。VA節點為高表示要開啟高邊NMOS管M1，此信號經反相器INV2送到高邊驅動模塊(其電源軌接BOOT電壓，地軌接SW電壓)。此時當被耦合上升的BOOT電壓一旦超過M1的柵源電壓后將開啟M1，如此便將IN端與SW端連接，并加速了SW和BOOT上升，最終導致IN端與SW穿通。本發明人認為，如果將電位平移節點VA向內分為兩路中的第二路接地控制NMOS管M2柵端設置基于輸入電壓Vin的耦合電容與第一電流源的并聯電路和基于接地端的第一齊納二極管D1與柵端由Buck電路使能信號EN所控制的第九NMOS管的并聯電路，則能夠避免電位平移節點VA在Vin快速上升時造成的電壓浮空現象，防止Buck電路上電穿通，從而有利于保護負載器件和保持輸出信號的正常邏輯。有鑒于此，本發明人完成了本發明。