Dc-dc升壓模塊過壓保護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用到DC-DC變換器中，用于產(chǎn)生一個比SW信號高5V的升 壓電壓源BST，以及該電壓的過壓保護(hù)技術(shù)，屬于目前應(yīng)用比較廣泛的N型MOSFET作為功率 管的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，市場對高性能的DC-DC電源管理芯片的需求更 加廣泛，競爭也更加激烈，高性價比的DC-DC芯片成為熱門。出于成本考慮和目前的工藝 水平，在大多數(shù)DC-DC設(shè)計(jì)方案中，開關(guān)管通常采用N型MOSFET高壓功率管。相比于P型 MOSFET功率管，采用N型MOSFET作為功率管的DC-DC，實(shí)現(xiàn)同樣的導(dǎo)通電阻，芯片面積有很 大節(jié)省。
[0003] 對于N型MOSFET功率管的DC-DC，必須要提供一個比SW電壓（上功率管的源端電 壓）高5V左右的柵電壓才能充分保證功率管工作在深度線性區(qū)，因此，設(shè)計(jì)一個升壓模塊 必不可少，升壓源BST等于（SW+5)V。通常SW電壓近似在GND和IN電壓之間切換，BST電 壓也必須隨著SW電壓切換，并且始終保持一個5V左右的升壓。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的是針對N型MOSFET作功率管的DC-DC變換器，提供一個用于驅(qū) 動上功率管的柵電壓的升壓電壓源（升壓模塊）以及保護(hù)該升壓源的過壓保護(hù)電路。本實(shí) 用新型可以廣泛應(yīng)用于N型MOSFET功率管的DC-DC設(shè)計(jì)方案中，電路架構(gòu)簡單，工藝易于 實(shí)現(xiàn)，降低開發(fā)成本，可靠性高。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種DC-DC升壓模塊過壓保護(hù)電路，包括PMOS管M1-M4、M13-M15,NMOS管M5-M12， 電容CUC2、CBST、CeD4，電阻R1-R5,二極管Dl以及比較器CMP;
[0007] PMOS管M14和PMOS管M13的源極接信號輸入端，PMOS管M14和PMOS管M13的柵 極共接于PMOS管M14的漏極和NMOS管Mll的漏極，PMOS管M13的漏極與NMOS管M12的 漏極相連，NMOS管Mll和NMOS管M12的柵極接正電壓，NMOS管Mll的源極與NMOS管M9的 漏極相連，NMOS管M12的源極與NMOS管MlO的漏極相連，NMOS管MlO的柵極接2. 4V基準(zhǔn)， NMOS管M9和NMOS管MlO的源極共接于NMOS管M8的漏極，NMOS管M8和NMOS管M7的柵 極接偏置電壓，NMOS管M8和NMOS管M7的源極接公共地端，NMOS管M7的漏極與NMOS管 M6的源極相連，NMOS管M6的漏極共接于電阻R4的一端和PMOS管M15的柵極，電阻R4的 另一端和PMOS管M15的源極接信號輸入端，PMOS管M15的漏極共接于PMOS管M13的漏極、 NMOS管M12的漏極以及PMOS管M3的柵極，PMOS管M3的源極接信號輸入端，PMOS管M3的 漏極與二極管Dl的正極相連，二極管Dl的負(fù)極共接于PMOS管Ml的源極和PMOS管M2的 源極，PMOS管Ml和PMOS管M2的柵極共接于PMOS管Ml的漏極和電阻Rl的一端，電阻Rl 的另一端與PMOS管M4的柵極相連，PMOS管M4的源極與PMOS管M2的漏極相連，PMOS管 M4的漏極與NMOS管M5的漏極相連，NMOS管M5的柵極接正電壓，NMOS管M5的源極共接于NMOS管M9的柵極和電阻R3的一端，電阻R3的另一端與電阻R2的一端和電阻R5的一端相 連，電阻R2的另一端接公共地端，電阻R5的另一端接比較器CMP的第一輸入端，比較器CMP 的第二和第三輸入端分別接第一參考電壓和第二參考電壓，比較器CMP的輸出端與NMOS管 M6的柵極相連，電容Cbst連接在二極管Dl的負(fù)極和PMOS管M4的柵極之間，并在兩端產(chǎn)生 BST-SW電壓；電容Cra4連接在PMOS管M4的柵極和漏極之間，電容Cl連接在NMOS管M5的 源極和公共地端之間，電容C2連接在比較器CMP的第一輸入端和公共地端之間。
[0008] 本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是：
[0009] 本實(shí)用新型通過外接的片外大電容和LDO結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個可以周期性切換的升壓 電源BST，同時線性采樣BST-SW電壓變化情況，通過一個遲滯比較器和相關(guān)控制電路，可實(shí) 現(xiàn)對BST-SW的過壓保護(hù)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，降低了DC-DC變換器的使用成本，安全可 與巨〇
[0010] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)將在下面【具體實(shí)施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描 述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
[0012] 圖2是SW切換時，CGD4電容耦合效益引起VD4變化示意圖。
[0013] 圖3是增加濾波電容Cl，VD4隨SW變化示意圖。
[0014] 圖4是沒有過壓保護(hù)與有過壓保護(hù)情況下，BST-SW仿真結(jié)果對照圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1為BST電壓及過壓保護(hù)電路原理圖。該電路分為兩部分，其一是BST電壓產(chǎn) 生模塊，等效LDO結(jié)構(gòu)；其二是過壓保護(hù)電路，用于保護(hù)BST-SW，使其不超過最大限制的相 關(guān)控制電路，由圖1中虛線框所示電路和比較器CMP構(gòu)成。本電路的應(yīng)用環(huán)境和負(fù)載有兩 點(diǎn)特殊之處。首先，輸入電壓相對5V屬于高壓輸入，而其他相關(guān)電壓量則工作在低壓狀態(tài)， 因此，整個電路分成了高壓部分和低壓部分，必須通過工藝廠提供的高壓器件（源漏耐壓 超過5V)來實(shí)現(xiàn)高壓和低壓之間的轉(zhuǎn)換。其次，SW為BST所接負(fù)載的相對地電位，DC-DC正 常工作時，SW在IN和GND之間周期性切換。
[0017] BST電壓設(shè)計(jì)思路：BST是一個相對SW始終保持5V升壓的電壓量，在BST和SW之 間串接一個大的片外電容Cbst (IOOnF量級），利用電容電端電壓不能突變這一特性，就可以 造出一個5V的BST-SW電壓差。BST-SW電壓的控制成為本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，對該電壓差進(jìn)行過 壓保護(hù)以及欠壓鎖定是關(guān)鍵。
[0018] 如圖1所示，BST電壓產(chǎn)生模塊可等效為LD0。該LDO的前級運(yùn)放由N輸入的五管 差分對118、]?9、]\110、]\113、]\114構(gòu)成，尾電流管118和輸入對管119、]\110為低壓匪03，負(fù)載管為 高壓P型器件，為實(shí)現(xiàn)高低壓的隔離，NMOS輸入對管M9、M10上面串聯(lián)了高壓N型器件Mll、 M12,