降压变换电路制造技术

本发明专利技术提供一种降压变换电路，包括控制电路以及参考电压产生电路，控制电路驱动第一功率管及第二功率管工作，第一功率管及第二功率管向储能元件输出电流，该电路还包括第一电源产生电路、第二电源产生电路及第三电源产生电路，第一电源产生电路接收参考电压信号，并向控制电路输出电压值低于降压变换电路接收的电源电压的电压信号，第二电源产生电路接收参考电压信号，并向第一电平转换电路输出电压信号，第一电平转换电路向第一功率管输出电压值低于电源电压的电压信号，第三电源产生电路接收参考电压信号，并向第二电平转换电路输出电压信号，第二电平转换电路向第二功率管输出电压值低于电源电压的电压信号。本发明专利技术能提高芯片的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
降压变换电路
本专利技术涉及集成电路领域，具体地，是一种用于对直流芯片供电的降压变换电路。
技术介绍
现在的电子设备集成有大量的芯片，这些芯片通常是工作在低压直流电源下。随着集成电路技术的发展，芯片的工作电压也越来越低，极大地降低了芯片的功耗，但这些芯片在高电源电压输入的情况下可靠性会大大降低。降压变换电路(BUCK电路)是一种向低压直流芯片供电的电路，其电源转化效率高，应用愈发广泛，特别在大功耗的芯片应用中，其优点更为突出。降压变换电路的作用是将外部的输入电压转变成芯片能承受的正常工作电压范围，通常是将输入的电压从5伏降低到1.8伏，或者从5伏降低到1.2伏。因此，降压变换电路需要工作在高电压的环境下。例如，在USB设备中，USB电源电压为5伏，而0.18微米以下的CMOS工艺制成的集成电路中，MOSFET的氧化层极薄，通常难以直接承受3.3伏以上的电压，因此，使用上述工艺的电路通常不适宜直接工作在5伏的直流电源之下。又例如，现在电子设备使用的电池的电压通常为4.2伏，也高于0.18微米以下CMOS工艺下的电子器件安全工作电压。因此，电子设备的电源输出端与低压芯片之间通常设置降压变换电路，将输入的电压值较高的电压转换成电压值较低的电压再输出到低压芯片。现有的一种降压变换电路如图1所示，该电路的电源输入端接收输入的电源电压信号Vin，该电路设有控制电路10以及参考电压产生电路11，控制电路10向两个功率管T1、T2输出控制信号，控制功率管T1、T2的导通与关断。参考电压产生电路11用于产生参考电压信号Vref，并将产生的参考电压信号Vref输出至控制电路10。功率管T1、T2的输出端设有作为储能元件的电感L1，电感L1的输出端即为降压变换电路的输出端，其向负载13输出电压信号Vout。为了确保输出的电压信号Vout波形平稳，通常在电感L1的输出端设置电容C1，用于对降压变换电路输出的电压信号进行滤波。降压变换电路的输出端还连接至控制电路10，控制电路10接收反馈电压信号FB，用于控制降压变换电路的输出电压。降压变换电路的工作原理是控制电路10将参考电压信号Vref与输出反馈回来的反馈电压信号FB进行误差放大，并使用PWM、PFM等技术控制输出电压值的大小。其中，功率管T1、T2是降压变换电路的电源开关。功率管T1、T2在控制电路10的控制下导通或关断，将电能从电源输入端转移到输出端，实现将高电压转变为低电压。电压输出过程中，电感L1在功率管T1、T2导通与关断过程中实现能量储存、能量释放以及两者之间的相互切换。然而，现有的降压变换电路中，控制电路10、功率管T1、T2均直接工作在高压环境下。从图1可见，输入的电压信号Vin直接连接至控制电路10、参考电压产生电路11、功率管T1、T2的栅极，即上述器件、模块完全工作在输入的电源电压信号Vin的高电压下。但是，低电压工艺中MOSFET的栅极氧化层的栅源电压Vgs的击穿电压为3.6伏，如果电源电压信号Vin高于或者接近降压变换电路中MOSFET的栅极氧化层的栅源电压Vgs的击穿电压，控制电路10、参考电压产生电路11、功率管T1、T2等的可靠性不能得到保障，特别是控制电路10内部的逻辑电路，在直接工作在电源电压信号Vin下将极容易受到破坏。此外，现有的降压变换电路中，功率管T1、T2的工作安全电压得不到保障。例如，降压变换电路的电源电压信号Vin为5伏，功率管T1、T2的栅极氧化层的栅源电压Vgs安全电压为3.6伏，此时功率管T1、T2的驱动电压的电压范围为0到Vin，即0到5伏。因此，功率管T1、T2的栅极氧化层的栅源电压Vgs电压范围是0<Vgs<Vin，即栅极氧化层的栅源电压Vgs在0到5伏之间。当驱动电压小于2.4伏时，功率管T1或功率管T2的栅极氧化层的栅源电压Vgs将超过安全电压3.6伏，如果功率管T1、T2在大电流、高电压情况下频繁开关，则成为降压变换电路可靠性的最大障碍，因此现有的降压变换电路在高电压输入下，芯片可靠性得不到保障。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种可靠性高且可以工作在高电压下的降压变换电路。为了实现上述的主要目的，本专利技术提供的降压变换电路具有控制电路以及参考电压产生电路，控制电路驱动第一功率管及第二功率管工作，第一功率管及第二功率管向储能元件输出电流，其中，降压变换电路还包括第一电源产生电路、第二电源产生电路以及第三电源产生电路，第一电源产生电路接收参考电压产生电路输出的参考电压信号，并向控制电路输出电压值低于降压变换电路接收的电源电压的电压信号，第二电源产生电路接收参考电压信号，并向第一电平转换电路输出电压信号，第一电平转换电路向第一功率管输出电压值低于电源电压的电压信号，第三电源产生电路接收参考电压信号，并向第二电平转换电路输出电压信号，第二电平转换电路向第二功率管输出电压值低于电源电压的电压信号。由上述方案可见，降压变换电路设置了三个电源产生电路，分别向控制电路以及两个功率管输出电压值低于电源电压信号的电压信号，从而避免控制电路以及两个功率管直接工作在较高的直流电压之下，降压变换电路工作的可靠性较高，从而提高芯片的工作可靠性。并且，由于降压变换电路仍接收电压值较高的电源电压信号，因此降压变换电路仍可以工作在高电压下，满足现有电子设备的工作电压的要求。一个优选的方案是，控制电路具有第一误差放大器，其接收参考电压信号及降压变换电路输出端的反馈电压信号，第一误差放大器向环路比较器输出比较电压信号，环路比较器将比较电压信号与比较参考电压信号比较后，向逻辑电路输出信号，逻辑电路向第一功率管及第二功率管输出控制信号。由此可见，控制电路接收反馈电压信号并与参考电压信号进行比较，并由此向逻辑电路输出信号，对两个功率管的控制更加精确。进一步的方案是，第一电源产生电路为低压差线性稳压电路，低压线性稳压电路具有第二误差放大器，其接收参考电压信号及第一电源产生电路输出端的反馈电压信号，第二误差放大器向环路补偿电路输出信号，环路补偿电路对第三功率管输出的电压信号进行补偿，第一电源产生电路输出的电压信号为补偿后的第三功率管输出的电压信号。可见，通过第二误差放大器将参考电压信号与反馈电压信号进行放大后驱动第三功率管的工作，并通过对第三功率管的输出电压进行补偿，确保输出的电压信号为低压线性的稳定电压，为控制电路提供稳定的低压，确保控制电路工作的可靠性。再进一步的方案是，第二电源产生电路具有第一驱动缓冲电路，其接收参考电压信号及第一驱动缓冲电路的反馈电压信号，第二电源产生电路输出的电压信号为第一驱动缓冲电路输出的电压信号。由此可见，由于向功率管输出的信号是由第一驱动缓冲电路对参考电压信号进行缓冲增强后的信号，通过设定合适的参考电压信号即可以降低输出至功率管的电压信号的电压值，避免功率管工作在高压环境下。附图说明图1是现有的降压变换电路的电原理图。图2是本专利技术降压变换电路实施例的电原理图。图3是本专利技术降压变换电路实施例中控制电路的电原理图。图4是本专利技术降压变换电路实施例中第一电源产生电路的电原理图。图5是本专利技术降压变换电路实施例中第二电源产生电路的电原理图。图6是本专利技术降压变换电路实施例中第三电源产生电路的电原理图。图7是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
降压变换电路，包括：控制电路以及参考电压产生电路，所述控制电路驱动第一功率管及第二功率管工作，所述第一功率管及所述第二功率管向储能元件输出电流；其特征在于：所述降压变换电路还包括：第一电源产生电路，接收所述参考电压产生电路输出的参考电压信号，并向所述控制电路输出电压值低于所述降压变换电路接收的电源电压的电压信号；第二电源产生电路，接收所述参考电压信号，并向第一电平转换电路输出电压信号，所述第一电平转换电路向所述第一功率管输出电压值低于所述电源电压的电压信号；第三电源产生电路，接收所述参考电压信号，并向第二电平转换电路输出电压信号，所述第二电平转换电路向所述第二功率管输出电压值低于所述电源电压的电压信号。

【技术特征摘要】
1.降压变换电路，包括：控制电路以及参考电压产生电路，所述控制电路驱动第一功率管及第二功率管工作，所述第一功率管及所述第二功率管向储能元件输出电流；其特征在于：所述降压变换电路还包括：第一电源产生电路，接收所述参考电压产生电路输出的低于所述降压变换电路接收的电源电压的参考电压信号，并向所述控制电路输出电压值低于所述电源电压的电压信号；第二电源产生电路，接收所述参考电压信号，并向第一电平转换电路输出驱动信号，所述第一电平转换电路向所述第一功率管输出电压值低于所述电源电压的电压信号并驱动所述第一功率管；第三电源产生电路，接收所述参考电压信号，并向第二电平转换电路输出电压信号，所述第二电平转换电路向所述第二功率管输出电压值低于所述电源电压的电压信号。2.根据权利要求1所述的降压变换电路，其特征在于：所述控制电路具有第一误差放大器，其接收所述参考电压信号及所述降压变换电路输出端的反馈电压信号，所述第一误差放大器向环路比较器输出比较电压信号，所述环路比较器将所述比较电压信号与比较参考电压信号比较后，向逻辑电路输出信号，所述逻辑电路向所述第一功率管及所述第二功率管输出控制信号。3.根据权利要求2所述的降压变换电路，其特征在于：所述比较参考电压信号由比较参考电压产生电路生成。4.根据权利要求3所述的降压变换电路，其特征在于：所述比较参考电压产生电路为三角波产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：高铭坤，
申请(专利权)人：卓荣集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81