一种用于DC-DC变换器的超低电压自启动控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于DC

【技术实现步骤摘要】
一种用于DC
‑
DC变换器的超低电压自启动控制电路


[0001]本专利技术属于电源管理
，涉及一种用于DC
‑
DC变换器的超低电压自启动控制电路。

技术介绍

[0002]在能量收集系统中，DC
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DC变换器经常被用于为后级负载提供稳定的供电电压。然而，由于MOS晶体管阈值电压的限制，当输入电压低于MOS晶体管的阈值电压时，DC
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DC变换器很难实现自启动功能。特别是当DC
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DC变换器的输入范围较宽时，自启动电路必须使用高耐压值的MOS晶体管，其阈值电压会进一步上升，给自启动电路的实现带来更多的困难。
[0003]近年来针对DC
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DC变换器自启动电路主要有两种实现方式：
[0004]1)采用外部预充电储能电容和辅助升压电路，在启动之前先通过外部电容器储能，启动阶段通过辅助升压电路给部分的控制电路供电，完成系统的自启动。然而，这种方式需要额外的外部储能器件，且控制电路只能实现近阈值启动，成本较高。
[0005]2)采用特殊工艺的MOS晶体管来简化启动过程，比如在自启动电路中使用低阈值或零阈值的MOS晶体管，以此降低最低启动电压。但这会带来CMOS工艺的兼容性问题，增加成本。同时，这种结构只适用于低输入电压的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路，该控制电路能够实现稳定输出，且成本较低。
[0007]为达到上述目的，本专利技术所述的用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、自启动电路、模式控制电路、基准电路、PFM控制环路及主功率开关，其中，第一信号输入端与自启动电路的输入端及主功率开关的一端相连接，主功率开关的另一端与PFM控制环路的输入端相连接，PFM控制环路的输出端与主功率开关的控制端相连接，自启动电路与模式控制电相连接，模式控制电路的输出端与PFM控制环路的控制端相连接，自启动电路的输出端与PFM控制环路的输入端及基准电路相连接。
[0008]所述自启动电路包括低压环形振荡器、多相驱动电荷泵、自适应供电电压选择电路，其中，模式控制电路与电压环形振荡器相连接，第一信号输入端与低压环形振荡器的输入端及自适应供电电压选择电路相连接，低压环形振荡器的输出端与多相驱动电荷泵的输入端相连接，多相驱动电荷泵的输出端与自适应供电电源选择电路的输入端相连接，自适应供电电源选择电路的输出端与基础电路、模式控制电路及PFM控制环路相连接。
[0009]所述低压环形振荡器包括或非门及若干第一反相器，其中，第一信号输入端与或非门的电源接口及各第一反相器的电源接口相连接，或非门与各第一反相器依次串联连接，且最后一个第一反相器的输入端与或非门的第一输入端相连接，模式控制电路的输出端与或非门的第二输入端相连接，最后一个第一反相器的输出端与多相驱动电荷泵的输入端相连接。
[0010]所述多相驱动电荷泵包括N个相位，其中，各相位均由五级交叉耦合电荷泵并联而成。
[0011]所述自适应供电电压选择电路包括第二反相器、第一PMOS管、第一二极管、第一迟滞比较器、第二PMOS管、第二二极管、第二反相器、第二二极管、第三二极管、低压差线性稳压器、多路选择器及第二迟滞比较器；
[0012]第一信号输入端与第一PMOS管的漏极、第一迟滞比较器的反相输入端及第一二极管的正极相连接，第二信号输入端与第一迟滞比较器的同相输入端、第二PMOS管的漏极及第二二极管的正极相连接，第一迟滞比较器的输出端与第一PMOS管的栅极相连接，第一迟滞比较器的输出端经第二反相器与第二PMOS管的栅极相连接，第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极、第一二极管的负极、第二二极管的负极、第三二极管的负极、多路选择器的输入端及低压差线性稳压器的输入端相连接，多相驱动电荷泵的输出端与第三二极管的正极及多路选择器的输入端相连接，低压差线性稳压器的输出端与模式控制电路及第二迟滞比较器的同相输入端相连接，第二迟滞比较器的输出端与多路选择器的控制端相连接。
[0013]第一信号输入端经电感与主功率开关相连接。
[0014]还包括电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中，主功率开关与电容的一端、第三电阻的一端及第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端及PFM控制环路相连接，电容的另一端、第二电阻的另一端及第三电阻的另一端均接地。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：
[0016]本专利技术所述的用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路在具体操作时，重新对自驱动电路进行设计，所述自驱动电路包括低压环形振荡器、多相驱动电荷泵及自适应供电电压选择电路，其中，低压环形振荡器及自适应供电电压选择电路可以通过MOS管设计而成，不需要特殊的工艺及设备，因此成本降低，以Boost变换器为例，其包含主功率晶体管的有效面积为3mm2，片外元件仅包括一个4.7μH的电感L和一个4.7μF的电容CL，大尺寸的功率管使得Boost变换器在最高2A的负载电流下也能保证很高的能量转换效率。自启动电路2使得Boost变换器可工作在0.1
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5V的工作电压下，且最低自启动电压为0.4V，在最低0.1V的输入电压下，Boost变换器的输出能够维持在5V，继而实现输出电压的稳定。另外，在工作时，模式控制电路用于切换系统的工作模式，当系统上电时，DC
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DC变换器工作在自启动模式，当DC
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DC变换器的输出电压稳定或者模式控制电路检测到系统的输入电压大于1.2V时，自启动电路将被关断，以节省功耗和确保安全性。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的结构示意图；
[0018]图2为自启动电路2的拓扑图；
[0019]图3为低压环形振荡器的拓扑图；
[0020]图4为反相器的拓扑图；
[0021]图5为多相驱动电荷泵的拓扑图；
[0022]图6为自适应供电电压选择电路的拓扑图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0024]参考图1，本专利技术所述的用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路包括第一信号输入端VIN、第二信号输入端VOUT、自启动电路2、模式控制电路4、基准电路3、信号输入端、PFM控制环路5及主功率开关1，其中，第一信号输入端VIN与自启动电路2的输入端及主功率开关1的一端相连接，主功率开关1的另一端与PFM控制环路5的输入端相连接，PFM控制环路5的输出端与主功率开关1的控制端相连接，自启动电路2与模式控制电路4相连接，模式控制电路4的输出端与PFM控制环路5的控制端相连接，自启动电路2的输出端与PFM控制环路5的输入端及基准电路3相连接。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路，其特征在于，包括第一信号输入端(VIN)、第二信号输入端(VOUT)、自启动电路(2)、模式控制电路(4)、基准电路(3)、PFM控制环路(5)及主功率开关(1)，其中，第一信号输入端(VIN)与自启动电路(2)的输入端及主功率开关(1)的一端相连接，主功率开关(1)的另一端与PFM控制环路(5)的输入端相连接，PFM控制环路(5)的输出端与主功率开关(1)的控制端相连接，自启动电路(2)与模式控制电路(4)相连接，模式控制电路(4)的输出端与PFM控制环路(5)的控制端相连接，自启动电路(2)的输出端与PFM控制环路(5)的输入端及基准电路(3)相连接。2.根据权利要求1所述的用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路，其特征在于，所述自启动电路(2)包括低压环形振荡器、多相驱动电荷泵、自适应供电电压选择电路，其中，模式控制电路(4)与电压环形振荡器相连接，第一信号输入端(VIN)与低压环形振荡器的输入端及自适应供电电压选择电路相连接，低压环形振荡器的输出端与多相驱动电荷泵的输入端相连接，多相驱动电荷泵的输出端与自适应供电电源选择电路的输入端相连接，自适应供电电源选择电路的输出端与基础电路、模式控制电路(4)及PFM控制环路(5)相连接。3.根据权利要求1所述的用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路，其特征在于，所述低压环形振荡器包括或非门(W)及若干第一反相器(Z1)，其中，第一信号输入端(VIN)与或非门(W)的电源接口及各第一反相器(Z1)的电源接口相连接，或非门(W)与各第一反相器(Z1)依次串联连接，且最后一个第一反相器(Z1)的输入端与或非门(W)的第一输入端相连接，模式控制电路(4)的输出端与或非门(W)的第二输入端相连接，最后一个第一反相器(Z1)的输出端与多相驱动电荷泵的输入端相连接。4.根据权利要求1所述的用于DC
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DC变换器的超低电压自启动控制电路，其特征在于，所述多相驱动电荷泵包括N个相位，其中，各相位均由五级交...

【专利技术属性】
技术研发人员：范世全，谢鹰，袁晨曦，白开全，耿莉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：