一种用于DC/DC升压转换器(100)中的高侧NMOS功率晶体管(Mhs)的栅极驱动器(103)包括在输出引脚(P1)和高侧晶体管的栅极之间串联耦合的第一开关(102)和第二开关(104)。第三开关(106)耦合在栅极与高侧晶体管(Mhs)和低侧晶体管(Mls)之间的开关节点(SW)之间，开关节点还耦合到输入引脚(P3)。第四开关(108)和第五开关(110)串联耦合在输出引脚和钳位引脚(P4)之间。第六开关(112)和第七开关(114)串联耦合在输出引脚和接地引脚(P2)之间。第一自举电容器(C1)和第二自举电容器(C2)具有耦合到第一开关和第二开关之间的第一节点(105)的各自的第一端子。第一电容器具有耦合到第四开关与第五开关之间的节点(107)的第二端子；第二电容器具有耦合到第六开关和第七开关之间的节点(109)的第二端子。节点(109)的第二端子。节点(109)的第二端子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有自举高侧驱动器的开关模式DC/DC转换器
[0001]所描述的实施例总体涉及电压转换电路领域。更具体地，并且不作为任何限制，本说明书针对具有自举高侧驱动器的开关模式DC/DC转换器。
技术介绍
[0002]在DC/DC升压转换器的功率级中，可以采用两个N型金属氧化物硅(NMOS)晶体管作为低侧和高侧开关。这种布置可以利用用于高侧开关的自举栅极驱动器。为了产生稳定的自举电压，可能需要大电容器。使用大电容器可能会占用大量面积并引入额外的切换损耗，从而降低转换器效率。改进是期望的。
技术实现思路
[0003]所描述的实施例提供使用堆叠自举电容器的开关模式DC/DC升压转换器，该堆叠自举电容器可以被充电到不同的自举电压。堆叠自举电容器减少了所需的面积并且可以提供将要描述的额外优点。
[0004]在一个方面，公开了一种用于在IC芯片中实现的DC/DC升压转换器中的高侧NMOS功率晶体管的栅极驱动器的实施例。栅极驱动器包括：在用于耦合到输出电压的输出引脚和高侧NMOS功率晶体管的栅极之间与第二开关串联耦合的第一开关；第三开关，其耦合在高侧NMOS功率晶体管的栅极和开关节点之间，开关节点位于高侧NMOS功率晶体管和低侧NMOS功率晶体管之间，并进一步耦合到输入端引脚；在输出引脚和用于耦合到钳位电压的钳位引脚之间与第五开关串联耦合的第四开关；在输出引脚和用于耦合到下轨的接地引脚之间与第七开关串联耦合的第六开关；第一自举电容器，其具有耦合到第一开关和第二开关之间的第一节点的第一端子和耦合到第四开关和第五开关之间的第二节点的第二端子；以及第二自举电容器，其具有耦合到第一节点的第一端子和耦合到第六开关与第七开关之间的第三节点的第二端子。
[0005]在另一方面，描述了在IC芯片中实现的DC/DC升压转换器的实施例。DC/DC升压转换器包括：在用于耦合到输出电压的输出引脚和用于耦合到下轨的接地引脚之间与低侧NMOS功率晶体管串联耦合的高侧N型金属氧化物硅(NMOS)功率晶体管；开关节点，其位于高侧NMOS功率晶体管和低侧NMOS功率晶体管之间，开关节点耦合到输入引脚，输入引脚通过电感耦合到输入电压；第一自举电容器，其具有经耦合以选择性地连接到输出电压和高侧NMOS功率晶体管的栅极中的一个的第一端子和经耦合以选择性地连接到用于耦合到钳位电压的钳位引脚和输出引脚中的一个；以及第二自举电容器，其具有经耦合以选择性地连接到输出引脚和高侧NMOS功率晶体管的栅极中的一个的第一端子和经耦合以选择性地连接到接地引脚和输出引脚中的一个的第二端子。
[0006]在又一方面，描述了操作DC/DC升压转换器的方法的实施例。该方法包括在集成电路(IC)芯片上提供DC/DC升压转换器，DC/DC升压转换器包括堆叠自举电容器；并且耦合IC芯片的输出引脚以提供输出电压，其中输出引脚在第一阶段期间耦合到堆叠自举电容器的
相应第一端子并且在第二阶段期间耦合到堆叠自举电容器的相应第二端子。
附图说明
[0007]通过示例而非限制的方式示出了说明书的实施例，在附图的图中，相似的附图标记指示类似的元件。应当注意的是，本说明书中对“一(an)”或“一个(one)”实施例的不同引用并不一定是指相同的实施例，此类引用可能意味着至少一个。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应认为，无论是否明确描述，都可以结合其他实施例在本领域技术人员的知识范围内实现这种特征、结构或特性。如本文所用，术语“耦合(couple或couples)”旨在表示间接或直接电连接，除非限定为可包括无线连接部的“可通信耦合”。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以是通过直接电连接，或通过经由其他设备和连接的间接电连接。
[0008]图1描绘了在集成电路芯片中实现的开关模式DC/DC升压转换器的示例；
[0009]图2A和图2B描绘了在两个操作阶段期间的图1的开关的位置；
[0010]图3A描绘了随着输出电压的增加，第一和第二自举电容器两端的电压；
[0011]图3B描绘了随着输出电压的增加，Rds
‑
on,hs的图形；
[0012]图4A描绘了根据图9的电路的实施方式在实现高侧NMOS功率晶体管、高侧栅极驱动开关和自举电容器C1时消耗的相对面积；
[0013]图4B描绘了在实现高侧NMOS功率晶体管、高侧栅极驱动开关和自举电容器C1/C2时消耗的相对面积；
[0014]图5描绘了沿图4B的线A
‑
A'的横截面；
[0015]图6描绘了自举电容器C2与自举电容器C1的电容比与堆叠电容器实施方式比单个电容器实施方式小多少倍之间的关系图；
[0016]图7描绘了单个自举电容器实施方式与堆叠自举电容器实施方式的总体升压转换器效率；
[0017]图8描绘了操作DC/DC升压转换器的方法的流程图；以及
[0018]图9描绘了根据现有技术的开关模式DC/DC升压转换器的示例。
具体实施方式
[0019]现在将参考附图详细描述本专利技术的具体实施例。在本专利技术的实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本专利技术的更透彻的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，未详细描述众所周知的特征以避免不必要地使描述复杂化。
[0020]图9中示出了具有高达10V的输出电压Vout的现有技术DC/DC升压转换器900。DC/DC升压转换器900在集成电路(IC)芯片901上实现，该芯片901可以耦合到电感器L的第一端子，其中输入电压Vin耦合到电感器L的第二端子。DC/DC升压转换器900还耦合到输出电压Vout和可以是地平面的下轨。自举电容器C1设置在芯片上，并且在所示的实施例中，用于制造IC芯片901的技术只能处理5V的自举电容器C1两端的电压。因为自举电容器C1的第一端子耦合到可以具有高达10V的值的输出电压Vout，所以钳位电压Vclamp可以耦合到自举电容器C1的第二端子，以限制自举电容器C1两端的电压。因此，在输出电压Vout为10V的情况
下，钳位电压Vclamp为5V。
[0021]DC/DC升压转换器900包含在输出电压Vout和下轨之间与低侧NMOS功率晶体管Mls串联耦合的高侧NMOS功率晶体管Mhs。开关节点SW位于高侧NMOS功率晶体管Mhs和低侧NMOS功率晶体管Mls之间，并且可以耦合到电感器L以接收输入电压Vin。低侧NMOS功率晶体管Mls的控制通常比高侧NMOS功率晶体管Mhs的控制容易，并且被简单地示为驱动器电路920，其耦合到电压Vdd和下轨并且接收激活信号ACTls。
[0022]高侧NMOS功率晶体管Mhs的驱动器电路包括自举电容器Cl和5个开关902
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910。这些开关以其最通用的形式显示，因为开关的确切实施方式与本说明书无关。自举电容器C1的第一端子耦合到开关902，其操作以将该端子耦合到输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在集成电路芯片即IC芯片中实现的DC/DC升压转换器中的高侧N型金属氧化物硅功率晶体管即高侧NMOS功率晶体管的栅极驱动器，所述栅极驱动器包括：第一开关，其在用于耦合到输出电压的输出引脚和所述高侧NMOS功率晶体管的栅极之间与第二开关串联耦合；第三开关，其耦合在所述高侧NMOS功率晶体管的所述栅极和开关节点之间，所述开关节点位于所述高侧NMOS功率晶体管和低侧NMOS功率晶体管之间，并进一步耦合到输入端引脚；第四开关，其在所述输出引脚和用于耦合到钳位电压的钳位引脚之间与第五开关串联耦合；第六开关，其在所述输出引脚和用于耦合到下轨的接地引脚之间与第七开关串联耦合；第一自举电容器，其具有耦合到所述第一开关和所述第二开关之间的第一节点的第一端子和耦合到所述第四开关和所述第五开关之间的第二节点的第二端子；以及第二自举电容器，其具有耦合到所述第一节点的第一端子和耦合到所述第六开关和所述第七开关之间的第三节点的第二端子。2.根据权利要求1所述的栅极驱动器，其中所述第一自举电容器经耦合以提供相应的第一和第二端子两端的第一自举电压，并且所述第二自举电容器经耦合以提供相应的第一和第二端子两端的第二自举电压，所述第二自举电压大于所述第一自举电压。3.根据权利要求2所述的栅极驱动器，其中所述第一自举电容器的所述第二端子形成在所述IC芯片的衬底中。4.根据权利要求3所述的栅极驱动器，其中所述第二自举电容器覆盖所述第一自举电容器上，并且具有与所述第一自举电容器相同的面积。5.根据权利要求1所述的栅极驱动器，其中所述第一开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第七开关在第一阶段期间被耦合为闭合，并且所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关在第二阶段期间被耦合为闭合。6.一种在集成电路芯片即IC芯片中实现的DC/DC升压转换器，所述DC/DC升压转换器包括：高侧N型金属氧化物硅功率晶体管即高侧NMOS功率晶体管，其在用于耦合到输出电压的输出引脚和用于耦合到下轨的接地引脚之间与低侧NMOS功率晶体管串联耦合；开关节点，其位于所述高侧NMOS功率晶体管和所述低侧NMOS功率晶体管之间，所述开关节点耦合到用于通过电感器耦合到输入电压的输入引脚；第一自举电容器，其具有经耦合以选择性地连接到输出电压和所述高侧NMOS功率晶体管的栅极中的一个的第一端子和经耦合以选择性地连接到所述输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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