一种适用于电池供压的混合模式升压变换器制造技术

本发明专利技术属于集成电路领域与开关电源技术领域，具体涉及一种适用于电池供压的混合模式升压变换器。本发明专利技术的混合升压变换器结合开关电容电压变换器以及开关电感电压变换器，通过飞电容降低开关节点的电压摆幅以及电感平均电流，从而减小了功率开关管的开关损耗和电感DCR损耗，并同时增大了控制信号的占空比，实现大于2的电压转换比，适用于便携式设备高频下的应用。的应用。的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于电池供压的混合模式升压变换器


[0001]本专利技术属于集成电路领域与开关电源
，具体涉及一种适用于电池供压的混合模式升压变换器。

技术介绍

[0002]升压变换器作为电源管理模块的重要组成部分，有着越来越广泛的应用。随着科学技术的发展和大量低功耗、高性能便携式应用的产生，对于升压变换器的性能要求也越来越高，尤其是高能量转换效率、高电压转换比(Conversion Rate，CR)的升压变换器成为广泛关注的重点。传统的DC
‑
DC升压变换器(Conventional Boost Converter，CBC)的功率管开关应力较大，故而在开关动作时产生较大的开关损耗，因此难以实现高的能量转换效率。另外，由电感直流电阻(Direct Current Resistance，DCR)引起的导通损耗在CBC中尤其显著，特别是在输出电流较大的情况下，电感的DCR损耗成为DC
‑
DC变换器能量损耗的主要部分，使得CBC的能量转换效率大幅降低。该问题在对功耗要求严格的便携式设备中尤其显著，较大的DCR损耗同时造成了散热困难的问题。
[0003]另一方面，在一些需要高的电压转换比的应用中，需要较大的控制信号占空比。但是产生过大的控制信号占空比对于控制信号产生电路来说是个巨大的挑战。由于外围控制电路、驱动电路延时等问题的限制，大的控制信号占空比难以实现，因而限制了电压转换比的进一步提高，同时也限制了CBC在高频下的应用。为了实现在高压差升压以及高频下的应用，需要更高CR的升压变换器，以实现在与CBC相同的电压转换比的情况下降低对控制信号的占空比的要求，从而降低控制电路的复杂程度和设计难度，进而节省芯片的面积成本和人力成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提出一种适用于便携式设备、电池供压的混合升压变换器，该变换器能够减小电感的DCR损耗以及功率开关管的开关损耗，提高能量转换效率，并实现大于2的电压转换比。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种适用于电池供压的混合模式升压变换器，包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2为、第三NMOS管MN3、飞电容C
F
、电感L、第一输出电容C
O
、负载电阻R
O
、运算放大器、PMOS开关管、PMOS调整管、第一电阻R1、第二电阻R2、第一自举电容C
Boot1
、第二自举电容C
Boot2
、电压源V
REF
、二极管、第一驱动模块DRV1、第二驱动模块DRV2、第三驱动模块DRV3、第一电位平移模块LS1、第二电位平移模块LS2、第三电位平移模块LS3、第一PMOS管MSP1、第二PMOS管MSP2、第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6、第七反相器INV7、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一与非门NAND1、第二与非门NAND2、第一延时模块DELAY1、第二延时模块DELAY2、第三延时模块DELAY3和第四延时模块DELAY4；
[0007]其中，第一NMOS管MN1的源极与第二NMOS管MN2的漏极以及飞电容C
F
的一端相连，第一NMOS管MN1的栅极连接第一驱动模块DRV1输出的第一驱动信号TG1，第一NMOS管MN1的漏极为升压变换器输出端，并连接输出电容C
O
与负载电阻R
O
，第一输出电容C
O
和负载电阻R
O
的另一端均接地；第二NMOS管MN2的源极连接至输入电压V
IN
，同时与电感L的一端相连，第二NMOS管MN2的栅极接第二驱动模块DRV2输出的第二驱动信号；第三NMOS管MN3的源极接地，栅极连接第三驱动模块DRV3输出的第三驱动信号，第三NMOS管MN3的漏极连接至电感L的另一端以及飞电容C
F
的另一端；
[0008]运算放大器的反相输入端连接至电压源V
REF
的正极，同相输入端与第一电阻R1、第二电阻R2的一端相连，运算放大器的输出接至PMOS调整管的栅极；PMOS调整管的源极接二极管的负极，其漏极与第一电阻R1的另一端、第二自举电容C
Boot2
的一端以及第二驱动模块DRV2的电源端相连；第二电阻R2的另一端、第二自举电容C
Boot2
的的另一端以及电压源V
REF
的负极均接输入电压V
IN
；
[0009]第一驱动模块DRV1的电源端连接第一自举电容C
Boot1
、地端连接第一NMOS管MN1源极，第一驱动模块DRV1的输入端与第一电位平移模块LS1的输出相连，第一驱动模块DRV1的输出接至第一NMOS管MN1的栅极；
[0010]第二驱动模块DRV2的电源端接第二自举电容C
Boot2
、地端连接至输入电压V
IN
，第二驱动模块DRV2的输入端连接第二电位平移模块LS2的输出，第二驱动模块DRV2的输出接至第二NMOS管MN2的栅极；
[0011]第三驱动模块DRV3的电源端连接至电压V
DR
、地端接地，其中V
DR
为开关管的驱动电压，当V
IN
小于5V时，V
DR
＝V
IN
；当V
IN
大于5V时，V
DR
＝5V；第三驱动模块DRV3的输入端接第二反相器INV2的输出端，第三驱动模块DRV3的输出连接至第三NMOS管MN3的栅极；
[0012]第一电位平移模块LS1的输入电源端连接V
DR
、输入地端接地、输出电源端连接第一驱动模块DRV1的电源端，第一电位平移模块LS1的输出地端连接第一NMOS管MN1源极，第一电位平移模块LS1的输入端接第七反相器INV7的输出端，第一电位平移模块LS1的输出端连接至第一驱动模块DRV1的输入端；
[0013]第二电位平移模块LS2的输入电源端连接V
DR
、输入地端接地、输出电源端连接第二驱动模块DRV1的电源端，第二电位平移模块LS2的输出地端连接输入电压V
IN
，第二电位平移模块LS2的输入端接第二反相器的输出端，第二电位平移模块LS2的输出端连接至第二驱动模块DRV2的输入端；
[0014]第三电位平移模块LS3的输入电源端连接V
DR
、输入地端接地、输出电源端连接第一驱动模块DRV1的电源端，第三电位平移模块LS3的输出地端连接第一NMOS管MN1源极，第三电位平移模块LS3的输入端接第三反相器INV3的输出端，第三电位平移模块LS3的输出端连接至第一PMOS管MSP1的栅极；
[0015]第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于电池供压的混合模式升压变换器，其特征在于，包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2为、第三NMOS管MN3、飞电容C
F
、电感L、第一输出电容C
O
、负载电阻R
O
、运算放大器、PMOS开关管、PMOS调整管、第一电阻R1、第二电阻R2、第一自举电容C
Boot1
、第二自举电容C
Boot2
、电压源V
REF
、二极管、第一驱动模块DRV1、第二驱动模块DRV2、第三驱动模块DRV3、第一电位平移模块LS1、第二电位平移模块LS2、第三电位平移模块LS3、第一PMOS管MSP1、第二PMOS管MSP2、第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6、第七反相器INV7、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一与非门NAND1、第二与非门NAND2、第一延时模块DELAY1、第二延时模块DELAY2、第三延时模块DELAY3和第四延时模块DELAY4；其中，第一NMOS管MN1的源极与第二NMOS管MN2的漏极以及飞电容C
F
的一端相连，第一NMOS管MN1的栅极连接第一驱动模块DRV1输出的第一驱动信号TG1，第一NMOS管MN1的漏极为升压变换器输出端，并连接输出电容C
O
与负载电阻R
O
，第一输出电容C
O
和负载电阻R
O
的另一端均接地；第二NMOS管MN2的源极连接至输入电压V
IN
，同时与电感L的一端相连，第二NMOS管MN2的栅极接第二驱动模块DRV2输出的第二驱动信号；第三NMOS管MN3的源极接地，栅极连接第三驱动模块DRV3输出的第三驱动信号，第三NMOS管MN3的漏极连接至电感L的另一端以及飞电容C
F
的另一端；运算放大器的反相输入端连接至电压源V
REF
的正极，同相输入端与第一电阻R1、第二电阻R2的一端相连，运算放大器的输出接至PMOS调整管的栅极；PMOS调整管的源极接二极管的负极，其漏极与第一电阻R1的另一端、第二自举电容C
Boot2
的一端以及第二驱动模块DRV2的电源端相连；第二电阻R2的另一端、第二自举电容C
Boot2
的的另一端以及电压源V
REF
的负极均接输入电压V
IN
；第一驱动模块DRV1的电源端连接第一自举电容C
Boot1
、地端连接第一NMOS管MN1源极，第一驱动模块DRV1的输入端与第一电位平移模块LS1的输出相连，第一驱动模块DRV1的输出接至第一NMOS管MN1的栅极；第二驱动模块DRV2的电源端接第二自举电容C
Boot2
、地端连接至输入电压V
IN
，第二驱动模块DRV2的输入端连接第二电位平移模块LS2的输出，第二驱动模块DRV2的输出接至第二NMOS管MN2的栅极；第三驱动模块DRV3的电源端连接至电压V
DR
、地端接地，其中V
DR

【专利技术属性】
技术研发人员：甄少伟，赵冰清，熊海亮，谢泽亚，杨芮，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：