一种升压型ＤＣ－ＤＣ转换器及方法技术

本发明专利技术涉及电学领域，为了解决现有技术中转换器尺寸过大、启动时间长的问题，提供了一种升压型ＤＣ－ＤＣ转换器及方法，其中装置包括时钟变换单元在启动阶段驱动功率开关单元；多路电源驱动单元检测ＶＯＵＴ是否到达第一预定值，如果达到则选择并输出所述ＶＯＵＴ作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出ＶＩＮ作为功率开关单元的电源电压；电路控制单元，用于判断所述ＶＯＵＴ是否到达第二预定值，如果到达所述第二预定值则关断所述时钟变换单元，由所述电路控制单元驱动所述功率开关单元继续提升并维持所述ＶＯＵＴ到第三预定值。本发明专利技术实施例的有益效果在于能够减小ＤＣ－ＤＣ转换器电路尺寸的大小，缩短低输入电压下的启动时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电学领域，特别涉及一种升压型DC-DC转换器及方法。
技术介绍
随着节能环保的理念的深入人心，对太阳能光伏电池的使用渐渐的得到社会普遍 的认可。但是将微弱的太阳能光伏电池(0.3 0.5V)直接提供给现在的便携式产品是不 可行的，所以升压(Boost)型直流到直流(DC-DC)转换器的使用将不可避免。如图1所示为一种现有技术中的Boost型DC-DC转换器结构框图。在启动阶段，振 荡器(OSC)输出的时钟信号经过驱动器I(BUFl)后直接驱动功率器件NM0S1，达到启动和提 升输出电压VOUT的目的。但是低电压供电设备，例如太阳能光伏电池(0.3 0.5V)作为 电源VIN时，VIN电平幅度不足以驱动功率器件NMOSl (通常阈值电压在0. 7 0. 9V)。这 样的话，启动初始阶段输入电源VIN流过电感(L)和二极管(D)的电流，最终使Vout略低 于VIN，因为Vout小于晶体管阈值电压VTH，此时升压型DC-DC转换电路无法实现充电-放 电的开关动作，Vout无法提升，导致启动失败。因此图1的Boost型DC-DC转换器无法满 足低电压启动的需求。即使串联2 3个太阳能光伏电池，使得输出电压达到IV左右，图1也有其不足 点启动速度慢。因为在通常情况下，因为功率器件NM0S1仅仅在启动阶段使用，为了减小 版图面积的消耗功率器件NM0S1的宽/长(W/L)比相对于NM0S2来说小很多。小的W/L 功率器件的导通电阻在启动的时候消耗了大部分的能量，导致了传递给输出电容的能量变 小，这样就需要经过更多的周期为输出电容传送能量，进而启动速度变慢。而且电路中同时 使用两个功率器件，也占据了相当一部分面积，制造成本比较高。在美国专利US6351073B1中公开了一种升压转换器，如图2所示，这是一个自供电 的DC-DC开关电源升压转换电路。电路包括一个电感器24，一个二极管30，一个开关26，一 个输出电容32，一个控制电路36，该控制电路36主要负责升压转换器系统控制。一个外部 的IGNITER模块38，用于在有限的时间内给控制电路36提供电源，达到启动VOUT的目的。 当IGNITER电路38为控制电路36提供电源的同时，VOUT也不断上升，IGNITER电路38停 止后控制电路36由VOUT提供电源，继续提升VOUT电压，直到VOUT达到额定值，升压转换 系统启动完成。此时，系统可以工作在单电池电压下或者0. 3V的直流低电源下。在上述现有技术中，启动装置是一个升压转换器之外的IGNITER电路。将图中的 28点位置和IGNITER电路36直接连接起来，当VOUT上升的过程中会发生VOUT给IGNITER 电路36漏电的可能，而且如果VOUT电压超过IGNITER电路36的最高工作电压的话，那么 对于IGNITER电路36来说存在风险。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种升压型DC-DC转换器及方法，用于解决现有技术中转换器 需要多个大功率开关所导致的选择输入电源电压VIN还是输出电压VOUT作为电源电压的问题，进而解决转换器尺寸过大造成的能耗较高的问题，同时解决低压启动时，启动时间过 缓的问题。本专利技术实施例提出了一种升压型DC-DC转换器，包括时钟变换单元，用于在所述升压型DC-DC转换器启动阶段直接驱动以多路电源驱 动单元的输出为电源的功率开关单元；所述多路电源驱动单元，用于检测所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT是否 到达第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开 关单元的电源电压，否则选择并输出输入电压VIN作为功率开关单元的电源电压；电路控制单元，用于判断所述输出电压VOUT是否到达第二预定值，如果到达所述 第二预定值则关断所述时钟变换单元，由所述电路控制单元驱动所述功率开关单元的导通 或关断，继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值；所述功率开关单元，用于接收上述驱动信号，并控制功率开关的导通和关断，输出 和维持所述输出电压V0UT。根据本专利技术实施例所述的转换器的一个进一步的方面，所述时钟变换单元包括 时钟发生模块，用于根据所述输入电源电压VIN生成时钟脉冲；电平移位模块，用于将所述 时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元的电源电压的电平。根据本专利技术实施例所述的转换器的再一个进一步的方面，所述多路电源驱动单元 还包括电压检测模块，第一 PMOS开关模块，第二 PMOS开关模块；所述电压检测模块，用 于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压V0UT，根据所述输出电压VOUT与第一预定值 的关系，分别控制所述第一 PMOS开关模块和第二 PMOS开关模块的导通或者关断；所述第 一 PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的 控制导通或者关断，漏极连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN; 所述第二 PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输出电压V0UT，栅极接受所述电压检测模 块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压V0UT。根据本专利技术实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述多路电源驱动单元 还包括电压检测模块，第一 PMOS开关模块，第二 PMOS开关模块；所述电压检测模块，用 于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压V0UT，根据所述输出电压VOUT与第一预定值 的关系，分别控制所述第一 PMOS开关模块和第二 PMOS开关模块的导通或者关断；所述第 一 PMOS开关模块的源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导 通或者关断，漏极和衬底连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN; 所述第二 PMOS开关模块衬底和源极连接所述输出电压V0UT，栅极接受所述电压检测模块 的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压V0UT。根据本专利技术实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，还包括升压单元，用于 提升输入电源电压VIN到所述多路电源驱动单元的输入。根据本专利技术实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述升压单元输出控制 电压VCP2和被提升后的输入电源电压VCP1。根据本专利技术实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述第一 PMOS开关模 块的源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏 极和衬底连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN ；所述第二 PMOS开关模块衬底和源极连接所述输出电压V0UT，栅极接受所述电压 检测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压 VOUTo根据本专利技术实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述多路电源驱动单元 包括第一 PMOS开关模块、第二 PMOS开关模块和NMOS晶体管；所述第一 PMOS开关模块的漏 极连接所述多路电源驱动单元的输出端，衬底和源极连接所述NMOS晶体管的漏极；所述第 二 PMOS开关模块的漏极连接所述输出电压V0UT，衬底和源极连接所述多路电源驱动单元 的输出端；所述NMOS晶体管的源极与所述被提升后的输入电源电压VCPl相连接，栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升压型ＤＣ－ＤＣ转换器，其特征在于包括：时钟变换单元，用于在所述升压型ＤＣ－ＤＣ转换器启动阶段直接驱动以多路电源驱动单元的输出为电源的功率开关单元；所述多路电源驱动单元，用于检测所述升压型ＤＣ－ＤＣ转换器的输出电压ＶＯＵＴ是否到达第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压ＶＯＵＴ作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电压ＶＩＮ作为功率开关单元的电源电压；电路控制单元，用于判断所述输出电压ＶＯＵＴ是否到达第二预定值，如果到达所述第二预定值则关断所述时钟变换单元，由所述电路控制单元驱动所述功率开关单元的导通或关断，继续提升并维持所述输出电压ＶＯＵＴ到第三预定值；所述功率开关单元，用于接收上述驱动信号，并控制功率开关的导通和关断，输出和维持所述输出电压ＶＯＵＴ。

【技术特征摘要】
1. 一种升压型DC-DC转换器，其特征在于包括时钟变换单元，用于在所述升压型DC-DC转换器启动阶段直接驱动以多路电源驱动单 元的输出为电源的功率开关单元；所述多路电源驱动单元，用于检测所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT是否到达 第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单 元的电源电压，否则选择并输出输入电压VIN作为功率开关单元的电源电压；电路控制单元，用于判断所述输出电压VOUT是否到达第二预定值，如果到达所述第二 预定值则关断所述时钟变换单元，由所述电路控制单元驱动所述功率开关单元的导通或关 断，继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值；所述功率开关单元，用于接收上述驱动信号，并控制功率开关的导通和关断，输出和维 持所述输出电压V0UT。2.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述时钟变换单元包括时钟发生模块，用于根据所述输入电源电压VIN生成时钟脉冲；电平移位模块，用于将所述时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元的电源电压的电平。3.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述多路电源驱动单元还包括电压检 测模块，第一 PMOS开关模块，第二 PMOS开关模块；所述电压检测模块，用于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压V0UT，根据所述输 出电压VOUT与第一预定值的关系，分别控制所述第一 PMOS开关模块和第二 PMOS开关模块 的导通或者关断；所述第一 PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压 检测模块的控制导通或者关断，漏极连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电 源电压VIN ；所述第二 PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输出电压V0UT，栅极接受所述电压检 测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压 VOUTo4.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述多路电源驱动单元还包括电压检 测模块，第一 PMOS开关模块，第二 PMOS开关模块；所述电压检测模块，用于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压V0UT，根据所述输 出电压VOUT与第一预定值的关系，分别控制所述第一 PMOS开关模块和第二 PMOS开关模块 的导通或者关断；所述第一 PMOS开关模块的源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模 块的控制导通或者关断，漏极和衬底连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电 源电压VIN;所述第二 PMOS开关模块衬底和源极连接所述输出电压V0UT，栅极接受所述电压检 测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压 VOUTo5.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，还包括升压单元，用于提升输入电源电 压VIN到所述多路电源驱动单元的输入。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鹏程，
申请(专利权)人：瑞萨电子中国有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]