本發(fā)明涉及直流-直流電壓變換電路。

背景技術(shù)：

一般升壓電路如圖1所示，開關(guān)T周期性的導(dǎo)通或關(guān)斷，假設(shè)開關(guān)周期為T_S，其中開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間t_on為DT_S，開關(guān)關(guān)斷時(shí)間t_off為(1-D)T_S，這里0<D<1。則開關(guān)輸出電壓為，

通過調(diào)節(jié)占空比D可以得到所需要的輸出電壓。

當(dāng)開關(guān)信號(hào)或輸入電壓比較低時(shí)，需要采用低閾值的MOS管作為開關(guān)器件，但低閾值的MOS由于柵氧化層厚度與襯底摻雜濃度比較小，使得其耐受電壓低，因此不能獲得高的輸出電壓和升壓變比。為了獲得高的輸出電壓，需要使用耐受電壓高的開關(guān)MOS管，但這樣的器件的柵氧化層厚度與襯底摻雜濃度都比較大，閾值電壓會(huì)增加，使得低輸入電壓時(shí)電路的啟動(dòng)困難。

本發(fā)明提出一種新型的兩級(jí)直流升壓變換電路，可以在低輸入電壓條件下獲得高的輸出電壓與電壓變比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

升壓電路是一種常用的直流電壓變換電路，但是當(dāng)輸出電壓或升壓變比較高時(shí)需要開關(guān)管具有較大的耐受電壓，大的耐受電壓所需的器件結(jié)構(gòu)與摻雜濃度會(huì)引起高的閾值電壓，使得電路的啟動(dòng)困難，為了解決此問題，本發(fā)明提出一種新型的兩級(jí)直流升壓變換電路。

本發(fā)明提出一種高升壓變比直流升壓變換方法，第一級(jí)升壓電路的開關(guān)支路由低閾值MOS晶體管構(gòu)成，同時(shí)該開關(guān)支路的工作受到關(guān)斷信號(hào)控制，當(dāng)輸出電壓低時(shí)該關(guān)斷信號(hào)使得第一級(jí)開關(guān)支路正常工作，當(dāng)輸出電壓高時(shí)該關(guān)斷信號(hào)使得第一級(jí)開關(guān)支路關(guān)斷；輸出電壓與預(yù)設(shè)參考電壓作為差分對柵極的兩個(gè)偏置電壓，當(dāng)輸出電壓改變時(shí)，差分對尾電流源中的電流在兩個(gè)差分對中的電流分配關(guān)系改變，引起晶體管負(fù)載壓降改變，晶體管的漏極所輸出的關(guān)斷信號(hào)電壓隨之變化，引起第一級(jí)開關(guān)支路通斷狀態(tài)的改變；第二級(jí)升壓電路的開關(guān)支路由耐受電壓高的高閾值電壓MOS晶體管構(gòu)成，第二級(jí)升壓電路的開關(guān)支路的控制信號(hào)由電平移位電路產(chǎn)生，開關(guān)控制脈沖連接到電平移位電路輸入端，電平移位電路輸出端連接到第二級(jí)開關(guān)管的控制柵極，當(dāng)輸出電壓在第一級(jí)升壓電路作用下升高時(shí)，電平移位電路的輸出電壓升高，從而可以控制第二級(jí)開關(guān)支路高閾值電壓開關(guān)MOS管的通斷。

本發(fā)明提出一種高升壓變比直流升壓變換電路，所述電路包括第一級(jí)升壓電路110，第二級(jí)升壓電路130，電平移位電路120，關(guān)斷信號(hào)產(chǎn)生電路140。

上述高升壓變比直流升壓變換電路中的第一級(jí)升壓電路，電感L₁一側(cè)與輸入電壓連接，另一側(cè)與開關(guān)支路及二極管D₁的正極連接；開關(guān)支路由兩個(gè)晶體管M₈與M₉級(jí)聯(lián)，其中晶體管M₉的柵極連接開關(guān)控制脈沖信號(hào)，晶體管M₉的漏極與晶體管M₈的源極連接，晶體管M₈的柵極與關(guān)斷電路140輸出的關(guān)斷信號(hào)V_sw1連接，晶體管M₈的漏極與電感L₁和二極管D₁的公共端連接；二極管D₁的負(fù)極與輸出電容C₁和電阻R_L的一個(gè)公共端連接，輸出電容C₁和電阻R_L并聯(lián)，另外一個(gè)公共端接地。

上述高升壓變比直流升壓變換電路中的關(guān)斷電路，包括由晶體管M₄與M₅組成的差分對，M₄與M₅的源極與晶體管M₆的漏極連接，M₆為尾電流源；晶體管M₂與M₃的柵極和漏極短接，M₂與M₃的漏極接輸入電壓V_in，M₄的柵極接輸出電壓V_out，M₇的源極接地，M₇的漏極與負(fù)載電阻R₂連接，M₂的源極與M₇的負(fù)載電阻R₂所連接的公共端的電壓為為輸出的關(guān)斷信號(hào)V_SW1，M₅、M6、M7的柵極電壓分別接偏置電壓V_B1、V_B3、V_B2。

上述高升壓變比直流升壓變換電路的第二級(jí)升壓電路，包括電感L₂，開關(guān)MOS晶體管M₁₀，二極管D₂，電容C₂，電感L₃；電感L₂一側(cè)與輸入電壓連接，另外一側(cè)與開關(guān)MOS晶體管M₁₀的漏極連接，晶體管M₁₀的柵極與120電路中M₁的漏極連接，M₁₀的源極接地；二極管D₂的正極與M₁₀漏極連接，二極管D₂的負(fù)極與電容C₂連接，電感L₃一側(cè)與電容C₂連接，另外一側(cè)連接負(fù)載電阻R_L。

上述高升壓變比直流升壓變換電路包括MOS晶體管M₁與電阻R₁，其中M₁的柵極連接開關(guān)脈沖信號(hào)，電阻R₁一側(cè)與M₁的漏極連接，電阻R₁的另外一側(cè)與升壓電路的輸出端連接。

附圖說明

圖1為升壓電路原理圖

圖2為兩級(jí)升壓變換電路圖

具體實(shí)施方式

圖2為本發(fā)明提出在的高升壓變比的升壓電路圖。其中

(1)110電路為第一級(jí)升壓變換電路，包括M₈,M₉,L₁,D₁,C₁,R_L，其中M₈,M₉為低閾值MOS器件。

(2)120電路為電平移位電路，包括M₁,R₁，M₁為低閾值MOS器件。

(3)140電路為關(guān)斷電路，包括M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇，R₂。

(4)130為第二級(jí)升壓變換電路，包括L₂,D₂,L₃,C₂,M₁₀,R_L，M₁₀為高閾值電壓器件。

140電路中M₄、M₅為差分對電路，M₆為差分對的尾電流源，M₂與M₃為柵漏短接的MOS管作為有源負(fù)載，M₇與R₂為輸出電路。M₂與M₃的漏極接輸入電壓V_in，M₄的柵極接升壓變換電路的輸出電壓V_out，M₅、M₆、M₇的柵極電壓分別接偏置電壓V_B1、V_B3、V_B2，M₂的源極為輸出的關(guān)斷信號(hào)V_SW1。當(dāng)電路啟動(dòng)時(shí)，M₄柵極接第一級(jí)升壓電路的輸出V_out，此時(shí)尾電流源M₆所提供的電流被M₄和M₅分配，分配的比例由V_out和V_B1的大小決定，當(dāng)M₄側(cè)電流較小，M₂的漏源壓降也比較小，所輸出的關(guān)斷信號(hào)V_SW1可以保證第一級(jí)開關(guān)級(jí)聯(lián)管M₈的導(dǎo)通；當(dāng)輸出電壓V_out升高，M₄側(cè)電流增加，M₂的漏源壓降隨之增大，關(guān)斷信號(hào)V_SW1減小，直至第一級(jí)開關(guān)級(jí)聯(lián)管被關(guān)斷。這樣實(shí)現(xiàn)了輸出電壓增大時(shí)第一級(jí)升壓電路的關(guān)斷。

當(dāng)最初輸出電壓V_out不高時(shí)，M₁漏極電壓比較低，M₁₀不能開啟，第2級(jí)升壓電路不能工作；V_out低使得M₄漏極電流比較小，這樣M₂源漏壓降比較小，M₈導(dǎo)通，第一級(jí)升壓變換電路的電感充電回路可以導(dǎo)通，第一級(jí)電路可以正常工作實(shí)現(xiàn)升壓功能；通過改變開關(guān)脈沖的占空比可以改變輸出電壓，當(dāng)輸出電壓V_out升高，通過電平移位電路M₁漏極電位增加，這樣M1漏極所輸出的第二級(jí)開關(guān)脈沖電平升高使得M₁₀可以開啟，第二級(jí)升壓電路開始工作，同時(shí)V_out升高引起M₄側(cè)電流增加，M₂漏源壓降增加，M₈柵極電位降低，M₈被關(guān)斷，這樣第一級(jí)開關(guān)支路被關(guān)斷，減少了功率損失。

以上電路可以使得電路在升壓變比不大或電路啟動(dòng)時(shí)利用第一級(jí)電路工作，在輸出電壓升高后啟動(dòng)第二級(jí)升壓電路工作得到高輸出電壓，利用電平移位電路使得開關(guān)信號(hào)增大，保證了高閾值電壓的M₁₀可以正常穩(wěn)定工作。