Dc-dc升壓模塊及升壓模塊過壓保護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用到DC-DC變換器中，用于產(chǎn)生一個(gè)比SW信號(hào)高5V的升壓電 壓源BST，以及該電壓的過壓保護(hù)技術(shù)，屬于目前應(yīng)用比較廣泛的N型MOSFET作為功率管的 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，市場對(duì)高性能的DC-DC電源管理芯片的需求更 加廣泛，競爭也更加激烈，高性價(jià)比的DC-DC芯片成為熱門。出于成本考慮和目前的工藝 水平，在大多數(shù)DC-DC設(shè)計(jì)方案中，開關(guān)管通常采用N型MOSFET高壓功率管。相比于P型 MOSFET功率管，采用N型MOSFET作為功率管的DC-DC，實(shí)現(xiàn)同樣的導(dǎo)通電阻，芯片面積有很 大節(jié)省。
[0003] 對(duì)于N型MOSFET功率管的DC-DC，必須要提供一個(gè)比SW電壓（上功率管的源端電 壓）高5V左右的柵電壓才能充分保證功率管工作在深度線性區(qū)，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)升壓模塊 必不可少，升壓源BST等于（SW+5)V。通常SW電壓近似在GND和IN電壓之間切換，BST電 壓也必須隨著SW電壓切換，并且始終保持一個(gè)5V左右的升壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)N型MOSFET作功率管的DC-DC變換器，提供一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)上 功率管的柵電壓的升壓電壓源（升壓模塊）以及保護(hù)該升壓源的過壓保護(hù)電路。本發(fā)明可 以廣泛應(yīng)用于N型MOSFET功率管的DC-DC設(shè)計(jì)方案中，電路架構(gòu)簡單，工藝易于實(shí)現(xiàn)，降低 開發(fā)成本，可靠性高。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種DC-DC升壓模塊及升壓模塊過壓保護(hù)電路，包括PM0S管M1-M4、M13-M15, NM0S 管M5-M12,電容Cl、C2、CBST、CeD4，電阻R1-R5,二極管D1以及比較器CMP ;
[0007] PM0S管M14和PM0S管M13的源極接信號(hào)輸入端，PM0S管M14和PM0S管M13的柵 極共接于PM0S管M14的漏極和NM0S管Mil的漏極，PM0S管M13的漏極與NM0S管M12的 漏極相連，NM0S管Mil和NM0S管M12的柵極接正電壓，NM0S管Mil的源極與NM0S管M9的 漏極相連，NM0S管M12的源極與NM0S管M10的漏極相連，NM0S管M10的柵極接2. 4V基準(zhǔn)， NM0S管M9和NM0S管M10的源極共接于NM0S管M8的漏極，NM0S管M8和NM0S管M7的柵 極接偏置電壓，NM0S管M8和NM0S管M7的源極接公共地端，NM0S管M7的漏極與NM0S管 M6的源極相連，NM0S管M6的漏極共接于電阻R4的一端和PM0S管M15的柵極，電阻R4的 另一端和PM0S管M15的源極接信號(hào)輸入端，PM0S管M15的漏極共接于PM0S管M13的漏極、 NM0S管M12的漏極以及PM0S管M3的柵極，PM0S管M3的源極接信號(hào)輸入端，PM0S管M3的 漏極與二極管D1的正極相連，二極管D1的負(fù)極共接于PM0S管Ml的源極和PM0S管M2的 源極，PM0S管Ml和PM0S管M2的柵極共接于PM0S管Ml的漏極和電阻R1的一端，電阻R1 的另一端與PM0S管M4的柵極相連，PM0S管M4的源極與PM0S管M2的漏極相連，PM0S管 M4的漏極與NMOS管M5的漏極相連，NMOS管M5的柵極接正電壓，NMOS管M5的源極共接于 NM0S管M9的柵極和電阻R3的一端，電阻R3的另一端與電阻R2的一端和電阻R5的一端相 連，電阻R2的另一端接公共地端，電阻R5的另一端接比較器CMP的第一輸入端，比較器CMP 的第二和第三輸入端分別接第一參考電壓和第二參考電壓，比較器CMP的輸出端與NMOS管 M6的柵極相連，電容C BST連接在二極管D1的負(fù)極和PM0S管M4的柵極之間，并在兩端產(chǎn)生 BST-SW電壓；電容C?連接在PM0S管M4的柵極和漏極之間，電容C1連接在NMOS管M5的 源極和公共地端之間，電容C2連接在CMP的第一輸入端和公共地端之間。
[0008] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0009] 本發(fā)明通過外接的片外大電容和LD0結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)可以周期性切換的升壓電源 BST，同時(shí)線性采樣BST-SW電壓變化情況，通過一個(gè)遲滯比較器和相關(guān)控制電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì) BST-SW的過壓保護(hù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，降低了DC-DC變換器的使用成本，安全可靠。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將在下面【具體實(shí)施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中 變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的電路原理圖。
[0012] 圖2是SW切換時(shí)，CGD4電容耦合效益引起VD4變化示意圖。
[0013] 圖3是增加濾波電容Cl，VD4隨SW變化示意圖。
[0014] 圖4是沒有過壓保護(hù)與有過壓保護(hù)情況下，BST-SW仿真結(jié)果對(duì)照?qǐng)D。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1為BST電壓及過壓保護(hù)電路原理圖。該電路分為兩部分，其一是BST電壓產(chǎn) 生模塊，等效LD0結(jié)構(gòu)；其二是過壓保護(hù)電路，用于保護(hù)BST-SW，使其不超過最大限制的相 關(guān)控制電路，由圖1中虛線框所示電路和比較器CMP構(gòu)成。本電路的應(yīng)用環(huán)境和負(fù)載有兩 點(diǎn)特殊之處。首先，輸入電壓相對(duì)5V屬于高壓輸入，而其他相關(guān)電壓量則工作在低壓狀態(tài)， 因此，整個(gè)電路分成了高壓部分和低壓部分，必須通過工藝廠提供的高壓器件（源漏耐壓 超過5V)來實(shí)現(xiàn)高壓和低壓之間的轉(zhuǎn)換。其次，SW為BST所接負(fù)載的相對(duì)地電位，DC-DC正 常工作時(shí)，SW在IN和GND之間周期性切換。
[0017] BST電壓設(shè)計(jì)思路：BST是一個(gè)相對(duì)SW始終保持5V升壓的電壓量，在BST和SW之 間串接一個(gè)大的片外電容CBST(100nF量級(jí)），利用電容電端電壓不能突變這一特性，就可以 造出一個(gè)5V的BST-SW電壓差。BST-SW電壓的控制成為本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，對(duì)該電壓差進(jìn)行過 壓保護(hù)以及欠壓鎖定是關(guān)鍵。
[0018] 如圖1所示，BST電壓產(chǎn)生模塊可等效為LD0。該LD0的前級(jí)運(yùn)放由N輸入的五管 差分對(duì)118、]?9、]\110、]\113、]\114構(gòu)成，尾電流管118和輸入對(duì)管119、]\110為低壓匪03，負(fù)載管為 高壓P型器件，為實(shí)現(xiàn)高低壓的隔離，NMOS