TW200838108A - Low voltage circuit for starting up synchronous step-up DC/DC converter and method thereof - Google Patents

Description

200838108 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種升壓轉換器（DC/DC Converter)之電 壓啓動電路及其方法，尤指一種同步升壓轉換器之低電壓 啓動電路及其方法。 【先前技術】 圖1為一習知之升壓轉換器之啓動電路，其中該啓動電路 P 係使包含一N型功率電晶體之類比IC10共用該升壓轉換器 之系統電壓源vIN，例如一電池的12伏特電壓。當該系統 電壓源VIN在低電壓狀態（例如低於〇·9伏特）而進行啟動， 由於振盪器並沒有受到回授控制，而使得輸出端電壓V⑽τ 會快速增加直至發散為止。 圖2為另一習知之升壓轉換器之低電壓啓動電路，其將輸 出端電壓v0UT回授至包含一Ν型功率電晶體之類比作 為電源電壓，以避免前述之發散問題。由於電感之一端lx 〇 以一齊納二極體（Zenor diode)連接至該升壓轉換器之輸 出端v〇UT，因此即便該系統電壓源Vin只有〇·8伏特，透過 該齊納二極體之導通電壓（約〇1伏特），仍可使該升壓轉 換器之輪出VOUT維持約〇·7伏特的電壓，而足以使該類比 IC20順利起動。然圖2之該習知電路需額外增加一個齊納二 極體，因此造成成本的上升及晶片面積的增加。 此外，上述兩種習知電路均為只利用功率電晶體之 非同步電路，而非雙相位且相位彼此不重疊 U〇n-overlapping)㈣步電路，因此並不符合目前的設 5 200838108 計趨勢。 圖3為一習知之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路。該低 電麼啓動電路30藉由一電感L1連接至一電塵源Vin。該” 功率電晶體32包含-寄生二極體33，其一端連接至該同步 ^轉換器之輸出端V〇UT，且該輪出端ν〇υτ可作為—振蘆 器的電源輸入。就該寄生二極體33而言，若使用較大面積 的Ρ型功率電晶體32，則該寄生二極體33之導通電壓可予 〇 以降低。然而使用較大面積的Ρ型功率電晶體32，卻造成 整體晶片面積的不當增加。為平衡以上兩種因素，通常該 寄生一極體33之導通電壓會控制在〇.3至〇4伏特之間。然 此時電壓源VIN之啟動電壓即必需到達丨至丨丨伏特之間，才 足以使整體電路順利起動。但對許多應用而言，系統電壓 源VIN經常被要求在〇9伏特即需進行啟動，因此該低電壓 啓動電路30亦不符合市場上之需求。 【發明内容】 〇 本發明之電路和其方法係利用同步電路的設計，為有效 解決升壓轉換器在低電壓啓動時的問題。 本發明之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路之一實施例 包含一 P型功率電晶體、一N型功率電晶體和一控制器。該 低電壓啓動電路藉由一電感連接至一電壓源。該ρ型功率 電晶體包含一寄生二極體，#一端連接至一振盛器的電源 輸入。該N型功率電晶體串接至該ρ型功率電晶體。該控制 器電連接至該振盪器，其包含一延遲單元和一邏輯單元， 其中該邏輯單元在初始狀態時啟動該ρ型功率電晶體，而 6 200838108 該延遲單元在初始狀態之一段延遲時間後啟動該N型功率 電晶體且關閉該p型功率電晶體。 本發明之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路之另一實施 例包含一p型功率電晶體、一N型功率電晶體及一控制器。 該同步升壓轉換器之低電壓啓動電路藉由一電感連接至一 電壓源。該p型功率電晶體包含一寄生二極體，其一端連 接至一振盪器的電源輸入。該\型功率電晶體串接至該p型 功率電晶體，其中該P型功率電晶體和該功率電晶體不 同時導通。該控制器電連接至該振盈器，其在初始狀態時 啟動該P型功率電晶體’而在初始狀態之一段延遲時間後 啟動該N型功率電晶體。 本發明之方法包含提供—串接之p型功率電晶體和_ 功率電晶體，其藉由一電感連接至一電壓源，且該p型功 率電晶體之一端連接至一振盪器的電源輸入。其次，輸入 低電壓至該電壓源，藉由該p型功率電晶體而啓動該振 盪器。之後，該振盪器在啓動一段時間後，則關閉該卩型 功率電晶體，且讓該N型功率電晶體正常工作。 【實施方式】 圖4為本發明之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路之一 示意圖。該低電壓啓動電路40包含一 p型功率電晶體U、 朴N型功率電晶體41和—控制器44。該低電壓啓動電路4〇 藉由一電感1^連接至一電壓源Vin。該p型功率電晶體如 含-寄生二極體43,其一端連接至該同步升壓轉換器之輸 出端V0UT，且該輸出端u作為包含該低電壓啓動電路 7 200838108

C 40和-振盪器51之類比IC的電源輸入。就該寄生二極體a 而言’通常選擇在0.3伏特的導通電壓。該n型功率電晶體 41之-端LX串接至該㈣功率電晶體42，另—端接地。該 控制器44之—端電連接至該振靈器5卜其包含—延遲單元 45和-邏輯單元46,其巾該賴單元46在初始狀態時關閉 型功率電晶體41且啟動該p型功率電晶體42，而該延遲 單元45在初始狀態之一段延遲時間後關閉該p型功率電晶 體42，且讓該N型功率電晶體41正常工作。 圖5(a)為本發明之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路之 一實施例，而圖5(b)為圖5(a)之時序圖。圖4之控制器料可 利用一計數器52和複數個數位邏輯閘予以實施。本實施例 之計數H 52係選擇計數值為2’且隨振|器脈波由低電位轉 換至高電位時一併轉換其狀態。在輸入電壓未達振盪器之 啟動電壓時，該振盪器51和該計數器52均輸出低電位，因 此在初始化時會先將該>^型功率電晶體41關閉，再將該p型 功率電晶體42啓動。藉由該p型功率電晶體42之導通，電 壓源VIN可直接提供類比10所需之電源電壓。例如當電壓源 VIN為0.9伏特時，雖經由該P型功率電晶體42之汲源級的壓 降，輸出端V0UT仍可保持〇·75伏特之電壓。對許多類比IC 而a，0·75伏特之電源電壓巳足以令其產生振盪器脈波。 該计數器52連接至該振盪器51，當該振盪器51經啟動而產 生兩個脈波後，該計數器52之輸出Β隨振盪器脈波由低電 位轉換至咼電位。該計數器52之電位狀態轉換將導致先關 閉該Ρ型功率電晶體42,再啓動該Ν型功率電晶體41。值得 8 200838108 注思的疋該電感L1為一健么匕一止 马储月b 7G件，在該計數器52數至2之 前即不斷地儲能，以便確保供應電遷有足夠的能量來使該 振盪器51維持在穩定之運作後才將訊號傳送至輸出端。此 外’電壓源VIN仍在不斷上升，因此即便該p型功率電晶體 42被關閉’藉由該寄生二極體43之導通和扣除其產生之麗 降（約0.3伏特）’輸出端在經過兩個脈波後仍可保持 0.75伏特之電壓，而足以持續維持該振盪器^之運作。

本發明之方法係在輸入一低電壓至該電壓源Vw後，藉由 該P型功率電晶體42而啓動該振盪器51。該振盪器51在啓 動一段時間後，例如振盪器51之一個至四個時脈内，則先 關閉該P型功率電晶體42，再啟動該n型功率電晶體41。該

Pi功率電θθ體42雖已關閉，但藉由該p型功率電晶體μ之 寄生二極體43之導通路徑，該電壓源Vin仍可提供足夠的電 源電壓以使該振盪器51正常運作。而此時電壓源Vin仍不斷 上升’且藉由該電感L1之儲能，因此可使整體類比IC正常 運作。 本發明不需要使用習知技術之齊納二極體。相對地，本 發明利用P型功率電晶體42之寄生二極體43即可達到本發 明之目的，因此本發明可節省成本且降低晶片之使用面 積。此外，本發明利用同步電路的非重疊時脈設計，符合 當今的設計趨勢。 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 9 200838108 之 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1係習知之一電路圖； 圖2係習知之另一電路圖； 圖3係習知之另一電路圖； 圖4係本發明電路之示意圖；

圖5(a)係本發明電路之—實施例；以及 圖5(b)係圖5(a)之時序圖。 【主要元件符號說明】

C 10 類比IC 30 類比IC 32 p型功率電晶體 40 低電壓啓動電路 42 p型功率電晶體 44 控制器 46 邏輯單元 51 振盪器 VlN 電壓源 LX 接點 20 類比IC 31 N型功率電晶體 33 寄生二極體 41 N型功率電晶體 43 寄生二極體 45 延遲單元 50 低電壓啓動電路 52 計數器 V〇ut 輪出端 L1 電感 10

Claims (1)

1. 200838108 十、申請專利範圍： 1· 一種同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其藉由一電感 連接至一電壓源，該低電壓啓動電路包含： 一P型功率電晶體，包含一寄生二極體，該p型功率電 晶體之一端連接至一振盪器的電源輸入； 一 N型功率電晶體，串接至該p型功率電晶體；以及 一控制器，電連接至該振盪器，該控制器包含一延遲 ^ 單元和一邏輯單元，其中該邏輯單元在初始狀態時關閉該 、 N型功率電晶體且啟動該p型功率電晶體，而該延遲單元 在初始狀態之一段延遲時間後關閉該p型功率電晶體且 啟動該N型功率電晶體。 2. 根據請求項丨之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其中 該延遲單元包含一計數器，該計數器連接至該p型功率電 晶體之閘極。 3. 根據請求項2之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其中 ; 該計數器之輸出狀態轉換係隨該振盪器脈波由低電位轉 換至馬電位。 4·根據請求項2之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其中 该計數器在計數至一至四個時脈内則轉換其狀態。 5· —種同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其藉由一電感 連接至一電壓源，該低電壓啓動電路包含·· 一 P型功率電晶體，包含一寄生二極體，該p型功率電 晶體之一端連接至一振盪器的電源輸入； N型功率電晶體，串接至該p型功率電晶體，其中該p 型功率電晶體和該N型功率電晶體不同時導通；以及 1 200838108 控制器’電連接至該振盪器，該控制器在初始狀態 時啟動該P型功率電晶體，而在初始狀態之一段延遲時間 後讓該N型功率電晶體正常運作。 6·根據請求項5之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其中 該控制器包含一計數器，該計數器連接至該p型功率電晶 體之閘極。 7·根據清求項6之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其中 該計數器之輸出狀態轉換係隨振盪器脈波由低電位轉換 至高電位。 8·根據請求項6之同步升壓轉換器之低電壓啓動電路，其中 該計數器在計數至一至四個時脈内則轉換其狀態。 9· 一種同步升壓轉換器之低電壓啓動方法，包含下列步驟·· 提供一串接之P型功率電晶體型功率電晶體，其藉 由一電感連接至一電壓源，且該p型功率電晶體之一端連 接至一振盪器的電源輸入； 輸入一低啓始電壓至該電壓源，且藉由該p型功率電晶 體而啓動該振盪器；以及 該振盪器在啓動一段時間後，關閉該p型功率電晶體， 且讓該N型功率電晶體正常運作。 10·根據請求項9之同步升壓轉換器之低電壓啓動方法，其係 利用一計數器來計算關閉該P型功率電晶體的時間。、 11·根據請求項10之同步升壓轉換器之低電壓啓動方法，其 中該計數器之輸出狀態轉換係隨振盪器脈波由低位 換至高電位。 一 锝 2