專利名稱：電平移動(dòng)電路及相關(guān)開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電平移動(dòng)電路，以及一種包括自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器，其中自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器具有高輸入電源電壓和低控制電源電壓，并使用比輸入電源電壓更高的驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)輸出晶體管進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。
背景技術(shù)：
圖3中示出了常規(guī)開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器的配置示例。圖3所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器包括自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且由PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1、電平移動(dòng)電路2’、自舉開(kāi)關(guān)電路3、平滑電路4和延遲電路5a和5b構(gòu)成。這里，輸入電源電壓VIN比控制電源電壓VDD高，并假設(shè)輸入電源電壓VIN是+25V，控制電源電壓VDD是+5V。
PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1根據(jù)輸出電壓V0，產(chǎn)生PWM信號(hào)，并向延遲電路5a和5b饋送PWM信號(hào)。延遲電路5a將從PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1輸出的PWM信號(hào)延遲，并將得到的信號(hào)作為PWM信號(hào)P1，向電平移動(dòng)電路2’饋送。延遲電路5b將從PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1輸出的PWM信號(hào)延遲，并將得到的信號(hào)作為控制脈沖信號(hào)P2，向自舉開(kāi)關(guān)電路3饋送。向PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1以及延遲電路5a和5b施加的電源電壓是控制電源電壓VDD相比于PWM信號(hào)P1，控制脈沖信號(hào)P2上升早了預(yù)定時(shí)間段，而下降晚了預(yù)定時(shí)間段。
電平移動(dòng)電路2’將PWM信號(hào)P1轉(zhuǎn)換為高電壓控制脈沖信號(hào)PH，將其饋送到自舉開(kāi)關(guān)電路3。
在自舉開(kāi)關(guān)電路3中，驅(qū)動(dòng)器電路Dr1根據(jù)高電壓控制脈沖信號(hào)PH，使NMOS晶體管Tr1導(dǎo)通和截止；另一方面，反相器電路3a將控制脈沖信號(hào)P2反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)器電路Dr2根據(jù)反轉(zhuǎn)信號(hào)，使NMOS晶體管Tr2導(dǎo)通和截止。
當(dāng)NMOS晶體管Tr1截止，NMOS晶體管Tr2導(dǎo)通時(shí)，充電電流經(jīng)過(guò)施加有控制電源電壓VDD的端子7，通過(guò)肖特基(Schottky)二極管SD1，流入電容器C1，從而使電容器C1兩端的電壓變?yōu)榇蠹s+5V。然后，NMOS晶體管Tr1和Tr2都暫時(shí)保持截止，接著，當(dāng)NMOS晶體管Tr1導(dǎo)通，NMOS晶體管Tr2截止時(shí)，電容器C1與NMOS晶體管Tr1之間的節(jié)點(diǎn)電壓變?yōu)?25V，電容器C1與肖特基二極管SD1之間的節(jié)點(diǎn)電壓BOOT變?yōu)榇蠹s+30V。然后，NMOS晶體管Tr1和Tr2都暫時(shí)保持截止，接著，NMOS晶體管Tr1再次截止，NMOS晶體管Tr2再次導(dǎo)通。
在電容器C1與肖特基二極管SD1之間的節(jié)點(diǎn)和NMOS晶體管Tr1和Tr2之間的節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生的電壓作為電源電壓，饋送到設(shè)置在電平移動(dòng)電路2’之后的電路級(jí)中的電路。
平滑電路4是由電感器L1和電容器C2組成的平滑濾波器。平滑電路4平滑并輸出NMOS晶體管Tr1和Tr2之間的節(jié)點(diǎn)電壓，作為輸出電壓V0。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器具有兩種工作模式，即，輸出電流從開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器流向負(fù)載的模式(正向模式)和輸出電流從負(fù)載流向開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器的模式(逆向模式)。在圖3所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器中，當(dāng)NMOS晶體管Tr1和Tr2都截止時(shí)，在正向模式中，電流流過(guò)NMOS晶體管Tr2的體二極管(bodydiode)；在逆向模式中，電流流過(guò)NMOS晶體管Tr1的體二極管。因此，在電平轉(zhuǎn)移電路2’中的相關(guān)點(diǎn)觀察到的電壓波形如圖4的時(shí)序圖所示。圖4中的符號(hào)Vn代表由柵極接收PWM信號(hào)P1的NMOS晶體管Q0與電阻器R1之間的節(jié)點(diǎn)n上的電壓。
當(dāng)PWM信號(hào)P1為低時(shí)，NMOS晶體管Q0截止，從而電壓Vn等于電壓BOOT。當(dāng)PWM信號(hào)P1為高時(shí)，NMOS晶體管Q0導(dǎo)通，從而電壓Vn等于電壓SW。
專利文獻(xiàn)1JP-A-2002-315311專利文獻(xiàn)2JP-A-2003-235251發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題
但是，不便利的是，圖3所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器具有如下缺點(diǎn)。在輸入端位于節(jié)點(diǎn)n、并由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器中，如圖4所示，這些晶體管的柵極-源極寄生電容PC使電壓Vn的波形在上升和下降沿處變鈍。
因此，在逆向模式中，在電壓Vn的波形較鈍的時(shí)間段T1和T2期間，可能錯(cuò)誤地將由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器的輸出反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致誤動(dòng)作發(fā)生。具體地，在時(shí)間段T1期間，電壓BOOT與Vn之差可能變得較大，從而使由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器的輸出變高，另外，在時(shí)間段T2期間，電壓SW與Vn之差可能變得較大，從而使由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器的輸出變低。此外，在時(shí)間段T1期間，PMOS晶體管Q1可能出現(xiàn)柵極與源極之間的耐壓失效，從而可靠性降低。例如，在一些情況下，這些缺點(diǎn)特別突出為使開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器能夠處理更大的電流，使PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2更大，結(jié)果寄生電容PC相應(yīng)地更大；為降低功耗，給予電容器R1更高的電阻，結(jié)果歸因于寄生電容PC和電阻器R1的時(shí)間常數(shù)相應(yīng)地更大；以及PWM信號(hào)P1的導(dǎo)通時(shí)間段(on-period)較短。
考慮到上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種誤動(dòng)作可能性降低的電平移動(dòng)電路，并提供一種相關(guān)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器。
用于解決問(wèn)題的措施為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的電平移動(dòng)電路接收第一脈沖信號(hào)，根據(jù)第一脈沖信號(hào)，產(chǎn)生第二脈沖信號(hào)，第二脈沖信號(hào)的高電平比第一脈沖信號(hào)的高電平高，所述電平移動(dòng)電路具有高電壓側(cè)電源電壓供給線；低電壓側(cè)電源電壓供給線；反相器電路，以高電壓側(cè)電源電壓供給線與低電壓側(cè)電源電壓供給線之間的電壓，作為其電源電壓而工作；第一二極管，具有與反相器電路的輸入端相連的陽(yáng)極，以及與高電壓側(cè)電源電壓供給線相連的陰極；以及第二二極管，具有與反相器電路的輸入端相連的陰極，以及與低電壓側(cè)電源電壓供給線相連的陽(yáng)極。
采用上述配置，當(dāng)根據(jù)第一脈沖信號(hào)，輸入端的電勢(shì)實(shí)質(zhì)上等于高電壓側(cè)電源電壓供給線電勢(shì)時(shí)，即使在高電壓側(cè)電源電壓供給線電勢(shì)中出現(xiàn)上升沿或下降沿，第一二極管也防止了高電壓側(cè)電源電壓供給線電勢(shì)與輸入端的電勢(shì)之差變得與第一二極管的正向電壓相等或更大。這防止了輸入端電勢(shì)的波形變鈍。另一方面，當(dāng)根據(jù)第一脈沖信號(hào)，輸入端的電勢(shì)實(shí)質(zhì)上等于低電壓側(cè)電源電壓供給線電勢(shì)時(shí)，高電壓側(cè)電源電壓供給線電勢(shì)與輸入端的電勢(shì)之差保持與第二二極管的正向電壓相等。這防止了輸入端電勢(shì)的波形變鈍。因此，可以降低由于輸入端電勢(shì)的波形變鈍而錯(cuò)誤地反轉(zhuǎn)反相器的輸出，從而引起的誤動(dòng)作的可能性。
MOS晶體管的體二極管具有較小的橫截面積，從而具有較低的寄生電容。因此，通過(guò)使用MOS晶體管的體二極管作為第一和第二二極管，可以增強(qiáng)防止上述反相器電路中的輸入端電壓的波形變鈍的效果。因此，優(yōu)選地使用MOS晶體管的體二極管作為第一和第二二極管。
上述電平移動(dòng)電路可以應(yīng)用于包括自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一種誤動(dòng)作可能性降低的電平移動(dòng)電路，并提供一種相關(guān)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器的配置示例的圖；圖2是在圖1所示開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器所含的電平移動(dòng)電路中的相關(guān)點(diǎn)觀察的電壓波形的時(shí)序圖；圖3是示出常規(guī)開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器的配置示例的圖；以及圖4是在圖3所示開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器所含的電平移動(dòng)電路中的相關(guān)點(diǎn)觀察的電壓波形的時(shí)序圖。
參考符號(hào)列表1PWM信號(hào)產(chǎn)生電路
2電平移動(dòng)電路3自舉開(kāi)關(guān)電路4平滑電路6同時(shí)導(dǎo)通防止電路Q5，Q6 NMOS晶體管具體實(shí)施方式
以下，將參考附圖，描述本發(fā)明實(shí)施例。圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器的配置示例。在圖1中，用相同的參考數(shù)字標(biāo)識(shí)也包含在圖3中的部分。圖1所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器包括自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器，由PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1、電平移動(dòng)電路2、自舉開(kāi)關(guān)電路3、平滑電路4和同時(shí)導(dǎo)通防止電路6構(gòu)成。
在圖1所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器中，除了電平移動(dòng)電路2和同時(shí)導(dǎo)通防止電路6之外，其它電路配置與前述作為常規(guī)示例的圖3所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器的配置相同，所以，不再重復(fù)其描述。在以下描述中，將描述作為本發(fā)明的特征的電平移動(dòng)電路2和同時(shí)導(dǎo)通防止電路6。同時(shí)導(dǎo)通防止電路6包括反相器電路6a、與門6b和或門6c。反相器電路6a接收驅(qū)動(dòng)器電路Dr2的輸出LG。即，反相器電路6a的輸入端子與驅(qū)動(dòng)器電路Dr2的輸出端子和NMOS晶體管Tr2的柵極之間的節(jié)點(diǎn)相連。反相器電路6a的輸出端子和與門6b的第二輸入端子相連。與門6b和或門6c在其各自的第一輸入端子上接收從PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1輸出的PWM信號(hào)P1。即，與門6b和或門6c的第一輸入端子與PWM信號(hào)產(chǎn)生電路1的輸出端相連?；蜷T6c在其第二輸入端子上接收驅(qū)動(dòng)器電路Dr1的輸出HG。即，或門6c的第二輸入端子與驅(qū)動(dòng)器電路Dr1的輸出端子和NMOS晶體管Tr1的柵極之間的節(jié)點(diǎn)相連。與門6b的輸出端子與電平移動(dòng)電路2中所包括的NMOS晶體管Q0的柵極相連，或門6c的輸出端子與自舉開(kāi)關(guān)電路3中所包括的反相器電路3a的輸入端子相連。
如上配置的同時(shí)導(dǎo)通防止電路6向電平移動(dòng)電路2中所包括的NMOS晶體管Q0的柵極輸出PWM信號(hào)P1，并向自舉開(kāi)關(guān)電路3中所包括的反相器電路3a的輸入端子輸出控制脈沖信號(hào)P2。這里，控制脈沖信號(hào)P2是相比于PWM信號(hào)P1，上升早了預(yù)定時(shí)間段，而下降晚了預(yù)定時(shí)間段的信號(hào)。
電平移動(dòng)電路2包括NMOS晶體管Q0；電阻器R1；電流鏡電路，由NPN晶體管Q3和Q4組成；電阻器R2，用作向電流鏡電路提供電流的電流源；反相器電路，由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成；反相器電路2a和2b；以及NMOS晶體管Q5和Q6。每一個(gè)反相器電路都連接在施加有電壓BOOT的電源線與施加有電壓SW的電源線之間，并以這些電源線之間的電壓作為電源電壓而工作。
NMOS晶體管Q0的漏極通過(guò)電阻器R1，與施加有電壓BOOT的電源線相連。NMOS晶體管Q0的源極與由NPN晶體管Q3和Q4組成的電流鏡電路的輸出相連。電阻器R1與NMOS晶體管Q0之間的節(jié)點(diǎn)n是由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器電路的輸入端。反相器電路2a將由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器電路的輸出反轉(zhuǎn)，接著反相器電路2b將反相器電路2a的輸出反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)PH。
此外，柵極與源極短路連接的NMOS晶體管Q5設(shè)置在節(jié)點(diǎn)n與施加有電壓BOOT的電源線之間，柵極與源極短路連接的NMOS晶體管Q6設(shè)置在節(jié)點(diǎn)n與施加有電壓SW的電源線之間。
圖2中示出了在電平移動(dòng)電路2中的相關(guān)點(diǎn)觀察的電壓波形的時(shí)序圖。圖2中的符號(hào)Vn代表在其柵極上接收PWM信號(hào)P1的NMOS晶體管Q0與電阻器R1之間的節(jié)點(diǎn)處的電壓。圖2中的符號(hào)Vs代表肖特基二極管SD1的正向電壓。圖2中的符號(hào)VF2代表NMOS晶體管Q2的體二極管的正向電壓，圖2中的符號(hào)VF6代表NMOS晶體管Q6的體二極管的正向電壓。
首先，將描述正向模式。在PWM信號(hào)P1和控制脈沖信號(hào)P2都為低(＝0V)的時(shí)間段期間，以及在控制脈沖信號(hào)P2上升之后、PWM信號(hào)P1為低(＝0V)而控制脈沖信號(hào)P2為高的時(shí)間段T1期間，電壓Vn等于電壓BOOT。在PWM信號(hào)P1和控制脈沖信號(hào)P2都為高的時(shí)間段期間，NMOS晶體管Q6的體二極管保持電壓SW與Vn之差等于NMOS晶體管Q6的體二極管的正向電壓VF6。這防止了電壓Vn的波形變鈍。接著，當(dāng)PWM信號(hào)P1下降時(shí)，電壓Vn首先上升到電壓BOOT的高電平(其值與在PWM信號(hào)P1和控制脈沖信號(hào)P2都為高的時(shí)間段期間觀察到的一樣)，然后下降，以等于電壓BOOT的低電平(其值與在PWM信號(hào)P1和控制脈沖信號(hào)P2都為低的時(shí)間段期間觀察到的一樣)。
以下將描述逆向模式。在時(shí)間段T1期間，NMOS晶體管Q5的體二極管防止電壓BOOT與Vn之差變得與NMOS晶體管Q5的體二極管的正向電壓相等或更大。即使在電壓Vn隨著電壓BOOT上升而上升時(shí)，這也防止電壓Vn的波形變鈍，還防止PMOS晶體管Q1的柵極與源極之間的耐壓失效，從而增強(qiáng)了可靠性。
此外，在時(shí)間段T2期間(在該時(shí)間段中，常規(guī)的是電壓Vn變得比電壓SW高)，NMOS晶體管Q6的體二極管保持電壓SW與Vn之差與NMOS晶體管Q6的體二極管的正向電壓VF6相等，從而防止電壓Vn的波形變鈍。這消除了由于錯(cuò)誤地反轉(zhuǎn)由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器電路的輸出而導(dǎo)致誤動(dòng)作的可能性。此外，在時(shí)間段T1期間，也消除了PMOS晶體管Q1的柵極與源極之間出現(xiàn)耐壓失效的可能性，從而增強(qiáng)了可靠性。
可以分別設(shè)置陽(yáng)極與節(jié)點(diǎn)n相連、陰極與施加有電壓BOOT的電源線相連的“普通”晶體管，以及陰極與節(jié)點(diǎn)n相連、陽(yáng)極與施加有電壓SW的電源線相連的“普通”晶體管，來(lái)替代NMOS晶體管Q5和Q6。這也有助于減輕電壓Vn波形的鈍化。但是，相比于NMOS晶體管的體二極管，普通晶體管具有更大的橫截面積，從而具有更大的寄生電容。因此，這些二極管減輕電壓Vn波形鈍化的效果較差。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的電平移動(dòng)電路可以應(yīng)用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器等。這些開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器一般可以應(yīng)用于的電氣設(shè)備的電源。
權(quán)利要求
1.一種電平移動(dòng)電路，接收第一脈沖信號(hào)，并根據(jù)所述第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生第二脈沖信號(hào)，所述第二脈沖信號(hào)的高電平比所述第一脈沖信號(hào)的高電平更高，所述電平移動(dòng)電路包括高電壓側(cè)電源電壓供給線；低電壓側(cè)電源電壓供給線；反相器電路，根據(jù)所述高電壓側(cè)電源電壓供給線與所述低電壓側(cè)電源電壓供給線之間的、作為其電源電壓的電壓而操作；第一二極管，具有與所述反相器電路的輸入端相連的陽(yáng)極，以及與所述高電壓側(cè)電源電壓供給線相連的陰極；以及第二二極管，具有與所述反相器電路的輸入端相連的陰極，以及與所述低電壓側(cè)電源電壓供給線相連的陽(yáng)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電平移動(dòng)電路，其中，MOS晶體管的體二極管用作所述第一二極管和所述第二二極管的每一個(gè)。
3.一種開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器，包括自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中，所述自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的電平移動(dòng)電路。
4.一種開(kāi)關(guān)穩(wěn)定器，包括自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中，所述自舉式DC-DC轉(zhuǎn)換器包括根據(jù)權(quán)利要求2所述的電平移動(dòng)電路。
全文摘要
一種電平移動(dòng)電路(2)，包括柵極與源極短路連接的NMOS晶體管(Q5)，設(shè)置在施加有電壓(BOOT)的高電壓電源線與由PMOS晶體管(Q1)和NMOS晶體管(Q2)組成的反相器電路的輸入端n之間；柵極與源極短路連接的NMOS晶體管(Q6)，設(shè)置在施加有電壓(SW)的低電壓電源線與由PMOS晶體管(Q1)和NMOS晶體管(Q2)組成的反相器電路的輸入端(n)之間。因此，NMOS晶體管(Q5和Q6)的體二極管防止輸入端(n)處的電壓波形變鈍。這可以防止電平移動(dòng)電路的誤動(dòng)作。
文檔編號(hào)H02M1/096GK1965464SQ200580018570
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者酒井優(yōu) 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司