專利名稱：一種低電壓啟動電路和升壓型轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種低電壓啟動電路和升壓型轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
目前升壓型轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用到便攜式產(chǎn)品中。通常便攜產(chǎn)品的電源采用電池作為 電源供電，要求升壓型轉(zhuǎn)換器可以在更低工作電源穩(wěn)定工作。如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的升壓型直流-直流轉(zhuǎn)換器電路圖。振蕩器輸出時鐘信 號直接驅(qū)動開關(guān)管。通常的電池為1.2伏特電壓，當(dāng)電源電壓在更低的條件下(例如低于 0. 7V)，開關(guān)管通常的開啟電壓在0. 65V到0. 7V，驅(qū)動源的高電平(0. 7V)無法開啟或弱開啟 開關(guān)管。系統(tǒng)上電后，從輸入電源Vin轉(zhuǎn)換并存儲到輸出端電容的能量小于在啟動階段整體 電路消耗的能量，造成輸出端電容上的電壓Vout無法持續(xù)升高，導(dǎo)致系統(tǒng)啟動失敗。隨著升壓型轉(zhuǎn)換器的在低電壓條件的應(yīng)用增多，產(chǎn)品性能上要求升壓型轉(zhuǎn)換器的 啟動電源電壓Vin不超過0. 8V(甚至不超過0. 6V)。因此，如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)采用振蕩 器輸出作為啟動電路驅(qū)動源的方法無法滿足對升壓型轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用需求。在美國專利號US5247239中提出了一種升壓型轉(zhuǎn)換器，當(dāng)電源電壓低于開關(guān)管開 啟電壓Vth時，開關(guān)管關(guān)斷，無法對電感器充電，電感器無法儲備能量并且無法向輸出端釋 放能量，輸出電壓Vout無法提升，導(dǎo)致系統(tǒng)失敗。除了不支持更低電源電壓下啟動另外，為 了實(shí)現(xiàn)啟動控制和反饋控制兩個階段的控制，系統(tǒng)分別對這兩個工作階段配置兩套升壓電 路(開關(guān)管，電感器和肖特基二極管構(gòu)成的升壓電路)，使用兩個電感器和兩個二極管，極 大增加了這個升壓型轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用成本。中國專利申請?zhí)?00310123992公開了一種降低升壓轉(zhuǎn)換器的啟動電壓的方法， 該技術(shù)從降低升壓轉(zhuǎn)換器的啟動電壓角度入手，理論上將最小的啟動電壓降低到開關(guān)管開 啟電壓Vth附近。然而，當(dāng)電源電壓降低到開關(guān)管開啟電壓Vth以下，啟動電路中的開關(guān)管 關(guān)斷，無法對電感器充電，無法提升輸出端電壓，最終導(dǎo)致啟動失敗。該技術(shù)無法將啟動所 需的電源電壓更進(jìn)一步降低，即降低到開關(guān)管開啟電壓Vth以下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常啟動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種低電壓啟動電路和升壓型轉(zhuǎn)換器，用于加快轉(zhuǎn)換器電路啟 動速度，并進(jìn)一步降低啟動電源電壓。本發(fā)明實(shí)施例提出了 一種低電壓啟動電路，包括振蕩器，轉(zhuǎn)換單元，還包括時鐘升 壓單元；所述振蕩器，用于產(chǎn)生開關(guān)所述轉(zhuǎn)換單元的時鐘信號；所述轉(zhuǎn)換單元，用于實(shí)現(xiàn)輸入電壓-輸出電壓的轉(zhuǎn)換； 所述時鐘升壓單元，用于提升所述振蕩器輸出時鐘信號的電壓幅度，以驅(qū)動所述 轉(zhuǎn)換單元。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種低電壓啟動電路的一個進(jìn)一步的方面，還包括電源
4檢測單元，用于檢測啟動時輸入所述振蕩器的電源電壓是否小于預(yù)定的門限值，如果小于 所述門限值則啟動所述時鐘升壓單元；否則關(guān)閉所述時鐘升壓單元，直接將所述振蕩器輸 出的時鐘信號轉(zhuǎn)換單元至所述轉(zhuǎn)換單元。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種低電壓啟動電路的再一個進(jìn)一步的方面，所述低電 壓啟動電路的電源與所述輸入電源或所述低電壓啟動電路的輸出連接，所述低電壓啟動電 路的輸出具有一個初始值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種低電壓啟動電路的另一個進(jìn)一步的方面，所述時鐘 升壓單元包括電荷泵單元，電壓鉗位單元和門電路單元；所述電荷泵單元，用于將所述輸入的時鐘信號的電平幅度升高，從而提升所述時 鐘信號的高電平幅度；所述電壓鉗位單元，用于檢測電荷泵單元輸出電壓(Vcp)的電平，當(dāng)Vcp大于根據(jù) 輸入電源(Vin)的電壓或輸出電壓Vout設(shè)定的電平幅度時，驅(qū)動所述門電路單元中的一個 下拉開關(guān)屏蔽輸入電荷泵單元的所述時鐘信號，使電荷泵單元停止升壓；當(dāng)所述Vcp小于 或者等于所述根據(jù)輸入電源Vin的電壓設(shè)定的電壓電平幅度時，再恢復(fù)輸入所述電荷泵單 元的時鐘信號，使所述電荷泵單元重新啟動；所述門電路單元，用于接收時鐘信號。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種低電壓啟動電路的另一個進(jìn)一步的方面，所述門電 路單元接收的信號還包括選擇信號，該選擇信號為所述電源檢測單元輸入的啟動或者關(guān)閉 所述時鐘升壓單元的信號，所述門電路單元根據(jù)該選擇信號，停止或者恢復(fù)所述電荷泵對 所述時鐘信號作升壓變換。本發(fā)明實(shí)施例為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題還提供了一種升壓型轉(zhuǎn)換器，包括反饋 控制單元，還包括低電壓啟動電路；所述低電壓啟動電路包括振蕩器，用于產(chǎn)生開關(guān)所述轉(zhuǎn)換單元的時鐘信號；轉(zhuǎn)換單元，用于導(dǎo)通或者關(guān)閉所述低電壓啟動電路的輸出；時鐘升壓單元，用于提升所述振蕩器輸出時鐘信號的電壓，以輸入所述轉(zhuǎn)換單 元；所述反饋控制單元，用于實(shí)現(xiàn)所述低電壓啟動電路的輸出，啟動或者關(guān)閉所述低 電壓啟動電路，并利用所述低電壓啟動電路的輸出向外界供電。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器的一個進(jìn)一步的方面，所述低電壓啟 動電路還包括電源檢測單元，用于檢測啟動時輸入所述振蕩器的電源電壓是否小于預(yù)定 的門限值，如果小于所述門限值則啟動所述時鐘升壓單元；否則關(guān)閉所述時鐘升壓單元，直 接將所述振蕩器輸出信號轉(zhuǎn)換單元輸出至所述轉(zhuǎn)換單元。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器的再一個進(jìn)一步的方面，所述低電壓 啟動電路的電源與所述輸入電源或所述低電壓啟動電路的輸出電壓連接，所述低電壓啟動 電路的輸出電壓具有一個初始值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器的另一個進(jìn)一步的方面，所述時鐘升 壓單元包括電荷泵單元，電壓鉗位單元和門電路單元；所述電荷泵單元，用于將所述輸入的時鐘信號的電平幅度升高，從而提升所述時鐘信號的高電平幅度；所述電壓鉗位單元，用于檢測電荷泵單元輸出電壓(Vcp)的電平，當(dāng)Vcp大于根據(jù) 輸入電源Vin的電壓或輸出電壓Vout設(shè)定的電平幅度時，驅(qū)動所述門電路單元中的一個下 拉開關(guān)屏蔽輸入電荷泵單元的所述時鐘信號，使電荷泵單元停止升壓；當(dāng)所述Vcp小于或 者等于所述根據(jù)Vin設(shè)定的電壓電平幅度時，再恢復(fù)輸入所述電荷泵單元的時鐘信號，使所 述電荷泵單元重新啟動；所述門電路單元，用于接收時鐘信號。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器的另一個進(jìn)一步的方面，所述門電路 單元接收的信號還包括選擇信號，該選擇信號為所述電源檢測單元輸入的啟動或者關(guān)閉所 述時鐘升壓單元的信號，所述門電路單元根據(jù)該選擇信號，停止或者恢復(fù)所述電荷泵對所 述時鐘信號作升壓變換。本發(fā)明實(shí)施例可以快速提高輸入的時鐘信號電壓，使得低電壓啟動電路或者升壓 型轉(zhuǎn)換器快速啟動，同時支持工作在更低電源電壓下的升壓型轉(zhuǎn)換器，并且結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn) 成本低。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的升壓型直流_直流轉(zhuǎn)換器電路圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種低電壓啟動電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種升壓型轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例一種升壓型轉(zhuǎn)換器的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a所示為本發(fā)明實(shí)施例時鐘升壓單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b為圖5a時鐘升壓單元125的實(shí)施例的時序圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例電荷泵單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中時鐘升壓單元中的電壓鉗位單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例電源檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為現(xiàn)有技術(shù)中升壓轉(zhuǎn)換器一輸出波形圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例升壓轉(zhuǎn)換器的啟動結(jié)果圖；圖11為另一現(xiàn)有技術(shù)中升壓轉(zhuǎn)換器輸出波形圖；圖12所示為本發(fā)明實(shí)施例另一升壓轉(zhuǎn)換器的啟動結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例一種低電壓啟動電路的結(jié)構(gòu)示意圖。包括振蕩器201，轉(zhuǎn)換單元202，還包括時鐘升壓單元203。所述振蕩器201，用于產(chǎn)生開關(guān)所述轉(zhuǎn)換單元202的時鐘信號。 所述轉(zhuǎn)換單元202，用于輸入電源電壓到所述低電壓啟動電路輸出電壓的轉(zhuǎn)換。所述時鐘升壓單元203，用于提升所述振蕩器201的時鐘信號電平幅度，輸出至所 述轉(zhuǎn)換單元202。作為本發(fā)明的一個實(shí)施例，還包括電源檢測單元，與所述時鐘升壓單元203相連 接，用于檢測啟動時電源電壓是否小于一設(shè)定門限值，如果小于所述門限值則啟動所述時 鐘升壓單元203，否則關(guān)閉所述時鐘升壓單元203，直接將所述振蕩器201輸出的時鐘信號 至所述轉(zhuǎn)換單元202。其中所述振蕩器201也獲得所述電源的供電，輸出的時鐘信號的高電 平為所述輸入電源VIN。如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例一種升壓型轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。低電壓啟動電路40包括N型開關(guān)管41、時鐘升壓單元125、振蕩器100、電源檢測 單元130和肖特基二極管42。其中N型開關(guān)管41和肖特基二極管42構(gòu)成上述轉(zhuǎn)換單元， 在本例中對輸入電源Vin的電壓進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換后輸出Vout。所述N型開關(guān)管41的漏端在LX 端通過電感器Ll連接到輸入電源Vin，所示輸入電源Vin作為低電壓啟動電路40的電源，在 圖中表示為電源VDD。所述肖特基二極管42陰極連接到所述升壓型轉(zhuǎn)換器的輸出端Vout。 所述N型開關(guān)管41的漏端在LX端連到所述肖特基二極管42的陽極，所述N型開關(guān)管41 的源極端接地。所述時鐘升壓單元125與振蕩器100相連，與所述N型開關(guān)管41的柵極相 連，在啟動階段，其對所述振蕩器100的時鐘信號CLK的電平幅度作倍增后輸出信號BCLK。所述電源檢測單元130的輸出與所述時鐘升壓單元125相連，判決所述時鐘升壓 單元125是否對所述振蕩器時鐘信號CLK的電平幅度作操作。當(dāng)輸入電源Vin的電壓小于電源檢測的設(shè)定值并且小于所述N型開關(guān)管41的開啟 電壓Vth，例如Vin為0. 5V，電源檢測的設(shè)定的參考值為1. 5V，所述N型開關(guān)管41的開啟電 壓Vth為0. 7V，所述Vdd的電壓小于所述設(shè)定的參考值1. 5V，則啟動所述時鐘升壓單元125 利用該時鐘升壓單元125對振蕩器100輸入的時鐘信號CLK的電平幅度進(jìn)行提升，作為驅(qū) 動所述N型開關(guān)管41時鐘信號BCLK由于電平幅度提升，其高電平幅度Vih = K*Vin，K為倍 增系數(shù)，Vm遠(yuǎn)大于所述N型開關(guān)管41的開啟電壓Vth。由于所述N型開關(guān)管41的驅(qū)動電 壓被升壓后，該N型開關(guān)管41充分開啟，輸入電源Vin流出的電流對電感器Ll充電，在所述 電感器Ll進(jìn)行儲能，電感器Ll再通過所述肖特基二極管42向輸出端電容充電，提升輸出 電壓Vout，N型開關(guān)管41等組成的轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)輸入電源Vin的電壓到所述低電壓啟動電 路輸出電壓Vout的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)更低電源電壓條件下的啟動電路正常啟動。另外，當(dāng)驅(qū)動時 鐘信號電平幅度提升后，在每一個時鐘周期內(nèi)對電感器Ll充電電流也大幅提升，增大了單 個時鐘周期內(nèi)電感器Ll上的儲能，電感器Ll向輸出端電容的轉(zhuǎn)移的能量也增加，輸出端電 壓提升速度較現(xiàn)有技術(shù)快，有效縮短轉(zhuǎn)換器的啟動時間。當(dāng)輸入電源Vin的電壓大于電源檢測單元130的一個設(shè)定的參考值時，所述電源檢 測單元130不啟動所述時鐘升壓單元125，使所述振蕩器100輸入的時鐘信號CLK直接輸入 到N型開關(guān)管41的柵極，通過該N型開關(guān)管41等組成的轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)輸入電源Vin的電壓 到所述低電壓啟動電路輸出電壓Vout的轉(zhuǎn)換，該時鐘信號幅度遠(yuǎn)大于驅(qū)動N型開關(guān)管41的開啟電壓Vth，啟動電路40實(shí)現(xiàn)正常啟動。啟動過程中，所述反饋控制單元200檢測到輸出電壓Vout達(dá)到預(yù)定門限值時，例 如Vout達(dá)到1. 8V，反饋控制電路單元200判斷啟動電路40結(jié)束，發(fā)出Ngate信號和STEND 信號。啟動結(jié)束后，Ngate信號在反饋控制單元200控制下導(dǎo)通或者關(guān)斷N型開關(guān)管601， STEND信號控制關(guān)閉所述低電壓啟動電路40的工作并且時鐘升壓單元125的輸出信號 BCLK為低電平，由所述反饋控制單元200利用轉(zhuǎn)換器輸出Vout端持續(xù)向外界設(shè)備供電。當(dāng) 低電壓啟動電路40關(guān)閉后，反饋控制單元200調(diào)節(jié)所述升壓型轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。當(dāng)啟動時，由于所述輸出電壓Vout沒有到達(dá)所述預(yù)定門限值時，所述低電壓啟動 電路40 —直工作在啟動階段。如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例一種升壓型轉(zhuǎn)換器的另一結(jié)構(gòu)示意圖。低電壓啟動電路40包括N型開關(guān)管41、時鐘升壓單元125、振蕩器100和肖特基 二極管42，其中N型開關(guān)管41和肖特基二極管42構(gòu)成上述轉(zhuǎn)換單元。所述N型開關(guān)管41 的漏端在LX端通過電感器Ll連接到輸入電源VIN。所述肖特基二極管42的陽極端連接到 所述電感器Ll的LX端，陰極端連接到所述升壓型轉(zhuǎn)換器的輸出端Vout，且所述輸出電壓 Vout連接到所述低電壓啟動電路40的電源VDD，所述輸出電壓Vout具有一個初始值。所述 N型開關(guān)管41的漏極經(jīng)過LX連到所述肖特基二極管42的陽極，所述N型開關(guān)管41的源端 接地。所述時鐘升壓單元125與振蕩器100相連，與所述N型開關(guān)管41的柵極相連，在啟 動階段，所述振蕩器100的時鐘信號CLK的電平幅度作倍增后輸出信號BCLK。當(dāng)電源電壓很低并且小于所述N型開關(guān)管41的開啟電壓Vth，驅(qū)動所述N型開關(guān) 管41時鐘信號高電平幅度提升，其中高電平幅度Vih = K*Vout，K為倍增系數(shù)。隨著輸出電 壓Vout電平幅度的提高，所述振蕩器100的輸出時鐘電平幅度也提高，時鐘升壓單元125 的輸出時鐘BCLK的電平幅度也倍增提高，這樣輸出電壓Vout，所述振蕩器100和所述時鐘 升壓單元125構(gòu)成一個提升輸出電壓Vout的正反饋環(huán)路，使Vout快速的提升，實(shí)現(xiàn)低電壓 下正常啟動。例如，0. 7V的輸入電源Vin，肖特基二極管的正向結(jié)壓降0. IV，假設(shè)K = 2，那 么時鐘升壓單元125驅(qū)動時鐘信號的高電平幅度約為1. 2V，通常N型開關(guān)管41的開啟電壓 Vth為0. 6V到0. 7V，充分保證所述N型開關(guān)管41開啟，實(shí)現(xiàn)電感器Ll的電流積累和在電 感器Ll儲能，電感器Ll再通過肖特基二極管42向輸出端電容充電并提高輸出電壓Vout。 最終在低電壓條件下，完成升壓型轉(zhuǎn)換器的啟動過程。另外，驅(qū)動時鐘信號電平幅度提升 后，在每一個時鐘周期內(nèi)對電感器Ll充電電流也大幅提升，增大了單個時鐘周期內(nèi)電感器 Ll上的儲能，電感器Ll向輸出端電容的能量的轉(zhuǎn)移也增加，輸出端電壓提升速度較現(xiàn)有技 術(shù)快，縮短了轉(zhuǎn)換器的啟動時間。當(dāng)啟動完成后，輸出電壓Vout達(dá)到預(yù)定門限值時，例如1. 8V時，所述反饋控制單 元200向所述振蕩器100輸出控制電信號STEND，停止所述低電壓啟動電路40并且所述時 鐘升壓單元125輸出信號BLCK為高阻抗?fàn)顟B(tài)，由所述反饋控制單元200輸出信號Nage驅(qū) 動開關(guān)管41，利用轉(zhuǎn)換器輸出電壓Vout持續(xù)向外界設(shè)備供電。當(dāng)?shù)碗妷簡与娐?0關(guān)閉 后，反饋控制單元200調(diào)節(jié)所述升壓型轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。啟動過程中，如果所述輸出電壓Vout沒有到達(dá)所述預(yù)定門限值時，所述低電壓啟 動電路40 —直工作在啟動階段。如圖5a所示為本發(fā)明實(shí)施例時鐘升壓單元結(jié)構(gòu)示意圖。
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時鐘升壓單元125中包含電荷泵單元60，電壓鉗位單元62和門電路單元61。所述電荷泵單元60，用于將所述輸入的時鐘信號的電平幅度升高，從而提升所述 時鐘信號的電壓。所述電壓鉗位單元62，用于檢測電荷泵單元輸出電壓Vcp的電平，當(dāng)Vcp超過根 據(jù)輸入電源Vin的電壓設(shè)定的一參考電平幅度時，例如Vin為1.2V，設(shè)定的參考電平幅度為 1. 9V，當(dāng)Vcp電平高于1. 9V時，所述電壓鉗位單元62驅(qū)動一個下拉開關(guān)屏蔽所述電荷泵 單元60的輸入時鐘信號(Φ ck，^)，使電荷泵單元60停止升壓動作；直到Vcp下降并不 超過根據(jù)輸入電源Vin設(shè)定的參考電平幅度后，再釋放所述電荷泵單元60的輸入時鐘信號 (Φ ck，0 )，所述電荷泵單元60重新啟動。所述門電路單元61用于接收時鐘信號。其中門電路單元61的輸入信號還可以 包括選擇信號BCKSEL，該選擇信號用于電源檢測單元130判定是否啟動所述時鐘升壓單元 125。所述時鐘升壓單元125將振蕩器100輸入時鐘信號的電平幅度提高，轉(zhuǎn)換為BCLK 輸出給N型開關(guān)管41的柵極，如圖5b為圖5a時鐘升壓單元125的實(shí)施例的時序圖，輸入時 鐘信號CLK經(jīng)過升壓變化，輸出信號BCLK，其高電平幅度理論上倍增K*VIN，K為升壓系數(shù)。如圖6為本發(fā)明實(shí)施例電荷泵單元結(jié)構(gòu)示意圖。如圖為四段Dickson結(jié)構(gòu)的電荷泵單元電路，采用兩相非交疊時鐘CLK，@，逐 級地對下列電壓節(jié)點(diǎn)1 — 2 — 3 — 4 — Vout相連的電容Cl，C2，C3，C4，Cout進(jìn)行充電-升 壓的工作過程，最終產(chǎn)生穩(wěn)定輸出電壓Vout。所述兩相非交疊時鐘CLK，&通過驅(qū)動反相 器產(chǎn)生驅(qū)動時鐘V Φ，斤。以下是電荷泵電路在一個工作時鐘周期的工作過程，并將每個時 鐘周期分為兩個階段Si，S2。在Sl階段，斤為高電平，νφ為低電平，晶體管MDl的柵-漏電壓Vgsl大于晶體管 MDl的開啟電壓Vth，晶體管MDl導(dǎo)通，從電源Vdd流出的電流流過晶體管MDl并對節(jié)點(diǎn)1相 連的電容Cl充電，充電后電容Cl正負(fù)極板上的電壓差Vcl近似等于VDD-Vth，此時節(jié)點(diǎn)1的 電勢Vl也等于VrarVth ；進(jìn)入S2階段時，為低電平，V Φ為高電平，電容Cl上電壓差Vcl 保持不變，當(dāng)νΦ為高電平，那么電容Cl負(fù)極板電位變?yōu)閂DD，節(jié)點(diǎn)1處的電勢Vl提升高到 Vdd+Vci = Vdd+(VrarVth) = 2VDD-Vth。相同的工作原理，晶體管MD2的柵-源電壓Vgs2 (Vgs2 =2VDD-Vth)大于一個開啟電壓Vth，晶體管MD2導(dǎo)通，對節(jié)點(diǎn)2相連電容C2充電，直到VC2 等于柵_源電壓減去一個開啟電壓Vth，即2VDD-2Vth。依此類推，與節(jié)點(diǎn)3相連的電容C3 上電壓差Vra變化到3VDD-3Vth，節(jié)點(diǎn)4相連的電壓差C4電勢提升到4VDD-4Vth，…經(jīng)過兩 相非交疊時鐘驅(qū)動，C4產(chǎn)生5VDD-4Vth的電勢并向輸出電容Cout充電，最終Vout穩(wěn)定在 5VDD-5Vth,實(shí)現(xiàn)從電源Vdd到輸出電壓Vout的電壓倍增，但輸出電壓倍增過程中存在開啟電 壓閾值Vth的損失。圖7為本發(fā)明實(shí)施例中時鐘升壓單元中的電壓鉗位單元62的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí) 施例中以輸入電源Vin為參考電壓，電荷泵單元輸出電壓Vcp作為被檢測電壓，當(dāng)所述參考 電壓Vin與所述被檢測電壓Vcp之間的電壓差大于晶體管65的開啟電壓I Vthp I，晶體管65 導(dǎo)通，有電流流過晶體管65和電阻R1，并對Cl充電，當(dāng)電容Cl電位大于晶體管66的開啟 電壓Vth后，晶體管66將下拉與其漏端節(jié)點(diǎn)PDWN至低電平，電荷泵60的輸入驅(qū)動信號隨著節(jié)點(diǎn)PDWN拉低，電荷泵60也停止升壓動作，這樣Vcp電壓不再繼續(xù)上升，其電壓大小被 電壓鉗位單元62限制繼續(xù)提升。當(dāng)Vcp電壓降低，電壓鉗位電路62中晶體管65關(guān)閉，晶 體管66截止，就解除對電荷泵的輸入時鐘信號的下拉，電荷泵60恢復(fù)升壓動作并提升輸出 電壓Vcp。如圖8所示為本發(fā)明實(shí)施例電源檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。通過對Rl，R2和R3構(gòu)成的電阻串上施加輸入電源Vin，檢測電壓VIN*R2/ (R1+R2+R3)，將其作為比較器301比較的正輸入電壓，另一個由內(nèi)建的基準(zhǔn)電流和電阻構(gòu) 成的基準(zhǔn)電壓作為比較器的負(fù)輸入電壓，比較器301輸出信號通過緩沖器輸出BCKSEL，同 時送到晶體管MPl的柵極，其通過R3上的電壓差來設(shè)定比較器301遲滯電壓寬度，防止噪 聲對比較器輸出的干擾。當(dāng)正輸入電壓低于負(fù)輸入電壓時，輸出BCKSEL為低電平，表示電 源電壓沒有超過設(shè)定電壓；當(dāng)正輸入電壓高于負(fù)輸入電壓時，輸出BCKSEL為高電平，表示 電源電壓高于設(shè)定電壓。如圖3所示，所述電源檢測單元130輸出信號送至所述時鐘升壓 單元125，輸出信號為低電平，所述時鐘升壓單元125對所述振蕩器100的電平幅度進(jìn)行增 加，并提高時鐘信號的電壓；輸出信號為高電平，所述時鐘升壓單元125對所述振蕩器100 的電平幅度保持原電平幅度輸出。通過上述的實(shí)施例，如圖9所示為現(xiàn)有技術(shù)中升壓轉(zhuǎn)換器輸出波形圖，橫坐標(biāo)為 時間軸，縱坐標(biāo)為輸出信號(電壓)。圖9，當(dāng)系統(tǒng)使能信號(SHDN)為高時，升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn) 入啟動階段，輸出電壓經(jīng)過較長的上升過程，達(dá)到了設(shè)定電壓，啟動時間在1.6ms左右。如 圖10所示為本發(fā)明實(shí)施例升壓轉(zhuǎn)換器啟動結(jié)果圖，在同樣低的電壓條件下，本發(fā)明實(shí)施例 的升壓型轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了正常啟動，并更快速的提升輸出端電壓的電平幅度，可以快速提高 輸入的時鐘信號電壓，使得低電壓啟動電路或者升壓型轉(zhuǎn)換器快速啟動。在低于開關(guān)管的開啟電壓Vth的條件下，開啟電壓Vth = 0. 95V，Vin = 0. 9V，圖 11為另一現(xiàn)有技術(shù)中升壓轉(zhuǎn)換器輸出波形圖，如圖12所示為本發(fā)明實(shí)施例升壓轉(zhuǎn)換器的 啟動后輸出波形圖。現(xiàn)有技術(shù)在低于開關(guān)管開啟電壓Vth下啟動失敗，而本發(fā)明方案在相 同條件下實(shí)現(xiàn)了正常的啟動。本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)更低電源電壓下的啟動或者升壓轉(zhuǎn)換器的 應(yīng)用，擴(kuò)展了電源使用范圍，并且結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)成本低。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，可以通 過計算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì) 中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁 碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機(jī)存儲記憶體(Random Access Memory, RAM)等。以上所述的具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種低電壓啟動電路，包括振蕩器，轉(zhuǎn)換單元，其特征在于還包括時鐘升壓單元；所述振蕩器，用于產(chǎn)生開關(guān)所述轉(zhuǎn)換單元的時鐘信號；所述轉(zhuǎn)換單元，用于輸入電源的電壓到所述低電壓啟動電路輸出的電壓的轉(zhuǎn)換；所述時鐘升壓單元，用于提升所述振蕩器輸出時鐘信號的電壓幅度，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低電壓啟動電路，其特征在于，還包括電源檢測單元，用 于檢測啟動時輸入所述振蕩器的電源電壓是否小于預(yù)定的門限值，如果小于所述門限值則 啟動所述時鐘升壓單元；否則關(guān)閉所述時鐘升壓單元，直接將所述振蕩器輸出時鐘信號輸 出至所述轉(zhuǎn)換單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低電壓啟動電路，其特征在于，所述低電壓啟動電路的 電源與所述輸入電源或所述低電壓啟動電路的輸出連接，所述低電壓啟動電路的輸出的電 壓具有一個初始值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低電壓啟動電路，其特征在于，所述時鐘升壓單元包 括電荷泵單元，電壓鉗位單元和門電路單元；所述電荷泵單元，用于將所述輸入的時鐘信號的電平幅度升高，從而提升所述時鐘信 號的高電平幅度；所述電壓鉗位單元，用于檢測電荷泵單元輸出電壓，當(dāng)所述電荷泵單元輸出電壓大于 根據(jù)輸入電源的電壓或所述低電壓啟動電路的輸出電壓設(shè)定的一參考電壓的電平幅度時， 驅(qū)動所述門電路單元中的一個下拉開關(guān)屏蔽輸入電荷泵單元的所述時鐘信號，使所述電荷 泵單元停止升壓；當(dāng)所述電荷泵輸出電壓小于或者等于所述參考電壓的電平幅度時，再恢 復(fù)輸入所述電荷泵單元的時鐘信號，使所述電荷泵單元重新啟動；所述門電路單元，用于接收時鐘信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低電壓啟動電路，其特征在于，所述門電路單元接收的 信號還包括選擇信號，該選擇信號為所述電源檢測單元輸入的啟動或者關(guān)閉所述時鐘升壓 單元的信號，所述門電路單元根據(jù)該選擇信號，停止或者恢復(fù)所述電荷泵對所述時鐘信號 作升壓變換。
6.一種升壓型轉(zhuǎn)換器，包括反饋控制單元，其特征在于還包括低電壓啟動電路；所述低電壓啟動電路包括振蕩器，用于產(chǎn)生開關(guān)所述轉(zhuǎn)換單元的時鐘信號；轉(zhuǎn)換單元，用于輸入電源電壓到所述低電壓啟動電路輸出電壓的轉(zhuǎn)換；時鐘升壓單元，用于提升所述振蕩器輸出時鐘信號的電壓幅度，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換單元；所述反饋控制單元，用于根據(jù)所述升壓型轉(zhuǎn)換器的輸出電壓大小，決定啟動或者關(guān)閉 所述低電壓啟動電路，并利用所述低電壓啟動電路的輸出向外界供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述低電壓啟動電路還包 括電源檢測單元，用于檢測啟動時輸入所述振蕩器的電源電壓是否小于預(yù)定的門限值，如 果小于所述門限值則啟動所述時鐘升壓單元；否則關(guān)閉所述時鐘升壓單元，直接將所述振 蕩器輸出的時鐘信號輸出至所述轉(zhuǎn)換單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述低電壓啟動電路的電源與所述輸入電源或所述低電壓啟動電路的輸出連接，所述低電壓啟動電路的輸出的電壓 具有一個初始值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述時鐘升壓單元包 括電荷泵單元，電壓鉗位單元和門電路單元；所述電荷泵單元，用于將所述輸入的時鐘信號的電平幅度升高，從而提升所述時鐘信 號的高電平幅度；所述電壓鉗位單元，用于檢測電荷泵單元輸出電壓，當(dāng)所述電荷泵單元輸出電壓大于 根據(jù)輸入電源的電壓或所述低電壓啟動電路的輸出電壓設(shè)定的一參考電壓的電平幅度時， 驅(qū)動所述門電路單元中的一個下拉開關(guān)屏蔽輸入電荷泵單元的所述時鐘信號，使電荷泵單 元停止升壓；當(dāng)所述電荷泵單元輸出電壓小于或者等于所述參考電壓的電平幅度時，再恢 復(fù)輸入所述電荷泵單元的時鐘信號，使所述電荷泵單元重新啟動；所述門電路單元，用于接收時鐘信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種升壓型轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述門電路單元接收的信 號還包括選擇信號，該選擇信號為所述電源檢測單元輸入的啟動或者關(guān)閉所述時鐘升壓單 元的信號，所述門電路單元根據(jù)該選擇信號，停止或者恢復(fù)所述電荷泵對所述時鐘信號作 升壓變換。
全文摘要
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中電源電壓低造成低電壓啟動成本高并且不可靠的問題，提供了一種低電壓啟動電路和升壓型轉(zhuǎn)換器，其中低電壓啟動電路包括振蕩器，用于產(chǎn)生開關(guān)所述轉(zhuǎn)換單元的時鐘信號；轉(zhuǎn)換單元，用于實(shí)現(xiàn)輸入電壓-輸出電壓的轉(zhuǎn)換；時鐘升壓單元，用于提升所述振蕩器輸出時鐘信號的電壓幅度，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換單元。升壓型轉(zhuǎn)換器利用低電壓啟動電路完成啟動后，關(guān)閉啟動電路并且調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于，可以快速提高輸入的時鐘信號電壓幅度，使得低電壓啟動電路或者升壓型轉(zhuǎn)換器快速啟動，并且結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)成本低。
文檔編號H02M1/36GK101938212SQ200910088048
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者王晶, 肖娟, 榮磊 申請人:瑞薩電子(中國)有限公司