[发明专利]自举电压刷新控制电路、电压转换电路及相关控制方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及功率变换器，尤其涉及功率变换器中的自举电压的刷新。

背景技术

功率变换器，例如开关型电压转换器，已经被广泛应用于各种工业电子设备及消费电子设备中。以降压型直流电压转换器为例，由于其具有较高的转换效率、较大的带宽并且易于实现稳定性补偿，而经常被应用于需要将相对较高的直流输入电压转换为相对较低的直流输出电压的场合。图1示出了一种典型的降压型直流电压转换电路50的简化示意图。简言之，降压型直流电压转换电路50通过输入端IN接收输入电压Vin，并通过控制电路51控制高侧开关M_HS(图1中示意为MOSFET)和低侧开关M_LS(图1中示意为MOSFET)的导通与关断，以实现将输入电压Vin转换为合适的输出电压Vo在其输出端OUT输出的目的。其中，高侧开关M_HS(图1中示意为MOSFET)和低侧开关M_LS串联耦接在输入端IN和参考地GND之间，并且高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的耦接点SW(即切换电压输出端SW)通过感性储能元件Lo耦接至输出端OUT，容性储能元件Co耦接在输出端OUT与参考地GND之间以平滑输出电压Vo。

高侧开关M_HS可以包括N沟道功率开关器件，例如N沟道FET、N沟道DMOS等以节约芯片面积、降低电压转换电路50的尺寸并改善电压转换电路50的工作性能。在这种情况下，为了使高侧开关M_HS能够很好地导通(意味着使M_HS工作在饱和区，这样M_HS的导通电阻很小)，高侧开关M_HS的控制端(例如FET/DMOS的栅端)与其耦接SW节点的一端(例如FET/DMOS的源端)之间的电压差应该足够大，至少大于高侧开关M_HS的导通阈值电压。然而，若高侧开关M_HS导通，SW节点的电压可以是输入电压Vin，这时，需要为高侧开关M_HS的控制端提供高于SW节点的电压，即高于输入电压Vin，的电压才能使高侧开关M_HS充分导通。

为了在降压型直流电压转换电路50中获得高于输入电压Vin的电压，通常降压型直流电压转换电路50还包括自举电路52，用于以SW节点的电压为参考电势产生自举电压V_BST，该自举电压V_BST可以用于提升/增强由控制电路51为高侧开关M_HS的控制端提供的控制信号DR_H的驱动能力，从而很好地控制高侧开关M_HS的导通和关断。图1中将自举电路52示意为包括二极管DB和自举电容CB，串联耦接于自举供电输入端VB和切换电压输出端SW之间，其中二极管DB的阴极耦接自举供电输入端VB，二极管DB的阳极耦接自举电容CB的第一端，自举电容CB的第二端耦接切换电压输出端SW，自举供电输入端VB接收自举供电电压，自举电容CB第一端和第二端之间的电压即为自举电压V_BST。自举电路52的工作原理是本领域的普通技术人员所熟知的，即，当高侧开关M_HS关断时，低侧开关M_LS导通，自举供电电压通过二极管DB为自举电容CB充电，使得自举电容CB第一端和第二端之间具有自举电压V_BST；当高侧开关M_HS导通时，低侧开关M_LS关断，电压转换电路50中的输入电压Vin被传输至切换电压输出端SW，即自举电容第二端的电压变为Vin，则此时自举电容CB第一端的电压被抬升为输入电压Vin叠加上自举电压V_BST，从而实现了在降压型直流电压转换电路50中获得高于输入电压Vin的电压的目的。自举电容CB第一端的电压被抬升为输入电压Vin叠加上自举电压V_BST后，二极管DB反向偏置而被关断，从而可以保护提供自举供电电压的电源不受相对较高的输入电压Vin的损坏。