[发明专利]一种无缝切换降压和直通工作模式的转换电路及实现方法

说明书

本发明公开了一种无缝切换降压和直通工作模式的转换电路，包括具有电压输入端VIN和电压输出端VOUT的降压电路，为降压电路提供高电平使降压电路支持直通工作模式的高压自举电路，用于消除电压输入端VIN低于电压输出端VOUT时，电压输出端VOUT出现的纹波电压的BOOT自动升压电路。本发明通过比较器自动检测VIN和VOUT的关系，当VIN接近VOUT时，比较器输出的高电平控制电荷泵自动升压电路工作，达到稳定BOOT电压的目的，从而稳定输出电压VOUT，消除纹波电压；当VIN低于VOUT且VIN电压较低时，采用级联两个及两个以上电荷泵自动升压电路的方式，提高MOS管NM2上的VGS电压差，从而减小MOS管NM2的导通电阻Rdson，在同样输出电流IOUT条件下，使VIN和VOUT的电压差降低，达到VOUT接近VIN的目的。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，具体地说，是涉及一种无缝切换降压和直通工作模式的转换电路及实现方法。

背景技术

常规的降压转化器只能工作在输入电压比输出电压更高的地方；当输入电压低于或接近输出电压的时候，转换器不能正常工作。在如图1所示的降压电路中，当VIN低于VOUT时，如果想要支持直通工作模式同时VOUT还能稳定输出的话，需要此时HD信号长期维持为高电平。HD由如图2所示的自举电路产生，但是由于BOOT的相关驱动电路有电流功耗，所以被自举电路升压起来的BOOT电路，如果不能持续让自举电路工作的话，BOOT的电压将会掉下来，导致HD的电压慢慢下降，最终当HD低于VOUT+Vth_NM2(NM2的阈值电压)的时候，NM2就不再开启。

为了解决NM2由于HD的电压下降而不能开启的问题。通常会在HD开启一段时间后，比如50us，会强制HD拉低，同时把LD信号拉高大约200ns，实现SW出现200ns的低电平时间，这样图2的自举电路开始工作，给Cboot电容充电，维持BOOT的电压。当下个周期HD变高的时候，就等于BOOT电压。这样HD在这样的条件下是可以持续工作的。

但是，该方式存在如下缺点：HD信号需要周期性的开关一次，当HD关断的时候，VOUT会出现纹波电压，如图3所示，特别是在VOUT的负载电流较大的时候，VOUT的纹波电压较高；当负载电流较大的时候，可能导致VIN和VOUT的电压差值较大，特别是当VIN电压偏低例如低于5V的时候，自举电路导致BOOT的电压较低，将会导致图1中NM2的导通电阻Rdson较大，从而导致VIN和VOUT的电压差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无缝切换降压和直通工作模式的转换电路，解决现有方案中，导致BOOT电压会掉落的问题，必须周期性的给BOOT补充能量，从而导致VOUT可能纹波偏大的问题；且在负载电流较大、VIN偏低时会导致VIN和VOUT的电压差较大。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无缝切换降压和直通工作模式的转换电路，如图4所示，包括具有电压输入端VIN和电压输出端VOUT的降压电路，为降压电路提供高电平使降压电路支持直通工作模式的高压自举电路，还包括用于消除电压输入端VIN低于电压输出端VOUT时电压输出端VOUT出现的纹波电压的BOOT自动升压电路。

如图5所示，所述BOOT自动升压电路包括比较器OP1，连接在比较器OP1输出端EN_CP上的电荷泵自动升压电路，串联后一端与电压输入端VIN连接、另一端与电压输出端VOUT连接的分压电阻R2、R3、R4和R5，所述电阻R2的另一端与电压输入端VIN连接，所述电阻R5的另一端与电压输出端VOUT连接，所述电阻R3和电阻R4的连接点接地，所述比较器OP1的反相输入端连接在电阻R2和R3的连接点上，所述比较器OP1的正相输入端连接在电阻R4和R5的连接点上。