以低壓驅動的升壓電路與相關方法技術

本發明專利技術涉及一種以低壓驅動的升壓電路與相關方法；升壓電路包括一電感、一二極管、一電容、一第一開關與一第二開關。第二開關耦接于第一開關與二極管的陽極之間。第一開關依據一開關信號選擇性地導通，第二開關隨第一開關的導通而導通。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是有關于ー種低壓驅動的升壓電路與相關方法，且特別是有關于ー種設置迭接開關晶體管而可使用低電壓開關信號控制的低壓驅動升壓電路與相關方法。
技術介紹
升壓電路用以將ー較低的直流電壓升高為ー較高的直流電壓，廣泛用于各種需要高電壓的應用。請參照圖I，其示意了一已知升壓電路10。升壓電路10設有ー電感LO、一二極管D0、一晶體管MO與ー電容CO，用以將較低的直流電壓Vi升壓為節點nd4的較高直流電壓Vo0晶體管MO為開關晶體管，其柵極受控于ー開關信號swl，依據開關信號swl選擇性地在節點nd3與地端電壓GND之間導通。圖I也示意了開關信號swl的波形時序，其橫軸為時 間，縱軸為信號的電壓大小。開關信號swl可以依照一周期T周期性地控制晶體管MO ;在每一周期T內，開關信號swl在時段Ton中以電壓ViO使晶體管MO導通，其余時間則以地端電壓GND使晶體管MO關閉不導通。當晶體管MO導通時，節點nd3被導通至地端電壓GND，電壓Vi會在電感LO中充入磁能。當開關信號swl使晶體管MO關閉而停止導通吋，電感LO的磁能就能經由順向導通的ニ極管DO釋放至電容CO，以在節點nd4支持電壓Vo，使電壓Vo得以高于電壓Vi。時段Ton與周期T的比值(即所謂的工作周期，duty cycle)可控制電壓Vo與電壓Vi間的比值；時段Ton的時間長短越接近周期T，控制電壓No就越高。舉例而言，電壓Vi可以是12伏特；經由開關信號swl的工作周控制，電壓Vo可以為60伏特。不過，當晶體管MO不導通時，節點nd3的電壓會是ニ極管DO的跨壓加上電壓Vo， 使晶體管MO在節點nd3的漏極電壓將會超過電壓Vo ;此時，由于晶體管MO的漏極電壓與柵極電壓均等于地端電壓GND，故晶體管MO的各極間需承受很大的電壓差異。因此，晶體管MO必須是ー個具有高額定電壓(voltage rating)、能耐受高電壓的功率晶體管。然而，高額定晶體管MO要被驅動導通時，其臨限電壓也較高。為因應晶體管MO的較高臨限電壓，開關信號swl在時段Ton中也需要以較高的電壓ViO才足以使晶體管MO導通。舉例而言，在電壓Vi與No分別為12與60伏特的應用中，晶體管MO的臨限電壓會是5伏特或更高。升壓電路10會搭配ー控制芯片14以控制電壓Vo的大小；控制芯片14會調整開關信號swl的工作周期(與頻率)，藉此控制電壓Vo。然而，由于開關信號swl所需的電壓ViO已經超過控制芯片14能輸出的信號電壓，故控制芯片14無法直接控制升壓電路10。在控制芯片14所能輸出的開關信號swO中，其信號大小只能在電壓VH與GND間變化，但電壓VH未超越晶體管MO的臨限電壓，不足以使晶體管MO導通。因此，已知升壓電路10還需搭配一電位位移器12。電位位移器12運作于電壓ViO與地端電壓GND之間，設有電阻Rpl、Rp2與Rp3以及晶體管Ql、Q2與Q3，以將節點ndl的低電壓開關信號swO轉換為節點nd2的高電壓開關信號swl。經由電位位移器12的運作，開關信號swl才能用較高的電壓ViO (高于電壓VH)來導通晶體管MO。舉例而言，為了在電壓Vo為60伏特的應用中具有足夠的額定，晶體管MO臨限電壓會增加至5伏特以上，但在控制芯片14輸出的開關信號swO中，電壓VH只有3伏特，不足以直接驅動晶體管MO。是故，已知技術需運用電位位移器12，以將開關信號swl的電壓ViO提升至12伏持。因為已知升壓電路10需搭配電位位移器12，故圖I已知升壓技術需使用較多的電路元件，占用較大的電路面積，也増加升壓技術的成本。再者，較多的電路元件會因電阻電容延遲效應導致反應時間變慢；當開關信號swO輸入電位位移器12，于輸出端產生的開關信號swl的脈沖上升沿和下降沿就會因此發生延遲，影響開關信號swl的響應速度，使其無法快速地在電壓ViO與GND之間切換；連帶地，周期T無法縮短，開關信號swl的頻率也就無法提聞。在以電感搭配開關晶體管的升壓技術中，以高頻開關信號驅動開關晶體管進行高頻切換能帶來許多優點；舉例而言，電感的尺寸可以縮減，電磁干擾(EMI)可以降低，能量運用的效率也能提升。然而，圖I已知升壓技術無法適用高頻切換。較佳的開關信號頻率在百萬赫茲左右，但圖I已知技術的開關信號頻率只能達到數十千個赫茲。 再者，當晶體管MO在導通與關閉間切換時，節點nd3的電壓變化情形也不利于高頻切換。在晶體管MO的棚極與漏極間有寄生的電容Cgd,如圖I所不。當晶體管MO導通時，在電容Cgd的兩端，節點nd2與nd3的電壓分別為電壓ViO與電壓GND ；當晶體管MO不導通時，節點nd2的電壓轉變為電壓GND，節點nd3的電壓則要轉變至超過電壓Vo。舉例而言，在Vo為60伏特的例子中，當晶體管MO由導通切換至關閉時，節點nd3的電壓要由地端電壓GND的0伏特升高至超過60伏特。也就是說，當晶體管MO切換時，節點nd2與nd3間的電壓差有劇烈的變化；開關信號swl需要耗費較長的時間對電容Cgd充放電才能達成此變化，進而達成驅動晶體管MO的切換。這也成為已知升壓技術無法高頻切換的原因之一。
技術實現思路
本專利技術提供ー種升壓電路與相關方法，以改善已知技術的缺點，實現電路精簡、可以高頻切換的升壓技術。本專利技術的目的是提供一種以低壓驅動的升壓電路，設有ー電感、一二極管、ー電容、一第一開關與一第二開關。電感耦接于ー第一電壓與一第一節點之間，ニ極管的陽極與陰極分別耦接第一節點與一第二節點。電容耦接第二節點。第一開關可以包括一第一晶體管，具有第一漏極、第一源極與第一柵極，分別耦接第一開關的一第一通道端、一第二通道端與一第一控制端。第一控制端耦接ー開關信號，第一開關依據開關信號選擇性地在第一通道端與第二通道端間導通。第二開關可以包括一第二晶體管，具有第二漏極、第二源極與第二柵極，分別耦接第二開關的一第三通道端、一第四通道端與一第二控制端。第三通道端、第四通道端與第二控制端又分別耦接第一節點、第丨通道端與一第二電壓。當第一開關于第一通道端與第二通道端間導通時，第二開關于第三通道端與第四通道端間導通；當第ー開關停止于第一通道端與第二通道端間導通，第二開關停止于第三通道端與第四通道端間導通。第二電壓可以是一直流電壓，且可以等于第一電壓。當第一柵極與第一源極間的跨壓大于一第一臨限電壓時，第一晶體管于第一漏極與第一源極間導通。當第二柵極與第ニ源極間的跨壓大于一第二臨限電壓時，第二晶體管于第二漏極與第二源極間導通。當第ー開關停止于第一通道端與第二通道端間導通時，第二開關使第一通道端的電壓小于第二電壓。因此，第一晶體管可以是低額定、低臨限電壓的晶體管，亦即，第一臨限電壓可以小于第二臨限電壓。所以，第一晶體管可直接受控于控制芯片的低電壓開關信號。配合控制芯片，升壓電路中可增設ー電壓檢測電路及/或ー電流檢測電路。電壓檢測電路依據第二節點的電壓而于一分壓節點提供ー電壓檢測信號。舉例而言，電壓檢測電路中可設置ー第 一電阻與一第二電阻，第一電阻耦接于第二節點與分壓節點之間，第二電阻耦接于分壓節點與地端電壓之間。電流檢測電路耦接于第一開關，依據第二通道端的電流提供ー電流檢測信號；舉例而言，電流檢測電路可以設置ー電阻，耦接于第二通道端與一地端電壓之間，使第二通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以低壓驅動的升壓電路，包含：一電感，耦接于一第一電壓與一第一節點之間；一二極管，具有一陽極與一陰極，該陽極耦接該第一節點，該陰極耦接一第二節點；一電容，耦接該第二節點；一第一開關，具有一第一通道端、一第二通道端與一第一控制端；該第一控制端耦接一開關信號，該第一開關依據該開關信號選擇性地在該第一通道端與該第二通道端間導通；一第二開關，具有一第三通道端、一第四通道端與一第二控制端，分別耦接該第一節點、該第丨通道端與一第二電壓，其中，當該第一開關于該第一通道端與該第二通道端間導通時，該第二開關于該第三通道端與該第四通道端間導通；當該第一開關停止于該第一通道端與該第二通道端間導通，該第二開關停止于該第三通道端與該第四通道端間導通。

【技術特征摘要】
1.一種以低壓驅動的升壓電路，包含 一電感，稱接于一第一電壓與一第一節點之間； 一二極管，具有一陽極與一陰極，該陽極耦接該第一節點，該陰極耦接一第二節點； 一電容，耦接該第二節點； 一第一開關，具有一第一通道端、一第二通道端與一第一控制端；該第一控制端耦接一開關信號，該第一開關依據該開關信號選擇性地在該第一通道端與該第二通道端間導通； 一第二開關，具有一第三通道端、一第四通道端與一第二控制端，分別耦接該第一節點、該第丨通道端與一第二電壓，其中，當該第一開關于該第一通道端與該第二通道端間導通時，該第二開關于該第三通道端與該第四通道端間導通；當該第一開關停止于該第一通道端與該第二通道端間導通，該第二開關停止于該第三通道端與該第四通道端間導通。2.如權利要求I所述的升壓電路，其特征在于，該第二電壓是一直流電壓。3.如權利要求I所述的升壓電路，其特征在于，該第二電壓等于該第一電壓。4.如權利要求I所述的升壓電路，其特征在于，該第一開關包含一第一晶體管，具有一第一漏極、一第一源極與一第一柵極，分別耦接該第一通道端、該第二通道端與該第一控制端；當該第一柵極與該第一源極間的跨壓大于一第一臨限電壓時，該第一晶體管于該第一漏極與該第一源極間導通；該第二開關包含一第二晶體管，該第二晶體管具有一第二漏極、一第二源極與一第二柵極，分別耦接該第三通道端、該第四通道端與該第二控制端；當該第二柵極與該第二源極間的跨壓大于一第二臨限電壓時，該第二晶體管于該第二漏極與該第二源極間導通；其中該第一臨限電壓小于該第二臨限電壓。5.如權利要求I所述的升壓電路，其特征在于，當該第一開關停止于該第一通道端與該第二通道端間導通時，該第二開關使該第一通道端的電壓小于該第二電壓。6.如權利要求I所述的升壓電路，其特征在于，還包含 一電壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林宋宜，潘宣亦，洪國強，
申請(專利權)人：晨星軟件研發深圳有限公司，晨星半導體股份有限公司，
類型：發明
國別省市：