[发明专利]具有降压调节能力的升压转换器及其降压调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种升压转换器，特别是关于一种升压转换器的降压调节。

背景技术

图1所示为一种直流对直流升压转换器，其包括电感L连接在电压输入端Vin及切换节点12之间，作为第一开关的NMOS晶体管N1连接在切换节点12及参考电位端Vss之间，作为第二开关的PMOS晶体管P1连接在切换节点12及电压输出端Vout之间，电容C连接在电压输出端Vout及参考电位端Vss之间，以及控制器10提供栅极电压Vn1及Vp1分别控制NMOS晶体管N1及PMOS晶体管P1，而将输入电压Vin升压产生输出电压Vout。此外，PMOS晶体管P1的基底与源极连接在一起，以防止其基底二极管(body diode)导通而产生从电压输出端Vout流到电压输入端Vin的逆向电流。在大部分的应用中，参考电位端Vss为地端，即Vss＝0V。

在图1的电路中，若输入电压Vin大于想要的输出电压Vout超过晶体管的临界电压，电容C就会被充电，因此这种转换器只能用来作升压调节，不能作降压调节。此项限制造成这种转换器不适合应用在以电池供电的装置。在电池的生命期当中，电池电压起初大于其供电的装置需要的电压，因此需要降压调节，但在电池耗电造成电池电压小于装置需要的电压以后，则需要升压调节。在这种应用中，只能使用相对复杂的转换器，例如降压转换器加升压转换器，或单端初级电感转换器(Single-Ended Primary-Inductor Converter；SEPIC)，导致元件的成本增加。

为了使用相对简单的转换器达成降压调节及升压调节，美国专利号7,084,611在图1的电路中增加PMOS晶体管P2，如图2所示，其基底与漏极连接PMOS晶体管P1的基底，其源极连接PMOS晶体管P1的源极，受控制器10提供的栅极电压Vp2控制。图2的电路在降压调节时的操作如图3所示，其中波形14切换节点12的电压VLX，波形16是输入电压Vin，波形18是输出电压Vout，波形20是NMOS晶体管N1的栅极电压Vn1，波形22是PMOS晶体管P1的栅极电压Vp1，波形24是电感电流IL。参照图2及图3，当输入电压Vin比想要的输出电压Vout还要大时，控制器10对PMOS晶体管P1持续施加大于输入电压Vin与PMOS晶体管P1的临界电压Vt的压差的栅极电压Vp1，如波形22所示，使PMOS晶体管P1维持关闭(off)状态，再藉切换NMOS晶体管N1，如波形20所示，将输入电压Vin降压产生较小的输出电压Vout，如波形16及18所示。

更详而言之，在降压模式中，Vp1＝Vp2＝Vin，当NMOS晶体管N1打开(turn on)时，如时间t1到t2期间，VLX＝Vss＝0V，如波形14所示，电感电流IL以(Vin-Vss)/L的斜率上升，如波形22所示；当NMOS晶体管N1关闭(turn off)时，如时间t2到t3期间，电压VLX会上升到使Vp1-VLX＝V1＜Vt，PMOS晶体管P1呈现半开状态，电感电流IL经PMOS晶体管P1流向电压输出端Vout，故电感L释放能量到电容C，电感电流IL以(Vin-VLX)/L的斜率下降。电感电流IL通过NMOS晶体管N1及PMOS晶体管P1时，会因NMOS晶体管N1及PMOS晶体管P1的导通阻值而产生功率消耗，进而降低转换器的效率。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种具有降压调节能力的升压转换器及其降压调节方法。

本发明的目的之一，在于提出一种降低电感电流变化量的降压调节方法。

根据本发明，一种升压转换器的降压调节方法包括关闭在电感及参考电位端之间的第一开关，以及切换在该电感及该升压转换器的输出端之间作为第二开关的PMOS晶体管，以将该升压转换器的输入端的输入电压转换为该输出端的输出电压，该输出电压小于该输入电压。

根据本发明，一种升压转换器的降压调节方法包括打开在电感及参考电位端之间的第一开关并关闭在该电感及该升压转换器的输出端之间作为第二开关的PMOS晶体管以使该电感储能；接着打开该PMOS晶体管并关闭该第一开关；最后关闭该第一开关及该PMOS晶体管以使该电感放能。