專利名稱：電平移動電路及相關開關穩(wěn)定器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電平移動電路，以及一種包括自舉式DC-DC轉換器的開關穩(wěn)定器，其中自舉式DC-DC轉換器具有高輸入電源電壓和低控制電源電壓，并使用比輸入電源電壓更高的驅(qū)動電壓，對輸出晶體管進行開關操作。
背景技術：
圖3中示出了常規(guī)開關穩(wěn)定器的配置示例。圖3所示的開關穩(wěn)定器包括自舉式DC-DC轉換器，并且由PWM信號產(chǎn)生電路1、電平移動電路2’、自舉開關電路3、平滑電路4和延遲電路5a和5b構成。這里，輸入電源電壓VIN比控制電源電壓VDD高，并假設輸入電源電壓VIN是+25V，控制電源電壓VDD是+5V。
PWM信號產(chǎn)生電路1根據(jù)輸出電壓V0，產(chǎn)生PWM信號，并向延遲電路5a和5b饋送PWM信號。延遲電路5a將從PWM信號產(chǎn)生電路1輸出的PWM信號延遲，并將得到的信號作為PWM信號P1，向電平移動電路2’饋送。延遲電路5b將從PWM信號產(chǎn)生電路1輸出的PWM信號延遲，并將得到的信號作為控制脈沖信號P2，向自舉開關電路3饋送。向PWM信號產(chǎn)生電路1以及延遲電路5a和5b施加的電源電壓是控制電源電壓VDD相比于PWM信號P1，控制脈沖信號P2上升早了預定時間段，而下降晚了預定時間段。
電平移動電路2’將PWM信號P1轉換為高電壓控制脈沖信號PH，將其饋送到自舉開關電路3。
在自舉開關電路3中，驅(qū)動器電路Dr1根據(jù)高電壓控制脈沖信號PH，使NMOS晶體管Tr1導通和截止；另一方面，反相器電路3a將控制脈沖信號P2反轉，驅(qū)動器電路Dr2根據(jù)反轉信號，使NMOS晶體管Tr2導通和截止。
當NMOS晶體管Tr1截止，NMOS晶體管Tr2導通時，充電電流經(jīng)過施加有控制電源電壓VDD的端子7，通過肖特基(Schottky)二極管SD1，流入電容器C1，從而使電容器C1兩端的電壓變?yōu)榇蠹s+5V。然后，NMOS晶體管Tr1和Tr2都暫時保持截止，接著，當NMOS晶體管Tr1導通，NMOS晶體管Tr2截止時，電容器C1與NMOS晶體管Tr1之間的節(jié)點電壓變?yōu)?25V，電容器C1與肖特基二極管SD1之間的節(jié)點電壓BOOT變?yōu)榇蠹s+30V。然后，NMOS晶體管Tr1和Tr2都暫時保持截止，接著，NMOS晶體管Tr1再次截止，NMOS晶體管Tr2再次導通。
在電容器C1與肖特基二極管SD1之間的節(jié)點和NMOS晶體管Tr1和Tr2之間的節(jié)點之間產(chǎn)生的電壓作為電源電壓，饋送到設置在電平移動電路2’之后的電路級中的電路。
平滑電路4是由電感器L1和電容器C2組成的平滑濾波器。平滑電路4平滑并輸出NMOS晶體管Tr1和Tr2之間的節(jié)點電壓，作為輸出電壓V0。
開關穩(wěn)定器具有兩種工作模式，即，輸出電流從開關穩(wěn)定器流向負載的模式(正向模式)和輸出電流從負載流向開關穩(wěn)定器的模式(逆向模式)。在圖3所示的開關穩(wěn)定器中，當NMOS晶體管Tr1和Tr2都截止時，在正向模式中，電流流過NMOS晶體管Tr2的體二極管(bodydiode)；在逆向模式中，電流流過NMOS晶體管Tr1的體二極管。因此，在電平轉移電路2’中的相關點觀察到的電壓波形如圖4的時序圖所示。圖4中的符號Vn代表由柵極接收PWM信號P1的NMOS晶體管Q0與電阻器R1之間的節(jié)點n上的電壓。
當PWM信號P1為低時，NMOS晶體管Q0截止，從而電壓Vn等于電壓BOOT。當PWM信號P1為高時，NMOS晶體管Q0導通，從而電壓Vn等于電壓SW。
專利文獻1JP-A-2002-315311專利文獻2JP-A-2003-235251發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題
但是，不便利的是，圖3所示的開關穩(wěn)定器具有如下缺點。在輸入端位于節(jié)點n、并由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器中，如圖4所示，這些晶體管的柵極-源極寄生電容PC使電壓Vn的波形在上升和下降沿處變鈍。
因此，在逆向模式中，在電壓Vn的波形較鈍的時間段T1和T2期間，可能錯誤地將由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器的輸出反轉，導致誤動作發(fā)生。具體地，在時間段T1期間，電壓BOOT與Vn之差可能變得較大，從而使由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器的輸出變高，另外，在時間段T2期間，電壓SW與Vn之差可能變得較大，從而使由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器的輸出變低。此外，在時間段T1期間，PMOS晶體管Q1可能出現(xiàn)柵極與源極之間的耐壓失效，從而可靠性降低。例如，在一些情況下，這些缺點特別突出為使開關穩(wěn)定器能夠處理更大的電流，使PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2更大，結果寄生電容PC相應地更大；為降低功耗，給予電容器R1更高的電阻，結果歸因于寄生電容PC和電阻器R1的時間常數(shù)相應地更大；以及PWM信號P1的導通時間段(on-period)較短。
考慮到上述缺點，本發(fā)明的目的是提供一種誤動作可能性降低的電平移動電路，并提供一種相關的開關穩(wěn)定器。
用于解決問題的措施為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的電平移動電路接收第一脈沖信號，根據(jù)第一脈沖信號，產(chǎn)生第二脈沖信號，第二脈沖信號的高電平比第一脈沖信號的高電平高，所述電平移動電路具有高電壓側電源電壓供給線；低電壓側電源電壓供給線；反相器電路，以高電壓側電源電壓供給線與低電壓側電源電壓供給線之間的電壓，作為其電源電壓而工作；第一二極管，具有與反相器電路的輸入端相連的陽極，以及與高電壓側電源電壓供給線相連的陰極；以及第二二極管，具有與反相器電路的輸入端相連的陰極，以及與低電壓側電源電壓供給線相連的陽極。
采用上述配置，當根據(jù)第一脈沖信號，輸入端的電勢實質(zhì)上等于高電壓側電源電壓供給線電勢時，即使在高電壓側電源電壓供給線電勢中出現(xiàn)上升沿或下降沿，第一二極管也防止了高電壓側電源電壓供給線電勢與輸入端的電勢之差變得與第一二極管的正向電壓相等或更大。這防止了輸入端電勢的波形變鈍。另一方面，當根據(jù)第一脈沖信號，輸入端的電勢實質(zhì)上等于低電壓側電源電壓供給線電勢時，高電壓側電源電壓供給線電勢與輸入端的電勢之差保持與第二二極管的正向電壓相等。這防止了輸入端電勢的波形變鈍。因此，可以降低由于輸入端電勢的波形變鈍而錯誤地反轉反相器的輸出，從而引起的誤動作的可能性。
MOS晶體管的體二極管具有較小的橫截面積，從而具有較低的寄生電容。因此，通過使用MOS晶體管的體二極管作為第一和第二二極管，可以增強防止上述反相器電路中的輸入端電壓的波形變鈍的效果。因此，優(yōu)選地使用MOS晶體管的體二極管作為第一和第二二極管。
上述電平移動電路可以應用于包括自舉式DC-DC轉換器的開關穩(wěn)定器。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)一種誤動作可能性降低的電平移動電路，并提供一種相關的開關穩(wěn)定器。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的開關穩(wěn)定器的配置示例的圖；圖2是在圖1所示開關穩(wěn)定器所含的電平移動電路中的相關點觀察的電壓波形的時序圖；圖3是示出常規(guī)開關穩(wěn)定器的配置示例的圖；以及圖4是在圖3所示開關穩(wěn)定器所含的電平移動電路中的相關點觀察的電壓波形的時序圖。
參考符號列表1PWM信號產(chǎn)生電路
2電平移動電路3自舉開關電路4平滑電路6同時導通防止電路Q5，Q6 NMOS晶體管具體實施方式
以下，將參考附圖，描述本發(fā)明實施例。圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的開關穩(wěn)定器的配置示例。在圖1中，用相同的參考數(shù)字標識也包含在圖3中的部分。圖1所示的開關穩(wěn)定器包括自舉式DC-DC轉換器，由PWM信號產(chǎn)生電路1、電平移動電路2、自舉開關電路3、平滑電路4和同時導通防止電路6構成。
在圖1所示的開關穩(wěn)定器中，除了電平移動電路2和同時導通防止電路6之外，其它電路配置與前述作為常規(guī)示例的圖3所示的開關穩(wěn)定器的配置相同，所以，不再重復其描述。在以下描述中，將描述作為本發(fā)明的特征的電平移動電路2和同時導通防止電路6。同時導通防止電路6包括反相器電路6a、與門6b和或門6c。反相器電路6a接收驅(qū)動器電路Dr2的輸出LG。即，反相器電路6a的輸入端子與驅(qū)動器電路Dr2的輸出端子和NMOS晶體管Tr2的柵極之間的節(jié)點相連。反相器電路6a的輸出端子和與門6b的第二輸入端子相連。與門6b和或門6c在其各自的第一輸入端子上接收從PWM信號產(chǎn)生電路1輸出的PWM信號P1。即，與門6b和或門6c的第一輸入端子與PWM信號產(chǎn)生電路1的輸出端相連?；蜷T6c在其第二輸入端子上接收驅(qū)動器電路Dr1的輸出HG。即，或門6c的第二輸入端子與驅(qū)動器電路Dr1的輸出端子和NMOS晶體管Tr1的柵極之間的節(jié)點相連。與門6b的輸出端子與電平移動電路2中所包括的NMOS晶體管Q0的柵極相連，或門6c的輸出端子與自舉開關電路3中所包括的反相器電路3a的輸入端子相連。
如上配置的同時導通防止電路6向電平移動電路2中所包括的NMOS晶體管Q0的柵極輸出PWM信號P1，并向自舉開關電路3中所包括的反相器電路3a的輸入端子輸出控制脈沖信號P2。這里，控制脈沖信號P2是相比于PWM信號P1，上升早了預定時間段，而下降晚了預定時間段的信號。
電平移動電路2包括NMOS晶體管Q0；電阻器R1；電流鏡電路，由NPN晶體管Q3和Q4組成；電阻器R2，用作向電流鏡電路提供電流的電流源；反相器電路，由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成；反相器電路2a和2b；以及NMOS晶體管Q5和Q6。每一個反相器電路都連接在施加有電壓BOOT的電源線與施加有電壓SW的電源線之間，并以這些電源線之間的電壓作為電源電壓而工作。
NMOS晶體管Q0的漏極通過電阻器R1，與施加有電壓BOOT的電源線相連。NMOS晶體管Q0的源極與由NPN晶體管Q3和Q4組成的電流鏡電路的輸出相連。電阻器R1與NMOS晶體管Q0之間的節(jié)點n是由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器電路的輸入端。反相器電路2a將由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器電路的輸出反轉，接著反相器電路2b將反相器電路2a的輸出反轉，從而產(chǎn)生脈沖控制信號PH。
此外，柵極與源極短路連接的NMOS晶體管Q5設置在節(jié)點n與施加有電壓BOOT的電源線之間，柵極與源極短路連接的NMOS晶體管Q6設置在節(jié)點n與施加有電壓SW的電源線之間。
圖2中示出了在電平移動電路2中的相關點觀察的電壓波形的時序圖。圖2中的符號Vn代表在其柵極上接收PWM信號P1的NMOS晶體管Q0與電阻器R1之間的節(jié)點處的電壓。圖2中的符號Vs代表肖特基二極管SD1的正向電壓。圖2中的符號VF2代表NMOS晶體管Q2的體二極管的正向電壓，圖2中的符號VF6代表NMOS晶體管Q6的體二極管的正向電壓。
首先，將描述正向模式。在PWM信號P1和控制脈沖信號P2都為低(＝0V)的時間段期間，以及在控制脈沖信號P2上升之后、PWM信號P1為低(＝0V)而控制脈沖信號P2為高的時間段T1期間，電壓Vn等于電壓BOOT。在PWM信號P1和控制脈沖信號P2都為高的時間段期間，NMOS晶體管Q6的體二極管保持電壓SW與Vn之差等于NMOS晶體管Q6的體二極管的正向電壓VF6。這防止了電壓Vn的波形變鈍。接著，當PWM信號P1下降時，電壓Vn首先上升到電壓BOOT的高電平(其值與在PWM信號P1和控制脈沖信號P2都為高的時間段期間觀察到的一樣)，然后下降，以等于電壓BOOT的低電平(其值與在PWM信號P1和控制脈沖信號P2都為低的時間段期間觀察到的一樣)。
以下將描述逆向模式。在時間段T1期間，NMOS晶體管Q5的體二極管防止電壓BOOT與Vn之差變得與NMOS晶體管Q5的體二極管的正向電壓相等或更大。即使在電壓Vn隨著電壓BOOT上升而上升時，這也防止電壓Vn的波形變鈍，還防止PMOS晶體管Q1的柵極與源極之間的耐壓失效，從而增強了可靠性。
此外，在時間段T2期間(在該時間段中，常規(guī)的是電壓Vn變得比電壓SW高)，NMOS晶體管Q6的體二極管保持電壓SW與Vn之差與NMOS晶體管Q6的體二極管的正向電壓VF6相等，從而防止電壓Vn的波形變鈍。這消除了由于錯誤地反轉由PMOS晶體管Q1和NMOS晶體管Q2組成的反相器電路的輸出而導致誤動作的可能性。此外，在時間段T1期間，也消除了PMOS晶體管Q1的柵極與源極之間出現(xiàn)耐壓失效的可能性，從而增強了可靠性。
可以分別設置陽極與節(jié)點n相連、陰極與施加有電壓BOOT的電源線相連的“普通”晶體管，以及陰極與節(jié)點n相連、陽極與施加有電壓SW的電源線相連的“普通”晶體管，來替代NMOS晶體管Q5和Q6。這也有助于減輕電壓Vn波形的鈍化。但是，相比于NMOS晶體管的體二極管，普通晶體管具有更大的橫截面積，從而具有更大的寄生電容。因此，這些二極管減輕電壓Vn波形鈍化的效果較差。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的電平移動電路可以應用于開關穩(wěn)定器等。這些開關穩(wěn)定器一般可以應用于的電氣設備的電源。
權利要求
1.一種電平移動電路，接收第一脈沖信號，并根據(jù)所述第一脈沖信號產(chǎn)生第二脈沖信號，所述第二脈沖信號的高電平比所述第一脈沖信號的高電平更高，所述電平移動電路包括高電壓側電源電壓供給線；低電壓側電源電壓供給線；反相器電路，根據(jù)所述高電壓側電源電壓供給線與所述低電壓側電源電壓供給線之間的、作為其電源電壓的電壓而操作；第一二極管，具有與所述反相器電路的輸入端相連的陽極，以及與所述高電壓側電源電壓供給線相連的陰極；以及第二二極管，具有與所述反相器電路的輸入端相連的陰極，以及與所述低電壓側電源電壓供給線相連的陽極。
2.根據(jù)權利要求1所述的電平移動電路，其中，MOS晶體管的體二極管用作所述第一二極管和所述第二二極管的每一個。
3.一種開關穩(wěn)定器，包括自舉式DC-DC轉換器，其中，所述自舉式DC-DC轉換器包括根據(jù)權利要求1所述的電平移動電路。
4.一種開關穩(wěn)定器，包括自舉式DC-DC轉換器，其中，所述自舉式DC-DC轉換器包括根據(jù)權利要求2所述的電平移動電路。
全文摘要
一種電平移動電路(2)，包括柵極與源極短路連接的NMOS晶體管(Q5)，設置在施加有電壓(BOOT)的高電壓電源線與由PMOS晶體管(Q1)和NMOS晶體管(Q2)組成的反相器電路的輸入端n之間；柵極與源極短路連接的NMOS晶體管(Q6)，設置在施加有電壓(SW)的低電壓電源線與由PMOS晶體管(Q1)和NMOS晶體管(Q2)組成的反相器電路的輸入端(n)之間。因此，NMOS晶體管(Q5和Q6)的體二極管防止輸入端(n)處的電壓波形變鈍。這可以防止電平移動電路的誤動作。
文檔編號H02M1/096GK1965464SQ200580018570
公開日2007年5月16日 申請日期2005年5月19日 優(yōu)先權日2004年6月9日
發(fā)明者酒井優(yōu) 申請人:羅姆股份有限公司