專利名稱：包含緩沖電路的直流-直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及直流-直流(DC-DC)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，尤其涉及包含緩沖電路 的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用在各種電子設(shè)備中，用來將外部的直流電源輸出的 高電壓轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)牡椭绷麟妷?，從而為電子設(shè)備中的各個元器件提供所需的低壓直流供 電。 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的電路圖。如圖所示，該電路 包括第一開關(guān)元件Qll和第二開關(guān)元件Q12，這里第一開關(guān)元件Qll和第二開關(guān)元件Ql為 M0S晶體管。第一開關(guān)元件Qll的柵極G。n接收由外部輸入的控制信號，漏極D。n連接至電 源101，源極SQ11連接至第二開關(guān)元件Q12的漏極DQ12 ;第二開關(guān)元件Q12的柵極GQ12接收 由外部輸入的控制信號，漏極DQ12連接至第一開關(guān)元件Qll的源極S。n，源極SQ12連接至地 (GND)102。這里電源101為12V直流電壓。第一開關(guān)元件Q11和第二開關(guān)元件Q12的連接 處，即第一開關(guān)元件Ql 1的源極SQ11與第二開關(guān)元件Q12的漏極DQ12相連接的節(jié)點稱為開關(guān) 節(jié)點(phase node) 103。在開關(guān)節(jié)點103和輸出端104之間還連接有一電感Lll，在輸出端 104和地102之間連接有第三電容C13。電感L11和第三電容C13構(gòu)成了 LC低通濾波器。 電源101和地102之間還連接有第二電容C12，在第一開關(guān)元件Qll截止時通過電源101為 第一電容C12充電，以便在Qll導(dǎo)通時為Qll提供穩(wěn)定的電源電壓。 在開關(guān)節(jié)點103和地102之間設(shè)置有由電阻R11和第一電容C11構(gòu)成的緩沖電路， 也稱為s皿bber電路。在開關(guān)閉合期間，開關(guān)節(jié)點103處輸出的電壓會從0V變化到所需 的輸出電壓值，此時由于電路中存在的寄生元件會導(dǎo)致在開關(guān)節(jié)點103處產(chǎn)生高頻振鈴現(xiàn) 象，即開關(guān)節(jié)點103處的輸出電壓首先會跳變到一個比所需輸出電壓更高的電壓輸出值， 然后逐漸振蕩減小到所需的電壓輸出值。S皿bber電路是一個能量吸收電路，用于消除開關(guān) 閉合時由電路的寄生電感所引起的高頻振鈴現(xiàn)象。當(dāng)開關(guān)閉合時，緩沖電路為流經(jīng)電路寄 生電感的電流提供一條替代的接地通路，從而能抑制電壓瞬變，吸收開關(guān)節(jié)點103處的高 頻振鈴，并限制最大輸出電壓的幅度。 然而，現(xiàn)有的s皿bber電路在抑制振鈴現(xiàn)象時存在著嚴(yán)重的問題。如圖1所示，在 開關(guān)閉合時，即第一開關(guān)元件Qll由截止變?yōu)閷?dǎo)通，流經(jīng)第一開關(guān)元件Qll的交流電流會按 如圖所示的箭頭方向流經(jīng)第一電容Cll、第一開關(guān)元件Qll、電阻Rll和電容C12，形成了一 相當(dāng)大的回路a。這會導(dǎo)致整個電路的寄生參數(shù)(如寄生電容、寄生電感)增大，使得高頻 振鈴的幅度加劇，從而導(dǎo)致輸出電壓的幅度增大。若振鈴輸出電壓的幅度增大到一定程度， 如高于第二開關(guān)元件的額定電壓，則會導(dǎo)致開關(guān)元件損壞，使得整個電路失效。 鑒于上述問題，需要這樣一種電路，它能有效地降低電路中的寄生參數(shù)，從而降低 高頻振鈴并抑制輸出電壓的幅度，以保證電路正常可靠地進(jìn)行工作。
實用新型內(nèi)容在實用新型內(nèi)容部分引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中 進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實用新型的實用新型內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的 技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù) 范圍。 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型提供一種直流-直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電
路，所述電源轉(zhuǎn)換電路包括電源、地、第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、電阻、第一電容和第四
電容；所述第一開關(guān)元件與電源相連接，所述第二開關(guān)元件與地相連接；所述第一開關(guān)元
件與所述第二開關(guān)元件的連接點為開關(guān)節(jié)點，所述電阻和第一電容串聯(lián)連接在所述開關(guān)節(jié)
點與地之間；所述第四電容連接在所述電阻和第一電容的連接點與電源之間。 根據(jù)本實用新型的一個方面，所述開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路還包括LC低通濾波器，所述
LC低通濾波器包括電感和第三電容；所述電感串聯(lián)于所述開關(guān)節(jié)點與輸出端之間；所述第
三電容連接在所述輸出端與地之間。 根據(jù)本實用新型的一個方面，所述開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路還包括第二電容，所述第二 電容連接在所述電源和所述地之間。 根據(jù)本實用新型的一個方面，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件是MOS晶體 管，其擊穿電壓為25V。 根據(jù)本實用新型的一個方面，所述第一開關(guān)元件的漏極連接所述電源，柵極接收 來自外部的控制信號，源極與所述第二開關(guān)元件的漏極相連接；所述第二開關(guān)元件的柵極 接收來自外部的控制信號，源極連接至地；所述開關(guān)節(jié)點為所述第一開關(guān)元件的源極與所 述第二開關(guān)元件的漏極相連接的連接點。 根據(jù)本實用新型的一個方面，所述第四電容的大小為2200PF。 根據(jù)本實用新型的一個方面，所述電源為12V直流電源。 本實用新型還提供一種包含如上所述的直流-直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的芯片，以 及包含這種芯片的電源。 根據(jù)本實用新型的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路能有效地降低電路中的寄生參數(shù)，從而降低 在開關(guān)閉合時的高頻振鈴現(xiàn)象，并抑制輸出電壓的幅度，以保證電路正?？煽康剡M(jìn)行工作。
本實用新型的下列附圖在此作為本實用新型的一部分用于理解本實用新型。附圖
中示出了本實用新型的實施例及其描述，用來解釋本實用新型的原理。在附圖中， 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的電路圖； 圖2為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的電路圖； 圖3a和3b為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路與現(xiàn)有技術(shù)的DC-DC開
關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路在5A負(fù)載下的輸出電壓波形圖； 圖4a和4b為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路與現(xiàn)有技術(shù)的DC-DC開 關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路在IOA負(fù)載下的輸出電壓波形圖； 圖5為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的電路版圖。
具體實施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本實用新型更為徹底的理 解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本實用新型可以無需一個或多個這些細(xì) 節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本實用新型發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些 技術(shù)特征未進(jìn)行描述。 圖2為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的電路圖。如圖2所示，該電 路包括第一開關(guān)元件Q21和第二開關(guān)元件Q22，這里第一開關(guān)元件Q21和第二開關(guān)元件Q22 均以M0S晶體管作為示例。第一開關(guān)元件Q21的柵極GQ21接收由外部輸入端208的控制信 號，漏極D咖連接至電源201，這里電源201為12V直流電壓，源極SQ21連接至第二開關(guān)元件 Q22的漏極DQ22 ;第二開關(guān)元件Q22的柵極GQ22接收由外部輸入端207輸入的控制信號，漏極 DQ22連接至第一開關(guān)元件Q21的源極S,，源極SQ22連接至地(GND) 102。第一開關(guān)元件Q21 和第二開關(guān)元件Q22的連接點，即第一開關(guān)元件Q21的源極SQ21與第二開關(guān)元件Q22的漏 極DQ22相連接的節(jié)點為開關(guān)節(jié)點203。在開關(guān)節(jié)點203和地102之間連接有由電阻R21和 第一電容C21構(gòu)成的緩沖電路，用于吸收開關(guān)節(jié)點203處在輸出電壓從OV變化到所需高電 平時產(chǎn)生的高頻振鈴，并限制最大輸出電壓的幅度。在開關(guān)節(jié)點203和輸出端204之間還 連接有一電感L21，在輸出端204和地202之間連接有第三電容C23。電感L21和第三電容 C23構(gòu)成了 LC低通濾波器，用于濾除直流輸出電壓中的交流噪聲信號，因而可以抑制較高 頻率的噪聲信號。電源201和地202之間還連接有第二電容C22，在第一開關(guān)元件Q21截止 時通過電源201為第二電容C22充電，以便在Q21導(dǎo)通的瞬間為Q21提供穩(wěn)定的電源電壓。 輸出端204輸出1. 8V直流電壓。 如圖2所示，在根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路中，在電源201和緩沖 電路的電阻R21與第一電容C21的連接節(jié)點之間加入一第四電容C24，構(gòu)成一新的s皿bber 緩沖電路205。如圖所示，電阻R21、第一電容C21和第四電容C24構(gòu)成一 T字型結(jié)構(gòu)的緩 沖電路，因此該新的s皿bber電路205也稱為T-s皿bber電路。在加入了第四電容C24后， 在第一開關(guān)元件Q21導(dǎo)通時，流經(jīng)第一開關(guān)元件Q21的交流電流構(gòu)成了如圖2所示箭頭方 向的回路b，其中電流只流經(jīng)第一開關(guān)元件Qll、電阻R21和第四電容C24。該回路明顯小于 圖1中流經(jīng)第一開關(guān)元件Qll的電流回路，因此顯著降低了電路中的寄生參數(shù)，如寄生電感 等，從而有效降低高頻振鈴和輸出電壓的幅度。 第四電容C24的大小可以根據(jù)電路中其他元件如第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、 電感、電阻和第一電容的大小而利用相應(yīng)的公式進(jìn)行計算。在實際中還需要根據(jù)實際電路 測試的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整由實現(xiàn)最佳的抑制振鈴的效果。第四電容的大小通常為皮法(PF)量 級，在本實用新型中可選取第四電容C24為2200PF。 本實用新型中的第一和第二開關(guān)元件以擊穿電壓為25V的M0S晶體管為例，當(dāng)然， 也可以為其它可以實現(xiàn)開關(guān)作用的元件。 圖3a和3b為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路與現(xiàn)有技術(shù)的DC-DC開 關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路在5A負(fù)載下的輸出電壓波形圖。其中圖3a為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的DC-DC開關(guān) 電源轉(zhuǎn)換電路在負(fù)載為5A下輸出電壓的波形圖，圖3b為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電 源轉(zhuǎn)換電路在負(fù)載為5A下輸出電壓的波形圖。從圖中輸出電壓的數(shù)值可以看出，增加了第 四電容C24后的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓最大值從19. 98V降低到了18. 42V，從而可以防止過高的瞬間輸出電壓對開關(guān)元件造成擊穿，實現(xiàn)可靠穩(wěn)定的輸出。 圖4a和4b為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路與現(xiàn)有技術(shù)的DC-DC開 關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路在10A負(fù)載下的輸出電壓波形圖。其中圖4a為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的DC-DC開 關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路在負(fù)載為5A下輸出電壓的波形圖，圖4b為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān) 電源轉(zhuǎn)換電路在負(fù)載為5A下輸出電壓的波形圖。從圖中輸出電壓的數(shù)值可以看出，增加了 第四電容C24后的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓最大值從2L78V降低到了 20. 58V，從而可
以防止過高的瞬間輸出電壓對開關(guān)元件造成擊穿，實現(xiàn)可靠穩(wěn)定的輸出。 圖5為根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的電路版圖。圖5中的虛線框
內(nèi)的C89、C90和R60分別對應(yīng)于圖2中示意的C21、C24和R21組成的T-s皿bber電路205。
該版圖設(shè)計簡單，并且在未增加版圖尺寸的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對輸出振鈴幅度的降低。 在上述實施例中使用的直流電源為12V，其輸出端輸出的直流電壓為1.8V，在本
實施例中還可以通過在輸出端連接分壓電阻等已知的分壓方式進(jìn)行分壓，以輸出各種不同
大小的直流電壓供不同的元器件所使用。 另外，本實用新型還提供一種包含如圖2所示的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的芯片， 以及包含這種芯片的電源。包含根據(jù)本實用新型的DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的芯片和電源 廣泛應(yīng)用在臺式電腦、筆記本電腦等電子設(shè)備中，可以為其中的各種電子元器件或電路板 進(jìn)行直流供電。 需要注意的是，本文中所提到的"第一"、"第二"和"第三"之類的術(shù)語僅僅用來將 一個實體與另一個實體區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體之間存在任何這種實際 的關(guān)系或者順序。另外，文中所述的"包含"、"包括"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他 性的包含。 本實用新型已經(jīng)通過上述實施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是 用于舉例和說明的目的，而非意在將本實用新型限制于所描述的實施例范圍內(nèi)，此外，本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以理解的是，本實用新型并不局限于上述實施例，根據(jù)本實用新型的教導(dǎo)還 可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本實用新型所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。 本實用新型的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求一種直流-直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換電路包括電源(201)、地(202)、第一開關(guān)元件(Q21)、第二開關(guān)元件(Q22)、電阻(R21)、第一電容(C21)和第四電容(C24)；所述第一開關(guān)元件(Q21)與電源(201)相連接，所述第二開關(guān)元件(Q22)與地(202)相連接；所述第一開關(guān)元件(Q21)與所述第二開關(guān)元件(Q22)的連接點為開關(guān)節(jié)點(203)，所述電阻(R21)和第一電容(C21)串聯(lián)連接在所述開關(guān)節(jié)點(203)與地(202)之間；所述第四電容(C24)連接在所述電阻(R21)和第一電容(C21)的連接點與電源(201)之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于還包括LC低通濾波器，所述LC 低通濾波器包括電感(L21)和第三電容(C23);所述電感(L21)串聯(lián)于所述開關(guān)節(jié)點(203)與輸出端(204)之間； 所述第三電容(C23)連接在所述輸出端(204)與地(202)之間。
3. 如權(quán)利要求l所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于還包括第二電容(C22)，所述第 二電容(C22)連接在所述電源(201)和所述地(202)之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件(Q21)和 所述第二開關(guān)元件(Q22)是MOS晶體管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件(Q21)的 漏極連接所述電源(201)，柵極接收來自外部的控制信號，源極與所述第二開關(guān)元件(Q22) 的漏極相連接；所述第二開關(guān)元件(Q22)的柵極接收來自外部的控制信號，源極連接至地(202); 所述開關(guān)節(jié)點(203)為所述第一開關(guān)元件(Q21)的源極與所述第二開關(guān)元件(Q22)的 漏極相連接的連接點。
6. 如權(quán)利要求l所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第四電容(C24)的大小為 2200PF。
7. 如權(quán)利要求l所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述電源(201)為12V直流電源。
8. 如權(quán)利要求l所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件(Q21)和第 二開關(guān)元件(Q22)的擊穿電壓是25V。
9. 一種芯片，包含如權(quán)利要求1所述的直流-直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路。
10. —種電源，包含如權(quán)利要求9所述的芯片。
專利摘要本實用新型提供一種直流-直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，所述電源轉(zhuǎn)換電路包括電源、地、第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、電阻、第一電容和第四電容；所述第一開關(guān)元件與電源相連接，所述第二開關(guān)元件與地相連接；所述第一開關(guān)元件與所述第二開關(guān)元件的連接點為開關(guān)節(jié)點，所述電阻和第一電容串聯(lián)連接在所述開關(guān)節(jié)點與地之間；所述第四電容連接在所述電阻和第一電容的連接點與電源之間。本實用新型還提供一種包含如上所述的直流-直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路的芯片，以及包含這種芯片的電源。根據(jù)本實用新型的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路能有效地降低電路中的寄生參數(shù)，從而降低在開關(guān)閉合時的高頻振鈴現(xiàn)象，并抑制輸出電壓的幅度，以保證電路正?？煽康剡M(jìn)行工作。
文檔編號H02M3/04GK201479002SQ200920157418
公開日2010年5月19日 申請日期2009年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月31日
發(fā)明者徐爽 申請人:輝達(dá)公司