一种电源转换电路制造技术

本发明专利技术提供一种电源转换电路，用以实现输出电压向下过冲较大时，快速对电路输出进行动态补偿。该电源转换电路与驱动电路连接，包括第一NMOS管、用于稳定第一NMOS管源极电压的电容以及连接于第一NMOS管栅极的第一偏置电路，还包括一个连接于第一NMOS管栅极的电压增益元件。本发明专利技术电源转换电路可采用常规BCD工艺设计，利用常规CMOS电路和LDMOS，BJT等进行设计，解决现有技术中抽取较大负载时，输出电压向下过冲幅度过大的问题。向下过冲幅度过大的问题。向下过冲幅度过大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电源转换电路


[0001]本专利技术涉及一种电源转换电路，应用于涉及高边开关和低边开关的电源控制领域，适用于多种拓扑结构中产生驱动外置功率管的供电电源的应用场景，如Buck变换器，高边开关等。

技术介绍

[0002]高压转换：一种高压电源转换为中压或低压电源的电路。
[0003]瞬态响应：指系统在某一典型信号输入作用下，其系统输出量从初始状态到稳定状态的变化过程。瞬态响应也称动态响应或过渡过程或暂态响应。电平位移：通常情况下一个电路系统中存在多个电源电压轨和地电压轨。一个控制信号为了能够控制另一个处于不同电源轨和地轨的电路，需要经过电平位移电路处理，实现电源轨和地轨的转换。
[0004]DCDC（直流转直流）变换器一般是通过反复开通关断功率MOS开关，把输入直流电压转换成高频方波电压，再通过LC滤波变为直流输出电压。变换器一般由控制芯片、电感线圈、二极管、外围电容电阻等构成。通过采样输出电压信号反馈至芯片内部进行环路调节，控制开关的占空比，达到稳定输出电压的目的。为了简化外围设计和PCB面积等，低压小功率变换器的功率MOS开关大多数情况下都集成于控制芯片内部，而高压大功率变换器由于输入电压高、高压BCD工艺不成熟、系统散热等原因，多数是用控制器和外置功率MOS开关实现的。外置功率MOS的阈值电压一般情况下与耐压有关，以功率NMOS为例，200V以内的一般为2
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4V，200V以上的一般为3
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5V。通常要实现功率NMOS完全导通并且性能处于最优状态所需的栅源电压（VGS）为10V左右。
[0005]当DC
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DC输入电压为高压，比如几十V，上百V时，需要给驱动模块提供10V的电源。通常该电源的稳压电容内置于芯片中，当驱动功率较大时，该电源的瞬态响应速度和稳压电容面积需要折中考虑。
[0006]常规电源转换电路技术方案：如图1所示，其中VIN为芯片的输入电压，最高到100V，VCC为驱动电路供电，典型值为10V。D1，D2为齐纳二极管，M1为100V NMOS管。齐纳二极管的击穿电压为5.4V。
[0007]该电路原理如下分析，当VIN电压低于10.8V时，NMOS管M1的GATE电压等于VIN，VCC电压等于VIN
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VGS；当VIN电压超过10.8V时，NMOS管M1的GATE电压被嵌位在10.8V，VCC电压等于10.8
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VGS，为10V左右。
[0008]驱动电路的驱动速度要求较高时，在功率管开启和关断时会从驱动电路电源抽取较大电流，现有技术中，该电流一部分靠电容C1维持的电荷提供，另一部分靠NMOS管M1提供。
[0009]上述电源转换电路由于电容C1为芯片内电容，电容值有限，针对负载抽取较大电流的应用场景，现有技术通过增大电容C1来维持VCC电压。另外，针对大功率或高频应用的buck变换器等场景现有技术的通常做法是把电容C1电容置于芯片外部以一定程度提高电容值，但会增大PCB面积。当驱动电路抽取电流较大时，NMOS管M1的GATE也会被耦合拉低，
NMOS管M1能补充的电流有限。此时VCC向下过冲幅度较大，驱动电路的实际驱动速度减缓较大。
[0010]上述常规电路的运行结果：图2为上述常规电源转换电路在VIN=20V，VCC拉50mA负载时的仿真波形，负载的上升沿10ns，脉宽20ns，下降沿10ns。图2分为上中下三部分，由上至下分别表示：VCC电压波形，NMOS管M1的栅极电压波形，负载电流波形。可以看到，在拉负载瞬间，VCC从9.988V掉到了
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5.118V，M1的栅极从10.82V掉到了
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1.308V。如前所述，外部驱动功率管为200V以内时，功率管阈值电压为2
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4V，VCC在拉载瞬间掉到了
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5.118V，VCC在4V以下的区间不足以保持外部功率管的正常工作。

技术实现思路

[0011]本专利技术提供一种电源转换电路，用以实现输出电压向下过冲较大时，快速对电路输出进行补偿。
[0012]本专利技术的具体技术方案如下：一种电源转换电路，与驱动电路连接，包括第一NMOS管、用于稳定第一NMOS管源极电压的电容以及连接于第一NMOS管栅极的第一偏置电路，还包括一个连接于第一NMOS管栅极的电压增益元件。
[0013]所述电源转换电路的进一步设计在于，所述电压增益元件为第二NMOS管，第二NMOS管的源极连接于第一NMOS管的栅极和第一偏置电路。
[0014]所述电源转换电路的进一步设计在于，第二NMOS管的电压阈值Vth为0.8V，第一NMOS管与第二NMOS管的电压阈值差值不超过100mV。
[0015]所述电源转换电路的进一步设计在于，所述第二NMOS管的栅极连接有稳压电容与第二偏置电路。
[0016]所述电源转换电路的进一步设计在于，第一偏置电路与第二偏置电路均由电阻与稳压二极管串接组成。
[0017]所述电源转换电路的进一步设计在于，所述电压增益元件为三极管，三极管的发射极连接第一NMOS管的栅极和第一偏置电路。
[0018]所述电源转换电路的进一步设计在于，所述三极管的基极连接有稳压电容与第三偏置电路。
[0019]所述电源转换电路的进一步设计在于，第一偏置电路与第三偏置电路均由电阻与稳压二极管串接组成。
[0020]本专利技术相比现有技术具有如下有益效果：1、本专利技术电源转换电路可采用常规BCD工艺设计，利用常规CMOS电路和LDMOS，BJT等进行设计，解决现有技术中抽取较大负载时，输出电压向下过冲幅度过大的问题。
[0021]2、本专利技术电源转换电路中增设电压增益元件和稳压电容向驱动电路补充电压，动态补偿原有电源转换电路中第一NMOS管栅极的压降问题，减小对后级驱动电路驱动速度的影响。
[0022]3、针对大功率或高频应用的buck变换器，高边开关等场景，现有技术的通用做法是把该输出稳压电容置于芯片外部，通常为uF级别电容。而本专利技术电源转换电路可以将该
输出稳压电容内置芯片中，节约系统成本和PCB面积。
附图说明
[0023]图1为常规电源转换电路的电原理图；图2为常规电源转换电路在VIN=20V，VCC拉50mA负载的仿真波形图；图3为本专利技术实施例一的具体实施电路；图4为本专利技术实施例一在VIN=20V，VCC拉50mA负载的仿真波形图；图5为本专利技术实施例二的具体实施电路；图6为本专利技术实施例二在VIN=20V，VCC拉50mA负载的仿真波形图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图，对本专利技术的具体设计作进一步的描述：
实施例一：
[0025]如图3所示，本专利技术提出的电源转换电路，虚线框内的电路为动态补偿电路。本专利技术的电源转换电路包括：第一NMOS管M3、负载R5、用于稳定第一NMOS管源极电压的稳压电容C3以及连接于第一NMOS管栅极的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电源转换电路，与驱动电路连接，包括第一NMOS管、用于稳定第一NMOS管源极电压的电容以及连接于第一NMOS管栅极的第一偏置电路，其特征在于：还包括一个连接于第一NMOS管栅极的电压增益元件。2.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于：所述电压增益元件为第二NMOS管，第二NMOS管的源极连接于第一NMOS管的栅极和第一偏置电路。3.根据权利要求2所述的电源转换电路，其特征在于：第二NMOS管的电压阈值Vth为0.8V，第一NMOS管与第二NMOS管的电压阈值差值不超过100mV。4.根据权利要求2或3所述的电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建伟，宋健，申印臣，于利民，
申请(专利权)人：江苏展芯半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：