一种可自适应充电的自举电源的制作方法

本发明属于电源电路技术领域，具体涉及一种可自适应充电的自举电源。

背景技术：

如图1所示，当前dc-dcbuck降压电路的开关管多为nmos，上管需要高于输入电压vin的电源供电，传统解决方案是靠自举电容来提供比输入电压vin更高的供电电源，而自举电容的储能则是通过内部低压电源对其充电实现。实际应用中控制芯片在开关信号sw的ton阶段打开上管，关断下管，电感电流增加；在toff阶段关断上管，打开下管，电感电流减小。当输出负载为轻载时，一个开关周期内电源输入的能量可能大于需要的输出负载，这时vfb反映的vout电压高于设定电压，芯片就会一直保持在toff阶段，使电感电流持续减小，直到电感电流减小到零。考虑到效率原因，一般芯片内部会有电感电流过零检测模块，当检测到电感电流为零时，芯片关断下管，如果这时vfb反映的vout电压仍高于设定电压，就不会启动下一个新的开关周期，而继续保持上管关断，sw发生振荡，其平均电压等于输出电压vout。以上是buck同步降压电路的工作情况，对于buck非同步降压电路的工作情况与此类似，只不过发生电感电流过零后的逻辑控制由二极管本身特性实现了。

由于前面提到的内部电源的输出电压是参考芯片地，那么当sw等于vout时，外部的自举电容就不能按设计要求充满，当vout接近于该内部电源的输出电压时尤其明显，这时自举电容几乎不能充电，下一个周期到来时自举电容电压就会低于设计值，这会导致上管的导通电阻变大，增加功耗。如果由自举电容供电模块还带有负载，那么储存在自举电容上的能量可能进一步被消耗，导致上管不能开启。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对上述问题，提出一种浮动内部电源，可用于dc-dcbuck降压电路各种工作情况下持续为自举电容充电。

本发明的技术方案是：

一种可自适应充电的自举电源，用于dc-dcbuck电路，其特征在于，包括偏置电流源、二极管、nmos管、电阻和电容；其中，偏置电流源的输入端接电源，偏置电流源的输出端接nmos管的栅极和电阻的一端；二极管的正极接电源，二极管的负极接nmos管的漏极；nmos管的源极接电容的一端，电容的另一端和电阻的另一端相连后接dc-dcbuck电路开关信号。

上述方法为本发明提出的一种基本的浮动内部电源，当dc-dcbuck电路开关信号在一定范围内变化时，电容上的电压可以保持不变。

一种可自适应充电的自举电源，用于dc-dcbuck电路，其特征在于，包括偏置电流源、第一二极管、第二二极管、稳压管、nmos管、第一电容和第二电容；其中，第二二极管的正极接电源，第二二极管的负极接偏置电流源的输入端，偏置电流源的输出端接稳压管的负极、第一电容的一端和nmos管的栅极；第一二极管的正极接电源，第一二极管的负极接nmos管的漏极；nmos管的源极接第二电容的一端，第二电容的另一端、第一电容的另一端和稳压管的正极相连后接dc-dcbuck电路开关信号。

上述方案为在提出的基本的浮动内部电源上的一种优化方案，优化改进后，稳压管z1的电压先被第一电容c1采样，即使dc-dcbuck电路开关信号电位上升到接近电源vin时，由于第一电容c1储存的电能没有放电通道，稳压管z1的电压就可以保持作用于nmos的栅极上，始终可以保证第二电容cbst的充电通道开启。

本发明的有益效果是：不同于传统的内部电源的输出电压参考芯片地，本发明浮动电源的输出电压参考dc-dcbuck电路开关信号sw，无论sw如何变化，总能得到一个相对于sw的设定输出电压，从而可以在toff阶段持续为自举电容充电，补偿其消耗的能量。

附图说明

图1为常用的dc-dcbuck降压电路的系统应用方案；

图2为传统的参考芯片地的内部电源；

图3为本发明提出的一种基本的浮动内部电源结构；

图4为本发明提出的优化改进的浮动内部电源结构。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：

图2为传统的参考芯片地的内部电源，lv输出通过一个二极管d1对介于节点vbst和sw之间的电容cbst充电。电容cbst上的电压等于lv的输出电压减去二极管d1的正向压降以及sw对gnd的电压。如前文所述，轻载时可能出现sw平均电压等于系统输出电压vout的情况，这样就减小了电容cbst上可维持的最大电压，vout越大，这种影响越明显。

图3提出的一种基本的浮动内部电源，偏置电流源ibias的电流经过电阻r1产生相对于sw的电压，而cbst上的电压就等于电阻r1上的电压减去nm1的vgs电压。当sw在一定范围内变化时，cbst上的电压可以保持不变。该电路结构也有局限性，如果sw电位升高到一定程度，会导致偏置电流源ibias的电流减小，电阻r1上的电压随之减小，而cbst上的电压也随之减小。

图4在图3提出的基本的浮动内部电源的基础上进行了优化改进。电阻r1替换为稳压管z1，偏置电流源ibias与vin之间增加了二极管d2，nm1的栅极和sw之间的电容c1可采样稳压管z1的输出电压。内部电源优化改进后，cbst上的电压就等于稳压管z1的电压减去nm1的vgs电压。考虑极限情况，当sw电位上升到接近vin时，电阻r1上电压接近为零，这种情况下不能为电容cbst充电，事实上只要nm1的vgs电压减小到nm1的阈值电压，电容cbst就已经不能充电了。而优化改进后稳压管z1的电压先被电容c1采样，即使sw电位上升到接近vin时，由于电容c1储存的电能没有放电通道，稳压管z1的电压就可以保持作用于nm1的栅极上，始终可以保证电容cbst的充电通道开启。如果经过多次开关动作后，引起了电容c1上电压偏高，超过稳压管z1的击穿电压，稳压管z1就可以将c1上多余储存的电能安全地释放掉。优化改进后还得到了一个好处，就是由于稳压管自身的稳压特性，对偏置电流源的要求也放宽了。

技术特征：

1.一种可自适应充电的自举电源，用于dc-dcbuck电路，其特征在于，包括偏置电流源、二极管、nmos管、电阻和电容；其中，偏置电流源的输入端接电源，偏置电流源的输出端接nmos管的栅极和电阻的一端；二极管的正极接电源，二极管的负极接nmos管的漏极；nmos管的源极接电容的一端，电容的另一端和电阻的另一端相连后接dc-dcbuck电路开关信号。

2.一种可自适应充电的自举电源，用于dc-dcbuck电路，其特征在于，包括偏置电流源、第一二极管、第二二极管、稳压管、nmos管、第一电容和第二电容；其中，第二二极管的正极接电源，第二二极管的负极接偏置电流源的输入端，偏置电流源的输出端接稳压管的负极、第一电容的一端和nmos管的栅极；第一二极管的正极接电源，第一二极管的负极接nmos管的漏极；nmos管的源极接第二电容的一端，第二电容的另一端、第一电容的另一端和稳压管的正极相连后接dc-dcbuck电路开关信号。

技术总结
本发明属于电源电路技术领域，具体涉及一种可自适应充电的自举电源。本发明不同于传统的内部电源的输出电压参考芯片地，本发明浮动电源的输出电压参考DC‑DC BUCK电路开关信号SW，无论SW如何变化，总能得到一个相对于SW的设定输出电压，从而可以在Toff阶段持续为自举电容充电，补偿其消耗的能量。

技术研发人员：刘剑
受保护的技术使用者：成都稳海半导体有限公司
技术研发日：2021.04.27
技术公布日：2021.07.30