CN102005919B - 一种升压型dc-dc转换器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电学领域，为了解决现有技术中转换器尺寸过大、启动时间长的问题，提供了一种升压型DC-DC转换器及方法，其中装置包括时钟变换单元在启动阶段驱动功率开关单元；多路电源驱动单元检测VOUT是否到达第一预定值，如果达到则选择并输出所述VOUT作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出VIN作为功率开关单元的电源电压；电路控制单元，用于判断所述VOUT是否到达第二预定值，如果到达所述第二预定值则关断所述时钟变换单元，由所述电路控制单元驱动所述功率开关单元继续提升并维持所述VOUT到第三预定值。本发明实施例的有益效果在于能够减小DC-DC转换器电路尺寸的大小，缩短低输入电压下的启动时间。

Description

一种升压型DC-DC转换器及方法

技术领域

本发明涉及电学领域，特别涉及一种升压型DC-DC转换器及方法。

背景技术

随着节能环保的理念的深入人心，对太阳能光伏电池的使用渐渐的得到社会普遍的认可。但是将微弱的太阳能光伏电池(0.3～0.5V)直接提供给现在的便携式产品是不可行的，所以升压(Boost)型直流到直流(DC-DC)转换器的使用将不可避免。

如图1所示为一种现有技术中的Boost型DC-DC转换器结构框图。在启动阶段，振荡器(OSC)输出的时钟信号经过驱动器1(BUF1)后直接驱动功率器件NMOS1，达到启动和提升输出电压VOUT的目的。但是低电压供电设备，例如太阳能光伏电池(0.3～0.5V)作为电源VIN时，VIN电平幅度不足以驱动功率器件NMOS1(通常阈值电压在0.7～0.9V)。这样的话，启动初始阶段输入电源VIN流过电感(L)和二极管(D)的电流，最终使Vout略低于VIN，因为Vout小于晶体管阈值电压VTH，此时升压型DC-DC转换电路无法实现充电-放电的开关动作，Vout无法提升，导致启动失败。因此图1的Boost型DC-DC转换器无法满足低电压启动的需求。

即使串联2～3个太阳能光伏电池，使得输出电压达到1V左右，图1也有其不足点：启动速度慢。因为在通常情况下，因为功率器件NMOS1仅仅在启动阶段使用，为了减小版图面积的消耗功率器件NMOS1的宽/长(W/L)比相对于NMOS2来说小很多。小的W/L功率器件的导通电阻在启动的时候消耗了大部分的能量，导致了传递给输出电容的能量变小，这样就需要经过更多的周期为输出电容传送能量，进而启动速度变慢。而且电路中同时使用两个功率器件，也占据了相当一部分面积，制造成本比较高。

在美国专利US6351073B1中公开了一种升压转换器，如图2所示，这是一个自供电的DC-DC开关电源升压转换电路。电路包括一个电感器24，一个二极管30，一个开关26，一个输出电容32，一个控制电路36，该控制电路36主要负责升压转换器***控制。一个外部的IGNITER模块38，用于在有限的时间内给控制电路36提供电源，达到启动VOUT的目的。当IGNITER电路38为控制电路36提供电源的同时，VOUT也不断上升，IGNITER电路38停止后控制电路36由VOUT提供电源，继续提升VOUT电压，直到VOUT达到额定值，升压转换***启动完成。此时，***可以工作在单电池电压下或者0.3V的直流低电源下。

在上述现有技术中，启动装置是一个升压转换器之外的IGNITER电路。将图中的28点位置和IGNITER电路36直接连接起来，当VOUT上升的过程中会发生VOUT给IGNITER电路36漏电的可能，而且如果VOUT电压超过IGNITER电路36的最高工作电压的话，那么对于IGNITER电路36来说存在风险。

发明内容

本发明实施例提供一种升压型DC-DC转换器及方法，用于解决现有技术中转换器需要多个大功率开关所导致的选择输入电源电压VIN还是输出电压VOUT作为电源电压的问题，进而解决转换器尺寸过大造成的能耗较高的问题，同时解决低压启动时，启动时间过缓的问题。

本发明实施例提出了一种升压型DC-DC转换器，包括：

时钟变换单元，用于在所述升压型DC-DC转换器启动阶段直接驱动以多路电源驱动单元的输出为电源的功率开关单元；

所述多路电源驱动单元，用于检测所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电压VIN作为功率开关单元的电源电压；

电路控制单元，用于判断所述输出电压VOUT是否到达第二预定值，如果到达所述第二预定值则关断所述时钟变换单元，由所述电路控制单元驱动所述功率开关单元的导通或关断，继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值；

所述功率开关单元，用于接收上述驱动信号，并控制功率开关的导通和关断，输出和维持所述输出电压VOUT。

根据本发明实施例所述的转换器的一个进一步的方面，所述时钟变换单元包括：时钟发生模块，用于根据所述输入电源电压VIN生成时钟脉冲；电平移位模块，用于将所述时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元的电源电压的电平。

根据本发明实施例所述的转换器的再一个进一步的方面，所述多路电源驱动单元还包括：电压检测模块，第一PMOS开关模块，第二PMOS开关模块；所述电压检测模块，用于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT，根据所述输出电压VOUT与第一预定值的关系，分别控制所述第一PMOS开关模块和第二PMOS开关模块的导通或者关断；所述第一PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN；所述第二PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输出电压VOUT，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压VOUT。

根据本发明实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述多路电源驱动单元还包括：电压检测模块，第一PMOS开关模块，第二PMOS开关模块；所述电压检测模块，用于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT，根据所述输出电压VOUT与第一预定值的关系，分别控制所述第一PMOS开关模块和第二PMOS开关模块的导通或者关断；所述第一PMOS开关模块的源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极和衬底连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN；所述第二PMOS开关模块衬底和源极连接所述输出电压VOUT，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压VOUT。

根据本发明实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，还包括升压单元，用于提升输入电源电压VIN到所述多路电源驱动单元的输入。

根据本发明实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述升压单元输出控制电压VCP2和被提升后的输入电源电压VCP1。

根据本发明实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述第一PMOS开关模块的源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极和衬底连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN；

所述第二PMOS开关模块衬底和源极连接所述输出电压VOUT，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压VOUT。

根据本发明实施例所述的转换器的另一个进一步的方面，所述多路电源驱动单元包括第一PMOS开关模块、第二PMOS开关模块和NMOS晶体管；所述第一PMOS开关模块的漏极连接所述多路电源驱动单元的输出端，衬底和源极连接所述NMOS晶体管的漏极；所述第二PMOS开关模块的漏极连接所述输出电压VOUT，衬底和源极连接所述多路电源驱动单元的输出端；所述NMOS晶体管的源极与所述被提升后的输入电源电压VCP1相连接，栅极与所述升压单元输出的控制电压VCP2相连接，并满足所述控制电压VCP2大于所述被提升后的输入电源电压VCP1与所述NMOS晶体管的阈值电压VTH之和。

本发明实施例为了解决上述现有问题还提供了一种升压型DC-DC转换方法，包括：在启动阶段利用多路电源驱动单元输出VIN，并作为功率开关单元电源电压，时钟变换单元驱动功率开关单元以形成升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT；检测所述输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电压VIN作为功率开关单元的电源电压；当所述输出电压V

OUT逐步升高至第二预定值时，由电路控制单元驱动所述功率开关单元的导通或关断，继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值。

根据本发明所述方法的一个进一步的方面，在启动阶段利用多路电源驱动单元输出VIN，并作为功率开关单元电源电压，时钟变换单元驱动功率开关单元以形成升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT中还包括，利用所述输入电源电压VIN产生时钟脉冲，将所述时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元的电源电压的电平。

根据本发明所述方法的再一个进一步的方面，在检测所述输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电压VIN作为功率开关单元的电源电压中，当所述输出电压VOUT小于第一预定值时，导通第一PMOS开关模块，并关断第二PMOS开关模块，选择并输出所述输入电源电压VIN；当所述输出电压VOUT大于第一预定值时，导通所述第二PMOS开关模块，并关断所述第一PMOS开关模块，选择并输出所述输出电压VOUT。

根据本发明所述方法的另一个进一步的方面，在启动阶段利用多路电源驱动单元输出VIN，并作为功率开关单元电源电压，时钟变换单元驱动功率开关单元以形成升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT中，还包括对所述输入电源电压VIN进行升压，利用该升压后的电压作为多路电源驱动单元的输入。

本发明实施例可以通过多路电源驱动单元选择输入电源电压VIN或者输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，能够减小DC-DC转换器电路尺寸的大小，并且通过升压单元，可以对利用例如太阳能电池等低电压源作为电源的用电设备进行快速启动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为一种现有技术中的Boost型DC-DC转换器结构框图；

图2所示为现有技术中自供电的DC-DC开关电源升压转换电路；

图3所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换器结构示意图；

图4所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换方法流程图；

图5所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换器另一结构示意图；

图6所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换器另一结构示意图；

图7所示为本发明实施例时钟变换单元的结构示意图；

图8所示为本发明实施例时钟信号OSC经过电平移位模块转换得到相对电平较高的OSCL信号图；

图9a至图9c所示为本发明实施例多路电源驱动单元的结构示意图；

图10所示为本发明实施例升压型DC-DC转换器效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换器结构示意图。

包括时钟变换单元301，多路电源驱动单元302，电路控制单元303，功率开关单元304。

其中，所述时钟变换单元301，用于在所述升压型DC-DC转换器启动阶段直接驱动以多路电源驱动单元的输出为电源的功率开关单元304。

所述多路电源驱动单元302，用于检测所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单元304的电源电压，否则选择并输出输入电压VIN作为功率开关单元304的电源电压。

所述电路控制单元303，用于控制所述功率开关单元304的导通或关断，并判断如果所述输出电压VOUT到达第二预定值时关断所述时钟变换单元301，由所述电路控制单元303驱动所述功率开关单元304继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值。

所述功率开关单元304，用于接收驱动信号，并控制功率开关的导通和关断，输出和维持所述输出电压VOUT。

作为本发明的一个实施例，所述时钟变换单元301包括，时钟发生模块和电平移位模块，所述时钟发生模块用于根据所述输入电源电压生成时钟脉冲；所述电平移位模块用于将所述时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元304的电源电压的电平。

作为本发明的一个实施例，所述多路电源驱动单元302还包括，电压检测模块，第一PMOS开关模块，第二PMOS开关模块，所述电压检测模块接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT，根据输出电压VOUT与第一预定值的关系分别控制所述第一PMOS开关模块和第二PMOS开关模块的导通或者关断；所述第一PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极连接到多路电源驱动单元的输出端，以输出所述输入电源电压VIN；所述第二PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输出电压VOUT，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端，以输出所述输出电压VOUT。

所述输出电压VOUT和第一预定值的关系可以为：当所述输出电压VOUT小于第一预定值时，导通所述第一PMOS开关模块，并关断所述第二PMOS开关模块，输出所述输入电源电压VIN作为多路电源驱动单元302的输出电压，当所述输出电压VOUT大于第一预定值时，导通所述第二PMOS开关模块，并关断所述第一PMOS开关模块，输出所述输出电压VOUT作为多路电源驱动单元302的输出电压。

作为本发明的一个实施例，还包括升压单元，用于提升输入到所述多路电源驱动单元302的输入电源电压VIN，该升压单元可以采用电荷泵等，从而实现输入电源电压VIN可以为更低的电压，例如太阳能电池等。

作为本发明的一个实施例，所述升压单元输出控制电压VCP2和被提升后的输入电源电压VCP1。

作为本发明的一个实施例，所述第一PMOS开关模块衬底连接到所述输出端VX和第二PMOS开关模块的衬底连接到所述输出电压VOUT。

作为本发明的一个实施例，多路电源驱动单元302还包括NMOS晶体管，所述第一PMOS开关模块的漏极连接所述多路电源驱动单元的输出端，衬底和源极连接所述NMOS晶体管的漏极；所述第二PMOS开关模块的漏极连接所述输出电压VOUT，衬底和源极连接所述多路电源驱动单元的输出端；所述NMOS晶体管的源极与所述被提升后的输入电源电压VCP1相连接，栅极与所述升压单元输出的控制电压VCP2相连接，并满足所述控制电压VCP2大于所述被提升后的输入电源电压VCP1与所述NMOS晶体管的阈值电压VTH之和；所述电压检测模块当所述输出电压VOUT小于第一预定值时，导通所述第一PMOS开关模块，并关断所述第二PMOS开关模块，输出所述输入电源电压VIN作为多路电源驱动单元302的输出电压，当所述输出电压VOUT大于第一预定值时，导通所述第二PMOS开关模块，并关断所述第一PMOS开关模块，输出所述输出电压VOUT作为多路电源驱动单元302的输出电压。

通过上述实施例，通过多路电源驱动单元选择输入电源电压VIN或者输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，能够减小DC-DC转换器电路尺寸的大小，并且通过升压单元，可以对利用例如太阳能电池等低电压源作为电源的用电设备进行快速启动。

如图4所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换方法流程图。

包括，步骤401，在启动阶段利用多路电源驱动单元输出VIN，以所述VIN作为功率开关单元电源电压，时钟变换单元驱动功率开关单元以形成升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT。

步骤402，检测所述输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电压VIN作为功率开关单元的电源电压。

步骤403，当所述输出电压VOUT逐步升高至第二预定值时，由电路控制单元驱动所述功率开关单元，继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值。

作为本发明的一个实施例，在步骤401中，利用所述输入电源电压VIN产生时钟脉冲，将所述时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元的电源电压的电平。

作为本发明的一个实施例，在步骤402中，当所述输出电压VOUT小于第一预定值时，导通第一PMOS开关模块，并关断第二PMOS开关模块，选择并输出所述输入电源电压VIN，当所述输出电压VOUT大于第一预定值时，导通所述第二PMOS开关模块，并关断所述第一PMOS开关模块，选择并输出所述输出电压VOUT。

作为本发明的一个实施例，在步骤401中，还包括对所述输入电源电压VIN进行升压，利用该升压后的电压作为所述多路电源驱动单元的输入电压。

通过上述实施例，通过选择输入电源电压VIN或者输出电压VOUT作为功率开关单元的驱动电源，能够减小DC-DC转换器电路尺寸的大小，并且对VIN升压后，可以对利用例如太阳能电池等低电压电源作为电源的用电设备快速启动的目的。

如图5所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换器另一结构示意图。

在本实施例中包括时钟变换单元501，多路电源驱动单元502，功率开关单元503，电路控制单元504。

所述时钟变换单元501包括时钟产生模块5011，电平移位模块5012。

所述多路电源驱动单元502包括电压检测模块5021，电源选择模块5022。

所述功率开关单元503包括电感器5031，肖特基二极管5032，NMOS功率器件5033，输出电容器5034，反馈电阻5035，或非门5036，驱动器5037。

本实施例的升压DC-DC转换器的输出电压VOUT通过电感器5031和肖特基二极管5032连接到输入电源电压VIN。所述肖特基二极管5032的正向端连接到所述电感器5031，负相端连接到所述升压DC-DC转换器的输出电压VOUT。所述NMOS功率器件5033的源极和衬底接地，漏极连接到肖特基二极管5032的正向端。所述多路电源驱动单元502连接所述升压DC-DC转换器的输入电源电压VIN和输出电压VOUT到其两输入端，通过电压检测模块5021检测所述输出电压VOUT，经过电源选择模块5022将VIN、VOUT电压中较高的电压作为输出端电压VX，提供三个子电路连接：驱动器5037，或非门5036和所述时钟变换单元501中的电平移位模块5012。驱动器5037输出连接到NMOS功率器件5033的栅极。所述时钟变换单元501的输出OSCL连接到所述功率开关单元503中的的或非门5036。其中电路控制单元504的输出CTRL信号也连接到所述功率开关单元503中的的或非门5036，而其输出STOP信号连接到所述时钟变换单元501中的时钟产生模块5011。

所述升压DC-DC转换器工作过程如下：所述时钟变换单元501中的时钟产生模块5011发出时钟信号OSC，该时钟信号的电平为输入电源电压VIN，同时多路电源驱动单元502中的电压检测模块5021检测升压DC-DC转换器的输出电压VOUT是否到达第一预定值，电源选择模块5022根据检测结果将VIN或VOUT进行选择，当输出电压VOUT大于第一预定值(例如为1.2V)则输出所述输出电压VOUT，当输出电压VOUT小于所述第一预定值，则输出输入电源VIN，这里输出的VIN或者VOUT均记为电压VX。VX作为内部电源提供给所述时钟变换单元501中的电平移位模块5012，其将OSC信号的VIN电平转化为内部电源电平VX，产生的OSCL信号连接到所述功率开关单元503中的或非门5036，再经过驱动器5037后驱动NMOS功率器件5033，通过功率器件5033的导通和关断将输入电源电压VIN的能量存储在电感器5031上，又经过肖特基二极管5032后传递到输出电容5034上，输出VOUT电压。反馈电阻5035产生的反馈信号(FB)传送给所述电路控制单元504，该电路控制单元504检测所述输出电压VOUT上升到第二预定值(例如1.6V)后，所述电路控制单元504产生STOP信号停止所述时钟变换单元501，同时产生CTRL信号通过所述功率开关单元503的或非门5036连接到驱动器5037中以驱动导通NMOS功率器件5033，然后再通过负反馈使VOUT稳定在第三预定值(例如2.0V)附近。

例如，当输入电压约为1.0V，在启动阶段输出电压VOUT为0V，VIN经过时钟产生模块5011，变为电平为1.0V左右的方波信号OSC，此时的多路电源驱动单元502的电压检测模块5021检测VOUT，当VOUT小于第一预定值时，由电源选择模块5022输出VIN作为输出电压VX，所述电平移位模块5012将所述OSC信号的电平转换为VX的电压电平(即VIN的电压电平)，形成OSCL信号，将该OSCL信号传送给功率开关单元503的或非门5036，由于此时VOUT缓慢上升，没有达到第二预定值，所以电路控制单元504不启动，或非门5036将所述OSCL信号传送给驱动器5037，该驱动器5037根据OSCL信号导通所述NMOS功率器件5033，实现输出电压VOUT；随着VOUT的不断提升，当VOUT大于第一预定值时，多路电源驱动单元502的电源选择模块5022输出VOUT作为输出电压VX，所述电平移位模块5012将所述OSC信号的电压转换为VX的电压(即VOUT的电压)，形成OSCL信号，将该OSCL信号传送给功率开关单元503的或非门5036，如果此时的VOUT没有达到第二预定值时，电路控制单元504不启动，如果此时的VOUT达到第二预定值时，则电路控制单元504启动，向时钟变换单元501发送停止信号，停止所述时钟变换单元501工作，此时OSCL信号为0V，由电路控制单元504输出CTRL信号到或非门5036，或非门5036将所述CTRL信号传送给驱动器5037，该驱动器5037根据CTRL信号驱动所述NMOS功率器件5033，实现逐步提高输出电压VOUT至第三预定值。通常，第一预定值小于第二预定值，第二预定值小于第三预定值。

如图6所示为本发明实施例一种升压型DC-DC转换器另一结构示意图。

本实施例与图5所示实施例基本相似，在此只描述不同之处，相同之处不再赘述。

在本例中，在输入电源电压VIN与多路电源驱动单元502之间还包括一升压单元505，该升压单元505可以为电荷泵，可以理解的是，本发明实施例还可以采用其它的升压装置，在此并不做限制。

该升压单元505用于输入电源电压VIN的升压，例如将太阳能电池的0.3V至0.5V的电压升至1.2V。从而能够使本发明实施例的升压DC-DC转换器适用于更低的输入电源电压。

所述时钟变换单元501连接到输入电源电压VIN，时钟产生模块5011产生的时钟信号OSC连接到电平移位模块5012和升压单元505。所述时钟变换单元501的输出OSCL连接到所述功率开关单元503中的或非门5036。所述电路控制器504的输出CTRL信号连接到所述功率开关单元503中的或非门5036，而其输出STOP信号连接到所述时钟变换单元501中的时钟产生模块5011。

所述升压DC-DC转换器工作过程如下：所述时钟变换单元501中的时钟产生模块5011发出时钟信号OSC，同时送到所述升压单元505中。所述升压单元505将输入电源电压VIN进行初步升压，其输出为VCP，这样相对于通常的升压DC-DC转换器来说，输入电源电压VIN可以应用在更低的电压条件下。同时多路电源驱动单元502中的电压检测模块5021检测输出电压VOUT，由电源选择模块5022输出升压单元505的输出VCP或输出电压VOUT中的一个，其选择过程如图5实施例所述，输出的VIN或VOUT均记为电压VX。VX作为内部电源提供给所述时钟变换单元501中的电平移位模块5012，将OSC信号的电平VIN转化为VX，产生的OSCL信号连接到所述功率开关单元503中的或非门5036，再经过驱动器5037后驱动NMOS功率器件5033。通过NMOS功率器件5033的导通和关断，将电感器5031上存储的能量经过肖特基二极管5032后传递到输出电容器5034上，当反馈电阻5035产生的反馈信号FB指示电路控制单元504输出电压VOUT上升到第二预定值后，所述电路控制单元504产生STOP信号停止所述时钟变换单元501，同时其产生的CTRL信号通过所述功率开关单元503中的或非门5036连接到驱动器5037中，通过负反馈将输出电压VOUT进一步提高并维持在在第三预定值附近。

如图7所示为本发明实施例时钟变换单元的结构示意图。

包括时钟产生模块5011，电平移位模块5012。

因为多路电源驱动单元502输出的VX是功率开关单元的电源电压，所以时钟信号OSC经过电平移位模块5012转换得到相对电平较高的OSCL信号，如图8所示。

如图9a至图9c所示为本发明实施例多路电源驱动单元的结构示意图。

在图9a中，两个PMOS晶体管的漏极都连接在输出端图中为Vx，第一PMOS晶体管901的衬底和源极连接VIN(作为可选的实施例，也可以为连接升压单元输出的VCP，此时输入电压则为VCP)，第二个PMOS晶体管902的衬底和源极连接VOUT。两个PMOS的栅极被电压检测模块903控制。当输出电压VOUT小于第一预定值时，电压检测模块903控制第一PMOS晶体管901的栅极为“0”，将VIN作为该多路电源驱动单元的输出端电压VX。而同时将第二PMOS晶体管902的栅极置为“1”，关断第二PMOS晶体管902。一旦VOUT大于第一预定值时，电压检测单元903将第一PMOS晶体管901的栅极置为“1”，关断第一PMOS晶体管901，而同时将第二PMOS晶体管902的栅极置为“0”，导通第二PMOS晶体管902，将VOUT作为该多路电源驱动单元的输出端电压VX，实现电源的选择切换。从图中可以看出第二PMOS晶体管902的寄生二极管在关断时，仍然向VOUT漏电流，这不利于VX内部电源的上升。同样，第一PMOS晶体管901的寄生体二极管在其关断时，仍然向VIN漏电流，也不利于VX内部电源的上升。

在图9b中，对PMOS晶体管的衬底连接关系进行了调整，第一PMOS晶体管901的衬底和漏极都连接在输出端上(即输出端电压VX所在位置)，源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块，第二PMOS晶体管902衬底和源极连接在输出电压VOUT上，栅极通过一个反相器连接所述电压检测模块，漏极接到输出端以输出所述输出电压VOUT。在输入电源电压VIN给输出端电压VX充电时，第一PMOS晶体管901的阈值电压因为衬底连接在低电压VX上而降低。同时在关断第一PMOS晶体管901时，衬底的寄生二极管反偏，从而输出端电压VX不会有漏电流通过第一PMOS晶体管901。但是从图中可以看出第二PMOS晶体管902的寄生二极管在关断时正偏而向VOUT漏电流，这不利于yX内部电源的上升。

在图9c中，利用三个晶体管来实现电源VCP1和VOUT的选择。第一PMOS晶体管901的漏极连接输出端电压VX，其衬底和源极连接NMOS晶体管904的漏极。NMOS晶体管904的衬底接地，源极连接VCP1，其中所述VCP1为输入电源电压VIN或者经过升压后的VIN。第二PMOS晶体管902的漏极连接VOUT，第一PMOS晶体管901的衬底和源极连接输出端电压VX。两个PMOS的栅极由电压检测单元903控制，NMOS晶体管904的栅极是升压单元的输出电压VCP2(通常升压单元具有两个输出VCP1和VCP2，可以根据实际需要设置输出电压的值)。升压DC-DC转换器在启动阶段，当输出电压VOUT小于第一预定值时，满足VCP2＞VCP1+VTH4(VTH4为NMOS晶体管904的阈值电压)保证NMOS晶体管904一直导通。同时，电压检测模块903将第一PMOS晶体管901的栅极置为“0”，将VCP1的电压传递给输出端电压VX。而同时将第二PMOS晶体管902的栅极置为“1”，关断第二PMOS晶体管902。一旦VOUT大于第一预定值时，升压单元停止工作，NMOS晶体管904关断。电压检测模块903也将第一PMOS晶体管901的栅极置为“1”，关断第一PMOS晶体管901，而同时将第二PMOS晶体管902的栅极置为“0”，导通第二PMOS晶体管902，VOUT将被传递到输出端电压VX，实现电源的选择切换。从图中可以看出第一PMOS晶体管901和NMOS晶体管904的寄生体二极管在其关断时，不会有漏电流从VX到VCP1。同时，第二PMOS晶体管902在关断时候有VOUT的漏电流通过第二PMOS晶体管902的寄生体二极管，加快了内部电源VX的建立，而不会有从VX到VOUT的漏电流。

如图10所示为本发明实施例升压型DC-DC转换器效果图。

如图10所示，当VIN上电后，时钟信号OSC立刻产生，同时VIN经过升压后的VCP电压也随即生成，多路电源驱动器产生VX。此时，因为所述时钟变换器中的电平移位模块将OSC信号转换成功率开关单元电源电平的OSCL信号，直接驱动功率开关单元，使VOUT电压不断的上升。当VOUT电压达到第二预定值时，电路控制器发出STOP信号，关闭时钟变换器，停止VIN升压。其CTRL信号继续驱动功率开关单元。此时，VOUT电压也达到第一预定值，所以VX切换为VOUT。直到VOUT达到第三预定值。图中表达了在每一个转换的点上，各个电压的变化情况。

本发明的有益效果在于，通过选择输入电源电压VIN或者输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，能够减小DC-DC转换器电路尺寸的大小，并且对VIN升压后，可以对利用例如太阳能电池等低电压源作为电源的用电设备进行快速启动。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种升压型DC-DC转换器，其特征在于包括：

时钟变换单元，用于在所述升压型DC-DC转换器启动阶段直接驱动以多路电源驱动单元的输出为电源的一个功率开关单元；

所述多路电源驱动单元，用于检测所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电源电压VIN作为功率开关单元的电源电压；

电路控制单元，用于判断所述输出电压VOUT是否到达第二预定值，如果到达所述第二预定值则关断所述时钟变换单元，由所述电路控制单元驱动所述功率开关单元的导通或关断，继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值；

所述一个功率开关单元，用于接收驱动信号，并控制功率开关的导通和关断，输出和维持所述输出电压VOUT。

2.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述时钟变换单元包括：

时钟发生模块，用于根据所述输入电源电压VIN生成时钟脉冲；

电平移位模块，用于将所述时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元的电源电压的电平。

3.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述多路电源驱动单元还包括：电压检测模块，第一PMOS开关模块，第二PMOS开关模块；

所述电压检测模块，用于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT，根据所述输出电压VOUT与第一预定值的关系，分别控制所述第一PMOS开关模块和第二PMOS开关模块的导通或者关断；

所述第一PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN；

所述第二PMOS开关模块的衬底和源极连接所述输出电压VOUT，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压VOUT。

4.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述多路电源驱动单元还包括：电压检测模块，第一PMOS开关模块，第二PMOS开关模块；

所述电压检测模块，用于接收所述升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT，根据所述输出电压VOUT与第一预定值的关系，分别控制所述第一PMOS开关模块和第二PMOS开关模块的导通或者关断；

所述第一PMOS开关模块的源极连接所述输入电源电压VIN，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极和衬底连接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输入电源电压VIN；

所述第二PMOS开关模块衬底和源极连接所述输出电压VOUT，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断，漏极接到多路电源驱动单元的输出端以输出所述输出电压VOUT。

5.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，还包括升压单元，用于提升输入电源电压VIN到所述多路电源驱动单元的输入。

6.根据权利要求5所述的转换器，其特征在于，所述升压单元输出控制电压VCP2和被提升后的输入电源电压VCP1。

7.根据权利要求6所述的转换器，其特征在于，所述多路电源驱动单元包括第一PMOS开关模块、第二PMOS开关模块和NMOS晶体管；

所述第一PMOS开关模块的漏极连接多路电源驱动单元的输出端，衬底和源极连接所述NMOS晶体管的漏极，栅极接受电压检测模块的控制导通或者关断；

所述第二PMOS开关模块的漏极连接所述输出电压VOUT，衬底和源极连接多路电源驱动单元的输出端，栅极接受所述电压检测模块的控制导通或者关断；

所述NMOS晶体管的源极与所述被提升后的输入电源电压VCP1相连接，栅极与所述升压单元输出的控制电压VCP2相连接，并满足所述控制电压VCP2大于所述被提升后的输入电源电压VCP1与所述NMOS晶体管的阈值电压VTH之和。

8.一种升压型DC-DC转换方法，其特征在于包括：

在启动阶段利用多路电源驱动单元输出输入电源电压VIN，以该输入电源电压VIN作为功率开关单元电源电压，时钟变换单元驱动一个功率开关单元以形成升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT；

检测所述输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述第一预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为该功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电源电压VIN作为该功率开关单元的电源电压；

当所述输出电压VOUT逐步升高至第二预定值时，由电路控制单元驱动该功率开关单元的导通或关断，继续提升并维持所述输出电压VOUT到第三预定值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在启动阶段利用多路电源驱动单元输出输入电源电压VIN，以该输入电源电压VIN作为功率开关单元电源电压，时钟变换单元驱动功率开关单元以形成升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT中还包括，利用所述输入电源电压VIN产生时钟脉冲，将所述时钟脉冲的电平转换为所述功率开关单元的电源电压的电平。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在检测所述输出电压VOUT是否到达第一预定值，如果达到所述预定值则选择并输出所述输出电压VOUT作为功率开关单元的电源电压，否则选择并输出输入电源电压VIN作为功率开关单元的电源电压中，当所述输出电压VOUT小于第一预定值时，导通第一PMOS开关模块，并关断第二PMOS开关模块，选择并输出所述输入电源电压VIN；当所述输出电压VOUT大于第一预定值时，导通所述第二PMOS开关模块，并关断所述第一PMOS开关模块，选择并输出所述输出电压VOUT。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在启动阶段利用多路电源驱动单元输出输入电源电压VIN，以该输入电源电压VIN作为功率开关单元电源电压，时钟变换单元驱动功率开关单元以形成升压型DC-DC转换器的输出电压VOUT中还包括，对所述输入电源电压VIN进行升压，利用该升压后的电压作为多路电源驱动单元的输入。

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