[发明专利]电源转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电源开关电路技术领域，尤其涉及一种电源转换装置。

背景技术

移动终端产品，如手机、便携仪器、笔记本电脑等，都需要利用专用的电源管理控制芯片对设备电池进行充、放电管理。出于效率、散热等一系列考虑，这类电源管理芯片慢慢趋向于采用转换效率更高的开关模式,并且需要工作在较高的电压(AC适配器输入)下，所以芯片内部一般需要集成一个能工作在高输入电源电压下的开关DC-DC转换器。这个转换器在设计的时候，随工艺不同有比较大的差别，尤其是其功率输出级。对于一个支持高压的工艺，可以用如图1所示的High Side PMOS+Low Side NMOS的传统架构实现DC-DC转换器的功率级。但是采用High Side PMOS架构对PMOS的工艺有要求，对于不同的应用场景，要求的器件耐压越高，PMOS的沟道就要越长，导通阻抗就越大，这对节约芯片面积和提高系统效率都将是较难的挑战。理论上，同样大小的NMOS相对PMOS具有更低的导通阻抗，为减小功率管的面积，可以采用NMOS来代替PMOS的解决方案，也就是如图2所示的全NMOS（High Side NMOS+Low Side NMOS）架构。这个架构里面，关键是要产生一个能使High Side NMOS导通的电压，以现在较为常用的LDNMOS器件为例：即图2中phase2中的PVDD+AVDD电压。我们知道电路中PVDD已经是最高电压，因此需要利用自举电路（Bootstrap）来实现High Side NMOS的导通电压达到PVDD+AVDD。

在现有技术中通常采用片内或者片外肖特基（Schottky）二极管来实现Bootstrap电路。再如图2所示，在phase1,AVDD通过Schottky二极管直接对电容C_BST充电，但是考虑到Schottky二极管的正向导通压降（0.3～0.7V左右）等因素，BST节点的电压充不到AVDD，因此在phase2,由于电容的电荷连续性，BST节点的电压会被抬高到PVDD+AVDD-正向导通压降（0.3～0.7V），因此可能会导致High Side NMOS无法完全导通，为此还需要提供电路一个最低工作电压来抵消schottky二极管的正向导通压降。此外，schottky二极管的反相漏电较大，会降低电路性能。再次，如果采用片内schottky二极管的BST电路，在半导体工艺制程中额外引入了肖特基工艺，增加了工艺步骤，使生产周期和成本都相应增加，同时限制了工艺可选范围；如果采用片外schottky二极管，会增加PCB板面积，同时也带来成本的增加。

发明内容

本发明实施例提供了一种电源装换装置，具有高端N型金属-氧化物-半导体（NMOS）开关自举电路，可以在没有外延层（EPI）和N+掩埋层（N+bury layer），不支持栅源（Gate to Source）耐高压且不支持肖特基二极管（Schottky Diode）的工艺下，能解决高压Bootstrap电路中关键的Bootstrap开关（BST Switch）的实现问题，增强了高压开关充电技术开发工艺选择的灵活性，并能降低成本和缩短生产周期；同时电路性能上：能提高系统整体效率，同时降低了对输入电源的最低电压要求，扩大了电路的应用范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种电源转换装置，其特征在于，所述装置包括：开关单元、自举单元和控制单元；

开关单元，包括：第一NMOS晶体管Q1和第二NMOS晶体管Q2；所述第一NMOS晶体管Q1的漏极接功率级的电源电压PVDD，源极与第二NMOS晶体管Q2的漏极相连接，为电源转换装置的输出，第二晶体管Q2的源极接地；

自举单元，包括：第一PMOS晶体管Q3、第二PMOS晶体管Q4和自举电容C_bst；所述第一PMOS晶体管Q3的源极接模拟电路电源电压AVDD，漏极与所述第二PMOS晶体管Q4的漏极相连接，所述自举电容C_bst的第一端与所述第二PMOS晶体管Q4的源极相接，用于向所述第一NMOS晶体管Q1提供栅开启电压；自举电容C_bst的第二端接第一NMOS晶体管Q1的漏极和第二NMOS晶体管Q2的源极，从而使第一NMOS晶体管Q1的最大栅源电压VGS与自举电容C_bst两端电压相等；