[发明专利]一种PFM同步升压DC-DC转换器的关断和保护电路

说明书

一种PFM同步升压DC‑DC转换器的关断和保护电路，设置使能真关断电路和短路保护电路，包括最高电位选择电路、PMOS管MP衬底电位选择电路和启动及短路保护电路，PMOS管MP衬底电位选择电路根据输入的逻辑信号V_control，选择电源转换端LX和输出VOUT中高的电位与PMOS管MP衬底相连，实现在使能关断或输出短路时，输入VBAT与输出VOUT之间真正断开。启动及短路保护电路的输出VOUT短路接地时或启动状态小于输入VBAT时，其输出控制PMOS管MP的栅极，使PMOS管MP的电流为设定值，当输出VOUT短路时固定短路电流，实现短路保护，避免损坏同步整流PMOS管MP。

技术领域

本发明涉及电源转换器，尤其是一种PFM同步升压DC-DC转换器的关断和保护电路。

背景技术

PFM同步升压式DC-DC转换器由于具有高效率、瞬态响应好、外围电路简单，对外围电路干扰小等优点在手持式设备和便携式产品中得到广泛应用，但同步升压DC-DC转换器由于系统环路和集成同步整流PMOS管体寄生正向二极管的特点，使其在使能关断时输入与输出之间还存在通路，输出电位跟随输入电位，无法实现使能真正关断输出的功能，使得整个系统在使能关断时还存在损耗。另外在输出短路到地时，输入与地之间的通路阻抗低，形成大电流及易损坏同步整流PMOS管。所以实现真正的使能关断输出功能，有效延长电池工作时间，且在输出短路时实现短路保护功能，提高应用可靠性，是传统同步升压DC-DC需要解决的问题。

传统PFM同步升压DC-DC转换器如图1所示，包括外围器件电感L、输入电容CIN、输出电容CO、反馈电阻RFB1、RFB2及负载电阻R_LOAD，芯片内部包括基准电压VR、Vb产生电路、使能控制电路EN、振荡器OSC、误差比较器EA、控制逻辑电路PFM、同步驱动电路Driver、限流电路Ilimit、功率NMOS管MN、同步整流PMOS管MP和采样电阻RS；限流电路Ilimit的正输入端连接功率NMOS管MN的源极并通过采样电阻RS接地，限流电路Ilimit的负输入端连接基准电压Vb，NMOS管MN的漏极连接同步整流PMOS管MP的漏极和电感L的能量转换端LX，电感L的输入端连接PFM同步升压DC-DC转换器的输入VBAT并通过输入电容CIN接地，NMOS管MN的栅极和同步整流PMOS管MP的栅极连接同步驱动电路Driver的输出，同步整流PMOS管MP的源极作为PFM同步升压DC-DC转换器的输出VOUT连接VDD。

图1的工作原理：PFM同步升压DC-DC转换器的输出VOUT经反馈电阻RFB1、RFB2分压后得到采样电压FB连接至误差比较器EA的反向输入端，误差比较器EA的同相输入端连接基准电压VR，误差放大器EA的输出以及振荡器OSC的输出和限流电路Ilimit的输出同时连接至逻辑控制电路PFM，调整控制逻辑电路PFM的输出频率，通过频率改变脉冲的占空比，逻辑控制电路PFM的输出通过同步驱动电路Driver分别控制功率开关管MN及同步整流管MP的导通关断，以改变占空比，从而使PFM同步升压DC-DC转换器的输出VOUT达到稳压。

使能EN接到外部关断信号时，使能EN电路输出关断芯片内部各个模块工作，同时关断开关NMOS管MN和同步整流PMOS管MP，但受到功率PMOS管MP漏源之间正向寄生二极管Dio的影响，能量转换端LX连接此寄生二极管Dio与输出VOUT之间存在通路，电感L直流特性等效低阻，所以输入VBAT与输出VOUT之间存在直通通路，无法关断，使得输出VOUT电压会跟随输入VBAT电压减一个寄生二极管Dio正向导通压降值，如果此时还有负载存在，会继续消耗更多输入VBAT电池能量。另外如果输出短路，由于上述输入VBAT与输出VOUT之间的通路存在，且此通路电阻低，短路大电流流经同步整流PMOS管MP漏源之间正向寄生二极管Dio时，会造成同步整流PMOS管MP永久性损坏。

发明内容