1 介绍

在许多大众电子产品：如手机，数码相机，以及其它的多媒体娱乐产品中，便携式电源 都有比较广泛的用途。而现在低电压和高效率的DC-DC 转换器变得越来越重要。为了延长 电池的使用寿命，在DC-DC 转换器的设计中，降低功耗和提高效率是很重要的[1]。目前， 在需要低电压输入时，许多电源管理芯片需要采用特殊的工艺或者复杂的电路结构来实现。 本文是基于这种需求下，提出电源电压低至1 V 时能有效的将输出电压提升到一定高电压并 供主控环路工作的启动电路。本文提出的这种启动电路采用标准0.35-μm 3.3/5-V 的CMOS 工艺（Vth=0.81V），结构简单，它要求的最小的电源电压仅为1 V。

2 启动电路的结构

当电源电压非常低的时候，直流转换器的主控环路不能工作。因此，启动电路首先需要 将输出电压提升到一定的高电压。而这个电压值比主控环路要求的最小电源电压要高。此时， 主控环路将被激活，同时关闭启动电路，此后主控环路将控制整个转换器的工作。实际上， 这个启动电路是一个简单的，具有固定占空比的，能在低电源电压工作的开环升压转换电路。

图1 虚线框中是本文提出的1V 启动电路的结构。它包括一个1V 的带隙基准电压、1V 的RC 振荡器、一个功率PMOS 管衬底控制电路和功率管驱动电路。其中L、R 和C 是直流 升压转换器的外部原件，衬底控制电路以及功率管栅极控制电路是启动电路和主控环路所共 用的。1 V 的带隙基准提供稳定的高、低参考电压和用于振荡器、比较器等的偏置电流。RC 振荡器的输出是固定占空比的方波。迟滞比较器和PMOS 同步整流器衬底控制电路将共同 保证PMOS 同步整流器的衬底始终偏置于Vin 和Vout 中的较大者。栅控制电路和驱动器输出 用于控制和驱动NMOS 开关管和PMOS 同步整流器的方波信号。

3 1-V 启动电路的具体设计

3.1 1-V 带隙电压基准电路

目前，低电压带隙基准电路可采用多种结构实现。但是它们中的一些需要低阈值电压或 者特殊的工艺，而且它们中的很多结构不能在本文所采用的工艺中实现 [2][3]。一种不需要 低阈值电压的1-V CMOS 带隙电压基准结构已经被Leung 等人提出[4]，并且经验证能在此 工艺中实现。从图2 中我们可以看到这种1-V 的带隙基准电压电路主要由三部分组成：低 电压放大器、启动电路和带隙核心电路。

然而，原来电路中的运算放大器在此工艺中很难达到比较高的增益，因此我们在此采用 一个简单的两级运放所代替。并且，它的启动电路也必须被修改以获得更大的输入电压范围。 MP1 和R5 通过判断M1 和M2 的电流是否达到一个足够高的值，从而去开启或者关闭M5 和M6。以使带隙基准的核心电路和运算放大器获得正常工作所需的电流。

VH和VL分别是供振荡器使用的高、低基准电压。PTAT电流Iout为1-V振荡器提供偏置电 流和充电电流。通过Leung的分析，我们可以得到：

3.2 1-V RC 振荡器

1-V振荡器的主要功能是为栅极控制和驱动电路提供固定占空比的方波。从式（2）的 直流升压转换器的输入和输出电压之间的关系，我们知道如果要求输出电压足够高以驱动主 控环路工作，则占空比D应该是尽量的大。虽然D是随着温度，工艺，和输入电压变化的， 因此为了保证在输入电压范围和温度范围内输出电压能够本提升到足够大，我们还是选择了 一个比较大的占空比D。