擴展升壓穩壓器輸入、輸出電壓范圍的級聯(lián) MOSFET

　　IC 升壓穩壓器面向需要將電池電壓升高的便攜系統應用，它往往有一個(gè)能驅動(dòng)儲能電感的輸出晶體管。但是，大多數升壓穩壓器額定的絕對最高輸入電壓一般不會(huì )超過(guò) 6V，這種電壓足夠電池工作。另外，穩壓器輸出晶體管的擊穿電壓限制了穩壓器的絕對最高輸出電壓，一般為 25V~30V，這對某些應用而言，可能太低了。

　　可以在電路中外接一個(gè)擊穿電壓高于穩壓器的晶體管，就能擴展升壓穩壓器的輸出電壓范圍。但是，典型升壓穩壓器控制電路的內部設計往往不允許直接驅動(dòng)外接晶體管的基極或柵極。所以我們用一種變通方法，即將高電壓晶體管外接成級聯(lián)方式。

　　大多數升壓穩壓器都有峰值電流控制方法，以降低外接元件數目，從而減小轉換器電路占用的整個(gè)印制電路板面積。圖 1 顯示了一款基于 TPS61040 升壓控制器（IC₁）的升壓穩壓器，它就使用了峰值電流控制。

　　在 IC₁的 V_CC腳和電感 L₁的一只腳上加上輸入電壓 V_IN，使 IC₁的內部 MOSFET 開(kāi)關(guān)Q₁ 導通，于是逐步增加了從V_IN通過(guò) L₁、Q₁和內部電流檢測電阻R₁的電流量。當電路內部的控制器監測到檢測電阻R₁上的電壓并達到一個(gè)預設的電流限值時(shí)，就關(guān)斷Q₁。

　　流過(guò)L₁電流的中斷會(huì )升高電感上的電壓，使二極管D₁正偏，D₁導通，為輸出電容器C₁充電至一個(gè)較高電壓，這個(gè)電壓高于單獨的輸入電壓。輸入電壓、L₁的電感以及通過(guò) R₁的預設峰值電流都會(huì )影響Q₁的導通時(shí)間、IC₁的FB（反饋）腳檢測的輸出電壓，并且其外接元件決定了Q₁的關(guān)斷時(shí)間。為了維持運行以及設定Q₁的關(guān)斷時(shí)間，IC₁的內部控制器必須用Q₁和R₁監視通過(guò)L₁的電流。

　　當應用所需輸出電壓高于內部晶體管的擊穿電壓時(shí)，可以再接一個(gè)更高電壓的 MOSFET Q₂（圖 2）。為保持電路通過(guò) L₁ 和 IC₁ 的SW 腳的電流路徑，要將外接晶體管接成級聯(lián)方式，或采用共柵級結構。

　　Q₂由一個(gè)低導通電阻、低柵極電壓閾值的 MOSFET 以及Q₂柵-源極之間的二極管D₂組成。為保證電路的正常運行，V_CC（本例中為 5V）必須超過(guò)Q₂的柵極導通閾值電壓。在工作時(shí)，IC₁的內部控制電路使Q₁導通，將Q₂源極拉至地電位，5V左右的柵源電勢使Q₂導通。

　　外接了Q₂ 以后，電流流經(jīng)電感L₁、外接晶體管Q₂、內部晶體管Q₁和檢測電阻R₁，IC₁ 的控制電路看上去沒(méi)有什么不同。當電感電流達到預設值時(shí)，Q₁關(guān)斷，Q₂沒(méi)有了源極電流的流通路徑。Q₂ 漏極電壓快速上升達到所需輸出電壓與D₁ 壓降之和。隨著(zhù)漏極電壓的升高，Q₂ 的漏-源電容會(huì )將 MOSFET 浮動(dòng)的源電壓拉至5V以上，從而使D₂正偏，IC₁的SW腳電壓變成5V與一個(gè)二極管壓降之和，并將Q₂的源極箝位在相同的電壓上。

　　圖中是一個(gè)升壓轉換器，它從9V電源（V+）為一個(gè)激光電路提供4mA 180V輸出（V_OUT）的偏壓。在本應用中，5V輸入電源要求能提供足夠的電流（通常在數毫安量級），驅動(dòng) IC₁的內部邏輯和級聯(lián)MOSFET Q₂的柵極?？梢杂靡恢Ы祲弘娮韬妄R納二極管穩壓器（圖中未顯示）從9V獲得需要的5V電源?？梢杂靡粋€(gè)公共電源驅動(dòng)電感和IC₁，也可以用一個(gè)不超出 Q₂額定擊穿電壓的獨立電源驅動(dòng)電感和IC₁。級聯(lián)電路也可以產(chǎn)生不超出Q₂額定擊穿電壓值的任何輸出電壓。其它元件則選用相應的額定電壓，例如，電感L₁和電容C₁的額定擊穿電壓應大于要求的輸出電壓值。