擴展升壓穩壓器輸入、輸出電壓范圍的級聯 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，它往往有一個能驅動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超過 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 開關Q₁ 導通，于是逐步增加了從V_IN通過 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預設的電流限值時，就關斷Q₁。

　　流過L₁電流的中斷會升高電感上的電壓，使二極管D₁正偏，D₁導通，為輸出電容器C₁充電至一個較高電壓，這個電壓高于單獨的輸入電壓。輸入電壓、L₁的電感以及通過 R₁的預設峰值電流都會影響Q₁的導通時間、IC₁的FB（反饋）腳檢測的輸出電壓，并且其外接元件決定了Q₁的關斷時間。為了維持運行以及設定Q₁的關斷時間，IC₁的內部控制器必須用Q₁和R₁監視通過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，可以再接一個更高電壓的 MOSFET Q₂（圖 2）。為保持電路通過 L₁ 和 IC₁ 的SW 腳的電流路徑，要將外接晶體管接成級聯方式，或采用共柵級結構。

　　Q₂由一個低導通電阻、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Q₂的柵極導通閾值電壓。在工作時，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有什么不同。當電感電流達到預設值時，Q₁關斷，Q₂沒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。隨著漏極電壓的升高，Q₂ 的漏-源電容會將 MOSFET 浮動的源電壓拉至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。

　　圖中是一個升壓轉換器，它從9V電源（V+）為一個激光電路提供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 IC₁的內部邏輯和級聯MOSFET Q₂的柵極。可以用一支降壓電阻和齊納二極管穩壓器（圖中未顯示）從9V獲得需要的5V電源。可以用一個公共電源驅動電感和IC₁，也可以用一個不超出 Q₂額定擊穿電壓的獨立電源驅動電感和IC₁。級聯電路也可以產生不超出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。