扩展升压稳压器输入、输出电压范围的级联 MOSFET

　　IC 升压稳压器面向需要将电池电压升高的便携系统应用，它往往有一个能驱动储能电感的输出晶体管。但是，大多数升压稳压器额定的输入电压一般不会超过 6V，这种电压足够电池工作。另外，稳压器输出晶体管的击穿电压限制了稳压器的输出电压，一般为 25V~30V，这对某些应用而言，可能太低了。
　　可以在电路中外接一个击穿电压高于稳压器的晶体管，就能扩展升压稳压器的输出电压范围。但是，典型升压稳压器控制电路的内部设计往往不允许直接驱动外接晶体管的基极或栅极。所以我们用一种变通方法，即将高电压晶体管外接成级联方式。
　　大多数升压稳压器都有峰值电流控制方法，以降低外接元件数目，从而减小转换器电路占用的整个印制电路板面积。图 1 显示了一款基于 TPS61040 升压控制器（IC₁）的升压稳压器，它就使用了峰值电流控制。
　　在 IC₁的 V_CC脚和电感 L₁的一只脚上加上输入电压 V_IN，使 IC₁的内部 MOSFET 开关Q₁ 导通，于是逐步增加了从V_IN通过 L₁、Q₁和内部电流检测电阻R₁的电流量。当电路内部的控制器监测到检测电阻R₁上的电压并达到一个预设的电流限值时，就关断Q₁。
　　流过L₁电流的中断会升高电感上的电压，使二极管D₁正偏，D₁导通，为输出电容器C₁充电至一个较高电压，这个电压高于单独的输入电压。输入电压、L₁的电感以及通过 R₁的预设峰值电流都会影响Q₁的导通时间、IC₁的FB（反馈）脚检测的输出电压，并且其外接元件决定了Q₁的关断时间。为了维持运行以及设定Q₁的关断时间，IC₁的内部控制器必须用Q₁和R₁监视通过L₁的电流。
　　当应用所需输出电压高于内部晶体管的击穿电压时，可以再接一个更高电压的 MOSFET Q₂（图 2）。为保持电路通过 L₁ 和 IC₁ 的SW 脚的电流路径，要将外接晶体管接成级联方式，或采用共栅级结构。
　　Q₂由一个低导通电阻、低栅极电压阈值的 MOSFET 以及Q₂栅-源极之间的二极管D₂组成。为保证电路的正常运行，V_CC（本例中为 5V）必须超过Q₂的栅极导通阈值电压。在工作时，IC₁的内部控制电路使Q₁导通，将Q₂源极拉至地电位，5V左右的栅源电势使Q₂导通。
　　外接了Q₂ 以后，电流流经电感L₁、外接晶体管Q₂、内部晶体管Q₁和检测电阻R₁，IC₁ 的控制电路看上去没有什么不同。当电感电流达到预设值时，Q₁关断，Q₂没有了源极电流的流通路径。Q₂ 漏极电压快速上升达到所需输出电压与D₁ 压降之和。随着漏极电压的升高，Q₂ 的漏-源电容会将 MOSFET 浮动的源电压拉至5V以上，从而使D₂正偏，IC₁的SW脚电压变成5V与一个二极管压降之和，并将Q₂的源极箝位在相同的电压上。
　　图中是一个升压转换器，它从9V电源（V+）为一个激光电路提供4mA 180V输出（V_OUT）的偏压。在本应用中，5V输入电源要求能提供足够的电流（通常在数毫安量级），驱动 IC₁的内部逻辑和级联MOSFET Q₂的栅极。可以用一支降压电阻和齐纳二极管稳压器（图中未显示）从9V获得需要的5V电源。可以用一个公共电源驱动电感和IC₁，也可以用一个不超出 Q₂额定击穿电压的独立电源驱动电感和IC₁。级联电路也可以产生不超出Q₂额定击穿电压值的任何输出电压。其它元件则选用相应的额定电压，例如，电感L₁和电容C₁的额定击穿电压应大于要求的输出电压值。