电源电压零交点检测器制造技术

本发明专利技术涉及电源电压零交点检测器。本发明专利技术揭示一种具有恒定电压的电源电压零交点检测器，所述恒定电压通过用反馈环路提供的适当控制信号驱动晶体管装置而强加于外部节点上，所述反馈环路围绕包括具有单端双输出的运算放大器及B级控制电路的高功率效率B级配置。接着，可通过监测由此放大器驱动的装置的驱动电流来检测电源零交点。其中在不依据可取决于温度、工艺制造及/或供电电压的任何电压阈值的情况下，B级控制及电流模式检测提供所述驱动信号的精确检测。

Zero crossing detector for supply voltage

The invention relates to a zero crossing detector for supply voltage. The invention discloses a power supply voltage zero-crossing point detector with a constant voltage, which is imposed on an external node by driving a transistor device with an appropriate control signal provided by a feedback loop around a high power efficiency B including an operational amplifier with a single terminal and two outputs and a B-stage control circuit. Level configuration. Next, the zero crossing point of the power supply can be detected by monitoring the driving current of the device driven by the amplifier. Where class B control and current mode detection provide accurate detection of the drive signal without any voltage threshold that may depend on temperature, process fabrication, and/or supply voltage.

【技术实现步骤摘要】
电源电压零交点检测器分案申请的相关信息本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2013年12月20日、申请号为201380072315.0、专利技术名称为“电源电压零交点检测器”的专利技术专利申请案。相关专利申请案本申请案主张2012年12月21日申请的共同拥有的第61/745,320号美国临时专利申请案的优先权，所述案出于所有目的以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种交流电(AC)零交点检测器，特定来说，本专利技术涉及一种具有感测输入的集成电路中的电源零交点检测器模块，其中电压维持在所述集成电路的供电轨道电压内。
技术介绍
监测电源电压零交点的电路有许多应用，例如设备控制电路。零交点检测可用于(例如)但不限于：起动(fire)TRIACS的时序延迟、减少EMI的脉冲跳跃等等，且交流电(AC)电源频率相较于液晶控制振荡器经过一长段时间更精确。参考图1，所描绘为具有通过外部组件耦合到电源的输入的常规数字装置的示范性现有技术示意图。数字装置102的常规输入/输出端口(例如微控制器的数字I/O端口等)可通过高值阻抗(例如1兆欧到2兆欧电阻器104等)耦合到电源线。参考图2，所描绘为图1中所展示的常规数字装置的输入结构的示范性现有技术示意图。为执行零交点检测，可(例如)通过对允许此内部耦合的相应配置寄存器进行编程而将集成施密特(Schmitt)触发器耦合到I/O端口(节点)。当电源线电压改变其正负号(sign)时，检测器输出必须改变其状态。当前，此被感测为数字输入。当寄生二极管在数字装置的集成电路裸片中传导时，一些模块可能受到由来自压降电阻器104的输入端口处的过量电压导致的注入电流干扰。此注入电流可导致所述装置中的非所要干扰。参考图3，所描绘为用于图1中所展示的常规数字装置的使用外部组件的输入保护电路的示范性现有技术示意图。如图3中所展示可添加外部二极管306及308，但其必须为肖特基(Schottky)二极管以确保输入电压未达到电平到Vdd及/或Vss，使得非所要的二极管传导可发生于内部(内侧102)二极管中。使用此类外部组件导致印刷电路板大小及复杂性的增大，且将增加物料清单，这对于许多成本关键应用来说是不合意的。
技术实现思路
因此，对于具有模拟及数字能力(混合信号)的通用集成电路装置(例如微控制器等)中的电源零交点检测器，存在以下需要：在不超过所述集成电路的最大输入电压的情况下，提供电源电压的零交点检测；且将不导致集成电路装置内的输入静电放电(ESD)保护装置(或任何装置)二极管传导。应以考虑硅面积节约、低电力消耗、电路简单性、对外部保护电路无要求及操作的稳健性的有效方式实施此模块。根据实施例，电源电压零交点检测器可包括：第一输出驱动器，其耦合于第一轨道电压与外部节点之间；第二输出驱动器，其耦合于第二轨道电压与所述外部节点之间；放大器，其具有第一差分输入及第二差分输入以及第一单端输出及第二单端输出，其中其第一输出可耦合到所述第一输出驱动器的控制输入且其第二输出可耦合到所述第二输出驱动器的控制输入；反馈网络，其耦合于输出节点与放大器的第二输入之间；电压参考，其耦合到放大器的第一输入；B级控制电路，其耦合到第一输出驱动器及第二输出驱动器的控制输入，其中所述B级控制电路在第一输出驱动器或第二输出驱动器中的一者可传导时强制另一输出驱动器断开，且在所述一者停止传导时将控制释放回放大器；电流模式检测器电路，其耦合到第一输出驱动器及第二输出驱动器的控制输入，其中所述电流模式检测器电路将基于电流的电源电压零交点检测提供到第一输出驱动器及第二输出驱动器的控制输入。根据进一步实施例，第一输出驱动器可为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)且第二输出驱动器可为N沟道MOSFET。根据进一步实施例，来自电压参考的参考电压可处于第一电压轨道与第二电压轨道之间。根据进一步实施例，B级控制电路可越权控制(override)放大器的第一单端输出或第二单端输出中的一者，以在放大器的第一单端输出或第二单端输出的另一者可控制第一输出驱动器或第二输出驱动器的控制输入的相应者时，实质上关断相应第一输出驱动器或相应第二输出驱动器，借此实质上减少直通电流。根据进一步实施例，电流模式检测电路可包括具有耦合到施密特触发电路的分离N沟道MOSFET及P沟道MOSFET输入的输入缓冲器。根据进一步实施例，放大器可为运算放大器。根据进一步实施例，外部节点可通过高阻抗耦合到电源电压。根据进一步实施例，放大器可包括单输出，且可通过耦合到第一输出驱动器及第二输出驱动器的相应控制输入的第一电阻器及第二电阻器来提供第一输出及第二输出。根据另一实施例，一种用于检测电源电压零交点的电路布置可包括：集成电路装置的外部节点，其可经配置以通过高值阻抗耦合到电源交流电(AC)电压；第一输出驱动器及第二输出驱动器，其可操作以将外部节点耦合到第一供电轨道电压或第二供电轨道电压；及零交点检测器，其可提供第一输出驱动器及第二输出驱动器的控制，使得无论从电源AC电压汲入电流还是使电流流出到电源AC电压，实质上恒定电压可强加于外部节点处，且其电流可经监测以确定电源AC电压的电压零交点。根据进一步实施例，输出驱动器可为数字输入/输出端口的部分，其可编程以使所述外部节点作为数字输出端口、数字输入端口或零交点检测器输入端口操作。根据进一步实施例，可查验确定所述外部节点的功能的配置寄存器。根据进一步实施例，可通过围绕B级控制运算放大器的反馈环路来控制恒定电压。根据进一步实施例，所述B级控制第一输出驱动器及第二输出驱动器有效地操作功率。根据进一步实施例，零交点检测器可操作以监测驱动到第一输出驱动器及第二输出驱动器的电流。根据进一步实施例，零交点检测可独立于操作温度、工艺制造及供电电压。根据进一步实施例，高值阻抗可为高值电阻器。根据进一步实施例，高值阻抗可选自由电阻器、电容器、晶体管及电感器组成的群组中的任何一或多者。根据进一步实施例，高值阻抗可为无源组件及有源组件的组合。根据进一步实施例，数字滤波器可耦合到零交点检测器。根据进一步实施例，所述数字滤波器具有实质上小于电源AC频率的2倍的延迟时间。根据又一实施例，一种检测电源电压零交点的方法可包括以下步骤：配置集成电路装置的外部节点以通过高值阻抗耦合到电源交流电(AC)电压；提供可操作以将外部节点耦合到第一供电轨道电压或第二供电轨道电压的第一输出驱动器及第二输出驱动器；及提供零交点检测器以控制第一输出驱动器及第二输出驱动器，使得无论从电源AC电压汲入电流还是使电流流出到电源AC电压，实质上恒定电压可强加于外节点处；及监测控制第一输出驱动器及第二输出驱动器的信号的电流以确定电源AC电压的电压零交点。根据所述方法的进一步实施例，其可包括用数字滤波器对控制第一输出驱动器及第二输出驱动器的信号的监测电流进行滤波的步骤。根据所述方法的进一步实施例，所述数字滤波器具有实质上小于电源AC频率的2倍的延迟时间。根据所述方法的进一步实施例，配置集成电路装置的节点以通过高值阻抗耦合到电源交流电(AC)电压的步骤可在集成电路装置通电时完成。根据所述方法的进一步实施例，配置集成电路装置的节点以通过高值阻抗耦合到电源交流电(AC)电压的步骤可在集成电路装置通电后完成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测电源电压零交点的方法，所述方法包括以下步骤：配置集成电路装置的外部节点，以通过高值阻抗耦合到电源AC电压；提供可操作以将所述外部节点耦合到第一供电轨道电压或第二供电轨道电压的第一输出驱动器及第二输出驱动器；及提供控制所述第一输出驱动器及所述第二输出驱动器的零交点检测器，以使得无论电流是从所述电源AC电压汲入还是流出到所述电源AC电压，都将实质上恒定的电压强加于所述外部节点处；及监测控制所述第一输出驱动器及所述第二输出驱动器的信号以确定所述电源AC电压的电压零交点。

【技术特征摘要】
2012.12.21 US 61/745,320;2013.12.19 US 14/135,3511.一种用于检测电源电压零交点的方法，所述方法包括以下步骤：配置集成电路装置的外部节点，以通过高值阻抗耦合到电源AC电压；提供可操作以将所述外部节点耦合到第一供电轨道电压或第二供电轨道电压的第一输出驱动器及第二输出驱动器；及提供控制所述第一输出驱动器及所述第二输出驱动器的零交点检测器，以使得无论电流是从所述电源AC电压汲入还是流出到所述电源AC电压，都将实质上恒定的电压强加于所述外部节点处；及监测控制所述第一输出驱动器及所述第二输出驱动器的信号以确定所述电源AC电压的电压零交点。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用数字滤波器对控制所述第一输出驱动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·赫尔，约翰·查瑞斯，盖伯尔·罗卡，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US