高精度零交叉检测器及其方法技术

在一个实施例中，零交叉检测器并联连接多个比较器以及在不同时段运行比较器的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及电子学领域，更具体地，涉及一种形成半导体设备的方法和结构。
技术介绍
在过去，为了控制电源系统的功率开关，电源控制器经常采用零交叉检测器来测定通过电源感应器的电流何时达到零交叉。在零交叉处转换功率开关提高了电源控制器的效率。通常，比较器将电流感测信号(current sense signal)与参考信号相比较，以判定电流感测信号何时到达信号的零交叉。然而，比较器的变化限制了比较器的精度，降低了电源系统的功效。该变化通常是由半导体工艺误差及温度变化产生的。在电池电源操作中，该变化降低了电源功效，缩短了设备本该以电池运行的时长。因此，期望有一种提高精度并更精确地检测感测信号的零交叉的零交叉检测器。附图说明图1示意性地示出了根据本专利技术的电源控制器的一部分的实施例；图2示意性地示出了根据本专利技术的零交叉检测器的一部分的实施例；图3示意性地示出了根据本专利技术的其上形成有图2的零交叉检测器的半导体设备的放大的平面图。为了简单明了的示意，图中的元件不一定按照比例，并且在不同的图中相同的参考号代表相同的元件。此外，为了说明的简要，省略了众所周知的步骤和元件的说明和细节。本文中使用的载流电极(current carrying electrode)是指承载通过设备的电流的元件，例如，MOS晶体管的源极或漏极、或双电极晶体管的发射极或集电极、或二极管的正极或负极，控制电极是指控制通过设备的电流的元件，例如，MOS晶体管的栅极或者双电极晶体管的基极。具体实施例方式图1示意性地示出了电源系统10的实施例的一部分。系统10包括电源控制器25，其精确地检测存储在系统10的感应器19的电流的零交叉。系统10接收电源输入端子11和电源回路端子12间的功率，并且在电压输出端子13和端子12间响应地形成输出电压。施加在端子11和12间的电压通常为诸如电池电压的直流电压或者整流过的交流电压。反馈网络16连接于端子13和12之间，并在网络16的输出上形成反馈信号。反馈信号表征端子13和12间输出电压的值，并在控制器25的反馈输入42上被接收。在本优选实施例中，网络16包括串联连接于端子13和12间的第一反馈电阻器17和第二反馈电阻器18。除了能量存储感应器19之外，系统10还包括能量存储电容器20。第一功率开关或者功率晶体管21串联连接于端子11和能量存储感应器19之间，第二功率开关或者功率晶体管22连接于感应器19和端子12之间并作为系统10的同步整流器运行。电流感测晶体管23用于提供表征流过晶体管21的电流的电流感测信号。在本优选实施例中，为了镜像流经晶体管21的电流，晶体管23的尺寸和特征与晶体管21的尺寸和特征成比例。这样的晶体管经常被称为比例晶体管。在本优选实施例中，晶体管21是P道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，晶体管23是P道金属氧化物半导体(MOS)晶体管。在其他的实施例中，晶体管21可以为感应场效应晶体管(FET)或者其他类似的包括晶体管23功能的晶体管。电流感测电阻器24连接至晶体管23以将通过晶体管23的电流转变为形成电流感测信号的电压。感应器19和电容器20通常在控制器25的外部。网络16、电阻器24、以及晶体管21、22、和23示于控制器25的外部；然而，在某些实施例中网络16或者晶体管21、22、以及23可以包括在控制器25中。电源控制器25接收电压输入36和电压回路37间的功率。通常，输入36连接至端子11，回路37连接至端子12。电源控制器25包括参考信号发生器或者参考31、误差放大器32、零交叉检测器或者检测器53、以及脉宽调制(PWM)控制信道30。在一些实施例中，控制器25还可以包括内部调整器，该内部调整器从输入36接收电压并提供用于运行控制器25的元件的内部运行电压。零交叉检测器或者检测器53用于产生表明通过感应器19的电流的零交叉的零交叉信号(ZC)。零交叉信号(ZC)辅助控制晶体管22。PWM控制信道30形成用于控制晶体管21的PWM控制信号。控制器25通常还包括逻辑块或逻辑(logic)34。逻辑34接收PWM控制信号和零交叉信号，并且形成用于响应于来自信道30的PWM控制信号而控制晶体管21的第一控制信号。逻辑34还产生第二控制信号，该第二控制信号在晶体管21停用后可使晶体管22启动，以及用于响应于ZC信号而停用晶体管22。对于本领域的技术人员而言，该逻辑和功能是众所周知的。信道30的参考31形成用于误差放大器32的参考信号(Ref)。放大器32接收参考信号(Ref)以及来自输入42的反馈信号，并响应地产生误差信号。通常，放大器32具有一般由元件Z1和Z2表征的增益控制和频率补偿网络。该误差放大器以及增益控制和频率补偿网络对于本领域的技术人员而言众所周知。信道30包括产生用于运行PWM控制信道30的系统时钟信号(CLK)的系统时钟或时钟26。信道30还包括斜坡发生器或者斜坡(ramp)27、PWM比较器33、PWM锁存器29、以及加法器28。系统时钟信号(CLK)用于设置锁存器29以及启动PWM控制循环。斜坡27接收CLK以及产生由加法器28接收的斜坡信号。加法器28还从控制器25的电流感测输入40接收电流感测信号，将电流感测信号加至斜坡信号，并且产生由PWM比较器33接收的输出。比较器33还接收来自放大器32的误差信号。当来自放大器32的误差信号大于加法器28的输出值时，比较器33复位锁存器29以终止PWM控制循环。该PWM控制信道对于本领域的技术人员而言众所周知。零交叉检测器53接收来自参考31的参考信号(Ref)、来自时钟26的CLK信号、以及表征通过感应器19的电流的感应器电流感测信号(LI)。跨晶体管22的电压值通常用于形成LI。控制器25在输入41处接收感应器电流感测信号(LI)。检测器53提供零交叉(ZC)信号，当检测器53检测到感应器电流感测信号(LI)的零交叉时，该零交叉信号(ZC)转变为活性状态的。零交叉是感应器电流方向改变的标志，用于决定在适当的时间停用晶体管22。精确地测定出零交叉有利于使晶体管22在提高控制器25和系统10功效的时刻停用。图2示意性地示出了检测器53电路的一部分的实施例。检测器53包括具有第一比较器47的第一比较器信道54，以及具有第二比较器60的第二比较器信道55。信道54和55设置成消除比较器47和60的偏移电压，以提高检测感应器感测信号的零交叉的精确度。如下文进一步所示，信道54和55与比较器47和60并联连接，并且在不同时段运行比较器47和60以形成ZC信号。在一个时段，比较器47的偏移电压存储在第一存储元件45中，在第二时段LI被施加给第一存储元件45，使得比较器47接收的不同的信号是LI的值减去比较器47的偏移。因此，从第二时段存储在元件45中的值中减去在第一时段存储在元件45中的偏移电压从而消除偏移电压。因此，比较器47将LI与第二参考进行了精确比较。通常，该第二参考的值是接地的。信道55的功能类似于信道54，但在不同的时段运行。不同的时段通过D型触发器66形成。触发器66接收系统时钟信号(CLK)，产生用于运行信道54和55的两个时钟相位(C1和C2)。信道54包括与公共晶体管或者公共开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零交叉检测方法，包括：接收感测信号；连接第一比较器作为第一放大器，在第一时段的至少部分中将所述第一放大器的输出存储在第一存储元件；在第二时段的至少部分中，连接所述第一比较器作为比较器，并将所述感测信号连接至所述第 一存储元件；连接第二比较器作为第二放大器，在所述第二时段的所述部分中将所述第二放大器的输出存储在第二存储元件；以及在所述第一时段中，连接所述第二比较器作为比较器，并将所述感测信号连接至所述第二存储元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：艾勃德塞思曼勃雅德恩，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]