一种高精度、低功耗电流过零检测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度、低功耗电流过零检测电路，所述电流过零检测电路被应用于BUCK转换器中，所述BUCK转换器包含：电感、电容、电阻、控制NMOS开关和电流过零检测电路，所述电流过零检测电路包括开关S1～S8，第一级预放大器、第二级预放大器、第三级高增益高速放大器和电容C1～C4。本发明专利技术采取输入失调误差校准、输入自锁、延迟补偿和动态开关的策略在提高电路精度的同时降低功耗，同时应用场景广泛，DC

【技术实现步骤摘要】
一种高精度、低功耗电流过零检测电路


[0001]本专利技术涉及电源转换器芯片
，具体为一种高精度、低功耗电流过零检测电路。

技术介绍

[0002]在很多电源转换器芯片中，比如BUCK，BOOST等等转换器，都需要支持电流连续模式和电流非连续模式，如常见的BUCK转换器，PMOSFET导通时，电感电流上升，当NMOSFET导通时，电感电流下降，在轻载状态下，转换器自动进入电流非连续模式，电感电流下降到零的时候需要截止，防止电流回流，所以需要电流过零检测来检测NMOSFET导通时候的电流过零。
[0003]电流过零检测是通过一个比较器来比较NMOSFET导通时候两边的电压来实现，当NMOSFET导通时，电感电流流向输出端并逐渐降低，VSW慢慢上升并逼近PVSS电压，当达到PVSS电压时，电感电流降为零，这时候比较器翻转，输出过零信号，并用于控制电路，及时关断NMOSFET。
[0004]然而实际的比较器由于存在输入失调，比较延迟等非理想因素，从而影响电流过零检测的准确度，这些将直接影响轻载情况下的损耗以及转换效率，如今越来越多的电子产品，尤其是穿戴类产品要求低功耗，所以过零检测比较器的低功耗需求越来越高，但是输入失调，比较延迟以及功耗之间存在此消彼长的矛盾。
[0005]传统比较器的精度受反应速度、失调与延迟的影响，通常会采用增加输入管尺寸的方式降低失调，但这会增大比较器寄生电容，进而影响反应速度，为了弥补反应速度对精度造成的负面影响，这就需要增大比较器的功耗，因此传统电流过零检测电路常常采用牺牲功耗提高精度的设计思路。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高精度、低功耗电流过零检测电路，具备兼具高精度和低功耗的优点，解决了
技术介绍
中所提到的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高精度、低功耗电流过零检测电路，电流过零检测电路被应用于BUCK转换器中，BUCK转换器包含：电感、电容、电阻、控制NMOS开关和电流过零检测电路。
[0008]电流过零检测电路包括开关S1～S8，第一级预放大器、第二级预放大器、第三级高增益高速放大器和电容C1～C4，所述BUCK转换器电路工作状态分为两阶段：
[0009]阶段一：PG/NG置于低电平，电感开始充电，开关S1和S2断开，开关S3、S4、S5、S6、S7和S8闭合，其中第一级预放大器输入偏置到Vcm1，第二级预放大器输入偏置到Vcm2，电压稳定后，第一级预放大器的失调将会储存于电容C1与C2中，第三级高增益高速放大器作为运放通过开关S7和S8接成负反馈，第二级预放大器和第三级高增益高速放大器的失调存储于电容C3与C4中，此时PG与NG处于低电平状态PMOSFET导通，NMOSFET关断，电感开始充电；
[0010]阶段二：开关S1和S2闭合，开关S3、S4、S5、S6、S7和S8断开，此时PG与NG处于高电平状态，PMOSFET关断，NMOSFET开启，电感开始放电，比较信号VSW与PVSS输入，第一级预放大器和第二级预放大器将信号初步放大，第三级高增益高速放大器由闭环转为开环状态，作为比较器对比输入信号，当VSW大于PVSS，反馈控制NG转变为低电平关断NMOSFET，由于阶段一中失调电压已存储电容之中，阶段二的输入信号与失调电压一起被放大，经过电容后失调电压相互抵消，输出Vout将不再受输入失调误差的影响。
[0011]优选的，第三级高增益高速放大器由晶体管M1～M10组成，共有两条反馈路径，第一条是通过晶体管M1和M2的共源节点的串联电流反馈，这条反馈通路是负反馈；第二条是连接M5和M6源
‑
漏极的并联电压反馈，这条反馈通路是正反馈，当此，正反馈系数小于负反馈系数时，整个电路将为负反馈；当正反馈系数大于负反馈系数时，整个电路表现为正反馈，同时在电压传输曲线中将出现迟滞。
[0012]优选的，晶体管M5和M6的尺寸使其宽长比略小于晶体管M3和M4，使得整个电路整体表现为负反馈。
[0013]优选的，第一级预放大器和第二级预放大器的电路组成相同。
[0014]优选的，第一级预放大器和第二级预放大器，均由电阻R1～R4和开关S9组成。
[0015]优选的，一种高精度、低功耗电流过零检测电路，包含一种输入自锁策略：
[0016]通过利用体电位背靠背连接的NMOSFET实现开关，并通过电平转换电路，电平转换电路由晶体管M11～M14组成，实现对衬底电位vss1、vss2控制，当电路处于阶段一，Autozb为低电位，开关S1、S2断开，开关S3、S4、S5、S6、S7和S8闭合，三级失调误差校准电路处于自动归零状态，此时Bgate1和Bgate2等于vss1和vss2处于低电位，如果VSW电压过低导致M11的体二极管或者沟道导通，vss1会立刻追踪VSW，由于Bgate1等于vss1，所以也会追踪VSW，从而实现M12的一直关断，当电路进入阶段二，Autozb为高电位，开关S1和S2闭合，开关S3、S4、S5、S6、S7和S8断开，M11、M12、M13和M14导通，VSW信号传输至VSW_o，PVSS信号传输至PVSS_o，三级失调误差校准电路比较VSW与PVSS，当VSW慢慢上升达到PVSS电压时，电感电流降为零，此时比较器翻转，输出过零信号用于控制电路，及时关断NMOSFET。
[0017]优选的，一种高精度、低功耗电流过零检测电路，包含一种延时补偿策略：
[0018]在阶段二中，电流过零检测电路中采取往第一级预放大器负载电阻R3与R4中灌入小偏置电流I1与I2，通过改变I1与I2的电流大小调节a、b点电压，a、b点电压为后一级的输入电压，通过调节a、b电压补偿电路延时，提高电路精度。
[0019]优选的，一种高精度、低功耗电流过零检测电路，包含一种动态开关策略：。
[0020]当PG/NG低电平，PMOSFET开启时，电流过零检测电路处于阶段一，存储电路失调电压，此时校准电路。
[0021]当PG转变为高电平而NG还维持低电平状态，此时输入自锁电路生效，保证检测电路不会误触。
[0022]当PG高电平，NG转为高电平，NMOSFET开启，电流过零检测电路进入阶段二时，此时电感电流持续释放，当电流为零，检测电路比较发生翻转，控制NG转变为低电平，此时NMOSFET与PMOSFET均关断。
[0023]优选的，电平转换电路由晶体管M11～M14组成。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0025]本专利技术中的电流过零检测电路中，在取得超高精度的同时降低功耗，依据零电流检测电路常见应用场景，将电路工作状态分为两段，阶段一，PG/NG置于低电平，电感开始充电；阶段二，PG/NG置于高电平，电感开始放电，该电流过零检测电路可根据电路所处工作状态，采取输入失调误差校准、输入自锁、延迟补偿和动态开关的策略在提高电路精度的同时降低功耗，本专利技术应用场景广泛，DC...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度、低功耗电流过零检测电路，其特征在于：所述电流过零检测电路被应用于BUCK转换器中，所述BUCK转换器包含：电感、电容、电阻、控制NMOS开关和电流过零检测电路。所述电流过零检测电路包括开关S1～S8，第一级预放大器、第二级预放大器、第三级高增益高速放大器和电容C1～C4，所述BUCK转换器电路工作状态分为两阶段：阶段一：PG/NG置于低电平，电感开始充电，开关S1和S2断开，开关S3、S4、S5、S6、S7和S8闭合，其中第一级预放大器输入偏置到Vcm1，第二级预放大器输入偏置到Vcm2，电压稳定后，第一级预放大器的失调将会储存于电容C1与C2中，第三级高增益高速放大器作为运放通过开关S7和S8接成负反馈，第二级预放大器和第三级高增益高速放大器的失调存储于电容C3与C4中，此时PG与NG处于低电平状态PMOSFET导通，NMOSFET关断，电感开始充电；阶段二：开关S1和S2闭合，开关S3、S4、S5、S6、S7和S8断开，此时PG与NG处于高电平状态，PMOSFET关断，NMOSFET开启，电感开始放电，比较信号VSW与PVSS输入，第一级预放大器和第二级预放大器将信号初步放大，第三级高增益高速放大器由闭环转为开环状态，作为比较器对比输入信号，当VSW大于PVSS，反馈控制NG转变为低电平关断NMOSFET，由于阶段一中失调电压已存储电容之中，阶段二的输入信号与失调电压一起被放大，经过电容后失调电压相互抵消，输出Vout将不再受输入失调误差的影响。2.根据权利要求1所述的一种高精度、低功耗电流过零检测电路，其特征在于：所述第三级高增益高速放大器由晶体管M1～M10组成，共有两条反馈路径，第一条是通过晶体管M1和M2的共源节点的串联电流反馈，这条反馈通路是负反馈；第二条是连接M5和M6源
‑
漏极的并联电压反馈，这条反馈通路是正反馈，当此，正反馈系数小于负反馈系数时，整个电路将为负反馈；当正反馈系数大于负反馈系数时，整个电路表现为正反馈，同时在电压传输曲线中将出现迟滞。3.根据权利要求2所述的一种高精度、低功耗电流过零检测电路，其特征在于：所述晶体管M5和M6的尺寸使其宽长比略小于晶体管M3和M4，使得整个电路整体表现为负反馈。4.根据权利要求1所述的一种高精度、低功耗电流过零检测电路，其特征在于：所述第一级预放大器和第二级预放大器的电路组成相同。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴，唐晨卿，孟潇东，
申请(专利权)人：江苏鑫康微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：