开关电源芯片的自校准过零电流检测电路及开关电源芯片制造技术

本发明专利技术提供了一种开关电源芯片的自校准过零电流检测电路及开关电源芯片，其中检测电路包括：依次连接的

【技术实现步骤摘要】
开关电源芯片的自校准过零电流检测电路及开关电源芯片


[0001]本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种开关电源芯片的自校准过零电流检测电路及开关电源芯片
。

技术介绍

[0002]在消费电子和汽车电子中，因为各种规格的电子元器件和芯片对电源的要求各不相同，而其能量都来源于电池端，需要对电池电压进行升压或者降压处理
。
电源芯片能够将输入电压转换为适合电子器件工作的输出电压，因此电源芯片在消费电子
、
工业电子及汽车电子中的应用无处不在
。
[0003]在汽车电子芯片中，其输入端通常是电池电压，其电压范围约为
8V~20V
，而用电端通常是
LED
灯珠，传感器芯片，接口芯片，主控芯片等，其工作电压范围为
2V~12V
，因此就需要
BUCK(
降压转换器
)
芯片将电池端电压降至其他电子元器件的额定工作电压为其供电
。
而在实际应用中，
DC
‑
DC
转换芯片的输出负载并不是某一个固定的电流，其随着系统处在不同的工作，负载电流会有很大的波动
。
以
BUCK
转换器为例，在轻载时，转换器仍然工作在电感电流连续模式
(CCM)
，那么在
BUCK
的下管开启时，下管会有负向电感电流流过，这样会导致效率降低
。
因此在轻载时很多
DC
‑
DC
转换器会工作在电感电流断续模式
(DCM)
，即在电感电流为0时关断下管
。
[0004]为了避免在
DCM
模式时有较大负向电流流过功率管时降低
DC
‑
DC
转换器的工作效率，以
BUCK
转换器为例，其通常会在内部加入电感电流过零检测比较电路，常见的方案如图1所示：
REG_TOP
为
BUCK
电路的输出恒压调制模块，其作用是通过
PWM
调制，将驱动信号输出至驱动模块
DRIVER
，该模块驱动上管
M1
（功率开关管）和下管
M2
（功率开关管），最终产生稳定的输出电压
V
OUT
。
该电路工作在
DCM
模式时，过零比较器
ZCD_COMP
在下管
M2
开启时
(LS_ON_ST=1)
会检测
SW
和
PGND
两端的电压，当
VSW>VPGND
，下管
M2
管的电流从
SW
到
PGND
，电感电流为负，此时过零比较器输出
ZCD_ST=1
，该信号控制驱动模块
DRIVER
关断下管
M2
，使
BUCK
工作在
DCM
模式
。
[0005]但该方案在电源芯片的应用中有以下缺点：
1.
这种方式的电感电流过零检测比较结构中，过零检测的精度依赖于过零比较器
ZCD_COMP
的精度，假设该过零比较器的失调电压为
Vos
，则过零比较器的过零检测点为
IZCD=Vos/Rds_on_M2。
通常下管
M2
的导通阻抗
Rds_on_M2
比较小，为数十毫
Ohm
级别，因此传统的过零比较器引入的误差不能忽略，如果过零检测点的失调偏向负电流，则会有较大的效率损失，且在关掉下管
M2
时
SW
节点会有较大的过冲；如果过零检测点的失调偏向正电流，则在关断下管
M2
时会通过其体二极管续流，这时对于效率会有一定损失
。
[0006]2.
为了解决过零比较器失调过大的问题，传统的过零检测电路会加入修调单元
TRIM_CELL
，该模块通过
TRIM_BUS
在芯片出厂时修调比较器
ZCD_COMP
的失调电压，使其满足精度要求
。
但这种方案会增加芯片出厂时的测试时间，提高了芯片的成本
。
[0007]3.
为了保证过零比较器有较快的响应速度，传统的过零比较器的电流设置会比较大，而芯片工作在
DCM
时
BUCK
的输出负载为轻载，对效率要求比较高，因此较大的模块功耗不符合高性能电源对于效率的要求
。
[0008]因此，传统的开关电源芯片的电感电流过零检测比较电路无法满足实际应用中电源芯片对于高效率
、
高性能和低成本的需求
。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提出一种开关电源芯片的自校准过零电流检测电路及开关电源芯片，可以解决开关电源芯片在轻负载的
DCM
工作模式时，因为电感电流的零电流点检测不准导致有反向倒灌电流流入芯片内部，从而使轻载效率降低，输出纹波过大的问题
。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种开关电源芯片的自校准过零电流检测电路，包括：依次连接的
SW
端口检测模块
、
过零检测计算模块
、
过零检测校准模块和过零比较模块；所述
SW
端口检测模块包括两个输入端和两个输出端，其中一个输入端用于采集
SW
节点的电压，另一个输入端用于输入所述开关电源芯片的下管的开启
/
关断信号，所述
SW
端口检测模块用于在所述开关电源芯片的下管每一次关断时检测
SW
节点的电压，并在所述下管关断后的死区时间内的两个时刻对
SW
节点的电压的电平高低作两次判断，产生两个判断状态信号，分别从所述两个输出端输出；所述过零检测计算模块用于在所述下管每一次开启时，更新并输出所述两个判断状态信号；所述过零检测校准模块根据所述过零检测计算模块的输出判断该次过零检测的判断是否精确，调整下一次过零检测的修调值，输出修调信号；所述过零比较模块接收所述修调信号，修调失调电压；并根据所述开关电源芯片的功率地电位与
SW
节点的电压的大小关系，输出表征所述开关电源芯片的电感电流过零与否的过零电流检测信号
。
[0011]可选方案中，所述
SW
端口检测模块包括：第一
MOS
管
、
第二
MOS
管
、
第三
MOS
管
、
第四
MOS...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种开关电源芯片的自校准过零电流检测电路，其特征在于，包括：依次连接的
SW
端口检测模块
、
过零检测计算模块
、
过零检测校准模块和过零比较模块；所述
SW
端口检测模块包括两个输入端和两个输出端，其中一个输入端用于采集
SW
节点的电压，另一个输入端用于输入所述开关电源芯片的下管的开启
/
关断信号，所述
SW
端口检测模块用于在所述开关电源芯片的下管每一次关断时检测
SW
节点的电压，并在所述下管关断后的死区时间内的两个时刻对
SW
节点的电压的电平高低作两次判断，产生两个判断状态信号，分别从所述两个输出端输出；所述过零检测计算模块用于在所述下管每一次开启时，更新并输出所述两个判断状态信号；所述过零检测校准模块根据所述过零检测计算模块的输出判断该次过零检测的判断是否精确，调整下一次过零检测的修调值，输出修调信号；所述过零比较模块接收所述修调信号，修调失调电压；并根据所述开关电源芯片的功率地电位与
SW
节点的电压的大小关系，输出表征所述开关电源芯片的电感电流过零与否的过零电流检测信号
。2.
如权利要求1所述的开关电源芯片的自校准过零电流检测电路，其特征在于，所述
SW
端口检测模块包括：第一
MOS
管
、
第二
MOS
管
、
第三
MOS
管
、
第四
MOS
管，第一反相器
、
第二反相器
、
第三反相器，第一触发器
、
第二触发器以及延时单元；所述第一
MOS
管的漏极用于输入
SW
节点的电压，栅极连接电压源，源极连接于所述第二
MOS
管的漏极，所述第二
MOS
管的栅极连接于所述第三反相器的输出，所述第三反相器的输入用于接收所述下管开启的状态信号；所述第二
MOS
管的源极连接于所述第三
MOS
管的漏极，所述第三
MOS

【专利技术属性】
技术研发人员：董渊，李响，庄健，
申请(专利权)人：上海紫鹰微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：