一种用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路制造技术

本发明专利技术提供一种用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，所述过零检测电路包括电流采样电路，其输入端分别连接开关电压节点

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路


[0001]本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路
。

技术介绍

[0002]开关电源由于其高功率密度
、
高转化效率等优势被广泛应用于便携式及手提式电子设备中
。
在穿戴型设备中，往往要求开关电源在轻载条件下拥有较高的转化效率
。
自开关电源采用同步整流技术以来，电感电流反灌造成的能量损耗问题对轻载状态下的转换效率发起了挑战
。
[0003]为了提高轻载效率往往需要采用
DCM
工作模式，也就是当电感电流下降到
0A
时，关闭功率管和整流管以保持零电流状态直到下一个工作周期
。
对于输出电感电流在一个工作周期内的工作状态可以分为上升阶段，在此阶段功率管导通整流管关断，电感电流上升；下降阶段，在此阶段功率管关断整流管导通，电感电流下降；零电流阶段，在此阶段功率管和整流管均关断，电感保持零电流状态
。
[0004]相对于异步整流，同步整流电路的特殊结构决定了在电感电流下降到
0A
时需要过零检测电路提供准确的过零检测信号以关断整流管
。
受半导体制程的工艺误差
、
温度偏差等因素影响，过零检测电路存在随机的输入失调使过零检测信号的产生时刻与电感零电流点无法做到准确同步，由此导致的两种异常现象被称为过零触发超前现象
、
和过零触发滞后现象
。
如图1所示，当过零检测信号超前于电感零电流点时被称为过零触发超前现象，此时功率管和整流管均关断，电感上的正电流将流过整流管的体二极管造成额外的损耗；当过零检测信号滞后于电感零电流点时被称为过零触发滞后现象，此时电感上产生负电流导致损耗增大，同时功率管和整流管的开关节点上会产生较大的电压过冲，进一步增大开关损耗，并引入
EMI
问题
。
[0005]现有的过零检测方法大致可以分为两种，一种为通过间接采样方式，将采样功率管和整流管的开关节点的电压与固定电压作比较，比如
BUCK
‑
BOOST
开关电源中，用节点电压与输出电压作比较，当电感上为正电流时，输出电压大于节点电压，当电感电流过零产生负电流时，节点电压大于输出电压，从而产生过零检测信号；另一种为通过直接采样方式，采样电感电流即开关电流来与
0A
作比较，从而产生过零检测信号
。
[0006]由于这两种检测方法通过采样信号与固定电压或电流作比较，采样电路的随机输入失调无法及时得到修正，引起过零检测偏差，出现过零触发超前或滞后现象，从而导致轻载转化效率的降低
。
即使存在利用计数器采取逐步逼近的方法实现失调抵消功能，但需要几个周期才能完成校准无法实现实时修正，同时复杂的电路结构为系统设计增加了额外的压力
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种应用在开关电源的过零检测电路设计思想，以提高开关
电源工作在轻载时的转化效率
。
[0008]为解决上述问题，本专利技术提供一种用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，所述开关电源包括一端与所述开关电压节点连接的功率管
、
整流管和储能电感，功率管的另一端与电源电压的正极相连，所述整流管的另一端为开关电源的输出端，所述功率管和整流管的栅端均与一逻辑控制单元连接，所述逻辑控制单元设置为向功率管的栅端提供第一时钟信号，向整流管的栅端提供第二时钟信号，所述过零检测电路包括电流采样电路和失调处理电路；所述电流采样电路的第一输入端连接开关电压节点，其第二输入端连接开关电源的输出端，且其输出端连接失调处理电路的第一输入端，其设置为在电感电流下降阶段输出与流过整流管的电流成比例的采样电流；所述失调处理电路的第一输入端与电流采样电路的输出端连接，其输出端连接逻辑控制单元的输入端，其设置为在电感电流下降阶段比较电感电流上升阶段的采样电流和电感电流下降阶段的采样电流，在比较结果为相等时产生相应的逻辑单元跳变信号，该逻辑单元跳变信号使得逻辑控制单元产生控制整流管关闭的第二时钟信号
。
[0009]所述电流采样电路包括：
[0010]多路选择器，多路选择器的第一输入端连接电流采样电路的第二输入端，多路选择器的第二输入端连接电流采样电路的第一输入端，选择控制端连接第一时钟信号和第二时钟信号；
[0011]第一
NMOS
管，其源端连接多路选择器的输出端；
[0012]第二
NMOS
管，其源端连接所述电流采样电路的第二输入端，第二
NMOS
管的栅端与第一
NMOS
管的栅端相连并连接第二
NMOS
管的漏端；
[0013]第一电阻，其连接在在第一
NMOS
管的源端和多路选择器的输出端之间；
[0014]第二电阻，其连接在第二
NMOS
管的源端和所述过零检测电路的第二输入端之间；
[0015]第一电流源，该第一电流源的正极连接电源电压，负极连接第一
NMOS
管的漏端；
[0016]第二电流源，该第二电流源的正极连接电源电压，负极连接第二
NMOS
管的漏端；以及
[0017]第三
NMOS
管，该第三
NMOS
管的源端连接第二
NMOS
管的源端，第三
NMOS
管的栅端连接第一
NMOS
管的漏端，第三
NMOS
管的漏端为所述电流采样电路的输出端
。
[0018]所述第一电流源和第二电流源二者的电流相等，且第一电阻的阻值等于第二电阻的阻值的2倍
。
[0019]所述多路选择器的选择控制端口分别连接第一时钟信号和第二时钟信号，所述多路选择器对第一输入端和第二输入端的选择受第一时钟信号和第二时钟信号控制，在电感电流下降阶段，第二时钟信号为高且第一时钟信号为低，多路选择器选择第二输入端与其输出端电连接；否则，多路选择器选择第一输入端与其输出端电连接
。
[0020]所述失调处理电路的第二输入端经过反相器连接第二时钟信号，所述失调处理电路设置为通过第二时钟信号的取反信号在比较结果不相等时使逻辑单元跳变信号终止
。
[0021]所述失调处理电路包括：
[0022]第一
PMOS
管，第一
PMOS
管的漏端与栅端相连，并连接电流采样电路的输出端，第一
PMOS
管的源端连接电源电压；
[0023]第二
PMOS
管，第二
PMOS
管的源端连接电源电压，第二
PMOS
管的栅端连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，所述开关电源包括一端与所述开关电压节点连接的功率管
、
整流管和储能电感，功率管的另一端与电源电压的正极相连，所述整流管的另一端为开关电源的输出端，所述功率管和整流管的栅端均与一逻辑控制单元连接，所述逻辑控制单元设置为向功率管的栅端提供第一时钟信号，向整流管的栅端提供第二时钟信号，其特征在于，所述过零检测电路包括电流采样电路和失调处理电路；所述电流采样电路的第一输入端连接开关电压节点，其第二输入端连接开关电源的输出端，且其输出端连接失调处理电路的第一输入端，其设置为在电感电流下降阶段输出与流过整流管的电流成比例的采样电流；所述失调处理电路的第一输入端与电流采样电路的输出端连接，其输出端连接逻辑控制单元的输入端，其设置为在电感电流下降阶段比较电感电流上升阶段的采样电流和电感电流下降阶段的采样电流，在比较结果为相等时产生相应的逻辑单元跳变信号，该逻辑单元跳变信号使得逻辑控制单元产生控制整流管关闭的第二时钟信号
。2.
根据权利要求1所述的用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：多路选择器，多路选择器的第一输入端连接电流采样电路的第二输入端，多路选择器的第二输入端连接电流采样电路的第一输入端；第一
NMOS
管，其源端连接多路选择器的输出端；第二
NMOS
管，其源端连接所述电流采样电路的第二输入端，第二
NMOS
管的栅端与第一
NMOS
管的栅端相连并连接第二
NMOS
管的漏端；第一电阻，其连接在在第一
NMOS
管的源端和多路选择器的输出端之间；第二电阻，其连接在第二
NMOS
管的源端和所述过零检测电路的第二输入端之间；第一电流源，该第一电流源的正极连接电源电压，负极连接第一
NMOS
管的漏端；第二电流源，该第二电流源的正极连接电源电压，负极连接第二
NMOS
管的漏端；以及第三
NMOS
管，该第三
NMOS
管的源端连接第二
NMOS
管的源端，第三
NMOS
管的栅端连接第一
NMOS
管的漏端，第三
NMOS
管的漏端为所述电流采样电路的输出端
。3.
根据权利要求2所述的用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，其特征在于，所述第一电流源和第二电流源二者的电流相等，且第一电阻的阻值等于第二电阻的阻值的2倍
。4.
根据权利要求2所述的用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，其特征在于，所述多路选择器的选择控制端口分别连接第一时钟信号和第二时钟信号，对第一输入端和第二输入端的选择受第一时钟信号和第二时钟信号控制，在电感电流下降阶段，第二时钟信号为高且第一时钟信号为低，多路选择器选择第二输入端与其输出端点连接；否则，多路选择器选择第一输入端与其输出端点连接
。5.
根据权利要求1所述的用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，其特征在于，所述失调处理电路的第二输入端经过反相器连接第二时钟信号，所述失调处理电路设置为通过第二时钟信号的取反信号在比较结果不相等时使逻辑单元跳变信号终止
。6.
根据权利要求2所述的用于提高开关电源的轻载效率的过零检测电路，其特征在于，所述失调处理电路包括：第一
...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海灿瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：