CN103424605A - 一种零电流检测电路和方法、及电压变换电路 - Google Patents

一种零电流检测电路和方法、及电压变换电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种零电流检测电路，包括补偿电路和检测电路，所述补偿电路根据直流-直流(DC-DC)变换电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；所述检测电路根据所述补偿电压动态调整故作失调电压(Voffset)，按照调整后的Voffset进行零电流检测；本发明同时还公开了一种零电流检测方法及电压变换电路，通过本发明的方案，能够使触发零电流检测电路的开关节点(SW)的电压随着DC-DC变换电路的输出电压变化而变化，在零电流检测电路的触发延迟不变的条件下，有效提高零电流检测的精准度。

Description

一种零电流检测电路和方法、及电压变换电路
技术领域
本发明涉及电路保护技术，尤其涉及一种零电流检测(ZCD，Zero CurrentDetection)电路和方法、及电压变换电路。
背景技术
在电子设备中经常会用到直流-直流(DC-DC)变换电路，典型的DC-DC变换电路有降压(BUCK)电路、升压(BOOST)电路等，所述BUCK电路如图1所示，当驱动(Drive)信号为高电平时，PMOS P1截止，作为续流管的NMOS N1导通，电感L1上的电流为0，开关节点(SW)为NMOS N1的漏极，SW的电压变化能够反应出电感L1上的电流变化，此时，SW的电压为0，触发零电流检测电路；所述BOOST电路如图2所示，当Drive信号为高电平时，PMOS P2截止，作为调整管的NMOS N2导通，电感L2上的电流为0，SW为NMOS N2的漏极，SW的电压变化能够反应出电感L2上的电流变化，此时，SW的电压与BOOST电路输出电压相等，触发零电流检测电路。
所述零电流检测电路一般由比较器实现，如图3所示，比较器C1的正输入端连接基准电压(Vref)和故作失调电压(Voffset)，并在Voffset上并联开关S21，比较器C1的负输入端连接电容CS21、开关S22和SW，并通过开关S24连接输出端，所述电容CS21的负极对地连接有开关S23。当零电流检测电路进入采样状态时，如图4所示，所述开关S21、开关S22打开，所述开关S23、开关S24闭合，电容CS21的电压为Vref和Voffset之和；当零电流检测电路进入比较状态时，如图5所示，所述开关S21、开关S22闭合，所述开关S23、开关S24打开，在理论上，SW的电压与电容CS21的电压之和等于Vref时比较器C1翻转，输出零电流检测的使能信号，此时，SW的电压等于负的Voffset。
在实际应用中，零电流检测电路具有工作延时(t-delay)，并将Voffset设置为一个常数，这样，当DC-DC变换电路的输出电压(Vout)变大时，在相同t-delay的时间内，SW的电压变化更大。虽然触发零电流检测电路开始反应的SW的电压相同，但是经过t-delay，即零电流检测电路反应结束时，SW电压变的更大，反映出电感中的电流更大，从而降低了零电流检测的精度。
例如：图6、7分别为针对BUCK电路和BOOST电路的零电流检测电路中SW的电压与时间关系图。对于BUCK结构，输出电压Vout1大于输出电压Vout2，输出电压Vout1对应的SW的电压与时间关系曲线的斜率大于输出电压Vout2对应的SW的电压与时间关系曲线的斜率，Voffset设置为常数，在相同的t-delay的情况下，输出电压Vout1对应的零电流检测电路反应结束(即检测电路输出电压完成逻辑翻转)时的SW的电压为V1，时间为T1，输出电压Vout2对应的零电流检测电路反应结束时的SW的电压为V2，时间为T2，可以看出，BUCK电路中，|V1-V2|较大，也就是说零电流检测电路反应结束时的SW的电压随输出电压的变大而变的更大；BOOST电路中，|V1-Vout1|比|V2-Vout2|大的多，也就是说零电流检测电路反应结束时的SW的电压与输出电压的差值，随输出电压的变大而变的更大。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明的主要目的在于提供一种零电流检测电路和方法、及电压变换电路。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供的一种零电流检测电路，该电路包括：补偿电路、检测电路，其中，
补偿电路，配置为根据DC-DC变换电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；
检测电路，配置为根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述DC-DC变换电路进行零电流检测。
本发明提供的一种电压变换电路，该电路包括：BUCK电路、零电流检测电路；其中，
BUCK电路，配置为通过开关器件对直流电压降压，产生输出电压；
零电流检测电路，配置为根据所述输出电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BUCK电路进行零电流检测。
本发明提供的一种电压变换电路，该电路包括：BOOST电路、零电流检测电路；其中，
BOOST电路，配置为通过开关器件对直流电压升压，产生输出电压；
零电流检测电路，配置为根据所述输出电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BOOST电路进行零电流检测。
本发明提供的一种零电流检测方法，该方法包括：
根据DC-DC变换电路的输出电压反馈补偿电压；
根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述DC-DC变换电路进行零电流检测。
本发明提供的一种零电流检测电路和方法、及电压变换电路，所述零电流检测电路包括补偿电路和检测电路，所述补偿电路根据DC-DC变换电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；所述检测电路根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset进行零电流检测；如此，能够使触发零电流检测电路的SW的电压会随着DC-DC变换电路的输出电压变化而变化，在零电流检测电路的触发延迟不变的条件下，有效提高零电流检测的精准度。
附图说明
图1为现有技术中BUCK电路的示意图；
图2为现有技术中BOOST电路的示意图；
图3为现有技术中零电流检测电路的示意图；
图4为图3中零电流检测电路采样状态的示意图；
图5为图3中零电流检测电路比较状态的示意图；
图6为现有技术中针对BUCK电路的零电流检测电路中SW的电压与时间关系图；
图7为现有技术中针对BOOST电路的零电流检测电路中SW的电压与时间关系图；
图8为本发明实施例提供的一种零电流检测电路的示意图；
图9为本发明实施例中BUCK电路的零电流检测电路示意图；
图10为图9中BUCK电路的零电流检测电路中SW的电压与时间关系图；
图11为本发明实施例中BOOST电路的零电流检测电路示意图；
图12为图11中BOOST电路的零电流检测电路中SW的电压与时间关系图；
图13为本发明实施例提供的针对BUCK电路、工作在采样状态的零电流检测电路示意图；
图14为图13中电流I1、电流I2、电流Ic的关系示意图；
图15为本发明实施例提供的针对BUCK电路、工作在比较状态的零电流检测电路示意图；
图16为本发明实施例提供的针对BUCK电路的零电流检测电路的具体连接示意图；
图17为本发明实施例提供的针对BOOST电路、工作在采样状态的零电流检测电路示意图；
图18为本发明实施例提供的针对BOOST电路、工作在比较状态的零电流检测电路示意图；
图19为本发明实施例提供的一种电压变换电路示意图；
图20为本发明实施例提供的另一种电压变换电路示意图。
具体实施方式
在实际应用中，故作失调电压Voffset是随着DC-DC变换电路的输出电压Vout变大而变大的，这样，本发明的基本思想是：补偿电路根据DC-DC变换电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；检测电路根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset进行零电流检测。
下面通过附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明实现一种零电流检测电路，如图8所示，该电路包括：补偿电路、检测电路，其中，
补偿电路，配置为根据DC-DC变换电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；
检测电路，配置为根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述DC-DC变换电路进行零电流检测。
所述补偿电路，具体配置为所述DC-DC变换电路为BUCK电路时，将BUCK电路的输出电压作为补偿电压反馈至检测电路；
如图9所示，将BUCK电路的输出电压Vout反馈到检测电路的Voffset，这样，当Vout变大时，Voffset变大，在相同的t-delay的情况下，零电流检测电路反应结束时的SW的电压变化很小。图10为BUCK电路的零电流检测电路中SW的电压与时间关系图，输出电压Vout1大于输出电压Vout2，输出电压Vout1对应的SW的电压与时间关系曲线的斜率大于输出电压Vout2对应的SW的电压与时间关系曲线的斜率，将输出电压Vout1和输出电压Vout2反馈到检测电路的Voffset后，Voffset1大于Voffset2，在相同的t-delay的情况下，输出电压Vout1对应的触发零电流检测电路的SW的电压为V1’，时间为T1’，输出电压Vout2对应的触发零电流检测电路的SW的电压为V2’，时间为T2’，可以看出，触发零电流检测电路的SW的电压随输出电压变化而产生变化，并在零电流检测电路反应结束时，SW的电压变化|V1’-V2’|较小，消除了输出电压变化对SW电压变化斜率的影响。
所述补偿电路，具体配置为所述DC-DC变换电路为BOOST电路时，将BOOST电路的输出电压与输入电压的差值作为补偿电压反馈至检测电路；
如图11所示，将BOOST电路的输出电压Vout与输入电压Vin的差值反馈到检测电路的Voffset，这样，当Vout变大时，Voffset变大，触发零电流检测电路的SW的电压变大，在相同的t-delay的情况下，零电流检测电路反应结束时的SW的电压与输出电压Vout的差值变化很小。图12为BOOST电路的零电流检测电路中SW的电压与时间关系图，输出电压Vout1大于输出电压Vout2，输出电压Vout1对应的SW的电压与时间关系曲线的斜率大于输出电压Vout2对应的SW的电压与时间关系曲线的斜率，将输出电压Vout1与输入电压Vin的差值和输出电压Vout2与输入电压Vin的差值反馈到检测电路的Voffset后，Voffset1大于Voffset2，在相同的t-delay的情况下，输出电压Vout1对应的零电流检测电路反应结束时的SW的电压为V1’，时间为T1’，输出电压Vout2对应的零电流检测电路反应结束时的SW的电压为V2’，时间为T2’，可以看出，触发零电流检测电路的SW的电压与输出电压之差随输出电压变化而变化，零电流检测电路反应结束时|V1’-Vout1|与|V2’-Vout2|之间的差值较小，消除了输出电压变化对SW电压变化斜率的影响。
图13所示为针对BUCK电路、工作在采样状态的零电流检测电路，该零电流检测电路的补偿电路包括：PMOS P31、PMOS P32、PMOS P33、开关S31、开关S32、开关S33、电流源Q31、NMOS N31、NMOS N32、电阻R31、电阻R32，其中，PMOS P31、PMOS P32为共源共栅连接，源极均连接BUCK电路的输入电压Vin，PMOS P31的漏极与源极相连，并连接NMOS N31和NMOSN32的漏极；PMOS P32的漏极通过开关S31连接Voffset；PMOS P33的栅极连接NMOS N31的源极和NMOS N32的栅极，并连接BUCK电路的输出电压Vout，漏极接地，源极连接电流源Q31的负极和NMOS N31的栅极；NMOS N31的源极连接电阻R31；NMOS N32的源极连接电阻R32；电流源Q31的正极连接输入电压Vin；电阻R31对地连接有开关S32；电阻R32对地连接有开关S33；
该零电流检测电路的检测电路包括：开关S34、开关S35、开关S36、开关S37、PMOS P34、PMOS P35、PMOS P36、NMOS N33、NMOS N34、NMOS N35、NMOS N36、电流源Q32、电容CS31，其中，开关S34一端连接SW，另一端连接电容CS31负极和开关S35；开关S35另一端接地；电容CS31正极连接PMOS P34和NMOS N33的栅极；PMOS P34的源极连接电流源Q32的负极，漏极与NMOS N33的漏极连接，并连接PMOS P35和NMOS N35的栅极；电流源Q32的正极连接输入电压Vin；NMOS N33的源极连接补偿电路和NMOSN34的漏极，并对地连接开关S37，栅极和漏极之间连接开关S36；NMOS N34的漏极电压为Voffset，NMOS N34的源极接地，栅极接输入电压Vin；PMOS P35和NMOS N35、PMOS P36和NMOS N36分别连接成两个反相器，PMOS P36和NMOS N36的漏极为零电流检测电路的输出端。
图13所示的零电流检测电路在工作时，开关S31、开关S32、开关S33、开关S35、开关S36闭合，开关S34、开关S37打开，输出电压Vout转变为电阻R31和电阻R32上的电流，电阻R31上的电流为I1，电阻R32上的电流为I2，PMOS P32漏极镜像得到的电流Ic＝I1+I2，Ic与NMOS N34的导通电阻Ron的乘积为补偿电压，所述补偿电压反馈到PMOS P32的漏极，调整Voffset，电容CS31充电后的电压为调整后的Voffset加上PMOS P34、NMOS N33和电流源Q32构成的反相器的翻转电压，调整后的Voffset为：
V offset = R on ( I 0 + I c ) = R on ( I 0 + KI 1 + KI 2 ) = R on ( I 0 + K · V out + V gsp - V gsn 1 R 31 + K · V out - V gsn 2 R 32 )
其中，I0为电流源Q32提供的电流；K为PMOS P31和PMOS P32构成的电流镜的电流镜像比例；Vgsp为PMOS P33的源极-栅极电压；Vgsn1为NMOSN31的栅极-源极电压；Vgsn2为NMOS N32的栅极-源极电压。
在Voffset上还有Vref时，上述CS31充电后的电压为调整后的Voffset加上Vref。
在输入电压Vin＝5.5V，输出电压Vout由04V变化到5V的过程中，所述电流I1、电流I2、电流Ic的关系如图14所示，可以看出，当输出电压Vout小于Vgsn2时，I2＝0，Ic＝I1；当输出电压Vout大于输入电压Vin与Vgsp的差值时，电流I1不再随输出电压Vout的增大而增大，但电流I2随输出电压Vout的增大而增大，对电流Ic进行额外的电流补偿。
图15所示为针对BUCK电路、工作在比较状态的零电流检测电路，该零电流检测电路的结构与图13相同，区别在于：工作时，开关S31、开关S32、开关S33、开关S35、开关S36打开，开关S34、开关S37闭合，当SW的电压等于负的调整后的Voffset时，PMOS P36和NMOS N36的漏极输出高电平。
图16所示为针对BUCK电路的零电流检测电路的具体连接，图16所示零电流检测电路的补偿电路和检测电路与图13或图15所示相同，其中，NMOSN37实现开关S31，NMOS N38实现开关S32，NMOS N39实现开关S33，NMOSN40实现开关S34，NMOS N41实现开关S35，NMOS N42、NMOS N43、PMOSP37、PMOS P38实现开关S36，NMOS N44实现开关S37；并通过两级反相器增强输入电压Vin，通过电流镜结构实现电流源Q31和电流源Q32。
图17所示为针对BOOST电路、工作在采样状态的零电流检测电路，该零电流检测电路的补偿电路包括：NMOS N51、NMOS N52、NMOS N53、开关S51、开关S52、开关S53、电流源Q51、PMOS P51、PMOS P52、电阻R51、电阻R52，其中，NMOS N51、NMOS N52为共源共栅连接，源极均接地，NMOSN51的漏极与栅极相连，并连接PMOS P51和PMOS P52的漏极；NMOS N52的漏极通过开关S51连接Voffset；NMOS N53的栅极连接PMOS P51的栅极和PMOS P52的源极，并连接BOOST电路的输入电压Vin，漏极连接BOOST电路的输出电压Vout，源极连接电流源Q51的正极和PMOS P52的栅极；PMOSP51的源极连接电阻R52；PMOS P52的源极连接电阻R51；电流源Q51的负极接地；电阻R51通过开关S52连接输出电压Vout；电阻R52通过开关S53连接输出电压Vout；
该零电流检测电路的检测电路包括：开关S54、开关S55、开关S56、开关S57、PMOS P53、PMOS P54、PMOS P55、PMOS P56、NMOS N54、NMOS N55、NMOS N56、电流源Q52、电容CS51，其中，开关S54一端连接电源电压VDD，另一端连接PMOS P53的漏极；PMOS P53的栅极接地，源极连接电源电压VDD，漏极连接补偿电路和PMOS P54的源极；开关S55一端连接SW，另一端连接电容CS51的负极，并通过开关S57连接输出电压Vout；电容CS51的正极连接PMOS P54和NMOS N54的栅极；PMOS P54的栅极和漏极之间连接开关S56，源极连接补偿电路，源极电压为Voffset；NMOS N54的漏极与PMOSP54的漏极连接，并连接PMOS P55和NMOS N55的栅极，源极连接电流源Q52的正极；电流源Q52的负极接地；PMOS P55和NMOS N55、PMOS P56和NMOS N56分别连接成两个反相器，PMOS P56和NMOS N56的漏极为零电流检测电路的输出端；
图17所示的零电流检测电路在工作时，开关S51、开关S52、开关S53、开关S56、开关S57闭合，开关S54、开关S55打开，输出电压Vout与输入电压Vin的差值转变为电阻R51和电阻R52上的电流，电阻R51上的电流为I2，电阻R52上的电流为I1，NMOS N52漏极镜像得到的电流Ic＝I1+I2，Ic与PMOSP53的导通电阻的乘积为补偿电压，所述补偿电压反馈到PMOS P54的源极，调整Voffset，电容CS51充电后的电压为BOOST电路的输出电压Vout减去调整后的Voffset再减去PMOS P54、NMOS N54和电流源Q52构成的反相器的翻转电压。
在Voffset上还有Vref时，上述CS51充电后的电压为调整后的Voffset加上Vref。
图18所示为针对BOOST电路、工作在比较状态的零电流检测电路，该零电流检测电路的结构与图17所示相同，区别在于：工作时，开关S51、开关S52、开关S53、开关S56、开关S57打开，开关S54、开关S55闭合，当SW的电压等于BOOST电路的输出电压Vout加上调整后的Voffset时，PMOS P56和NMOS N56的漏极输出高电平。
本发明实施例还提供一种电压变换电路，如图19所示，该电路包括：BUCK电路、零电流检测电路；其中，
BUCK电路，配置为通过开关器件对直流电压降压，产生输出电压；
零电流检测电路，配置为根据所述输出电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BUCK电路进行零电流检测。
所述零电流检测电路，如图8所示，包括：补偿电路、检测电路，其中，
补偿电路，配置为根据BUCK电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；
检测电路，配置为根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BUCK电路进行零电流检测。
图13所示为针对BUCK电路、工作在采样状态的零电流检测电路，所述补偿电路包括：PMOS P31、PMOS P32、PMOS P33、开关S31、开关S32、开关S33、电流源Q31、NMOS N31、NMOS N32、电阻R31、电阻R32，其中，PMOS P31、PMOS P32为共源共栅连接，源极均连接BUCK电路的输入电压Vin，PMOS P31的漏极与源极相连，并连接NMOS N31和NMOS N32的漏极；PMOS P32的漏极通过开关S31连接Voffset；PMOS P33的栅极连接NMOS N31的源极和NMOS N32的栅极，并连接BUCK电路的输出电压Vout，漏极接地，源极连接电流源Q31的负极和NMOS N31的栅极；NMOS N31的源极连接电阻R31；NMOS N32的源极连接电阻R32；电流源Q31的正极连接输入电压Vin；电阻R31对地连接有开关S32；电阻R32对地连接有开关S33；
所述检测电路包括：开关S34、开关S35、开关S36、开关S37、PMOS P34、PMOS P35、PMOS P36、NMOS N33、NMOS N34、NMOS N35、NMOS N36、电流源Q32、电容CS31，其中，开关S34一端连接SW，另一端连接电容CS31负极和开关S35；开关S35另一端接地；电容CS31正极连接PMOS P34和NMOSN33的栅极；PMOS P34的源极连接电流源Q32的负极，漏极与NMOS N33的漏极连接，并连接PMOS P35和NMOS N35的栅极；电流源Q32的正极连接输入电压Vin；NMOS N33的源极连接补偿电路和NMOS N34的漏极，并对地连接开关S37，栅极和漏极之间连接开关S36；NMOS N34的漏极电压为Voffset，NMOS N34的源极接地，栅极接输入电压Vin；PMOS P35和NMOS N35、PMOSP36和NMOS N36分别连接成两个反相器，PMOS P36和NMOS N36的漏极为零电流检测电路的输出端。
图13所示的零电流检测电路在工作时，开关S31、开关S32、开关S33、开关S35、开关S36闭合，开关S34、开关S37打开，输出电压Vout转变为电阻R31和电阻R32上的电流，电阻R31上的电流为I1，电阻R32上的电流为I2，PMOS P32漏极镜像得到的电流Ic＝I1+I2，Ic与NMOS N34的导通电阻Ron的乘积为补偿电压，所述补偿电压反馈到PMOS P32的漏极，调整Voffset，电容CS31充电后的电压为调整后的Voffset加上PMOS P34、NMOS N33和电流源Q32构成的反相器的翻转电压，调整后的Voffset为：
V offset = R on ( I 0 + I c ) = R on ( I 0 + KI 1 + KI 2 ) = R on ( I 0 + K · V out + V gsp - V gsn 1 R 31 + K · V out - V gsn 2 R 32 )
其中，I0为电流源Q32提供的电流；K为PMOS P31和PMOS P32构成的电流镜的电流镜像比例；Vgsp为PMOS P33的源极-栅极电压；Vgsn1为NMOSN31的栅极-源极电压；Vgsn2为NMOS N32的栅极-源极电压。
在Voffset上还有Vref时，上述CS31充电后的电压为调整后的Voffset加上Vref。
在输入电压Vin＝5.5V，输出电压Vout由04V变化到5V的过程中，所述电流I1、电流I2、电流Ic的关系如图14所示，可以看出，当输出电压Vout小于Vgsn2时，I2＝0，Ic＝I1；当输出电压Vout大于输入电压Vin与Vgsp的差值时，电流I1不再随输出电压Vout的增大而增大，但电流I2随输出电压Vout的增大而增大，对电流Ic进行额外的电流补偿。
图15所示为工作在比较状态的零电流检测电路，该零电流检测电路的结构与图13相同，区别在于：工作时，开关S31、开关S32、开关S33、开关S35、开关S36打开，开关S34、开关S37闭合，当SW的电压等于负的调整后的Voffset时，PMOS P36和NMOS N36的漏极输出高电平。
本发明实施例还提供一种电压变换电路，如图20所示，该电路包括：BOOST电路、零电流检测电路；其中，
BOOST电路，配置为通过开关器件对直流电压升压，产生输出电压；
零电流检测电路，配置为根据所述输出电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BOOST电路进行零电流检测。
所述零电流检测电路，如图8所示，包括：补偿电路、检测电路，其中，
补偿电路，配置为根据BOOST电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；
检测电路，配置为根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BOOST电路进行零电流检测。
图17所示为针对BOOST电路、工作在采样状态的零电流检测电路，所述补偿电路包括：NMOS N51、NMOS N52、NMOS N53、开关S51、开关S52、开关S53、电流源Q51、PMOS P51、PMOS P52、电阻R51、电阻R52，其中，NMOS N51、NMOS N52为共源共栅连接，源极均接地，NMOS N51的漏极与栅极相连，并连接PMOS P51和PMOS P52的漏极；NMOS N52的漏极通过开关S51连接Voffset；NMOS N53的栅极连接PMOS P51的栅极和PMOS P52的源极，并连接BOOST电路的输入电压Vin，漏极连接BOOST电路的输出电压Vout，源极连接电流源Q51的正极和PMOS P52的栅极；PMOS P51的源极连接电阻R52；PMOS P52的源极连接电阻R51；电流源Q51的负极接地；电阻R51通过开关S52连接输出电压Vout；电阻R52通过开关S53连接输出电压Vout；
所述检测电路包括：开关S54、开关S55、开关S56、开关S57、PMOS P53、PMOS P54、PMOS P55、PMOS P56、NMOS N54、NMOS N55、NMOS N56、电流源Q52、电容CS51，其中，开关S54一端连接电源电压VDD，另一端连接PMOS P53的漏极；PMOS P53的栅极接地，源极连接电源电压VDD，漏极连接补偿电路和PMOS P54的源极；开关S55一端连接SW，另一端连接电容CS51的负极，并通过开关S57连接输出电压Vout；电容CS51的正极连接PMOSP54和NMOS N54的栅极；PMOS P54的栅极和漏极之间连接开关S56，源极连接补偿电路，源极电压为Voffset；NMOS N54的漏极与PMOS P54的漏极连接，并连接PMOS P55和NMOS N55的栅极，源极连接电流源Q52的正极；电流源Q52的负极接地；PMOS P55和NMOS N55、PMOS P56和NMOS N56分别连接成两个反相器，PMOS P56和NMOS N56的漏极为零电流检测电路的输出端；
图17所示的零电流检测电路在工作时，开关S51、开关S52、开关S53、开关S56、开关S57闭合，开关S54、开关S55打开，输出电压Vout与输入电压Vin的差值转变为电阻R51和电阻R52上的电流，电阻R51上的电流为I2，电阻R52上的电流为I1，NMOS N52漏极镜像得到的电流Ic＝I1+I2，Ic与PMOSP53的导通电阻的乘积为补偿电压，所述补偿电压反馈到PMOS P54的源极，调整Voffset，电容CS51充电后的电压为BOOST电路的输出电压Vout减去调整后的Voffset再减去PMOS P54、NMOS N54和电流源Q52构成的反相器的翻转电压。
在Voffset上还有Vref时，上述CS51充电后的电压为调整后的Voffset加上Vref。
图18所示为针对BOOST电路、工作在比较状态的零电流检测电路，该零电流检测电路的结构与图17所示相同，区别在于：工作时，开关S51、开关S52、开关S53、开关S56、开关S57打开，开关S54、开关S55闭合，当SW的电压等于BOOST电路的输出电压Vout加上Voffset时，PMOS P56和NMOSN56的漏极输出高电平。
本发明实施例还提供一种零电流检测方法，该方法包括：根据DC-DC变换电路的输出电压反馈补偿电压；根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述DC-DC变换电路进行零电流检测；
所述DC-DC变换电路为BUCK电路；
所述补偿电压为所述BUCK电路的输出电压；
所述DC-DC变换电路为BOOST电路；
所述补偿电压为所述BOOST电路的输出电压与输入电压的差值。
上述零电流检测方法一般应用于电压变换电路。
综上所述，本发明触发零电流检测电路的SW的电压随DC-DC变换电路的输出电压变化而变化，在零电流检测电路的触发延迟不变的条件下，能够有效提高零电流检测的精准度。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种零电流检测电路，其特征在于，该电路包括：补偿电路、检测电路，其中，
补偿电路，配置为根据直流-直流(DC-DC)变换电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；
检测电路，配置为根据所述补偿电压动态调整故作失调电压(Voffset)，按照调整后的Voffset对所述DC-DC变换电路进行零电流检测。
2.根据权利要求1所述的零电流检测电路，其特征在于，所述补偿电路，具体配置为所述DC-DC变换电路为降压(BUCK)电路时，将BUCK电路的输出电压作为补偿电压反馈至检测电路。
3.根据权利要求2所述的零电流检测电路，其特征在于，所述补偿电路包括：PMOS(P31)、PMOS(P32)、PMOS(P33)、开关(S31)、开关(S32)、开关(S33)、电流源(Q31)、NMOS(N31)、NMOS(N32)、电阻(R31)、电阻(R32)，其中，PMOS(P31)、PMOS(P32)为共源共栅连接，源极均连接BUCK电路的输入电压Vin，PMOS(P31)的漏极与源极相连，并连接NMOS(N31)和NMOS(N32)的漏极；PMOS(P32)的漏极通过开关(S31)连接Voffset；PMOS(P33)的栅极连接NMOS(N31)的源极和NMOS(N32)的栅极，并连接BUCK电路的输出电压Vout，漏极接地，源极连接电流源(Q31)的负极和NMOS(N31)的栅极；NMOS(N31)的源极连接电阻(R31)；NMOS(N32)的源极连接电阻(R32)；电流源(Q31)的正极连接输入电压Vin；电阻(R31)对地连接有开关(S32)；电阻(R32)对地连接有开关(S33)。
4.根据权利要求3所述的零电流检测电路，其特征在于，所述检测电路包括：开关(S34)、开关(S35)、开关(S36)、开关(S37)、PMOS(P34)、PMOS(P35)、PMOS(P36)、NMOS(N33)、NMOS(N34)、NMOS(N35)、NMOS(N36)、电流源(Q32)、电容(CS31)，其中，开关(S34)一端连接开关节点(SW)，另一端连接电容(CS31)负极和开关(S35)；开关(S35)另一端接地；电容(CS31)正极连接PMOS(P34)和NMOS(N33)的栅极；PMOS(P34)的源极连接电流源(Q32)的负极，漏极与NMOS(N33)的漏极连接，并连接PMOS(P35)和NMOS(N35)的栅极；电流源(Q32)的正极连接输入电压Vin；NMOS(N33)的源极连接补偿电路和NMOS(N34)的漏极，并对地连接开关(S37)，栅极和漏极之间连接开关(S36)；NMOS(N34)的漏极电压为Voffset，NMOS(N34)的源极接地，栅极接输入电压Vin；PMOS(P35)和NMOS(N35)、PMOS(P36)和NMOS(N36)分别连接成两个反相器，PMOS(P36)和NMOS(N36)的漏极为零电流检测电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的零电流检测电路，其特征在于，所述零电流检测电路在进入采样状态时，所述开关(S31)、开关(S32)、开关(S33)、开关(S35)、开关(S36)闭合，开关(S34)、开关(S37)打开，输出电压Vout转变为电阻(R31)和电阻(R32)上的电流，电阻(R31)上的电流为I1，电阻(R32)上的电流为I2，PMOS(P32)漏极镜像得到的电流Ic＝I1+I2，Ic与NMOS(N34)的导通电阻Ron的乘积为补偿电压，所述补偿电压反馈到PMOS(P32)的漏极，调整Voffset，调整后的Voffset为：
V offset = R on ( I 0 + I c ) = R on ( I 0 + KI 1 + KI 2 ) = R on ( I 0 + K · V out + V gsp - V gsn 1 R 31 + K · V out - V gsn 2 R 32 )
其中，I0为电流源(Q32)提供的电流；K为PMOS(P31)和PMOS(P32)构成的电流镜的电流镜像比例；Vgsp为PMOS(P33)的源极-栅极电压；Vgsn1为NMOS(N31)的栅极-源极电压；Vgsn2为NMOS(N32)的栅极-源极电压。
6.根据权利要求5所述的零电流检测电路，其特征在于，所述零电流检测电路在进入比较状态时，所述开关(S31)、开关(S32)、开关(S33)、开关(S35)、开关(S36)打开，开关(S34)、开关(S37)闭合，当SW的电压等于负的调整后的Voffset时，PMOS(P36)和NMOS(N36)的漏极输出高电平。
7.根据权利要求1所述的零电流检测电路，其特征在于，所述补偿电路，具体配置为所述DC-DC变换电路为BOOST电路时，将BOOST电路的输出电压与输入电压的差值作为补偿电压反馈至检测电路。
8.根据权利要求7所述的零电流检测电路，其特征在于，所述补偿电路包括：NMOS(N51)、NMOS(N52)、NMOS(N53)、开关(S51)、开关(S52)、开关(S53)、电流源(Q51)、PMOS(P51)、PMOS(P52)、电阻(R51)、电阻(R52)，其中，NMOS(N51)、NMOS(N52)为共源共栅连接，源极均接地，NMOS(N51)的漏极与栅极相连，并连接PMOS(P51)和PMOS(P52)的漏极；NMOS(N52)的漏极通过开关(S51)连接Voffset；NMOS(N53)的栅极连接PMOS(P51)的栅极和PMOS(P52)的源极，并连接BOOST电路的输入电压Vin，漏极连接BOOST电路的输出电压Vout，源极连接电流源(Q51)的正极和PMOS(P52)的栅极；PMOS(P51)的源极连接电阻(R52)；PMOS(P52)的源极连接电阻(R51)；电流源(Q51)的负极接地；电阻(R51)通过开关(S52)连接输出电压Vout；电阻(R52)通过开关(S53)连接输出电压Vout。
9.根据权利要求8所述的零电流检测电路，其特征在于，所述检测电路包括：开关(S54)、开关(S55)、开关(S56)、开关(S57)、PMOS(P53)、PMOS(P54)、PMOS(P55)、PMOS(P56)、NMOS(N54)、NMOS(N55)、NMOS(N56)、电流源(Q52)、电容(CS51)，其中，开关(S54)一端连接电源电压VDD，另一端连接PMOS(P53)的漏极；PMOS(P53)的栅极接地，源极连接电源电压VDD，漏极连接补偿电路和PMOS(P54)的源极；开关(S55)一端连接SW，另一端连接电容(CS51)的负极，并通过开关(S57)连接输出电压Vout；电容(CS51)的正极连接PMOS(P54)和NMOS(N54)的栅极；PMOS(P54)的栅极和漏极之间连接开关(S56)，源极连接补偿电路，源极电压为Voffset；NMOS(N54)的漏极与PMOS(P54)的漏极连接，并连接PMOS(P55)和NMOS(N55)的栅极，源极连接电流源(Q52)的正极；电流源(Q52)的负极接地；PMOS(P55)和NMOS(N55)、PMOS(P56)和NMOS(N56)分别连接成两个反相器，PMOS(P56)和NMOS(N56)的漏极为零电流检测电路的输出端。
10.根据权利要求9所述的零电流检测电路，其特征在于，所述零电流检测电路在进入采样状态时，所述开关(S51)、开关(S52)、开关(S53)、开关(S56)、开关(S57)闭合，开关(S54)、开关(S55)打开，输出电压Vout与输入电压Vin的差值转变为电阻(R51)和电阻(R52)上的电流，电阻(R51)上的电流为I2，电阻(R52)上的电流为I1，NMOS(N52)漏极镜像得到的电流Ic＝I1+I2，Ic与PMOS(P53)的导通电阻的乘积为补偿电压，所述补偿电压反馈到PMOS(P54)的源极，调整Voffset。
11.根据权利要求10所述的零电流检测电路，其特征在于，所述零电流检测电路在进入比较状态时，所述开关(S51)、开关(S52)、开关(S53)、开关(S56)、开关(S57)打开，开关(S54)、开关(S55)闭合，当SW的电压等于BOOST电路的输出电压Vout加上调整后的Voffset时，PMOS(P56)和NMOS(N56)的漏极输出高电平。
12.一种电压变换电路，其特征在于，该电路包括：BUCK电路、零电流检测电路；其中，
BUCK电路，配置为通过开关器件对直流电压降压，产生输出电压；
零电流检测电路，配置为根据所述输出电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BUCK电路进行零电流检测。
13.根据权利要求12所述的电压变换电路，其特征在于，所述零电流检测电路，包括：补偿电路、检测电路，其中，
补偿电路，配置为根据BUCK电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；
检测电路，配置为根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BUCK电路进行零电流检测。
14.根据权利要求13所述的电压变换电路，其特征在于，所述补偿电路包括：PMOS(P31)、PMOS(P32)、PMOS(P33)、开关(S31)、开关(S32)、开关(S33)、电流源(Q31)、NMOS(N31)、NMOS(N32)、电阻(R31)、电阻(R32)，其中，PMOS(P31)、PMOS(P32)为共源共栅连接，源极均连接BUCK电路的输入电压Vin，PMOS(P31)的漏极与源极相连，并连接NMOS(N31)和NMOS(N32)的漏极；PMOS(P32)的漏极通过开关(S31)连接Voffset；PMOS(P33)的栅极连接NMOS(N31)的源极和NMOS(N32)的栅极，并连接BUCK电路的输出电压Vout，漏极接地，源极连接电流源(Q31)的负极和NMOS(N31)的栅极；NMOS(N31)的源极连接电阻(R31)；NMOS(N32)的源极连接电阻(R32)；电流源(Q31)的正极连接输入电压Vin；电阻(R31)对地连接有开关(S32)；电阻(R32)对地连接有开关(S33)。
15.根据权利要求14所述的电压变换电路，其特征在于，所述检测电路包括：开关(S34)、开关(S35)、开关(S36)、开关(S37)、PMOS(P34)、PMOS(P35)、PMOS(P36)、NMOS(N33)、NMOS(N34)、NMOS(N35)、NMOS(N36)、电流源(Q32)、电容(CS31)，其中，开关(S34)一端连接开关节点(SW)，另一端连接电容(CS31)负极和开关(S35)；开关(S35)另一端接地；电容(CS31)正极连接PMOS(P34)和NMOS(N33)的栅极；PMOS(P34)的源极连接电流源(Q32)的负极，漏极与NMOS(N33)的漏极连接，并连接PMOS(P35)和NMOS(N35)的栅极；电流源(Q32)的正极连接输入电压Vin；NMOS(N33)的源极连接补偿电路和NMOS(N34)的漏极，并对地连接开关(S37)，栅极和漏极之间连接开关(S36)；NMOS(N34)的漏极电压为Voffset，NMOS(N34)的源极接地，栅极接输入电压Vin；PMOS(P35)和NMOS(N35)、PMOS(P36)和NMOS(N36)分别连接成两个反相器，PMOS(P36)和NMOS(N36)的漏极为零电流检测电路的输出端。
16.一种电压变换电路，其特征在于，该电路包括：BOOST电路、零电流检测电路；其中，
BOOST电路，配置为通过开关器件对直流电压升压，产生输出电压；
零电流检测电路，配置为根据所述输出电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BOOST电路进行零电流检测。
17.根据权利要求16所述的电压变换电路，其特征在于，所述零电流检测电路包括：补偿电路、检测电路，其中，
补偿电路，配置为根据BOOST电路的输出电压反馈补偿电压至检测电路；
检测电路，配置为根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述BOOST电路进行零电流检测。
18.根据权利要求17所述的电压变换电路，其特征在于，所述补偿电路包括：NMOS(N51)、NMOS(N52)、NMOS(N53)、开关(S51)、开关(S52)、开关(S53)、电流源(Q51)、PMOS(P51)、PMOS(P52)、电阻(R51)、电阻(R52)，其中，NMOS(N51)、NMOS(N52)为共源共栅连接，源极均接地，NMOS(N51)的漏极与栅极相连，并连接PMOS(P51)和PMOS(P52)的漏极；NMOS(N52)的漏极通过开关(S51)连接Voffset；NMOS(N53)的栅极连接PMOS(P51)的栅极和PMOS(P52)的源极，并连接BOOST电路的输入电压Vin，漏极连接BOOST电路的输出电压Vout，源极连接电流源(Q51)的正极和PMOS(P52)的栅极；PMOS(P51)的源极连接电阻(R52)；PMOS(P52)的源极连接电阻(R51)；电流源(Q51)的负极接地；电阻(R51)通过开关(S52)连接输出电压Vout；电阻(R52)通过开关(S53)连接输出电压Vout。
19.根据权利要求18所述的电压变换电路，其特征在于，所述检测电路包括：开关(S54)、开关(S55)、开关(S56)、开关(S57)、PMOS(P53)、PMOS(P54)、PMOS(P55)、PMOS(P56)、NMOS(N54)、NMOS(N55)、NMOS(N56)、电流源(Q52)、电容(CS51)，其中，开关(S54)一端连接电源电压VDD，另一端连接PMOS(P53)的漏极；PMOS(P53)的栅极接地，源极连接电源电压VDD，漏极连接补偿电路和PMOS(P54)的源极；开关(S55)一端连接SW，另一端连接电容(CS51)的负极，并通过开关(S57)连接输出电压Vout；电容(CS51)的正极连接PMOS(P54)和NMOS(N54)的栅极；PMOS(P54)的栅极和漏极之间连接开关(S56)，源极连接补偿电路，源极电压为Voffset；NMOS(N54)的漏极与PMOS(P54)的漏极连接，并连接PMOS(P55)和NMOS(N55)的栅极，源极连接电流源(Q52)的正极；电流源(Q52)的负极接地；PMOS(P55)和NMOS(N55)、PMOS(P56)和NMOS(N56)分别连接成两个反相器，PMOS(P56)和NMOS(N56)的漏极为零电流检测电路的输出端。
20.一种零电流检测方法，其特征在于，该方法包括：
根据DC-DC变换电路的输出电压反馈补偿电压；
根据所述补偿电压动态调整Voffset，按照调整后的Voffset对所述DC-DC变换电路进行零电流检测。
21.根据权利要求20所述的零电流检测方法，其特征在于，所述DC-DC变换电路为BUCK电路。
22.根据权利要求21所述的零电流检测方法，其特征在于，所述补偿电压为所述BUCK电路的输出电压。
23.根据权利要求20所述的零电流检测方法，其特征在于，所述DC-DC变换电路为BOOST电路。
24.根据权利要求23所述的零电流检测方法，其特征在于，所述补偿电压为所述BOOST电路的输出电压与输入电压的差值。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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