CN107132405B - 一种用于同步降压型变换器的过零检测电路 - Google Patents

一种用于同步降压型变换器的过零检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及降压型变换器领域，特别地涉及一种用于同步降压型变换器的过零检测电路。本发明公开了一种用于同步降压型变换器的过零检测电路，包括过零比较器和乘法器，所述过零比较器的两输入端分别接乘法器的输出端和同步降压型变换器的同步管的漏极，所述过零比较器的输出端接同步降压型变换器的驱动电路的输入端，所述乘法器的第一输入端接同步降压型变换器的电压输出端，所述乘法器的第二输入端接正温度系数电流源。本发明充分考虑了在同步降压型变换器中温度及所设置的输出电压对过零点检测造成的偏差，提高了过零检测的精确度。

Description

一种用于同步降压型变换器的过零检测电路
技术领域
本发明属于降压型变换器领域，具体地涉及一种用于同步降压型变换器的过零检测电路。
背景技术
近年来，随着中国经济的发展和电子行业的兴起，消费类电子产品，特别是便携式电子设备的快速普及使得电源技术趋向于大功率、高能效、高集成度等特点。直流变换器由于高效率而在电源管理***中得到了广泛应用。
直流变换器中的同步降压型变换器，其具有两种工作模式：连接导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)。在不连续导通模式下，需要采用过零检测电路来检测电感电流是否过零，当检测到电感电流为零时，则关断同步管，从而减少功耗以提高效率。
图1给出了现有技术用于同步降压型变换器的过零检测电路，即在降压型变换器上设置过零比较电路，主要采用一个过零比较器A来实现。其电感L电流的检测方式如图2所示。图2中IL为电感L电流，Itrip为过零比较器A设置的过零点触发值，Tdly为过零比较器A的延迟。考虑到过零比较器A的延迟 Tdly，由于在过零比较器A延迟的这段时间内电感L电流在继续降低，因此一般把Itrip设置成比IL＝0的值高出一定范围用来抵消由于过零比较器A延迟造成的检测偏差。
理想的
Figure BDA0001336878700000011
从公式(1)可以看出理想的Itrip受电感值L，输出电压Vout，过零比较器A延迟Tdly影响，由于Tdly是比较器本身延迟，L 是外部输出电感，这二者是固定的。所以，过零比较器引入的失调电压Vos理想值应为
Vos＝Itrip*Ron
其中，Ron为同步管的导通电阻，受温度影响。而传统的过零点检测是不补偿或者在过零比较器中引入一个固定的失调电压Vos来补偿，无法准确抵消由于过零比较器A延迟造成的检测偏差。
发明内容
本发明的目的在于为解决上述为题而提供一种充分考虑了在同步降压型变换器中温度及所设置的输出电压对过零点检测造成的偏差，提高了过零检测的精确度的用于同步降压型变换器的过零检测电路。
为此，本发明公开了一种用于同步降压型变换器的过零检测电路，包括过零比较器和乘法器，所述过零比较器的两输入端分别接乘法器的输出端和同步降压型变换器的同步管的漏极，所述过零比较器的输出端接同步降压型变换器的驱动电路的输入端，所述乘法器的第一输入端接同步降压型变换器的电压输出端，所述乘法器的第二输入端接正温度系数电流源。
进一步的，所述乘法器包括PNP三极管M2-M5、NMOS管M0-M1和电阻R0-R1，所述PNP三极管M2的发射极接电源VCC，所述PNP三极管M2的集电极接NMOS 管M0的漏极，所述NMOS管M0的源极串联电阻R0接地，所述NMOS管M0的栅极接同步降压型变换器的电压输出端VOUT，所述PNP三极管M2的基极和PNP三极管M3的发射极接正温度系数电流源Iptat，所述PNP三极管M3的集电极接地，所述NMOS管M1的栅极接PNP三极管M2的集电极，所述PNP三极管M3和M4的基极以及NMOS管M1的源极接偏置电流源Itail，所述NMOS管M1的漏极接电源VCC，所述PNP三极管M4的发射极和PNP三极管M5的基极接恒温系数电流源 Iconst，所述PNP三极管M4的集电极接地，所述PNP三极管M5的发射极接电源VCC，所述PNP三极管M5的集电极串联电阻R1接地，所述PNP三极管M5的集电极与电阻R1之间的节点作为乘法器的输出端Vos接过零比较器的同相输入端。
更进一步的，所述NMOS管M0-M1均为增强型NMOS管。
进一步的，所述乘法器包括NPN三极管M2、NPN三极管M3、PNP三极管M4、 NPN三极管M5、NMOS管M0、PMOS管M1和电阻R0-R1，所述NPN三极管M2的发射极接地，所述NPN三极管M2的集电极和PMOS管M1的栅极接第一电流镜的输出端，所述NMOS管M0的源极串联电阻R0接地，所述NMOS管M0的栅极接同步降压型变换器的电压输出端VOUT，所述NMOS管M0的漏极接第一电流镜的输入端，所述NPN三极管M2的基极和NPN三极管M3的发射极接正温度系数电流源Iptat，所述NPN三极管M3的集电极接电源VCC，所述NPN三极管M3和PNP三极管M4的基极以及PMOS管M1的源极接偏置电流源Itail，所述PMOS管M1的漏极接地，所述PNP三极管M4的发射极和NPN三极管M5的基极接恒温系数电流源Iconst，所述PNP三极管M4的集电极接电源VCC，所述NPN三极管M5的发射极接地，所述NPN三极管M5的集电极接第二电流镜的输入端，第二电流镜的输出端串联电阻R1接地，第二电流镜的输出端与电阻R1之间的节点作为乘法器的输出端Vos接过零比较器的同相输入端。
更进一步的，所述NMOS管M0为增强型NMOS管，PMOS管M1均为增强型PMOS 管。
进一步的，所述正温度系数电流源的产生电路包括NPN三极管M6-M7、电阻 R2-R3和第三电流镜，所述NPN三极管M6的集电极串联电阻R2接电源VCC，所述NPN三极管M6的发射极接地，所述NPN三极管M6的基极同时接NPN三极管 M6的集电极和NPN三极管M7的基极，所述NPN三极管M7的发射极串联电阻R3 接地，所述NPN三极管M7的集电极接第三电流镜的输入端，所述第三电流镜的输出端输出正温度系数电流源Iptat。
进一步的，所述正温度系数电流源的产生电路包括NPN三极管M6电阻R2 和第四电流镜，所述NPN三极管M6的集电极串联电阻R2接第四电流镜的输入端，所述NPN三极管M6的发射极接地，所述NPN三极管M6的基极接NPN三极管M6的集电极，所述第四电流镜的输出端输出正温度系数电流源Iptat。
本发明的有益技术效果：
本发明将同步降压型变换器的输出电压和正温度系数电流源相乘后作为过零比较器的失调电压，充分考虑了在同步降压型变换器中温度及所设置的输出电压对过零点检测造成的偏差，提高了过零检测的精确度。且电路结构简单，易于实现。
附图说明
图1为现有技术的用于同步降压型变换器的过零检测电路图；
图2为现有技术的用于同步降压型变换器的过零检测方法示意图；
图3为本发明实施例一的用于同步降压型变换器的过零检测电路图；
图4为本发明实施例二的乘法器电路图；
图5为本发明实施例的正温度系数电流源的产生电路电路图；
图6为本发明实施例的正温度系数电流源的另一产生电路电路图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一
如图3所示，一种用于同步降压型变换器的过零检测电路，包括过零比较器A和乘法器，所述过零比较器A的反相输入端接同步降压型变换器的同步管 ML的漏极，过零比较器A的同相输入端接乘法器的输出端Vos，所述过零比较器 A的输出端接同步降压型变换器的驱动电路的输入端，所述乘法器的第一输入端接同步降压型变换器的电压输出端VOUT，所述乘法器的第二输入端接正温度系数电流源Iptat。
本具体实施例例中，所述乘法器包括PNP三极管M2-M5、NMOS管M0-M1和电阻R0-R1，所述PNP三极管M2的发射极接电源VCC，所述PNP三极管M2的集电极接NMOS管M0的漏极，所述NMOS管M0的源极串联电阻R0接地，所述NMOS 管M0的栅极接同步降压型变换器的电压输出端VOUT，所述PNP三极管M2的基极和PNP三极管M3的发射极接正温度系数电流源Iptat，所述PNP三极管M3的集电极接地，所述NMOS管M1的栅极接PNP三极管M2的集电极，所述PNP三极管M3和M4的基极以及NMOS管M1的源极接偏置电流源Itail，所述NMOS管M1 的漏极接电源VCC，所述PNP三极管M4的发射极和PNP三极管M5的基极接恒温系数电流源Iconst，所述PNP三极管M4的集电极接地，所述PNP三极管M5的发射极接电源VCC，所述PNP三极管M5的集电极串联电阻R1接地，所述PNP三极管M5的集电极与电阻R1之间的节点作为乘法器的输出端Vos接过零比较器A 的同相输入端。
本具体实施例中，所述NMOS管M0-M1均为增强型NMOS管。
工作原理：过零比较器A的失调电压Vos理想值应为
Figure BDA0001336878700000051
其中，Vout为同步降压型变换器的输出电压，Ron为同步管ML的导通电阻，Tdly 为过零比较器A的延迟，L为同步降压型变换器的滤波电感。Ron是正温度系数的，随着温度升高而增加，即Ron＝Ron_0*(1+aT)，Ron_0是温度为0时的同步管ML的导通电阻。对于一个确定的设计，Tdly跟L为常数。因此，理想的失调电压Vos简化成Vos＝A*Vout*(1+aT)。
本实施例中，乘法器输出端Vos输出的失调电压
Figure BDA0001336878700000061
其中 Iptat是正温度系数电流源，Iptat＝Iptat_0*(1+aT)，Iptat_0是温度为0时的电流值，Iconst是恒温系数电流源，因此，该乘法器给出的失调电压Vos满足 Vos＝A*Vout*(1+aT)，从而可以准确抵消由于温度及所设置的输出电压对过零点检测造成的偏差，提高了过零检测精确度。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于乘法器的具体电路结构不同，具体的，如图4所示，所述乘法器包括NPN三极管M2、NPN三极管M3、PNP三极管M4、NPN 三极管M5、NMOS管M0、PMOS管M1和电阻R0-R1，所述NPN三极管M2的发射极接地，所述NPN三极管M2的集电极和PMOS管M1的栅极接第一电流镜1的输出端，所述NMOS管M0的源极串联电阻R0接地，所述NMOS管M0的栅极接同步降压型变换器的电压输出端VOUT，所述NMOS管M0的漏极接第一电流镜1的输入端，第一电流镜1的电源端接电源VCC，所述NPN三极管M2的基极和NPN三极管M3的发射极接正温度系数电流源Iptat，所述NPN三极管M3的集电极接电源 VCC，所述NPN三极管M3和PNP三极管M4的基极以及PMOS管M1的源极接偏置电流源Itail，所述PMOS管M1的漏极接地，所述PNP三极管M4的发射极和NPN 三极管M5的基极接恒温系数电流源Iconst，所述PNP三极管M4的集电极接电源VCC，所述NPN三极管M5的发射极接地，所述NPN三极管M5的集电极接第二电流镜2的输入端，第二电流镜2的输出端串联电阻R1接地，第二电流镜2的电源输入端接电源VCC，第二电流镜2的输出端与电阻R1之间的节点作为乘法器的输出端Vos接过零比较器A的同相输入端。
本具体实施例中，所述NMOS管M0为增强型NMOS管，PMOS管M1均为增强型PMOS管。
其工作原理与实施例一相似，可以参照实施例一，此不再细说。
上述实施例中，给出了乘法器的两种优选电路图，当然，在其它实施例中，乘法器还可以采用现有的乘法器，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。
正温度系数电流源Iptat可以采用图5所示的正温度系数电流源的产生电路来实现，其包括包括NPN三极管M6-M7、电阻R2-R3和第三电流镜，所述NPN 三极管M6的集电极串联电阻R2接电源VCC，所述NPN三极管M6的发射极接地，所述NPN三极管M6的基极同时接NPN三极管M6的集电极和NPN三极管M7的基极，所述NPN三极管M7的发射极串联电阻R3接地，所述NPN三极管M7的集电极接第三电流镜的输入端第三电流镜3的电源输入端接电源VCC，所述第三电流镜的输出端输出正温度系数电流源Iptat。
正温度系数电流源Iptat也可以采用图6所示的正温度系数电流源的产生电路来实现，其包括NPN三极管M6电阻R2和第四电流镜，所述NPN三极管M6 的集电极串联电阻R2接第四电流镜的输入端，第四电流镜4的电源输入端接电源VCC，所述NPN三极管M6的发射极接地，所述NPN三极管M6的基极接NPN三极管M6的集电极，所述第四电流镜的输出端输出正温度系数电流源Iptat。
当然，正温度系数电流源Iptat也可以采用现有的正温度系数电流源的产生电路来实现，此是本领域技术人员可以轻易实现的，此不再详细说明。
恒温系数电流源Iconst和偏置电流源Itail采用现有的电路来实现，此是本领域技术人员可以轻易实现的，此不再详细说明。
第一电流镜1、第二电流镜2，第三电流镜3和第四电流镜4采用现有的电流镜电路来实现，此是本领域技术人员可以轻易实现的，此不再详细说明。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于同步降压型变换器的过零检测电路，其特征在于：包括过零比较器和乘法器，所述过零比较器的两输入端分别接乘法器的输出端和同步降压型变换器的同步管的漏极，所述过零比较器的输出端接同步降压型变换器的驱动电路的输入端，所述乘法器的第一输入端接同步降压型变换器的电压输出端，所述乘法器的第二输入端接正温度系数电流源；
所述乘法器包括PNP三极管M2-M5、NMOS管M0-M1和电阻R0-R1，所述PNP三极管M2的发射极接电源VCC，所述PNP三极管M2的集电极接NMOS管M0的漏极，所述NMOS管M0的源极串联电阻R0接地，所述NMOS管M0的栅极接同步降压型变换器的电压输出端VOUT，所述PNP三极管M2的基极和PNP三极管M3的发射极接正温度系数电流源Iptat，所述PNP三极管M3的集电极接地，所述NMOS管M1的栅极接PNP三极管M2的集电极，所述PNP三极管M3和M4的基极以及NMOS管M1的源极接偏置电流源Itail，所述NMOS管M1的漏极接电源VCC，所述PNP三极管M4的发射极和PNP三极管M5的基极接恒温系数电流源Iconst，所述PNP三极管M4的集电极接地，所述PNP三极管M5的发射极接电源VCC，所述PNP三极管M5的集电极串联电阻R1接地，所述PNP三极管M5的集电极与电阻R1之间的节点作为乘法器的输出端Vos接过零比较器的同相输入端；
或者，所述乘法器包括NPN三极管M2、NPN三极管M3、PNP三极管M4、NPN三极管M5、NMOS管M0、PMOS管M1和电阻R0-R1，所述NPN三极管M2的发射极接地，所述NPN三极管M2的集电极和PMOS管M1的栅极接第一电流镜的输出端，所述NMOS管M0的源极串联电阻R0接地，所述NMOS管M0的栅极接同步降压型变换器的电压输出端VOUT，所述NMOS管M0的漏极接第一电流镜的输入端，所述NPN三极管M2的基极和NPN三极管M3的发射极接正温度系数电流源Iptat，所述NPN三极管M3的集电极接电源VCC，所述NPN三极管M3和PNP三极管M4的基极以及PMOS管M1的源极接偏置电流源Itail，所述PMOS管M1的漏极接地，所述PNP三极管M4的发射极和NPN三极管M5的基极接恒温系数电流源Iconst，所述PNP三极管M4的集电极接电源VCC，所述NPN三极管M5的发射极接地，所述NPN三极管M5的集电极接第二电流镜的输入端，第二电流镜的输出端串联电阻R1接地，第二电流镜的输出端与电阻R1之间的节点作为乘法器的输出端Vos接过零比较器的同相输入端。
2.根据权利要求1所述的用于同步降压型变换器的过零检测电路，其特征在于：所述NMOS管M0-M1均为增强型NMOS管。
3.根据权利要求1所述的用于同步降压型变换器的过零检测电路，其特征在于：所述NMOS管M0为增强型NMOS管，PMOS管M1均为增强型PMOS管。
4.根据权利要求1所述的用于同步降压型变换器的过零检测电路，其特征在于：所述正温度系数电流源的产生电路包括NPN三极管M6-M7、电阻R2-R3和第三电流镜，所述NPN三极管M6的集电极串联电阻R2接电源VCC，所述NPN三极管M6的发射极接地，所述NPN三极管M6的基极同时接NPN三极管M6的集电极和NPN三极管M7的基极，所述NPN三极管M7的发射极串联电阻R3接地，所述NPN三极管M7的集电极接第三电流镜的输入端，所述第三电流镜的输出端输出正温度系数电流源Iptat。
5.根据权利要求1所述的用于同步降压型变换器的过零检测电路，其特征在于：所述正温度系数电流源的产生电路包括NPN三极管M6电阻R2和第四电流镜，所述NPN三极管M6的集电极串联电阻R2接第四电流镜的输入端，所述NPN三极管M6的发射极接地，所述NPN三极管M6的基极接NPN三极管M6的集电极，所述第四电流镜的输出端输出正温度系数电流源Iptat。
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