CN104034953A

CN104034953A - Buck型同步整流变换器电流过零检测电路

Info

Publication number: CN104034953A
Application number: CN201410271791.1A
Authority: CN
Inventors: 邵珠雷; 张元敏; 王红玲; 罗书克; 周雅
Original assignee: Xuchang University
Current assignee: Xuchang University
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2014-09-10

Abstract

本发明提供了BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，该电路包括工作状态控制电路、检测信号转换电路和检测信号比较电路。工作状态控制电路接收主开关MOS管驱动信号Vd，并输出控制信号Vcol到检测信号转换电路。检测信号转换电路接收过零检测点信号Vz，并输出比较信号Icop到检测信号比较电路。检测信号比较电路判断检测点信号是否过零，并输出信号Vout控制同步MOS管的开通和关断。当变换器工作于电感电流断续模式时，过零检测电路将自动检测电感电流的过零状态，并及时关断同步MOS管，防止电流倒灌现象的发生。通过对过零检测电路结构的设计，环境温度和制作工艺角的变化对本发明输出信号的影响极小。

Description

BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路

技术领域

本发明涉及BUCK型同步整流变换器的设计，尤其涉及的是，一种同步整流变换器电流过零检测电路。

背景技术

在变换器的设计过程中，如果是非同步结构，需要采用二极管实现续流。非同步变换器采用续流二极管有利于较高电压的输出，同时生产成本也较低。但续流二极管在电流较大时会产生较多的功耗，不利于变换器效率的提升。同步整流变换器采用功率MOS管代替续流二极管，并要求功率MOS管的栅极电压与被整流电压的相位同步，该功率MOS管被称为同步MOS管。由于同步MOS管的通态电阻非常低，所以同步整流变换器的效率很高。但是，当同步整流变换器工作于电感电流断续模式时，如果不能在电感电流为零时及时关断同步MOS管，则会出现电流倒灌现象。电流倒灌会引起变换器功耗的增加并损坏元件。因此，在同步整流变换器中设计稳定精准的电流过零检测电路具有重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路。

本发明的技术方案如下：BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其包括工作状态控制电路、检测信号转换电路和检测信号比较电路。工作状态控制电路接收主开关MOS管驱动信号，并输出工作状态控制信号到检测信号转换电路中；检测信号转换电路接收过零检测点信号，并输出比较信号到检测信号比较电路中；检测信号将比较结果作为控制信号输出到同步MOS管的栅极。

BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路中，工作状态控制电路包括主开关MOS管驱动信号输入端、反相器、1号MOS管和2号MOS管。其中主开关MOS管驱动信号输入端连接反相器的输入端，并连接2号MOS管的栅极。反相器的输出端连接1号MOS管的栅极，1号MOS管的漏极连接2号MOS管的漏极；2号MOS管的源极接地。

BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路中，检测信号转换电路包括过零检测点信号输入端、1至7号MOS管。其中过零检测点信号输入端通过工作状态控制电路连接到1号MOS管的源极。1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，1号MOS管的漏极连接3号MOS管的漏极。2号MOS管的源极连接6号MOS管的漏极，2号MOS管的漏极连接4号MOS管的漏极；3号MOS管的源极连接电源，3号MOS管的栅极练级5号MOS管的漏极。4号MOS管的栅极连接5号MOS管的栅极，4号MOS管的源极连接电源。5号MOS管的栅极连接3号MOS管的栅极，5号MOS管的源极连接电源。6号MOS管的栅极连接电源，6号MOS管的源极接地；7号MOS管的栅极连接1号MOS管的漏极，7号MOS管的源极连接2号MOS管的源极。

BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路中，检测信号比较电路包括同步MOS管控制信号输出端、1至5号MOS管。其中1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，1号MOS管的源极连接电源。1号MOS管的漏极连接检测信号转换电路中7号MOS管的漏极。2号MOS管的源极连接电源，2号MOS管的漏极连接3号MOS管的漏极。3号MOS管的栅极连接4号MOS管的漏极，3号MOS管的漏极连接同步MOS管控制信号输出端。4号MOS管的栅极连接5号MOS管的栅极，4号MOS管的漏极连接电源。5号MOS管的漏极连接检测信号转换电路中4号MOS管的栅极。5号MOS管的栅极连接3号MOS管的栅极，5号MOS管的源极接地。

本发明主要应用于BUCK型同步整流变换器的电感电流过零检测，当变换器工作于电感电流断续模式时，过零检测电路将自动检测电感电流的过零状态，并及时关断同步MOS管，防止电流倒灌现象的发生。通过对过零检测电路结构的设计，输出信号只决定于电路中MOS管的参数和偏置电流。因此，环境温度的变化和制作工艺角的变化对本发明输出信号的影响极小。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明在BUCK型变换器中的连接电路图；

图3为本发明的结构电路图；

图4为本发明在不同环境温度下的输出电压与检测点电流关系图；

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。

如图1所示，BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路包括工作状态控制电路、检测信号转换电路和检测信号比较电路。其中工作状态控制电路接收主开关MOS管驱动信号Vd，并输出控制信号Vcol到检测信号转换电路。工作状态控制电路判断变换器的工作状态，并决定过零检测电路是处于高阻状态还是过零检测状态。检测信号转换电路接收过零检测点信号Vz，并输出比较信号Icop到检测信号比较电路。检测信号比较电路判断检测点信号是否过零，并输出信号Vout控制同步MOS管的开通和关断。

如图2所示，主开关MOS管M1的漏极连接电源，主开关MOS管的源极连接电感L1的1号端口。同步MOS管M2的漏极连接电感L1的1号端口，同步MOS管M2的源极接地。MOS管驱动电路的正向输出端连接主开关MOS管M1的栅极，MOS管驱动电路的反相输出端通过与门AND上输入端连接同步MOS管M2的栅极。过零检测电路的过零检测点信号Vz接收端连接电感L1的1号端口，过零检测电路的主开关MOS管驱动信号Vd接受端口连接驱动电路信号输出端。过零检测电路的信号Vout输出端口通过与门AND的下输入端连接同步MOS管M2的栅极。当过零检测电路的过零检测点信号Vz接收端采集到的信号低于所设定的阈值时，过零检测电路的输出信号Vout为低电平，同步MOS管M2被关断。当过零检测点信号大于阈值时，过零检测电路的输出信号Vout为高电平，同步MOS管M2的开关状态由驱动电路控制。

如图3所示，端口Vd、端口Vz、MOS管NT1和MOS管NT2共同构成工作状态控制电路。其中端口Vd接收主开关MOS管驱动信号，端口Vz接收过零检测点信号。端口Vd通过反相器连接MOS管NT1的栅极，端口Vd连接MOS管NT2的栅极。端口Vz连接MOS管NT1的源极。MOS管NT1的漏极连接MOS管NT2的漏极，MOS管NT2的源极接地。当主开关MOS管导通时，端口Vd接收到高电平信号，MOS管NT1断开，MOS管NT2导通。由于MOS管NT1的断开以及MOS管NT2的导通，检测点信号被隔离，过零检测电路输出低电平，不影响变换器正常工作。

MOS管MS1至MOS管MS7共同组成检测信号转换电路，其中端口Vz通过工作状态控制电路连接到MOS管MS5的源极。MOS管MS5的栅极连接MOS管MS4的栅极，MOS管MS5的漏极连接MOS管MS3的漏极。MOS管MS4的源极连接MOS管MS7的漏极，MOS管MS4的漏极连接MOS管MS2的漏极。MOS管MS3的源极连接电源，MOS管MS3的栅极练级MOS管MS1的漏极。MOS管MS2的栅极连接MOS管MS1的栅极，MOS管MS2的源极连接电源。MOS管MS1的栅极连接MOS管MS3的栅极，MOS管MS1的源极连接电源。MOS管MS7的栅极连接电源，MOS管MS7的源极接地。MOS管MS6的栅极连接MOS管MS5的漏极，MOS管MS6的源极连接MOS管MS4的源极。检测信号转换电路将接收到的检测点电压信号转换为相应比例的电流信号，并将比较信号Icop输出到检测信号比较电路与设定阈值进行比较，进而判断变换器的工作状态。

输出端口Vout、MOS管ME1至ME5共同组成检测信号比较电路，其中其中MOS管ME1的栅极连接MOS管ME2的栅极，MOS管ME1的源极连接电源。MOS管ME1的漏极连接检测信号转换电路中MOS管MS6的漏极。MOS管ME2的源极连接电源，MOS管ME2的漏极连接MOS管ME3的漏极。MOS管ME3的栅极连接MOS管ME4的漏极，MOS管ME3的漏极连接信号输出端Vout。MOS管ME4的栅极连接MOS管ME5的栅极，MOS管ME4的漏极连接电源。MOS管ME5的漏极连接检测信号转换电路中MOS管MS2的栅极。MOS管ME5的栅极连接MOS管ME3的栅极，MOS管ME5的源极接地。

检测信号比较电路的阈值为I(R_NT2- 2R_NT1)/R_M2。其中R_NT1为MOS管NT1的通态电阻，R_NT2为MOS管NT2的通态电阻，R_M2为同步MOS管的通态电阻，I为流过MOS管漏源极的电流。当检测点信号小于阈值时，端口Vout输出低电平，同步MOS管关断。当检测点信号大于阈值时，端口Vout输出高电平，同步MOS管受驱动电路控制。

如图4所示，BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路在不同环境温度下输出电压Vout与检查点电流信号Icop的关系。其中，电源电压Vcc为5V，主开关MOS管驱动信号Vd为低电平。分别对四个温度点进行了检测，其中曲线A的检测温度点为150摄氏度，曲线B的检测温度点为90摄氏度，曲线C的检测温度点为35摄氏度，曲线D的检测温度点为-50。由图4可以看出，输出电压Vout发生翻转的检测点电流信号Icop的平均值为35.3mA。针对不同的检测温度点，输出电压Vout发生翻转的检测点电流信号Icop的相对误差最大为0.5mA。可见，BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路的结构设计使得环境温度对输出电压Vout的影响极小。

进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其特征在于，其包括工作状态控制电路、检测信号转换电路和检测信号比较电路；

工作状态控制电路接收主开关MOS管驱动信号，并输出工作状态控制信号到检测信号转换电路中；检测信号转换电路接收过零检测点信号，并输出比较信号到检测信号比较电路中；

检测信号将比较结果作为控制信号输出到同步MOS管的栅极。

2.根据权利要求1所述BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其特征在于，工作状态控制电路包括主开关MOS管驱动信号输入端、反相器、1号MOS管和2号MOS管。

3.根据权利要求2所述BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其特征在于，主开关MOS管驱动信号输入端连接反相器的输入端，并连接2号MOS管的栅极;

反相器的输出端连接1号MOS管的栅极，1号MOS管的漏极连接2号MOS管的漏极；

2号MOS管的源极接地。

4.根据权利要求1所述BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其特征在于，检测信号转换电路包括过零检测点信号输入端、1至7号MOS管。

5.根据权利要求4所述BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其特征在于，过零检测点信号输入端通过工作状态控制电路连接到1号MOS管的源极;

1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，1号MOS管的漏极连接3号MOS管的漏极;

2号MOS管的源极连接6号MOS管的漏极，2号MOS管的漏极连接4号MOS管的漏极;

3号MOS管的源极连接电源，3号MOS管的栅极练级5号MOS管的漏极;4号MOS管的栅极连接5号MOS管的栅极，4号MOS管的源极连接电源;

5号MOS管的栅极连接3号MOS管的栅极，5号MOS管的源极连接电源;6号MOS管的栅极连接电源，6号MOS管的源极接地;

7号MOS管的栅极连接1号MOS管的漏极，7号MOS管的源极连接2号MOS管的源极。

6.根据权利要求1所述BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其特征在于，检测信号比较电路包括同步MOS管控制信号输出端、1至5号MOS管。

7.根据权利要求6所述BUCK型同步整流变换器电流过零检测电路，其特征在于， 1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，1号MOS管的源极连接电源;

1号MOS管的漏极连接检测信号转换电路中7号MOS管的漏极;2号MOS管的源极连接电源，2号MOS管的漏极连接3号MOS管的漏极;

3号MOS管的栅极连接4号MOS管的漏极，3号MOS管的漏极连接同步MOS管控制信号输出端;

4号MOS管的栅极连接5号MOS管的栅极，4号MOS管的漏极连接电源;

5号MOS管的漏极连接检测信号转换电路中4号MOS管的栅极;

5号MOS管的栅极连接3号MOS管的栅极，5号MOS管的源极接地。