CN105375910A

CN105375910A - 过零比较方法及过零比较器

Info

Publication number: CN105375910A
Application number: CN201510702828.6A
Authority: CN
Inventors: 唐盛斌; 於昌虎
Original assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Current assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: CN105375910B

Abstract

本发明提供了一种高速高精度过零比较器电路，通过输入级电路、锁存级电路、自偏置放大级电路和输出级电路实现。本发明的有益效果为：通过设置匹配的NPN输入对管的个数，设置同步整流管关断的负电压阈值，无需额外的基准产生电路；可精确设置负的毫伏级阈值电压，且阈值电压为正温度系数，抵消了同步整流管内阻正温度系数的作用；通过设置锁存级、放大级和输出级电路提高比较器的速度和驱动能力。

Description

过零比较方法及过零比较器

技术领域

本发明涉及开关电源中同步整流管的控制，特别涉及一种高速高精度地控制同步整流管关断的过零比较方法及过零比较器。

背景技术

为了提高开关电源的效率，同步整流技术被广泛使用。相比于几乎固定的整流二极管压降，同步整流管以其小的导通内阻，在输出电流较大的情况下大大降低了整流过程的损耗。而电源工作在DCM模式时，同步整流技术的一个关键点就是，在电感电流降为零时可靠及时得关断同步整流管，避免电流倒灌降低电源效率。实际上，考虑到驱动信号的延时，需要在电感电流快降为零之前就产生关断信号。如图1所示，以反激变换器的典型波形为例，电感电流I_L在同步整流管的内阻Ron上产生压降。在检测到同步整流管漏极电压上升到负的阈值Vth时就应该产生关断信号。其中，I_L表示电感电流，101表示原边的电感电流，102表示副边的电感电流，VD表示同步整流管漏极的电压波形。

现有技术中，判断电感电流过零都采用过零比较器，而过零比较器多需要额外设置负的基准阈值来检测电流的过零点。例如公开号为CN201210144197的有权专利，采用分步将并联同步整流管关断的方法来提高检测精度，但是需要人为设置失调电压作为比较器的阈值。为了尽量提高效率，同步整流管关断的翻转阈值往往只有负几毫伏，这就对基准电压产生电路提出了较高要求。再比如公开号为CN201210263985的有权专利，采用三极管作为输入器件，减小了失调，通过设置正温度系数的电阻阻值可以调节比较阈值，并尽量抵消同步整流管内阻正温度系数的作用。然而，比较器阈值仍然与额外的基准电流有关，精度受到电阻工艺偏差的影响，且比较器的速度不够快，驱动能力有限。

发明内容

本发明的目的是，提供一种高速高精度的过零比较方法，该方法的翻转阈值电压由输入三极管对产生，不需额外的基准产生电路。阈值精度高，且为正温度系数，可抵消同步整流管内阻正温度系数的作用。增加的锁存级、放大级和输出级电路提高了比较器的速度和驱动能力。

与此相应，本发明的另一个目的是，提供一种高速高精度的过零比较器，该比较器的负阈值电压由输入三极管对产生，不需额外的基准产生电路。阈值精度高，且为正温度系数，可抵消同步整流管内阻正温度系数的作用。增加的锁存级、放大级和输出级电路提高了比较器的速度和驱动能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

就方法主题而言，本发明提供一种过零比较方法，适用于过零比较器，用以检测同步整流电路中同步整流管电流的过零点，以控制同步整流管的关断，该方法通过过零比较器的输入级电路，将同步整流管漏极电压输入过零比较器作为检测电压，与过零比较器所设定的翻转阈值VD_TH1进行比较，当检测电压达到翻转阈值VD_TH1时，即表征同步整流管电流降为零，则关断同步整流管，在此基础上，所述输入级电路包括由Y个第一NPN三极管、M个第二NPN三极管、N个第三NPN三极管构成的电流镜，所述第二NPN三极管、第三NPN三极管镜像第一NPN三极管的电流；所述过零比较器的翻转阈值VD_TH1，是凭借输入级电路中自有的电流镜，由其第三NPN三极管与第二NPN三极管匹配的数量比值N/M所构成的压差来产生。

优选的，所述电流镜中NPN三极管的数量匹配关系设定为：VD_TH1＝—V_T*ln(N/M)，所述第二NPN三极管的个数M小于第三NPN三极管的个数N而大于第一NPN管的个数Y。

优选的，所述电流镜，还包括L个第四NPN三极管，所述电流镜中NPN三极管的数量匹配关系设定为：—V_T*ln(N/M)>V_T*ln(L/Y)，即L/Y<M/N，所述第二NPN三极管的个数M小于第三NPN三极管的个数N而大于第一NPN管的个数Y，所述第四NPN三极管个数L小于第一NPN三极管个数Y。

就产品主题而言，本发明提供一种过零比较器，包括依次连接的输入级电路、锁存级电路、自偏置放大级电路和输出级电路，当检测电压达到翻转阈值VD_TH1，输入级电路产生两路电流输出到锁存级电路中；锁存级电路根据两路电流的大小发生正反馈翻转，并将两路电流转换为两路电压输出到自偏置放大级电路中；自偏置放大级电路根据两路电压产生大摆幅的数字信号输出到输出级电路中；输出级电路将该数字信号反相输出；所述输入级电路，包括由Y个第一NPN三极管、M个第二NPN三极管、N个第三NPN三极管构成的电流镜，所述第二NPN三极管、第三NPN三极管镜像第一NPN三极管的电流；所述输入级电路凭借其自有的电流镜，由其第三NPN三极管与第二NPN三极管匹配的数量比值N/M所构成的压差来产生过零比较器的翻转阈值VD_TH1。

优选的，所述输入级电路，还包括：第一偏置电流输入端、使能输入端、漏电压检测输入端、源电压检测输入端、第一高压隔离NMOS管、第二高压隔离NMOS管、第三高压隔离NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管，其具体连接关系是，所述第一偏置电流输入端接第一NPN三极管的集电极、基极以及第二、第三NPN三极管的基极，第一、第二、第三NPN三极管的发射极依次分别接第一、第二、第三高压隔离NMOS管的源极；所述第一、第二、第三高压隔离NMOS管的漏极依次分别接地、漏电压检测输入端和源电压检测输入端，第一、第二、第三高压隔离NMOS管的栅极接使能输入端；所述第二、第三NPN三极管的集电极依次分别接第一PMOS管和第二PMOS管的漏极；所述第一PMOS管的源极接电源VCC，第一PMOS管的栅极接自身的漏极和第三POMS管的栅极；所述第二PMOS管的源极接电源VCC，第二PMOS管的栅极接自身的漏极和第四PMOS管的栅极；所述第三、第四PMOS管的源极接电源VCC，第三、第四PMOS管的漏极接入锁存级电路。

优选的，所述输入级电路，还包括第十NMOS管和第四NPN三极管，所述第一偏置电流输入端分别与第十NMOS管的漏极、栅极及第四NPN三极管的集电极连接，第四NPN三极管的发射极与第二NPN三极管的发射极连接；第十NMOS管的源极分别与第一NPN三极管的集电极和基极连接，第十NMOS管的源极还分别与第二、第三、第四NPN三极管的基极连接。

优选的，所述输入级电路，还包括第十NMOS管、第十一NOMS管、第十二NMOS管、第四NPN三极管和第二偏置电流输入端，所述第二偏置电流输入端接到第十NMOS管的漏极和栅极；第十NMOS管的栅极还与第十一、第十二NMOS管的栅极接在一起构成电流镜，第十一、第十二NMOS管镜像第十NMOS管的电流；第十一、第十二NMOS管的漏极依次分别接第一、第二PMOS管的漏极，第十一、第十二NMOS管的源极依次分别接第二、第三NPN三极管的集电极；第四NPN三极管的基极接第一NPN三极管的集电极和基极，第四NPN三极管的集电极接第十NMOS管的源极，第四NPN三极管的发射极接第二NPN三极管的发射极；第四NPN三极管镜像第一NPN三极管的电流。

优选的，所述锁存级电路，包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管，其具体连接关系是，所述第一NMOS管的漏极接自身的栅极和第二NMOS管的栅极；所述第二NMOS管的漏极接第四NMOS管的漏极和所述输入级电路中的第四PMOS管的漏极；所述第四NMOS管的漏极还接自身的栅极和第三NMOS管的栅极；所述第三NMOS管的漏极接第一NMOS管的漏极和所述输入级电路中的第三PMOS管的漏极；所述第一、第二、第三、第四NMOS管的源极共同接到第五NMOS管的漏极；所述第五NMOS管的漏极同时接自身的栅极，第五NMOS管的源极接地；所述第一NMOS管的漏极和第四NMOS管的漏极还接入自偏置放大级电路。

优选的，所述自偏置放大级电路，包括：第五PMOS管、第六PMOS、第七PMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管和第八NMOS管，其具体连接关系是，所述第七PMOS管的源极接电源，第七PMOS管的漏极接第五、第六PMOS管的源极，第七PMOS管的栅极接第五PMOS管、第七NMOS管的漏极以及第六NMOS管的栅极；所述第五PMOS管的栅极接第七NMOS管的栅极和所述锁存级电路中第一NMOS管的漏极；所述第六PMOS管的栅极接第八NMOS管的栅极和所述锁存级电路中第四NMOS管的漏极，第六PMOS管的漏极和第八NMOS管的漏极相接，第六PMOS管的漏极还接入输出级电路；所述第七、第八NMOS管的源极共同接到所述第六NMOS管的漏极；所述第六NMOS管的源极接地。

优选的，所述输出级电路包括：第八PMOS管、第九NMOS管和输出端，其具体连接关系是，所述第八PMOS管和第九NMOS管接成反相器的结构，即第八PMOS管和第九NMOS管的栅极共同接到所述锁存级电路的第六PMOS管的漏极；第八PMOS管和第九NMOS管的漏极共同接到所述输出端；第八PMOS管的源极接电源，第九NMOS管的源极接地。

本发明的有益效果在于：

1、通过设置匹配的NPN输入对管的个数，设置同步整流管关断的负电压阈值，无需额外的基准产生电路；

2、可精确设置负的毫伏级阈值电压，且阈值电压为正温度系数，可抵消同步整流管内阻正温度系数的作用；

3、通过设置锁存级、放大级和输出级电路，提高比较器的速度和驱动能力。

附图说明

图1为反激变换器中电感电流和同步整流管漏极电压的典型波形；

图2为本发明过零比较器第一实施例的电路原理图；

图3为本发明过零比较器第二实施例的电路原理图；

图4为本发明过零比较器第三实施例的电路原理图；

图5为本发明过零比较器第一例的关键节点的仿真波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图2，附图3，附图4，附图5对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

一种高速高精度过零比较器电路，如图2所示，包括：输入级电路201、锁存级电路202、自偏置放大级电路203和输出级电路204。所述的输入级电路耦接到锁存级电路，所述锁存级电路耦接到自偏置放大级电路，所述自偏置放大级电路耦接到输出级电路。输入级电路通过设置NPN对管的个数来确定比较器的翻转阈值，当检测电压达到阈值，产生两路相等的电流，该电流输出到锁存级电路中；锁存级电路根据电流的大小发生正反馈翻转，将电流大小转换为电压大小输出到放大级电路中；放大级电路根据不同的电压产生大摆幅的数字信号输出到输出级电路中；输出级电路将该数字信号反相输出，提高驱动能力。

所述输入级电路201包括：偏置电流输入端Ibias1、使能输入端EN、同步管漏电压检测输入端VD、同步管源电压检测输入端VS；高压隔离NMOS管HN1、HN2、HN3；NPN三极管Q1、Q2、Q3；PMOS管PM1、PM2、PM3和PM4。偏置电流输入端Ibias1接NPN三极管Q1的集电极、基极以及三极管Q2、Q3的基极；三极管Q1、Q2、Q3构成电流镜，三极管Q2、Q3镜像三极管Q1的电流，三极管Q1、Q2、Q3的发射极依次分别接高压隔离NMOS管HN1、HN2和HN3的源极，三极管Q1、Q2、Q3的集电极依次分别接到PMOS管PM1和PM2的漏极；高压隔离NMOS管HN1、HN2和HN3的栅极接使能输入端EN，高压隔离NMOS管HN1的漏极接地，高压隔离NMOS管HN2和HN3的漏极依次分别接同步整流管漏极电压检测输入端VD和同步整流管源极电压检测输入端VS；PMOS管PM1和PM3构成电流镜，PMOS管PM3镜像PMOS管PM1的电流；PMOS管PM2和PM4构成电流镜，PMOS管PM4镜像PMOS管PM2的电流；PMOS管PM3、PM4的源极接电源VCC，并将镜像的电流通过PMOS管PM3、PM4的漏极输出到锁存级电路。

所述锁存级电路202包括：NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4和NM5。NMOS管NM1的漏极接输入级电路201中PMOS管PM3的漏极，接收PMOS管PM3镜像的电流；NMOS管NM4的漏极接输入级电路201中PMOS管PM4的漏极，接收PMOS管PM4镜像的电流；NMOS管NM2与NM1构成电流镜，NMOS管NM2镜像NMOS管NM1的的电流，从NMOS管NM4的漏极抽取相等电流；NMOS管NM3与NM4构成电流镜，NMOS管NM3镜像NMOS管NM4的电流，从NMOS管NM1的漏极抽取相等电流。NMOS管NM1、NM2、NM3和NM4的源极接到NMOS管NM5的漏极和栅极，NMOS管NM5的源极接地，NMOS管NM5接成二极管形式作为尾电流源。NMOS管NM1和NM4的漏极电压输出到自偏置放大级电路203。

所述自偏置放大级电路203包括：PMOS管PM5、PM6、PM7以及NMOS管NM6、NM7、NM8。PMOS管PM7作为差分对PMOS管PM5、PM6的尾电流源，其源极接电源VCC，漏极接到PM5和PM6的源极；NMOS管NM6作为差分对NMOS管NM7、NM8的尾电流源，其源极接地，漏极接NMOS管NM7、NM8的源极。PMOS管PM5和PM6的漏极依次分别接到NMOS管NM7和NM8的漏极，并且PMOS管PM5、NMOS管NM7的漏极接到PMOS管PM7和NMOS管NM6的栅极，为它们提供偏置电压。PMOS管PM5和NMOS管NM7的栅极接到一起，并接到锁存级电路中NMOS管NM1的漏极，接收电压信号V_p；PMOS管PM6和NMOS管NM8的栅极接到一起，并接到锁存级电路中NMOS管NM4的漏极，接收电压信号V_n。PMOS管PM6和NMOS管NM8的漏极电压输出到输出级电路。

所述输出级电路204包括：PMOS管PM8和NMOS管NM9。PMOS管PM8和NMOS管NM9的栅极接到自偏置放大级电路中PMOS管PM6和NMOS管NM8的漏极，接收电压信号；PMOS管PM8的源极接电源VCC，NMOS管NM9的源极接地，二者的漏极接到输出端Vo。

本发明的基本工作原理如下：当使能输入端输入高电平时，将高压隔离NMOS管HN1、HN2、HN3开启；同步整流管的漏极电压和源极电压通过高压隔离NMOS管HN2、HN3输入到电路中NPN管Q2、Q3的发射极。此时，高压隔离NMOS管NM1开通，为偏置电流输入端Ibias1流入的电流提供通路。由于NPN管Q1和NPN管Q2、Q3构成电流镜，NPN管Q2、Q3镜像NPN管Q1的电流。设置NPN管Q2并联的个数M小于NPN管Q3的个数N而大于NPN管Q1的个数Y，具体的比例由设定的比较阈值决定。NPN三极管的集电极电流与基极到射极的压降V_BE成指数关系，与并联的个数成正比关系。比较器在NPN管Q2和NPN管Q3的集电极电流相等时发生翻转，而NPN管Q2的个数M小于NPN管Q3的个数N，所以若要二者集电极电流相等，则需要NPN管Q2的基极到射极的压降V_BE2稍大于NPN管Q3的压降V_BE3。在同步整流阶段，同步整流管的电流由源极流向漏极，而源极接地，故漏极电压为负值，具体值为电感电流I_L与同步整流管导通内阻Ron的乘积。同步整流管刚开启时，电感电流较大，漏极负电压较大，NPN管Q2的压降V_BE2远大于NPN管Q3的压降V_BE3。此后，电感电流逐渐减小，同步整流管漏极负电压值逐渐减小，NPN管Q2压降V_BE2逐渐减小，当V_BE2减小到刚好补偿由于个数小于NPN管Q3个数造成的电流损失时，即可实现比较器翻转。通过推导，比较器翻转的阈值为NPN管Q2和NPN管Q3的个数比M/N的自然对数乘以一个热电势V_T。V_T的值为26mV，三极管Q2、Q3的个数比M/N可以设置得略小于1。这样，通过NPN管Q1、NPN管Q2和NPN管Q3的匹配设计即可在其完成输入功能的同时，自然产生负的毫伏级翻转阈值，而不需额外的基准产生电路。

NPN管Q2的集电极电流通过PMOS管PM1和PMOS管PM3组成的电流镜，镜像到锁存级电路中NMOS管NM1的漏极；NPN管Q3的集电极电流通过PMOS管PM2和PMOS管PM4组成的电流镜，镜像到锁存级电路中NMOS管NM4的漏极。NMOS管NM2镜像NMOSNM1管，从NMOS管NM4的漏极抽取电流；NMOS管NM3镜像NMOS管NM4，从NMOS管NM1的漏极抽取电流。这样一种交叉锁存结构是正反馈，使得NMOS管NM1的漏极电流略小于NMOS管NM4的漏极电流，就会立刻引起NMOS管NM1的漏极电压小于NMOS管NM4的漏极电压，从而加快了比较器的翻转速度。

NMOS管NM1的漏极电压Vp和NMOS管NM4的漏极电压Vn输出到自偏置放大级电路中PMOS管PM5的栅极和PMOS管PM6的栅极，将电压差值的摆幅放大为高低电平。该高低电平经过输出级的反相器输出，提高了驱动能力。

过零比较器的具体工作原理如下：

DCM工作模式下的电源，在同步整流管开启之后，电感电流由最大值逐渐减小至零。假设电感电流为I_L，同步整流管的内阻为Ron，由于同步整流管的源极接电源地，则同步整流管的漏极电压VD为：

VD＝-I_L*Ron

同步整流管的漏极电压和源极电压，通过过零比较器的VD输入端和VS输入端输入到电路中。同步整流管导通期间，过零比较器的使能输入端EN为高电平，将高压隔离NMOS管HN1、HN2、HN3导通。HN1、HN2、HN3选用漏极耐高压的高压隔离NMOS管以防止同步整流管关闭时，其漏极高电压损坏内部器件。由于同步整流管导通时VD的电压值较小，高压隔离NMOS管HN2和HN3工作在线性区，等效为小电阻，其阻值为：

其中，C_ox为高压管栅氧化层单位面积电容，μ_n表示电子的迁移率，W、L分别为高压管的宽度和沟道长度，V_GS为高压管栅源电压，V_TH为其阈值电压。

设置高压隔离NMOS管HN1是为了与HN2和HN3相匹配，使得三极管Q1、Q2和Q3的发射极电压差不多。高压隔离NMOS管HN1导通为偏置电流Ibias1提供了通路，假设三极管Q1的个数为1，三极管Q2的个数为M，三极管Q3的个数为N，三极管Q2、Q3的集电极电流分别为I_C2、I_C3。三极管Q2、Q3镜像三极管Q1的电流，则：

其中，I_S表示NPN管发射结的反向饱和电流，V_BE2、V_BE3分别表示三极管Q2、Q3的基极到发射极的压降，V_T为热电势。

同步整流管刚导通的时候，电感电流I_L较大，使得负电压VD的值较大，而VS接电源地，则V_BE2要比V_BE3大很多，I_C2大于I_C3。通过PMOS管PM1、PM3组成的电流镜，I_C2镜像为电流I_p流入NMOS管NM1和NM3的漏极；通过PMOS管PM2、PM4组成的电流镜，I_C3镜像为电流I_n流入NMOS管NM4和NM2的漏极，则I_p大I_n很多。NMOS管NM1、NM4漏极电压与电流之间的关系为：

其中，K_N为NMOS管的电流因子，W、L分别为NMOS管的宽度和沟道长度，I_D为漏极电流，V_DS为漏源电压，V_THL为低压NMOS管的阈值电压。因为I_p大I_n很多，所以NMOS管NM1的漏极电压V_p要大NMOS管NM4的漏极电压V_n很多。V_p、V_n经过自偏置放大级电路放大之后输出高电平，经过输出级反相器输出初始低电平。

电感电流I_L逐渐减小，则负电压VD的值逐渐减小，I_C2的电流逐渐减小，I_p逐渐减小。当I_p和I_n的电流相等时，锁存器状态发生翻转，变为V_p小于V_n，输出级反相器输出高电平。I_C2接近于I_C3时，在高压隔离NMOS管HN2和HN3内阻上产生的压降大致相等，此时V_BE2和V_BE3的差值△V为：

设置M值小于N值，则△V为正值。假设比较器翻转阈值为VD_TH1，则：

通过设置N/M的值，就可以设置同步整流管关断的负阈值电压。即翻转阈值VD_TH1由电流镜中NPN三极管Q3的个数N与NPN三极管Q2的个数M的数量比值产生。此种过零比较器仅凭借输入级电路中自有的电流镜，由其NPN三极管Q3、Q2匹配的数量比值N/M构成的压差，自然产生翻转阈值VD_TH1，从而可省去额外的基准产生电路。其中，热电势V_T＝K·T/q为正温度系数(K为玻尔兹曼常数，q为单电子电荷，T为绝对温度)，而同步整流管的内阻Ron也为正温度系数，所以本发明设置的阈值可以抵消Ron正温度系数的作用。

锁存级电路中设置NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4的宽长比都相同，则锁存电路不存在迟滞效应，当I_p比I_n稍小，NMOS管NM3同时又从NMOS管NM1的漏极抽取较大电流，形成正反馈，迅速将V_p电压拉低，V_n电压抬高。V_p和V_n电压经过自偏置放大级电路输出低电平，再经过反相输出级输出驱动能力较大的高电平，将同步整流管关断。考虑到关断信号到同步整流管栅极的延时，应将关断阈值设置得稍大些，具体数值根据电路应用来定。

实施例二

实施例二的电路如图3所示，与实施例一的不同之处在于：输入级电路201中添加了NMOS管NM10、NOMS管NM11、NMOS管NM12、NPN三极管Q4和偏置电流输入端Ibias2。Ibias2接到NMOS管NM10的漏极和栅极；NMOS管NM10、NM11、NM12的栅极接在一起构成电流镜，NMOS管NM11、NM12镜像NMOS管NM10的电流；NMOS管NM11和NM12的漏极依次分别接PMOS管PM1和PM2的漏极，源极依次分别接NPN三极管Q2和Q3的集电极。NPN三极管Q4的基极接三极管Q1的集电极和基极，三极管Q4的集电极接NMOS管NM10的源极，三极管Q4的发射极接三极管Q2的发射极；三极管Q4镜像三极管Q1的电流。

电路作上述改动，是为了改善实施例一中电路功耗较大的不足。在同步整流管刚开通时，负电压VD的值较大，造成实施例一中三极管Q2走的电流较大，带来较大功耗。设置三极管Q4的个数为L，重新调整三极管Q1的个数为Y，设置Ibias2的电流值等于Ibias1的电流值。当VD电压值较大时，三极管Q4走的电流较大，超过偏置电流Ibias2的值，则将NMOS管NM10的漏极电压拉低，同时将NMOS管NM11和NM12的栅极电压拉低，关断比较器。此时电路消耗的电流为偏置电流Ibias2。

电感电流逐渐减小，VD的电压值逐渐减小，当VD上升到某个值时三极管Q4从三极管Q1镜像的电流等于偏置电流Ibias2，NMOS管NM10的电压开始上升，比较器恢复工作。此时，VD的值为比较器的工作阈值VD_TH2，可以由下列公式确定：

由三极管Q2、Q3设置的比较器翻转阈值VD_TH1不变，需要设置比较器工作阈值VD_TH2小于VD_TH1，才能保证比较器正常工作，即：

VD的值小于比较器工作阈值VD_TH2时，比较器不工作，消耗电流为Ibias2。VD超过VD_TH2之后，三极管Q2消耗的电流有限，从而降低了电路的功耗。VD的电压上升到VD_TH1之后，比较器发生翻转，关断同步整流管。

实施例三

实施例三是在实施二的电路基础上作的优化，其电路如图4所示。输入级电路201中将NMOS管NM11、NM12和基准电流输入端Ibias2去掉。三极管Q4的集电极接到NMOS管NM10的漏极，三极管Q2、Q3的集电极仍然依次分别接到PMOS管PM1、PM2的漏极。

实施例二中，为了保证比较器翻转阈值的精度，需要做到NMOS管NM11和NM12的匹配，且多了一路电流，电路较为复杂。在本实施例中，未达到工作阈值之前，三极管Q4直接从偏置电流Ibias1抽取电流，使得三极管Q2无偏置电流，比较器不工作。只要设置由三极管Q4、Q1决定的工作阈值小于由三极管Q2、Q3决定的翻转阈值即可，具体的工作阈值及翻转阈值的设置可以参照实施例一和实施例二的原理和公式。

图5给出了实际反激变换器系统中，采用本发明所述过零比较器的关键节点的仿真波形，图中，VD表示同步整流管漏极的电压波形，VS表示其源极的电压波形，一般接电源地，Vo表示过零比较器的输出电压。此处，设置比较器的翻转阈值为-10mV。

本发明的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的高速高精度过零比较器还有其它的实施方式；因此本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种过零比较方法，适用于过零比较器，用以检测同步整流电路中同步整流管电流的过零点，以控制同步整流管的关断，该方法通过过零比较器的输入级电路，将同步整流管漏极电压输入过零比较器作为检测电压，与过零比较器所设定的翻转阈值VD_TH1进行比较，当检测电压达到翻转阈值VD_TH1时，即表征同步整流管电流降为零，则关断同步整流管，在此基础上，

所述输入级电路包括由Y个第一NPN三极管、M个第二NPN三极管、N个第三NPN三极管构成的电流镜，所述第二NPN三极管、第三NPN三极管镜像第一NPN三极管的电流；

所述过零比较器的翻转阈值VD_TH1，是凭借输入级电路中自有的电流镜，由其第三NPN三极管与第二NPN三极管匹配的数量比值N/M所构成的压差来产生。

2.根据权利要求1所述的过零比较方法，其特征在于：所述电流镜中NPN三极管的数量匹配关系设定为：VD_TH1＝—V_T*ln(N/M)，所述第二NPN三极管的个数M小于第三NPN三极管的个数N而大于第一NPN管的个数Y。

3.根据权利要求1或2所述的过零比较方法，其特征在于：所述电流镜，还包括L个第四NPN三极管，所述电流镜中NPN三极管的数量匹配关系设定为：—V_T*ln(N/M)>V_T*ln(L/Y)，即L/Y<M/N，所述第二NPN三极管的个数M小于第三NPN三极管的个数N而大于第一NPN管的个数Y，所述第四NPN三极管个数L小于第一NPN三极管个数Y。

4.一种过零比较器，其特征在于：包括依次连接的输入级电路、锁存级电路、自偏置放大级电路和输出级电路，当检测电压达到翻转阈值VD_TH1，输入级电路产生两路电流输出到锁存级电路中；锁存级电路根据两路电流的大小发生正反馈翻转，并将两路电流转换为两路电压输出到自偏置放大级电路中；自偏置放大级电路根据两路电压产生大摆幅的数字信号输出到输出级电路中；输出级电路将该数字信号反相输出；

所述输入级电路，包括由Y个第一NPN三极管、M个第二NPN三极管、N个第三NPN三极管构成的电流镜，所述第二NPN三极管、第三NPN三极管镜像第一NPN三极管的电流；所述输入级电路凭借其自有的电流镜，由其第三NPN三极管与第二NPN三极管匹配的数量比值N/M所构成的压差来产生过零比较器的翻转阈值VD_TH1。

5.根据权利要求4所述的过零比较器，其特征在于：所述输入级电路，还包括：第一偏置电流输入端、使能输入端、漏电压检测输入端、源电压检测输入端、第一高压隔离NMOS管、第二高压隔离NMOS管、第三高压隔离NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管，其具体连接关系是，

所述第一偏置电流输入端接第一NPN三极管的集电极、基极以及第二、第三NPN三极管的基极，第一、第二、第三NPN三极管的发射极依次分别接第一、第二、第三高压隔离NMOS管的源极；所述第一、第二、第三高压隔离NMOS管的漏极依次分别接地、漏电压检测输入端和源电压检测输入端，第一、第二、第三高压隔离NMOS管的栅极接使能输入端；所述第二、第三NPN三极管的集电极依次分别接第一PMOS管和第二PMOS管的漏极；所述第一PMOS管的源极接电源VCC，第一PMOS管的栅极接自身的漏极和第三POMS管的栅极；所述第二PMOS管的源极接电源VCC，第二PMOS管的栅极接自身的漏极和第四PMOS管的栅极；所述第三、第四PMOS管的源极接电源VCC，第三、第四PMOS管的漏极接入锁存级电路。

6.根据权利要求5所述的过零比较器，其特征在于：所述输入级电路，还包括第十NMOS管和第四NPN三极管，所述第一偏置电流输入端分别与第十NMOS管的漏极、栅极及第四NPN三极管的集电极连接，第四NPN三极管的发射极与第二NPN三极管的发射极连接；第十NMOS管的源极分别与第一NPN三极管的集电极和基极连接，第十NMOS管的源极还分别与第二、第三、第四NPN三极管的基极连接。

7.根据权利要求5所述的过零比较器，其特征在于：所述输入级电路，还包括第十NMOS管、第十一NOMS管、第十二NMOS管、第四NPN三极管和第二偏置电流输入端，所述第二偏置电流输入端接到第十NMOS管的漏极和栅极；第十NMOS管的栅极还与第十一、第十二NMOS管的栅极接在一起构成电流镜，第十一、第十二NMOS管镜像第十NMOS管的电流；第十一、第十二NMOS管的漏极依次分别接第一、第二PMOS管的漏极，第十一、第十二NMOS管的源极依次分别接第二、第三NPN三极管的集电极；第四NPN三极管的基极接第一NPN三极管的集电极和基极，第四NPN三极管的集电极接第十NMOS管的源极，第四NPN三极管的发射极接第二NPN三极管的发射极；第四NPN三极管镜像第一NPN三极管的电流。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的过零比较器，其特征在于：所述锁存级电路，包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管，其具体连接关系是，所述第一NMOS管的漏极接自身的栅极和第二NMOS管的栅极；所述第二NMOS管的漏极接第四NMOS管的漏极和所述输入级电路中的第四PMOS管的漏极；所述第四NMOS管的漏极还接自身的栅极和第三NMOS管的栅极；所述第三NMOS管的漏极接第一NMOS管的漏极和所述输入级电路中的第三PMOS管的漏极；所述第一、第二、第三、第四NMOS管的源极共同接到第五NMOS管的漏极；所述第五NMOS管的漏极同时接自身的栅极，第五NMOS管的源极接地；所述第一NMOS管的漏极和第四NMOS管的漏极还接入自偏置放大级电路。

9.根据权利要求4至7中任一项所述的过零比较器，其特征在于：所述自偏置放大级电路，包括：第五PMOS管、第六PMOS、第七PMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管和第八NMOS管，其具体连接关系是，所述第七PMOS管的源极接电源，第七PMOS管的漏极接第五、第六PMOS管的源极，第七PMOS管的栅极接第五PMOS管、第七NMOS管的漏极以及第六NMOS管的栅极；所述第五PMOS管的栅极接第七NMOS管的栅极和所述锁存级电路中第一NMOS管的漏极；所述第六PMOS管的栅极接第八NMOS管的栅极和所述锁存级电路中第四NMOS管的漏极，第六PMOS管的漏极和第八NMOS管的漏极相接，第六PMOS管的漏极还接入输出级电路；所述第七、第八NMOS管的源极共同接到所述第六NMOS管的漏极；所述第六NMOS管的源极接地。

10.根据权利要求4至7中任一项所述的过零比较器，其特征在于：所述输出级电路包括：第八PMOS管、第九NMOS管和输出端，其具体连接关系是，所述第八PMOS管和第九NMOS管接成反相器的结构，即第八PMOS管和第九NMOS管的栅极共同接到所述锁存级电路的第六PMOS管的漏极；第八PMOS管和第九NMOS管的漏极共同接到所述输出端；第八PMOS管的源极接电源，第九NMOS管的源极接地。