CN107124112A - 一种比较器的控制方法及控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种比较器的控制方法及控制电路，能够提高同步整流变换器的电感电流过零检测电路的检测精度。该控制方法包括：检测同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通，以及同步整流变换器的电感电流是否小于等于零；根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压。

Description

一种比较器的控制方法及控制电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制方法及控制电路。
背景技术
目前，同步整流变换器已在各领域得到了广泛应用，由于同步整流变换器中的续流开关管不具备单向导通性，因此当同步整流变换器中的主开关管关断、续流开关管导通时，如果负载电流较小，同步整流变换器中的电感电流会出现反向，使同步整流变换器工作于强制CCM(Continuous Conduction mode，连续导通模式)，影响同步整流变换器的效率。
通常，为了提高同步整流变换器的效率，多会在同步整流变换器中设置电感电流过零检测电路，如图1所示，该检测电路主要由比较器CMP_ZERO实现；具体的，当同步整流变换器中，开关管Q1作为主开关管关断、开关管Q2作为续流开关管导通时，比较器CMP_ZERO比较续流开关管Q2漏极电压和源极电压的大小，在电感L电流出现反向时，续流开关管Q2漏极电压大于源极电压，比较器CMP_ZERO翻转，输出高电平信号至驱动电路。驱动电路在接收到该高电平信号后，产生逻辑信号关断续流开关管Q2，使同步整流变换器工作于DCM(Discontinuous Conduction mode，不连续导通模式)，能够降低续流开关管Q2的功耗损失，提高同步整流变换器的效率。
然而实际中，由于同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器失调电压、电路的延时以及工艺偏差的影响，同步整流变换器的电感电流过零检测并不准确，使得同步整流变换器的效率仍然很低。
发明内容
本发明提供一种同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制方法及控制电路，用以解决同步整流变换器的电感电流过零检测精确度较低的问题。
本发明提供了一种比较器的控制方法，包括：
检测同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通，以及同步整流变换器的电感电流是否小于等于零；
根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压。
可选的，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
当同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压增大。
可选的，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压减小。
可选的，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压不变。
较佳的，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
在控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压改变时，根据历史数据控制改变幅度。
本发明还提供了一种比较器的控制电路，包括：
体二极管检测单元，用于检测同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通；
电感检测单元，用于检测同步整流变换器的电感电流是否小于等于零；
控制单元，用于根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压。
可选的，所述控制单元，具体用于当同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压增大。
可选的，所述控制单元，具体用于当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压减小。
可选的，所述控制单元，具体用于当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压不变。
较佳的，所述控制单元，具体用于在控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压改变时，根据历史数据控制改变幅度。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的方案中，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零这三个因素来综合判断同步整流变换器的工作状态，进而动态控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，能够减小电路延时以及工艺偏差的影响，提高同步整流变换器的电感电流过零检测电路的检测精度。
附图说明
图1为同步整流变换器的电感电流过零检测电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的详细结构示意图；
图5为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的控制单元中电压调整子单元的结构示意图之一；
图6为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的控制单元中电压调整子单元的结构示意图之二；
图7为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的控制单元中逻辑控制子单元的工作时序示意图之一；
图8为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的控制单元中逻辑控制子单元的工作时序示意图之二；
图9为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的控制单元中逻辑控制子单元的工作时序示意图之三；
图10为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的控制单元中逻辑控制子单元的工作时序示意图之四；
图11为本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路的控制单元中逻辑控制子单元的工作时序示意图之五。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种比较器的控制方法及控制电路，用以提高同步整流变换器的电感电流过零检测电路的检测精度。以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供了一种比较器的控制方法，应用于同步整流变换器的电感电流过零检测电路中，该控制方法如图2所示，具体可以包括如下步骤：
步骤101、检测同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通，以及同步整流变换器的电感电流是否小于等于零；
步骤102、根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压。
其中，同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器用于比较同步整流变换器的续流开关管的漏极电压和源极电压。
具体的，步骤102、根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体可以包括：
当同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，无论同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流是否过零，均控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压增大；
当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通时，无论同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，均控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压减小；
其它情况，例如当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，无论同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通，均控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压不变。
即本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制方法，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零这三个因素来综合判断同步整流变换器的工作状态，进而动态控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，能够减小电路延时以及工艺偏差的影响，提高同步整流变换器的电感电流过零检测电路的检测精度，使同步整流变换器中的续流开关管的关断位置更理想。
具体的，基于同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零这三个因素共有8种排列组合出现：
1、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，此时，同步整流变换器的工作于CCM，且电感电流未过零，续流开关管未被提前关断；此时，比较器的失调电压无需调整；
2、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，此时，同步整流变换器的工作于CCM，且电感电流未过零，续流开关管未被提前关断；此时，比较器的失调电压无需调整；
3、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，此时，同步整流变换器的工作于CCM，且电感电流已过零，即强制CCM；此时，比较器的失调电压需要调大；
4、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，此时，同步整流变换器的工作于DCM，且电感电流已过零；此时，比较器的失调电压需要调大；
5、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，此时，同步整流变换器的工作于CCM，且电感电流未过零，续流开关管被提前关断；此时，比较器的失调电压需要调小；
6、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，此时，同步整流变换器的工作于DCM，且电感电流未过零；此时，比较器的失调电压需要调小；
7、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，为误差工作状态，通常不会出现；此时，比较器的失调电压无需调整；
8、当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，为误差工作状态，通常不会出现；此时，比较器的失调电压无需调整。
上述已将同步整流变换器工作中可能出现的状态全部包括，下面将其整理列表如下：
较佳的，步骤102中，在控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压改变时，可以根据历史数据控制改变幅度。
基于同一发明构思，根据本发明实施例提供的比较器的控制方法，本发明实施例还提供了一种比较器的控制电路，应用于同步整流变换器的电感电流过零检测电路中，该控制电路如图3所示，具体可以包括如下单元：
体二极管检测单元301，用于检测同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通；
电感检测单元302，用于检测同步整流变换器的电感电流是否小于等于零；
控制单元303，用于根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压。
其中，控制单元303，具体用于当同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，无论同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流是否过零，均控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压增大。
进一步的，控制单元303，还具体用于当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通时，无论同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，均控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压减小。
进一步的，控制单元303，还具体用于在其它情况，例如当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，无论同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通，均控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压不变。
较佳的，控制单元303，还可以在控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压改变时，根据历史数据控制改变幅度。
实际实施时，可以如图4所示，体二极管检测单元301可以采用比较器CMP_DIO实现，电感检测单元302可以采用比较器CMP_ILN和抗振铃电路实现，控制单元303可以采用逻辑控制子单元、加减计数器和电压调整子单元实现。
同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器CMP_ZERO的输出信号ZRDT一方面会输出到驱动电路，参与续流开关管的关断控制，另一方面会输出到逻辑控制子单元，参与同步整流变换器的工作状态的判断。
当续流开关管关断时，如果电感电流IL大于零，则续流开关管的体二极管会导通，续流开关管的漏极电压LX为-700mV左右，因此可以将参考电压VREF1取值在0.3V～0.6V范围内。基于此特性可以检测续流开关管的体二极管是否导通，比较器CMP_DIO的输出信号ZDIO表征该检测结果，被输出到逻辑控制子单元。
续流开关管关断后，抗振铃电路打开，如果电感电流小于等于零，在主开关管与续流开关管同时关断的时间内，续流开关管的漏极电压LX最终会上升到大于等于输出电压Vo，因此可以将参考电压VREF2的取值在200mV～Vo范围内。基于此特性可以检测电感电流是否小于等于零，比较器CMP_ILN的输出信号ZILN表征该检测结果，被输出到逻辑控制子单元。
逻辑控制子单元用于判断同步整流变换器的工作状态，并将比较器失调电压的控制信号UP(增大)、DN(减小)以及HOLD(保持)输出到加减计数器。
加减计数器用于累加或累减计数，其计数位数N的多少决定了比较器失调电压调节档位的多少，其输出信号ZR_CL[N-1:0]会输出到电压调整子单元，控制比较器CMP_ZERO的失调电压。
驱动电路接收比较器CMP_ZERO的输出信号，驱动主开关管与续流开关管，同时也输出NGATE和PGATE信号到逻辑控制子单元(图4中未示出)，控制逻辑时序。
实际实施时，电压调整子单元可以采用图5所示电路实现，其中译码器将ZR_CL[N-1:0]译码成S0～Sm-1(其中m＝2N)，每一码位对应一个开关；由电阻的分压关系，不同的电阻上对应不同的电压，因而当打开不同的开关时，通过加法器叠加到续流开关管的漏极电压LX上的电压是不相同的，对应码ZR_CL[N-1:0]越大，叠加的电压越大，对应码ZR_CL[N-1:0]越小，叠加的电压越小。电源地DCGND上也叠加了一个参考电压VREF3，参考电压VREF3的大小等于虚线框中电阻串调节电压范围的一半。
上述图5所示电路仅为示例，并不用于限定本发明。本发明实施例提供的同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的控制电路中的电压调整子单元还可以采用其它方式实现，例如图6所示，在此不再详述。
下表中列出了检测周期T内ZDIO、ZILN、ZRDT与UP、DN、HOLD信号之间的关系。
其中，“1”表示高电平，“0”表示低电平。
当同步整流变换器工作于CCM，且电感电流未过零，续流开关管未被提前关断时，图4所示控制电路的工作时序示意图如图7所示。
当同步整流变换器的工作于CCM，且电感电流已过零，即强制CCM时，图4所示控制电路的工作时序示意图如图8所示。当比较器失调电压设置得过小时，这种情况容易发生。
当同步整流变换器的工作于DCM，且电感电流已过零时，图4所示控制电路的工作时序示意图如图9所示。
当同步整流变换器的工作于CCM，且电感电流未过零，续流开关管被提前关断时，图4所示控制电路的工作时序示意图如图10所示。当比较器失调电压设置得过大时，这种情况容易发生。
当同步整流变换器的工作于DCM，且电感电流未过零时，图4所示控制电路的工作时序示意图如图11所示。
综上所述，采用本发明实施例提供的方案，能够提高同步整流变换器的电感电流过零检测电路的检测精度，提高同步整流变换器的工作效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种比较器的控制方法，其特征在于，包括：
检测同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通，以及同步整流变换器的电感电流是否小于等于零；
根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
当同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压增大。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压减小。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压不变。
5.如权利要求1-4任一所述的控制方法，其特征在于，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压，具体包括：
在控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压改变时，根据历史数据控制改变幅度。
6.一种比较器的控制电路，其特征在于，包括：
体二极管检测单元，用于检测同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通；
电感检测单元，用于检测同步整流变换器的电感电流是否小于等于零；
控制单元，用于根据同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号、同步整流变换器的续流开关管的体二极管是否导通、同步整流变换器的电感电流是否小于等于零，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压。
7.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述控制单元，具体用于当同步整流变换器的续流开关管的体二极管未导通、同步整流变换器的电感电流小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压增大。
8.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述控制单元，具体用于当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流已过零、同步整流变换器的续流开关管的体二极管导通时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压减小。
9.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述控制单元，具体用于当同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的输出信号指示电感电流未过零、同步整流变换器的电感电流不小于等于零时，控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压不变。
10.如权利要求6-9任一所述的控制电路，其特征在于，所述控制单元，具体用于在控制同步整流变换器的电感电流过零检测电路中比较器的失调电压改变时，根据历史数据控制改变幅度。
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