CN109347309A - 一种零电流检测和调节的方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零电流检测和调节的系统，包括依次连接的功率级电路、比较门限电路、过零检测电路以及开关电源控制电路，开关电源控制电路还与功率级电路连接，比较门限电路还连接有补偿电路，补偿电路还连接有采样电路，采样电路用于采集功率级电路的输入电压和/或输出电压和/或温度的信号。本发明利用补偿电路采集功率级电路的输入电压和/或输出电压和/或温度变化的情况并向比较门限电路输入补偿信号，自动调节比较门限电路的门限和过零检测电路的零电流速度及精准度，同时能够补偿因功率级电路的输入电压和/或输出电压和/或温度变化对过零检测电路的检测速度和功率级电路功率管内阻的影响所带来的零电流检测偏差。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源转换器技术领域，特别是一种零电流检测和调节的方法以及系统。
背景技术
同步整流开关电源转换器的共同点是，续流采用了续流开关管替代续流二极管，以减小功率损耗，提高转换效率。开关电源转换器在重负载时，处于电感电流连续模式(CCM)。在轻负载时，占空比下降，电感电流下降，从而处于电感电流断续模式(DCM)。为了防止电感电流反灌，导致同步整流开关电源转换器在轻负载时的转换效率下降，当电流下降为零时，需要关断续流开关。当续流开关管上面有电流流过时，由于续流开关管存在导通电阻，因此在续流开关管的源极和漏极之间存在电压差，该电压差正比与流过的电流，一旦电流下降到零，续流开关管的源漏电压差也下降到零。因此现有的同步整流开关电源转换器的传统做法是用比较器比较续流开关管的源极和漏极两端电压差，一旦发现功率管源漏两端电压差下降到零，即认为电流为零，马上关断续流功率管。同时由于比较器存在比较速度问题，因此一般还会在源漏电压差上增加一个提前门限电路，让比较器提前进行比较，保证比较器输出比较信号时电感电流刚好到零。
但是由于当前手机等电子设备快充技术的普及，应用在快充产品领域的开关电源转换器的输入输出电压范围变化很大。而电感放电斜率与输入和输出差值成正比，由于转换器的输入输出电压的变化，造成电流下降的速度变化很大，因此在不同的输入输出情况下，如果比较门限电路和比较器的比较速度固定，就会造成零电流检测结果随输入输出的变化存在很大偏差。当开关电源给普通设备充电时，输出电压为5V。而当开关电源给快充设备充电时，输出电压可能为9V，12V甚至高达20V。对于这种传统做法，假如比较门限电路和过零比较器的比较速度，满足了输出5V情况下，电流正好到零时，比较器输出零电流信号，那么在输出9V或者12V的情况下，由于电流下降速度更快，当过零比较器输出零电流信号时，电感电流值已经变为负值，从而造成了效率的损失。同时开关电源转换器存在自身发热的问题，由于发热比较器速度会发生变化，会造成零电流检测的偏差。同样，功率管内阻在不同温度下，导通电阻也不一样，因此在相同电流时，功率管两端压差会有变化，也会造成零电流检测结果的偏差。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种零电流检测和调节的方法以及系统，能够根据系统温度变化和/或电压输入变化和/或电压输出变化，自动调节系统的比较门限和/或比较器速度零电流检测的速度及精准度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种零电流检测和调节的系统，包括依次连接的功率级电路、比较门限电路、过零检测电路以及开关电源控制电路，所述开关电源控制电路还与功率级电路连接，所述比较门限电路还连接有补偿电路，所述补偿电路还连接有采样电路，所述采样电路用于采集功率级电路的输入电压和/或输出电压和/或温度的信号。
进一步，所述补偿电路还与过零检测电路相连，用于改变过零检测电路的偏置电流。
进一步，所述采样电路包括输入电压采样单元、输出电压采样单元和温度检测单元，所述输入电压采样单元的输入端与功率级电路电源端相连，所述输入电压采样单元的输出端与补偿电路的第一信号采集端连接，所述输出电压采样单元的输入端与功率级电路输出端相连，所述输出电压采样单元的输出端与补偿电路的第二信号采集端连接，所述温度检测单元的输出端与补偿电路的第三信号采集端相连。
进一步，所述采样电路包括输入电压采样单元和温度检测单元，所述输入电压采样单元的输入端与功率级电路电源端相连，所述输入电压采样单元的输出端与补偿电路的第一信号采集端连接，所述温度检测单元的输出端与补偿电路的第三信号采集端相连。
进一步，所述采样电路包括输出电压采样单元和温度检测单元，所述输出电压采样单元的输入端与功率级电路输出端相连，所述输出电压采样单元的输出端与补偿电路的第二信号采集端连接，所述温度检测单元的输出端与补偿电路的第三信号采集端相连。
进一步，所述采样电路包括输入电压采样单元和输出电压采样单元，所述输入电压采样单元的输入端与功率级电路电源端相连，所述输入电压采样单元的输出端与补偿电路的第一信号采集端连接，所述输出电压采样单元的输入端与功率级电路输出端相连，所述输出电压采样单元的输出端与补偿电路的第二信号采集端连接。
一种零电流检测和调节的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集电路实时采集功率级电路的输入电压和/或输出电压和/或温度的信号并分别向补偿电路反馈；
S2、补偿电路将采集电路反馈的至少一种信号转换为电流信号并进行叠加后形成补偿信号，向比较门限电路输入补偿信号；
S3、比较门限电路采集功率级电路中的电压差信号并与补偿信号一起叠加形成比较门限信号，所述比较门限电路向过零检测电路同时输入比较门限信号和基准信号；
S4、过零检测电路将比较门限电路输出的比较门限信号与基准信号进行比较并输出比较信号给开关电源控制电路；
S5、开关电源控制电路依据比较信号调节功率级电路输出信号的占空比。
进一步，所述步骤S2中，还包括以下步骤：
S2a、补偿电路的补偿信号向过零检测电路输入，调节过零检测电路的检测速度。
进一步，所述步骤S3中的电压差信号为功率级电路中的续流开关管M2的源极和漏极之间的电压差。
进一步，所述步骤S5中调节功率级电路输出信号的占空比信号的具体方法为：所述开关电源控制电路依据比较信号控制功率电路中的主开关管M1和续流开关管M2的导通或截止的时间，实现调节功率级电路输出信号的占空比。
本发明的有益效果是：本发明能够自动适应输入和输出变化，利用补偿电路采集功率级电路的输入电压和/或输出电压和/或温度变化的情况并向比较门限电路输入补偿信号，可自动调节比较门限电路的门限和过零检测电路的零电流速度及精准度，同时能够补偿因功率级电路的输入电压和/或输出电压和/或温度变化对过零检测电路的检测速度和功率级电路的功率管内阻的影响所带来的零电流检测偏差；由于目前所有的拓扑结构的同步整流开关电源转换器，都采用了续流开关替代续流二极管，因此该电路可以很方便的应用到直流-直流开关电源、直流-交流开关电源等各种拓扑结构的同步整流开关电源转换器中，用以提升开关电源在轻负载下的效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一种较优实施例的原理框图；
图2是本发明零电流检测和调节方法的主要流程示意图；
图3是本发明的第一种实施例的电路结构图；
图4是本发明的第一种实施例中输入电压采样单元的电路结构图；
图5是本发明的第一种实施例中补偿电路的电路结构图；
图6是本发明的第一种实施例中比较门限电路的电路结构图；
图7是本发明的第一种实施例中开关电源控制电路的电路原理图；
图8是本发明的第二种实施例的电路结构图；
图9是本发明的第二种实施例中比较门限电路的电路结构图；
图10是本发明的第二种实施例中补偿电路的电路结构图；
图11是本发明的补偿电路的第三种电路结构图。
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，以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
参照图1，为一种较优的实施方式，一种零电流检测及调节系统，包括依次连接的功率级电路1、比较门限电路2、过零检测电路3以及开关电源控制电路4，所述开关电源控制电路4还与功率级电路1连接，所述比较门限电路2还连接有补偿电路5，所述补偿电路5还连接有采样电路6，所述采样电路6用于采集功率级电路1的输入电压和/或输出电压和/或温度的信号。
优选地，所述补偿电路5还与过零检测电路3相连，用于改变过零检测电路3的偏置电流，实现调节过零检测电路3的检测速度。
所述功率级电路1至少包括主开关管M1和续流开关管M2，通过采用两个通态电阻极低的功率MOS管并依据开关电源控制电路4的控制信号来实现功率级电路1输出信号占空比的调节，主要应用于交直流转换或直流升压或直流降压的转换。
所述采样电路6包括输入电压采样单元61和/或输出电压采样单元62和/或温度检测单元63，所述输入电压采样单元61的输入端与功率级电路1电源端相连，所述输入电压采样单元61的输出端与补偿电路5的第一信号采集端连接，所述输出电压采样单元62的输入端与功率级电路1输出端相连，所述输出电压采样单元62的输出端与补偿电路5的第二信号采集端连接，所述温度检测单元63的输出端与补偿电路5的第三信号采集端相连。
所述输入电压采样单元61用于采集功率级电路1的输入电压并将输入电压信号发送给补偿电路5。
所述输出电压采样单元62用于采集功率级电路1的输出电压并将输出电压信号发送给补偿电路5。
所述温度检测单元63用于采集功率级电路1的温度并将温度信号发送给补偿电路5。
其中，若所述功率级电路1的输入电压保持不变或变化范围不大时，可以不采用所述输入电压采样单元61；若所述功率级电路1的输出电压保持不变或变化范围不大时，可以不采用所述输出电压采样单元62；若所述功率级电路1的温度变化范围不大时，可以不采用温度检测单元63。
所述开关电源控制电路4依据过零检测电路3的输出的比较信号来控制功率级电路1的主开关管M1和续流开关管M2的工作状态，从而调节主开关管M1和续流开关管M2的占空比，实现功率级电路1的输出信号的稳定以及占空比。
所述补偿电路5根据接收到功率级电路1的实时输入电压信号和/或功率级电路1的实时输出电压信号和/或功率级电路1的实时温度信号等相关信号进行叠加后作为补偿信号输出，向比较门限电路2输入补偿信号，从而调节过零检测电路3的电压比较门限。
所述比较门限电路2将补偿电路5输入的补偿信号与采集续流开关管M2源极和漏极之间的电压差信号进行叠加形成比较门限信号，并向过零检测电路3输出实时的比较门限信号，从而实现调节过零检测电路3比较门限的目的。
所述过零检测电路3主要采用过零比较器U1作为门限比较处理器，所述过零比较器U1的同相输入端与比较门限电路2的第一输入端相连，所述过零比较器U1的反相输入端与比较门限电路2的第二输出端相连，其中，所述过零比较器U1的偏置电流调节输入端还可与补偿电路5的输出端相连，即将补偿信号也发送给过零检测电路3，实现在调节过零检测电路3的比较门限时同时调节过零检测电路3的检测速度，所述过零比较器U1将同相输入端和反相输入端的输入信号进行比较并输出比较信号，并将比较信号反馈给开关电源控制电路4。
参照图2，为本发明的主要流程图，一种零电流检测和调节的方法，包括以下步骤：
S1、采集电路6实时采集功率级电路1的输入电压和/或输出电压和/或温度的信号并分别向补偿电路5反馈；
S2、补偿电路5将采集电路6反馈的至少一种信号转换为电流信号并进行叠加后形成补偿信号，向比较门限电路2输入补偿信号；
S3、比较门限电路2采集功率级电路1中的电压差信号并与补偿信号一起叠加形成比较门限信号，所述比较门限电路2向过零检测电路3同时输入比较门限信号和基准信号；
S4、过零检测电路3将比较门限电路2输出的比较门限信号与基准信号进行比较并输出比较信号给开关电源控制电路；
S5、开关电源控制电路4依据比较信号调节功率级电路1输出信号的占空比。
优选地，所述步骤S2中，还包括以下步骤：
S2a、补偿电路5的补偿信号向过零检测电路3输入，调节过零检测电路3的检测速度。
优选地，所述步骤S3中的电压差信号为功率级电路1中的续流开关管M2的源极和漏极之间的电压差。
优选地，所述步骤S5中调节功率级电路1输出信号的占空比信号的具体方法为：所述开关电源控制电路4依据比较信号控制功率电路1中的主开关管M1和续流开关管M2的导通或截止的时间，实现调节功率级电路1输出信号的占空比。
参照图3，为第一种实施例，是本发明应用在升压直流-直流转换器中的一种实施方式，在第一种实施实施例中所述采样电路6包括输入电压采样单元61、输出电压采样单元62和温度检测单元63，所述输入电压采样单元61的输入端与功率级电路1电源端相连，所述输入电压采样单元61的输出端与补偿电路5的第一信号采集端连接，所述输出电压采样单元62的输入端与功率级电路1输出端相连，所述输出电压采样单元62的输出端与补偿电路5的第二信号采集端连接，所述温度检测单元63的输出端与补偿电路5的第三信号采集端相连。
第一种实施例中，所述功率级电路1包括主开关管M1、续流开关管M2、电感L1以及电容C1，其中主开关管M1和续流开关管M2均为场效应晶体管。
其中，所述电感L1的一端与功率级电路1的电源端相连，另一端分别与主开关管M1的漏极以及续流开关管M2的源极相连，所述主开关管M1的栅极与所述开关电源控制电路4相连，所述主开关管M1的源极接地，所述续流开关管M2的栅极与开关电源控制电路相连，所述续流开关管M2的源极与比较门限电路2的第二输入端相连，所述续流开关管M2的漏极分别与电容C1的一端、功率级电路1的输出端以及比较门限电路2的第三输入端相连，所述电容C1的另一端接地；
优选地，参考图4，为第一种实施例中的输入电压采样单元61的实际电路结构，所述输入电压采样单元61包括分压电阻R3、分压电阻R4、电阻R5、运算放大器U2、第七NMOS管MN7以及由第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4组成的第二PMOS型镜像电流电路，所述分压电阻R3的一端作为输入电压采样单元61的输入端并接入到功率级电路1的电源端，分压电阻R3的另一端同时与分压电阻R4的一端以及运算放大气的正输入端相连，分压电阻R4的另一端接地，运算放大器U2的负输入端与电阻R5的一端以及第七NMOS管MN7的源极相连，运算放大器U2的输出端与第七NMOS管的栅极相连，其中电阻R5的另一端接地，第七NMOS管的漏极连接到第三PMOS管MP3的漏极，其中第三PMOS管MP3的栅极和漏极短接，第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极连接电源Vcc，同时第三PMOS管MP3的栅极和第四PMOS管MP4的栅极相连，第四PMOS管MP4的漏极作为输入电压采样单元61的输出端并与补偿电路5的输入电压采样端相连。
本实施例中，所述输入电压采样单元61和输出电压采样单元62的电路结构均相同，区别在于所述输出电压采样单元62的输入端与功率级电路1的输出端相连，所述输出电压采样单元62的输出端与补偿电路5的输出电压采样端相连。
所述输入电压采样单元61和输出电压采样单元62中的运算放大器U2和第七NMOS管形成一个反馈网络，通过反馈的作用，使运算放大器U2的正输入端和负输入端电压相等，从而使电阻R5的电压为因此电阻R5上的电流为利用第二PMOS型镜像电流电路，使第四PMOS管的漏极作为输出端通过该镜像电流源将电压信号转变为了电流信号，有利于补偿电路5处理，使补偿电路5的电路结构简化，有利于电路简化成本。
所述温度检测单元63可以采用PTAT电流源进行采集功率级电路1的实时温度值，并依据实时温度信号输出对应的电流信号给补偿电路5，所述温度检测单元63也可以采用NTC热敏电阻采集功率级电路1的实时温度，同样依据实时温度信号输出对应的电流信号给补偿电路5。
优选地，参考图5，为第一种实施例中的补偿电路5的电路结构连接图，所述补偿电路5包括第一PMOS型镜像电流电路、第一NMOS型镜像电流电路、第二NMOS型镜像电流电路以及第三NMOS型镜像电流电路，所述第一PMOS型镜像电流电路的输入端与第一NMOS型镜像电流电路的输出端连接，第一PMOS型镜像电流电路的输出端作为补偿电路5的输出端并同时连接比较门限电路2的第一输入端、第二NMOS型镜像电流电路的输出端以及第三NMOS型镜像电流电路的输出端，所述第一NMOS型镜像电流电路的输入端作为补偿电路5的第一信号采集端与输出电压采样单元62的输出端相连，所述第二NMOS型镜像电流电路的输入端作为补偿电路5的第三信号采集端与温度检测单元63的输出端相连，所述第三NMOS型镜像电流电路的输入端作为补偿电路5的第二信号采集端与输入电压采样单元61的输出端相连。
第一种实施例中，所述第一PMOS型镜像电流电路采用第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2组成镜像电流电路，所述第一NMOS型镜像电流电路采用第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2组成镜像电流电路，所述第二NMOS型镜像电流电路采用第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4组成镜像电流电路，所述第三NMOS型镜像电流电路采用第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6组成镜像电流电路；其中第一PMOS管MP1的栅极和漏极短接，第一PMOS管MP1的源极和第二PMOS管MP2的源极连接电源Vcc，同时第一PMOS管MP1的栅极和第二PMOS管MP2的栅极相连，第二PMOS管MP2的漏极作为补充电路的输出端并与第四NMOS管MN4的漏极以及第六NMOS管MN6的漏极相连，第一PMOS管MP1的源极与第二NMOS管MN2的漏极相连；第一NMOS管MN1的栅极和漏极短接，第一NMOS管MN1的栅极与第二NMOS管MN2的栅极相连，第一NMOS管MN1的漏极与输出电压采样单元62的输出端相连；第三NMOS管MN3的栅极和漏极短接，第三NMOS管MN3的栅极与第四NMOS管MN4的栅极相连，第三NMOS管MN3的漏极与温度检测单元63的输出端相连；第五NMOS管MN5的栅极和漏极短接，第五NMOS管MN5的栅极与第六NMOS管MN6的栅极相连，第五NMOS管MN5的漏极与输入电压采样单元61的输出端相连；其中第一NMOS管MN1的源极、第二NMOS管MN2的源极、第三NMOS管MN3的源极、第四NMOS管MN4的源极、第五NMOS管MN5的源极以及第六NMOS管MN6的源极均接地。
补偿电路5的工作原理，由第一NMOS管MN1的漏极接收输出电压采样单元62的输出的电流信号Iouts，第三NMOS管MN3的漏极接收温度检测单元63的输出的电流信号Iptat，第五NMOS管MN5的漏极接收接收输入电压采样单元61的输出的电流信号Iins，利用各组镜像电流电路的原理，可使补偿电路5的输出端Icomp＝Iouts+Iptat+Iins，即得到一个补偿了功率级电路1的实时输入输出电压信号以及实时温度信号的补偿电流即补偿信号，使补偿电路5的输出端Icomp随功率级电路1的输入输出电压以及温度的变化而变化，可抵消功率级电路1的温度、输入电压以及输出电压给零电流检测的影响。
优选地，参考图6，为第一种实施例中的比较门限电路2的电路结构连接图，所述比较门限电路2包括比较电阻Rcomp以及电流源，所述比较电阻Rcomp的一端与续流开关管M2的源极相连，另一端作为比较门限电路2的第一输出端并分别与补偿电路5的输出端、电流源的输出端以及过零检测电路3的第二输入端相连，所述比较门限电路2的第二输出端与过零检测电路3的第一输入端相连，所述比较门限电路2的第一输出端与其第一输入端相连，所述比较门限电路2的第二输出端与其第三输入端相连；利用简单的电阻叠加方式，可以很方便的在续流开关管M2的源极和漏极的电压差信号上叠加一个提前门限即补偿信号，同时也可以很方便的将补偿电路5输出的补偿电流Icomp即补偿信号叠加到续流开关管M2的源极和漏极的电压差信号上面，即将补偿信号与电压差信号进行叠加发送给比较门限电路2，从而抵消功率级电路1的输入输出电压变化以及温度变化造成的信号随时间变化的斜率。本实施例中，所述比较门限电路2的第一输出端输出基准信号，比较门限电路2的第二输出端输出比较门限信号。
同时补偿电路5的输出电流Icomp即补偿信号也可以输送给过零比较器U1，通过改变过零比较器U1的偏置电流，从而改变过零比较器U1的速度，抵消温度变化对过零比较器U1速度的影响。
优选地，参考图7，第一种实施例中，所述开关电源控制电路4包括信号采样单元、参考电压源、环路控制单元、控制逻辑单元以及功率开关管驱动单元组成，其中信号采样单元包括分压电阻R1和分压电阻R2，其中分压电阻R1的一端与过零检测电路3的输出端Vout1相连，分压电阻R1的另一端同时连接环路调制电路的输入端以及分压电阻R2的一端，分压电阻R2的另一端接地，所述参考电压源输出一个参考电压信号给环路控制单元，所述环路控制单元将信号采样单元的分压信号和参考电压信号进行比较，同时将分压信号和参考电压信号的误差放大，产生环路调节信号，并将环路调节信号传输给控制逻辑单元，控制逻辑单元依据环路调节信号输出不同的控制逻辑信号并传送给功率开关管驱动单元，通过功率开关驱动级电路分别控制主开关管M1和续流开关管M2的导通或截止。
参考图8，为第二种实施例，是本发明应用在降压直流-直流转换器中的一种实施方式，在本实施例中，由于降压直流-直流转换器的电感电流变化率只跟输出电压相关，而与输入电压无关，因此第二种实施例与第一种实施例区别在于去掉了输入电压采样单元，只需要对功率级电路1输出电压的变化和温度变化进行采样；故所述采样电路6包括输入电压采样单元61和温度检测单元63，所述输入电压采样单元61的输入端与功率级电路1的电源端相连，所述输入电压采样单元61的输出端与补偿电路5的第一信号采集端连接，所述温度检测单元63的输出端与补偿电路5的第三信号采集端相连。
同时第二种实施例中的功率级电路1的电路结构连接方式与第一种实施例也存在区别，所述功率级电路1同样包括主开关管M1、续流开关管M2、电感L1以及电容C1，其中主开关管M1和续流开关管M2均为场效应晶体管，其中所述主开关管M1的源极与功率级电路1的电源端相连，所述主开关管M1的漏极分别与续流开关管M2的漏极以及电感L1的一端相连，所述电感L1的另一端分别与电容C1的一端以及功率级电路1的输出端相连，所述电容C1的另一端接地，所述主开关管M1的栅极以及续流开关管M2的栅极分别与开关电源控制电路4相连，所述续流开关管M2的漏极与比较门限电路2的第二输入端相连，所述续流开关管M2的源极接地同时还与比较门限电路2的第三输入端相连。
同时由于第二种实施例中的降压直流-直流转换器的续流开关管M2的源极接在地端，续流开关管M2的源极和漏极电压接近零电位，因此需要对比较门限电路2进行改进。参考图9，所述比较门限电路2包括比较电阻Rcomp以及电流源，所述比较电阻Rcomp的一端与续流开关管M2的漏极相连，另一端作为比较门限电路2的第一输出端并分别与补偿电路5的输出端、电流源的输出端以及过零检测电路3的第一输入端相连，所述比较门限电路2的第二输出端与过零检测电路3的第二输入端相连，所述比较门限电路2的第二输出端与其第三输入端相连。所述补偿电路5通过向下注入电流，在续流开关管M2电压差信号上叠加偏移量，即将补偿信号与电压差信号进行叠加发送给比较门限电路2，本实施例中，所述比较门限电路2的第一输出端输出比较门限信号，比较门限电路2的第二输出端输出基准信号。
第二种实施例中，所述过零检测电路3同样采用过零比较器U1作为门限比较处理器，所述过零比较器U1的同相输入端与比较门限电路2的第一输入端相连，所述过零比较器U1的反相输入端与比较门限电路2的第二输出端相连，所述过零比较器U1的偏置电流调节输入端与补偿电路5的第二输出端相连，所述过零比较器U1将同相输入端和反相输入端的输入信号进行比较并输出比较信号，并将比较信号反馈给开关电源控制电路4。
同时由于无需对功率级电路1的输入电压进行采样，参考图10，因此所述补偿电路5包括第一PMOS型镜像电流电路、第一NMOS型镜像电流电路以及第二NMOS型镜像电流电路，所述第一PMOS型镜像电流电路的输入端与第一NMOS型镜像电流电路的输出端连接，第一PMOS型镜像电流电路的输出端同时连接所述比较门限电路2的第一输入端以及第二NMOS型镜像电流电路的输出端，所述第一NMOS型镜像电流电路的输入端作为补偿电路5的第一信号采集端与输出电压采样单元62的输出端相连，所述第二NMOS型镜像电流电路的输入端作为补偿电路5的第三信号采集端与温度检测单元63的输出端相连。
其中第二种实施例中的补偿电路5与第一种实施例中结构相同，区别仅在于缺少第三NMOS型镜像电流电路，故第二种实施例中补偿电路5的输出端Icomp＝Iouts+Iptat，即得到一个补偿了功率级电路1的实时输出电压以及实时温度的信号的补偿电流即补偿信号，使补偿电路5的输出端Icomp随功率级电路1的输出电压以及温度的变化而变化，可抵消功率级电路1的温度以及输出电压给零电流检测的影响。
第二种实施例中的开关电源控制电路4、输出电压采样单元62以及温度检测单元63可采用与第一种实施例相同的电路结构，其原理也是相同，依据比较门限电路2依据补充电路输出的补偿电流信号，在续流开关管M2的源极和漏极电压差信号上叠加一个提前门限即补偿信号，从而抵消输出电压变化以及温度变化造成的信号随时间变化的斜率，同时也将补充电路5输出的补偿信号传输给过零比较器U1，通过改变过零比较器U1的偏置电流，从而改变过零比较器U1的速度，抵消温度变化对比较器速度影响，则开关电源控制电路4则依据过零比较器U1的输出信号。对功率级电路1中的主开关管M1和续流开关管M2进行导通或截止的控制，当过零检测比较器U1检测到续流开关管M2的电流为零时，则使续流开关管M2截止。
优选地，当所应用的实施方式中，若无需对功率级电路1的温度变化进行采样，即所述采样电路6包括输入电压采样单元61和输出电压采样单元62，所述输入电压采样单元61的输入端与功率级电路1电源端相连，所述输入电压采样单元61的输出端与补偿电路5的第一信号采集端连接，所述输出电压采样单元62的输入端与功率级电路1输出端相连，所述输出电压采样单元62的输出端与补偿电路5的第二信号采集端连接。
则所述补偿电路5还有第三种实施方式的结构图，参考图11，则所述补偿电路5包括第一PMOS型镜像电流电路、第一NMOS型镜像电流电路以及第三NMOS型镜像电流电路，所述第一PMOS型镜像电流电路的输入端与第一NMOS型镜像电流电路的输出端连接，第一PMOS型镜像电流电路的输出端同时连接所述比较门限电路2的第一输入端以及第三NMOS型镜像电流电路的输出端，所述第一NMOS型镜像电流电路的输入端与输出电压采样单元62的输出端相连，所述第三NMOS型镜像电流电路的输入端与输入电压采样单元61的输出端相连。其电路结构与第一种实施例中的补偿电路5相同，区别仅在于缺少第二NMOS型镜像电流电路的结构，即无需采样功率级电路1的温度变化的电流信号，则补偿电路5输出的电流Icomp＝Iouts+Iins，即得到一个补偿了功率级电路1的实时输入输出电压以及实时温度的信号的补偿电流即补偿信号，使补偿电路5的输出端Icomp随功率级电路1的输入输出电压的变化而变化，可抵消功率级电路1的输入电压以及输出电压给零电流检测的影响。其他电路的电路结构也可根据实际进行改进，但其原理与第一种实施例类似。
优选地，若功率级电路1的输入电压变化不大，可不必采集功率级电路1的输入电压信号，则所述采样电路6包括输出电压采样单元62和温度检测单元63，所述输出电压采样单元62的输入端与功率级电路1输出端相连，所述输出电压采样单元62的输出端与补偿电路5的第二信号采集端连接，所述温度检测单元63的输出端与补偿电路5的第三信号采集端相连。而补偿电路5则基于电流镜的原理采集输出电压采样单元62和温度检测单元63的电流信号，并进行叠加，然后输出叠加后的补偿信号给比较门限电路2以及过零检测电路3。
优选地，功率级电路1仅在输入电压会发生变化，则所述采样电路6包括输入电压采样单元61，所述输入电压采样单元61的输入端与功率级电路1电源端相连，所述输入电压采样单元61的输出端与补偿电路5的第一信号采集端连接，同时补偿电路5也仅需采集输入电压采样单元61的信号。
优选地，功率级电路1仅在输出电压会发生变化，则所述采样电路6包括输出电压采样单元62，所述输出电压采样单元62的输入端与功率级电路1输出端相连，所述输出电压采样单元62的输出端与补偿电路5的第二信号采集端连接，同时补偿电路5也仅需采集输出电压采样单元62的信号。
优选地，功率级电路1仅在温度上会发生变化，则所述采样电路6包括温度检测单元63，所述温度检测单元63的输出端与补偿电路5的第三信号采集端相连，同时补偿电路5也仅需采集温度检测单元63的信号。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种零电流检测和调节的系统，其特征在于：包括依次连接的功率级电路(1)、比较门限电路(2)、过零检测电路(3)以及开关电源控制电路(4)，所述开关电源控制电路(4)还与功率级电路(1)连接，所述比较门限电路(2)还连接有补偿电路(5)，所述补偿电路(5)还连接有采样电路，所述采样电路(6)用于采集功率级电路(1)的输入电压和/或输出电压和/或温度的信号。
2.根据权利要求1所述的零电流检测和调节的系统，其特征在于：所述补偿电路(5)还与过零检测电路(3)相连，用于改变过零检测电路(3)的偏置电流。
3.根据权利要求1所述的零电流检测和调节的系统，其特征在于：所述采样电路(6)包括输入电压采样单元(61)、输出电压采样单元(62)和温度检测单元(63)，所述输入电压采样单元(61)的输入端与功率级电路(1)电源端相连，所述输入电压采样单元(61)的输出端与补偿电路(5)的第一信号采集端连接，所述输出电压采样单元(62)的输入端与功率级电路(1)输出端相连，所述输出电压采样单元(62)的输出端与补偿电路(5)的第二信号采集端连接，所述温度检测单元(63)的输出端与补偿电路(5)的第三信号采集端相连。
4.根据权利要求1所述的零电流检测和调节的系统，其特征在于：所述采样电路(6)包括输入电压采样单元(61)和温度检测单元(63)，所述输入电压采样单元(61)的输入端与功率级电路(1)电源端相连，所述输入电压采样单元(61)的输出端与补偿电路(5)的第一信号采集端连接，所述温度检测单元(63)的输出端与补偿电路(5)的第三信号采集端相连。
5.根据权利要求1所述的零电流检测和调节的系统，其特征在于：所述采样电路(6)包括输出电压采样单元(62)和温度检测单元(63)，所述输出电压采样单元(62)的输入端与功率级电路(1)输出端相连，所述输出电压采样单元(62)的输出端与补偿电路(5)的第二信号采集端连接，所述温度检测单元(63)的输出端与补偿电路(5)的第三信号采集端相连。
6.根据权利要求1所述的零电流检测和调节的系统，其特征在于：所述采样电路(6)包括输入电压采样单元(61)和输出电压采样单元(62)，所述输入电压采样单元(61)的输入端与功率级电路(1)电源端相连，所述输入电压采样单元(61)的输出端与补偿电路(5)的第一信号采集端连接，所述输出电压采样单元(62)的输入端与功率级电路(1)输出端相连，所述输出电压采样单元(62)的输出端与补偿电路(5)的第二信号采集端连接。
7.一种零电流检测和调节的方法，应用于权利要求1-6任一所述的零电流检测和调节的系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集电路(6)实时采集功率级电路(1)的输入电压和/或输出电压和/或温度的信号并分别向补偿电路(5)反馈；
S2、补偿电路(5)将采集电路(6)反馈的至少一种信号转换为电流信号并进行叠加后形成补偿信号，向比较门限电路(2)输入补偿信号；
S3、比较门限电路(2)采集功率级电路(1)中的电压差信号并与补偿信号一起叠加形成比较门限信号，所述比较门限电路(2)向过零检测电路(3)同时输入比较门限信号和基准信号；
S4、过零检测电路(3)将比较门限电路(2)输出的比较门限信号与基准信号进行比较并输出比较信号给开关电源控制电路；
S5、开关电源控制电路(4)依据比较信号调节功率级电路(1)输出信号的占空比。
8.根据权利要求7所述的零电流检测和调节的方法，其特征在于：所述步骤S2中，还包括以下步骤：
S2a、补偿电路(5)的补偿信号向过零检测电路(3)输入，调节过零检测电路(3)的检测速度。
9.根据权利要求7所述的零电流检测和调节的方法，其特征在于：所述步骤S3中的电压差信号为功率级电路(1)中的续流开关管M2的源极和漏极之间的电压差。
10.根据权利要求7所述的零电流检测和调节的方法，其特征在于，所述步骤S5中调节功率级电路(1)输出信号的占空比信号的具体方法为：所述开关电源控制电路(4)依据比较信号控制功率电路(1)中的主开关管M1和续流开关管M2的导通或截止的时间，实现调节功率级电路(1)输出信号的占空比。
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