CN111458559A - 一种自适应过零检测电路 - Google Patents

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周泽坤
金正扬
王佳妮
王韵坤
张波
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    • G—PHYSICS
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Abstract

一种自适应过零检测电路，在BUCK变换器的下功率管关断时产生脉冲信号作为逻辑信号，利用动态比较器在逻辑信号的脉冲触发沿检测BUCK变换器在下功率管关断完毕后的开关节点处电压并与零电压进行比较，当比较结果为开关节点处电压小于零电压时控制计数器正向计数一位，调整过零比较器的翻转阈值增大，当比较结果表示开关节点处电压大于零电压时控制计数器反向计数一位，调整过零比较器的翻转阈值减小，过零比较器检测开关节点处电压并与过零比较器的翻转阈值进行比较，产生输出信号控制BUCK变换器的下功率管在开关节点电压过零时关断。本发明实现了自适应过零检测，提高了过零检测电路的精度，且BUCK变换器最后能够工作在最接近电感电流等于零的双稳态。

Description

一种自适应过零检测电路
技术领域
本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种自适应过零检测电路，适用于BUCK变换器。
背景技术
BUCK变换器包括上功率管和下功率管，上功率管和下功率管的连接点为开关节点SW。当下功率管导通时间过长使BUCK变换器的电感电流反向时，输出电容会对地放电，产生严重的导通损耗。过零比较器用于检测开关节点SW处的电压，当电感电流为0时，开关节点SW处的电压为0，此时需要将下功率管关断，避免电感电流反向倒灌。然而传统过零比较器的延时以及驱动部分的延迟会导致翻转点靠后，很难精确地使下功率管关断时开关节点SW处的电压等于0。
发明内容
针对上述传统过零比较器翻转点靠后导致的精度问题，本发明提出了一种自适应过零检测电路，通过动态调整过零比较器的翻转点，使过零比较器能够工作在双稳态，有效地提高了过零检测电路的精度。
本发明的技术方案为：
一种自适应过零检测电路，用于检测BUCK变换器的开关节点处电压是否过零，所述自适应过零检测电路包括动态比较器、计数器和过零比较器；
所述自适应过零检测电路在检测到所述BUCK变换器的开关节点处电压过零时产生脉冲信号作为所述自适应过零检测电路的输出信号，用于关断所述BUCK变换器的下功率管；当所述BUCK变换器的下功率管关断时产生脉冲信号作为逻辑信号；
所述动态比较器在所述逻辑信号的脉冲触发沿检测所述BUCK变换器在下功率管关断完毕后的开关节点处电压并与零电压进行比较，将比较结果锁存并送入所述计数器的计数输入端；
所述计数器在时钟信号的控制下进行计数，根据计数结果调整所述过零比较器的翻转阈值；所述计数器设置n位计数位，共有2n种计数结果，对应所述过零比较器的2n种翻转阈值，计数结果越高对应的所述过零比较器的翻转阈值越高，其中n为正整数；
当所述动态比较器检测结果表示所述BUCK变换器的开关节点处电压小于零电压时，所述计数器正向计数一位，当所述动态比较器检测结果表示所述BUCK变换器的开关节点处电压大于零电压时，所述计数器反向计数一位；
所述过零比较器用于检测所述BUCK变换器的开关节点处电压并与所述过零比较器的翻转阈值进行比较，产生所述自适应过零检测电路的输出信号。
具体的，所述动态比较器在所述逻辑信号的每个上升沿进行比较，所述计数器在所述时钟信号的每个上升沿进行计数。
本发明的有益效果为：本发明在BUCK变换器下功率管关断时采用动态比较器将开关节点电压和零电压进行比较，计数器根据动态比较器的比较结果进行正向计数或者反向计数，从而调整过零比较器CP1的翻转阈值，实现自适应过零检测，提高了过零检测电路的精度，且BUCK变换器最后能够工作在最接近电感电流等于零的双稳态。
附图说明
图1为本发明提出的一种自适应过零检测电路的电路框架图。
图2为本发明提出的一种自适应过零检测电路的时序图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
在BUCK变换器的开关节点SW处的电压为0时需要将下功率管关断，避免电感电流反向倒灌，因此本发明提出的一种自适应过零检测电路在检测到BUCK变换器的开关节点SW处电压VSW过零时，产生一个脉冲信号作为自适应过零检测电路的输出信号ZCD用于关断BUCK变换器的下功率管。在BUCK变换器的下功率管关断时也产生一个脉冲信号作为逻辑信号用于控制动态比较器CP2开始工作。传统比较器在整个下功率管开启过程中都在比较，速度较慢，而本申请利用动态比较器CP2，只在逻辑信号的脉冲触发沿(如逻辑信号的每个上升沿)检测BUCK变换器在下功率管关断完毕后的开关节点SW处电压并与零电压进行比较，提高了速度，动态比较器CP2将比较结果锁存并送入计数器的计数输入端。
计数器在时钟信号CLK的控制下进行计数，时钟信号CLK的每个上升沿计数器进行一次计数，当动态比较器CP2检测结果表示BUCK变换器的开关节点处电压小于零电压即VSW<0时，计数器正向计数一位，当动态比较器检测结果表示BUCK变换器的开关节点处电压大于零电压时即VSW>0时，计数器反向计数一位。
计数器设置n位计数位，则一共有2n种计数结果，2n种计数结果对应着过零比较器CP1的2n种翻转阈值，计数结果越高对应的过零比较器CP1的翻转阈值越高。过零比较器CP1用于检测BUCK变换器的开关节点处电压并与对应计数结果的翻转阈值进行比较产生自适应过零检测电路的输出信号。n为正整数，下面以n取5为例进行说明。
计数器的五位输出Bit1-Bit5中，Bit5是最高位，Bit1是最低位，一共可构成00000-11111从低到高的32种状态，对应着过零比较器CP1的32个翻转阈值，00000状态对应的过零比较器CP1的翻转阈值最低，11111状态对应的过零比较器CP1的翻转阈值最高，令相邻两状态的翻转阈值之差为ΔV(ΔV>0)，如果计数器正向计数一位，就将过零比较器CP1的翻转阈值+ΔV，如果计数器反向计数一位，就将过零比较器CP1的翻转阈值-ΔV。假设计数器的输出是01111过零比较器CP1的翻转阈值为0(即过零比较器CP1检测到开关节点电压VSW为0时ZCD产生脉冲信号)，那么过零比较器CP1的翻转阈值调节范围就是-15ΔV到16ΔV。
动态比较器CP2比较开关节点电压VSW和零电压，VSW大于0时动态比较器CP2输出高电平，控制计数器反向计数一位，过零比较器CP1的翻转阈值-ΔV，使下次触发过零的VSW更低；VSW小于0时动态比较器输出低电平，控制计数器正向计数一位，过零比较器CP1的翻转阈值+ΔV。如果动态比较器CP2继续输出低电平，计数器继续正向计数一位，过零比较器CP1的翻转阈值再+ΔV，使下次触发过零的VSW更高。
下面结合图2所示的状态时序图进行说明：
状态①：当过零比较器CP1输出的自适应过零检测电路的输出信号ZCD翻转产生脉冲信号时，BUCK变换器中下功率管关断并使逻辑信号EN也产生脉冲信号，动态比较器CP2检测到此时VSW>0，输出高电平。计数器根据动态比较器CP2的输出信号，调节Bit1至Bit5反向计数一位，使得过零比较器CP1的翻转阈值在状态①的基础上-ΔV，即过零比较器CP1的翻转点靠后，进入状态②。
状态②：当逻辑信号EN产生脉冲信号时，动态比较器CP2检测到此时VSW仍然大于0，输出仍然为高电平。计数器根据动态比较器CP2的输出信号，调节Bit1至Bit5再反向计数一位，使得过零比较器CP1的翻转阈值在状态②的基础上-ΔV，使过零比较器CP1的翻转点继续靠后，进入状态③。
状态③：当逻辑信号EN产生脉冲信号时，动态比较器CP2检测到此时VSW<0，输出变为低电平。计数器根据动态比较器CP2的输出信号，调节Bit1至Bit5正向计数一位，使得过零比较器CP1的翻转阈值在状态③的基础上+ΔV，使过零比较器CP1的翻转点靠前，进入状态②。
状态④：当逻辑信号EN产生脉冲信号时，动态比较器CP2检测到此时VSW<0，输出低电平。计数器根据动态比较器CP2的输出信号，调节Bit1至Bit5正向计数一位，使得过零比较器CP1的翻转阈值在状态④的基础上+ΔV，使过零比较器CP1的翻转点靠前，进入状态③。
本实施例中n取5，应该有32种状态，这里取其中4种为例进行说明，可以看出当过零检测电路开始工作一段时间后，过零检测电路会在状态②和状态③之间来回切换，处于双稳态，状态②和状态③之间是过零比较器CP1的翻转阈值最接近0的状态。
综上可知，本实施例中过零比较器CP1的翻转点由计数器的五位输出Bit1至Bit5调节，实现自适应过零检测的功能。动态比较器CP2在逻辑信号EN的上升沿处检测下功率管关断完毕时的开关节点电压VSW并和零电压0比较，将输出锁存输入到计数器。计数器依据动态比较器CP2的输出，调节输出信号Bit1至Bit5从而调节过零比较器CP1的翻转点，当过零比较器CP1检测到SW点过零时，输出信号ZCD输出一个脉冲信号，用于关断BUCK变换器中的下功率管。当下功率管关断后，逻辑信号EN立刻输出一个脉冲信号，重复以上操作。可以看出，本发明提出的自适应过零比较器，能够自适应调节过零比较点，且BUCK变换器最后能够工作在最接近电感电流IL＝0的双稳态。
虽然本发明的一种自适应过零检测电路的内容已经以实例的形式公开如上，然而并非用以限定本发明，如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种自适应过零检测电路，用于检测BUCK变换器的开关节点处电压是否过零，其特征在于，所述自适应过零检测电路包括动态比较器、计数器和过零比较器；
所述自适应过零检测电路在检测到所述BUCK变换器的开关节点处电压过零时产生脉冲信号作为所述自适应过零检测电路的输出信号，用于关断所述BUCK变换器的下功率管；当所述BUCK变换器的下功率管关断时产生脉冲信号作为逻辑信号；
所述动态比较器在所述逻辑信号的脉冲触发沿检测所述BUCK变换器在下功率管关断完毕后的开关节点处电压并与零电压进行比较，将比较结果锁存并送入所述计数器的计数输入端；
所述计数器在时钟信号的控制下进行计数，根据计数结果调整所述过零比较器的翻转阈值；所述计数器设置n位计数位，共有2n种计数结果，对应所述过零比较器的2n种翻转阈值，计数结果越高对应的所述过零比较器的翻转阈值越高，其中n为正整数；
当所述动态比较器检测结果表示所述BUCK变换器的开关节点处电压小于零电压时，所述计数器正向计数一位，当所述动态比较器检测结果表示所述BUCK变换器的开关节点处电压大于零电压时，所述计数器反向计数一位；
所述过零比较器用于检测所述BUCK变换器的开关节点处电压并与所述过零比较器的翻转阈值进行比较，产生所述自适应过零检测电路的输出信号。
2.根据权利要求1所述的自适应过零检测电路，其特征在于，所述动态比较器在所述逻辑信号的每个上升沿进行比较，所述计数器在所述时钟信号的每个上升沿进行计数。
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