CN114441842B - 一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路 - Google Patents

一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路 Download PDF

Info

Publication number
CN114441842B
CN114441842B CN202210048132.6A CN202210048132A CN114441842B CN 114441842 B CN114441842 B CN 114441842B CN 202210048132 A CN202210048132 A CN 202210048132A CN 114441842 B CN114441842 B CN 114441842B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tube
nmos tube
electrode
pmos
resistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210048132.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114441842A (zh
Inventor
明鑫
邹锐恒
邝建军
熊进
王卓
张波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202210048132.6A priority Critical patent/CN114441842B/zh
Publication of CN114441842A publication Critical patent/CN114441842A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114441842B publication Critical patent/CN114441842B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/175Indicating the instants of passage of current or voltage through a given value, e.g. passage through zero
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

一种适用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路,利用Buck变换器上功率管关闭,下功率管开启时,采样Buck变换器的开关节点电压,采样的开关节点电压与一基准电压通过电阻和高压MOS管的分压,高压MOS管本身的温度系数用于补偿开关节点电压在相同的Buck变换器的应用条件下因功率管随温度变化而产生的变化,之后与功率地分别接到一个比较器的负输入端和正输入端;比较器电平的高低表示此刻Buck变换器是否过零,如果过零,则该比较器输出的逻辑信号直接关闭下功率管;该比较器在上功率管开启,下功率管关闭时,有逻辑电平关闭静态电流,在上功率管关闭,下功率管开启时,逻辑电平打开静态电流,同时有一个加速静态电流产生的电路,加速比较器静态电流的产生。

Description

一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路
技术领域
本发明属于基本电子电路领域,具体涉及一种过零检测电路,可用于峰值电流模控制的Buck电路。
背景技术
对于Buck变换器芯片而言,能量转换效率问题一直是其核心指标,而Buck变换器如果发生电感电流过零的情况,会影响Buck变换器的效率,因此Buck变换器需要一个过零检测模块来提高效率。Buck变换器的功率拓扑图如图1所示,在上功率管MH关断,下功率管ML打开时,电感电流IL会逐渐减小,如果Buck变换器的输出负载电流很低,由于电感有续流作用,电感电流就会从VOUT流过电感到开关节点SW,然后通过下功率管ML流到功率地PGND,由于下功率管有导通电阻Rdson,会造成能量的损失。所以,在下功率管打开时,需要检测电感电流是否反向,如果过零检测电路检测到电感电流反向,那么该电路就会产生下功率管关闭信号,关断下功率管来阻止反向电流,减小能量的损耗。
传统的过零检测可能会在下功率管下面串联一个电阻到功率地,通过采样电阻两端的电压变化地来判断电感电流是否过零,但当Buck变换器的电压应用范围较大,负载电流较大时,该串联的采样电阻会造成一定的功率损失。而且由于工艺原因,该电阻大小也会随着工艺、温度改变,同时下功率管固有的导通电阻的大小也会随着工艺、温度的变化而变化,这会使得关断下功率管的时机不准确。而且随着开关电源变换器的电压应用范围越来越大,开关频率越来越高,开关周期越来越短,对过零检测电路关闭下功率管的速度提出了更高的要求。为了满足速度的要求,一些过零检测电路就会一直检测SW点的变化,并时刻准备比较,这也增加了Buck变换器静态电流的功耗。
发明内容
针对传统过零检测电路存在的下功率管关断时机和过零检测电路关断下功率管速度的要求,本发明提出了一种应用于峰值电流模控制的Buck变换器的过零检测电路,与传统的过零检测电路相比,本发明提出的过零检测电路采用快速动态偏置电路,在保证反应速度的同时减小了功耗;同时减小了工艺、温度的变化对采样精度的影响,使得关断下功率管的时机得到了优化。
本发明的技术方案是:
一种用于峰值电流模的Buck变换器的过零检测电路,所述峰值电流模的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;
所述过零检测电路包括采样模块、动态偏置模块和比较器模块,
所述采样模块用于在所述Buck变换器的上功率管关闭、下功率管打开时,采样所述Buck变换器的开关节点电压,经过与基准分压后,接入所述比较器模块的负输入端,采样所述Buck变换器信号的功率地并接入所述比较器模块的正输入端;
具体的,所述采样模块包括恒定偏置电流I1、第一PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第六电阻和第七电阻,其中第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管和第九NMOS管是高压管,
第一PMOS管的栅极连接一个参考电压,其源极连接恒定偏置电流I1和第一NMOS管的栅极,其漏极连接信号地;
第一NMOS管的漏极连接电源电压,其源极连接第二NMOS管的漏极;
第二NMOS管的栅极连接第一控制信号,其源极连接第一电阻;
当所述Buck变换器的上功率管关闭、下功率管打开时,所述第一控制信号为高电平,当所述Buck变换器的上功率管打开、下功率管关闭时,所述第一控制信号为低电平;
第二电阻的一端连接第一电阻,其另一端连接第九NMOS管的漏极和第六电阻的一端;
第六NMOS管的漏极连接所述Buck变换器的开关节点,其栅极连接所述第一控制信号,其源极连接第七NMOS管的漏极;
第七NMOS管的栅极连接所述第一控制信号,其漏极连接第八NMOS管的漏极;
第八NMOS管的栅极连接所述第一控制信号,其源极连接第九NMOS管的源极;
第九NMOS管的栅极连接所述第一控制信号;
第十NMOS管的栅极和漏极连接第六电阻的一端,接入所述比较器的负输入端,其源极连接信号地;
第七电阻的一端连接所述Buck变换器的功率地,其另一端连接第十一NMOS管的栅极和漏极,接入所述比较器的正输入端;
第十一NMOS管的源极连接信号地。
所述动态偏置模块为所述比较器模块动态的提供偏置电流,在所述Buck变换器上功率管关闭,下功率管打开的时候,所述动态偏置模块会较快的产生偏置电流,在所述Buck变换器上功率管关闭,下功率管打开的时候,所述动态偏置模块不会为所述比较器模块提供偏置电流,节约了功耗,
具体的,所述动态偏置模块包括第一电容、第二电容、第二PMOS管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管,
第二PMOS管的源极连接电源电压,其栅极和漏极连接,为所述比较器模块提供偏置电流;
第一电容的一端连接所述第一控制信号,其另一端连接第三NMOS管的栅极和第三电阻的一端;
第三电阻的另一端连接信号地;
第三NMOS管的漏极连接第二PMOS管的漏极跟栅极,其源极连接信号地;
第四电阻的一端连接所述第一控制信号,其另一端连接第四NMOS管的漏极和第五NMOS管的栅极;
第二电容的一端连接所述第一控制信号,其另一端连接第四NMOS管的漏极和第五NMOS管的栅极;
第四NMOS管的栅极连接第五NMOS管的源极和第五电阻的一端,其源极连接信号地;
第五NMOS管的漏极连接第二PMOS管的栅极和漏极;
第五电阻的一端连接第四NMOS管的栅极和第五NMOS管的源极,其另一端连接信号地。
所述比较器模块的输入对管为第四PMOS管和第五PMOS管,第四PMOS管的栅极是所述比较器模块的正输入端,第五PMOS管的栅极是所述比较器模块的负输入端,所述比较器模块用于比较所述Buck变换器的功率地和所述Buck变换器的开关节点的信息并转换为高低电平来控制所述Buck变换器的下功率管是否关断;
具体的,所述比较器模块包括第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管和第十五NMOS管,
第三PMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极,其源极连接电源电压,其漏极连接第四PMOS管和第五PMOS管的源极;
第四PMOS管的栅极连接第六电阻的一端和第十NMOS管的栅极与漏极,其漏极连接第十二NMOS管的栅极和漏极;
第五PMOS管的栅极连接第七电阻的一端和第十一NMOS管的栅极与漏极,其漏极连接第十三NMOS管的漏极和第十四NMOS管的栅极;
第十二NMOS管的栅极和漏极连接第十三NMOS管的栅极,其源极连接信号地;
第十三NMOS管的源极连接信号地;
第六PMOS管的源极连接电源电压,其栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极,其漏极连接第十四NMOS的漏极;
第十四NMOS管的源极连接信号地;
第九PMOS管的栅极和漏极连接信号地,其源极连接第六PMOS管的漏极和第十五NMOS管的栅极;
第七PMOS管的源极连接电源电压,其栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极,其漏极连接第十五NMOS管的漏极;
第十五NMOS管的源极连接信号地;
第八PMOS管的源极连接电源电压,其栅极连接所述第一控制信号,其漏极连接第十五NMOS管的漏极。
本发明的有益效果为:本发明能够通过设置第一PMOS管的栅极电压与第一电阻、第二电阻的阻值以及第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管和第九NMOS管的导通电阻大小来调整过零检测电路的翻转点,第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管和第九NMOS管导通电阻的温度系数来抵消所述Buck变换器下功率管导通电阻的温度系数,准确设置翻转点;所述比较器模块采用动态偏置电流,只有在所述Buck变换器下功率管打开的时候快速提供偏置电流,在保证所述比较器速度的前提下减小过零检测电路功耗;所述比较器模块采用三级结构,同时有钳位功能,能够加快过零检测电路的响应速度。
附图说明
图1是Buck转换器的传统过零检测技术的结构示意图。
图2为本发明提出的一种用于峰值电流模控制的Buck变化器的过零检测电路在实例中的电路图。
图3为应用在本发明提出的一种用于峰值电流模控制的Buck变化器的过零检测电路中的比较器的具体电路图。
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。
本发明提出的过零检测电路通过检测Buck变换器的开关节点SW处的电压信息,经过分压处理后,与Buck变换器的功率地PGND比较,来决定什么时候产生关断下功率管的信号。当Buck变换器的下功率管打开,且电感电流正向流动的时候,开关节点SW的电压大小为IL*Rdson,其中IL为电感电流,Rdson为下功率管的导通电阻,所以当开关节点SW接近0,即接近Buck变换器的功率地PGND的电压时,过零检测电路发出关断下功率管的逻辑信号,最理想的情况是当电感电流刚刚过零时,下功率管关断。本发明提出的过零检测模块包括采样模块、动态偏置模块和比较器模块,采样模块用于采样Buck变换器的开关节点SW电压,处理后与采样的Buck变换器的功率地PGND输入比较器比较,如图2所示,给出了采样模块的一种结构,包括恒定偏置电流I1、第一PMOS管MP1、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第一电阻R1、第二电阻R2、第六电阻R6和第七电阻R7,其中第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管和第九NMOS管是高压管,第二PMOS管MP2的源极连接到偏置电流I1和第一NMOS管MN1的栅极,其栅极连接基准电压VREF,其漏极连接到信号地,第一NMOS管MN1的漏极连接到电源电压,其源极连接第二NMOS管MN2的漏极;第二NMOS管MN2的栅极连接第一控制信号,第一控制信号在Buck变换器的上功率管打开,下功率管关闭的时候为高电平,在Buck变换器的上功率管关闭,下功率管打开的时候为低电平;第六电阻R6的一端连接第二NMOS管MN2的源极,另一端串联第二电阻R2,第二电阻R2的另一端连接第六电阻R6和第九NMOS管MN9的漏极;第六NMOS管MN6,第七NMOS管MN7,第八NMOS管MN8和第九NMOS管MN9的栅极连接第一控制信号,第六NMOS管MN6的漏极连接Buck变换器的开关节点SW,其源极连接第七NMOS管MN7的源极,第七NMOS管MN7的漏极连接第八NMOS管MN8的漏极,第八NMOS管MN8的源极连接第九NMOS管MN9的源极,第九NMOS管MN9的漏极连接第二电阻R2和第六电阻R6的一端;第六电阻R6的另一端连接比较器的负输入端和栅漏短接的第十NMOS管MN11,第十NMOS管MN10的源极连接到信号地;第七电阻R7的一端连接所述Buck变换器的功率地PGND,其另一端连接所述比较器的的正输入端和漏源短接的第十一NMOS管MN11,第十一NMOS管MN11的源极连接到信号地。
采样模块由第一控制信号L1决定是否采样Buck变换器开关节点SW点电压,SW点电压可以很好的反应电感电流的情况,理想情况下,只需要将Buck变换器的开关节点SW点电压和功率地节点电压比较即可实现过零检测。但是过零检测电路本身就有延迟,而且过零检测输出到关闭Buck变换器的下功率管也有一定的延迟,如果直接检测电感电流为零即SW节点电压为零的时刻,在经过后级的传输延时后再关断Buck变换器的下功率管,电感电流已经反向流动一段时间了,从而降低了Buck变换器的能量效率。因此本发明将采样到的SW节点电压作一定的分压处理,来抵消这段时间。当Buck变换器下功率管打开,上功率管关闭的时候,第一控制信号L1为高电平,第六、七、八、九NMOS管打开,同时第二NMOS管打开,此时第二NMOS管作为一个开关管,工作在深线性区。I1为恒定偏置电流源,接入I1的原因为给第一PMOS管提供一股恒定电流源,VREF为一个恒定参考电压,有了恒定偏置电流源I1,VREF抬升一个第一PMOS管的栅源电压到第一NMOS管的栅极,再降低一个第一NMOS管的栅源电压到第一NMOS管的源极,因此第一NMOS管的源极电压可看作一个固定电位,第一电阻和第二电阻在实际工艺中可选用不同电阻大小比例,来使得第一电阻和第二电阻的阻值的总电阻值的温度系数为零。Buck变换器的开关节点SW电压经过第六、七、八、九NMOS管的导通电阻可通过第一电阻和第二电阻串联分压,在第二电阻和第九NMOS管的连接处作为比较器的负输入端电压,经过第六电阻和栅漏短接的第十NMOS管送入比较器的负输入端。其中第六七八九NMOS管用来匹配温度对Buck变换器的下功率管导通电阻的影响。由于一般Buck变换器芯片的开关节点SW处都是一个外部引脚,第六电阻是防止SW引脚静电电流过大,损坏比较器的负端输入管,栅漏短接的第十NMOS管是使得比较器的负输入端最高电压不超过第十NMOS管的栅源电压。同样,由于Buck变换器芯片的功率地PGND都是一个外部引脚,第七电阻是防止PGND引脚静电电流过大,损坏比较器的负端输入管,栅漏短接的第十一NMOS管是把比较器的正输入端最高电压不超过第十一NMOS管的栅源电压。根据SW和VREF的所述采样模块,得出比较器的翻转点如下:
Figure BDA0003473268860000061
其中,Rds6,7,8,9代表第六、七、八、九NMOS管的导通电阻,R1和R2分别代表第一电阻和第二电阻的阻值大小,Rds_ML代表所述Buck变换器下功率管的导通电阻大小,kT代表MOS管导通电阻的温度系数,VREF代表第一PMOS管的栅端所接的参考电压的大小,IL代表所述Buck变换器电感电流的大小。如上式所示,左右温度系数可以相抵消,当比较器达到翻转点时,比较器翻转。
动态偏置模块用于在所述Buck变换器下功率管打开,上功率管关闭时为所述比较器模块快速提供偏置电流,如图2所示给出了动态偏置模块的一种实现结构,包括第二PMOS管MP2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和第二电容C2,第二PMOS管的源极接电源电压,栅极和漏极短接,为所述比较器模块提供动态偏置电流,第三NMOS管的漏极接第二PMOS管的漏极,其源极接信号地,其栅极接第一电容的一端和第三电阻的一端,第一电容的另一端接所述第一控制信号,第三电阻的另一端接信号地,第五NMOS管的漏极接第二PMOS管的漏极,其栅极接第二电容的一端、第四NMOS管的漏极和第四电阻的一端,其源极接第五电阻的一端和第四NMOS管的栅极,第四电阻的另一端接所述第一控制信号,第二电容的另一端接所述第一控制信号,第五电阻的另一端接信号地,第四NMOS管的源极接信号地。
动态偏置模块受第一控制信号控制,当所述Buck变换器的上功率管关闭,下功率管开启时,所述第一控制信号为高电平,该电位的变化通过第一电容C1和第三电阻R3耦合到第三NMOS管的栅极,使得第三NMOS管的栅极电压在所述Buck变换器的下功率管打开的瞬间存在一个尖峰脉冲,从而能够使得第三NMOS管支路能快速产生偏置电流,即第二PMOS管能快速产生偏置电流。在所述Buck变换器的上功率管关闭,下功率管打开的一刻,第一控制信号L1是一个阶跃信号,第三NMOS管的栅极电压会耦合第一控制信号的上升沿,其电压会迅速抬高然后缓慢下降,下降时间由时间常数C1*R3决定。所产生的电流I2可表示为:
Figure BDA0003473268860000071
其中,μn表示电子迁移率,COX表示单位面积栅氧化电容,VG3表示第三NMOS管的栅极电压,Vthn表示NMOS的阈值电压,W/L表示第三NMOS管的宽长比。
在所述Buck变换器的上功率管关闭,下功率管打开的时候,所述第一控制信号L1稳定在高电平电位VCC,第四NMOS管、第五NMOS管、第四电阻、第五电阻和第二电容构成了自偏置电路,为第二PMOS管提供直流偏置电流镜像到比较器中,其中第二电容是一个稳压滤波电容。在所述Buck变换器的上功率管打开,下功率管关闭的时候,所述第一控制信号L1为低电平,第三、四、五NMOS管都关闭,不会产生偏置电流,IBIAS=0,节约了功耗。当所述Buck变换器的下功率管打开,上功率管关闭时,记第四NMOS管的栅极电压为VG4,第五NMOS管的栅极电压为VG5,电源电压为VCC,产生的偏置电流I3为VG4/R5,其值满足下面两个式:
Figure BDA0003473268860000072
Figure BDA0003473268860000073
动态偏置模块最终产生的动态偏置电流IBIAS=I2+I3供所述比较器模块使用。
比较器模块获取Buck变换器的功率地和Buck变换器的开关节点的误差信息并转化为高低电平,输出电感电流是否过零的结果,如图3给出了比较器模块的一种实现电路,包括第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14和第十五NMOS管MN15,第三POMS管MP3、第六PMOS管MP6和第七PMOS管MP7的源极都连接电源电压,它们的栅极都连接第二PMOS管MP2的栅极,镜像第二PMOS管的电流IBIAS,第四PMOS管MP4的源极连接第三PMOS管MP3的漏极,其栅极为所述比较器模块的正输入端,其漏极连接第十二NMOS管MN12的漏极,第五PMOS管MP5的源极连接第三PMOS管MP3的漏极,其栅极为所述比较器模块的负输入端,其漏极连接第十三NMOS管MN13的漏极和第十四NMOS管MN14的栅极,第十二NMOS管MN12的栅漏短接,与第十三NMOS管MN13的栅极连接,其源极连接信号地,第十三NMOS管MN13的源极连接信号地,第十四NMOS管MN14的漏极连接第六PMOS管MP6的漏极、第九PMOS管MP9的源极和第十五NMOS管MN15的栅极,第九PMOS管MP9的栅极和漏极连接信号地,第十五NMOS管MN15的漏极连接第七、第八PMOS管MP7、MP8的漏极,为所述比较器模块的输出ZVS_out,其源极连接信号地,第八PMOS管MP8的栅极连接所述第一控制信号L1,其源极连接电源电压VCC,其漏极为所述比较器模块的输出ZVS_out。
检测过程开始时,来自Buck变换器的功率地PGND和经过分压处理后的开关节点SW的电压误差会分别输入到所述比较器模块的负输入端和正输入端,即第五PMOS管MP5的栅端和第四PMOS管MP4的栅端,当所述Buck变换器过零时,开关节点SW节点电压较低,与功率地PGND比较为低,所述比较器的输出ZVS_out逻辑电平为低,表示Buck变换器过零,逻辑输出关闭Buck变换器的下功率管,反之,若所述比较器的输出ZVS_out逻辑电平为高,则表示没有检测到Buck变换器的过零信号。所述比较器输入经过第三、四、五PMOS管MP3、MP4、MP5和第十二、第十三NMOS管MN12、MN13组成的五管差分放大器,输出到第十四NMOS管MN14的栅极,又经过由第十四NMOS管MN14和第六PMOS管MP6组成的共源极放大器,输出到第十五NMOS管MN15的栅端,最后经过第十五NMOS管的MN15和第七PMOS管MP7组成的共源极到输出端,ZVS_out。所述比较器有三级放大,保证了足够的增益,第九PMOS管MP9栅漏短接到地,是为了保证第十五NMOS管MN15的栅端电压最高不超过第九PMOS管MP9的栅源电压,在该处由逻辑高电平向逻辑低电平转换时有一个较快的转换速度。在Buck变换器的上功率管打开,下功率管关闭的时候,所述第一逻辑电平L1为低电平,第八PMOS管MP8打开,会把所述比较器模块的输出ZVS_out强制拉到高电平,不会产生过零信号,防止信号扰动误产生过零信号关闭下功率管,只有在Buck变换器的上功率管关闭,下功率管打开的时候才可能产生Buck变换器的过零信号,用于驱动后续的逻辑电路。
综上所述,相比于传统的过零检测比较模块,本发明提出的用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路可以减小由于工艺和温度所引起的产生过零信号的时机的误差,同时能够在保证在产生过零信号速度的同时减小静态电流的消耗,减小了功耗。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路,所述峰值电流模控制Buck变换器包括上功率管和下功率管,将上功率管和下功率管的连接点定义为开关节点;
所述过零检测电路包括采样模块、动态偏置模块和比较器模块;
所述采样模块用于在Buck变换器的上功率管关闭、下功率管打开时,采样Buck变换器的开关节点电压,经过与基准分压后,接入比较器模块的负输入端,Buck变换器信号的功率地接入比较器模块的正输入端;所述比较器模块用于比较Buck变换器的功率地和Buck变换器开关节点的信息并转换为高低电平来控制Buck变换器的下功率管是否关断,即比较器模块输出过零检测信号;所述动态偏置模块为比较器模块动态的提供偏置电流,在Buck变换器上功率管关闭,下功率管打开的时候,动态偏置模块产生偏置电流,在Buck变换器上功率管关闭,下功率管打开的时候,动态偏置模块不会为比较器模块提供偏置电流;
所述采样模块包括恒定偏置电流I1、第一PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第六电阻和第七电阻,其中第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管和第九NMOS管是高压管,
第一PMOS管的栅极连接一个参考电压,其源极连接恒定偏置电流I1和第一NMOS管的栅极,第一PMOS管的漏极连接信号地;
第一NMOS管的漏极连接电源电压,其源极连接第二NMOS管的漏极;
第二NMOS管的栅极连接第一控制信号,其源极连接第一电阻;
当Buck变换器的上功率管关闭、下功率管打开时,所述第一控制信号为高电平,当Buck变换器的上功率管打开、下功率管关闭时,所述第一控制信号为低电平;
第二电阻的一端连接第一电阻,第二电阻的另一端连接第九NMOS管的漏极和第六电阻的一端;
第六NMOS管的漏极连接Buck变换器的开关节点,其栅极连接所述第一控制信号,其源极连接第七NMOS管的漏极;
第七NMOS管的栅极连接所述第一控制信号,其漏极连接第八NMOS管的漏极;
第八NMOS管的栅极连接所述第一控制信号,其源极连接第九NMOS管的源极;
第九NMOS管的栅极连接所述第一控制信号;
第十NMOS管的栅极和漏极连接第六电阻的一端,接入比较器模块的负输入端,其源极连接信号地;
第七电阻的一端连接所述Buck变换器的功率地,其另一端连接第十一NMOS管的栅极和漏极,接入比较器模块的正输入端;
第十一NMOS管的源极连接信号地。
2.根据权利要求1所述的一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路,其特征在于,所述动态偏置模块包括第一电容、第二电容、第二PMOS管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管,
第二PMOS管的源极连接电源电压,其栅极和漏极连接,为比较器模块提供偏置电流;
第一电容的一端连接所述第一控制信号,其另一端连接第三NMOS管的栅极和第三电阻的一端;
第三电阻的另一端连接信号地;
第三NMOS管的漏极连接第二PMOS管的漏极跟栅极,其源极连接信号地;
第四电阻的一端连接所述第一控制信号,其另一端连接第四NMOS管的漏极和第五NMOS管的栅极;
第二电容的一端连接所述第一控制信号,其另一端连接第四NMOS管的漏极和第五NMOS管的栅极;
第四NMOS管的栅极连接第五NMOS管的源极和第五电阻的一端,第四NMOS管的源极连接信号地;
第五NMOS管的漏极连接第二PMOS管的栅极和漏极;
第五电阻的一端连接第四NMOS管的栅极和第五NMOS管的源极,其另一端连接信号地。
3.根据权利要求2所述的一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路,其特征在于,所述比较器模块的输入对管为第四PMOS管和第五PMOS管,第四PMOS管的栅极是比较器模块的正输入端,第五PMOS管的栅极是比较器模块的负输入端;
具体的,所述比较器模块包括第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管和第十五NMOS管,
第三PMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极,第三PMOS管的源极连接电源电压,其漏极连接第四PMOS管和第五PMOS管的源极;
第四PMOS管的栅极连接第六电阻的一端和第十NMOS管的栅极与漏极,第四PMOS管的漏极连接第十二NMOS管的栅极和漏极;
第五PMOS管的栅极连接第七电阻的一端和第十一NMOS管的栅极与漏极,第五PMOS管的漏极连接第十三NMOS管的漏极和第十四NMOS管的栅极;
第十二NMOS管的栅极和漏极连接第十三NMOS管的栅极,第十二NMOS管的源极连接信号地;
第十三NMOS管的源极连接信号地;
第六PMOS管的源极连接电源电压,其栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极,第六PMOS管的漏极连接第十四NMOS的漏极;
第十四NMOS管的源极连接信号地;
第九PMOS管的栅极和漏极连接信号地,其源极连接第六PMOS管的漏极和第十五NMOS管的栅极;
第七PMOS管的源极连接电源电压,其栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极,第七PMOS管的漏极连接第十五NMOS管的漏极;
第十五NMOS管的源极连接信号地;
第八PMOS管的源极连接电源电压,其栅极连接所述第一控制信号,其漏极连接第十五NMOS管的漏极。
CN202210048132.6A 2022-01-17 2022-01-17 一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路 Active CN114441842B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210048132.6A CN114441842B (zh) 2022-01-17 2022-01-17 一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210048132.6A CN114441842B (zh) 2022-01-17 2022-01-17 一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114441842A CN114441842A (zh) 2022-05-06
CN114441842B true CN114441842B (zh) 2023-05-02

Family

ID=81367467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210048132.6A Active CN114441842B (zh) 2022-01-17 2022-01-17 一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114441842B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115664395B (zh) * 2022-10-27 2023-11-10 深圳市时代创新科技有限公司 用于Boost变换器的高精度比较器以及Boost变换器
CN116935599B (zh) * 2023-09-14 2024-01-23 厦门优迅高速芯片有限公司 一种性能对工艺变化不敏感的报解警电路

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391719A (zh) * 1999-10-01 2003-01-15 在线能源供给公司 非饱和磁性元件功率变换器和浪涌保护
CN104009631A (zh) * 2014-04-03 2014-08-27 天津大学 采用脉冲辅助方法消除死区的降压型功率因数变换器
CN105305805A (zh) * 2014-07-23 2016-02-03 通用电气照明解决方案有限公司 功率因数修正装置
CN209105014U (zh) * 2018-09-25 2019-07-12 深圳市华芯邦科技有限公司 电感型开关电源转换器及其负载电流检测电路
WO2020061727A1 (zh) * 2018-09-25 2020-04-02 深圳市华芯邦科技有限公司 电感型开关电源转换器的负载电流检测方法及电路
CN110957894A (zh) * 2018-09-25 2020-04-03 深圳市华芯邦科技有限公司 电感型开关电源转换器的负载电流检测方法及电路
CA3116939A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 Mate. Llc Inrush current limited ac/dc power converter apparatus and method
CN111478563A (zh) * 2020-05-15 2020-07-31 电子科技大学 一种适用于buck变换器的过零检测电路
CN111900878A (zh) * 2020-08-06 2020-11-06 深圳市凯冠智能科技有限公司 增强瞬态特性的自适应迟滞控制变换器、控制方法及设备
CN112865511A (zh) * 2021-01-12 2021-05-28 南京理工大学 一种用于dcdc变换器的电流检测电路

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9685868B2 (en) * 2015-02-10 2017-06-20 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Synchronous rectifier for buck converter without the need for a comparator
US9831777B2 (en) * 2015-06-29 2017-11-28 Fairchild Korea Semicondcutor Ltd. Switch control circuit and converter including the same
US9774258B2 (en) * 2015-08-10 2017-09-26 Nxp Usa, Inc. Zero-current crossing detection circuits
US9948183B2 (en) * 2015-11-18 2018-04-17 Infineon Technologies Ag Current threshold detection in synchronous regulation
US11616439B2 (en) * 2018-10-02 2023-03-28 Texas Instruments Incorporated Dynamic biasing circuit for main comparator to improve load-transient and line-transient performance of buck converter in 100% mode
US11658572B2 (en) * 2020-06-11 2023-05-23 Intel Corporation Power field effect transistor topology and bootstrap circuit for inverting buck-boost DC-DC converter

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391719A (zh) * 1999-10-01 2003-01-15 在线能源供给公司 非饱和磁性元件功率变换器和浪涌保护
CN104009631A (zh) * 2014-04-03 2014-08-27 天津大学 采用脉冲辅助方法消除死区的降压型功率因数变换器
CN105305805A (zh) * 2014-07-23 2016-02-03 通用电气照明解决方案有限公司 功率因数修正装置
CN209105014U (zh) * 2018-09-25 2019-07-12 深圳市华芯邦科技有限公司 电感型开关电源转换器及其负载电流检测电路
WO2020061727A1 (zh) * 2018-09-25 2020-04-02 深圳市华芯邦科技有限公司 电感型开关电源转换器的负载电流检测方法及电路
CN110957894A (zh) * 2018-09-25 2020-04-03 深圳市华芯邦科技有限公司 电感型开关电源转换器的负载电流检测方法及电路
CA3116939A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 Mate. Llc Inrush current limited ac/dc power converter apparatus and method
CN111478563A (zh) * 2020-05-15 2020-07-31 电子科技大学 一种适用于buck变换器的过零检测电路
CN111900878A (zh) * 2020-08-06 2020-11-06 深圳市凯冠智能科技有限公司 增强瞬态特性的自适应迟滞控制变换器、控制方法及设备
CN112865511A (zh) * 2021-01-12 2021-05-28 南京理工大学 一种用于dcdc变换器的电流检测电路

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A 0.6 V Input CCM/DCM Operating Digital Buck Converter in 40 nm CMOS;Xin Zhang;《IEEE Journal of Solid-State Circuits》;第49卷(第11期);全文 *
一种超低压迟滞模式BUCK变换器的的研究与设计;许天辉;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》(第3期);全文 *
基于电流模控制的宽负载高效Buck变换器的设计;邹锐恒;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》(第1期);全文 *
应用于BLE设备的超低功耗Buck变换器的研究与设计;白雪彤;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》(第6期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114441842A (zh) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107493095B (zh) 硅基igbt和碳化硅肖特基二极管混合的栅驱动系统
CN114441842B (zh) 一种用于峰值电流模控制Buck变换器的过零检测电路
CN109379064B (zh) 一种电流比较器
CN108508951B (zh) 一种无片外电容的ldo稳压器电路
CN103546127A (zh) 一种失调存储的低功耗高速比较器
CN108717158B (zh) 一种适用于死区时间控制的负压检测电路
CN110729995B (zh) 一种电平转换电路及电平转换方法
CN111478563B (zh) 一种适用于buck变换器的过零检测电路
CN213934662U (zh) 一种无片外电容线性稳压电路
CN111398667A (zh) 一种过零检测电路
CN111313704A (zh) 一种用于带强制连续模式cot控制buck变换器的pwm比较器
US6924702B2 (en) Low supply voltage and self-biased high speed receiver
CN116827320B (zh) 一种快速响应的自适应电源转换电路
CN103956983A (zh) 一种具有嵌位功能的误差放大器
CN111510090B (zh) 一种高压摆率和宽输出范围的运算放大器
CN112953496B (zh) 一种高速动态比较器
CN111510118B (zh) 一种低功耗高速比较器
CN115167598A (zh) 电源电压选择电路
CN115085678A (zh) 一种减小系统失调的放大器
CN111103452B (zh) 一种分段线性自适应偏置的全波电感电流传感器
CN105511542A (zh) 一种应用于sar adc的电压缓冲器
CN113644901A (zh) 一种高速比较器电路
CN113110693A (zh) 一种适用于高压驱动的低压差线性稳压器
CN219875468U (zh) 一种自适应补偿延迟的电流比较电路及开关电源电路
CN114337619B (zh) 一种消除误翻转的反流比较器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant