CN114499116A - 用于变换器的过零状态检测装置及变换器装置 - Google Patents

用于变换器的过零状态检测装置及变换器装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于变换器的过零状态检测装置及变换器装置，所述变换器包括电耦合在输入端子与开关节点之间的第一类型功率开关、电耦合在开关节点与接地端子之间的第二类型功率开关、以及电耦合在开关节点与输出端子之间的电感器，所述过零状态检测装置包括：过零状态指示电路，被配置为根据分别施加到第一类型功率开关和第二类型功率开关的第一驱动信号和第二驱动信号，基于在第二类型功率开关关断之后且第一类型功率开关导通之前的开关节点处的电压，生成表示流过电感器的电感电流的过零状态的指示信号。本发明可以实现高效精确地对电感电流过零状态进行实时逐周期的监测，可以作为变换器在轻重负载下不同工作模式之间的切换依据。

Description

用于变换器的过零状态检测装置及变换器装置
技术领域
本发明属于电源管理技术领域，特别是涉及用于变换器的过零状态检测装置及变换器装置。
背景技术
Buck变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。
目前，在电池供电的便携式设备中，大家日益关注待机时长。设备的SOC系统在待机时的功耗越小，其待机时间也越长。作为系统上对不同器件进行供电的开关电源，此时则处于轻载工作，要求转换效率高。其中，可以实现高低压转换的BUCK变换器，要求工作于适用轻载的PFM模式或者Burst模式。而作为负载处于重载还是轻载的判断依据，主要分为两种检测方式：第一种，直接判断负载电流的大小，比如在功率支路上串接一个检测电阻或者在负载端串接一个检测电阻。第二种，通过判断电感电流在续流阶段是否降低到零或以下，间接判断负载电流的大小。
针对第一种检测方法，直接判断负载电流的大小，比如在功率支路上串接一个检测电阻或者在负载端串接一个检测电阻，额外引入的检测电阻会增加功率路径的阻抗，导致开关电源工作于重载时，传导损耗升高，转换效率降低。针对第二种检测方法，通过判断电感电流在续流阶段是否降低到零或以下，间接判断负载电流的大小，可以避免串接一个额外检测电阻，从而实现较高的转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供用于变换器的过零状态检测装置及变换器装置，用于实现变换器中电感电流过零状态的精确监测。
在第一方面，本发明的实施例提供一种用于变换器的过零状态检测装置。所述变换器包括电耦合在输入端子与开关节点之间的第一类型功率开关、电耦合在所述开关节点与接地端子之间的第二类型功率开关、以及电耦合在所述开关节点与输出端子之间的电感器，所述过零状态检测装置包括：过零状态指示电路，被配置为根据分别施加到所述第一类型功率开关和所述第二类型功率开关的第一驱动信号和第二驱动信号，基于在所述第二类型功率开关关断之后且所述第一类型功率开关导通之前的所述开关节点处的电压，生成表示流过所述电感器的电感电流的过零状态的指示信号。
于本发明的一实施例中，所述过零状态指示电路被配置为：如果所述开关节点处的电压为第一预定值，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及如果所述开关节点处的电压为第二预定值，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
于本发明的一实施例中，所述过零状态指示电路被配置为响应于所述第一驱动信号的有效边沿，生成表示在与所述第一驱动信号和所述第二驱动信号相对应的开关周期内所述电感电流是否过零的指示信号。
于本发明的一实施例中，还包括：晶体管，所述晶体管的控制端子与参考电压端子电耦合，所述晶体管的第一传导端子与所述开关节点电耦合，所述晶体管的第二传导端子与电源端子电耦合并且与所述过零状态指示电路的电耦合。
于本发明的一实施例中，所述过零状态指示电路被配置为：如果所述开关节点处的电压使所述晶体管关断使得所述晶体管的第二传导端子的输出电压被上拉为高电平，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及如果所述开关节点处的电压使所述晶体管导通使得所述晶体管的第二传导端子的输出电压被下拉为低电平，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
于本发明的一实施例中，所述过零状态指示电路包括：第一触发器，电耦合到所述晶体管的第二传导端子，并且被配置为基于所述第二驱动信号输出与所述晶体管的第二传导端子的输出电压相对应的中间信号；以及第二触发器，电耦合到所述第一触发器的输出端子，并且被配置为基于所述第一驱动信号输出与所述中间信号相对应的指示信号。
于本发明的一实施例中，所述过零状态指示电路包括：依次相连的第一反相器、第一触发器、第二触发器以及第二反相器；所述第一反相器对所述晶体管的第二传导端子的输出电压进行反相处理，以输出第一逻辑信号到所述第一触发器；所述第一触发器基于输入的所述第一逻辑信号输出第二逻辑信号到所述第二触发器；所述第二触发器接收基于所述第一驱动信号生成的延时逻辑信号，并且基于所述延时逻辑信号对所述第二逻辑信号的采样，以输出第三逻辑信号到所述第二反相器；所述第二反相器对所述第三逻辑信号进行反相处理，以输出用于指示所述电感电流的过零状态的指示信号。
于本发明的一实施例中，所述过零状态指示电路被配置为：当所述开关节点处的电压使得所述晶体管导通时，所述晶体管的第二传导端子的输出电压下拉为低电平，所述第一逻辑信号为高电平，所述第二逻辑信号为高电平，所述第三逻辑信号为高电平，从而生成低电平的指示信号，以指示所述电感电流大于零；当所述开关节点处的电压使得所述晶体管关断时，所述晶体管的第二传导端子的输出电压为电源电压，所述第一逻辑信号为低电平，所述第二逻辑信号为低电平，所述第三逻辑信号为低电平，从而生成高电平的指示信号，以指示所述电感电流小于零的事件发生。
于本发明的一实施例中，所述第一触发器接收基于所述第二驱动信号生成的复位逻辑信号，使得所述第一触发器基于所述复位逻辑信号对上一开关周期内所述第一类型功率开关关断后且所述第二类型功率开关导通前对所述第一触发器输出的第二逻辑信号进行复位。
于本发明的一实施例中，还包括电流源，所述电流源电耦合在所述晶体管的第二传导端子与所述电源端子之间。
于本发明的一实施例中，所述参考电压端子的参考电压小于与所述第一类型功率开关或所述第二类型功率开关并联寄生的第一续流二极管或第二续流二极管的导通电压。
于本发明的一实施例中，所述第一类型功率开关包括PMOS功率开关，所述第二类型功率开关包括NMOS功率开关。
于本发明的一实施例中，所述晶体管包括双极结型晶体管。
于本发明的一实施例中，所述过零状态指示电路被配置为：如果所述开关节点处的电压为所述输入端子的输入电压加上0.7V使得所述晶体管关断，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及如果所述开关节点处的电压为-0.7V使得所述晶体管导通，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
在第二方面，本发明的实施例还提供一种变换器装置。所述变换器装置包括：变换器，包括电耦合在输入端子与开关节点之间的第一类型功率开关、电耦合在所述开关节点与接地端子之间的第二类型功率开关、电耦合在所述开关节点与输出端子之间的电感器、电耦合到所述第一类型功率开关和所述第二类型功率开关的功率开关驱动电路、以及控制所述功率开关驱动电路的变换器环路控制电路；以及如上所述的过零状态检测装置。
通过根据本发明实施例的用于变换器的过零状态检测装置，可以实现高效精确地对电感电流过零状态进行实时逐周期的监测，间接判断当前变换器的实际输出负载大小，可以作为变换器在轻重负载下不同工作模式之间的切换依据。
附图说明
图1显示为现有技术中的BUCK变换器的检测电感电流过零的电路原理结构示意图。
图2显示为本发明的变换器的过零状态检测电路的电路原理结构示意图。
图3显示为本发明的过零状态检测电路的电路应用的变换器的电路原理结构示意图。
图4显示为本发明的变换器的过零状态检测电路中电感电流过零检测关键波形。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
图1示出了已有技术中常规的电感电流过零检测方案。如图1所示，ZCD(Zero-Current-Detect，过零检测)比较器CMP接入开关节点SM电压和GND端引入失调电压OS，通过ZCD(Zero Crossing Detector，零交叉检测仪)比较器CMP直接比较SW和GND的压差来实现判断。比较器CMP输出结果到电感电流监测控制，实现零交叉检测仪的过零检测。通常为了更精确的判断过零状态，需要额外引入一个失调电压Vos。设置Vos＝(Vout/L)*Tdly*Ron_mn，其中Vout为BUCK变换器的输出电压，L为BUCK变换器的功率电感，Tdly为ZCD比较器CMP的检测延时和驱动逻辑延时之和，Ron_mn为BUCK变换器续流开关PowerNMOS的导通阻抗。此时，可以很好的实现电感电流过零状态的精确检测。但是，实际情况是等式中的三个关键参数Tdly/L/Ron_mn受环境温度和工艺偏差的影响较大，导致过零状态的检测精度变差，不利于模式切换。而且，Tdly在常规制造工艺中，延时较大，往往会在100ns左右，因此传统检测方式，不大适用于高频的开关电源。
为了解决至少上述问题，根据本发明的实施例提供一种用于变换器的过零状态检测方案，用于实现变换器中电感电流过零状态的精确监测。根据本发明的实施例，通过直接监测开关节点处的续流阶段结束时的电压，即第二类型功率开关(例如NMOS功率开关)关断之后且第一类型功率开关(例如PMOS功率开关)导通之前的死区电压，结合各个功率开关的栅极驱动逻辑信号，来实现电感电流过零状态的精确监测，确定电感电流过零和非过零。以此方式，无需通过比较器和引入失调，能够较好实现电感电流过零状态的精确检测，且检测速度高效。
以下将详细阐述本发明的用于变换器的过零状态检测装置及变换器装置的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的构思。
图2是示出根据本发明实施例的用于变换器的过零状态检测装置200的框图。如图2所示，过零状态检测装置200包括过零状态指示电路202。
图3是示出根据本发明实施例的过零状态检测装置200被应用到的变换器装置300的框图。如图3所示，所述变换器包括：电耦合在输入端子与开关节点SW之间的第一类型功率开关M1、电耦合在所述开关节点SW与接地端子之间的第二类型功率开关、电耦合在所述开关节点SW与输出端子之间的电感器L、电耦合到所述第一类型功率开关M1和所述第二类型功率开关M2的功率开关驱动电路302、以及控制所述功率开关驱动电路302的变换器环路控制电路304。
优选地，所述第一类型功率开关M1例如为但不限于PMOS功率开关，所述第二类型功率开关M2例如为但不限于NMOS功率开关，本实施例以所述第一类型功率开关M1为PMOS功率开关，所述第二类型功率开关M2为NMOS功率开关为例进行说明。
其中，所述PMOS功率开关具有第一续流二极管D1，所述NMOS功率开关具有第二续流二极管D2，所述电感器L的第二端与所述PMOS功率开关、所述NMOS功率开关相连的点作为开关节点SW。其中，所述过零状态检测装置200基于所述开关节点SW的电压对电感器L的过零状态进行检测。
本实施例中，通过直接监测开关节点SW的续流阶段结束时，即NMOS功率开关关断之后且PMOS功率开关导通之前的死区电压，在电感器L电流过零和非过零的差别，并且结合NMOS功率开关、PMOS功率开关的栅极驱动逻辑，来实现电感器L电流过零状态的精确监测。
如图4，显示为电感器L电流分别在负载处于重载情况和负载处于轻载情况两种不同情况下的状态波形。
当负载较重时，电感器L电流始终大于零。在续流结束时，NMOS功率开关关断之后且PMOS功率开关导通前，电感器L电流顺时针方向，通过NMOS功率开关的二极管D2进行续流。此时开关节点SW的节点电压为NMOS功率开关中二极管的导通压降，通常为-0.7V左右。
当负载较轻时，在续流阶段，即PMOS功率开关关闭且NMOS功率开关导通期间，电感器L电流将从大于零变为小于零，此时电感电流方向从顺时针变为逆时针。在续流结束时，即NMOS功率开关关闭后且PMOS功率开关导通前，电感器L电流逆时针方向，通过PMOS功率开关的二极管D1进行续流。此时开关节点SW节点电压为输入电压VIN叠加一个二极管D1的导通压降，通常为VIN+0.7V左右。
即于本实施例中，当所述开关节点SW监测的电压使得三极管Q导通时，所述开关节点SW监测的电压为-0.7V；当所开关节点SW监测的电压使得三极管Q关断时，所述开关节点SW监测的电压为所述变换器的输入电压+0.7V。
以下对本实施例的过零状态检测装置200的电路原理结构进行详细说明。
于本实施例中，所述过零状态检测装置200包括：过零状态指示电路202；所述过零状态指示电路202被配置为根据分别施加到所述第一类型功率开关M1和所述第二类型功率开关M2的第一驱动信号GD_P和第一驱动信号GD_N，基于在所述第二类型功率开关M2关断之后且所述第一类型功率开关M1导通之前的所述开关节点SW处的电压，生成表示流过所述电感器的电感电流的过零状态的指示信号。
其中，施加到所述第一类型功率开关M1的第一驱动信号GD_P用于延时采样，以获取表示流过所述电感器的电感电流的过零状态的指示信号。具体地，所述过零状态指示电路202被配置为响应于所述第一驱动信号GD_P的有效边沿，生成表示在与所述第一驱动信号GD_P和所述第一驱动信号GD_N相对应的开关周期内所述电感电流是否过零的指示信号。
其中，施加到所述第二类型功率开关M2的第一驱动信号GD_N用于延时复位，以保证在每个开关周期内，对死区1阶段的开关节点SW电压检测正确。
具体地，所述过零状态指示电路202被配置为：如果所述开关节点SW处的电压为第一预定值，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及如果所述开关节点SW处的电压为第二预定值，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
于本实施例中，所述过零状态检测装置200还包括：晶体管Q，所述晶体管Q包括但不限于双极结型晶体管。
于本实施例中，所述晶体管Q的控制端子与参考电压端子电耦合，所述晶体管Q的第一传导端子与所述开关节点SW电耦合，所述晶体管Q的第二传导端子与电源端子电耦合并且与所述过零状态指示电路202的电耦合。
于本实施例中，还包括电流源Ib，所述电流源Ib电耦合在所述晶体管Q的第二传导端子与所述电源端子之间。
其中，如图2所示，于本实施例中，所述晶体管Q的控制端子为所述三极管Q的基极输出端子，所述第一传导端子为所述三极管Q的发射极输出端子，所述第二传导端子为所述三极管Q的集电极输出端子。
即本实施例中，所述三极管Q的发射极与所述开关节点SW电耦合，将所述开关节点SW监测的电压输入所述三极管Q的发射极，所述三极管Q的集电极接入电源端子(参考电流Ib)，所述三极管Q的基极接入参考电压Vb。
于本实施例中，所述参考电压端子的参考电压小于与所述第一类型功率开关M1或所述第二类型功率开关M2并联寄生的第一续流二极管或第二续流二极管的导通电压，且同时小于所述三极管Q的导通电压。
具体地，于本实施例中，图2中的所述参考电流Ib通过一与外接电源VDD相连的电流比较器输出，所述参考电压Vb小于所述第一续流二极管D1或所述第二续流二极管D2的导通电压，且同时小于三极管Q的导通电压。以此保证在电感电流正常续流阶段，即NMOS功率开关导通且PMOS功率开关关闭期间，不会让三极管Q导通而误触发检测逻辑输出。
如图3所示，三极管Q的基极接参考电压Vb，参考电压Vb必须小于所述NMOS功率开关或所述PMOS功率开关中二极管的导通压降，且同时小于三极管Q的导通电压，所述参考电压Vb例如为可以设置Vb＝100mV或者连接GND电压。三极管Q的集电极偏置一路参考电流Ib，参考电流Ib需要保证检测电压A能够快速翻转。
其中，在每个开关周期的基于在所述第二类型功率开关M2关断之后且所述第一类型功率开关M1导通之前的所述开关节点SW处的电压即为所述三极管Q的集电极的输出电压，本实施例中，将采集的所述三极管Q的集电极的输出电压作为检测电压，基于该检测电压确定所述电感器L的过零状态。
于本实施例中，所述过零状态指示电路202被配置为：如果所述开关节点SW处的电压使所述晶体管Q关断使得所述晶体管Q的第二传导端子的输出电压被上拉为高电平，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及如果所述开关节点SW处的电压使所述晶体管Q导通使得所述晶体管Q的第二传导端子的输出电压被下拉为低电平，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
具体地，于本实施例中，所述过零状态指示电路202被配置为：如果所述开关节点SW处的电压为所述输入端子的输入电压加上0.7V使得所述晶体管Q关断，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及如果所述开关节点SW处的电压为-0.7V使得所述晶体管Q导通，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
具体地，于本实施例中，所述过零状态指示电路202确定所述电感器L的过零状态包括：1)当所述开关节点SW监测的电压使得所述三极管Q关断时，所述三极管Q的集电极的输出电压被上拉为高电平，所述三极管Q的集电极的输出电压等于所述参考电流Ib，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号，确认所述电感器L电流小于零。即检测电压A指示为高电平，指示为参考电流Ib，确认所述电感器L电流大于零；2)当所述开关节点SW监测的电压使得所述三极管Q导通时，所述三极管Q的集电极的输出电压下拉为低电平，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号，确认所述电感器L电流大于零。即检测电压A指示为低电平，确认所述电感器L电流大于零。
于本实施例中，所述过零状态指示电路202包括：第一触发器D1和第二触发器D2。
其中，所述第一触发器D1电耦合到所述晶体管Q的第二传导端子，并且被配置为基于所述第一驱动信号GD_N输出与所述晶体管Q的第二传导端子的输出电压相对应的中间信号；所述第二触发器D2电耦合到所述第一触发器D1的输出端子，并且被配置为基于所述第一驱动信号GD_P输出与所述中间信号相对应的指示信号。
具体地，于本实施例中，所述第一触发器D1接收基于所述第一驱动信号GD_N生成的复位逻辑信号，使得所述第一触发器D1基于所述复位逻辑信号对上一开关周期内所述第一类型功率开关M1关断后且所述第二类型功率开关M2导通前对所述第一触发器D1输出的第二逻辑信号进行复位。
于本实施例中，所述过零状态指示电路202包括：依次相连的第一反相器K1、第一触发器D1、第二触发器D2以及第二反相器K2；所述第一反相器K1对所述晶体管Q的第二传导端子的输出电压进行反相处理，以输出第一逻辑信号到所述第一触发器D1；所述第一触发器D1基于输入的所述第一逻辑信号输出第二逻辑信号到所述第二触发器D2；所述第二触发器D2接收基于所述第一驱动信号GD_P生成的延时逻辑信号，并且基于所述延时逻辑信号对所述第二逻辑信号的采样，以输出第三逻辑信号到所述第二反相器K2；所述第二反相器K2对所述第三逻辑信号进行反相处理，以输出用于指示所述电感电流的过零状态的指示信号。
于本实施例中，所述过零状态指示电路202被配置为：当所述开关节点SW处的电压使得所述晶体管Q导通时，所述晶体管Q的第二传导端子的输出电压下拉为低电平，所述第一逻辑信号为高电平，所述第二逻辑信号为高电平，所述第三逻辑信号为高电平，从而生成低电平的指示信号，以指示所述电感电流大于零；当所述开关节点SW处的电压使得所述晶体管Q关断时，所述晶体管Q的第二传导端子的输出电压为电源电压，所述第一逻辑信号为低电平，所述第二逻辑信号为低电平，所述第三逻辑信号为低电平，从而生成高电平的指示信号，以指示所述电感电流小于零的事件发生。
图4是示出根据本发明实施例的过零状态检测装置200中与电感电流过零检测相关联的关键波形的示意图。如图4所示，变换器在每个开关周期会经历前后两个死区，即NMOS功率开关关断/GD_N＝L后且PMOS功率开关导通/GD_P＝L前的死区1和PMOS功率开关关断/GD_P＝H后且NMOS功率开关导通/GD_N＝H前的死区2。不管负载处于轻载还是重载，死区2的时候，电感器L电流都大于零，此时电流通过NMOS功率开关的二极管进行续流，开关节点SW电压都是约为-0.7V左右。
于本实施例中，以所述过零状态指示电路202包括依次相连的第一反相器K1、第一触发器D1、第二触发器D2以及第二反相器K2为例进行说明。
具体地，如图2所示，所述第一反相器K1对所述三极管Q的集电极的输出电压进行反相处理，输出第一逻辑信号B到所述第一触发器D1；所述第一触发器D1基于输入的所述第一逻辑信号B输出第二逻辑信号C到所述第二触发器D2；其中，基于所述PMOS功率开关的驱动逻辑信号生成延时逻辑信号R到所述第二触发器D2；所述第二触发器D2基于所述延时逻辑信号R对所述第二逻辑信号C的采样输出第三逻辑信号到所述第二反相器K2；所述第二反相器K2对所述第三逻辑信号进行反相处理，输出用于指示所述电感器L的过零状态的指示信号E。
具体地，于本实施例中，所述基于采集的所述三极管Q的集电极的输出电压确定所述电感器L的过零状态包括：1)当所述开关节点SW监测的电压使得所述三极管Q导通时，所述三极管Q的集电极的输出电压下拉为低电平，所述第一逻辑信号B为高电平，所述第二逻辑信号C为低电平，所述第三逻辑信号为高电平，所述电感器L的过零状态的指示信号E为低电平，指示所述电感器L电流大于零；2)当所述开关节点SW监测的电压使得所述三极管Q关断时，所述三极管Q的集电极的输出电压为电源电压，所述第一逻辑信号B为低电平，所述第二逻辑信号C为低电平，所述第三逻辑信号为低电平，所述电感器L的过零状态的指示信号E为高电平，指示所述电感器L电流小于零。
其中，于本实施例中，基于所述NMOS功率开关的驱动逻辑信号生成复位逻辑信号到所述第一触发器D1，以使得所述第一触发器D1基于所述复位逻辑信号对上一周期内所述PMOS功率开关关断后且所述NMOS功率开关导通前对所述第一触发器D1输出的第二逻辑信号C进行复位。
具体地，如图4所示，在死区1阶段：1)当电感器L电流>0A时，在死区1阶段的开关节点SW电压为-0.7V。此时三极管Q导通，将检测电压A下拉，检测电压A进第一反相器K1后输出的第一逻辑信号B产生一个上升沿，D1触发器输出第二逻辑信号C＝H。然后，通过PMOS功率开关的驱动逻辑GD_P延时产生的Get-Pulse逻辑D对第二逻辑信号C的电压进行采样，D2触发器输出第三逻辑信号，第三逻辑信号经过第二反相器K2一级反向后得到最终的指示电感器L电流过零状态的指示信号E＝L；2)当电感器L电流<0A时，在死区1阶段的开关节点SW电压为VIN+0.7V。此时三极管Q关断，检测电压A电压处于电源电压，此时第一逻辑信号B＝L，D1触发器输出第二逻辑信号C＝L，维持先前复位状态。然后，通过功率PMOS的驱动逻辑GD_P延时产生的Get-Pulse逻辑D对C电压进行采样，D2触发器输出第三逻辑信号，第三逻辑信号且经过一级反向后得到最终的指示电感器L过零状态的指示信号E＝H。
D1触发器的复位逻辑R，NMOS功率开关的驱动逻辑GD_N经过延时产生的Reset-Pulse R，用于对死区2阶段的开关节点SW电压对D1触发器输出C的复位，保证在每个开关周期内，对死区1阶段的开关节点SW电压检测正确。
因此，在每个开关周期内，检测到的电感器L过零状态指示信号E＝H，表示电感器L电流发生小于零事件，即代表此时负载处于低轻状态。所以本实施例的变换器的过零状态检测装置200的电路无需通过比较器和引入失调，能够较好的实现电感器L电流过零状态的精确检测，且检测速度高效。适合于高频的PWM模式工作时，对负载电流状态的实时监测，以实现良好的轻重载不同工作模式切换。
此外，如图3所示，本实施例还提供一种变换器装置300，所述变换器装置300包括：变换器和如上所述的变换器的过零状态检测装置200，其中，所述变换器为但不限于BUCK变换器、BOOST变换器等。
于本实施例中，所述变换器包括：电耦合在输入端子与开关节点SW之间的第一类型功率开关M1、电耦合在所述开关节点SW与接地端子之间的第二类型功率开关M2、电耦合在所述开关节点SW与输出端子之间的电感器L、电耦合到所述第一类型功率开关M1和所述第二类型功率开关M2的功率开关驱动电路302、以及控制所述功率开关驱动电路302的变换器环路控制电路304。上述已经对所述变换器的过零状态检测装置200进行了详细说明，在此不再赘述。
综上所述，通过根据本发明实施例的用于变换器的过零状态检测装置，可以实现高效精确地对电感电流过零状态进行实时逐周期的监测，间接判断当前变换器的实际输出负载大小，可以作为变换器在轻重负载下不同工作模式之间的切换依据。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种用于变换器的过零状态检测装置，所述变换器包括电耦合在输入端子与开关节点之间的第一类型功率开关、电耦合在所述开关节点与接地端子之间的第二类型功率开关、以及电耦合在所述开关节点与输出端子之间的电感器，其特征在于，所述过零状态检测装置包括：
过零状态指示电路，被配置为根据分别施加到所述第一类型功率开关和所述第二类型功率开关的第一驱动信号和第二驱动信号，基于在所述第二类型功率开关关断之后且所述第一类型功率开关导通之前的所述开关节点处的电压，生成表示流过所述电感器的电感电流的过零状态的指示信号。
2.根据权利要求1所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述过零状态指示电路被配置为：
如果所述开关节点处的电压为第一预定值，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及
如果所述开关节点处的电压为第二预定值，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
3.根据权利要求1所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述过零状态指示电路被配置为响应于所述第一驱动信号的有效边沿，生成表示在与所述第一驱动信号和所述第二驱动信号相对应的开关周期内所述电感电流是否过零的指示信号。
4.根据权利要求1所述的过零状态检测装置，其特征在于，还包括：
晶体管，所述晶体管的控制端子与参考电压端子电耦合，所述晶体管的第一传导端子与所述开关节点电耦合，所述晶体管的第二传导端子与电源端子电耦合并且与所述过零状态指示电路的电耦合。
5.根据权利要求4所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述过零状态指示电路被配置为：
如果所述开关节点处的电压使所述晶体管关断使得所述晶体管的第二传导端子的输出电压被上拉为高电平，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及
如果所述开关节点处的电压使所述晶体管导通使得所述晶体管的第二传导端子的输出电压被下拉为低电平，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
6.根据权利要求4所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述过零状态指示电路包括：
第一触发器，电耦合到所述晶体管的第二传导端子，并且被配置为基于所述第二驱动信号输出与所述晶体管的第二传导端子的输出电压相对应的中间信号；以及
第二触发器，电耦合到所述第一触发器的输出端子，并且被配置为基于所述第一驱动信号输出与所述中间信号相对应的指示信号。
7.根据权利要求4所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述过零状态指示电路包括：依次相连的第一反相器、第一触发器、第二触发器以及第二反相器；
所述第一反相器对所述晶体管的第二传导端子的输出电压进行反相处理，以输出第一逻辑信号到所述第一触发器；
所述第一触发器基于输入的所述第一逻辑信号输出第二逻辑信号到所述第二触发器；
所述第二触发器接收基于所述第一驱动信号生成的延时逻辑信号，并且基于所述延时逻辑信号对所述第二逻辑信号的采样，以输出第三逻辑信号到所述第二反相器；
所述第二反相器对所述第三逻辑信号进行反相处理，以输出用于指示所述电感电流的过零状态的指示信号。
8.根据权利要求7所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述过零状态指示电路被配置为：
当所述开关节点处的电压使得所述晶体管导通时，所述晶体管的第二传导端子的输出电压下拉为低电平，所述第一逻辑信号为高电平，所述第二逻辑信号为高电平，所述第三逻辑信号为高电平，从而生成低电平的指示信号，以指示所述电感电流大于零；
当所述开关节点处的电压使得所述晶体管关断时，所述晶体管的第二传导端子的输出电压为电源电压，所述第一逻辑信号为低电平，所述第二逻辑信号为低电平，所述第三逻辑信号为低电平，从而生成高电平的指示信号，以指示所述电感电流小于零的事件发生。
9.根据权利要求7所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述第一触发器接收基于所述第二驱动信号生成的复位逻辑信号，使得所述第一触发器基于所述复位逻辑信号对上一开关周期内所述第一类型功率开关关断后且所述第二类型功率开关导通前对所述第一触发器输出的第二逻辑信号进行复位。
10.根据权利要求4所述的过零状态检测装置，其特征在于，还包括电流源，所述电流源电耦合在所述晶体管的第二传导端子与所述电源端子之间。
11.根据权利要求4所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述参考电压端子的参考电压小于与所述第一类型功率开关或所述第二类型功率开关并联寄生的第一续流二极管或第二续流二极管的导通电压。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述第一类型功率开关包括PMOS功率开关，所述第二类型功率开关包括NMOS功率开关。
13.根据权利要求12所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述晶体管包括双极结型晶体管。
14.根据权利要求13所述的过零状态检测装置，其特征在于，所述过零状态指示电路被配置为：
如果所述开关节点处的电压为所述输入端子的输入电压加上0.7V使得所述晶体管关断，则生成表示所述电感电流小于零的事件发生的第一指示信号；以及
如果所述开关节点处的电压为-0.7V使得所述晶体管导通，则生成表示所述电感电流小于零的事件未发生的第二指示信号。
15.一种变换器装置，其特征在于，所述变换器装置包括：
变换器，包括电耦合在输入端子与开关节点之间的第一类型功率开关、电耦合在所述开关节点与接地端子之间的第二类型功率开关、电耦合在所述开关节点与输出端子之间的电感器、电耦合到所述第一类型功率开关和所述第二类型功率开关的功率开关驱动电路、以及控制所述功率开关驱动电路的变换器环路控制电路；以及
根据权利要求1至14中任一项所述的过零状态检测装置。
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