CN211293056U - 一种过零检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过零检测电路，包括包括功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2、比较器AMP、电流源I1、电流源I2、电感L和电容COUT，当功率管NFET导通后，电流的流通方向是，GND→NFET→LX→电感L→V_OUT这个顺序，还包括电阻R1，所述电阻R1一端与比较器AMP的负极输入端连接，所述电阻R1的另一端连接在电感L与电容COUT之间，本申请通过对过零电路进行改进，将V_OUT引入电路内部，通过电阻R1来给过零检测电路的输入提供随V_OUT变化的电流，从而使得不同应用下ZCD电路的翻转阈值一直处于最佳状态。

Description

一种过零检测电路

技术领域

本实用新型涉及DC-DC同步降压电源领域，特别涉及一种过零检测电路。

背景技术

过零检测电路(ZCD)是DC-DC同步降压电源中一种非常普遍电路，作用是检测下功率管内中的电流，当功率管电流接近0时发出过零信号，使芯片逻辑关闭功率管。

图2为DC-DC同步降压电源原理图，如图2所示，包括DC-DC同步降压模块，DC-DC同步降压模块包括过零检测电路，所述过零检测电路包括功率管NFET，所述DC-DC同步降压模块外部连接有工作电感L，上述降压电源的输入电压记为VIN，输出电压记为V_OUT，过零检测就是检测功率管NFET的电流，实际上从ZCD检测电流为0到芯片关闭功率管NFET有一个延时T_D，这样功率管NFET的电流会有一个过冲，大小如下公式：

上述ΔI代表过冲电流大小，V_OUT为输出电压，L为电感大小；

由于存在过冲，芯片设计时会在电流未到零时输出过零信号，使得输出V_OUT上的能量不会因延迟而泄放到GND，影响效率。

但是还有一个问题，V_OUT的电压改变会导致ΔI变化，V_OUT变大ΔI变大，对于V_OUT可设置的芯片来说，只有一种V_OUT电压是刚刚好的，其他应用都会出现ZCD阈值过大或过小的问题，近些年来DC-DC市场一直追求小面积高频率，减小电感来实现降低成本的目的。这使得ΔI变大，对效率也有更大的影响，ZCD阈值更加不好设定。

现有的过零检测电路原理如图3所示，包括功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2、比较器AMP、电流源I1、电流源I2、电感L和电容COUT，所述功率管NFET的源极接地，所述功率管NFET的漏极与N2的源极连接，所述比例镜像管N1的漏极与电流源I1的正极连接，所述比例镜像管N1的源极接地，所述比例镜像管N2的漏极连接电流源I2的正极，所述功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2的栅极分别与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的正极输入端连接至电流源I1的正极，所述比较器AMP的负极输入端连接至电流源I2的正极，所述比较器AMP的正极与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的负极接地，所述电感L的一端通过电容COUT接地，所述电感L的另一端与功率管NFET的漏极连接，电流源I₂稍稍比电流源I₁大一些，使得ZCD阈值稍大于0，当NFET导通后，电流的流通方向是，GND→NFET→LX→电感L→V_OUT这个顺序，此时LX的电位比GND的电位低，随着电流的越来越小，LX与GND的差值越来越小，电流接近0时LX与GND基本相等，比较器AMP的输入：

V_{SNS_GND}＝I₁×R_{DSON_N1} (式-2)

V_{SNS_LX}＝I₂×R_{DSON_N2}+V_LX (式-3)

R_{DSON_N1}和R_{DSON_N2}是比例镜像管N1和N2的导通电阻，N1与N2尺寸相同，R_{DSON_N1}和R_{DSON_N2}也相同，V_{SNS_LX}为比较器AMP的负极输入端的电压大小，V_{SNS_GND}为比较器AMP的正极输入端的电压大小；

当V_{SNS_LX}超过V_{SNS_GND}时比较器AMP输出翻转，ZCD信号变为高，由此得到

V_LX＝(I₁-I₂)×R_{DSON_N2} (式-4)

所述V_LX为电感L与功率管NFET的漏极连接点的电压大小；

V_LX所对应的功率管NFET电流公式为：

-V_LX＝R_{DSON_NFET}×I_{NFET_TH} (式-5)

由(式-4)和(式-5)得到：

功率管NFET和比例镜像管N2的尺寸比例是M：1，其导通电阻的比例为：

R_{DSON_N2}：R_{DSON_NFET}＝M：1，

I_{NFET_TH}是ZCD电路的翻转阈值，这个值为芯片内部设定的；

对于芯片延迟导致的电流过冲来说，电感和延时不变的情况下，VOUT越大，过冲电流越多，而ZCD翻转阈值是固定的，所以只有在特定的VOUT下，才存在理想的ZCD翻转阈值，过大或者过小的VOUT都会导致效率的下降。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种会随V_OUT变化而改变ZCD翻转阈值的过零检测电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种过零检测电路，包括功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2、比较器AMP、电流源I1、电流源I2、电感L和电容COUT，所述功率管NFET的源极接地，所述功率管NFET的漏极与N2的源极连接，所述比例镜像管N1的漏极与电流源I1的正极连接，所述比例镜像管N1的源极接地，所述比例镜像管N2的漏极连接电流源I2的正极，所述功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2的栅极分别与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的正极输入端连接至电流源I1的正极，所述比较器AMP的负极输入端连接至电流源I2的正极，所述比较器AMP的正极与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的负极接地，所述电感L的一端通过电容COUT接地，所述电感L的另一端与功率管NFET的漏极连接，还包括电阻R1，所述电阻R1一端与比较器AMP的负极输入端连接，所述电阻R1的另一端连接在电感L与电容COUT之间。

本实用新型的有益效果是：本电路结构使得ZCD翻转阈值会随VOUT的变化而变化，从而使得不同应用下ZCD阈值一直处于最佳状态。

附图说明

图1为本实用新型的过零检测电路图。

图2为DC-DC同步降压电源原理图。

图3为现有技术的过零检测电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的一种过零检测电路，包括功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2、比较器AMP、电流源I1、电流源I2、电感L和电容COUT，所述功率管NFET的源极接地，所述功率管NFET的漏极与N2的源极连接，所述比例镜像管N1的漏极与电流源I1的正极连接，所述比例镜像管N1的源极接地，所述比例镜像管N2的漏极连接电流源I2的正极，所述功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2的栅极分别与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的正极输入端连接至电流源I1的正极，所述比较器AMP的负极输入端连接至电流源I2的正极，所述比较器AMP的正极与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的负极接地，所述电感L的一端通过电容COUT接地，所述电感L的另一端与功率管NFET的漏极连接，还包括电阻R1，所述电阻R1一端与比较器AMP的负极输入端连接，所述电阻R1的另一端连接在电感L与电容COUT之间，

当NFET导通后，电流的流通方向是，GND→NFET→LX→电感L→V_OUT这个顺序，此时LX的电位比GND的电位低，随着电流的越来越小，LX与GND的差值越来越小，电流接近0时LX与GND基本相等，比较器AMP的输入：

V_{SNS_GND}＝I₁×R_{DSON_N1} (式-2)

V_{SNS_LX}＝I₂×R_{DSON_N2}+V_LX (式-3)

R_{DSON_N1}和R_{DSON_N2}是比例镜像管N1和N2的导通电阻，N1与N2尺寸相同，R_{DSON_N1}和R_{DSON_N2}也相同，V_{SNS_LX}为比较器AMP的负极输入端的电压大小，V_{SNS_GND}为比较器AMP的正极输入端的电压大小；

当V_{SNS_LX}超过V_{SNS_GND}时比较器AMP输出翻转，ZCD信号变为高，

V_OUT远远大于V_{SNS_LX}，所以可以忽略公式右侧的V_{SNS_LX}，得到：

由(式-9)和(式-2)得到：

上述功率管NFET和比例镜像管N2的尺寸比例是M：1，其导通电阻的比例为：

R_{DSON_N2}：R_{DSON_NFET}＝M：1，

所述V_LX为电感L与功率管NFET的漏极连接点的电压大小；

V_LX所对应的NFET电流转换公式为：

-V_LX＝R_{DSON_NFET}×I_{NFET_TH} (式-5)

由(式-10)和(式-5)得到：

从而使得ZCD电路的翻转阈值I_{NFET_TH}可根据V_OUT的变化而变化，

根据图1的DC-DC同步降压原理图功率管NFET的电流会有一个过冲，大小如下公式：

使得过冲电流△I与I_{NFET_TH}相等得到:

假设I₁＝I₂得到:

消掉V_OUT，得到:

因此，过冲电流△I与I_{NFET_TH}均会随V_OUT的变化而变化，但其比例固定，不会随V_OUT的变化而变化，

一般情况下，对于一款芯片来说，无论什么应用，最佳工作电感是不变的，从而实现了过零检测最优化设计。

本申请通过对过零电路进行改进，将V_OUT引入电路内部，通过电阻R1来给过零检测电路的输入提供随V_OUT变化的电流，从而使得不同应用下ZCD电路的翻转阈值一直处于最佳状态。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种过零检测电路，包括功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2、比较器AMP、电流源I1、电流源I2、电感L和电容COUT，所述功率管NFET的源极接地，所述功率管NFET的漏极与N2的源极连接，所述比例镜像管N1的漏极与电流源I1的正极连接，所述比例镜像管N1的源极接地，所述比例镜像管N2的漏极连接电流源I2的正极，所述功率管NFET、比例镜像管N1、比例镜像管N2的栅极分别与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的正极输入端连接至电流源I1的正极，所述比较器AMP的负极输入端连接至电流源I2的正极，所述比较器AMP的正极与电流源I1和电流源I2的负极连接，所述比较器AMP的负极接地，所述电感L的一端通过电容COUT接地，所述电感L的另一端与功率管NFET的漏极连接，其特征在于：

还包括电阻R1，所述电阻R1一端与比较器AMP的负极输入端连接，所述电阻R1的另一端连接在电感L与电容COUT之间。

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