TW201639286A - 零電流偵測電路及其相關同步交換式電源轉換器與方法 - Google Patents

零電流偵測電路及其相關同步交換式電源轉換器與方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201639286A
TW201639286A TW104112268A TW104112268A TW201639286A TW 201639286 A TW201639286 A TW 201639286A TW 104112268 A TW104112268 A TW 104112268A TW 104112268 A TW104112268 A TW 104112268A TW 201639286 A TW201639286 A TW 201639286A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
zero current
control bit
comparison result
coupled
zero
Prior art date
Application number
TW104112268A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI560984B (en
Inventor
陳志源
顏子揚
Original Assignee
茂達電子股份有限公司
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 茂達電子股份有限公司 filed Critical 茂達電子股份有限公司
Priority to TW104112268A priority Critical patent/TWI560984B/zh
Priority to US14/842,813 priority patent/US9564809B2/en
Publication of TW201639286A publication Critical patent/TW201639286A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI560984B publication Critical patent/TWI560984B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H02M3/1588Conversion 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 comprising at least one synchronous rectifier element
    • 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
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一種零電流偵測電路,包含一第一零電流比較器,用來判斷一同步交換式電源轉換器之一電感上之電流變化,以輸出一零電流訊號關閉該同步交換式電源轉換器之一下橋電晶體;一第二零電流比較器,用來判斷該第一零電流比較器是否過早或過晚關閉該下橋電晶體,並輸出一比較結果;一計數器,用來根據該比較結果向上遞增或向下遞減一控制位元;以及一可調式延遲單元,耦接於該第一零電流比較器以及該計數器,用來根據該控制位元調整一延遲時間,並根據該延遲時間延遲並輸出該零電流訊號以利用延遲來補償該第一比較器之一負偏移電壓。

Description

零電流偵測電路及其相關同步交換式電源轉換器與方法
本發明係指一種零電流偵測電路及同步交換式電源轉換器,尤指一種可提高電源轉換效率的零電流偵測電路及同步交換式電源轉換器。
交換式電源轉換器(switching power converter)係一種透過開關切換,達到電源轉換目的的電子裝置,廣汎地用於需電源供應之電子產品中。其中,對於以電感為基礎的同步交換式電源轉換器(synchronous switching power converter)來說,其轉換效率在輕載時,可透過非連續模式(discontinuous mode)來提升。舉例來說,第1圖係為一同步交換式電源轉換器10之示意圖。電源轉換器10操作於非連續模式,使一電感104上之電流不會變成負值。當一上橋電晶體101導通時,電感104充電。當一下橋電晶體102導通時,電感104放電而使通過的電流逐漸降低至零。當電感104流通的電流降為零時,下橋電晶體102需馬上關閉,讓電感104上之電流不會變成負值。
若下橋電晶體102未準確地在電感104上之電流降低至零時關閉,則電源轉換器10於非連續模式下之效率將會降低。例如,若下橋電晶體102在流經電感104之電流降低為零之前關閉,則下橋電晶體102之本體二極體(body diode)會導通,造成傳導損失而使效率降低。若下橋電晶體102在 流經電感104之電流降低為零之後關閉,則在一節點SW之電壓會突然提升,而使下橋電晶體102產生切換損失,同樣會使效率降低。
因此,準確地將下橋電晶體102關閉,以讓電感104上之電流降低為零同時避免成為負值,對於電源轉換器10來說是極為重要的設計要求。先前技術係利用量測一電阻RS上之電壓,來判斷電感104上之電流是否降低為零。當一控制電路108中之一比較器106量測到電阻RS上之電壓降低至零時,比較器106之輸出會轉態,而使控制電路108輸出一訊號,來關閉下橋電晶體102。
理想上,當電感104所流經之電流降低為零時,下橋電晶體102關閉,以限制電源轉換器10之傳導與切換損失。然而,實際上,比較器106會有偏移電壓(offset voltage),而無法正確判斷電阻RS上之電壓降低為零的時刻,進而使得下橋電晶體102無法準確地在電感104所流經之電流降低為零時關閉,而無法有效地降低電源轉換器10之傳導損失與切換損失。
因此,本發明之主要目的在於提供一種零電流偵測電路,以正確偵測一電感上之電流為零之時刻。
本發明揭露一種零電流偵測電路。該零電流偵測電路包含一第一零電流比較器,用來判斷一同步交換式電源轉換器之一電感上之電流變化,以輸出一零電流訊號關閉該同步交換式電源轉換器之一下橋電晶體;一第二零電流比較器,用來判斷該第一零電流比較器是否過早或過晚關閉該下橋電晶體,並輸出一比較結果;一計數器,耦接於該第二零電流比較器,用來根據該比較結果向上遞增或向下遞減一控制位元;以及一可調式延遲單元,耦 接於該第一零電流比較器以及該計數器,用來根據該控制位元調整一延遲時間,並根據該延遲時間延遲並輸出該零電流訊號以利用延遲來補償該第一比較器之一負偏移電壓。
本發明另揭露一種具零電流偵測之同步交換式電源轉換器。該同步交換式電源轉換器包含一上橋電晶體、一下橋電晶體、一電感以及一零電流偵測電路。該上橋電晶體包含一第一端,耦接於一輸入電源;一第二端;以及一第三端,用來接收一開啟訊號。該下橋電晶體包含一第一端,耦接於一地端;一第二端,耦接於該上橋電晶體之該第二端;以及一第三端,用來接收一關閉訊號。該電感耦接於該下橋電晶體之該第二端與一輸出電容之間。該零電流偵測電路包含一第一零電流比較器,用來判斷一同步交換式電源轉換器之一電感上之電流變化,以輸出一零電流訊號關閉該同步交換式電源轉換器之一下橋電晶體;一第二零電流比較器,用來判斷該第一零電流比較器是否過早或過晚關閉該下橋電晶體,並輸出一比較結果;一計數器,耦接於該第二零電流比較器,用來根據該比較結果向上遞增或向下遞減一控制位元;以及一可調式延遲單元,耦接於該第一零電流比較器以及該計數器,用來根據該控制位元調整一延遲時間,並根據該延遲時間延遲並輸出該零電流訊號以利用延遲來補償該第一比較器之一負偏移電壓。
本發明另揭露一種用於一同步交換式電源轉換器中偵測零電流之方法,該方法包含判斷一同步交換式電源轉換器之一電感上之電流變化,以輸出一零電流訊號關閉該同步交換式電源轉換器之一下橋電晶體;判斷該下橋電晶體是否過早或過晚關閉,並輸出一比較結果;根據該比較結果向上遞增或向下遞減一控制位元;以及根據該控制位元調整一延遲時間,並根據該延遲時間延遲並輸出該零電流訊號以利用延遲來補償該第一比較器之一負偏移電壓。
10、50、60‧‧‧電源轉換器
101、102、510、520‧‧‧電晶體
104、530‧‧‧電感
106、Cmp1、Cmp2、Cmp1’‧‧‧比較器
108‧‧‧控制電路
540、640‧‧‧零電流偵測電路
541‧‧‧計數器
542‧‧‧可調式電壓源
543‧‧‧邏輯電路
950‧‧‧可調式延遲單元
Dly‧‧‧延遲單元
SON‧‧‧開啟訊號
ZC、ZC’‧‧‧零電流訊號
Ctrl_bit‧‧‧控制位元
Voffset‧‧‧偏移電壓
Rcomp‧‧‧比較結果
SW‧‧‧節點
Vref、VIN、VOUT、VSW‧‧‧電壓
COUT‧‧‧電容
RS‧‧‧電阻
第1圖為習知一同步交換式電源轉換器之示意圖。
第2圖說明第1圖之下橋電晶體於電感電流降為零之前關閉之時序圖。
第3圖說明第1圖之下橋電晶體正好於電感電流降為零時關閉之時序圖。
第4圖說明第1圖之下橋電晶體於電感電流降為零之後關閉之時序圖。
第5圖係為本發明實施例一同步交換式電源轉換器之示意圖。
第6圖係為本發明實施例另一同步交換式電源轉換器之示意圖。
請參考第2、3、4圖。第2、3、4圖分別說明第1圖中下橋電晶體102之關閉時刻與節點SW之電壓VSW的關係。第2圖係下橋電晶體102在電感104之電流降為零之前就關閉之時序圖,第3圖係下橋電晶體102正好在電感104之電流降為零時關閉之時序圖,第4圖係下橋電晶體102在電感104之流降為零之後才關閉之時序圖。從第2圖可看出,若下橋電晶體102過早關閉,亦即電感104之電流仍未降低為零,此時電感104之電流會透過電晶體102之本體二極體流至輸入電源,則節點SW上之電壓VSW(下稱為電感電壓VSW)會在下橋電晶體102關閉時突然驟升(VIN+VD,VD為上橋電晶體101之本體二極體之順向電壓,如0.7伏特)。從第3圖可看出,若下橋電晶體102正好在電感104之電流降低為零時關閉,則電感電壓VSW亦會為零。從第4圖可看出,若下橋電晶體102過晚關閉,亦即電感104之電流已降低至負值,此時電感104之電流會透過電晶體102之本體二極體流至地端,則電感電壓VSW降低至-VD,如-0.7伏特。因此,可根據第2、3、4圖,從電感電壓VSW的高低,來判斷下橋電晶體102關閉的時刻是否過早或過晚。簡言之,下橋電晶體102關閉之時刻需落於電感電壓VSW為0伏特的區間內,才 不致使電源轉換器200之效率下降。
請參考第5圖,第5圖係為說明本發明之同步交換式電源轉換器50之示意圖。電源轉換器50包含一上橋電晶體510、一下橋電晶體520、一電感530、一輸出電容COUT,以及一零電流偵測電路540。較佳地,上橋電晶體510以及下橋電晶體520可為金屬氧化半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。上橋電晶體510之汲極耦接於一輸入電源VIN,閘極接收一開啟訊號SON,而源極耦接於一節點SW。下橋電晶體520之汲極耦接於節點SW,源極接地,而閘極則接收一關閉訊號S。電感530耦接於節點SW與一輸出電容COUT,用以輸出電源VOUT。零電流偵測電路540包含一零電流比較器Cmp1、一零電流比較器Cmp2、一計數器541以及一可調式電壓源542。零電流比較器Cmp1用來判斷電感530上之電流變化,以關閉下橋電晶體520。零電流比較器Cmp1之一正輸入端耦接於節點SW,用來偵測電感530之電流變化,而一負輸入端則耦接於可調式電壓源542以及一輸出端,用來輸出一零電流訊號ZC,以關閉下橋電晶體520。零電流比較器Cmp2用來判斷零電流比較器Cmp1是否過早或過晚關閉下橋電晶體520,並輸出一比較結果Rcomp。詳細來說,零電流比較器Cmp2之正輸入端耦接於節點SW,用來偵測電感530上之電流變化;零電流比較器Cmp2之負輸入端則耦接於一參考電壓Vref;而零電流比較器Cmp2之輸出端耦接於計數器541,用來根據參考電壓Vref以及電感530上之電流變化輸出比較結果Rcomp至計數器541。計數器541耦接於零電流比較器Cmp2,用來根據比較結果Rcomp向上遞增或向下遞減一控制位元Ctrl_bit。可調式電壓源542耦接於零電流比較器Cmp1以及計數器541,用來根據控制位元Ctrl_bit調整一偏移電壓Voffset
簡單來說,本發明之零電流偵測電路利用零電流比較器Cmp1執 行零電流之判斷,而將下橋電晶體520關閉。接著,利用零電流比較器Cmp2判斷零電流比較器Cmp1是否過早或過晚關閉下橋電晶體520,以調整零電流比較器Cmp1比較零電流之基準,藉此消除零電流比較器Cmp1的偏移電壓,使得零電流比較器Cmp1能準確地判斷電感530上電流降低為零的時刻,以控制下橋電晶體520關閉時間,如此便能提高電源轉換器50的效率。
此外,零電流偵測電路540另包含有一延遲單元Dly以及一邏輯電路543。延遲單元Dly耦接於邏輯電路543之輸出端以及計數器541之時脈輸入,用來控制計數器541向上計數或向下計數之時序。邏輯電路543耦接於零電流比較器Cmp1之輸出端,根據開啟訊號SON以及零電流訊號ZC,執行一邏輯運算以產生關閉訊號S。較佳地,邏輯電路543可為一反或閘(NORGate)。因此,本發明之零電流偵測電路之詳細操作原理可敘述如下。
上橋電晶體510接收開啟訊號SON,用以控制輸入電源VIN與節點SW的連結。下橋電晶體520則根據零電流偵測電路540所輸出的訊號,控制節點SW與地端間的連結。當零電流比較器Cmp1偵測到電感530上的電流降為零時,輸出零電流訊號ZC,並透過邏輯電路543來關閉下橋電晶體520。換句話說,當零電流比較器Cmp1之正輸入端之電壓低於負輸入端之電壓時,零電流比較器Cmp1輸出一低準位的零電流訊號ZC,並透過邏輯電路543,關閉下橋電晶體520。在下橋電晶體520關閉後,零電流比較器Comp2比較節點SW之電壓值VSW與參考電壓Vref,藉此判斷零電流比較器Cmp1是否過早或過晚關閉下橋電晶體520,進一步地輸出比較結果Rcomp以調整偏移電壓Voffset。較佳地,參考電壓Vref可設定為零伏特。當節點SW之電壓值VSW小於參考電壓Vref時,零電流比較器Comp2判斷下橋電晶體520過晚關閉,並輸出低準位的比較結果Rcomp至計數器541。計數器541在接收到低準位的比較結果Rcomp後,向上計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞增。在此情 況下,可調式電壓源542根據控制位元Ctrl_bit調高偏移電壓Voffset。當節點SW之電壓值VSW大於參考電壓Vref時,零電流比較器Comp2判斷下橋電晶體520過早關閉,並輸出高準位的比較結果Rcomp至計數器541。計數器541在接收到高準位的比較結果Rcomp後,向下計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞減。在此情況下,可調式電壓源542根據控制位元Ctrl_bit調低偏移電壓Voffset。如此一來,零電流比較器Cmp1可於電感530上的電流降為零時,準確地控制下橋電晶體520關閉時刻,提高電源轉換器50的效率。
需注意的是,零電流比較器Comp1以及零電流比較器Comp2之正負輸入端接法可以互換,而不限於上述實施例。舉例來說,零電流比較器Comp2之正輸入端可耦接於參考電壓Vref,而零電流比較器Comp2之負輸入端可耦接於節點SW。在此情況下,當零電流比較器Comp2輸出低準位的比較結果Rcomp至計數器541時,計數器541在接收到低準位的比較結果Rcomp後,向下計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞減。可調式電壓源542根據控制位元Ctrl_bit調低偏移電壓Voffset。當零電流比較器Comp2輸出高準位的比較結果Rcomp至計數器541時,計數器541在接收到高準位的比較結果Rcomp後,向上計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞增。可調式電壓源542根據控制位元Ctrl_bit調高偏移電壓Voffset
此外,請參考第6圖,第6圖係為說明本發明之同步交換式電源轉換器60之示意圖。電源轉換器60與電源轉換器50相似,因此具有相似功能之元件與訊號以相同符號表示。電源轉換器60與電源轉換器50之主要差異在於,電源轉換器60中一零電流偵測電路640包含一零電流比較器Cmp1’以及一可調式延遲單元950但不包含一可調式電壓源542,其中,零電流比較器Cmp1’接收一負偏移電壓VC進行比較以輸出一零電流訊號ZC’,而可調式延遲單元950根據控制位元Ctrl_bit調整一延遲時間,並根據該延遲 時間延遲並輸出零電流訊號ZC’以關閉下橋電晶體520,其中,負偏移電壓VC係設計為直接以零電流比較器Cmp1’所輸出之零電流訊號ZC’進行關閉會提前關閉下橋電晶體520,而需由可調式延遲單元950利用延遲來補償零電流比較器Cmp1’之負偏移電壓VC提早關閉下橋電晶體520的部分。
詳細來說,本發明之零電流偵測電路利用零電流比較器Cmp1’執行零電流之判斷,再透過可調式延遲單元950進行延遲而將下橋電晶體520關閉。接著,利用零電流比較器Cmp2判斷零電流比較器Cmp1’及可調式延遲單元950是否過早或過晚關閉下橋電晶體520,以調整可調式延遲單元950進行延遲之延遲時間,以準確地控制下橋電晶體520關閉時間,如此便能提高電源轉換器60的效率。
當零電流比較器Cmp1’偵測到電感530上的電流降為零時,輸出零電流訊號ZC’,再由可調式延遲單元950根據該延遲時間延遲並輸出零電流訊號ZC’以透過邏輯電路543來關閉下橋電晶體520。換句話說,當零電流比較器Cmp1’之正輸入端之電壓低於負輸入端之電壓時,零電流比較器Cmp1’輸出一低準位的零電流訊號ZC’,再由可調式延遲單元950根據該延遲時間延遲並輸出零電流訊號ZC’以透過邏輯電路543關閉下橋電晶體520。在下橋電晶體520關閉後,零電流比較器Comp2比較節點SW之電壓值VSW與參考電壓Vref,藉此判斷零電流比較器Cmp1’及可調式延遲單元950是否過早或過晚關閉下橋電晶體520,進一步地輸出比較結果Rcomp以調整延遲時間。較佳地,延遲時間可設定為一特定時間。當節點SW之電壓值VSW小於參考電壓Vref時,零電流比較器Comp2判斷下橋電晶體520過晚關閉,並輸出低準位的比較結果Rcomp至計數器541。計數器541在接收到低準位的比較結果Rcomp後,向上計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞增。在此情況下,可調式延遲單元950根據控制位元Ctrl_bit調低延遲時間。當節點SW 之電壓值VSW大於參考電壓Vref時,零電流比較器Comp2判斷下橋電晶體520過早關閉,並輸出高準位的比較結果Rcomp至計數器541。計數器541在接收到高準位的比較結果Rcomp後,向下計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞減。在此情況下,可調式延遲單元950根據控制位元Ctrl_bit調高延遲時間。如此一來,零電流比較器Cmp1’及可調式延遲單元950可於電感530上的電流降為零時,準確地控制下橋電晶體520關閉時刻,提高電源轉換器60的效率。
需注意的是,零電流比較器Comp1’以及零電流比較器Comp2之正負輸入端接法可以互換,而不限於上述實施例。舉例來說,零電流比較器Comp2之正輸入端可耦接於參考電壓Vref,而零電流比較器Comp2之負輸入端可耦接於節點SW。在此情況下,當零電流比較器Comp2輸出低準位的比較結果Rcomp至計數器541時,計數器541在接收到低準位的比較結果Rcomp後,向下計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞減。可調式延遲單元950根據控制位元Ctrl_bit調高延遲時間。當零電流比較器Comp2輸出高準位的比較結果Rcomp至計數器541時,計數器541在接收到高準位的比較結果Rcomp後,向上計數,使得輸出控制位元Ctrl_bit遞增。可調式延遲單元950根據控制位元Ctrl_bit調低延遲時間。
綜上所述,本發明之零電流偵測電路透過兩個零電流比較器,分別進行零電流之偵測以及下橋電晶體關閉時刻之判斷。當第一零電流比較器(如:零電流比較器Cmp1)判斷電感上的電流降為零後,第一零電流比較器關閉下橋電晶體。此時,第二電流比較器(如:零電流比較器Cmp2)判斷下橋電晶體之關閉時刻是否過早或過晚,並透過計數器以及可調適電壓源適時調整第一電流比較器比較的準位,以正確偵測到電感上電流為零之時刻,而準確地達到控制下橋電晶體關閉時間,進一步提高電源轉換器的效率。或者,當第一零電流比較器(如:零電流比較器Cmp1’)判斷電感上的電流降為零 後,第一零電流比較器與延遲單元關閉下橋電晶體。此時,第二電流比較器(如:零電流比較器Cmp2)判斷下橋電晶體之關閉時刻是否過早或過晚,並透過計數器以及延遲單元適時調整延遲時間,而準確地達到控制下橋電晶體關閉時間,進一步提高電源轉換器的效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
60‧‧‧電源轉換器
510、520‧‧‧電晶體
530‧‧‧電感
Cmp2、Cmp1’‧‧‧比較器
640‧‧‧零電流偵測電路
541‧‧‧計數器
543‧‧‧邏輯電路
950‧‧‧可調式延遲單元
Dly‧‧‧延遲單元
SON‧‧‧開啟訊號
ZC’‧‧‧零電流訊號
Ctrl_bit‧‧‧控制位元
Rcomp‧‧‧比較結果
SW‧‧‧節點
Vref、VIN、VOUT、VSW‧‧‧電壓
COUT‧‧‧電容
VC‧‧‧負偏移電壓

Claims (13)

  1. 一種零電流偵測電路,包含:一第一零電流比較器,用來判斷一同步交換式電源轉換器之一電感上之電流變化,以輸出一零電流訊號關閉該同步交換式電源轉換器之一下橋電晶體;一第二零電流比較器,用來判斷該第一零電流比較器是否過早或過晚關閉該下橋電晶體,並輸出一比較結果;一計數器,耦接於該第二零電流比較器,用來根據該比較結果向上遞增或向下遞減一控制位元;以及一可調式延遲單元,耦接於該第一零電流比較器以及該計數器,用來根據該控制位元調整一延遲時間,並根據該延遲時間延遲並輸出該零電流訊號以利用延遲來補償該第一比較器之一負偏移電壓。
  2. 如請求項1所述之零電流偵測電路,其中該計數器於該比較結果為一低準位時向上遞增該控制位元,而於該比較結果為一高準位時向下遞減該控制位元。
  3. 如請求項1所述之零電流偵測電路,其中該可調式電壓源於該控制位元減少時調高該延遲時間,而於該控制位元增加時調低該延遲時間。
  4. 如請求項1所述之零電流偵測電路,其中該第一零電流比較器包含:一正輸入端,耦接於該下橋電晶體之一第一端,用來偵測該電感上之電流變化;一負輸入端,耦接於該負偏移電壓;以及一輸出端,用來根據該電感上之電流變化以及該負偏移電壓輸出該零電流訊號。
  5. 如請求項1所述之零電流偵測電路,其中該第二零電流比較器包含:一正輸入端,耦接於該下橋電晶體之一第一端,用來偵測該電感上之電流變化;一負輸入端,耦接於一參考電壓;以及一輸出端,耦接於該計數器,用來根據該參考電壓以及該電感上之電流變化輸出該比較結果至該計數器。
  6. 一種具有零電流偵測之同步交換式電源轉換器,包含:一上橋電晶體,包含:一第一端,耦接於一輸入電源;一第二端;以及一第三端,用來接收一開啟訊號;一下橋電晶體,包含:一第一端,耦接於一地端;一第二端,耦接於該上橋電晶體之該第二端;以及一第三端,用來接收一關閉訊號;一電感,耦接於該下橋電晶體之該第二端與一輸出電容之間;以及一零電流偵測電路,包含:一第一零電流比較器,用來判斷一同步交換式電源轉換器之一電感上之電流變化,以輸出一零電流訊號關閉該同步交換式電源轉換器之一下橋電晶體;一第二零電流比較器,用來判斷該第一零電流比較器是否過早或過晚關閉該下橋電晶體,並輸出一比較結果;一計數器,耦接於該第二零電流比較器,用來根據該比較結果向上遞增或向下遞減一控制位元;以及 一可調式延遲單元,耦接於該第一零電流比較器以及該計數器,用來根據該控制位元調整一延遲時間,並根據該延遲時間延遲並輸出該零電流訊號以利用延遲來補償該第一比較器之一負偏移電壓。
  7. 如請求項6所述之同步交換式電源轉換器,其中該計數器於該比較結果為一低準位時向上遞增該控制位元,而於該比較結果為一高準位時向下遞減該控制位元。
  8. 如請求項6所述之同步交換式電源轉換器,其中該可調式電壓源於該控制位元減少時調高該延遲時間,而於該控制位元增加時調低該延遲時間。
  9. 如請求項6所述之同步交換式電源轉換器,其中該第一零電流比較器包含:一正輸入端,耦接於該下橋電晶體之一第一端,用來偵測該電感上之電流變化;一負輸入端,耦接於該負偏移電壓;以及一輸出端,用來根據該電感上之電流變化以及該負偏移電壓輸出該零電流訊號,以關閉該下橋電晶體。
  10. 如請求項6所述之同步交換式電源轉換器,其中該第二零電流比較器包含:一正輸入端,耦接於該下橋電晶體之一第一端,用來偵測該電感上之電流變化;一負輸入端,耦接於一參考電壓;以及一輸出端,耦接於該計數器,用來根據該參考電壓以及該電感上之電流變化輸出該比較結果至該計數器。
  11. 一種用於一同步交換式電源轉換器中偵測零電流之方法,包含:判斷一同步交換式電源轉換器之一電感上之電流變化,以輸出一零電流訊號關閉該同步交換式電源轉換器之一下橋電晶體;判斷該下橋電晶體是否過早或過晚關閉,並輸出一比較結果;根據該比較結果向上遞增或向下遞減一控制位元;以及根據該控制位元調整一延遲時間,並根據該延遲時間延遲並輸出該零電流訊號以利用延遲來補償該第一比較器之一負偏移電壓。
  12. 如請求項11所述之方法,其中於該比較結果為一低準位時向上遞增該控制位元,而於該比較結果為一高準位時向下遞減該控制位元。
  13. 如請求項11所述之方法,其中於該控制位元減少時調高該延遲時間,而於該控制位元增加時調低該延遲時間。
TW104112268A 2015-04-16 2015-04-16 Zero current detecting circuit and related synchronous switching power converter and method TWI560984B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104112268A TWI560984B (en) 2015-04-16 2015-04-16 Zero current detecting circuit and related synchronous switching power converter and method
US14/842,813 US9564809B2 (en) 2015-04-16 2015-09-01 Zero current detecting circuit and method and related synchronous switching power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104112268A TWI560984B (en) 2015-04-16 2015-04-16 Zero current detecting circuit and related synchronous switching power converter and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201639286A true TW201639286A (zh) 2016-11-01
TWI560984B TWI560984B (en) 2016-12-01

Family

ID=57129997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104112268A TWI560984B (en) 2015-04-16 2015-04-16 Zero current detecting circuit and related synchronous switching power converter and method

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9564809B2 (zh)
TW (1) TWI560984B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109980920A (zh) * 2019-05-06 2019-07-05 电子科技大学 一种峰值电流模dc-dc变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路
CN110504821A (zh) * 2018-05-17 2019-11-26 力智电子股份有限公司 直流转直流控制器
TWI734337B (zh) * 2019-01-03 2021-07-21 矽創電子股份有限公司 電源電路及其偵測電路

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9831777B2 (en) * 2015-06-29 2017-11-28 Fairchild Korea Semicondcutor Ltd. Switch control circuit and converter including the same
US9660531B1 (en) * 2015-11-04 2017-05-23 Texas Instruments Incorporated System and method for improving efficiency for quasi-square wave power converters
JP6718308B2 (ja) * 2016-05-24 2020-07-08 ローム株式会社 同期整流型のdc/dcコンバータおよびそのコントローラ、制御方法ならびに電子機器
CN108387771A (zh) * 2018-03-13 2018-08-10 东莞赛微微电子有限公司 一种逆电流检测系统
TWI657651B (zh) * 2018-05-23 2019-04-21 茂達電子股份有限公司 用於直流電壓轉換器之頻率補償電路
TWI674740B (zh) * 2018-06-08 2019-10-11 茂達電子股份有限公司 功率轉換裝置及方法
US11018582B2 (en) * 2018-10-24 2021-05-25 Texas Instruments Incorporated Adaptive synchronous rectification in a voltage converter
CN113841327B (zh) * 2018-10-29 2024-01-05 德州仪器公司 切换模式电力供应器控制器
CN111162658A (zh) * 2018-11-06 2020-05-15 恩智浦美国有限公司 电压变换器的零电流检测器
TWI686045B (zh) * 2019-02-13 2020-02-21 新唐科技股份有限公司 零電流偵測系統
TWI767346B (zh) * 2020-05-20 2022-06-11 立錡科技股份有限公司 諧振切換式電源轉換器
FR3113140B1 (fr) * 2020-07-30 2022-12-23 St Microelectronics Grenoble 2 Convertisseur de tension
US11736009B2 (en) * 2020-10-02 2023-08-22 Stmicroelectronics S.R.L. Zero current temporal threshold for switching to a low power mode

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6788033B2 (en) 2002-08-08 2004-09-07 Vlt, Inc. Buck-boost DC-DC switching power conversion
US6801028B2 (en) 2002-11-14 2004-10-05 Fyre Storm, Inc. Phase locked looped based digital pulse converter
US7072198B2 (en) 2003-10-09 2006-07-04 Texas Instruments Incorporated DC/DC converter having improved regulation
US7030596B1 (en) 2003-12-03 2006-04-18 Linear Technology Corporation Methods and circuits for programmable automatic burst mode control using average output current
WO2005078910A1 (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Rohm Co., Ltd スイッチング電源装置及び携帯機器
US7309977B2 (en) 2005-10-11 2007-12-18 Active-Semi International, Inc. System and method for an adaptive synchronous switch in switching regulators
US7279877B1 (en) 2006-04-21 2007-10-09 Linear Technology Corp. Adaptive current reversal comparator
US7990120B2 (en) 2006-08-04 2011-08-02 Linear Technology Corporation Circuits and methods for adjustable peak inductor current and hysteresis for burst mode in switching regulators
EP1936792B1 (en) * 2006-12-22 2010-07-28 STMicroelectronics Design and Application S.R.O. Synchronous rectifier having precise on/off switching times
TW200841565A (en) * 2007-04-04 2008-10-16 Richtek Techohnology Corp Device for detecting zero current applied in switching regulator and method thereof
US8278889B2 (en) * 2007-05-30 2012-10-02 Texas Instruments Incorporated Adaptive rectifier architecture and method for switching regulators
KR101252532B1 (ko) * 2007-07-06 2013-04-09 어드밴스드 아날로직 테크놀로지스 인코퍼레이티드 동기식 프리휠링 mosfet를 구비한 부스트 및 업다운 스위칭 레귤레이터
US8350543B2 (en) * 2010-11-16 2013-01-08 National Semiconductor Corporation Control circuitry in a DC/DC converter for zero inductor current detection
TW201230681A (en) * 2011-01-07 2012-07-16 Anpec Electronics Corp Synchronous switching power converter with zero current detection, and method thereof
TW201240341A (en) * 2011-03-17 2012-10-01 Anpec Electronics Corp Zero current detecting circuit and related synchronous switching power converter

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110504821A (zh) * 2018-05-17 2019-11-26 力智电子股份有限公司 直流转直流控制器
TWI734337B (zh) * 2019-01-03 2021-07-21 矽創電子股份有限公司 電源電路及其偵測電路
US11215676B2 (en) 2019-01-03 2022-01-04 Forcelead Technology Corp. Power circuit and detection circuit thereof
CN109980920A (zh) * 2019-05-06 2019-07-05 电子科技大学 一种峰值电流模dc-dc变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路
CN109980920B (zh) * 2019-05-06 2020-07-31 电子科技大学 一种峰值电流模dc-dc变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路

Also Published As

Publication number Publication date
TWI560984B (en) 2016-12-01
US9564809B2 (en) 2017-02-07
US20160308441A1 (en) 2016-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201639286A (zh) 零電流偵測電路及其相關同步交換式電源轉換器與方法
US8441238B2 (en) Zero current detecting circuit and related synchronous switching power converter
US7872461B2 (en) Reverse current stopping circuit of synchronous rectification type DC-DC converter
US11736030B2 (en) Switching circuit, synchronous rectification control circuit and control method thereof
US9257908B2 (en) Systems and methods to auto-adjust zero cross circuits for switching regulators
CN108306513B (zh) 同步整流管的关断控制电路及同步整流控制电路
US6958592B2 (en) Adaptive delay control circuit for switched mode power supply
TWI626824B (zh) System and method with timing control for synchronous rectification controller
US10164543B2 (en) System and method for controlling power converter with adaptive turn-on delay
US11018582B2 (en) Adaptive synchronous rectification in a voltage converter
US20140028205A1 (en) LED Controller with Current-Ripple Control
WO2012016401A1 (zh) 死区时间自适应控制的开关级电路
US9692298B2 (en) Power converter controller with input current slope adjustment
TWI769582B (zh) 同步整流的開關電源電路、副邊控制電路及其方法
TW201843932A (zh) 零死區時間控制電路
US10554126B2 (en) Continuous comparator with improved calibration
US7714548B1 (en) Adaptive switch timing circuits for zero voltage switching power converters
US7205751B2 (en) Enable and disable of diode emulation in a DC/DC converter
CN111711344A (zh) 开关电源的自校准过零检测电路
US10784775B1 (en) Switching converter with reduced dead-time
TWI713295B (zh) 偵測電路、具有偵測電路的切換式穩壓器及其控制方法
US20230327568A1 (en) Switching power supply apparatus
JP2009290812A (ja) デッドタイム制御回路
US10797580B1 (en) Detection circuit, switching regulator having the same and control method
TWI832595B (zh) 切換式電源電路、控制電路及其控制方法