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Buck型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，該電路包括工作狀態(tài)控制電路、檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和檢測(cè)信號(hào)比較電路。工作狀態(tài)控制電路接收主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vd，并輸出控制信號(hào)Vcol到檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路接收過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)Vz，并輸出比較信號(hào)Icop到檢測(cè)信號(hào)比較電路。檢測(cè)信號(hào)比較電路判斷檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)是否過(guò)零，并輸出信號(hào)Vout控制同步MOS管的開(kāi)通和關(guān)斷。當(dāng)變換器工作于電感電流斷續(xù)模式時(shí)，過(guò)零檢測(cè)電路將自動(dòng)檢測(cè)電感電流的過(guò)零狀態(tài)，并及時(shí)關(guān)斷同步MOS管，防止電流倒灌現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)對(duì)過(guò)零檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，環(huán)境溫度和制作工藝角的變化對(duì)本發(fā)明輸出信號(hào)的影響極小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及BUCK型同步整流變換器的設(shè)計(jì)，尤其涉及的是，一種同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在變換器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果是非同步結(jié)構(gòu)，需要采用二極管實(shí)現(xiàn)續(xù)流。非同步變換器采用續(xù)流二極管有利于較高電壓的輸出，同時(shí)生產(chǎn)成本也較低。但續(xù)流二極管在電流較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的功耗，不利于變換器效率的提升。同步整流變換器采用功率MOS管代替續(xù)流二極管，并要求功率MOS管的柵極電壓與被整流電壓的相位同步，該功率MOS管被稱(chēng)為同步MOS管。由于同步MOS管的通態(tài)電阻非常低，所以同步整流變換器的效率很高。但是，當(dāng)同步整流變換器工作于電感電流斷續(xù)模式時(shí)，如果不能在電感電流為零時(shí)及時(shí)關(guān)斷同步MOS管，則會(huì)出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象。電流倒灌會(huì)引起變換器功耗的增加并損壞元件。因此，在同步整流變換器中設(shè)計(jì)穩(wěn)定精準(zhǔn)的電流過(guò)零檢測(cè)電路具有重要的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其包括工作狀態(tài)控制電路、檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和檢測(cè)信號(hào)比較電路。工作狀態(tài)控制電路接收主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出工作狀態(tài)控制信號(hào)到檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中；檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路接收過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)，并輸出比較信號(hào)到檢測(cè)信號(hào)比較電路中；檢測(cè)信號(hào)將比較結(jié)果作為控制信號(hào)輸出到同步MOS管的柵極。
[0005]BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路中，工作狀態(tài)控制電路包括主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端、反相器、I號(hào)MOS管和2號(hào)MOS管。其中主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接反相器的輸入端，并連接2號(hào)MOS管的柵極。反相器的輸出端連接I號(hào)MOS管的柵極，I號(hào)MOS管的漏極連接2號(hào)MOS管的漏極；2號(hào)MOS管的源極接地。
[0006]BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路中，檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)輸入端、I至7號(hào)MOS管。其中過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)輸入端通過(guò)工作狀態(tài)控制電路連接到I號(hào)MOS管的源極。I號(hào)MOS管的柵極連接2號(hào)MOS管的柵極，I號(hào)MOS管的漏極連接3號(hào)MOS管的漏極。2號(hào)MOS管的源極連接6號(hào)MOS管的漏極，2號(hào)MOS管的漏極連接4號(hào)MOS管的漏極；3號(hào)MOS管的源極連接電源，3號(hào)MOS管的柵極練級(jí)5號(hào)MOS管的漏極。4號(hào)MOS管的柵極連接5號(hào)MOS管的柵極，4號(hào)MOS管的源極連接電源。5號(hào)MOS管的柵極連接3號(hào)MOS管的柵極，5號(hào)MOS管的源極連接電源。6號(hào)MOS管的柵極連接電源，6號(hào)MOS管的源極接地；7號(hào)MOS管的柵極連接I號(hào)MOS管的漏極，7號(hào)MOS管的源極連接2號(hào)MOS管的源極。
[0007]BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路中，檢測(cè)信號(hào)比較電路包括同步MOS管控制信號(hào)輸出端、I至5號(hào)MOS管。其中I號(hào)MOS管的柵極連接2號(hào)MOS管的柵極，I號(hào)MOS管的源極連接電源。I號(hào)MOS管的漏極連接檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中7號(hào)MOS管的漏極。2號(hào)MOS管的源極連接電源，2號(hào)MOS管的漏極連接3號(hào)MOS管的漏極。3號(hào)MOS管的柵極連接4號(hào)MOS管的漏極，3號(hào)MOS管的漏極連接同步MOS管控制信號(hào)輸出端。4號(hào)MOS管的柵極連接5號(hào)MOS管的柵極，4號(hào)MOS管的漏極連接電源。5號(hào)MOS管的漏極連接檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中4號(hào)MOS管的柵極。5號(hào)MOS管的柵極連接3號(hào)MOS管的柵極，5號(hào)MOS管的源極接地。
[0008]本發(fā)明主要應(yīng)用于BUCK型同步整流變換器的電感電流過(guò)零檢測(cè)，當(dāng)變換器工作于電感電流斷續(xù)模式時(shí)，過(guò)零檢測(cè)電路將自動(dòng)檢測(cè)電感電流的過(guò)零狀態(tài)，并及時(shí)關(guān)斷同步MOS管，防止電流倒灌現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)對(duì)過(guò)零檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，輸出信號(hào)只決定于電路中MOS管的參數(shù)和偏置電流。因此，環(huán)境溫度的變化和制作工藝角的變化對(duì)本發(fā)明輸出信號(hào)的影響極小。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明在BUCK型變換器中的連接電路圖；
圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電路圖；
圖4為本發(fā)明在不同環(huán)境溫度下的輸出電壓與檢測(cè)點(diǎn)電流關(guān)系圖；
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。本說(shuō)明書(shū)及其附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例，但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本說(shuō)明書(shū)所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0011]需要說(shuō)明的是，當(dāng)某一元件固定于另一個(gè)元件，包括將該元件直接固定于該另一個(gè)元件,或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中的其它元件固定于該另一個(gè)元件。當(dāng)一個(gè)元件連接另一個(gè)元件，包括將該元件直接連接到該另一個(gè)元件，或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中的其它元件連接到該另一個(gè)元件。
[0012]如圖1所示，BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路包括工作狀態(tài)控制電路、檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和檢測(cè)信號(hào)比較電路。其中工作狀態(tài)控制電路接收主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vd，并輸出控制信號(hào)Vcol到檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。工作狀態(tài)控制電路判斷變換器的工作狀態(tài)，并決定過(guò)零檢測(cè)電路是處于高阻狀態(tài)還是過(guò)零檢測(cè)狀態(tài)。檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路接收過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)Vz，并輸出比較信號(hào)Icop到檢測(cè)信號(hào)比較電路。檢測(cè)信號(hào)比較電路判斷檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)是否過(guò)零，并輸出信號(hào)Vout控制同步MOS管的開(kāi)通和關(guān)斷。
[0013]如圖2所示，主開(kāi)關(guān)MOS管Ml的漏極連接電源，主開(kāi)關(guān)MOS管的源極連接電感LI的I號(hào)端口。同步MOS管M2的漏極連接電感LI的I號(hào)端口，同步MOS管M2的源極接地。MOS管驅(qū)動(dòng)電路的正向輸出端連接主開(kāi)關(guān)MOS管Ml的柵極，MOS管驅(qū)動(dòng)電路的反相輸出端通過(guò)與門(mén)AND上輸入端連接同步MOS管M2的柵極。過(guò)零檢測(cè)電路的過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)Vz接收端連接電感LI的I號(hào)端口，過(guò)零檢測(cè)電路的主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vd接受端口連接驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)輸出端。過(guò)零檢測(cè)電路的信號(hào)Vout輸出端口通過(guò)與門(mén)AND的下輸入端連接同步MOS管M2的柵極。當(dāng)過(guò)零檢測(cè)電路的過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)Vz接收端采集到的信號(hào)低于所設(shè)定的閾值時(shí)，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出信號(hào)Vout為低電平，同步MOS管M2被關(guān)斷。當(dāng)過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)大于閾值時(shí)，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出信號(hào)Vout為高電平，同步MOS管M2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由驅(qū)動(dòng)電路控制。
[0014]如圖3所示，端口 VcU端口 Vz、M0S管NTl和MOS管NT2共同構(gòu)成工作狀態(tài)控制電路。其中端口 Vd接收主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，端口 Vz接收過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)。端口 Vd通過(guò)反相器連接MOS管NTl的柵極，端口 Vd連接MOS管NT2的柵極。端口 Vz連接MOS管NTl的源極。MOS管NTl的漏極連接MOS管NT2的漏極，MOS管NT2的源極接地。當(dāng)主開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通時(shí)，端口 Vd接收到高電平信號(hào)，MOS管NTl斷開(kāi)，MOS管NT2導(dǎo)通。由于MOS管NTl的斷開(kāi)以及MOS管NT2的導(dǎo)通，檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)被隔離，過(guò)零檢測(cè)電路輸出低電平，不影響變換器正常工作。
[0015]MOS管MSl至MOS管MS7共同組成檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，其中端口 Vz通過(guò)工作狀態(tài)控制電路連接到MOS管MS5的源極。MOS管MS5的柵極連接MOS管MS4的柵極，MOS管MS5的漏極連接MOS管MS3的漏極。MOS管MS4的源極連接MOS管MS7的漏極，MOS管MS4的漏極連接MOS管MS2的漏極。MOS管MS3的源極連接電源，MOS管MS3的柵極練級(jí)MOS管MSl的漏極。MOS管MS2的柵極連接MOS管MSl的柵極，MOS管MS2的源極連接電源。MOS管MSl的柵極連接MOS管MS3的柵極，MOS管MSl的源極連接電源。MOS管MS7的柵極連接電源，MOS管MS7的源極接地。MOS管MS6的柵極連接MOS管MS5的漏極，MOS管MS6的源極連接MOS管MS4的源極。檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將接收到的檢測(cè)點(diǎn)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)比例的電流信號(hào)，并將比較信號(hào)Icop輸出到檢測(cè)信號(hào)比較電路與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷變換器的工作狀態(tài)。
[0016]輸出端口 Vout、MOS管MEI至ME5共同組成檢測(cè)信號(hào)比較電路，其中其中MOS管MEl的柵極連接MOS管ME2的柵極，MOS管MEl的源極連接電源。MOS管MEl的漏極連接檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中MOS管MS6的漏極。MOS管ME2的源極連接電源，MOS管ME2的漏極連接MOS管ME3的漏極。MOS管ME3的柵極連接MOS管ME4的漏極，MOS管ME3的漏極連接信號(hào)輸出端Vout。MOS管ME4的柵極連接MOS管ME5的柵極，MOS管ME4的漏極連接電源。MOS管ME5的漏極連接檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中MOS管MS2的柵極。MOS管ME5的柵極連接MOS管ME3的柵極，MOS管ME5的源極接地。
[0017]檢測(cè)信號(hào)比較電路的閾值為I (Rnt2 - 2RNT1) /Rm2。其中Rnti為MOS管NTl的通態(tài)電阻，Rnt2為MOS管NT2的通態(tài)電阻，Rm2為同步MOS管的通態(tài)電阻，I為流過(guò)MOS管漏源極的電流。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)小于閾值時(shí)，端口 Vout輸出低電平，同步MOS管關(guān)斷。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)大于閾值時(shí)，端口 Vout輸出高電平，同步MOS管受驅(qū)動(dòng)電路控制。
[0018]如圖4所示，BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路在不同環(huán)境溫度下輸出電壓Vout與檢查點(diǎn)電流信號(hào)Icop的關(guān)系。其中，電源電壓Vcc為5V，主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vd為低電平。分別對(duì)四個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)，其中曲線(xiàn)A的檢測(cè)溫度點(diǎn)為150攝氏度，曲線(xiàn)B的檢測(cè)溫度點(diǎn)為90攝氏度，曲線(xiàn)C的檢測(cè)溫度點(diǎn)為35攝氏度，曲線(xiàn)D的檢測(cè)溫度點(diǎn)為-50。由圖4可以看出，輸出電壓Vout發(fā)生翻轉(zhuǎn)的檢測(cè)點(diǎn)電流信號(hào)Icop的平均值為35.3mA。針對(duì)不同的檢測(cè)溫度點(diǎn)，輸出電壓Vout發(fā)生翻轉(zhuǎn)的檢測(cè)點(diǎn)電流信號(hào)Icop的相對(duì)誤差最大為0.5mA?？梢?jiàn)，BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得環(huán)境溫度對(duì)輸出電壓Vout的影響極小。
[0019]進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例還包括，上述各實(shí)施例的各技術(shù)特征，相互組合形成的BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路。
[0020]需要說(shuō)明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實(shí)施例，均視為本發(fā)明說(shuō)明書(shū)記載的范圍；并且，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于，其包括工作狀態(tài)控制電路、檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和檢測(cè)信號(hào)比較電路； 工作狀態(tài)控制電路接收主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出工作狀態(tài)控制信號(hào)到檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中；檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路接收過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)，并輸出比較信號(hào)到檢測(cè)信號(hào)比較電路中； 檢測(cè)信號(hào)將比較結(jié)果作為控制信號(hào)輸出到同步MOS管的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于，工作狀態(tài)控制電路包括主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端、反相器、I號(hào)MOS管和2號(hào)MOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于，主開(kāi)關(guān)MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接反相器的輸入端，并連接2號(hào)MOS管的柵極； 反相器的輸出端連接I號(hào)MOS管的柵極，I號(hào)MOS管的漏極連接2號(hào)MOS管的漏極； 2號(hào)MOS管的源極接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于，檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)輸入端、I至7號(hào)MOS管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于，過(guò)零檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)輸入端通過(guò)工作狀態(tài)控制電路連接到I號(hào)MOS管的源極； I號(hào)MOS管的柵極連接2號(hào)MOS管的柵極，I號(hào)MOS管的漏極連接3號(hào)MOS管的漏極；2號(hào)MOS管的源極連接6號(hào)MOS管的漏極，2號(hào)MOS管的漏極連接4號(hào)MOS管的漏極；3號(hào)MOS管的源極連接電源，3號(hào)MOS管的柵極練級(jí)5號(hào)MOS管的漏極；4號(hào)MOS管的柵極連接5號(hào)MOS管的柵極，4號(hào)MOS管的源極連接電源； 5號(hào)MOS管的柵極連接3號(hào)MOS管的柵極，5號(hào)MOS管的源極連接電源；6號(hào)MOS管的柵極連接電源，6號(hào)MOS管的源極接地； 7號(hào)MOS管的柵極連接I號(hào)MOS管的漏極，7號(hào)MOS管的源極連接2號(hào)MOS管的源極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于，檢測(cè)信號(hào)比較電路包括同步MOS管控制信號(hào)輸出端、I至5號(hào)MOS管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述BUCK型同步整流變換器電流過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于，I號(hào)MOS管的柵極連接2號(hào)MOS管的柵極，I號(hào)MOS管的源極連接電源； I號(hào)MOS管的漏極連接檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中7號(hào)MOS管的漏極；2號(hào)MOS管的源極連接電源，2號(hào)MOS管的漏極連接3號(hào)MOS管的漏極； 3號(hào)MOS管的柵極連接4號(hào)MOS管的漏極，3號(hào)MOS管的漏極連接同步MOS管控制信號(hào)輸出端； 4號(hào)MOS管的柵極連接5號(hào)MOS管的柵極，4號(hào)MOS管的漏極連接電源； 5號(hào)MOS管的漏極連接檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中4號(hào)MOS管的柵極； 5號(hào)MOS管的柵極連接3號(hào)MOS管的柵極，5號(hào)MOS管的源極接地。
【文檔編號(hào)】G01R19/175GK104034953SQ201410271791
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】邵珠雷, 張?jiān)? 王紅玲, 羅書(shū)克, 周雅 申請(qǐng)人:許昌學(xué)院