CN108572274B - 一种过零检测电路及dc-dc转换器 - Google Patents

Abstract

一种过零检测电路及DC‑DC转换器，所述过零检测电路包括：第一电平平移单元、第二电平平移单元以及比较单元；所述第一电平平移单元适于对待检测电平进行正向平移，以得到第一平移信号，所述第一平移信号为正电平；所述第二电平平移单元适于对地电平进行正向平移，以得到第二平移信号，所述第二电平平移单元的平移幅度等于所述第一电平平移单元的平移幅度；所述比较单元对所述第一平移信号和第二平移信号进行比较，以得到过零检测信号。本发明的技术方案可以提升精确度。

Description

一种过零检测电路及DC-DC转换器

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种过零检测电路及DC-DC转换器。

背景技术

过零检测电路应用广泛，通常过零检测电路由比较器实现，通过比较器比较待比较电压和零电平，以比较器的输出作为检测结果。

过零检测电路可以应用于电源，例如同步整流降压型DC-DC转换器。DC-DC转换器有两种工作模式：电感电流连续导通模式(CCM，Continuous Conduction Mode)和电感电流不连续导通模式(DCM，Discontinuous Conduction Mode)。在DCM模式下的电感放电阶段，若电感电流下降到零以下，就会出现电流倒灌现象，极大地消耗了提供给输出负载的能量，导致转换器效率降低。所以，就需要一个精准的过零检测电路(ZCD，Zero-CrossingDetector)，在电感电流下降到零时能够迅速关断低端整流管，以最小化电流倒灌。

现有的过零检测电路的精度有待提升。现有的过零检测电路用于同步整流降压型DC-DC转换器时，检测效果有待提升。

发明内容

本发明解决的技术问题是提升过零检测电路的精确度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种过零检测电路，包括：第一电平平移单元、第二电平平移单元以及比较单元；所述第一电平平移单元适于对待检测电平进行正向平移，以得到第一平移信号，所述第一平移信号为正电平；所述第二电平平移单元适于对地电平进行正向平移，以得到第二平移信号，所述第二电平平移单元的平移幅度等于所述第一电平平移单元的平移幅度；所述比较单元对所述第一平移信号和第二平移信号进行比较，以得到过零检测信号。

可选的，所述第一电平平移单元包括：第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅极接入所述待检测电平，所述第一PMOS管的源极连接至电流源，所述第一PMOS管的源极信号作为所述第一平移信号。

可选的，所述第二电平平移单元包括：第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极接入所述地电平，所述第二PMOS管的源极连接至所述电流源，所述第二PMOS管的源极信号作为所述第二平移信号。

可选的，所述比较单元包括比较器，所述比较器的两个输入端分别输入所述第一平移信号和第二平移信号，所述过零检测信号根据所述比较器的输出信号得到。

可选的，所述比较单元包括放大电路和比较器，所述放大电路包括第一放大子电路和第二放大子电路；所述第一放大子电路适于放大所述第一平移信号，以得到第一放大信号；所述第二放大子电路适于放大所述第二平移信号，以得到第二放大信号，所述第二放大子电路的放大幅度等于所述第一放大子电路的放大幅度；所述比较器的两个输入端分别接入所述第一放大信号和所述第二放大信号，所述过零检测信号根据所述比较器的输出信号得到。

可选的，所述第一放大子电路包括：第一NMOS管、第三PMOS管；所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极连接至所述第三PMOS管的漏极，所述第一NMOS管的栅极接入偏置电压；所述第三PMOS管的源极连接至电流源，所述第三PMOS管的栅极接入所述第一平移信号，所述第三PMOS管的漏极信号作为所述第一放大信号。

可选的，所述第二放大子电路包括：第二NMOS管、第四PMOS管；所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的漏极连接至所述第四PMOS管的漏极，所述第二NMOS管的栅极接入偏置电压；所述第四PMOS管的源极连接至电流源，所述第四PMOS管的栅极接入所述第二平移信号，所述第四PMOS管的漏极信号作为所述第二放大信号。

可选的，所述比较器包括：第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第五PMOS管以及第六PMOS管；所述第三NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的栅极共同连接至所述第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极接地；所述第四NMOS管的源极接地，所述第四NMOS管的漏极连接至所述第五NMOS管的栅极；所述第五NMOS管的源极接地，所述第五NMOS管的漏极连接至电流源，所述第五NMOS管的漏极信号作为所述比较器的输出信号；所述第五PMOS管的栅极连接至所述比较器的两个输入端中的其中一个输入端，所述第五PMOS管的源极连接至所述电流源，所述第五PMOS管的漏极连接至所述第三NMOS管的漏极；所述第六PMOS管的栅极连接至所述比较器的两个输入端中的另外一个输入端，所述第六PMOS管的源极连接至所述电流源，所述第六PMOS管的漏极连接至所述第四NMOS管的漏极。

可选的，所述的过零检测电路还包括：波形整形单元，对所述比较器的输出信号进行波形整形，以得到所述过零检测信号。

可选的，所述波形整形单元包括偶数个相串联的反相器。

本发明实施例还提供一种同步整流降压型DC-DC转换器，包含过零检测端，所述过零检测电路以及同步整流管，所述过零检测电路输出的所述过零检测信号用于控制所述同步整流管的工作状态，所述待检测电平为所述过零检测端的信号。

可选的，当所述待检测电平小于接地电平时，所述过零检测信号控制所述同步整流管关断。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

通过第一电平平移单元对待检测电平进行正向平移得到第一平移信号，通过第二电平平移单元对地电平进行正向平移得到第二平移信号，第一电平平移单元的平移幅度与第二电平平移单元的平移幅度相同，故通过比较单元比较第一平移信号和第二平移信号，即可得到待检测电平和地电平之间的关系。若利用普通的比较器直接对负电平和地电平进行比较，会出现较大的延时，并且精度不够。而本发明实施例中，由于第一平移信号为正电平，第二电平平移单元对地电平进行正向平移得到第二平移信号，故第二平移信号也是正电平，利用比较单元对两个正电平进行比较，精度较高，延时较小，故进一步可以获得延时较小精度较高的待检测电平与地电平的比较结果，从而本发明实施例中的过零检测电路的精确度较高，延时较小。

另外，本发明实施例中的同步整流降压型DC-DC转换器利用上述过零检测电路进行过零端的检测，通过检测过零端电平，判断电感电流是否下降到零以下，根据过零检测电路输出的过零检测信号控制同步整流管的工作状态。过零检测端的正常输出电平为负，故若利用现有的比较器直接判断过零检测端的电平，精度较低，并且时延较大，不能及时的关断整流管，会产生导致倒灌；而利用本发明实施例中的过零检测电路可以更精确的确定零点，可以在电感电流下降到零时及时关断整流管，进而可以减小电流倒灌。

附图说明

图1是本发明实施例中一种过零检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中另一种过零检测电路的结构示意图；

图3是本发明实施例中又一种过零检测电路的部分结构示意图；

图4是本发明实施例中一种放大电路的结构示意图；

图5是本发明实施例中一种比较器的结构示意图。

具体实施方式

如前所述，过零检测电路通常由比较器实现，通过比较器比较待比较电压和零电平，以比较器的输出作为检测结果。

经发明人研究发现，比较器通常是单电源供电，无法识别小于零的电压信号，故当需要判断由负到正变化的信号的零点时，直接利用比较器进行识别会出现较大的时延，并且精确度较差。

在本发明实施例中，通过第一电平平移单元对待检测电平进行正向平移得到第一平移信号，通过第二电平平移单元对地电平进行正向平移得到第二平移信号，第一电平平移单元的平移幅度与第二电平平移单元的平移幅度相同，故通过比较单元比较第一平移信号和第二平移信号，即可得到待检测电平和地电平之间的关系。

若利用普通的比较器直接对负电平和地电平进行比较，会出现较大的延时，并且精度不够。而本发明实施例中，由于第一平移信号为正电平，第二电平平移单元对地电平进行正向平移得到第二平移信号，故第二平移信号也是正电平，利用比较单元对两个正电平进行比较，精度较高，延时较小，故进一步可以获得延时较小精度较高的待检测电平与地电平的比较结果，从而本发明实施例中的过零检测电路的精确度较高，延时较小。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例中一种过零检测电路的结构示意图，可以包括：

第一电平平移单元11，适于对待检测电平进行正向平移，以得到第一平移信号，所述第一平移信号为正电平；

第二电平平移单元12，适于对地电平进行正向平移，以得到第二平移信号，所述第二电平平移单元12的平移幅度等于所述第一电平平移单元11的平移幅度；

比较单元13对第一平移信号和第二平移信号进行比较，以得到过零检测信号。

第一电平平移单元11和第二电平平移单元12可以以多种形式实现，可以以MOS管电路实现，或者也可以以三级管电路实现。正向平移可以是平移工作于饱和区的PMOS管的栅源间电压，或者也可以是平移一个三极管的栅源电压或多个三级管的栅源电压。

为了保证第一电平平移单元11的平移幅度和第二电平平移单元12的平移幅度相同，第一电平平移单元11和第二电平平移单元12可以采用相同的电路结构。

在一具体实现中，比较单元13可以包括比较器，比较器的两个输入端分别输入所述第一平移信号和第二平移信号，比较器对第一平移信号和第二平移信号进行比较，根据比较器的输出信号，可以得到所述过零检测信号。

参见图2，在另一具体实现中，比较单元13可以包括放大电路131和比较器132，放大电路131可以包括第一放大子电路1311和第二放大子电路1312，其中：第一放大子电路1311可以连接至第一电平平移单元11，放大第一平移信号以得到第一放大信号；第二放大子电路1312可以连接至第二电平平移单元12，放大第二平移信号以得到第二放大信号。第一放大子电路1311的放大幅度等于所述第二放大子电路1312的放大幅度。

比较器132的两个输入端可以分别连接至第一放大子电路1311和第二放大子电路1312，以分别接入第一放大信号和第二放大信号，过零检测信号可以根据比较器132的输出信号生成。

为保证第一放大子电路1311的放大幅度和第二放大子电路1312的放大幅度相同，二者可以采用相同的电路结构。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中的“第一”、“第二”仅为区分不同的对象，并不代表对其实现方式的具体限制。

继续参见图1，本发明实施例中的过零检测电路还可以包括波形整形单元14，对比较单元13中比较器的输出信号进行波形整形，进而得到过零检测信号。

波形整形单元14可以基于反相器构建，例如可以包括偶数个反相器。波形整形单元14也可以是其他本领域技术人员能够实现的其他结构。

为对本发明中的过零检测电路进行更详细的说明，以下结合图3至图5进行进一步说明。

图3是本发明实施例中一种过零检测电路的部分结构示意图，其中：

第一电平平移单元11可以包括：第一PMOS管MP1，所述第一PMOS管MP1的栅极接入所述待检测电平SW，所述第一PMOS管MP1的源极连接至电流源31，电流源31接入电压VDD以产生电流，所述第一PMOS管MP1的源极信号T1作为所述第一平移信号。

第二电平平移单元12可以采用与第一电平平移单元11相同的电路结构。也即，第二电平平移单元12可以包括：第二PMOS管MP2，所述第二PMOS管MP2的栅极接入所述地电平GND，所述第二PMOS管MP2的源极连接至所述电流源31，所述第二PMOS管MP2的源极信号T2作为所述第二平移信号。

第一PMOS管MP1的漏极以及第二PMOS管MP2的漏极均可以接地。电流源31可以是镜像电流源，输入至第一电平平移单元11和第二电平平移单元12的电流相等。电流源31可以是图3以外的其他形式，也可以有其它支路，偏置电压端CTR可以接入尾电流源32提供的偏置电压，由于偏置电压端CTR同时连接至镜像电流源中MOS管的栅极，其电压也可以控制镜像电流源其他各个支路的电流大小。

图4是本发明实施例中一种放大电路的结构示意图，以下结合图3和图4进行进一步说明。

第一放大子电路42可以包括第一NMOS管MN1和第三PMOS管MP3；所述第一NMOS管MN1的源极接地GND，所述第一NMOS管MN1的漏极连接至所述第三PMOS管MP3的漏极，所述第一NMOS管MN1的栅极接入偏置电压V_BIASN；所述第三PMOS管MP3的源极连接至电流源41，电流源41接入电压VDD以产生电流，所述第三PMOS管MP3的栅极接入所述第一平移信号，例如可以接入第一PMOS管MP1的源极信号T1，所述第三PMOS管MP3的漏极信号A1作为所述第一放大信号。图4中电流源41可以和图3中电流源31可以共同属于同一电流源，图4中的偏置电压端CTR可以连接至图3中的偏置电压端CTR和图5中的偏置电压端CTR。

第二放大子电路43可以包括第二NMOS管MN2和第四PMOS管MP4；所述第二NMOS管MN2的源极接地GND，所述第二NMOS管MN2的漏极连接至所述第四PMOS管MP4的漏极，所述第二NMOS管MN2的栅极接入偏置电压V_BIASN；所述第四PMOS管MP4的源极连接至电流源41，所述第四PMOS管MP4的栅极接入所述第二平移信号，例如可以接入所述第二PMOS管的源极信号T2，所述第四PMOS管MP4的漏极信号A2作为所述第二放大信号。

图5是本发明实施例中一种比较器的结构示意图，以下结合图3至图5进行说明。

比较器包括：第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第五PMOS管MP5以及第六PMOS管MP6；

所述第三NMOS管MN3的栅极与所述第四NMOS管MN4的栅极共同连接至所述第三NMOS管MN3的漏极，所述第三NMOS管MN3的源极接地；

所述第四NMOS管MN4的源极接地，所述第四NMOS管MN4的漏极连接至所述第五NMOS管MN5的栅极；

所述第五NMOS管MN5的源极接地，所述第五NMOS管MN5的漏极连接至电流源51，电流源31接入电压VDD以产生电流，所述第五NMOS管MN5的漏极信号C1作为比较器的输出信号；

所述第五PMOS管MP5的栅极连接至所述比较器的两个输入端中的其中一个输入端，可以接入第四PMOS管的漏极信号T2，所述第五PMOS管MP5的源极连接至所述电流源51，所述第五PMOS管MP5的漏极连接至所述第三NMOS管MN3的漏极；

所述第六PMOS管MP6的栅极连接至所述比较器的两个输入端中的另外一个输入端，可以接入第三PMOS管的漏极信号T1，所述第六PMOS管MP6的源极连接至所述电流源51，所述第六PMOS管MP6的漏极连接至所述第四NMOS管MN4的漏极。

比较器的输出信号可以经过两个反相器，得到过零检测电路的输出信号。

在本发明的具体实施中，图1中的各个模块可以均采用如图3至5中示出的电路结构，或者图1中的部分模块可以采用图3至5中示出的电路结构，图1中的各个模块也可以采用本领域技术人员能够实现的其他电路结构。

在本发明实施例中，通过第一电平平移单元对待检测电平进行正向平移得到第一平移信号，通过第二电平平移单元对地电平进行正向平移得到第二平移信号，第一电平平移单元的平移幅度与第二电平平移单元的平移幅度相同，故通过比较单元比较第一平移信号和第二平移信号，即可得到待检测电平和地电平之间的关系。若利用普通的比较器直接对负电平和地电平进行比较，会出现较大的延时，并且精度不够。而本发明实施例中，由于第一平移信号为正电平，第二电平平移单元对地电平进行正向平移得到第二平移信号，故第二平移信号也是正电平，利用比较单元对两个正电平进行比较，精度较高，延时较小，故进一步可以获得延时较小精度较高的待检测电平与地电平的比较结果，从而本发明实施例中的过零检测电路的精确度较高，延时较小。

本发明实施例还提供一种同步整流降压型DC-DC转换器，包含过零检测端(SW端)，以及前述的过零检测电路以及同步整流管，所述过零检测电路输出的所述过零检测信号用于控制所述同步整流管的工作状态，所述待检测电平为所述过零检测端的信号。

当所述待检测电平小于接地电平时，所述过零检测信号可以控制所述同步整流管关断。

本发明实施例中的同步整流降压型DC-DC转换器利用上述过零检测电路进行过零端的检测，通过检测过零端电平，判断电感电流是否下降到零以下，根据过零检测电路输出的过零检测信号控制同步整流管的工作状态。过零检测端的正常输出电平为负，故若利用现有的比较器直接判断过零检测端的电平，精度较低，并且时延较大，不能及时的关断整流管，会产生导致倒灌；而利用本发明实施例中的过零检测电路可以更精确的确定零点，可以在电感电流下降到零时及时关断整流管，进而可以减小电流倒灌。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种过零检测电路，其特征在于，包括：第一电平平移单元、第二电平平移单元以及比较单元；

所述第一电平平移单元适于对待检测电平进行正向平移，以得到第一平移信号，所述第一平移信号为正电平；

所述第二电平平移单元适于对地电平进行正向平移，以得到第二平移信号，所述第二电平平移单元的平移幅度等于所述第一电平平移单元的平移幅度；

所述比较单元对所述第一平移信号和第二平移信号进行比较，以得到过零检测信号。

2.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一电平平移单元包括：第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅极接入所述待检测电平，所述第一PMOS管的源极连接至电流源，所述第一PMOS管的源极信号作为所述第一平移信号。

3.根据权利要求2所述的过零检测电路，其特征在于，所述第二电平平移单元包括：第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极接入所述地电平，所述第二PMOS管的源极连接至所述电流源，所述第二PMOS管的源极信号作为所述第二平移信号。

4.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较单元包括比较器，所述比较器的两个输入端分别输入所述第一平移信号和第二平移信号，所述过零检测信号根据所述比较器的输出信号得到。

5.根据权利要求1所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较单元包括放大电路和比较器，所述放大电路包括第一放大子电路和第二放大子电路；

所述第一放大子电路适于放大所述第一平移信号，以得到第一放大信号；

所述第二放大子电路适于放大所述第二平移信号，以得到第二放大信号，所述第二放大子电路的放大幅度等于所述第一放大子电路的放大幅度；

所述比较器的两个输入端分别接入所述第一放大信号和所述第二放大信号，所述过零检测信号根据所述比较器的输出信号得到。

6.根据权利要求5所述的过零检测电路，其特征在于，所述第一放大子电路包括：第一NMOS管、第三PMOS管；

所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极连接至所述第三PMOS管的漏极，所述第一NMOS管的栅极接入偏置电压；

所述第三PMOS管的源极连接至电流源，所述第三PMOS管的栅极接入所述第一平移信号，所述第三PMOS管的漏极信号作为所述第一放大信号。

7.根据权利要求6所述的过零检测电路，其特征在于，所述第二放大子电路包括：第二NMOS管、第四PMOS管；

所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的漏极连接至所述第四PMOS管的漏极，所述第二NMOS管的栅极接入偏置电压；

所述第四PMOS管的源极连接至电流源，所述第四PMOS管的栅极接入所述第二平移信号，所述第四PMOS管的漏极信号作为所述第二放大信号。

8.根据权利要求4或5所述的过零检测电路，其特征在于，所述比较器包括：

第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第五PMOS管以及第六PMOS管；

所述第三NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的栅极共同连接至所述第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极接地；

所述第四NMOS管的源极接地，所述第四NMOS管的漏极连接至所述第五NMOS管的栅极；

所述第五NMOS管的源极接地，所述第五NMOS管的漏极连接至电流源，所述第五NMOS管的漏极信号作为所述比较器的输出信号；

所述第五PMOS管的栅极连接至所述比较器的两个输入端中的其中一个输入端，所述第五PMOS管的源极连接至所述电流源，所述第五PMOS管的漏极连接至所述第三NMOS管的漏极；

所述第六PMOS管的栅极连接至所述比较器的两个输入端中的另外一个输入端，所述第六PMOS管的源极连接至所述电流源，所述第六PMOS管的漏极连接至所述第四NMOS管的漏极。

9.根据权利要求4或5所述的过零检测电路，其特征在于，还包括：波形整形单元，对所述比较器的输出信号进行波形整形，以得到所述过零检测信号。

10.根据权利要求9所述的过零检测电路，其特征在于，所述波形整形单元包括偶数个相串联的反相器。

11.一种同步整流降压型DC-DC转换器，其特征在于，包含过零检测端，如权利要求1至10任一项所述的过零检测电路以及同步整流管，所述过零检测电路输出的所述过零检测信号用于控制所述同步整流管的工作状态，所述待检测电平为所述过零检测端的信号。

12.根据权利要求11所述的同步整流降压型DC-DC转换器，其特征在于，当所述待检测电平小于接地电平时，所述过零检测信号控制所述同步整流管关断。

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