[實用新型]開關電源電感的電流過零檢測電路

有效

• 申請號: 201720792343.5
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN206948183U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 陳后鵬;苗杰;胡佳俊;王倩;李喜;宋志棠;雷宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;G01R19/175
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙)31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本實用新型涉及半導體集成電路領域，特別是涉及一種開關電源電感的電流過零檢測電路。

背景技術

隨著電子技術的快速發展，電子產品功能的越來越豐富，種類越來越多，應用領域也越來越廣泛，要求消耗的功率也越來越大。目前我國每年生產超過億部的手機、個人電腦、服務器、大屏幕智能電視、網絡通訊及大功率LED照明等電子產品，而這些電子產品的核心器件---開關電源，則要提供的更大的功率輸出。高功率密度、高轉換效率、高功率因數以及較低的待機功耗是開關電源發展的一個基本趨勢；智能化、小型化和低成本化,系統集成度逐步提高是開關電源發展的另一個趨勢，傳統的開關電源控制結構已經很難滿足這些要求。這必然迫使我們采用新的技術使開關電源產品效率盡可能的高，外圍元器件盡可能的少，待機功耗盡可能的低，以符合日益嚴格的國際標準。

國際電源標準對電源產品的平均效率和待機功耗方面的能效等級越來越嚴格。美國能效VI標準相比V標準(87％,0.1W)已經提高到了平均效率88％，待機功耗0.1W這個更高的標準，它給電源制造商造成了重大沖擊，美國能效VI標準同時也順應綠色、環保、節能這個趨勢。

在開關電源的工作過程中，電感中的電流在開關過程中如果沒有完全釋放，則屬于電流連續模式(CCM)；如果電感中的電流完全釋放，過一段時間再充電，則屬于斷續模式(DCM)；如果電感中的電流完全釋放后，又立即充電，則屬于臨界模式。最優的開關電源芯片設計應該兼容這三種控制模式，使得負載可以在很大范圍內變化。

如圖1所示為傳統的AC/DC異步控制的系統結構示意圖，如圖2所示為傳統的DC/DC異步控制的系統結構示意圖，兩種電路中使用二極管Diode做開關可以省去過零檢測電路，降低芯片電路的設計難度。但是二極管Diode的使用使系統的效率大幅度降低，特別是在輸出電壓比較低的情況下，可以損失10％以上的效率，很難滿足國際能效標準。

為了提高能效，目前普遍采用同步控制方式。如圖3所示，用功率管Mp作為開關替代圖2中的二極管Diode，在電感L0的電流退磁階段，當電感電流放電至零但是退磁時間還沒有結束的時候，則會出現從輸出電壓Vout-功率管Mp-電感L0-輸入電壓VIN的倒灌電流。解決倒灌電流的方法通常是在芯片內部集成過零檢測電路，當檢測到電感電流過零時，控制功率管Mp關斷，以此來阻斷倒灌電流的直流通路。傳統的過零檢測方式是通過檢測節點電壓Vsw與輸出電壓Vout的相對變化來判定電感電流的過零時刻，即在電感電流退磁階段，當節點電壓Vsw低于輸出電壓Vout的時候判定電感電流過零。然而這種方法的缺陷在于，當功率管Mp的導通電阻值R_{ON_P}被設計的較小的時候，比較器就難以精確的判斷出Vsw和Vout的相對變化。例如，當功率管Mp的導通電阻值R_{ON_P}被設計在20mΩ，當電感電流在±50mA范圍內變化時，節點電壓Vsw的相對變化值則為10mV，然而普通比較器的隨機失配電壓卻會達到20mV以上，由于判斷的延遲，仍然會存在一定的倒灌電流，如圖4所示。

如圖5所示為一種目前普遍使用的源極驅動的過零檢測電路，該方法通過檢測與電感L0串連的一個小電阻Rs兩端的電壓V_SENSE，來判斷電感L0中的電流是否過零。由于開關電源電路中開關噪聲很大，判斷很小的電壓差容易形成誤判，同時控制電路存在延遲判斷，同樣會產生一定的倒灌電流。倒灌電流不僅影響系統的效率，也會使系統存在一定的安全隱患。

因此，如何解決電流倒灌的問題，提高開關電源電路的效率和安全性已成為本領域技術人員亟待解決的問題之一。

實用新型內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種開關電源電感的電流過零檢測電路，用于解決現有技術中開關電源的電流倒灌引起的效率低和安全性能差等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種開關電源電感的電流過零檢測電路，所述開關電源電感的電流過零檢測電路至少包括：

第一電流采樣模塊，用于獲取充磁電壓的采樣電流，記為第一采樣電流，所述充磁電壓為線電壓；

第二電流采樣模塊，用于獲取退磁電壓的采樣電流，記為第二采樣電流，所述退磁電壓為線電壓與輸出電壓的差值；

第一檢測電壓產生模塊，連接于所述第一電流采樣模塊的輸出端，并接收占空比導通信號，用于產生第一檢測電壓，所述第一檢測電壓與所述充磁電壓和占空比導通時間之積成正比；