[發明專利]一種低功耗自適應過零檢測電路

有效

• 申請號: 202011484790.7
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112595886B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 程心;柳成林;李睿文;張章;張永強
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01R19/175
• 分類號: G01R19/175
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種低功耗自適應過零檢測電路，包括偏置模塊、自適應偏置模塊和比較模塊；其中偏置模塊為過零檢測電路提供偏置電流；自適應偏置模塊根據外部輸入電壓VX為比較模塊提供自適應偏置電流；比較模塊根據外部輸入電壓VX的情況和自適應偏置電流調整比較模塊的響應速度；當外部輸入電壓VX從負值上升到0V時，過零檢測電路輸出低電平，將外部NMOS功率管關斷，防止反向電流的產生；本發明能降低過零檢測電路本身的功耗，提高其響應速度，減小反向電流帶來的能量損耗，從而有效提高開關電源在輕載條件下的轉換效率。

技術領域

本發明涉及模擬集成電路設計領域中的電源管理模塊，具體涉及一種應用于與物聯網相關開關電源的低功耗自適應過零檢測電路。

背景技術

隨著物聯網應用的快速增長，發展無線傳感器節點的需求日益增加。許多應用，如智能城市/建筑、醫療保健、家庭自動化、環境監控，甚至工業領域的應用，都需要傳感器長時間工作。因為許多物聯網便攜設備和能量收集裝置不是在正常條件下安裝的，它們的電源不容易更換，同時根據負載條件的情況不同，需要更長的電源壽命。因此低功耗、高效率的電源管理芯片對于延長電源壽命至關重要。最近的趨勢是將開關電源與物聯網設備和可穿戴設備或射頻收發系統集成在一個芯片。

與移動應用不同，物聯網應用中使用的無線傳感器有兩種工作模式：活躍模式和待機模式。無線傳感器在大多數時間都處于待機模式，此時負載電流很低；有時需要在短時間內快速進入活躍模式來傳輸數據，此時負載電流較大。有計算表明，當待機模式的負載電流為1uA時，待機模式的總能耗是活動模式總能耗的10倍，所以待機功率控制著總的功率預算。因此，提高待機模式下的轉換效率對于降低整體能耗變得越來越重要。

在輕負載條件下，開關電源通過在不連續導通模式下工作，阻擋反向電流來實現效率最大化。為了在不連續導通模式下工作，需要過零檢測電路將VX點的電壓與0V電壓相比，在過零點時將NMOS功率管關斷，以阻止反向電流。在不連續導通模式中，比較器存在傳播延遲，而且傳播延遲對于開關電源影響非常大。如果不能及時將NMOS功率管關斷，即使只有幾納秒的延遲也會導致接近100毫安的反向電流，造成開關電源的轉換效率急劇下降。一般開關電源需要高速比較器來盡可能快地切斷反向電流，但通常高速比較器占據了很大的面積，同時其內部的靜態電流非常大，在輕負載條件下，過零檢測電路消耗的電流占主導地位，因此限制了轉換效率。

發明內容

本發明為克服現有技術存在的缺點，提出一種低功耗自適應過零檢測電路，以期能降低過零檢測電路本身的功耗，提高其響應速度，減小反向電流造成的能量損耗，從而有效提高開關電源在輕載條件下的轉換效率。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種低功耗自適應過零檢測電路的特點在于，包括：偏置模塊、自適應偏置模塊和比較模塊；

所述偏置模塊將內部的偏置電流IBIAS轉換為柵源電壓差，并將所述柵源電壓差中的柵電壓提供給所述自適應偏置模塊；

所述自適應偏置模塊根據外部輸入電壓VX和所接收到的柵電壓進行自適應調整，得到自適應偏置電流并提供給所述比較模塊；

所述比較模塊根據外部輸入電壓VX和所述自適應偏置電流，對自身的擺率進行自適應調整，使得擺率隨著輸入電壓VX與0之間的差值的增大以及自適應偏置電流的增大而增大；

當外部輸入電壓VX從負值上升到0V以上時，所述比較模塊輸出低電平，使得外部NMOS功率管關斷，以防止反向電流的產生。

本發明所述的低功耗自適應過零檢測電路的特點也在于，所述偏置模塊包括：基準電流源和第二NMOS管MN2；

所述自適應偏置模塊包括：第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1；