Buck型同步整流變換器電流過零檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發明提供了BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，該電路包括工作狀態控制電路、檢測信號轉換電路和檢測信號比較電路。工作狀態控制電路接收主開關MOS管驅動信號Vd，并輸出控制信號Vcol到檢測信號轉換電路。檢測信號轉換電路接收過零檢測點信號Vz，并輸出比較信號Icop到檢測信號比較電路。檢測信號比較電路判斷檢測點信號是否過零，并輸出信號Vout控制同步MOS管的開通和關斷。當變換器工作于電感電流斷續模式時，過零檢測電路將自動檢測電感電流的過零狀態，并及時關斷同步MOS管，防止電流倒灌現象的發生。通過對過零檢測電路結構的設計，環境溫度和制作工藝角的變化對本發明輸出信號的影響極小。
【專利說明】BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及BUCK型同步整流變換器的設計，尤其涉及的是，一種同步整流變換器電流過零檢測電路。
【背景技術】
[0002]在變換器的設計過程中，如果是非同步結構，需要采用二極管實現續流。非同步變換器采用續流二極管有利于較高電壓的輸出，同時生產成本也較低。但續流二極管在電流較大時會產生較多的功耗，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管被稱為同步MOS管。由于同步MOS管的通態電阻非常低，所以同步整流變換器的效率很高。但是，當同步整流變換器工作于電感電流斷續模式時，如果不能在電感電流為零時及時關斷同步MOS管，則會出現電流倒灌現象。電流倒灌會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計穩定精準的電流過零檢測電路具有重要的作用。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供了一種BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路。
[0004]本發明的技術方案如下:BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其包括工作狀態控制電路、檢測信號轉換電路和檢測信號比較電路。工作狀態控制電路接收主開關MOS管驅動信號，并輸出工作狀態控制信號到檢測信號轉換電路中；檢測信號轉換電路接收過零檢測點信號，并輸出比較信號到檢測信號比較電路中；檢測信號將比較結果作為控制信號輸出到同步MOS管的柵極。
[0005]BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路中，工作狀態控制電路包括主開關MOS管驅動信號輸入端、反相器、I號MOS管和2號MOS管。其中主開關MOS管驅動信號輸入端連接反相器的輸入端，并連接2號MOS管的柵極。反相器的輸出端連接I號MOS管的柵極，I號MOS管的漏極連接2號MOS管的漏極；2號MOS管的源極接地。
[0006]BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路中，檢測信號轉換電路包括過零檢測點信號輸入端、I至7號MOS管。其中過零檢測點信號輸入端通過工作狀態控制電路連接到I號MOS管的源極。I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，I號MOS管的漏極連接3號MOS管的漏極。2號MOS管的源極連接6號MOS管的漏極，2號MOS管的漏極連接4號MOS管的漏極；3號MOS管的源極連接電源，3號MOS管的柵極練級5號MOS管的漏極。4號MOS管的柵極連接5號MOS管的柵極，4號MOS管的源極連接電源。5號MOS管的柵極連接3號MOS管的柵極，5號MOS管的源極連接電源。6號MOS管的柵極連接電源，6號MOS管的源極接地；7號MOS管的柵極連接I號MOS管的漏極，7號MOS管的源極連接2號MOS管的源極。
[0007]BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路中，檢測信號比較電路包括同步MOS管控制信號輸出端、I至5號MOS管。其中I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，I號MOS管的源極連接電源。I號MOS管的漏極連接檢測信號轉換電路中7號MOS管的漏極。2號MOS管的源極連接電源，2號MOS管的漏極連接3號MOS管的漏極。3號MOS管的柵極連接4號MOS管的漏極，3號MOS管的漏極連接同步MOS管控制信號輸出端。4號MOS管的柵極連接5號MOS管的柵極，4號MOS管的漏極連接電源。5號MOS管的漏極連接檢測信號轉換電路中4號MOS管的柵極。5號MOS管的柵極連接3號MOS管的柵極，5號MOS管的源極接地。
[0008]本發明主要應用于BUCK型同步整流變換器的電感電流過零檢測，當變換器工作于電感電流斷續模式時，過零檢測電路將自動檢測電感電流的過零狀態，并及時關斷同步MOS管，防止電流倒灌現象的發生。通過對過零檢測電路結構的設計，輸出信號只決定于電路中MOS管的參數和偏置電流。因此，環境溫度的變化和制作工藝角的變化對本發明輸出信號的影響極小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的系統結構框圖；
圖2為本發明在BUCK型變換器中的連接電路圖；
圖3為本發明的結構電路圖；
圖4為本發明在不同環境溫度下的輸出電壓與檢測點電流關系圖；
【具體實施方式】
[0010]為了便于理解本發明，下面結合附圖和具體實施例，對本發明進行更詳細的說明。本說明書及其附圖中給出了本發明的較佳的實施例，但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本說明書所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0011]需要說明的是，當某一元件固定于另一個元件，包括將該元件直接固定于該另一個元件,或者將該元件通過至少一個居中的其它元件固定于該另一個元件。當一個元件連接另一個元件，包括將該元件直接連接到該另一個元件，或者將該元件通過至少一個居中的其它元件連接到該另一個元件。
[0012]如圖1所示，BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路包括工作狀態控制電路、檢測信號轉換電路和檢測信號比較電路。其中工作狀態控制電路接收主開關MOS管驅動信號Vd，并輸出控制信號Vcol到檢測信號轉換電路。工作狀態控制電路判斷變換器的工作狀態，并決定過零檢測電路是處于高阻狀態還是過零檢測狀態。檢測信號轉換電路接收過零檢測點信號Vz，并輸出比較信號Icop到檢測信號比較電路。檢測信號比較電路判斷檢測點信號是否過零，并輸出信號Vout控制同步MOS管的開通和關斷。
[0013]如圖2所示，主開關MOS管Ml的漏極連接電源，主開關MOS管的源極連接電感LI的I號端口。同步MOS管M2的漏極連接電感LI的I號端口，同步MOS管M2的源極接地。MOS管驅動電路的正向輸出端連接主開關MOS管Ml的柵極，MOS管驅動電路的反相輸出端通過與門AND上輸入端連接同步MOS管M2的柵極。過零檢測電路的過零檢測點信號Vz接收端連接電感LI的I號端口，過零檢測電路的主開關MOS管驅動信號Vd接受端口連接驅動電路信號輸出端。過零檢測電路的信號Vout輸出端口通過與門AND的下輸入端連接同步MOS管M2的柵極。當過零檢測電路的過零檢測點信號Vz接收端采集到的信號低于所設定的閾值時，過零檢測電路的輸出信號Vout為低電平，同步MOS管M2被關斷。當過零檢測點信號大于閾值時，過零檢測電路的輸出信號Vout為高電平，同步MOS管M2的開關狀態由驅動電路控制。
[0014]如圖3所示，端口 VcU端口 Vz、M0S管NTl和MOS管NT2共同構成工作狀態控制電路。其中端口 Vd接收主開關MOS管驅動信號，端口 Vz接收過零檢測點信號。端口 Vd通過反相器連接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。當主開關MOS管導通時，端口 Vd接收到高電平信號，MOS管NTl斷開，MOS管NT2導通。由于MOS管NTl的斷開以及MOS管NT2的導通，檢測點信號被隔離，過零檢測電路輸出低電平，不影響變換器正常工作。
[0015]MOS管MSl至MOS管MS7共同組成檢測信號轉換電路，其中端口 Vz通過工作狀態控制電路連接到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。檢測信號轉換電路將接收到的檢測點電壓信號轉換為相應比例的電流信號，并將比較信號Icop輸出到檢測信號比較電路與設定閾值進行比較，進而判斷變換器的工作狀態。
[0016]輸出端口 Vout、MOS管MEI至ME5共同組成檢測信號比較電路，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的漏極連接檢測信號轉換電路中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的漏極連接檢測信號轉換電路中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]檢測信號比較電路的閾值為I (Rnt2 - 2RNT1) /Rm2。其中Rnti為MOS管NTl的通態電阻，Rnt2為MOS管NT2的通態電阻，Rm2為同步MOS管的通態電阻，I為流過MOS管漏源極的電流。當檢測點信號小于閾值時，端口 Vout輸出低電平，同步MOS管關斷。當檢測點信號大于閾值時，端口 Vout輸出高電平，同步MOS管受驅動電路控制。
[0018]如圖4所示，BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路在不同環境溫度下輸出電壓Vout與檢查點電流信號Icop的關系。其中，電源電壓Vcc為5V，主開關MOS管驅動信號Vd為低電平。分別對四個溫度點進行了檢測，其中曲線A的檢測溫度點為150攝氏度，曲線B的檢測溫度點為90攝氏度，曲線C的檢測溫度點為35攝氏度，曲線D的檢測溫度點為-50。由圖4可以看出，輸出電壓Vout發生翻轉的檢測點電流信號Icop的平均值為35.3mA。針對不同的檢測溫度點，輸出電壓Vout發生翻轉的檢測點電流信號Icop的相對誤差最大為0.5mA。可見，BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路的結構設計使得環境溫度對輸出電壓Vout的影響極小。
[0019]進一步地，本發明的實施例還包括，上述各實施例的各技術特征，相互組合形成的BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路。
[0020]需要說明的是，上述各技術特征繼續相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本發明說明書記載的范圍；并且，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其特征在于，其包括工作狀態控制電路、檢測信號轉換電路和檢測信號比較電路； 工作狀態控制電路接收主開關MOS管驅動信號，并輸出工作狀態控制信號到檢測信號轉換電路中；檢測信號轉換電路接收過零檢測點信號，并輸出比較信號到檢測信號比較電路中； 檢測信號將比較結果作為控制信號輸出到同步MOS管的柵極。
2.根據權利要求1所述BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其特征在于，工作狀態控制電路包括主開關MOS管驅動信號輸入端、反相器、I號MOS管和2號MOS管。
3.根據權利要求2所述BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其特征在于，主開關MOS管驅動信號輸入端連接反相器的輸入端，并連接2號MOS管的柵極； 反相器的輸出端連接I號MOS管的柵極，I號MOS管的漏極連接2號MOS管的漏極； 2號MOS管的源極接地。
4.根據權利要求1所述BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其特征在于，檢測信號轉換電路包括過零檢測點信號輸入端、I至7號MOS管。
5.根據權利要求4所述BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其特征在于，過零檢測點信號輸入端通過工作狀態控制電路連接到I號MOS管的源極； I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，I號MOS管的漏極連接3號MOS管的漏極；2號MOS管的源極連接6號MOS管的漏極，2號MOS管的漏極連接4號MOS管的漏極；3號MOS管的源極連接電源，3號MOS管的柵極練級5號MOS管的漏極；4號MOS管的柵極連接5號MOS管的柵極，4號MOS管的源極連接電源； 5號MOS管的柵極連接3號MOS管的柵極，5號MOS管的源極連接電源；6號MOS管的柵極連接電源，6號MOS管的源極接地； 7號MOS管的柵極連接I號MOS管的漏極，7號MOS管的源極連接2號MOS管的源極。
6.根據權利要求1所述BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其特征在于，檢測信號比較電路包括同步MOS管控制信號輸出端、I至5號MOS管。
7.根據權利要求6所述BUCK型同步整流變換器電流過零檢測電路，其特征在于，I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，I號MOS管的源極連接電源； I號MOS管的漏極連接檢測信號轉換電路中7號MOS管的漏極；2號MOS管的源極連接電源，2號MOS管的漏極連接3號MOS管的漏極； 3號MOS管的柵極連接4號MOS管的漏極，3號MOS管的漏極連接同步MOS管控制信號輸出端； 4號MOS管的柵極連接5號MOS管的柵極，4號MOS管的漏極連接電源； 5號MOS管的漏極連接檢測信號轉換電路中4號MOS管的柵極； 5號MOS管的柵極連接3號MOS管的柵極，5號MOS管的源極接地。
【文檔編號】G01R19/175GK104034953SQ201410271791
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】邵珠雷, 張元敏, 王紅玲, 羅書克, 周雅 申請人:許昌學院
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
