一種應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，該電路包括工作狀態(tài)控制電路、檢測信號轉(zhuǎn)換電路和檢測信號比較電路。工作狀態(tài)控制電路接收主開關(guān)MOS管驅(qū)動信號Vd，并輸出控制信號Vcol到檢測信號轉(zhuǎn)換電路。檢測信號轉(zhuǎn)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(guān)斷。當變換器工作于電感電流斷續(xù)模式時，過零檢測電路將自動檢測電感電流的過零狀態(tài)，并及時關(guān)斷同步MOS管，防止電流倒灌現(xiàn)象的發(fā)生。通過對過零檢測電路結(jié)構(gòu)的設計，環(huán)境溫度和制作工藝角的變化對本實用新型輸出信號的影響極小。
【專利說明】
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及開關(guān)電源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。 -種應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路

【背景技術(shù)】
[0002] 在變換器的設計過程中，如果是非同步結(jié)構(gòu)，需要采用二極管實現(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，同時生產(chǎn)成本也較低。但續(xù)流二極管在電流 較大時會產(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M0S管代 替續(xù)流二極管，并要求功率M0S管的柵極電壓與被整流電壓的相位同步，該功率M0S管被稱 為同步M0S管。由于同步M0S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，當同步整流變換器工作于電感電流斷續(xù)模式時，如果不能在電感電流為零時及時關(guān)斷 同步M0S管，則會出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)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(wěn)定精準的電流過零檢測電路具有重要的作用。 實用新型內(nèi)容
[0003] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供了一種應用于開關(guān)電源同步整流變換器 的過零檢測電路。
[0004] 本實用新型的技術(shù)方案如下：應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路， 其包括工作狀態(tài)控制電路、檢測信號轉(zhuǎn)換電路和檢測信號比較電路。工作狀態(tài)控制電路接 收主開關(guān)M0S管驅(qū)動信號，并輸出工作狀態(tài)控制信號到檢測信號轉(zhuǎn)換電路中。檢測信號轉(zhuǎn) 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(jié) 果作為控制信號輸出到同步M0S管的柵極。
[0005] 應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路中，工作狀態(tài)控制電路包括主開 關(guān)M0S管驅(qū)動信號輸入端、反相器、1號M0S管和2號M0S管。其中主開關(guān)M0S管驅(qū)動信號 輸入端連接反相器的輸入端，并連接2號M0S管的柵極。反相器的輸出端連接1號M0S管 的柵極，1號M0S管的漏極連接2號M0S管的漏極。2號M0S管的源極接地。
[0006] 應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路中，檢測信號轉(zhuǎn)換電路包括過零 檢測點信號輸入端、1至7號M0S管。其中過零檢測點信號輸入端通過工作狀態(tài)控制電路 連接到1號M0S管的源極。1號M0S管的柵極連接2號M0S管的柵極，1號M0S管的漏極連 接3號M0S管的漏極。2號M0S管的源極連接6號M0S管的漏極，2號M0S管的漏極連接4 號M0S管的漏極。3號M0S管的源極連接電源，3號M0S管的柵極練級5號M0S管的漏極。 4號M0S管的柵極連接5號M0S管的柵極，4號M0S管的源極連接電源。5號M0S管的柵極 連接3號M0S管的柵極，5號M0S管的源極連接電源。6號M0S管的柵極連接電源，6號M0S 管的源極接地。7號M0S管的柵極連接1號M0S管的漏極，7號M0S管的源極連接2號M0S 管的源極。
[0007] 應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路中，檢測信號比較電路包括同步 MOS管控制信號輸出端、1至5號MOS管。其中1號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極， 1號M0S管的源極連接電源。1號M0S管的漏極連接檢測信號轉(zhuǎn)換電路中7號M0S管的漏 極。2號M0S管的源極連接電源，2號M0S管的漏極連接3號M0S管的漏極。3號M0S管的 柵極連接4號M0S管的漏極，3號M0S管的漏極連接同步M0S管控制信號輸出端。4號M0S 管的柵極連接5號M0S管的柵極，4號M0S管的漏極連接電源。5號M0S管的漏極連接檢測 信號轉(zhuǎn)換電路中4號M0S管的柵極。5號M0S管的柵極連接3號M0S管的柵極，5號M0S管 的源極接地。
[0008] 本實用新型主要應用于開關(guān)電源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(xù)模式時，過零檢測電路將自動檢測電感電流的過零狀態(tài)，并及時關(guān)斷 同步M0S管，防止電流倒灌現(xiàn)象的發(fā)生。通過對過零檢測電路結(jié)構(gòu)的設計，輸出信號只決定 于電路中M0S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本實用 新型輸出信號的影響極小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0010] 圖2為本實用新型在開關(guān)電源變換器中的連接電路圖；
[0011] 圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)電路圖；
[0012] 圖4為本實用新型在不同環(huán)境溫度下的輸出電壓與檢測點電流關(guān)系圖；

【具體實施方式】
[0013] 為了便于理解本實用新型，下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本實用新型進行更詳 細的說明。本說明書及其附圖中給出了本實用新型的較佳的實施例，但是，本實用新型可以 以許多不同的形式來實現(xiàn)，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 目的是使對本實用新型的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0014] 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。
[0015] 如圖1所示，應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路包括工作狀態(tài)控制 電路、檢測信號轉(zhuǎn)換電路和檢測信號比較電路。其中工作狀態(tài)控制電路接收主開關(guān)M0S管 驅(qū)動信號Vd，并輸出控制信號Vcol到檢測信號轉(zhuǎn)換電路。工作狀態(tài)控制電路判斷變換器的 工作狀態(tài)，并決定過零檢測電路是處于高阻狀態(tài)還是過零檢測狀態(tài)。檢測信號轉(zhuǎn)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M0S管的開通和關(guān)斷。
[0016] 如圖2所示，主開關(guān)M0S管Ml的漏極連接電源，主開關(guān)M0S管的源極連接電感L1 的1號端口。同步M0S管M2的漏極連接電感L1的1號端口，同步M0S管M2的源極接地。 M0S管驅(qū)動電路的正向輸出端連接主開關(guān)M0S管Ml的柵極，M0S管驅(qū)動電路的反相輸出端 通過與門AND上輸入端連接同步M0S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L1的1號端口，過零檢測電路的主開關(guān)M0S管驅(qū)動信號Vd接受端口連接驅(qū) 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M0S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M0S管M2被關(guān)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M0S管M2的開關(guān)狀態(tài)由 驅(qū)動電路控制。
[0017] 如圖3所示，端口 Vd、端口 Vz、M0S管NT1和M0S管NT2共同構(gòu)成工作狀態(tài)控制電 路。其中端口 Vd接收主開關(guān)M0S管驅(qū)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M0S管NT1的柵極，端口 Vd連接M0S管NT2的柵極。端口 Vz連接M0S管NT1 的源極。M0S管NT1的漏極連接M0S管NT2的漏極，M0S管NT2的源極接地。當主開關(guān)M0S 管導通時，端口 Vd接收到高電平信號，M0S管NT1斷開，M0S管NT2導通。由于M0S管NT1 的斷開以及M0S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。
[0018] M0S管MSI至M0S管MS7共同組成檢測信號轉(zhuǎn)換電路，其中端口 Vz通過工作狀態(tài) 控制電路連接到M0S管MS5的源極。M0S管MS5的柵極連接M0S管MS4的柵極，M0S管MS5 的漏極連接M0S管MS3的漏極。M0S管MS4的源極連接M0S管MS7的漏極，M0S管MS4的漏 極連接M0S管MS2的漏極。M0S管MS3的源極連接電源，M0S管MS3的柵極練級M0S管MSI 的漏極。M0S管MS2的柵極連接M0S管MSI的柵極，M0S管MS2的源極連接電源。M0S管MSI 的柵極連接M0S管MS3的柵極，M0S管MSI的源極連接電源。M0S管MS7的柵極連接電源， M0S管MS7的源極接地。M0S管MS6的柵極連接M0S管MS5的漏極，M0S管MS6的源極連接 M0S管MS4的源極。檢測信號轉(zhuǎn)換電路將接收到的檢測點電壓信號轉(zhuǎn)換為相應比例的電流 信號，并將比較信號Ic〇P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(tài)。
[0019] 輸出端口 Vout、M0S管ME 1至ME5共同組成檢測信號比較電路，其中其中M0S管 ME1的柵極連接M0S管ME2的柵極，M0S管ME1的源極連接電源。M0S管ME1的漏極連接檢 測信號轉(zhuǎn)換電路中M0S管MS6的漏極。M0S管ME2的源極連接電源，M0S管ME2的漏極連接 M0S管ME3的漏極。M0S管ME3的柵極連接M0S管ME4的漏極，M0S管ME3的漏極連接信號 輸出端Vout。M0S管ME4的柵極連接M0S管ME5的柵極，M0S管ME4的漏極連接電源。M0S 管ME5的漏極連接檢測信號轉(zhuǎn)換電路中M0S管MS2的柵極。M0S管ME5的柵極連接M0S管 ME3的柵極，M0S管ME5的源極接地。
[0020] 檢測信號比較電路的閾值為I (RNT2 - 2RNT1) /RM2。其中RNT1為M0S管NT1的通態(tài)電 阻，RNT2為M0S管NT2的通態(tài)電阻，R M2為同步M0S管的通態(tài)電阻，I為流過M0S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M0S管關(guān)斷。當檢測點信號 大于閾值時，端口 Vout輸出高電平，同步M0S管受驅(qū)動電路控制。
[0021] 如圖4所示，應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路在不同環(huán)境溫度下 輸出電壓Vout與檢查點電流信號Icop的關(guān)系。其中，電源電壓Vcc為5V，主開關(guān)M0S管驅(qū) 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(fā)生翻轉(zhuǎn)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(fā)生翻轉(zhuǎn)的檢測點電流信號Icop的相對 誤差最大為0.5mA?？梢?，應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路的結(jié)構(gòu)設計使得 環(huán)境溫度對輸出電壓Vout的影響極小。
[0022] 進一步地，本實用新型的實施例還包括，上述各實施例的各技術(shù)特征，相互組合形 成的應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路。
[0023] 需要說明的是，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施例， 均視為本實用新型說明書記載的范圍；并且，對本領域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)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實用新型所附權(quán)利要求的保護范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，其特征在于，其包括工作狀 態(tài)控制電路、檢測信號轉(zhuǎn)換電路和檢測信號比較電路； 工作狀態(tài)控制電路接收主開關(guān)MOS管驅(qū)動信號，并輸出工作狀態(tài)控制信號到檢測信號 轉(zhuǎn)換電路中； 檢測信號轉(zhuǎn)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(jié)果作為控制信號輸出到同步MOS管的柵極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，其特征在 于，工作狀態(tài)控制電路包括主開關(guān)MOS管驅(qū)動信號輸入端、反相器、1號MOS管和2號MOS 管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，其特征在 于，主開關(guān)MOS管驅(qū)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1號MOS管的柵極，1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(jù)權(quán)利要求1所述應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，其特征在 于，檢測信號轉(zhuǎn)換電路包括過零檢測點信號輸入端、1至7號MOS管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，其特征在 于，過零檢測點信號輸入端通過工作狀態(tài)控制電路連接到1號MOS管的源極； 1號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，1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1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(jù)權(quán)利要求1所述應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，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、1至5號MOS管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述應用于開關(guān)電源同步整流變換器的過零檢測電路，其特征在 于，1號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，1號MOS管的源極連接電源； 1號MOS管的漏極連接檢測信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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】H02M7/217GK203911793SQ201420324787
【公開日】2014年10月29日 申請日期: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, 張元敏, 羅書克 申請人:許昌學院