开关变换器及其控制器和零电流检测方法_2

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[0029] 其中Rdsm为下开关管M2的导通电阻。当电感电流IL减小至小于偏置信号 Voffset,零电流检测电路103在一段由零电流检测电路103和逻辑电路104导致的延时 (例如10纳秒)后,通过逻辑电路104将下开关管M2关断。此时电感电流IL通过下开关 管M2的体二极管续流,电压Vsw等于负的体二极管正向电压,例如-0. 7V。在电感电流IL 减小至零后,下开关管M2的体二极管也关断,此时电压Vsw等于输出电压Vout。根据图2 可知,若偏置信号Voffset减小,则下开关管M2的关断时刻后延,相应地续流时间FRT将减 小。反之,若偏置信号Voffset增大,则下开关管M2的关断时刻提前,续流时间FRT将增大。
[0030] 图3为根据本发明实施例的图1所示开关变换器100中偏置信号Voffset与续流 时间FRT的关系曲线图,其中曲线1表示续流时间FRT至偏置信号Voffset的关系,曲线2 表示偏置信号Voffset至续流时间FRT的关系。根据曲线1和曲线2可知,当续流时间FRT 增大,偏置信号Voffset减小,而偏置信号Voffset的减小又将进一步导致续流时间FRT减 小,反之亦然。这无疑形成了一个负反馈回路,将续流时间FRT最终调节至曲线1与曲线2 的交点所对应的值FRTO。该负反馈回路的增益由曲线1的斜率所决定。此外,由于零电流 检测电路103的固有延时与系统中其他延时的存在,曲线2的起点并不是零点。
[0031] 图4为根据本发明实施例的开关变换器200的原理性框图。在图4所示的实施例 中,续流检测电路201耦接至开关节点SW,根据开关节点SW的电压Vsw检测续流时间FRT 并产生偏置调节信号0FCS。零电流检测电路203耦接至偏置产生电路202以接收偏置信号 Voffset,基于代表电感电流IL的电流采样信号Isensel与偏置信号Voffset产生过零检 测信号ZCD。逻辑电路204在过零检测信号ZCD指示电流采样信号Isensel小于偏置信号 Voffset时将下开关管M2关断。
[0032] 在一些实施例中,可以使用采样电阻器或电流互感器等器件来采样电感电流IL 或流过下开关管M2的电流,从而获得电流采样信号Isensel。由于下开关管M2在导通时其 两端的电压与电感电流IL成正比,下开关管M2的源漏电压(-Vsw)也可以被用作电流采样 信号Isensel。
[0033] 在一个实施例中,零电流检测电路203包括具有同相输入端、反相输入端与输出 端的比较器C0M1。比较器C0M1的同相输入端耦接至偏置产生电路202以接收偏置信号 Voffset,反相输入端接收电流采样信号Isensel。比较器C0M1将电流采样信号Isensel与 偏置信号Voffset比较,在输出端产生零电流检测信号Z⑶。
[0034] 图5为根据本发明实施例的开关变换器200A的电路原理图。其中续流检测电路 201A耦接至开关节点SW与逻辑电路204A,根据电压Vsw与控制信号CTRL2来检测续流时 间FRT并产生偏置调节信号0FCS。偏置产生电路202A包括一具有正极、负极以及控制端 的可控电压源Vsl,其中正极耦接至参考地,控制端耦接至续流检测电路201A以接收偏置 调节信号0FCS。可控电压源Vsl基于偏置调节信号0FCS,在正极和负极之间产生偏置信号 Voffset。零电流检测电路203A包括具有同相输入端、反相输入端与输出端的比较器COM2。 比较器COM2的同相输入端耦接至开关节点SW,反相输入端耦接至可控电压源Vsl的负极。 比较器COM2将开关节点SW的电压Vsw与负的偏置信号-Voffset比较,在输出端产生零电 流检测信号Z⑶。比较器COM2在检测到电压Vsw增大至大于-Voffset时,通过逻辑电路 204A将下开关管M2关断。
[0035] 逻辑电路204A可以采用任何合适的控制方式来控制开关管Ml和M2。在图5所示 的实施例中,逻辑电路204A采用定频峰值电流控制,包括误差放大器EA、比较器COM3、或门 0R1以及触发器FF1和FF2。代表输出电压Vout的反馈信号FB与参考信号Vref通过误差 放大器EA进行比较,两者之间的误差经补偿后产生补偿信号COMP。比较器COM3将代表流 过上开关管Ml电流的电流采样信号Isense2与补偿信号COMP进行比较,其输出的信号与 时钟信号CLK和零电流检测信号ZCD-起决定开关管Ml与M2的状态。
[0036] 在时钟信号CLK的上升沿,上开关管Ml导通,下开关管M2关断,电压Vsw等于输 入电压Vin。此后电感电流IL逐渐增大,电流采样信号Isense2也增大。当电流采样信号 Isense2增大至大于补偿信号COMP时,上开关管Ml关断,下开关管M2导通。电感电流IL 逐渐减小,电压Vsw为负值并逐渐增大。若电压Vsw增大至大于-Voffset,零电流检测信号 ZCD将会随之从低电平变为高电平,触发器FF2被重置以关断下开关管M2。
[0037] 图6为根据本发明实施例的续流检测电路201B、偏置产生电路202B与零电流检测 电路203B的电路原理图。图7为根据本发明实施例的图6所示电路的工作波形图。
[0038] 续流检测电路201B包括电流源II~13,晶体管Q1~Q4、开关管M3、M4、电阻器 R1、电容器C1以及单触发电路211B。电流源II具有第一端和第二端,其中第一端耦接至供 电电压Vcc。晶体管Q1具有第一端、第二端和控制端,其中第一端和控制端均耦接至电流源 II的第二端,第二端耦接至参考地。晶体管Q2具有第一端、第二端和控制端,其中控制端 耦接至晶体管Q1的控制端。电阻器R1具有第一端和第二端,其中第一端耦接至晶体管Q2 的第二端,第二端耦接至开关节点SW以接受电压Vsw。电流源12具有第一端和第二端,其 中第一端耦接至供电电压Vcc。晶体管Q3具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至 供电电压Vcc,第二端和控制端均耦接至第二电流源12的第二端和晶体管Q2的第一端。晶 体管Q4具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至供电电压Vcc,控制端耦接至晶体 管Q3的控制端。开关管M3具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至晶体管Q4的 第二端。单触发电路211B具有输入端和输出端,其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信 号CTRL2,输出端耦接至开关管M3的控制端。单触发电路211B基于控制信号CTRL2,在输 出端产生逻辑控制信号LC。电容器C1具有第一端和第二端,其中第一端耦接至开关管M3 的第二端并提供偏置调节信号OFCS,第二端耦接至参考地。开关管M4具有第一端、第二端 和控制端,其中第一端耦接至电容器C1的第一端,控制端耦接至逻辑电路以接收控制信号 CTRL2。电流源13具有第一端和第二端,其中第一端耦接至开关管M4的第二端,第二端耦 接至参考地。
[0039] 偏置产生电路202B包括晶体管Q5~Q9、电阻器R2~R4以及电流源14~16。 晶体管Q5具有第一端、第二端和控制端,其中控制端耦接至续流检测电路201B以接收偏置 调节信号OFCS。电阻器R2具有第一端和第二端,其中第一端耦接至晶体管Q5的第二端, 第二端耦接至参考地。晶体管Q6具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至供电电 压Vcc,第二端和控制端均耦接至晶体管Q5的第一端。晶体管Q7具有第一端、第二端和控 制端,其中第一端耦接至供电电压Vcc,控制端耦接至晶体管Q6的控制端。电流源14具有 第一端和第二端,其中第一端耦接至晶体管Q7的第二端,第二端耦接至参考地。电流源15 具有第一端和第二端,其中第一端耦接至供电电压Vcc,第二端耦接至晶体管Q7的第二端 和电流源14的第一端。电阻器R3具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至电流源 15的第二端。晶体管Q8具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至电阻器R3的第二 端,第二端和控制端均耦接至参考地。电流源16具有第一端和第二端,其中第一端耦接至 供电电压Vcc。电阻器R4具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至电流源16的第 二端。晶体管Q9具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至电阻器R4的第二端,第 二端耦接至参考地,控制端耦接至开关节点SW以接收电压Vsw。
[0040] 零电流检测电路203B包括比较器COM4。比较器COM4的反相输入端耦接至电阻 器R3的第一端以接收电压Vneg,同相输入端耦接至电阻器R4的第一端以接收电压Vpos, 输出端提供零电流检测信号ZCD。
[0041] 在图6所示的续流检测电路201B中,电阻器R1采样电压
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