一种高精度、低功耗电流过零检测电路的制作方法

本发明涉及电源转换器芯片，具体为一种高精度、低功耗电流过零检测电路。

背景技术：

1、在很多电源转换器芯片中，比如buck，boost等等转换器，都需要支持电流连续模式和电流非连续模式，如常见的buck转换器，pmosfet导通时，电感电流上升，当nmosfet导通时，电感电流下降，在轻载状态下，转换器自动进入电流非连续模式，电感电流下降到零的时候需要截止，防止电流回流，所以需要电流过零检测来检测nmosfet导通时候的电流过零。

2、电流过零检测是通过一个比较器来比较nmosfet导通时候两边的电压来实现，当nmosfet导通时，电感电流流向输出端并逐渐降低，vsw慢慢上升并逼近pvss电压，当达到pvss电压时，电感电流降为零，这时候比较器翻转，输出过零信号，并用于控制电路，及时关断nmosfet。

3、然而实际的比较器由于存在输入失调，比较延迟等非理想因素，从而影响电流过零检测的准确度，这些将直接影响轻载情况下的损耗以及转换效率，如今越来越多的电子产品，尤其是穿戴类产品要求低功耗，所以过零检测比较器的低功耗需求越来越高，但是输入失调，比较延迟以及功耗之间存在此消彼长的矛盾。

4、传统比较器的精度受反应速度、失调与延迟的影响，通常会采用增加输入管尺寸的方式降低失调，但这会增大比较器寄生电容，进而影响反应速度，为了弥补反应速度对精度造成的负面影响，这就需要增大比较器的功耗，因此传统电流过零检测电路常常采用牺牲功耗提高精度的设计思路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高精度、低功耗电流过零检测电路，具备兼具高精度和低功耗的优点，解决了背景技术中所提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度、低功耗电流过零检测电路，电流过零检测电路被应用于buck转换器中，buck转换器包含：电感、电容、电阻、控制nmos开关和电流过零检测电路。

3、电流过零检测电路包括开关s1～s8，第一级预放大器、第二级预放大器、第三级高增益高速放大器和电容c1～c4，所述buck转换器电路工作状态分为两阶段：

4、阶段一：pg/ng置于低电平，电感开始充电，开关s1和s2断开，开关s3、s4、s5、s6、s7和s8闭合，其中第一级预放大器输入偏置到vcm1，第二级预放大器输入偏置到vcm2，电压稳定后，第一级预放大器的失调将会储存于电容c1与c2中，第三级高增益高速放大器作为运放通过开关s7和s8接成负反馈，第二级预放大器和第三级高增益高速放大器的失调存储于电容c3与c4中，此时pg与ng处于低电平状态pmosfet导通，nmosfet关断，电感开始充电；

5、阶段二：开关s1和s2闭合，开关s3、s4、s5、s6、s7和s8断开，此时pg与ng处于高电平状态，pmosfet关断，nmosfet开启，电感开始放电，比较信号vsw与pvss输入，第一级预放大器和第二级预放大器将信号初步放大，第三级高增益高速放大器由闭环转为开环状态，作为比较器对比输入信号，当vsw大于pvss，反馈控制ng转变为低电平关断nmosfet，由于阶段一中失调电压已存储电容之中，阶段二的输入信号与失调电压一起被放大，经过电容后失调电压相互抵消，输出vout将不再受输入失调误差的影响。

6、优选的，第三级高增益高速放大器由晶体管m1～m10组成，共有两条反馈路径，第一条是通过晶体管m1和m2的共源节点的串联电流反馈，这条反馈通路是负反馈；第二条是连接m5和m6源-漏极的并联电压反馈，这条反馈通路是正反馈，当此，正反馈系数小于负反馈系数时，整个电路将为负反馈；当正反馈系数大于负反馈系数时，整个电路表现为正反馈，同时在电压传输曲线中将出现迟滞。

7、优选的，晶体管m5和m6的尺寸使其宽长比略小于晶体管m3和m4，使得整个电路整体表现为负反馈。

8、优选的，第一级预放大器和第二级预放大器的电路组成相同。

9、优选的，第一级预放大器和第二级预放大器，均由电阻r1～r4和开关s9组成。

10、优选的，一种高精度、低功耗电流过零检测电路，包含一种输入自锁策略：

11、通过利用体电位背靠背连接的nmosfet实现开关，并通过电平转换电路，电平转换电路由晶体管m11～m14组成，实现对衬底电位vss1、vss2控制，当电路处于阶段一，autozb为低电位，开关s1、s2断开，开关s3、s4、s5、s6、s7和s8闭合，三级失调误差校准电路处于自动归零状态，此时bgate1和bgate2等于vss1和vss2处于低电位，如果vsw电压过低导致m11的体二极管或者沟道导通，vss1会立刻追踪vsw，由于bgate1等于vss1，所以也会追踪vsw，从而实现m12的一直关断，当电路进入阶段二，autozb为高电位，开关s1和s2闭合，开关s3、s4、s5、s6、s7和s8断开，m11、m12、m13和m14导通，vsw信号传输至vsw_o，pvss信号传输至pvss_o，三级失调误差校准电路比较vsw与pvss，当vsw慢慢上升达到pvss电压时，电感电流降为零，此时比较器翻转，输出过零信号用于控制电路，及时关断nmosfet。

12、优选的，一种高精度、低功耗电流过零检测电路，包含一种延时补偿策略：

13、在阶段二中，电流过零检测电路中采取往第一级预放大器负载电阻r3与r4中灌入小偏置电流i1与i2，通过改变i1与i2的电流大小调节a、b点电压，a、b点电压为后一级的输入电压，通过调节a、b电压补偿电路延时，提高电路精度。

14、优选的，一种高精度、低功耗电流过零检测电路，包含一种动态开关策略：。

15、当pg/ng低电平，pmosfet开启时，电流过零检测电路处于阶段一，存储电路失调电压，此时校准电路。

16、当pg转变为高电平而ng还维持低电平状态，此时输入自锁电路生效，保证检测电路不会误触。

17、当pg高电平，ng转为高电平，nmosfet开启，电流过零检测电路进入阶段二时，此时电感电流持续释放，当电流为零，检测电路比较发生翻转，控制ng转变为低电平，此时nmosfet与pmosfet均关断。

18、优选的，电平转换电路由晶体管m11～m14组成。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、本发明中的电流过零检测电路中，在取得超高精度的同时降低功耗，依据零电流检测电路常见应用场景，将电路工作状态分为两段，阶段一，pg/ng置于低电平，电感开始充电；阶段二，pg/ng置于高电平，电感开始放电，该电流过零检测电路可根据电路所处工作状态，采取输入失调误差校准、输入自锁、延迟补偿和动态开关的策略在提高电路精度的同时降低功耗，本发明应用场景广泛，dc-dc电路中均需要检测电感电流状态，并且不需要任何辅助电路，仅需在原有电路中增加小电容，在校准输入失调误差的同时极大节省功耗，额外增加了延时补偿功能，提高电路精度，同时具备输入自锁功能，防止误触，能够根据电路状态自动控制开关，节省功耗。