过零比较方法及过零比较器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及开关电源中同步整流管的控制，特别涉及一种高速高精度地控制同步 整流管关断的过零比较方法及过零比较器。
【背景技术】
[0002] 为了提高开关电源的效率，同步整流技术被广泛使用。相比于几乎固定的整流二 极管压降，同步整流管以其小的导通内阻，在输出电流较大的情况下大大降低了整流过程 的损耗。而电源工作在DCM模式时，同步整流技术的一个关键点就是，在电感电流降为零时 可靠及时得关断同步整流管，避免电流倒灌降低电源效率。实际上，考虑到驱动信号的延 时，需要在电感电流快降为零之前就产生关断信号。如图1所示，以反激变换器的典型波形 为例，电感电流在同步整流管的内阻Ron上产生压降。在检测到同步整流管漏极电压上 升到负的阈值Vth时就应该产生关断信号。其中，1^表示电感电流，101表示原边的电感电 流，102表示副边的电感电流，VD表示同步整流管漏极的电压波形。
[0003] 现有技术中，判断电感电流过零都采用过零比较器，而过零比较器多需要额外设 置负的基准阈值来检测电流的过零点。例如公开号为CN201210144197的有权专利，采用分 步将并联同步整流管关断的方法来提高检测精度，但是需要人为设置失调电压作为比较器 的阈值。为了尽量提高效率，同步整流管关断的翻转阈值往往只有负几毫伏，这就对基准电 压产生电路提出了较高要求。再比如公开号为CN201210263985的有权专利，采用三极管作 为输入器件，减小了失调，通过设置正温度系数的电阻阻值可以调节比较阈值，并尽量抵消 同步整流管内阻正温度系数的作用。然而，比较器阈值仍然与额外的基准电流有关，精度受 到电阻工艺偏差的影响，且比较器的速度不够快，驱动能力有限。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是，提供一种高速高精度的过零比较方法，该方法的翻转阈值电压 由输入三极管对产生，不需额外的基准产生电路。阈值精度高，且为正温度系数，可抵消同 步整流管内阻正温度系数的作用。增加的锁存级、放大级和输出级电路提高了比较器的速 度和驱动能力。
[0005] 与此相应，本发明的另一个目的是，提供一种高速高精度的过零比较器，该比较器 的负阈值电压由输入三极管对产生，不需额外的基准产生电路。阈值精度高，且为正温度系 数，可抵消同步整流管内阻正温度系数的作用。增加的锁存级、放大级和输出级电路提高了 比较器的速度和驱动能力。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 就方法主题而言，本发明提供一种过零比较方法，适用于过零比较器，用以检测同 步整流电路中同步整流管电流的过零点，以控制同步整流管的关断，该方法通过过零比较 器的输入级电路，将同步整流管漏极电压输入过零比较器作为检测电压，与过零比较器所 设定的翻转阈值VDTH1进行比较，当检测电压达到翻转阈值VD TH1时，即表征同步整流管电流 降为零，则关断同步整流管，在此基础上，所述输入级电路包括由Y个第一 NPN三极管、Μ个 第二ΝΡΝ三极管、Ν个第三ΝΡΝ三极管构成的电流镜，所述第二ΝΡΝ三极管、第三ΝΡΝ三极 管镜像第一 ΝΡΝ三极管的电流；所述过零比较器的翻转阈值VDTH1，是凭借输入级电路中自 有的电流镜，由其第三NPN三极管与第二NPN三极管匹配的数量比值N/M所构成的压差来 产生。
[0008] 优选的，所述电流镜中NPN三极管的数量匹配关系设定为：VDTH1 = - V τ*1η (N/M)， 所述第二ΝΡΝ三极管的个数Μ小于第三ΝΡΝ三极管的个数Ν而大于第一 ΝΡΝ管的个数Υ。
[0009] 优选的，所述电流镜，还包括L个第四ΝΡΝ三极管，所述电流镜中ΝΡΝ三极管的数 量匹配关系设定为：一VT*ln (N/M) >VT*ln (L/Y)，即L/Y〈M/N，所述第二ΝΡΝ三极管的个数Μ 小于第三ΝΡΝ三极管的个数Ν而大于第一 ΝΡΝ管的个数Υ，所述第四ΝΡΝ三极管个数L小于 第一 ΝΡΝ三极管个数Υ。
[0010] 就产品主题而言，本发明提供一种过零比较器，包括依次连接的输入级电路、锁存 级电路、自偏置放大级电路和输出级电路，当检测电压达到翻转阈值VDTH1，输入级电路产生 两路电流输出到锁存级电路中；锁存级电路根据两路电流的大小发生正反馈翻转，并将两 路电流转换为两路电压输出到自偏置放大级电路中；自偏置放大级电路根据两路电压产生 大摆幅的数字信号输出到输出级电路中；输出级电路将该数字信号反相输出；所述输入级 电路，包括由Y个第一 NPN三极管、Μ个第二NPN三极管、N个第三NPN三极管构成的电流 镜，所述第二ΝΡΝ三极管、第三ΝΡΝ三极管镜像第一 ΝΡΝ三极管的电流；所述输入级电路凭 借其自有的电流镜，由其第三ΝΡΝ三极管与第二ΝΡΝ三极管匹配的数量比值Ν/M所构成的 压差来产生过零比较器的翻转阈值VDTH1。
[0011] 优选的，所述输入级电路，还包括：第一偏置电流输入端、使能输入端、漏电压检测 输入端、源电压检测输入端、第一高压隔离NM0S管、第二高压隔离NM0S管、第三高压隔离 NM0S管、第一 PM0S管、第二PM0S管、第三PM0S管和第四PM0S管，其具体连接关系是，所述 第一偏置电流输入端接第一 NPN三极管的集电极、基极以及第二、第三NPN三极管的基极， 第一、第二、第三NPN三极管的发射极依次分别接第一、第二、第三高压隔离NM0S管的源极； 所述第一、第二、第三高压隔离NM0S管的漏极依次分别接地、漏电压检测输入端和源电压 检测输入端，第一、第二、第三高压隔离NM0S管的栅极接使能输入端；所述第二、第三NPN三 极管的集电极依次分别接第一 PM0S管和第二PM0S管的漏极；所述第一 PM0S管的源极接电 源VCC，第一 PM0S管的栅极接自身的漏极和第三P0MS管的栅极；所述第二PM0S管的源极 接电源VCC，第二PM0S管的栅极接自身的漏极和第四PM0S管的栅极；所述第三、第四PM0S 管的源极接电源VCC，第三、第四PM0S管的漏极接入锁存级电路。
[0012] 优选的，所述输入级电路，还包括第十NM0S管和第四NPN三极管，所述第一偏置电 流输入端分别与第十NM0S管的漏极、栅极及第四NPN三极管的集电极连接，第四NPN三极 管的发射极与第二NPN三极管的发射极连接；第十NM0S管的源极分别与第一 NPN三极管的 集电极和基极连接，第十NM0S管的源极还分别与第二、第三、第四NPN三极管的基极连接。
[0013] 优选的，所述输入级电路，还包括第十NM0S管、第十一 N0MS管、第十二NM0S管、第 四NPN三极管和第二偏置电流输入端，所述第二偏置电流输入端接到第十NM0S管的漏极和 栅极；第十NM0S管的栅极还与第^^一、第十二NM0S管的栅极接在一起构成电流镜，第^^一、 第十二NM0S管镜像第十NM0S管的电流；第^^一、第十二NM0S管的漏极依次分别接第一、第 二PMOS管的漏极，第^^一、第十二NM0S管的源极依次分别接第二、第三NPN三极管的集电 极；第四NPN三极管的基极接第一 NPN三极管的集电极和基极，第四NPN三极管的集电极接 第十NM0S管的源极，第四NPN三极管的发射极接第二NPN三极管的发射极；第四NPN三极 管镜像第一 NPN三极管的电流。
[0014] 优选的，所述锁存级电路，包括：第一 NM0S管、第二NM0S管、第三NM0S管、第四 NM0S管和第五NM0S管，其具体连接关系是，所述第一 NM0S管的漏极接自身的栅极和第二 NM0S管的栅极；所述第二NM0S管的漏极接第四NM0S管的漏极和所述输入级电路中的第四 PM0S管的漏极；所述第四NM0S管的漏极还接自身的栅极和第三NM0S管的栅极；所述第三 NM0S管的漏极接第一 NM0S管的漏极和所述输入级电路中的第三PM0S管的漏极；所述第 一、第二、第三、第四NM0S管的源极共同接到第五NM0S管的漏极；所述第五NM0S管的漏极 同时接自身的栅极，第五NM0S管的源极接地；所述第一 NM0S管的漏极和第四NM0S管的漏 极还接入自偏置放大级电路。
[0015] 优选的，所述自偏置放大级电路，包括：第五PM0S管、第六PM0S、第七PM0S管、第 六NM0S管、第七NM0S管和第八NM0S管，其具体连接关系是，所述第七PM0S管的源