本發(fā)明涉及集成電路開關(guān)電源，特別涉及一種使用雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器的buck變換器。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備普遍采用小型移動電池供電，這類應(yīng)用場合要求電源系統(tǒng)具有低的靜態(tài)功耗，否則將會大大減小設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，從而需要使用者更為頻繁地去更換電池或者對設(shè)備進(jìn)行充電，這無疑會大大增加使用者的精力損耗，并且這也難以在需要長時(shí)間續(xù)航的場合下使用。

2、因此，應(yīng)用于此類產(chǎn)品中的低功耗開關(guān)電源里的零電流檢測電路的功耗將受到極大的制約，但是如果減小零電流檢測電路的功耗，電流檢測電路的速度則會下降，從而不能及時(shí)地關(guān)閉續(xù)流管導(dǎo)致電源電路的效率下降。

3、由于電流檢測電路中功耗與速度互相牽制，現(xiàn)有技術(shù)無法在重負(fù)載條件下快速檢測變化的零電流點(diǎn)，同時(shí)在極輕負(fù)載條件下兼顧低功耗和高精度的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決同步整流轉(zhuǎn)換器中的下功率管需及時(shí)準(zhǔn)確地關(guān)斷這一技術(shù)問題。

2、開關(guān)電源在輕載時(shí)會進(jìn)入dcm模式，在該模式下當(dāng)電感電流為零時(shí)需要及時(shí)準(zhǔn)確關(guān)斷下功率管，如果下功率管關(guān)斷時(shí)間過早，電感電流依靠同步整流晶體管的體二極管續(xù)流，產(chǎn)生較大的體二極管損耗，如果下功率管關(guān)斷時(shí)間過晚時(shí)，則會發(fā)生電流倒灌，原本應(yīng)該供給負(fù)載的能量會從下管流出到地端，造成能量的浪費(fèi)，所以在同步開關(guān)電源的應(yīng)用中需要精確的過零檢測電路關(guān)閉下功率管以提高電源效率。

3、但是在傳統(tǒng)的零電流檢測器中，無法同時(shí)滿足大負(fù)載時(shí)對變化的負(fù)載電流快速檢測和極輕負(fù)載時(shí)同時(shí)兼顧功耗和精度的需求。

4、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種使用雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器的buck變換器，涉及到集成電路開關(guān)電源領(lǐng)域，所述buck變換器內(nèi)部電路包含多個電阻、雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器、邏輯控制模塊、模式控制模塊、死區(qū)控制模塊；所述多個電阻、雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器、邏輯控制模塊、模式控制模塊、死區(qū)控制模塊之間通過buck變換器內(nèi)部電路連接。所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器內(nèi)部設(shè)置有自校準(zhǔn)模塊、電阻網(wǎng)絡(luò)，電流偏置輸入ibias1和ibias2；

5、優(yōu)選的，所述buck變換器擁有兩種模式，分別為適用于重/輕負(fù)載時(shí)的高功耗模式和適用于超輕負(fù)載的節(jié)能模式，工作模式可由外部信號控制，也可通過內(nèi)部電流檢測方式控制。

6、優(yōu)選的，在輕載時(shí)buck電路進(jìn)入dcm模式，按電路的開關(guān)導(dǎo)通情況分為三個階段：

7、第一階段為上管導(dǎo)通，下管關(guān)閉，輸入對電感充電，電感電流開始上升；

8、第二階段為上管關(guān)斷，下管導(dǎo)通，電流經(jīng)過下管為電感續(xù)流，電感電流下降；

9、第三階段為電感電流下降為時(shí)，過零檢測器檢測到電流過零而將零電流信號輸入至控制邏輯中使得下管關(guān)斷，電感電流為零，由電容對負(fù)載供電。

10、優(yōu)選的，所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器工作在第二階段，當(dāng)檢測到零電流信號后關(guān)閉下功率管，使電路進(jìn)入第三階段，為了節(jié)省靜態(tài)電流，該雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器只在第二階段工作，而在第一階段和第三階段關(guān)閉。

11、所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器，用于檢測電感電流是否過零，并在檢測到零電流時(shí)將零電流信號輸入至控制邏輯中；

12、所述電阻網(wǎng)絡(luò)與雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器連接，通過配置合適的阻值使得放大器提前翻轉(zhuǎn)以減小或消除倒灌電流；

13、所述電流偏置輸入ibias1和ibias2，為各條支路提供偏置電流，在節(jié)能模式下，sw0斷開，只由ibias2提供偏置電流，在高功耗模式下，sw0閉合，由ibias1和ibias2共同提供偏置電流；

14、所述模式控制模塊，輸出高電平或低電平，以控制buck變換器的工作模式；

15、所述自校準(zhǔn)模塊在buck電路處于節(jié)能模式時(shí)開啟，用于判斷主比較器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻相對于實(shí)際的零電流時(shí)刻是超前還是滯后，并根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)節(jié)電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值。

16、優(yōu)選的，所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器包括輸入級，采用共柵級結(jié)構(gòu)，輸入管mn6和mn7的輸入端通過中間串聯(lián)的電阻與輸入端的電位連接；

17、輸出級，采用共源級結(jié)構(gòu)，對輸入級的比較信號進(jìn)行整形輸出，并通過反相器和與非門對輸出信號進(jìn)一步整形。

18、優(yōu)選的，所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器還包括使能控制部分，由tg1、mn5、mn6、mn7、mp10組成，當(dāng)驅(qū)動下功率管的驅(qū)動信號vgl為高時(shí)，比較器處于正常工作狀態(tài)。

19、優(yōu)選的，所述電阻網(wǎng)絡(luò)由n個電阻組成，電阻的比例被設(shè)置為1：2：4：8：2(n-1)，本實(shí)施例中n取6，可直接由計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制，電阻網(wǎng)絡(luò)由自校準(zhǔn)模塊控制n個傳輸門進(jìn)行電阻的阻值調(diào)節(jié)。

20、優(yōu)選的，所述自校準(zhǔn)模塊包括動態(tài)比較器comp0，用于判斷主比較器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻相對于實(shí)際的零電流時(shí)刻是超前還是滯后；

21、d觸發(fā)器dff0，在時(shí)鐘到來時(shí)接收動態(tài)比較器的比較結(jié)果并作為加減計(jì)數(shù)器i0的加減判斷依據(jù)；

22、加減計(jì)數(shù)器i1，根據(jù)d觸發(fā)器dff0的輸出端狀態(tài)進(jìn)行加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)，以調(diào)節(jié)電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值；

23、d觸發(fā)器dff1，輸出上一周期時(shí)計(jì)數(shù)器i0的計(jì)數(shù)狀態(tài)；

24、異或門xor0，判斷dff0和dff1的輸出信號是否計(jì)數(shù)狀態(tài)發(fā)生改變；

25、計(jì)數(shù)器i1，當(dāng)自校準(zhǔn)模塊進(jìn)入雙穩(wěn)態(tài)模式8個周期后，觸發(fā)器dff1輸出高電平，自校準(zhǔn)模塊的使能控制端en輸出低電平，關(guān)閉自校準(zhǔn)模塊，計(jì)數(shù)器保持當(dāng)前的值。

26、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

27、1、通過本發(fā)明合理的設(shè)置規(guī)劃從而能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)兼顧設(shè)備進(jìn)入節(jié)能模式時(shí)的低功耗和高精度的需求，從而大大的提高了設(shè)備的在使用過程中的續(xù)航時(shí)間。

28、2、本發(fā)明合理的設(shè)置規(guī)劃可以同時(shí)兼顧buck電路在高功耗模式下對變化負(fù)載的快速電流檢測和極輕負(fù)載時(shí)低功耗的需求。

技術(shù)特征：

1.一種使用雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器的buck變換器，其特征在于：所述buck變換器(1)內(nèi)部電路包含多個電阻、雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)、邏輯控制模塊(03)、模式控制模塊(04)、死區(qū)控制模塊(05)，多個電阻、雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)、邏輯控制模塊(03)、模式控制模塊(04)、死區(qū)控制模塊(05)之間通過buck變換器(1)內(nèi)部電路連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)，其特征在于：所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)包括輸入級，采用共柵極結(jié)構(gòu)，輸入管mn6和mn7的輸入端通過中間串聯(lián)的電阻和電阻網(wǎng)絡(luò)與雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)輸入端的電位連接；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)，其特征在于：雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)還包括使能控制部分，由tg1、mn5、mn9、mn12、mp10組成，當(dāng)驅(qū)動下功率管的驅(qū)動信號vgl為高時(shí)，比較器處于正常工作狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)，其特征在于：電阻網(wǎng)絡(luò)由n個電阻組成，電阻的比例被設(shè)置為1：2：4：8：2(n-1)，本實(shí)施例中n取6，可直接由計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制，電阻網(wǎng)絡(luò)由自校準(zhǔn)模塊控制n個傳輸門進(jìn)行電阻的阻值調(diào)節(jié)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)，其特征在于：所述自校準(zhǔn)模塊包括動態(tài)比較器comp0，用于判斷主比較器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻相對于實(shí)際的零電流時(shí)刻是超前還是滯后；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)，其特征在于：所述buck處于高功耗模式時(shí)所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)ibias1的大偏置電流和小偏置電流ibias2共同為雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)提供偏置電流，節(jié)能模式下雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器(02)只有小電流偏置ibias2提供偏置電流。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種使用雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器的BUCK變換器，涉及到集成電路開關(guān)電源領(lǐng)域，所述BUCK變換器內(nèi)部電路包含多個電阻、雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器、邏輯控制模塊、模式控制模塊、死區(qū)控制模塊；所述多個電阻、雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器、邏輯控制模塊、模式控制模塊、死區(qū)控制模塊之間通過BUCK變換器內(nèi)部電路連接，所述雙模式自校準(zhǔn)零電流檢測器內(nèi)部設(shè)置有自校準(zhǔn)模塊、電阻網(wǎng)絡(luò)，電流偏置輸入IBias1和IBias2；本發(fā)明合理的設(shè)置規(guī)劃從而能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)兼顧設(shè)備進(jìn)入節(jié)能模式時(shí)的低功耗和高精度的需求，從而大大的提高了設(shè)備的在使用過程中的續(xù)航時(shí)間。

技術(shù)研發(fā)人員：韋保林,韋長裕,韋雪明,徐衛(wèi)林,岳宏衛(wèi)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2