[实用新型]开关电源电感的电流过零检测电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种开关电源电感的电流过零检测电路。

背景技术

随着电子技术的快速发展，电子产品功能的越来越丰富，种类越来越多，应用领域也越来越广泛，要求消耗的功率也越来越大。目前我国每年生产超过亿部的手机、个人电脑、服务器、大屏幕智能电视、网络通讯及大功率LED照明等电子产品，而这些电子产品的核心器件---开关电源，则要提供的更大的功率输出。高功率密度、高转换效率、高功率因数以及较低的待机功耗是开关电源发展的一个基本趋势；智能化、小型化和低成本化,系统集成度逐步提高是开关电源发展的另一个趋势，传统的开关电源控制结构已经很难满足这些要求。这必然迫使我们采用新的技术使开关电源产品效率尽可能的高，外围元器件尽可能的少，待机功耗尽可能的低，以符合日益严格的国际标准。

国际电源标准对电源产品的平均效率和待机功耗方面的能效等级越来越严格。美国能效VI标准相比V标准(87％,0.1W)已经提高到了平均效率88％，待机功耗0.1W这个更高的标准，它给电源制造商造成了重大冲击，美国能效VI标准同时也顺应绿色、环保、节能这个趋势。

在开关电源的工作过程中，电感中的电流在开关过程中如果没有完全释放，则属于电流连续模式(CCM)；如果电感中的电流完全释放，过一段时间再充电，则属于断续模式(DCM)；如果电感中的电流完全释放后，又立即充电，则属于临界模式。最优的开关电源芯片设计应该兼容这三种控制模式，使得负载可以在很大范围内变化。

如图1所示为传统的AC/DC异步控制的系统结构示意图，如图2所示为传统的DC/DC异步控制的系统结构示意图，两种电路中使用二极管Diode做开关可以省去过零检测电路，降低芯片电路的设计难度。但是二极管Diode的使用使系统的效率大幅度降低，特别是在输出电压比较低的情况下，可以损失10％以上的效率，很难满足国际能效标准。

为了提高能效，目前普遍采用同步控制方式。如图3所示，用功率管Mp作为开关替代图2中的二极管Diode，在电感L0的电流退磁阶段，当电感电流放电至零但是退磁时间还没有结束的时候，则会出现从输出电压Vout-功率管Mp-电感L0-输入电压VIN的倒灌电流。解决倒灌电流的方法通常是在芯片内部集成过零检测电路，当检测到电感电流过零时，控制功率管Mp关断，以此来阻断倒灌电流的直流通路。传统的过零检测方式是通过检测节点电压Vsw与输出电压Vout的相对变化来判定电感电流的过零时刻，即在电感电流退磁阶段，当节点电压Vsw低于输出电压Vout的时候判定电感电流过零。然而这种方法的缺陷在于，当功率管Mp的导通电阻值R_{ON_P}被设计的较小的时候，比较器就难以精确的判断出Vsw和Vout的相对变化。例如，当功率管Mp的导通电阻值R_{ON_P}被设计在20mΩ，当电感电流在±50mA范围内变化时，节点电压Vsw的相对变化值则为10mV，然而普通比较器的随机失配电压却会达到20mV以上，由于判断的延迟，仍然会存在一定的倒灌电流，如图4所示。

如图5所示为一种目前普遍使用的源极驱动的过零检测电路，该方法通过检测与电感L0串连的一个小电阻Rs两端的电压V_SENSE，来判断电感L0中的电流是否过零。由于开关电源电路中开关噪声很大，判断很小的电压差容易形成误判，同时控制电路存在延迟判断，同样会产生一定的倒灌电流。倒灌电流不仅影响系统的效率，也会使系统存在一定的安全隐患。

因此，如何解决电流倒灌的问题，提高开关电源电路的效率和安全性已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种开关电源电感的电流过零检测电路，用于解决现有技术中开关电源的电流倒灌引起的效率低和安全性能差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种开关电源电感的电流过零检测电路，所述开关电源电感的电流过零检测电路至少包括：

第一电流采样模块，用于获取充磁电压的采样电流，记为第一采样电流，所述充磁电压为线电压；

第二电流采样模块，用于获取退磁电压的采样电流，记为第二采样电流，所述退磁电压为线电压与输出电压的差值；

第一检测电压产生模块，连接于所述第一电流采样模块的输出端，并接收占空比导通信号，用于产生第一检测电压，所述第一检测电压与所述充磁电压和占空比导通时间之积成正比；