[发明专利]一种三态过零比较电路及电源管理芯片

说明书

本发明公开了一种三态过零比较电路及电源管理芯片，包括：过零比较模块、逻辑输出模块、启动延时模块、负向失调切换模块以及轻载检测模块，其中，过零比较模块用于比较输出端VOUT与SW端的电压，产生逻辑电平翻转并控制主功率开关管的关断；启动延时模块用于在DRVP信号为低，过零比较模块开启时，产生合适的启动时序，以避免SW端的电压扰动在建立过程中所产生的误翻；逻辑输出模块用于将过零比较模块输出的电压转换为数字逻辑控制信号；负向电流失调切换模块用于当负载电流极低时，将过零比较模块的翻转点设为负向电流，起到保护作用。通过本发明可以防止过零检测信号在开关电源功率管瞬间切换期间误触发，避免主功率开关管被烧毁。

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，更具体的说，是涉及一种三态过零比较电路及电源管理芯片，其适用于开关电源电路。

背景技术

开关电源芯片是模拟集成电路中一类用途极广泛的芯片，其可以根据负载的需求将输入电压降低或提升，产生稳定的输出电压提供给后级的负载电路，其通常具有转换效率高、控制方式灵活、输入输出范围宽等特点。而在开关电源芯片中，BOOST升压类型的开关电源芯片有着极为重要的用途，其特点是可以控制功率管的导通与关断，使输出电压高于输入电压。

如图1所示，功率管驱动信号DRVP表示占空比为D的方波信号，当DRVP为高电平时，主功率开关管MP1关断，N型功率开关管MN1导通，则SW端被拉至地电位，输入端VIN的电源V_IN在电感L1上产生对地的电流使得电感L1存储能量，此时通过电容C1向输出端VOUT供电；当DRVP为低电平时，主功率开关管MP1导通，N型功率开关管MN1关断，由于电感L1上的电流不能突变，因此，SW端电位被抬高，V_SWV_OUT，通过主功率开关管MP1向电容C1和输出端VOUT供电，由能量守恒定律，当电路稳定工作时可得：V_OUT＝V_IN/D。在BOOST升压电路中，若负载电流比较小，在主功率开关管MP1导通期间，当电感电流i_L逐渐减小时，输出端VOUT的电压V_OUT和SW端的电压V_SW逐渐逼近，当i_L为负时，V_OUTV_SW，此时会产生从输出端VOUT到输入端VIN的反向倒灌电流，会对输入端VIN的电源V_IN带来损害。因此，BOOST电路中需要增加过零检测比较电路1，当过零检测比较电路1检测到电感L1上的电流逐渐逼近0时，则BOOST_NCD信号会从低电平翻转为高电平，并控制功率驱动电路2使功率管驱动信号DRVP为高电平，将主功率开关管MP1关断，达到保护功率级的作用。

如图2所示，为现有的过零检测比较电路原理图，具体的，过零检测比较电路1包括：过零比较模块21和逻辑输出模块22，在BOOST电路中，当DRVP为主功率开关管MP1的驱动信号，DRVN为DRVP的反向信号，当DRVP为低电平，主功率开关管MP1导通，过零检测比较电路1开始工作，若检测到V_SWV_OUT，则无反向电流产生，过零检测比较电路1输出BOOST_NCD维持低电平；当V_SWV_OUT时，主功率开关管MP1上会产生从输出端VOUT至SW端的负向反灌电流，此时过零检测比较电路1输出高电平，并控制DRVP信号关断主功率开关管MP1。但是，该过零检测比较电路1存在以下两个缺陷：

第一，在DRVP变为低电平时，过零比较器会立刻使能比较V_OUT和V_SW的大小，但此时SW端的电位从较低的电位抬升至高电位时需要一定的时间，并且在SW端的电位稳定前，会有一定的阻尼振荡现象，这会导致过零比较器发生误翻转，产生错误的功率管驱动信号DRVP；