开关变换器及其控制器和零电流检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子电路，尤其涉及开关变换器及其控制器和零电流检测方法。
【背景技术】
[0002] 在同步降压变换器中，当电感电流减小至零时，下开关管通常被关断以避免出现 负电流并提高轻载效率。零电流检测一般通过比较器来实现，因而零电流检测的准确度也 就受到比较器固有延时的影响。若电感器的取值较小，零电流检测的准确度将很难得到保 证。
[0003] 针对上述问题，常用的解决方式是在比较器的输入叠加一固定的偏置信号以抵消 上述比较器的固有延时。然而，这样的偏置信号并不能适用于所有应用场合。一旦温度、 电感器取值或输出电压发生改变，该偏置信号将不再能很好地消除比较器延时所带来的影 响。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种高效、准确、普适性强的零电流检测方法。
[0005] 根据本发明实施例的一种用于开关变换器的零电流检测方法，其中开关变换器包 括第一开关管、具有体二极管的第二开关管和储能元件，流过储能元件的电流在第一开关 管导通、第二开关管关断时增大，在第一开关管关断、第二开关管导通时减小，该零电流检 测方法包括：根据第二开关管体二极管的导通时间调节偏置信号；将流过储能元件的电流 与偏置信号进行比较并产生零电流检测信号；以及若零电流检测信号指示流过储能元件的 电流小于偏置信号，关断第二开关管。
[0006] 根据本发明实施例的一种一种用于开关变换器的控制器，其中开关变换器包括第 一开关管、具有体二极管的第二开关管和储能元件，流过储能元件的电流在第一开关管导 通、第二开关管关断时增大，在第一开关管关断、第二开关管导通时减小。该控制器包括：续 流检测电路，基于第二开关管体二极管的导通时间产生偏置调节信号；偏置产生电路，耦接 至续流检测电路，根据偏置调节信号产生偏置信号；零电流检测电路，耦接至偏置产生电路 以接收偏置信号，并基于代表流过储能元件电流的电流采样信号与偏置信号产生过零检测 信号；以及逻辑电路，耦接至过零检测电路以接收过零检测信号，并在过零检测信号指示电 流采样信号小于偏置信号时将第二开关管关断。
[0007] 根据本发明实施例的一种开关变换器，包括如前所述的控制器。
[0008] 根据本发明实施例的一种开关变换器，包括：第一开关管，具有第一端、第二端和 控制端，其中第一端接收输入电压；包括体二极管的第二开关管，具有栅极、源极和漏极，其 中漏极耦接至第一开关管的第二端以形成开关节点，源极耦接至参考地；电感器，具有第一 端、第二端和控制端，其中第一端耦接至开关节点，第二端为负载提供输出电压；输出电容 器，耦接在电感器的第二端与参考地之间；续流检测电路，基于第二开关管体二极管的导通 时间产生偏置调节信号；偏置产生电路，耦接至续流检测电路，根据偏置调节信号产生偏置 信号；零电流检测电路，耦接至开关节点和偏置产生电路，基于开关节点的电压与偏置信号 判断流过电感器的电流是否减小至零，并产生过零检测信号；以及逻辑电路，耦接至过零检 测电路以接收过零检测信号，并在过零检测信号指示流过电感器的电流减小至零时，产生 控制信号以将第二开关管关断。
[0009] 本发明的实施例根据第二开关管体二极管的导通时间调节偏置信号。该自动调节 的偏置信号在不同应用场合下均能有效地减小甚至消除延时所带来的影响，提高零电流检 测的准确度。
【附图说明】
[0010] 图1示出根据本发明实施例的开关变换器100的原理性框图；
[0011] 图2为根据本发明实施例的图1所示开关变换器100的工作波形图；
[0012] 图3为根据本发明实施例的图1所示开关变换器100中偏置信号Voffset与续流 时间FRT之间的关系曲线图；
[0013] 图4为根据本发明实施例的开关变换器200的原理性框图；
[0014] 图5为根据本发明实施例的开关变换器200A的电路原理图；
[0015] 图6为根据本发明实施例的续流检测电路201B、偏置产生电路202B与零电流检测 电路203B的电路原理图；
[0016] 图7为根据本发明实施例的图6所示电路的工作波形图；
[0017] 图8A为根据本发明实施例的图6所示电路在实际应用中的工作波形图；
[0018] 图8B为实际应用中偏置信号Voffset与续流时间FRT的关系曲线图；
[0019] 图9为根据本发明实施例的用于开关变换器的零电流检测方法的工作流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例 说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特 定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发 明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0021] 在整个说明书中，对" 一个实施例"、"实施例"、" 一个示例"或"示例"的提及意味 着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。 因此，在整个说明书的各个地方出现的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"、"一个示例" 或"示例"不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特 定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当 理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解， 当称"元件""连接到"或"耦接"到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者 可以存在中间元件。相反，当称元件"直接连接到"或"直接耦接到"另一元件时，不存在中 间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语"和/或"包括一个或多个相 关列出的项目的任何和所有组合。
[0022] 针对【背景技术】中指出的问题，本发明提出了一种零电流检测方法，在该方法中，用 于零电流检测的偏置信号不再恒定，而是随下开关管体二极管的导通时间变化而变化。该 自动调节的偏置信号在不同应用场合下均能有效地减小甚至消除比较器延时所带来的影 响，提高零电流检测的准确度。
[0023] 图1示出根据本发明实施例的开关变换器100的原理性框图。开关变换器100包 括上开关管Ml、下开关管M2、电感器L1、输出电容器Cout、续流检测电路101、偏置产生电路 102、零电流检测电路103以及逻辑电路104。开关管Ml和M2均具有栅极、源极和漏极，其 中上开关管Ml的漏极接收输入电压Vin，下开关管M2的漏极耦接至上开关管Ml的源极以 形成开关节点SW，下开关管M2的源极耦接至参考地。电感器L1具有第一端、第二端和控制 端，其中第一端耦接至开关节点SW，第二端提供输出电压Vout。输出电容器Cout耦接在电 感器L1的第二端与参考地之间。
[0024] 续流检测电路101基于下开关管M2中体二极管的导通时间FRT(即续流时间， free-wheelingtime)产生偏置调节信号0FCS。续流检测电路101可以根据下开关管M2 漏极与源极之间的电压来检测续流时间FRT，并产生偏置调节信号0FCS。偏置产生电路102 耦接至续流检测电路101，根据偏置调节信号0FCS产生偏置信号Voffset。在一个实施例 中，当体二极管导通时间FRT增大时，偏置信号Voffset减小；当续流时间FRT减小时，偏置 信号Voffset增大。
[0025] 零电流检测电路103耦接至偏置产生电路102,将流过电感器L1的电流IL与偏 置信号Voffset进行比较，并产生过零检测信号ZCD。逻辑电路104耦接至过零检测电路 103以接收过零检测信号ZCD，并在过零检测信号ZCD指示电感电流IL减小至小于偏置信 号Voffset时，产生控制信号CTRL2以将下开关管M2关断。
[0026] 续流检测电路101、偏置产生电路102、零电流检测电路103以及逻辑电路104可 以被集成于一控制器（例如控制1C)中。在一些实施例中，开关管Ml与M2也制作在该1C 内。
[0027] 图2为根据本发明实施例的图1所示开关变换器100的工作波形图，其中Vsw代 表开关节点SW的电压，即下开关管M2的漏源电压。如图2所示，当上开关管Ml导通，下开 关管M2关断，电感电流IL增大，电压Vsw等于输入电压Vin。当上开关管Ml关断，下开关 管M2导通，电感电流IL减小，电压Vsw可以表示为：
[0028] Vsw=