本发明涉及电子领域，具体涉及一种过零检测电路及包含该电路的开关电源。
背景技术：
过零检测电路会因为响应时间和输入失调电压的影响，使得过零点判断滞后。对于常见的过零检测电路，其响应时间会在几十纳秒甚至更长，失调电压会在十毫伏以上。通常过零检测电路中采用加入提前量的办法来试图抵消响应时间的影响,然而由于工艺的偏差使得该提前量不能完全抵消响应时间的影响,因此快速的瞬态响应才能准确的解决该问题。
图1是过零检测电路的应用环境示意图，即同步整流降压型DC-DC电路，由于过零点判断滞后的原因，开关电源会出现的电感电流倒灌现象。2是过零现象描述示意图。这种情况会使得整个系统处于一种超过放状态，从而使系统的效率大幅度地下降。另外，过零检测信号的准确翻转决定整个系统工作模式的切换，当未发生翻转时系统工作于PWM调制模式，当发生翻转时系统工作于PFM或者PSM调制模式，因此过零检测电路的准确判断对整个开关电源系统有至关重要的作用。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种过零检测电路及包含该电路的开关电源，克服了过零检测电路的响应时间的影响，而使得过零点判断滞后的缺陷，在提升瞬态响应的同时，通过优化电路设计，降低了过零检测电路的输入失调电压，进一步克服了过零点判断滞后的缺陷。同时解决了开关电源电路中电感电流倒灌的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种过零检测电路，包括采样电路单元、前馈通路电路单元和比较电路单元，所述采样电路单元接收参考信号和过零信号,并根据参考信号输出第一输出信号，根据过零信号输出第二输出信号；前馈通路电路单元接收所述第一输出信号和所述第二输出信号，并根据所述第一输出信号输出第三输出信号，根据所述第二输出信号输出第四输出信号；比较电路单元根据所述第二输出信号和所述第三输出信号输出第一电压信号，根据所述第一输出信号和所述第四输出信号输出第二电压信号，并根据所述第一电压信号和所述第二电压信号输出过零检测控制信号。
进一步的，所述采样电路单元包括输入对管电路和负载电路，所述输入对管电路接收所述参考信号和所述过零信号，并根据所述参考信号输出第一电流信号，根据所述过零信号输出第二电流信号；负载电路为所述输入对管电路提供负载，并根据所述第一电流信号输出第一输出信号，根据所述第二电流信号输出第二输出信号。
进一步的，所述输入对管电路包括电流源、电流镜及输入对管，其中，所述电流源为所述电流镜提供电流，所述电流镜为所述输入对管提供偏置电流，所述输入对管的其中两输入端与所述电流镜相连，另外两输入端接收所述参考信号和所述过零信号，并根据所述参考信号输出所述第一电流信号，根据所述过零信号输出所述第二电流信号。
进一步的，所述电流镜包括两场效应管。
进一步的，所述两场效应管是P型场效应管。
进一步的，所述输入对管包括第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管的源极连接所述电流镜，栅极连接所述参考信号，漏极输出所述第一电流信号；所述第二场效应管的源极连接所述电流镜，栅极连接所述过零信号，漏极输出所述第二电流信号。
进一步的，所述第一场效应管和所述第二场效应管是低压型器件。
进一步的，所述第一场效应管和所述第二场效应管是P型场效应管。
进一步的，所述负载电路包括两电阻，所述两电阻分别连接至所述第一场效应管和所述第二场效应管的漏极，所述电阻的阻值的取值使得所述第一场效应管和所述第二场效应管输入对管工作在亚阈区。
进一步的，所述负载电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻为所述第一电流信号提供负载，以输出所述第一输出信号，所述第二电阻为所述第二电流信号提供负载，以输出所述第二输出信号。
进一步的，所述前馈通路电路单元包括第一前馈电路和第二前馈电路，所述第一前馈电路接收所述第一输出信号，并根据所述第一输出信号输出所述第三输出信号，所述第三输出信号等于所述第一输出信号；所述第二前馈电路接收所述第二输出信号，并根据所述第二输出信号输出所述第四输出信号，所述第四输出信号等于所述第二输出信号。
进一步的，所述第一前馈电路和所述第二前馈电路是源随器电路。
进一步的，所述比较电路单元包括合并电路和比较电路。所述合并电路根据所述第二输出信号和所述第三输出信号输出所述第一电压信号，根据所述第一输出信号和所述第四输出信号输出所述第二电压信号，所述第一电压信号和所述第二电压信号合并，以输出电压合并信号；比较电路根据所述电压合并信号输出过零检测控制信号。
进一步的，所述合并电路包括接收对管和电流镜负载。所述接收对管的第一接收端接收所述第二输出信号和所述第三输出信号，并输出电流信号；所述接收对管的第二接收端接收所述第一输出信号和所述第四输出信号，并输出所述第二电压信号；所述电流信号经过所述电流镜负载后输出所述第一电压信号并与所述第二电压信号合并，以输出所述电压合并信号。
进一步的，所述接收对管包括第三场效应管和第四场效应管，所述第三场效应管的栅极连接所述第三输出信号，源极连接所述第二输出信号，漏极输出所述电流信号；所述第四场效应管的栅极连接所述第四输出信号，源极连接所述第一输出信号，漏极输出所述第二电压信号。
进一步的，当所述电压合并信号小于电源电压的一半时，所述比较电路输出高电平；当所述电压合并信号大于等于电源电压的一半时，所述比较电路输出低电平。
进一步的，所述比较电路是反相器电路。
本发明还提供了一种开关电源，采用如权利要求1至17所述的任一项过零检测电路，用于所述开关电源的过零检测。
本发明的有益效果在于，通过设计前馈通路单路单元，提高了比较电路单元的跨导，从而加快过零检测电路的瞬态响应。同时为降低输入失调电压，采用低压器件作为输入对管，并设置适当负载值，使得输入对管工作在亚阈区，提高了采样电路单元的输出增益，从而减小了比较电路单元的等效输入失调电压，进而减小了过零检测电路的输入失调电压。在加快了瞬态相应的同时保持低输入失调电压，解决了过零检测电路的过零点判断滞后的缺陷。采用本发明的过零检测电路，解决了开关电源电路中电感电流倒灌的问题，提升了开关电源的效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是过零检测电路的应用环境示意图；
图2是过零现象描述示意图；
图3是本发明一实施例的过零检测电路300的电路框图；
图4是本发明一实施例的过零检测电路400的具体电路；
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
图3是本发明一实施例的过零检测电路300的电路框图。过零检测电路300可由采样电路单元302、前馈通路电路单元304和比较电路单元306组成。其中，采样电路单元302接收参考信号和过零信号,并根据参考信号输出第一输出信号，根据过零信号输出第二输出信号，其中，过零信号可为图1中LX点的电压信号。前馈通路电路单元304接收第一输出信号和第二输出信号，并根据第一输出信号输出第三输出信号，根据第二输出信号输出第四输出信号，其中，第一输出信号与第三输出信号相等，第二输出信号与第四输出信号相等。比较电路单元306接收第一输出信号和第二输出信号，同时接收第三输出信号和第四输出信号，并根据第二输出信号和第三输出信号输出第一电压信号，根据第一输出信号和第四输出信号输出第二电压信号，根据第一电压信号和第二电压信号输出过零检测控制信号。需要说明的是，过零检测电路也可称为过零比较器。另外，有些过零检测电路在比较电路单元306后还包括数字电路。
采样电路单元302的第二输出信号直接传输至比较电路单元306的第一接收端，同时，前馈通路电路单元304的第三输出信号传输至比较电路单元306的第一接收端。采样电路单元302的第一输出信号直接传输至比较电路单元306的第二接收端，同时，前馈通路电路单元304的第四输出信号传输至比较电路单元306的第二接收端。其中，前馈通路电路单元304的第三输出信号与采样电路单元302的第一输出信号是相等的，前馈通路电路单元304的第四输出信号与采样电路单元302的第二输出信号是相等的，所以采样电路单元302的第一输出信号和第二输出信号以相反的叠加方式传输至比较电路单元306的第一接收端和第二接收端，增大了比较电路单元的输入信号，从而提高了比较电路单元306的跨导，提高了过零检测电路的瞬态响应。
图4是本发明一实施例的过零检测电路400的具体电路图。
在一实施方式中，采样电路单元402可包括输入对管电路和负载电路，输入对管电路接收参考信号和过零信号，并根据参考信号输出第一电流信号，根据过零信号输出第二电流信号。负载电路为输入对管电路提供负载，并根据输入对管电路输出的第一电流信号输出第一输出信号，根据输入对管电路输出的第二电流信号输出第二输出信号。
在一实施方式中，输入对管电路可包括电流源、电流镜和输入对管，电流源为电流镜提供电流，电流镜为输入对管提供偏置电流，输入对管的其中两输入端连接电流镜的输出端，另外两输入端接收参考信号和过零信号，并根据参考信号输出第一电流信号，根据过零信号输出第二电流信号。
在一实施方式中，电流镜可包括两场效应管。在其他实施方式中，也可使用两三极管组成电流镜，只是电路的连接方式稍作改变，即可实现本发明中此电流镜的作用。
在一实施方式中，由于过零检测电路的输入信号是零点附近的电压信号，而N型场效应管与P型场效应管相比，其要求的输入电压较高，电流镜可由两P型场效应管M11和M12组成电流镜，M11和M12的栅极相连，M11和M12的源极连电源，M11的漏极连接电流源，M12的漏极连接输入对管，为输入对管提供偏置电流。
在一实施方式中，输入对管可包括第一场效应管M1和第二场效应管M2。第一场效应管M1的源极连接电流镜，栅极连接参考信号，根据参考信号漏极输出第一电流信号；第二场效应管M2的源极连接电流镜，栅极连接过零信号，根据过零信号漏极输出所述第二电流信号。在其他实施方式中，输入对管可包括采用两三极管，三极管的失调特性比场效应管的好，所以采用三极管做输入对管，会进一步减小过零检测电路的输入失调电压。但是三极管的成本要高于MOS管。
在一实施方式中，第一场效应管M1和第二场效应管M2可采用低压型器件。在具体实施方式中，由于过零检测电路的低输入电平,由于电平的限制,不利于第一级采用较大尺寸的器件来实现低失调的作用，而现代CMOS工艺中低压器件的失调特性远远好于高压器件，所以可采用低压器件作为输入对管，在采用相同器件面积的情况下，采用低压器件会降低输入失调电压。
在一实施方式中，第一场效应管M1和第二场效应管M2可采用两P型场效应管，M1的栅极接收参考信号，M2的栅极接收过零信号，M1和M2的源极连接电流源的输出端，M1和M2的漏极连接负载电路。因为P型场效应管M1和M2所需的输入电压比N型场效应管所需的输入电压低，所以P型场效应管M1和M2更适合用于过零检测电路的采样电路单元的输入对管，可以使得过零检测更准确。
在一实施方式中，负载电路可包括两电阻，两电阻分别连接至第一场效应管和第二场效应管的漏极，通过设置合适的阻值，可使得第一场效应管和第二场效应管工作在亚阈区，从而使得第一场效应管和第二场效应管输出的电流信号具有较大的增益，从而减小比较电路单元306的等效输入失调电压，进一步减小了过零检测电路的输入失调电压。同时由于负载电路的影响，使得采样电路单元的输出结点寄生极点非常高，时间常数低，所以采样电路单元对过零检测电路的响应时间的影响可以忽略。
在一实施方式中，负载电路可以由第一电阻R1和第二电阻R2组成，其中，输入对管电路的输出端分别与第一电阻R1和第二电阻R2相连，输入对管输出的第一电流信号经过第一电阻R1以输出第一输出信号，输入对管输出的第二电流信号经过第二电阻R2以输出第二输出信号。
在一实施方式中，前馈通路电路单元404可包括第一前馈电路和第二前馈电路，第一前馈电路接收采样电路单元402的第一输出信号，并根据第一输出信号输出第三输出信号；第二前馈电路接收采样电路单元402的第二输出信号，并根据第二输出信号输出第四输出信号，其中，第三输出信号与第一输出信号相等，第四输出信号与第二输出信号相等。在具体实施方式中，采样电路单元402的第一输出信号和第二输出信号还直接传输至比较电路单元406，即采样电路单元402的第一输出信号和第二输出信号分别以相反的叠加方式传输至比较电路单元406的第一接收端和第二接收端，使得采样电路单元402的输出信号以二倍的形式传输至比较电路单元406，提高了比较电路单元406的跨导，进而加快了过零检测电路的响应时间。
在一实施方式中，前馈通路电路单元404的第一前馈电路和第二前馈电路可以是源随器电路。在其他实施方式中，可以使用与源随器电路具有相同作用的电路来代替源随器电路，只是电路的连接方式做些改变即可实现本发明中源随器电路的作用。
在具体实施方式中，源随器电路可由两场效应管组成，即图4中的M3和M5组成第一源随器电路，M4和M6组成第二源随器电路。其中场效应管M5的源极连接电源，M5的栅极连接电流源，M5的漏极与场效应管M3(源随器)的源极相连，M3的栅极连接采样电路单元302的第一输出信号，M3的漏极接地，M3的源极输出第三输出信号，第三输出信号与第一输出信号相等。场效应管M6的源极连接电源，M6栅极连接电流源，M6漏极与场效应管M4(源随器)的源极相连，M4的栅极连接采样电路单元302的第二输出信号，M4的漏极接地，M4的源极输出第四输出信号，第四输出信号与第二输出信号相等。在其他实施方式中，可以使用三极管来组成源随器电路，只是电路的连接方式做些改变即可实现本发明中源随器电路的作用。
在一实施方式中，比较电路单元406可由合并电路和比较电路组成，合并电路接收采样电路单元402的第一输出信号和第二输出信号，同时接收前馈通路电路单元404的第三输出信号和第四输出信号，并根据第二输出信号和第三输出信号输出第一电压信号，根据第一输出信号和第四输出信号输出第二电压信号，第一电压信号和第二电压信号合并，以输出电压合并信号。比较电路根据电压合并信号输出过零检测控制信号。其中，第三输出信号与第一输出信号相等，第四输出信号与第二输出信号相等，这样使得采样电路单元402的第一输出信号和第二输出信号以相反的叠加方式传输至比较电路单元406，增大了比较电路单元406的跨导，从而提高了过零检测电路的瞬态响应。
在一实施方式中，合并电路可包括接收对管和电流镜负载，接收对管的第一接收端根据第一输出信号和第二输出信号输出电流信号，电流信号经过电流镜负载后输出第一电压信号；接收对管的第二接收端根据第三输出信号和第四输出信号输出第二电压信号；第一电压信号与第二电压信号合并，输出电压合并信号。
在一实施方式中，接收对管可包括第三场效应管M7和第四场效应管M8。第三场效应管M7的栅极连接源随器M3的源极，即第三输出信号，源极连接场效应管M2的漏极，即第二输出信号，漏极输出电流信号；第四场效应管M8的栅极连接源随器M4源极，即第四输出信号，源极连接场效应管M1的漏极，即第一输出信号，漏极输出第二电压信号。
在其他实施方式中，可以使用三极管作为接收对管，只是电路的连接方式有所不同，也可实现本发明中第三场效应管与第四场效应管的作用。
在一实施方式中，电流镜负载可包括两场效应管M9和M10，为接收对管提供负载。在具体实施方式中，M9和M10的源极连电源，M9和M10的栅极相连，M9的漏极连接M7的漏极，M10的漏极与M8的漏极相连。在电流镜负载的作用下，M7漏极输出的电流信号经过电流镜负载M9和M10后输出第一电压信号，第一电压信号和M8输出的第二电压信号合并，以输出电压合并信号。在其他实施方式中，可以采用三极管组成电流镜负载，只是电路的连接方式不同，同样可以实现本发明中电流镜负载的作用。
在一实施方式中，当电压合并信号小于电源电压的一半时，比较电路输出高电平，即过零检测控制信号；当电压合并信号大于等于电源电压的一半时，比较电路输出低电平。在其他实施方式中，可根据实际需要，设计不同的比较电路中元件的参数，从而得到比较电路的不同翻转条件。
在一实施方式中，比较电路可以是反相器电路M13和M14。M13的源极连接电源，栅极连接电压合并信号，M14的源极接地，栅极连接电压合并信号，M13和M14的漏极相连，作为输出端。当电压合并信号小于电源电压的一半时，M13导通，M14截止，反相器输出高电平，即过零检测控制信号；当电压合并信号大于等于电源电压的一半时，M13截止，M14导通，反相器输出低电平。在其他实施方式中，也可以选用三极管组成反相器。在又一实施方式中，可以使用施密特触发器作为比较电路，只需简单改变电路的连接方式即可。
本发明还提供了一种开关电源，开关电源包含了本发明中任一个过零检测电路。由于过零检测电路提升了瞬态响应速度，同时也减小了输入失调电压，使得开关电源电路工作过程中可以及时关闭续流功率管，从而避免了开关电源中电感电流倒灌的现象，进而提升了开关电源的效率。
图4所示的过零检测电路400的具体工作原理如下：
采样电路单元402包括电流源、电流镜(M11和M12组成)、输入对管M1和M2及电阻R1、R2，其中，M1、M2、M11、M12是P型场效应管。电流源、电流镜和输入对管M1和M2构成输入对管电路，电阻R1和R2组成负载电路。前馈通路电路单元404包括两个源随器电路，其中M3和M5组成第一源随器电路，M4和M6组成第二源随器电路，其中M3、M5、M4、M6都是P型场效应管。比较电路单元406包括接收信号的场效应管M7和M8、电流镜负载(M9和M10组成)、反相器(M13和M14组成)，其中M7、M8、M14是N型场效应管，M9、M10、M13是P型场效应管，N型场效应管M7和M8与电流镜负载构成合并电路。
采样电路单元402中的M1的栅极接参考信号，源极与电流镜的输出端相连，漏极输出第一电流信号；采样电路单元402中的M2的栅极接过零信号，即图2中LX点的电压，源极与电流镜的输出端相连，漏极输出第二电流信号。其中，M1和M2采用低压型器件，可减小采样电路单元402的输入失调电压。另外，通过对电阻R1和R2设置合适的阻值，使得M1和M2工作在亚阈区，从而使得采样电路单元402中的M1输出具有更大增益的第一输出信号，M2输出具有更大增益的第二输出信号，减小了比较电路单元406的等效输入失调电压，从而减小了过零检测电路的输入失调电压。
前馈通路单路单元404中的第一源随器电路接收第一输出信号，并输出第三输出信号，其中，第三输出信号与第一输出信号相等。前馈通路单路单元404中的第二源随器电路接收第二输出信号，并输出第四输出信号，其中，第四输出信号与第二输出信号相等。
比较电路单元406中的M7的源极接收采样电路单元402的第二输出信号，M7的栅极接收前馈通路电路单元404的第三输出信号，M7的漏极输出电流信号，该电流信号经过电流镜负载M9和M10后输出第一电压信号；比较电路单元406中的M8的源极接收采样电路单元402的第一输出信号，M8的栅极接收前馈通路电路单元404的第四输出信号，M8的漏极输出第二电压信号，第一电压信号与M8输出的第二电压信号合并，从而产生电压合并信号并传输给反相器M13和M14，当电压合并信号小于电源电压的一半时，M13导通，M14截止，反相器输出高电平，即过零检测控制信号。其中，第三输出信号与第一输出信号相等，第四输出信号与第二输出信号相等，所以采样电路单元402的第一输出信号和第二输出信号分别以相反的叠加方式传输至比较电路单元406的两个接收端，增大了比较电路单元406的输入信号，提高了比较电路单元406的跨导，从而加快了过零检测电路的瞬态相应，
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。