一种开关变换器及其过零检测电路和过零检测方法与流程

1.本发明涉及半导体集成电路技术领域，更具体地涉及一种开关变换器及其过零检测电路和过零检测方法。


背景技术：

2.目前的可穿戴设备和物联网设备多采用锂电池供电，所以开关电源产品的效率越来越重要。现代电子设备使用的电源大致分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源的调整管工作在放大区，具有不会引入额外的干扰，可靠性好和成本低的优势，但是它还有体积较大，变换效率低的缺点。开关稳压电源与线性稳压电源相比，具有可以升压和降压，供电效率高的特点。开关变换器采用开关管控制输入端向输出端的电能传输，因而可以在输出端提供恒定的输出电压和/或输出电流，具有良好的轻载效率、快速的瞬态响应和易于实现的优点，因而近年来得到广泛的应用。
3.为了提高开关变换器的转换效率，现有的开关变换器一般采用同步整流结构，即使用同步整流晶体管代替传统二极管完成电感电流的整流。但是当输出负载较小时，同步整流的开关变换器中的电感电流会反向造成能量损耗，为此，需要过零检测电路检测同步整流晶体管的反向电流，当过零检测电路检测到同步整流管电流反向时，过零检测电路发出信号关断同步整流晶体管以阻止电感电流反向。
4.图1示出根据现有技术的一种开关变换器的示意性电路图。如图1所示，开关变换器100的主电路包括串联连接在输入端和接地端之间的功率管md1和整流管md2，电感lx连接在功率管md1和整流管md2的公共端和输出端之间，输出电容co连接在输出端和接地端之间。开关变换器100的输入端接收直流输入电压vin，输出端提供直流输出电压vout。逻辑控制电路110用于向功率管md1和整流管md2提供开关控制信号sw，以控制功率管md1和整流管md2的导通和关断。
5.开关变换器100还包括过零比较器120，过零比较器120用于将开关节点电压vsw与过零参考值(例如参考地电压)进行比较，当检测到开关节点电压vsw大于过零参考值时，则认为电感电流ilx已经为负，向逻辑控制电路110提供过零指示信号zcd，逻辑控制电路110根据过零指示信号zcd关断整流管md2，从而阻止电感电流反向。但是由于比较器存在一定的延时，所以过零检测的准确度就会受到过零比较器的固有延时的影响，当开关变换器处于轻载状态下时可能出现过零点超前或滞后的情况，过零点超前时电感电流在整流管的体二极管上损失能量，过零点滞后又会使得电感电流出现反向，影响系统的整体性能指标，导致整个电路的效率降低。
6.针对上述的问题，现有的解决方式是在过零比较器的输入端叠加一个固定的偏置信号以抵消过零比较器的固有延时。如图1所示，电流源130和电阻rc用于在开关节点电压vsw上叠加一个偏置信号，然而这样的偏置信号并不能适用于所有的应用场合，一旦温度、电感器的取值或输出电压发生改变，该偏置信号将不能很好地消除过零比较器的延时所带来的影响。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关变换器及其过零检测电路和过零检测方法，在不同应用场合下均能够减小过零比较器和后续逻辑控制延时对过零检测精度的影响，提高过零检测的精度，减小开关变换器的电路损耗，提高开关变换器的效率。
8.根据本发明的第一方面，提供了一种过零检测电路，用于根据待检测信号提供过零指示信号，所述待检测信号响应于电感提供的电感电流，所述电感在功率管导通，整流管关断时被充电，并在所述功率管关断，所述整流管导通时放电以实现续流，所述功率管和整流管用于将直流输入电压转换为直流输出电压，其中，所述过零检测电路包括：电压采样模块，用于产生与所述直流输出电压相等的采样信号；偏置模块，用于根据所述采样信号生成对应的偏置信号；以及过零比较器，用于将所述待检测信号和所述偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，以判断所述电感电流是否已降至零，并提供表征判断结果的过零指示信号。
9.可选的，所述电压采样模块根据控制所述功率管和所述整流管的导通和关断的开关控制信号以及所述过零指示信号对所述直流输入电压进行采样保持，以得到所述采样信号。
10.可选的，所述电压采样模块包括：开关信号生成单元，用于根据所述开关控制信号和所述过零指示信号生成第一开关信号和第二开关信号；以及采样保持单元，用于在所述第一开关信号和所述第二开关信号的控制下根据所述直流输入电压生成所述采样信号。
11.可选的，所述开关信号生成单元包括第一与门、第二与门、第一反相器和第二反相器，其中，所述第一与门的第一输入端接收所述开关控制信号，所述第一反相器的输入端接收所述过零指示信号，输出端与所述第一与门的第二输入端连接，所述第二与门的输出端输出所述第一开关信号，所述第二反相器的输入端接收所述开关控制信号，输出端与所述第二与门的第一输入端连接，所述第二与门的第二输入端与所述第一反相器的输出端连接，所述第二与门的输出端输出所述第二开关信号。
12.可选的，所述采样保持单元包括：依次连接于所述直流输入电压和地之间的第一开关和第二开关；第一电阻，第一端连接于所述第一开关和所述第二开关的公共端；第一电容，第一端连接于所述第一电阻的第二端，第二端接地；第二电阻，第一端连接于所述第一电阻和所述第一电容的公共端；以及第二电容，第一端连接于所述第二电阻的第二端，第二端接地，其中，所述第一开关和所述第二开关的导通和关断分别受控于所述第一开关信号和所述第二开关信号，所述第二电阻和第二电容的公共端用于提供所述采样信号。
13.可选的，在所述功率管导通期间所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述直流输入电压对所述第一电容和所述第二电容进行充电，在所述整流管导通期间所述第一开关关断，所述第二开关导通，对所述第一电容和所述第二电容进行放电，以及在所述功率管和所述整流管关断期间所述第一开关和所述第二开关关断，所述采样信号保持不变。
14.可选的，所述偏置模块包括：跨导放大器，用于根据所述采样信号生成对应的偏置电流；以及偏置电阻，用于将所述偏置电流转换成电压信号以产生所述偏置信号。
15.根据本发明的第二方面，提供了一种开关变换器，包括：主电路，包括功率管和整流管，所述功率管和整流管用于控制输入端向输出端的电能传输，从而根据直流输入电压产生直流输出电压；上述的过零检测电路；以及逻辑控制电路，根据所述过零指示信号提供
开关控制信号，以控制所述功率管和整流管的导通和关断。
16.可选的，所述主电路采用选自以下任一种的拓扑结构：降压型、升压型、升降压型、非逆变升降压型、正激型、反激型。
17.根据本发明的第三方面，提供了一种过零检测方法，用于根据待检测信号生成过零指示信号，所述待检测信号响应于电感提供的电感电流，所述电感在功率管导通，整流管关断时被充电，并在所述功率管关断，所述整流管导通时放电以实现续流，所述功率管和整流管用于将直流输入电压转换为直流输出电压，其中，所述过零检测方法包括：产生与所述直流输出电压相等的采样信号；根据所述采样信号生成对应的偏置信号；以及将所述待检测信号和所述偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，以判断所述电感电流是否已降至零，并提供表征判断结果的过零指示信号。
18.可选的，所述产生与所述直流输出电压相等的采样信号包括：根据控制所述功率管和所述整流管的导通和关断的开关控制信号以及所述过零指示信号对所述直流输入电压进行采样保持，以得到所述采样信号。
19.可选的，所述根据控制所述功率管和所述整流管的导通和关断的开关控制信号以及所述过零指示信号对所述直流输入电压进行采样保持，以得到所述采样信号包括：在所述功率管导通期间导通第一开关，关断第二开关，基于所述直流输入电压对第一电容和第二电容进行充电，在所述整流管导通期间关断所述第一开关，导通所述第二开关，对所述第一电容和所述第二电容进行放电，以及在所述功率管和所述整流管关断期间关断所述第一开关和所述第二开关，以使得所述采样信号保持不变。
20.可选的，所述根据所述采样信号生成对应的偏置信号包括：根据所述采样信号生成对应的偏置电流；以及将所述偏置电流转换成电压信号以产生所述偏置信号。
21.本发明的开关变换器的过零检测电路包括电压采样模块、偏置模块和过零比较器，电压采样模块用于产生与直流输出电压相等的采样信号，偏置模块根据采样信号生成对应的偏置信号，过零比较器将待检测信号和偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，从而得到过零指示信号。与现有技术相比，本发明实施例的过零检测电路在芯片内部模拟产生与直流输出电压相等的采样信号，并根据该采样信号自适应调整偏置模块的补偿量，从而使得补偿量与开关节点电压在延时期间的变化量基本相等，不论直流输出电压如何变化都可以为开关节点电压提供最优的补偿效果，在不同应用场合下均能够减小过零比较器和后续逻辑控制延时对过零检测精度的影响，提高过零检测的精度，减小开关变换器的电路损耗，提高开关变换器的效率。
附图说明
22.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
23.图1示出根据现有技术的一种开关变换器的示意性电路图；
24.图2示出了根据本发明第一实施例的一种开关变换器的示意性电路图；
25.图3示出了根据本发明第一实施例的过零检测电路中的电压采样模块的一种示意性电路图；
26.图4示出了根据本发明第二实施例的一种开关变换器的过零检测方法的示意性流
程图。
具体实施方式
27.以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
28.在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
29.应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”或者“耦合到”另一元件，或称元件/电路“连接在”或者“耦合在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者二者之间也可以存在中间元件，元件之间的连接或耦合可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
30.在本技术中，开关管是工作开关模式以提供电流路径的晶体管，包括选自双极晶体管或场效应晶体管的一种。开关管的第一端和第二端分别是电流路径上的高电位端和低电位端，控制端用于接收驱动信号以控制开关管的导通和关断。
31.图2示出根据本发明第一实施例的一种开关变换器的示意性电路图。如图2所示，开关变换器200的主电路包括串联连接在输入端和接地端之间的功率管md1和整流管md2，电感lx连接在功率管md1和整流管md2的公共端和输出端之间，输出电容co连接在输出端和接地端之间。开关变换器200的输入端接收直流输入电压vin，输出端提供直流输出电压vout。
32.功率管md1和整流管md2例如为n沟道或者p沟道的场效应管。本实施例将以n沟道的场效应管为例进行说明，其中，功率管md1和整流管md2的第一端为源极、第二端为漏极、控制端为栅极。
33.逻辑控制电路210用于生成开关控制信号sw，开关控制信号sw用于控制功率管md1和整流管md2的导通和关断。所述电感lx在功率管md1导通，整流管md2关断时被充电，并在所述功率管md1关断，所述整流管md2导通时放电以实现续流。
34.过零检测电路220与电感lx耦合(例如与功率管md1和整流管md2的公共端耦合)，以获得能够表征流经电感lx的电感电流的待检测信号，并用于根据该待检测信号和过零参考值提供过零指示信号zcd，该过零指示信号zcd用于表征流经电感lx的电感电流是否已经降低至0。
35.过零检测电路220的工作原理例如可以等效为如下过程：当待检测信号大于过零参考值时，过零检测电路220提供有效的过零指示信号zcd以指示检测到电感电流过零；当待检测信号小于/等于过零参考值时，过零检测电路220提供无效的过零指示信号zcd以指示电感电流未过零。
36.当过零指示信号zcd表征流经电感lx的电流已下降至0(过零)时，说明电感lx无法继续提供足够的能量，整流管md2需要关断以防止电感电流发生反向，因此过零指示信号
zcd可以用于确定整流管md2是否关断。
37.在一些实施例中，如图2所示，过零检测电路220与逻辑控制电路210连接，当待检测信号大于过零参考值时，过零检测电路220向逻辑控制电路210提供有效的过零指示信号zcd，逻辑控制电路210根据过零指示信号zcd关断整流管md2，以阻止电感电流反向。
38.在本发明实施例中，逻辑控制电路210可以工作在断续导通模式，也可以工作在连续导通模式。断续导通模式是指：当检测到电感lx提供的电感电流下降至0之后，延迟一段时间再将功率管md1由关断状态切换至导通状态。连续导通模式是指：当检测到电感lx提供的电感电流下降到一定值时，立即将功率管md1由关断状态切换至导通状态，在连续导通模式下电感lx的电感电流一直不过零。
39.本领域技术人员应该理解，逻辑控制电路210可以通过不同的架构来实现。同时，同步整流的降压型开关变换器200的控制原理应该是本领域技术人员所熟知的。
40.进一步的，过零检测电路220包括电压采样模块201、偏置模块202以及过零比较器203。电压采样模块201用于根据开关控制信号sw和过零指示信号zcd对直流输入电压vin进行采样保持，以产生与直流输出电压vout相等的采样信号vs。偏置模块202用于根据所述采样信号vs生成对应的偏置信号vbias。过零比较器203将功率管md1和整流管md2的公共端的开关节点电压vsw和偏置信号vbias的叠加信号与过零参考值进行比较，以生成所述过零指示信号zcd。其中，所述过零参考值例如为参考地电压，当开关节点电压vsw和偏置信号vbias的叠加信号大于参考地电压时，过零比较器203的输出翻转，生成有效的(例如高电平的)过零指示信号zcd。
41.进一步的，偏置模块202包括跨导放大器221和偏置电阻rc。跨导放大器221的第一端与电源电压vdd连接，跨导放大器221用于根据采样信号vs生成对应的偏置电流ic。偏置电阻rc的一端与功率管md1和整流管md2的公共端连接，另一端与跨导放大器221的第二端以及过零比较器203的一端连接，偏置电阻rc用于将偏置电流ic转换成电压信号以生成偏置信号vbias，并将偏置信号vbias和开关节点电压vsw的叠加信号提供至过零比较器203的一端。
42.其中，功率管md1和整流管md2的公共端的开关节点电压通过以下公式得到：
43.vsw＝ilx
×
ron_ls
ꢀꢀꢀ
公式1
44.其中，vsw为功率管md1和整流管md2的公共端的开关节点电压，ilx为电感电流，ron_ls为整流管md2的导通电阻。
45.过零比较器203的同相输入端和反相输入端的电压分别为：
46.va＝vsw+vs
×
gm
×
rc
ꢀꢀꢀ
公式2
47.vb＝0
ꢀꢀꢀ
公式3
48.其中，va表示过零比较器203的同相输入端的电压，vb表示过零比较器203的反相输入端的电压，vs表示采样信号的电压值，gm表示跨导放大器221的跨导，其为常数，rc表示偏置电阻的电阻值。
49.当过零比较器203的同相输入端的电压va大于反相输入端的电压vb时，过零指示信号zcd为高电平。由于过零比较器和后续逻辑控制存在固定延时td，所以通过偏置电流ic和偏置电阻rc来设定补偿量，在开关节点电压vsw仍为负值时使得电压va提前大于vb，经过后续延时，在整流管md2关断时开关节点电压vsw刚好等于零，达到及时关断整流管md2的目
的。
50.其中，结合公式1可以得到开关节点电压vsw的变化速率(也即电感电流的变化速率)与直流输出电压vout存在相关性，即：
51.k
vsw
＝k
il
×
ron_ls＝(vout/l)
×
ron_ls
ꢀꢀꢀ
公式4
52.其中，k
vsw
表示开关节点电压vsw的变化速率，k
il
表示电感电流的变化速率，l表示电感lx的电感量，由此可以得到在延时期间开关节点电压的变化量为：
53.δvsw＝(vout/l)
×
ron_ls
×
td
ꢀꢀꢀ
公式5
54.其中，td表示过零比较器和后续逻辑控制的固定延时，又因为采样信号vs与直流输出电压vout大致相等，所以偏置电流ic和偏置电阻rc来设定补偿量为：
55.vbias＝vs
×
gm
×
rc＝vout
×
gm
×
rc
ꢀꢀꢀ
公式6
56.结合公式5和公式6可以得到：
57.(vout/l)
×
ron_ls
×
td＝vout
×
gm
×
rc
ꢀꢀꢀ
公式7
58.根据公式7可以得到偏置模块的电路参数为：
59.gm
×
rc＝ron_ls
×
td/l
ꢀꢀꢀ
公式8
60.公式8中除了电感l之外其余参数都为电路内部的固定参数，基本不会变化，所以本技术的偏置模块的补偿量与开关节点电压在延时期间的变化量基本相等，不论直流输出电压如何变化都可以为开关节点电压提供最优的补偿效果，从而提高过零检测的精度，降低开关变换器的电路损耗，提高系统效率。
61.图3示出了根据本发明第一实施例的过零检测电路中的电压采样模块的一种示意性电路图。如图3所示，电压采样模块201包括开关信号生成单元211和采样保持单元212。开关信号生成单元211用于根据开关控制信号sw和过零指示信号zcd生成开关信号vk1和vk2。采样保持单元212用于在开关信号vk1和vk2的控制下根据直流输入电压vin生成采样信号vs。
62.其中，开关信号生成单元211包括与门and1和and2、以及反相器inv1和inv2。与门and1的一个输入端用于接收开关控制信号sw，反相器inv1的输入端接收过零指示信号zcd，输出端和与门and1的另一输入端连接，与门and1的输出端用于输出开关信号vk1。反相器inv2的输入端接收开关控制信号sw，输出端和与门and2的一个输入端连接，与门and2的另一个输入端与反相器inv1的输出端连接，与门and2的输出端用于输出开关信号vk2。
63.采样保持单元212包括开关k1和k2、电阻r1和r2以及电容c1和c2。开关k1和k2依次连接于直流输入电压vin和地之间，电阻r1的一端连接至开关k1和k2的公共端，另一端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端接地，电阻r2的一端连接至电阻r1和电容c1的公共端，另一端与电容c2的一端连接，电容c2的另一端接地，电阻r2和电容c2的公共端用于提供所述采样信号vs。其中，开关k1和k2的导通和关断分别受控于开关信号vk1和vk2。
64.当开关变换器工作于连续导通模式下时，电感lx的电感电流始终不发生过零，过零指示信号zcd一直为低电平，电压采样模块201在功率管md1导通期间导通开关k1，基于直流输入电压vin对电容c1和c2进行充电，在整流管md2导通期间导通开关k2，对电容c1和c2进行放电，可以得到与直流输出电压vout相等的采样信号vs。
65.当开关变换器工作于断续导通模式下时，电压采样模块201在功率管md1导通期间导通开关k1，基于直流输入电压vin对电容c1和c2进行充电，在整流管md2导通期间导通开
关k2，对电容c1和c2进行放电，以及在功率管md1和整流管md2都关断期间同时关断开关k1和k2，通过电容c1和c2的保持电压，从而得到与直流输出电压vout相等的采样信号vs。
66.图4示出根据本发明第二实施例的一种开关变换器的过零检测方法的示意性流程图。该开关变换器例如是图2所示的开关变换器。其中，该过零检测方法包括以下步骤：
67.在步骤s01中，产生与直流输出电压相等的采样信号。
68.在步骤s02中，根据采样信号产生对应的偏置信号。
69.在步骤s03中，将待检测信号和偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，以生成过零指示信号。
70.在上述步骤s01中具体包括根据控制功率管和整流管的导通和关断的开关控制信号以及过零指示信号对所述直流输入电压进行采样保持，以得到所述采样信号。其中，上述步骤还包括在功率管导通期间导通第一开关，关断第二开关，基于直流输入电压对第一电容和第二电容进行充电，在整流管导通期间关断第一开关，导通第二开关，对第一电容和第二电容进行放电，以及在功率管和整流管关断期间关断第一开关和第二开关，通过第一电容和第二电容保持电压不变，以得到与直流输出电压相等的采样信号。
71.在上述步骤s02中具体包括根据采样信号得到对应的偏置电流，然后将偏置电流转换成电压信号以产生所述偏置信号。
72.在上述步骤s03中具体包括将功率管和整流管之间的开关节点电压和偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，以判断电感电流是否已降至零，并提供表征判断结果的过零指示信号。当开关节点电压和偏置信号的叠加信号大于过零参考值时，提供有效的过零指示信号以指示检测到电感电流过零；当开关节点电压和偏置信号的叠加信号小于/等于过零参考值时，提供无效的过零指示信号以指示电感电流未过零。
73.综上所述，本发明实施例的开关变换器的过零检测电路包括电压采样模块、偏置模块和过零比较器，电压采样模块用于产生与直流输出电压相等的采样信号，偏置模块根据采样信号生成对应的偏置信号，过零比较器将待检测信号和偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，从而得到过零指示信号。与现有技术相比，本发明实施例的过零检测电路在芯片内部模拟产生与直流输出电压相等的采样信号，并根据该采样信号自适应调整偏置模块的补偿量，从而使得补偿量与开关节点电压在延时期间的变化量基本相等，不论直流输出电压如何变化都可以为开关节点电压提供最优的补偿效果，在不同应用场合下均能够减小过零比较器和后续逻辑控制延时对过零检测精度的影响，提高过零检测的精度，减小开关变换器的电路损耗，提高开关变换器的效率。
74.在上述的实施例中，尽管结合图2描述了降压型拓扑结构的开关变换器，然而，可以理解，本发明实施例的过零检测电路220也可以用于其他拓扑结构的开关变换器中，包括但不限于降压型、升压型、升降压型、正激型、反激型等拓扑结构。
75.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在
包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
76.依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种过零检测电路，用于根据待检测信号提供过零指示信号，所述待检测信号响应于电感提供的电感电流，所述电感在功率管导通，整流管关断时被充电，并在所述功率管关断，所述整流管导通时放电以实现续流，所述功率管和整流管用于将直流输入电压转换为直流输出电压，其中，所述过零检测电路包括：电压采样模块，用于产生与所述直流输出电压相等的采样信号；偏置模块，用于根据所述采样信号生成对应的偏置信号；以及过零比较器，用于将所述待检测信号和所述偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，以判断所述电感电流是否已降至零，并提供表征判断结果的过零指示信号。2.根据权利要求1所述的过零检测电路，其中，所述电压采样模块根据控制所述功率管和所述整流管的导通和关断的开关控制信号以及所述过零指示信号对所述直流输入电压进行采样保持，以得到所述采样信号。3.根据权利要求2所述的过零检测电路，其中，所述电压采样模块包括：开关信号生成单元，用于根据所述开关控制信号和所述过零指示信号生成第一开关信号和第二开关信号；以及采样保持单元，用于在所述第一开关信号和所述第二开关信号的控制下根据所述直流输入电压生成所述采样信号。4.根据权利要求3所述的过零检测电路，其中，所述开关信号生成单元包括第一与门、第二与门、第一反相器和第二反相器，其中，所述第一与门的第一输入端接收所述开关控制信号，所述第一反相器的输入端接收所述过零指示信号，输出端与所述第一与门的第二输入端连接，所述第二与门的输出端输出所述第一开关信号，所述第二反相器的输入端接收所述开关控制信号，输出端与所述第二与门的第一输入端连接，所述第二与门的第二输入端与所述第一反相器的输出端连接，所述第二与门的输出端输出所述第二开关信号。5.根据权利要求3所述的过零检测电路，其中，所述采样保持单元包括：依次连接于所述直流输入电压和地之间的第一开关和第二开关；第一电阻，第一端连接于所述第一开关和所述第二开关的公共端；第一电容，第一端连接于所述第一电阻的第二端，第二端接地；第二电阻，第一端连接于所述第一电阻和所述第一电容的公共端；以及第二电容，第一端连接于所述第二电阻的第二端，第二端接地，其中，所述第一开关和所述第二开关的导通和关断分别受控于所述第一开关信号和所述第二开关信号，所述第二电阻和第二电容的公共端用于提供所述采样信号。6.根据权利要求4所述的过零检测电路，其中，在所述功率管导通期间所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述直流输入电压对所述第一电容和所述第二电容进行充电，在所述整流管导通期间所述第一开关关断，所述第二开关导通，对所述第一电容和所述第二电容进行放电，以及在所述功率管和所述整流管关断期间所述第一开关和所述第二开关关断，所述采样信号保持不变。7.根据权利要求1所述的过零检测电路，其中，所述偏置模块包括：
跨导放大器，用于根据所述采样信号生成对应的偏置电流；以及偏置电阻，用于将所述偏置电流转换成电压信号以产生所述偏置信号。8.一种开关变换器，包括：主电路，包括功率管和整流管，所述功率管和整流管用于控制输入端向输出端的电能传输，从而根据直流输入电压产生直流输出电压；如权利要求1-7任一项所述的过零检测电路；以及逻辑控制电路，根据所述过零指示信号提供开关控制信号，以控制所述功率管和整流管的导通和关断。9.根据权利要求8所述的开关变换器，所述主电路采用选自以下任一种的拓扑结构：降压型、升压型、升降压型、非逆变升降压型、正激型、反激型。10.一种过零检测方法，用于根据待检测信号生成过零指示信号，所述待检测信号响应于电感提供的电感电流，所述电感在功率管导通，整流管关断时被充电，并在所述功率管关断，所述整流管导通时放电以实现续流，所述功率管和整流管用于将直流输入电压转换为直流输出电压，其中，所述过零检测方法包括：产生与所述直流输出电压相等的采样信号；根据所述采样信号生成对应的偏置信号；以及将所述待检测信号和所述偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，以判断所述电感电流是否已降至零，并提供表征判断结果的过零指示信号。11.根据权利要求10所述的过零检测方法，其中，所述产生与所述直流输出电压相等的采样信号包括：根据控制所述功率管和所述整流管的导通和关断的开关控制信号以及所述过零指示信号对所述直流输入电压进行采样保持，以得到所述采样信号。12.根据权利要求11所述的过零检测方法，其中，所述根据控制所述功率管和所述整流管的导通和关断的开关控制信号以及所述过零指示信号对所述直流输入电压进行采样保持，以得到所述采样信号包括：在所述功率管导通期间导通第一开关，关断第二开关，基于所述直流输入电压对第一电容和第二电容进行充电，在所述整流管导通期间关断所述第一开关，导通所述第二开关，对所述第一电容和所述第二电容进行放电，以及在所述功率管和所述整流管关断期间关断所述第一开关和所述第二开关，以使得所述采样信号保持不变。13.根据权利要求10所述的过零检测方法，其中，所述根据所述采样信号生成对应的偏置信号包括：根据所述采样信号生成对应的偏置电流；以及将所述偏置电流转换成电压信号以产生所述偏置信号。

技术总结
本发明公开了一种开关变换器及其过零检测电路和过零检测方法。过零检测电路包括电压采样模块、偏置模块和过零比较器，电压采样模块产生与直流输出电压相等的采样信号，偏置模块根据采样信号生成对应的偏置信号，过零比较器将待检测信号和偏置信号的叠加信号与过零参考值进行比较，从而得到过零指示信号。本发明的过零检测电路在芯片内部模拟产生与直流输出电压相等的采样信号，并根据该采样信号自适应调整偏置模块的补偿量，从而使得补偿量与开关节点电压在延时期间的变化量基本相等，在不同应用场合下均能够减小过零比较器和后续逻辑控制延时对过零检测精度的影响，提高过零检测的精度，减小开关变换器的电路损耗，提高开关变换器的效率。开关变换器的效率。开关变换器的效率。


技术研发人员：孙健 张宝全 李精文
受保护的技术使用者：圣邦微电子（北京）股份有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25