自動調整用于開關調節(jié)器的零交叉電路的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明的各種實施例提供能夠操作而無需直接感測感應器電流的自適應和精確的零交叉電路。某些實施例容許調整零交叉狀況，同時消除對消隱時間的需求。在某些實施例中，這通過探測關閉開關對降壓轉換器的開關節(jié)點電壓的影響來實現(xiàn)。一些實施例使用計數(shù)器來延長或縮短感應器和零值交叉與開關事件的影響之間的延遲時間。在一個實施例中，開關事件的影響包含據以確定降壓轉換器感應器中流動的電流的方向的開關節(jié)點電壓的方向的改變。
【專利說明】自動調整用于開關調節(jié)器的零交叉電路的系統(tǒng)和方法
[0001]相關專利申請的交叉引用
[0002]本申請要求Matthew Dale Thompson、Hongguang Dong、和 Cory Arnold 于 2013年3月 15 日提交的名稱為“Systems and Methods to Auto-Adjust Zero Cross Circuitsfor Switching Regulators”的美國臨時申請系列N0.61/790809的優(yōu)選權益，于此通過引用并入了該申請的全部。

【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及開關調節(jié)器，并且更具體地，涉及探測和調整開關調節(jié)器中的零交叉的系統(tǒng)、設備、和方法。

【背景技術】
[0004]用于移動設備應用的開關調節(jié)器設計傾向于減小組件尺寸和研發(fā)以容許設計者減小電路在板上占據的面積，特別是通過縮小感應器的尺寸來減小電路在板上占據的面積，的越來越高的開關頻率執(zhí)行的調節(jié)器。
[0005]開關調節(jié)器設計者一直在尋求容許減小與控制電路系統(tǒng)(circuitry)相同的封裝結構中的外部組件以及嵌入的例如LC濾波器的尺寸而不危及效率的方案。降壓開關調節(jié)器特別是當以不連續(xù)傳導模式操作時，對于相對高的負載電流提供提高的效率。然而，不連續(xù)傳導模式操作典型地需要實施一些類型的電流感測電路系統(tǒng)來探測并理想地防止反向電流從濾波器的輸出端經過感應器流回至同步整流器中和至地。隨著開關頻率繼續(xù)增高，設計精確地監(jiān)視反向感應器電流的合適的電流感測電路的任務日益變得更加困難。
[0006]感測和最小化反向電流的現(xiàn)存方法涉及復雜并且因此昂貴的電路系統(tǒng)。一個常規(guī)方法使用與輸出感應器串聯(lián)的感測電阻器。一個方法使用模仿感應器的時間常數(shù)以及感應器的寄生電阻的RC網絡來探測經過感應器的電流何時達到零。其它方法使用開關調節(jié)器內的功率FET的導通電阻Rds QN來測量跨功率FET的電壓，以推導從其流過的感應器電流。
[0007]雖然使用Rds w作為感測電阻器容許消除將進一步劣化效率的另一電阻組件，但是此途徑受到傳播延遲的影響，并且在導通同步整流器的功率FET后，能感測到跨功率FET的電壓之前，等待輸出感應器處的開關節(jié)點電壓時，需要消隱時間。傳播延遲使得響應于探測到零交叉而防止反向電流經過感應器流回至調節(jié)器中的此方法在高于大約6MHz的頻率不切實際。開關調節(jié)器設計者所需的是克服上述限制的工具。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的各種實施例提供能夠在一系列負載和環(huán)境狀況下操作的自適應和精確的零交叉調整電路。在高的開關頻率，特別是，某些實施例介紹了調整零交叉狀況，同時消除了對消隱時間的需要，的簡單且有效的方式。
[0009]在一些實施例中，通過探測諸如關閉開關的開關事件對降壓轉換器的開關節(jié)點電壓的影響，以及經由計數(shù)器通過合適地延長或縮短開關事件對開關節(jié)點電壓的影響和實際零交叉之間的延遲來調整隨后的循環(huán)中的開關事件，來自動調整零交叉狀況。開關事件的影響包含據以確定降壓轉換器感應器中流動的電流的方向的開關節(jié)點電壓的方向的改變。
[0010]在某些實施例中，延遲模塊接收來自電流感測電路的第一控制信號，該電流感測電路通過探測節(jié)點電壓信號何時超過預訂閾值電壓來間接感測電流。作為響應，延遲模塊生成用于降壓轉換器的第二控制信號以以最小化第一控制信號和實際開關事件之間的時間延遲的方式來控制降壓轉換器的開關。
[0011]已經于此總體描述了本發(fā)明的某些特征和有點；然而，考慮到圖樣、說明書、以及其權利要求，對于本領域技術人員來說，于此介紹的附加特征、優(yōu)點、以及實施例將是明顯的。因而，應當理解，本發(fā)明的范圍不限制于此
【發(fā)明內容】
部分中公開的特定實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]將參照本發(fā)明的實施例，可以在附圖中示例其范例。這些圖意圖是示例性的，而不是限制性的。雖然在這些實施例的背景中總體描述了本發(fā)明，但是應當理解，其不是意圖將本發(fā)明的范圍限制于這些特定實施例。
[0013]圖(“Fig.”)I是現(xiàn)有技術開關調節(jié)器電路設計的示意圖；
[0014]圖2是對于在不連續(xù)傳導模式中，NMOS晶體管關閉太晚的場景，圖1中的開關節(jié)點電壓和對應的感應器電流的行為的示例；
[0015]圖3是對于在不連續(xù)傳導模式中，NMOS晶體管關閉太早的場景，圖1中的開關節(jié)點電壓和對應的感應器電流的行為的示例；
[0016]圖4是根據本發(fā)明的各種實施例的包括自動調整零交叉電路的開關調節(jié)器系統(tǒng)的總體框圖；
[0017]圖5是根據本發(fā)明的各種實施例的包括自動調整零交叉電路的開關調節(jié)器的示意圖；
[0018]圖6是根據本發(fā)明的各種實施例的自動調整零交叉電路的可能實施的示意圖；
[0019]圖7是根據本發(fā)明的各種實施例的自動調整零交叉電路的另一可能的實施的示意圖；
[0020]圖8是根據本發(fā)明的各種實施例的用于調整開關調節(jié)器中的零交叉狀況的示例過程的流程圖。

【具體實施方式】
[0021]在隨后的描述中，為了解釋，提出了具體細節(jié)，以提供對本發(fā)明的理解。然而，對于本領域技術人員來說，能夠實踐本發(fā)明，而無需這些細節(jié)，是明顯的。本領域技術人員將認識到，可以以各種方式和使用各種手段來執(zhí)行以下描述的本發(fā)明的實施例。本領域技術人員也將認識到，附加的修改、應用、以及實施例在其范圍內，其是本發(fā)明可以提供效用的附加領域。因而，以下描述的實施例是示例本發(fā)明的特定實施例并且意在避免使本發(fā)明模糊。
[0022]說明書中對“一個實施例”或“實施例”的引用意在結合實施例描述的特定特征、結構、特性或功能包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。說明書中各種地方的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”等的出現(xiàn)不必然指相同的實施例。
[0023]此外，圖中的組件之間或方法步驟之間的連接不限于直接實現(xiàn)的連接。而是，可以不脫離本發(fā)明的教導，修改組件或方法步驟之間的在圖中示例的連接，或通過向其添加中間組件或方法步驟來對其進行另外的改變。
[0024]在此文件中，“正感應器電流”指被從感應器朝向輸出電壓或負載引導的電流流動。相反地，“負感應器電流”指被從輸出電壓或負載朝向調節(jié)器往回引導至感應器中的電流流動。于此可以互換地使用“調節(jié)器”、“開關調節(jié)器”、以及“降壓轉換器”，其是“延遲模塊”和“零交叉延遲模塊”。雖然此文件參照降壓轉換器，但是本發(fā)明不限于此，因為本發(fā)明的各種實施例能夠等同地適用于本領域技術人員認識到的其它開關調節(jié)器和電源。
[0025]圖1是現(xiàn)有技術開關調節(jié)器電路設計的示意圖。調節(jié)器100包括占空比控制器102,PMOS晶體管104、以及NMOS晶體管106。每一個晶體管104、106并聯(lián)連接至例如防止由感應負載(未示出)的開關引起的電流猝發(fā)(burst)的肖特基二極管的相應的反體二極管(back body d1de)108和110。將二極管108、110的極性選擇為使得PMOS反體二極管108的陽極連接至PMOS晶體管104的源極，而其陰極連接至PMOS晶體管104的漏極。相反，NMOS反體二極管110的陽極連接至NMOS晶體管106的漏極，而其陰極連接至NMOS晶體管106的源極。將由例如具有3.7V的標稱輸出電壓值的Li離子電池提供的輸入電壓Vinl20施加至PMOS晶體管104的源極，而NMOS晶體管106的源極連接至地。
[0026]如圖1中示出的，以反饋配置實施占空比控制器102，使得占空比控制器102在其輸入端122接收輸出電壓Vqut140，并且輸出控制晶體管104和106的柵極的柵極驅動信號Pgate124和ΝωτΕ126。兩個晶體管104、106的漏極彼此連接并且連接至開關電壓節(jié)點LX130。節(jié)點LX130連接至感應器L136的第一端子。另一端子連接至輸出電壓節(jié)點140，輸出電壓節(jié)點140經由輸出電容器150交流(AC)耦合至地。另外，“零交叉”電路(未示出)防止電流從節(jié)點Vqut140經過感應器L136流回。輸出電壓Vqut140用于驅動外部設備，外部設備諸如是具有低于輸入電壓120的電壓需要(例如，1.2V)的微控制器或傳感器(未不出)。
[0027]詳細地，占空比控制器102監(jiān)視VQUT140并通過經由柵極驅動信號ΡωτΕ124和Ngate126控制降壓調節(jié)器100的占空比來將Vot140調整至期望的電壓值。當P.驅動信號124從高狀態(tài)轉變至低狀態(tài)(例如，從Vin至0V)時，PMOS晶體管104導通，并且當P.驅動信號124轉變至高狀態(tài)時，PMOS晶體管104關閉。相反地，當Nmte驅動信號126轉變至高狀態(tài)時，NMOS晶體管106導通，并且當Nmte驅動信號126轉變至低狀態(tài)時，NMOS晶體管106關閉。重復的開關驅動經過感應器L136和負載的電流。晶體管104和106交替地導通，以在開關節(jié)點LX130處生成方波形電壓信號。在開關節(jié)點130處生成的方波電壓Vu可以具有恒定的開關頻率和等于輸入電壓VIN120的幅度。占空比控制器102通過調整晶體管104和106對于給定開關頻率的導通時間和關閉時間的比率，獨立于Vin120或任何DC負載電流來調整Vqut140。節(jié)點LX130處的電壓Vu由形成LC濾波器的感應器136和輸出電容器150過濾以獲得DC電壓輸出Vqut140。將濾波器感應器L136的電感值和濾波器電容器150的電容值Qm選擇為將VOTT140上的紋波限制于由降壓調節(jié)器100的負載和反饋的需要所確定的可接受的范圍。
[0028]在操作期間，在連續(xù)導通模式(CCM)中，即，當流過感應器136的電流在斜坡上升(ramp up)或斜坡下降(ramp down)時,大多數(shù)時間,PMOS晶體管104或NMOS晶體管106導通。但是，在開關過程期間使兩個晶體管同時都導通是不期望的，因為容許兩個晶體管都傳導電流將會使電源直接短路至地，并且導致電流粹發(fā)，已知為直通(shoot-through)電流，其使電路效率大大變糟。電路100的效率能夠定義為:
[0029]P0UT/PIN = (IlXVout) /VinXIin),
[0030]其中，込是感應器電流，Iin是由電源傳送的輸入電流，且Ptot為傳送至負載的功率。另外，電流猝發(fā)可以損壞電路組件(例如，晶體管)。在CCM中，在每一個開關轉變期間，存在PMOS晶體管104和NMOS晶體管106同時關閉的情況，在轉變之間產生“死時間”，即為了防止直通電流。為了確保在轉變期間，沒有電源短路至地的時間情況，在一個晶體管導通之前，另一個晶體管應當關閉足夠長的時間，例如，l_3ns。與產生防止直通電流的死時間間隔相關聯(lián)的此規(guī)劃已知為“先斷后合(beak before make)”。二極管108、110攜帶在此短間隔期間流過感應器L136的任何電流。
[0031]相比而言，在不連續(xù)傳導模式中(DCM)，在PMOS晶體管104導通之前，NMOS晶體管106關閉達某時間段，并且反之亦然，在該時間期間，經過感應器136的電流理想地達到0A。特別是對于低負載電流，輸出電容器150僅相對慢地放電并且開關操作是不連續(xù)的，直到反饋環(huán)請求下一個脈沖為止，使得PMOS晶體管104的脈沖在較長的時間段上展開。結果，功率晶體管104、106中的減小的開關損耗顯著增高了此操作模式中的效率。然而，在輕負載狀況下，經過感應器136的電流往往下降到OA以下，例如，在每次紋波電流變?yōu)樨摃r。得到的經過感應器136的反向電流典型地由零交叉電路探測并且由圖1中未示出的反饋控制器控制，以防止電流流回至NMOS晶體管106中以及與其相關聯(lián)的傳導和開關損耗。
[0032]圖2是對于在DCM中，NMOS晶體管關閉太晚的場景，圖1中的開關節(jié)點電壓和對應的感應器電流的行為的總體示例。假設在時間t = t0202,NM0S晶體管和PMOS晶體管初始關閉，則當反饋控制器導通PMOS晶體管時，將輸入電壓VIN206施加至感應器，并且從而至節(jié)點LX204處的電壓。得到的跨感應器的電壓降使得輸出電壓節(jié)點Vott采取等于Vin - Vl的值。因為輸出電容器Cqut實際上不傳導DC電流，跨感應器的電壓'保持在相當恒定的DC值，引起顯示出恒定上升斜率230的感應器電流IJ20。當在時間t = t,222,反饋控制器關閉PMOS晶體管并且在短的死時間之后導通NMOS晶體管時，NMOS晶體管在時間t = t2232導通。感應器電流IJ20開始以恒定斜坡240下降，形成圖2中示出的感應器電流IJ20的三角波形。此三角“紋波電流”被引至圖1中示出的輸出電容器Cqut，其給負載傳送DC負載電流。
[0033]理想地，反饋控制器在時間t = t3242，確切地，當Il220與OA閾值交叉時，關閉NMOS晶體管。然而，如果反饋控制器關閉NMOS晶體管晚了(在時間t = t4252)，則感應器電流IJ20將在NMOS晶體管關閉之前越過零交叉，并且反轉方向變?yōu)樨?，直至在時間t =t4252, NMOS晶體管關閉為止。負電流將初始經由同步整流器的NMOS晶體管流至地，因為感應器將在NMOS晶體管關閉之后如繼續(xù)傳送電流的附加電流源那樣起作用。一旦NMOS晶體管實際上在時間t = t4252關閉，則這將引起節(jié)點電壓Vu204從OV升高至比供應電壓Vin206 (例如，3.5V)高等于跨PMOS反體二極管的電壓降(例如，0.7V)的量，達到峰值(例如，
4.2V)。負感應器電流246將繼續(xù)流過PMOS體二極管(例如，進入電池的內電阻)并且節(jié)點電壓Vu204在負感應器電流246降低的時間期間將維持在其峰值，直至在時間t = t5262，不再有電流流過感應器(因為感應器實際上被短路)為止。此時，節(jié)點電壓Vu220降低至期望的輸出電壓Vqut264。
[0034]圖3示出了對于在不連續(xù)傳導模式中，NMOS晶體管關閉太早的場景，圖1中的開關節(jié)點電壓和對應的感應器電流的行為。與圖2相比，在圖3中，零交叉電路在感應器電流320達到其零值之前關閉NMOS晶體管，使得感應器電流346在時間t = ts342將仍然為正。當NMOS和PMOS晶體管同時關閉時，根據楞次定律，感應器將抵抗電流流動的變化，并且迫使電流在另一路經中繼續(xù)流動。如果節(jié)點電壓Vu304試圖達到地電位(OV)以下，則其將由NMOS反體二極管捕獲并且使一個NMOS體二極管電壓360降低至地以下，如圖3中所示。正電流將繼續(xù)流過NMOS反體二極管進入感應器346和負載。節(jié)點電壓Vu304將維持在地以下，而感應器中的正電流朝向零降低，此時，節(jié)點電壓Vu304上升至輸出電壓Vqut364，因為感應器實際上再次被短路。
[0035]圖4是根據本發(fā)明的各種實施例的包括自動調整零交叉電路的開關調節(jié)器系統(tǒng)的總體框圖。開關調節(jié)器系統(tǒng)400包括開關網絡402、反饋控制電路404、自動調整電路406、感應器410、以及輸出電容器414。開關網絡402包括開關調節(jié)器的元件，諸如降壓轉換器、升壓轉換器、或其任何組合。應當注意，感應器410和輸出電容器414可以是開關網絡402內部或外部的電氣組件。
[0036]將反饋控制電路404耦合為接收來自自動調整電路406的控制信號并輸出電壓Vqut412。反饋控制電路404包括響應于兩個信號而控制開關網絡402的控制邏輯電路。輸出電壓Vqut534用于驅動具有低于輸入電壓504的電壓需要的外部設備(未不出)。自動調整電路406包括感測節(jié)點LX408處的電流或電壓的電路系統(tǒng)。
[0037]操作中，開關調節(jié)器系統(tǒng)400利用流過感應器410的電流在閾值以上或以下時存在的不同狀況，閾值在此范例中為0A。自動調整電路406內的感測電路系統(tǒng)響應于開關網絡402內的觸發(fā)事件而感測節(jié)點LX408的電壓是增高還是降低。開關網絡402內的觸發(fā)事件典型地與開關事件相關聯(lián)。在一個實施例中，事件是諸如η溝道或P溝道類型的MOSFET的半導體MOSFET設備的關閉。另外，自動調整電路防止電流從節(jié)點Vqut4 12經過感應器L410流回。
[0038]圖5是根據本發(fā)明的各種實施例的包括自動調整零交叉電路的開關調節(jié)器的示意圖。開關調節(jié)器500包括控制邏輯電路560、門(gate)緩沖器506、516、PM0S晶體管508、NMOS晶體管518、感測電路540、零交叉延遲模塊550、感應器532、以及輸出電容器536。PMOS晶體管508和NMOS晶體管518還包括反體二極管510和520。
[0039]控制邏輯電路560包括輸入端子562、564，以接收輸出電壓信號534和相應的控制信號554,輸出電壓信號534和相應的控制信號554被稱合為形成兩個區(qū)別的反饋環(huán)。在控制邏輯電路560的輸出端子566、568處生成的信號分別經由門驅動信號PQN566和Nqn568控制門緩沖器506和516。在此范例中，門緩沖器506驅動PMOS晶體管508，而門緩沖器516驅動NMOS晶體管518。PMOS晶體管508和NMOS晶體管518的漏極耦合至開關電壓節(jié)點LX530,開關電壓節(jié)點LX530耦合至感應器L532的第一端子。感應器L532是一個端子耦合至輸出電壓節(jié)點534的內部或外部感應器。
[0040]感測電路540耦合為接收電壓節(jié)點LX530并包括例如比較器的感測電路系統(tǒng)以處理在輸入端子542處傳送的信息。在輸出端子544處，感測電路540輸出傳遞至零交叉延遲模塊550的輸入端子546的延遲控制信號。在第二輸入端子552處，延遲模塊550接收門驅動號Nw568。在一個實施例中，延遲模塊550是包括升降計數(shù)器(up-down counter)的校準電路。零交叉延遲模塊550的輸出端子554以反饋配置耦合至控制邏輯電路560的輸入端子564。
[0041]操作中，感測電路540觀測節(jié)點電壓530以探測由NMOS晶體管518的關閉事件引起的節(jié)點電壓530的變化。在最簡單的實施中，感測電路540構成的感測電路系統(tǒng)包括比較器電路，該比較器電路被配置為通過將節(jié)點電壓530與一個或多個已知參考電位進行比較來探測節(jié)點電壓530的變化。例如，在NMOS晶體管518關閉之后，可以將PMOS晶體管508和NMOS晶體管518的漏極與兩個轉換器(一個在+ 200mV而另一個在一 200mV)進行比較。取決于轉換器中的哪一個贏得至鎖存器(latch)的賽跑，能夠進行關于節(jié)點電壓530的方向的確定。在連續(xù)傳導模式中，當開關調節(jié)器500操作在兩個晶體管508、518在PMOS晶體管510導通之前關閉時的死時間中時，感測電路540可以執(zhí)行感測操作。
[0042]在一個實施例中，節(jié)點電壓530的探測的方向指示關閉事件后節(jié)點電壓530所采取的方向。此方向也表示流過感應器532的感應器電流的方向。根據方向信息，感測電路540確定延遲的類型，例如，NMOS晶體管518是在經過感應器532的電流與預定值(例如，0A)交叉之前還是之后被關閉。需要注意，可以使用諸如偏移電壓的任何其它閾值?？梢詫﹂撝颠M行設定或編程并且通過合適的校準程序對其進行調整。
[0043]在一個實施例中，NMOS晶體管518的關閉事件后節(jié)點電壓530的降低指示NMOS晶體管518在經過感應器532的電流與OA交叉之前，即太早，關閉。這也指示經過感應器532的電流為正的。
[0044]相比而言，節(jié)點電壓530的增大指示NMOS晶體管518在經過感應器532的電流與OA交叉之后，即太晚，關閉，指示經過感應器532的電流為負的。然而，零交叉的定時的任何失配引起由跨電壓節(jié)點530和反體二極管510、520的電壓降伴隨的經過感應器L532的電流流動，導致引起不必要的功率損耗的反體二極管電流。因此，期望避免任何過早或過晚的晶體管關閉狀況。
[0045]一旦確定了延遲的類型，則感測電路540向零交叉延遲模塊550輸出控制信號。在一個實施例中，一旦確定了匪OS晶體管518關閉太早,貝Ij延遲模塊550將隨后的循環(huán)中的延遲時間延長預定量來將NMOS的關閉時間調整為較接近感應器電流的實際零交叉，以避免反向感應器電流情形。相反，如果節(jié)點電壓530增高，指示NMOS晶體管關閉太晚，則將延遲時間縮短預定量來對其進行調整。在一個實施例中，在每次PMOS晶體管508導通時禁用延遲模塊554，例如通過取消控制信號554來禁用延遲模塊554。
[0046]在一個實施例中，延遲模塊550響應于感測電路540探測到節(jié)點電壓530的變化，通過采用升降計數(shù)器調整延遲時間來實現(xiàn)校準。校準過程繼續(xù)，直到電路找到最接近理想零交叉電流閾值的設定。在穩(wěn)態(tài)，計數(shù)器將在閾值附近的最低有效位之間來回顫振(dither),由此LSB可編程延遲(例如，Ins)的時間步驟和感應器電流的斜率確定零交叉的精度。
[0047]本領域技術人員將理解，基于上述原理，使用NMOS晶體管的關閉信號僅是觸發(fā)事件的一個范例。表示過早或過晚晶體管關閉或感應器電流反轉的效應的合適的信號能夠用作觸發(fā)信號。一個替代是使用NMOS晶體管的導通信號，其能夠被視為關閉信號的延遲的版本。可以預見，監(jiān)視在NMOS晶體管520關閉之后，節(jié)點電壓530是上升還是下降的原理也適用于對其它電流感測零交叉電路進行自動整修或自動校準，包含“無意識電流感測”和感測電阻器類型的架構。
[0048]度量NMOS關閉時感應器電流是正還是負的一個替代方式是測量節(jié)點電壓530是在PMOS柵極轉變?yōu)榈蜖顟B(tài)之前還是之后上升。應當注意，如果延遲模塊550的調整發(fā)生在感測電路540探測的隨后循環(huán)中，而不是探測的時刻，則感測電路540本身中的傳播延遲對于開關調節(jié)器500的操作不是關鍵的。
[0049]在一個實施例中，通過以使得獲得經過感應器532的谷電流的更精確的表示的方式使用傳感器來提高零探測精度。在此范例中，增高的精度是通過通過測量跨反體二極管510,520 (或其部分)的電壓降或經過反體二極管510、520 (或其部分)的成比例的電流來確定節(jié)點電壓530偏離預定值多遠而實現(xiàn)的，該電壓降或成比例的電流隨溫度呈現(xiàn)相對恒定和可預測的改變。此途徑中減小的速度的潛在的下降趨勢在一個實施例中通過在后續(xù)的循環(huán)中實施該改變而被超過(outweigh)。
[0050]在一個實施例中，通過調整節(jié)點530處的開關頻率，而不是調整零交叉信號的時間延遲，在開關調節(jié)器500中實現(xiàn)了準方波開關。因為節(jié)點530處的開關頻率影響紋波電流，所以能夠將此頻率降低至將確保感應器電流與預定閾值(例如，0A)交叉的水平而不管實際負載電流。在此范例中，當PMOS晶體管508關閉時，經過感應器136的電流將是正的并且將降低節(jié)點530處的電壓。NMOS晶體管518理想地在節(jié)點530處的電壓確切為OV時導通。
[0051]相反地，當NMOS晶體管518關閉時，已經修改了節(jié)點530處的開關頻率，使得經過感應器316的電流稍微為負，這將增高節(jié)點530處的電壓。PMOS晶體管508理想地在節(jié)點530處的電壓確切等于輸入電壓VIN504時導通。結果，減小了開關損耗并提高了效率。
[0052]圖6是根據本發(fā)明的各種實施例的自動調整零交叉電路的可能實施的示意圖。自動調整零交叉電路600包括零交叉延遲模塊650、傳感器602、以及計數(shù)器610。在此范例中，計數(shù)器610實施為將零交叉延遲編程為升和降的6位升/降計數(shù)器。
[0053]在一個實施例中，傳感器602探測節(jié)點電壓630在NMOS晶體管關閉之后是否降低至預定閾值以下。在此范例中，一旦傳感器602探測到節(jié)點電壓630下降至比地電位644低等于導通晶體管608需要的基極-發(fā)射極電壓的大約一半的值時，采取從節(jié)點電壓630流至輸出電壓的正感應器電流。作為響應，計數(shù)器610以增高零交叉時間延遲以便相應地調整零交叉的方式將零交叉延遲模塊650編程為調整零交叉信號660。
[0054]在一個實施例中，如果節(jié)點電壓630未下降至預定閾值以下，則傳感器602未被激活。而是，假設節(jié)點電壓630增高，即假設感應器電流664具有負值，使得計數(shù)器610將零交叉延遲模塊650編程為調整零交叉信號660以減少零交叉時間延遲。在此范例中，在感應器電流664維持恒定(例如，0A)的情況下，不利用傳感器602，并且自動調整零交叉電路600將在NMOS晶體管關閉時在感應器中采取正電流并且將如同增高了節(jié)點電壓630那樣運作。
[0055]在一個實施例中，通過觀測節(jié)點電壓630，傳感器602探測開關調節(jié)器應當以CCM還是DCM操作。在CCM中，負載電流足夠高，使得感應器電流不下降至OA以下。傳感器602探測到死時間期間節(jié)點電壓630變?yōu)樨?。在此情況下，計數(shù)器610計數(shù)(count out)至最大延遲時間，例如，CCM中規(guī)則操作的開關頻率的三倍。反饋環(huán)經由Vtot控制在零交叉延遲時間到期前NMOS關閉而PMOS導通，使得信號ZX維持而不受影響。在一個實施例中，以Pm信號取消信號ZX，使得防止信號ZX采取高狀態(tài)。
[0056]當負載電流變得充分低，使得感應器電流與零交叉時，自動調整零交叉電路600進入DCM，提高效率。因為在NMOS關閉時感應器電流為負，所以在死時間期間節(jié)點電壓630增高，并且計數(shù)器610開始計數(shù)以以使得引起零交叉信號660減少零交叉時間延遲的方式來對零交叉延遲模塊650進行編程。
[0057]最終，零交叉延遲模塊650將在此程度上考慮ZX信號660領先于Pm信號662，使得NMOS將由ZX信號660而不是Pqn信號662關閉。ZX信號660將在Pqn信號662向PMOS發(fā)送用于導通的信號之前關閉NMOS。PMOS和NMOS將保持關閉，直至反饋環(huán)經由Pm信號662發(fā)送Vqut太低的信號，這引起PMOS再次導通。零交叉延遲模塊650將調整，使得在感應器電流稍微在OA以上時，其將以ZX信號660關閉NM0S。
[0058]圖7是根據本發(fā)明的各種實施例的自動調整零交叉電路的另一可能的實施的示意圖。圖7演示了圖6中的升/降計數(shù)器的位可以用于通過自動調整電流感測比較器的偏移或傳播延遲來調整任何類型的零交叉電流感測電路。
[0059]圖8是根據本發(fā)明的各種實施例的用于調整開關調節(jié)器中的零交叉狀況的示例過程的流程圖。調整零交叉狀況的過程在步驟802在開光調節(jié)器內的開關關閉時開始。開關可以是諸如NMOS晶體管的半導體晶體管設備。
[0060]在步驟804，由例如感測電路接收開關節(jié)點電壓。
[0061]在步驟806，如果開關節(jié)點電壓大于第一預定閾值電壓，則在步驟808，減少開關時間。
[0062]否則，如果如在步驟810示出的，開關節(jié)點電壓低于第二預訂閾值電壓，則在步驟812，增加開關時間。
[0063]應當注意，第一預定閾值可以等于第二預定閾值，并且可以不脫離本發(fā)明的范圍，將較少或附加的步驟與于此示例的步驟結合。流程圖或于此描述內的框的布置不暗示特定順序。
[0064]應當理解，前述范例和實施例是示范性的，并且是為了清楚以及理解而不是限制本發(fā)明的范圍。意圖在閱讀說明書并研究附圖時，對本領域技術人員明顯的對其的所有的置換、增強、等同物、組合及提高包含在本發(fā)明的范圍內。因此意圖權利要求包含落入本發(fā)明的真實精神和范圍內的所有的該修改、置換及其等同物。
【權利要求】
1.一種自適應零交叉電路，包括: 傳感器，被配置為響應于開關事件而接收節(jié)點電壓信號，所述傳感器探測所述節(jié)點電壓信號的變化，并且作為響應，生成第一控制信號；以及 零交叉延遲模塊，被耦合為接收所述第一控制信號并輸出第二控制信號，所述第二控制信號能夠被配置為減少所述開關事件和第二事件之間的延遲時間。
2.根據權利要求1所述的電路，其中，所述傳感器包括關于所述節(jié)點電壓信號的方向信息。
3.根據權利要求1所述的電路，其中，所述變化包括所述節(jié)點電壓超過第一預定閾值[第一預定閾值比地電位低]。
4.根據權利要求1所述的電路，其中，所述傳感器包括被配置為探測所述變化并輸出所述第一控制信號的比較器。
5.根據權利要求1所述的電路，其中，所述第二控制信號是延遲信號。
6.根據權利要求1所述的電路，其中，所述零交叉延遲模塊包括計數(shù)器，所述計數(shù)器被配置為在所述開關事件后的開關循環(huán)中縮短所述開關事件與所述第二事件之間的時間。
7.根據權利要求6所述的電路，其中，所述計數(shù)器通過調整循環(huán)內NMOS晶體管的關閉時間來調整所述開關事件。
8.根據權利要求1所 述的電路，其中，所述第二事件包括感應器電流與預定值的交叉。
9.根據權利要求8所述的電路，其中，所述第二控制信號能夠被配置為以引起所述交叉的方式使開關頻率變化。
10.根據權利要求1所述的電路，還包括電流感測電路，所述電流感測電路包括感測比較器，所述零交叉延遲模塊被配置為調整所述感測比較器的偏移或傳播延遲之一。
11.一種電流感測系統(tǒng)，包括: 開關網絡，耦合至具有開關節(jié)點電壓的開關節(jié)點，所述開關網絡生成開關事件； 儲存元件，耦合于所述開關節(jié)點與輸出節(jié)點之間，所述儲存元件被配置為向所述輸出節(jié)點傳送功率； 零交叉電路，耦合至所述開關網絡，所述零交叉電路響應于所述開關事件而探測節(jié)點電壓信號的變化，并生成調整所述開關節(jié)點電壓超過第一預定閾值與所述開關事件之間的時間延遲的控制信號；以及 控制邏輯電路，耦合至所述開關網絡，所述控制邏輯電路響應于輸出電壓和所述控制信號而控制所述開關網絡。
12.—種調整零交叉狀況的方法，所述方法包括: 響應于開關事件而在第一循環(huán)中探測節(jié)點電壓的變化； 基于所述變化，確定所述開關事件與第二事件之間的時間延遲；以及 基于所述時間延遲，通過調整所述開關事件的開關時間來在第二循環(huán)中減小所述時間延遲。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，探測所述變化包括確定節(jié)點電壓信號是否超過第一預定值。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，調整開關時間包括調整計數(shù)器以在所述第二循環(huán)內使開關的關閉時間變化。
15.根據權利要求12所述的方法，其中，所述第二事件包括感應器電流與預定值的交叉。
16.根據權利要求12所述的方法，其中，所述開關事件包括關閉NMOS設備。
17.根據權利要求12所述的方法，還包括感測電流。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括確定所述節(jié)點電壓偏離第二預定值多遠。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括基于反體二極管電壓來確定感應器電流中的 局部最小值。
【文檔編號】H02M3/156GK104052276SQ201410095487
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2013年3月15日
【發(fā)明者】M·D·湯普森, H·董, C·阿諾德 申請人:馬克西姆綜合產品公司