同步整流降压型DC-DC过零检测电路的设计
一种新颖的同步BUCK芯片过零检测电路的设计
一种新颖的同步BUCK芯片过零检测电路的设计黄苏平;冯全源【摘要】同步BUCK变换器在轻载模式下会出现电感电流倒灌现象,这会使得芯片的效率大大降低。
针对这一问题,设计了一款过零检测电路,该电路利用MOS管工作在线性区时的沟道电阻来产生过零检测比较器的负阈值电压,从而有效地限制了电流的倒灌；还设计了边沿隐匿电路,避免电路切换时引起的误触发。
该过零检测电路基于0.5μm BCD工艺,在HSPICE软件上仿真验证,当系统温度在0~85℃变化时,负阈值容差为10 mV,过零检测电路性能良好。
%The phenomenon that inductor current flow backward appears when synchronous BUCK converter works in light load mode,and the efficiency of the system will be reduced. In response to this problem,a novel zero-cross detection circuit is designed. By using the channel resistance when the MOS transistor is working in linear region to realize negative threshold voltage for zero-cross detection comparator,the happening of current backward flowing is avoided. Edge occult circuit is also designed to avoid false triggering at switching moment. The zero-cross detection circuit is based on 0. 5 μm BCD technology,and has been carried on HSPICE. The simulation result shows that the negative threshold tolerance is only 9 mV when system ranges in temperature from -25 ℃ to 50 ℃,and the zero-cross detection circuit works well.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P408-411)【关键词】BUCK变换器;轻载模式;过零检测;同步【作者】黄苏平;冯全源【作者单位】西南交通大学微电子研究所，成都610031;西南交通大学微电子研究所，成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN433近年来，随着低电压、大电流、高效率开关电源的越来越广泛应用，采用低功耗的同步整流器替代传统的整流二极管已成为提高效率的主要技术［1-3］。
DC-DC电路的制作一
DC-DC电路的制作1 整机设计1.1 设计任务及要求1了解buck电路的工作原理2了解开关电源的设计流程3 分析由TL431构成的BUCK电路的工作原理4 独立自主完成并用制定的板子制作好5 仿真测试硬件电路数据记录6 写好实验报告1.2 整机实现的基本原理及框图框图Buck电路，又称降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压。
输入电流为脉动的，输出电流为连续的。
导通阶段：当开关管导通时，电感储存电能，电容充电。
关断阶段：当开关管关闭时，电感和电容之间的能量被传递到负载上，此时电感中的电流仍然1.3 电路原理分析BUCK电路是一种基于电感储能原理的DC-DC变换器，其涉及到物理中的电磁感应和电能转换的基本原理。
在BUCK电路中，通过控制输入占空比可变的PWM波切换开关管的导通和断开状态，将输入电源提供的直流电压转换为可调的低电压输出，从而满足不同电路的供电需求。
BUCK电路中的电感在导通状态下，将电流通过电感中心核心的磁场转化为磁能，并将磁能存储在电感中。
而在断开状态下，由于电感的自感作用，磁场会产生电压，将电磁能转化为电能，并通过输出端向负载供电。
因此，通过控制开关管的导通和断开状态，实现了电能在电容和电感之间的周期性转换和调节，最终输出稳定的直流电压。
1.4 电路仿真先在电脑上仿真软件multisim上根据原理图画好仿真图然后测试记录数据，到时后拿硬件去实验室操作的是同时也可以相对比，也好方便之后的检查。
2 硬件电路设计根据原理图一个一个模块放在一起，也方便之后检查，同时不断改变器件的摆放位置，让其看起来更美观。
放好器件之后就对照着焊接，这过程要非常小心，要注意焊枪，小心碰到手。
焊接好之后检查每个器件位置是否出现漏焊或者虚焊的问题，检查好接着拿万用表的蜂鸣档来检查线路是否都接通。
这样一个板子就制作完成了。
3 制作与调试过程这次制作与调适充满了荆棘，我在要验收之前3天就已经焊好了板子，然后我去实验室测试，后来在测试的时候发现没有波形出现，并且器件tip42和电感摸起来感觉比较烫,tip42本就会有一些烫，但不会这么烫，同时也问了老师，想问出问题的所在，老师让我先检查检查线路。
过零检测电路的研究
过零检测电路的研究目录摘要 (I)ABSTRACT (II)引言 (1)1.过零检测电路设计的必要性 (2)2.DC-DC电路的原理 (3)2.1 DC-DC变换器的前景 (3)2.2 降压型DC-DC变换器 (3)2.3 同步BUCK型DC-DC的工作原理 (4)M和DCM状态下的电感电流 (5)4.电路模块简要分析 (6)4.1电流镜的原理 (6)4.2差动放大电路的分析 (7)5.过零检测电路的分析 (8)5.1 设计思路 (8)5.2 失调电阻的引入 (8)5.3 电路设计及深入分析 (9)6实验仿真结果 (11)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)摘要DC-DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。
DC-DC转换器分为三类：升压型DC-DC 转换器、降压型DC-DC 转换器以及升降压型DC-DC转换器。
根据需求可采用三类控制。
目前DC-DC 转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。
同步整流降压型DC-DC工作在不连续电感电流模式(D CM) 下会出现的电感电流倒灌现象，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。
对电感电流进行过零检测，根据负载的大小，系统工作在连续导通模式(CCM)或不连续导通模式(DCM)。
在日益普及的便携电子产品中，大都采用电池供电，有限的电池容量和产品功能的迅速扩展给电源管理的效率提出越来越高的要求，而集成同步BUCK型DC-DC变换器在很宽的输入输出电压范围内都可以保持很高的效率，使得它在很多场合成为首选的电源管理器件。
针对这一问题，设计实现了一款电感电流过零检测电路达到快速关断同步管的目的，有效降低电流倒灌。
该电路利用失调电阻抵消同步管关断延迟，达到了快速关断同步管的目的，有效地降低了电流倒灌。
且该电路正常工作时的静态电流为5μA，其面积仅有0.1005mm2。
关键词：同步；DC-DC转换器；降压型；过零检测。
【毕业设计】5kw降压型DCDC变换器的软件设计
【毕业设计】5kw降压型DCDC变换器的软件设计武汉理工大学毕业设计(论文)摘要通信用燃料电池备用电源是一种新型的清洁能源，它不仅可以解决环保问题，同时改善了因为自然灾害导致电网供电中断，进而使通讯中断的难题，因此燃料电池备用电源成为各国研究的热门对象。
因为燃料电池输出特性偏软和动态性能较差的特点使得其直接作为动力源并不合适，因此必须配备电力变换器来调节、控制和管理电源输出，以得到符合负载需求的稳定直流电或交流电能。
鉴于燃料电池诸多显著的优点，本论文研究了一种宽范围直流输入,稳定直流输出，低成本,高效率的DC/DC变换器。
本文首先论述了燃料电池在通信行业的重大作用，阐述了选题的背景及研究意义，指出本文中作者所做的研究工作。
其次，介绍了降压型DC/DC变换器的拓扑结构，分析了降压型DC/DC变换器连续工作模式和不连续工作模式的临界条件，针对连续工作模式采用状态空间平均法对降压型DC/DC变换器进行了建模分析，采用自控知识推导出理想的开环传递函数幅频特性曲线。
最后根据降压型DC/DC变换器开环幅频特性曲线与理想开环幅频特性曲线的差异设计了电压控制型buck变换器和电流控制型buck变换器。
在电压控制型中分别设计了单极点补偿网络和双极点-双零点补偿网络，并运用saber软件对两种补偿网络进行了仿真分析。
在电流控制型中重点设计了峰值电流控制模式，分析了当占空比大于50%容易产生次谐波振荡，采用射极跟随器设计了一种结构简单，线性度好的斜坡补偿电路，最终采用UC3843完成峰值电流控制模式的设计，并运用saber软件进行了仿真分析，验证了设计的正确性和可行性。
关键词:DC/DC变换器;电压控制模式;电流控制模式;补偿网络;仿真I武汉理工大学毕业设计(论文)AbstractCommunication with the fuel cell backup power is a new type of clean energy, it can not only solve the environmental problem, while improving the power grid because of natural disasters have led to disruption, and thus make the problem of breakdown in communications, so the fuel cell backup power to become the most popular national research object. Due to the instability of the fuel cell itself DC, and the current softening of fuel cell output characteristics and dynamic performance features make the poor directly as a power source is not appropriate and must be equipped with power converters to regulate, control and management of power output to meet the load demand by the stability of DC or AC power. In view of the fuel cell many obvious advantages, this paper studies a wide range of DC input, stable DC output, low-cost, high efficiency DC / DC converter.The paper first discusses fuel cells a major role in the communications industry, describesthe background and significance of topics andpoints out the research work that The author have。
同步整流降压型DC_DC过零检测电路的设计
1. 3 CCM 和 DCM 状态下的电感电流 在 Buck 型 DCDC 转换器中 , 由于其负载电流
1 电流倒灌的形成
1. 1 过零检测电路设计的必要性 在 BU CK 型 DC-DC 转换器中, 有异步和同步两 种。 对于异步 Buck 型 DC-DC 转换器 , 由于采用二极 管整流 , 因此当其工作在DCM 模式下不会出现电感 电流倒灌的现象 ; 但在低电压大电流输出的情况 下 , 整流二极管的导通压降较高 , 输出整流管的损耗 尤为突出 , 即使采用低压降的肖特基二极管也会产 生 0. 6 V 的压降, 导致整流损耗增大, 电源转换效率 降低。 采用同步整流技术可以改善这一问题 , 但当同 步整流 Buck 型 DCDC 工作在 DCM 模式下[ 2] , 会出 现电感电流的倒灌 , 同样会降低电源转换效率, 而且 当其处于超过放状态下 , 还会使整个系统在很大程 度上受损。 这使得过零检测电路 的设计尤为重要。 针对这一问题 , 设计一款电路性能优良, 而且结构简 单、 功耗低、 占用芯片面积小的电感电流过零检测电 路是非常必要的。 1. 2 同步 BUCK 型 DC-DC 的工作原理 图 1 是同步整流 Buck 型 DC -DC 转换器的拓扑 结构, 其中 M 1 为主开关管 , M 2 为同步开关管, L 为 换能电感, C 0 为输出电容, R 0 为负载电阻[ 4] 。 主开关 管 M 1 在每个周期开始时接通 , 电感电流通过 M 1 而 上升, 输入端 V I N的电能转换为磁能储存在电感磁场 中 , 到达一定占空比时 M 1 关断 , 电感电流通过同步 管 M 2 进行续流而逐渐下降 , 磁能转换为电能释放 到输出端V
[ 7]
图 2 CCM 与 DCM 的电感电流波 形 : ( a) CCM 电流波 形 ; ( b ) DCM 电流波形 Fig . 2 Induct or cur rent wav efor m fo r CCM a nd DCM : ( a ) Cur r ent w avefo rm o f CCM ; ( b ) Curr ent w avefo r m of DCM
同步整流技术及其在DCDC变换器中的应用
同步整流技术及其在DC／DC变换器中的应用摘要：同步整流技术是采用通态电阻极低的功率MOSFET来取代整流二极管，因此能大大降低整流器的损耗，提高DC／DC变换器的效率，满足低压、大电流整流的需要。
首先介绍了同步整流的基本原理，然后重点阐述同步整流式DC／DC 电源变换器的设计。
关键词：同步整流；磁复位；箝位电路；DC／DC变换器1 同步整流技术概述近年来随着电源技术的发展，同步整流技术正在向低电压、大电流输出的DC／DC变换器中迅速推广应用。
DC／DC变换器的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。
在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。
快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。
举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。
此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。
即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）PO，占电源总损耗的60％以上。
因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。
同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。
它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。
功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。
为满足高频、大容量同步整流电路的需要，近年来一些专用功率MOSFET不断问世，典型产品有FAIRCHILD公司生产的NDS8410型N沟道功率MOSFET，其通态电阻为0.015Ω。
DC-DC电路设计
2高频链DC/DC电路设计2.1高频链DC/DC电路概述直流-直流（DC/DC）变换电路是将一组电参数的直流电能变换成另一组电参数的直流电能的电路。
它能完成以下功能：直流电幅值变换，直流电极性变换，直流电路阻抗变换和有源滤波，可用于直流电机调速，直流焊机，电解电镀电源，开关电源，功率因子校正等场合。
用仿真电子学的方法也能进行直流电幅值变换呵有源滤波。
但因为调整管上较大的压降使这些变换损耗很大。
为了提高效率，现代的DC/DC变换普遍应用开关变换技术，用开关变换技术构成的DC/DC变换器常被称为开关电源。
DC/DC变换电路分为无变压器隔离的DC/DC变换电路和有变压器隔离的变换器，无隔离的开关变换基本电路有：降压式变换电路，升压式变换电路，升降式变换电路，库克电路，SEPIC电路和ZETA电路。
隔离式DC/DC变换电路也叫间接直流变流电路，其结构图如下：图2.1采用这种结构较为复杂的电路来完成直流—直流变换有以下原因：1. 输出与输入端需要隔离2. 某些应用中需要相互隔离的多路输出3. 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于14. 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感，滤波电容的体积和重量在许多DC/DC开关变换电路的应用场合中，常需输入输出间的电隔离，其中变压器隔离的DC/DC变换电路最常用有：正激式变换电路，反激式变换电路和桥式隔离变换电路和推挽式隔离变换电路等。
其中正激式变换电路电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单，但变压器单向励磁，利用率低，适合于各种中小功率电源，功率范围在几百W~几KW；反激式电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单，但难以达成较大的功率，变压器单向励磁利用率低，适用于小功率电子设备，计算机设备消费电子设备电源，功率范围在几W~几十W。
全桥型变压器双向励磁，容易达到大功率，但结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路，适用于大功率工业用电源，焊接电源和点解电源等。
(电路设计)过零检测电路探讨
过零检测电路是一个常见的应用，其中运算放大器用作比较器。
它常被用来追踪正弦波形的变化，比如从正到负或从负到正的过零点电压的情况。
它同样被可被用作方波生成器。
过零检测电路还有许多应用，比如标志信号发生器，相位计和频率计等。
过零检测电路可以用很多方法来设计，比如使用晶体管，使用运算放大器或是光耦IC等。
该文中我们将使用运算放大器来打造一个过零检测电路，正如上面所说，此处的运算放大器用作比较器。
过零检测电路的理想波形如下从上图中可以看出当正弦波形过零时，运算放大器会从正转负或是从负转正。
这就是过零检测器如何检测波形过零的。
如你所见，输出波形为一个方波，所以过零检测器也被成为方波生成电路。
所需元器件运算放大器（LM741）变压器（23OV到12V）9V电源电阻（10kΩ χ3）面包板导线示波器电路图230V电源给到一个12-0-12V的变压器，它的相位输出连接到运算放大器的二号引脚，零线与电池的接地端短接。
电池的征集引脚与运算放大器的第7号引脚相连（VCc）。
过零检测电路的原理在过零检测电路中，运算放大器的非反向引脚与地相连,从而作为参考电压, 而一个正弦波输入（Vin）则输入运算放大器的反向引脚，如电路图说是。
随后输入电压与参考电压作比较。
此处可以使用大部分运算放大器的IC,这里我们用的是LM741.现在，我们来考虑正弦波的正半轴。
我们知道当非反向引脚端的电压要低于反向引脚时，运算放大器的输出为低或处于反向饱和状态。
因此，我们会看到一个负电压的波形。
再来看正弦波的负半轴，非反向引脚（参考电压）的电压大于反向引脚（输入电压），所以运算放大器的输出为高或正向饱和状态。
因此，我们会看到一个正电压的波形，如下图所示。
使用光耦的过零检测电路我们上面提到设计过零检测电路有许多方式。
以下电路中我们使用了光耦来实现同样的过零检测电路。
通过观察输出电压你可以发现每当输入交流波过零时，输出波形为高。
5个常用过零检测电路方案（有隔离和非隔离）过零检测电路在电子产品中是常见的电路，常用来测量关于AC电源零点、电源频率和相关相角等参数。
低功耗同步BUCK芯片过零检测电路的设计与实现
低功耗同步BUCK芯片过零检测电路的设计与实现沈萍【摘要】In the light load mode ,the traditional zero detection circuit will be "the reverse current phenomenon" ,in order to obtain the switching power converter with better performance ,this paper designs a low-power BUCK chip synchronous zero detection circuit .The voltage stability threshold acquisition and temperature compensation is used to improve the amplifier circuit ,greatly reduced "the reverse current phenomenon" of probability ,and then hidden edge is used to avoid false triggering circuit switching opera-tion ,the simulation experiments were conducted to test and analysis of its performance .The results show that when the temperature is -40～120 ℃ ,the negative threshold circuit for 0 .1 mV ,the proposed method improve the detection efficiency and accuracy of the BUCK converter .And the system power consumption is very low ,and ensures the stability of switching power supply .%在轻载模式下,传统过零检测电路会出现"电流倒灌"现象,为了获得性能更优的开关电源变换器,设计了一种低功耗同步BUCK芯片过零检测电路.首先通过电压门限采集和温度补偿提高放大电路的稳定性,大幅度降低"电流倒灌"现象出现的概率,然后采用边沿隐匿电路避免出现电路切换误触发操作,最后采用仿真实验对其性能进行测试与分析.结果表明,当温度处于-40～120℃时,电路的负阈值门限为0.1 mV,提高了BUCK转换器的效率和系统的检测精度,而且系统功耗非常低,保证了开关电源工作的稳定性.【期刊名称】《内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）》【年(卷),期】2017(046)006【总页数】4页(P825-828)【关键词】过零检测电路;轻载模式;BUCK芯片;温度补偿【作者】沈萍【作者单位】广西职业技术学院 ,广西南宁 530226【正文语种】中文【中图分类】TP212在开关电源中,BUCK变换器的设计十分重要.为了适应负载电流的变化,BUCK变换器有两种工作模式,在重载模式下,电流在整个周期内不归零,此时BUCK变换器处于电流电感非连续导通模式(FCCM); 在轻载模式下,电流会不断减小直到某临界值,此时BUCK变换器处于电流电感连续导通模式(DCM),电流在整个周期内为零[1-2].由于多种外界因素的综合影响,DCM模式会出现“电流倒灌”现象,而且输出电压会出现较大的波动,使得开关电源的工作效率急剧下降[3-4].过零检测电路能够对电感电流的状态进行检测,当电感电流为零时,将迅速关掉同步续流管,以降低BUCK变换器的功耗[5].为了提高开关电源的工作效率,本文设计了一种性能优异的低功耗同步BUCK芯片过零检测电路,采用双电压门限方法和温度补偿方法确定是否提前关断同步整流管,有效地避免了“电流倒灌”现象.1 DCM工作模式和过零检测1.1 DCM工作模式BUCK变换器基本结构如图1所示.为了克服传统续流二极管的缺陷,BUCK变换器采用同步整流MOSFET作为续流管,提高了变换器的工作效率,在图1中,M1和M2分别代表开关管和续流管,Driver表示带有死区时间的脉宽调制方波,R、L、C分别代表电阻、电感、电容.在高电平条件下,M1通路,L产生充电操作,反之,M2通路,R 产生放电操作.设M1和M2导通阻抗分别为Ron1和Ron2,如果M1导通,SW端电压VSW1的计算公式为VSM1=VIN-ILRON1,(1)如果M2导通,SW端电压VSW2的计算公式为VSW2=0-ILRON2.(2)如果导通阻抗Ron1和Ron2固定不变,综合(1)式和(2)式可以得到,电压和电流之间是一种线性比例变化关系,于是可以把端电压作为采样信号.当系统处于轻负载条件下,BUK变换器通常处于两个工作模式下,即FCCM和DCM,两者的电感电流波形变化如图2所示.对图2进行分析可以发现,在FCMM工作模下,电感电流回归到零,同时存在反向电流流通; 在DCM工作模式下,电感电流回归到零后,不会发生电流反向现象,零电流会持续至周期完成.图1 BUCK变换器的结构图2 电流波形变化曲线 Fig.1 Structure of BUCK converter Fig.2 Current waveform change curve图3 过零检测电路Fig.3 Zero crossing detection circuit1.2 过零检测机制开关电源BUCK变换器的过零检测机制如图3所示.由图3可知,过零检测机制由3部分组成,它们分别为:(1) 使能电路.ZC_en和HS_dr表示电路使能信号和开关管驱动信号,当HS_dr为高电平时,ZC_en变为低电平,此时要关闭过零检测使能电路; 当HS_dr为低电平时,ZC_en变为低电平,过零检测能电路处于工作状态.当M1关闭、M2开启时,该时间内可能出现“电流倒灌”现象,此时过零检测使能电路起作用,大幅度降低系统功耗,从而提高了系统性能.(2) 边沿隐匿电路,用于防止低端持流管的SW端电位扰动,出现误触发现象.(3) 电压比较器.当电感电流减小到0时,由于受到内部逻辑延迟等因素的影响,Vsw 也减小到0,控制电路不能够快速关闭同步续流管,会出现“电流倒灌”现象.在实际应用中,一般采用一个小于0 V的SW电压作为翻转门限,如果SW的电位低于预先设置的翻转门限时,将关闭低端持流管,对输出信号进行保护,防止出现“电流倒灌”现象.2 过零检测电路的设计BUCK变换器的过零检测电路包括两个模块: 电压采集电路和电压比较器电路,前者主要用于采样Vsw和PGND的电压,并将采样结果传输给后者进行处理; 后者主要用于比较IN+和IN-的值,得到结果Vout,Driver根据Vout控制低端整流管的工作状态.2.1 电压采集电路电压采集电路的基本结构如图4所示.在图4中,如果Ctr1为高电平、Ctr2为低电平,导通MN1,同时关闭MN2,VSW0≈VSW; 如果Ctr1为低电平、Ctr2为高电平,关闭MN1,并且导通MN2,完成VSW双门限采集,则有VSW0≈R2/(R1+R2)×VSW2.2 电压比较器电路电压比较器电路的基本结构如图5所示.该电路包括NPN放大电路和NMOS放大电路,其中NPN放大电路用于控制带宽与延时; CMOS放大电路用于控制增益、整理波形; 输出级用于控制输出电压,使其变为全摆幅信号.相对于CMOS放大电路,BJT的优势十分明显,不仅转换速度快,而且有好的带宽,所以第二级选择NPN放大电路.但是BJT放大电路对温度十分敏感,当温度发生变化时,BJT放大电路的作用就比较明显,可以采用正温度系数电流来控制NPN的差分对增益.前2级电流源(I1)属于正温度系数的电流,后2级I2相反; I1的计算公式为I1≈klnNVT/R,其中k,N,R为常数.跨导gm的计算公式为gm=IC/VT=I1/VT.输出增益的计算公式为Av-NPN=gmR7=I1R7/VT=klnNVTR1/RVT=klnNR1/R,由此可以看出,输出增益与温度无关,输出级与第三级与温度有一定的联系.图4 电压采集电路的基本结构图5 电压比较器电路的基本结构Fig.4 Basic structure of voltage acquisition circuit Fig.5 Basic structure of the voltage comparator circuit表1 仿真测试电路的参数Tab.1 Parameters of the simulation test circuit参数名称值参数名称值储能电感1.5μH开关频率 700kHz输出电容44μF开关管导通阻抗100mΩ输入电压5.0～18V续流管导通阻抗100mΩ3 结果与分析图6 电压比较器直流的测试结果Fig.6 Test results of DC voltage comparator 为了分析BUCK芯片过零检测电路的性能,采用HSPICE软件进行仿真测试,其参数见表1.电压比较器直流的测试结果如图6所示,从图6可以看到,当PGND=0时,负阈值门限为-12 mV,相应的调容差为0.1 mV,当温度处于-40～120 ℃时,负阈值门限为0.1 mV,当I1、I2为正、负温度系数电流时,Vg1温度系数为0,Vg2变化容差大约为54 mV,系统工作比较稳定.含和不含过零检测同步芯片的测试结果如图7所示,分析图7可以发现,系统由于采用本文设计的BUCK芯片过零检测电路,所有周期的电感电流都回至零,并且没有发生“电流倒灌”现象,系统一直处于DCM的工作模式; 如果不采用本文设计的BUCK芯片过零检测电路,系统的所有周期电感电流有可能出现“电流倒灌”现象,并且一直处于FCCM工作模式; 如果负载比较轻,本文设计的BUCK芯片过零检测电路会马上关闭低端续流管,使系统的功耗急剧下降.图7 含过零和不含过零检测同步芯片的测试结果Fig.7 Test results of a zero crossing and no zero crossing detection synchronous chip参考文献:[1] Jin Yan Yan,Xu Jian Ping,Zhou Guo Hua. Constant on-time digital peak voltage control for buck converter [J]. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition,2010,22(7):89-94.[2] 王辉,王松林,来新泉,等. 同步整流降压型DC-DC过零检测电路的设计 [J]. 固体电子学研究与发展,2010(2):276-280.[3] 谢海武,石跃,周泽坤,等. 一种适用于降压型DC-DC转换器的过零检测电路 [J]. 中国集成电路,2012,162(33):33-38.[4] 刘颖杰,冯全源. 用于Buck型电源芯片的电流检测电路 [J]. 电子技术应用,2009,5(4):76-78.[5] 朱宁莉,张威. 用于降压型DC-DC转换器的新颖过零检测电路 [J]. 微电子学,2014,44(2):149-152.。
电流模式DCDC同步降压芯片的设计与实现
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）模式选择单元以及ＰＦＭ驱动等功能。我们利用Ｍａｔｌａｂ分析了系统的 传输函数，增加了系统的稳定性，并优化了部分单元电路的结构。然后通过详细 的仿真测试，保证了电路结构的正确性。随后，我们完成了整个芯片版图的布图 工作，并将ＧＤＳＩＩ文件提交至晶圆厂流片。最后，我们对流片后的工程样片做了
１．４系统设计目标
本设计采用ＣＳＭＣ ＤＰＴＭ
０．５岬工艺进行仿真，并参加华润上华ＭＰＷ流片。
本产品的设计目标为：
工作电压：２．５．５．５ｖ 参考电压：０．６ｖ
ＰＷＭ工作频率：１．５ＭＨｚ
峰值电流：１．８Ａ 效率：＞７５％ 芯片面积：＜ｌｍｍ２ 静态电流：＜ｌｍＡ
７．要求良好的散热解决方案；
１．３本文所做的工作
本论文所要设计的芯片主要针对于使用单个锂电池供电（２．５Ｖ０５．５Ｖ）便携式
设备（包括智能手机，微处理器、ＤＳＰ内核供电，无线、ＤＳＬ猫，ＰＤＡ，ＭＰ３
播放器等），输出电压可低至０．６Ｖ的高效率降压直流变换芯片。高效率（７５％以
上）和成本优势是本设计的主要考虑。本论文的结构如下： 第一章为前言部分，主要介绍电源管理技术的背景知识和本论文的工作。 第二章介绍开关电源的系统知识，对本论文所采用的技术进行了较详细的阐 述，并且给出了本论文所设计芯片的系统框图。
ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｒｅｓｕｌｔｓ．
ｐａｐｅｒ，ｗｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ
ｍａｉｎ ｒｅｓｕｌｔ ｔｈａｔ ｃａｕｓｅ ｔｈｅｓｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｓｏｍｅ
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｇｉｖｅｎ．
Ｋｅｙ
Ｗｏｒｄｓ：ＳＭＰＳ，Ｂｕｃｋ，ＰＷＭ，ＰＦＭ
用于降压型DC_DC转换器的新颖过零检测电路_朱宁莉
（ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ， ｋ ｉ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｉ ｎ ０ ８ ７ １， ｉ ｎ ａ） Ｉ ｎ ｏ Ｍ ｉ Ｐ ｅ Ｕ ｎ Ｂ ｅ ０ Ｐ． Ｒ． Ｃ ｈ ｇ ｙ， ｊ ｇ１ ｆ
Ｉ ｒ ｅ ｕ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ越大 。 要解决在 Ｖｏ ｔ大 时 倒 灌 电 流 大 的 问 题 ，
不能将过零 检 测 比 较 器 的 门 限 设 置 为 电 感 电 流 Ｉ Ｌ 略大于 ０ （ 因为零 门 限 不 准 确 会 造 成 系 统 对 工 作 模 ， 式的误判 ） 而τ 故只能减小 τ ２ 又是固定不变的 ， １。
（ ） ３
（ ） ４
Ｒ２ ／ ） Ｖｏ Ｒ３ ＋Ｉ ５ Ｉ ｂ ｉ ｕ Ｓ ０ （ ａ ｓ ＝ （ ｔ －ＶＧ ３） Ｒ１ ＋Ｒ２ 本文降压型转换器的输入电压Ｖｉ 输出 ２Ｖ， ｎ＝１
电压 Ｖｏ 不 ３～８ Ｖ。 当 Ｖｏ ３ Ｖ 时， ｔ范围为 ３． ｔ＝ ３． ｕ ｕ 需要 增 加 偏 置 电 流 Ｉ 当 Ｖｏ ＭＮ ａ ｓ， ｔ＞ ｂ ｉ ３ 恰 好 截 止； ｕ 其作用在 偏 置 电 流Ｉ ３． ３Ｖ 时 ， ＭＮ ３ 导 通， ａ ｓ增 加 ， ｂ ｉ 第 ３． Ｉ ３ 节 讨 论 。 当 ＭＮ ３恰 好 截 止 时， ｂ ０。 根 ａ ｓ＝ Ｉ ｉ
， （ 在电感 电 流 下 降 到 零 时 能 够 迅 速 关 断 低 端 Ｄ） Ｚ Ｃ 整流管 ， 以避免发生电流倒灌 。
２ Ｚ Ｄ 的设计难点分析 Ｃ
对于降压型 Ｄ 电感电流下降阶段 Ｃ 转换器 ， Ｃ －Ｄ
；定稿日期 ： 收稿日期 ： ０ ２ ２ ８ ０ ４ １ ２ ２ ０ １ ３ ２ ０ １ ３ － － － －
什么是过零检测信号，如何设计过零电路，有哪几种方法可实现
什么是过零检测信号，如何设计过零电路，有哪几种方法可实现一、前言在有可控硅应用的电路中，攻城狮们往往遇到各种各样的问题，可控硅开通电流尖峰过大，整机EMI难整改……如果电路中有了过零检测电路，可控硅过零开通，这些问题就能迎刃而解。
另外，在移相调光，调速，调功率时，AC 过零点可以作为脉宽控制的参考点。
因此过零检测有着广泛的应用。
看似简单的过零检测线路，有时却也会困扰我们攻城狮们，过零检测完全采集不到信号？过零信号不准？二、半波整流过零分析过零信号一般用NPN三极管来检测，当AC电压过零时，三极管基极电压低于0.7V，三极管截止，从而集电极为高电平，MCU检测到上升沿即为过零信号。
在小家电应用中，很多情况下输入用半波整流，为了过Surge，二极管的耐压往往选取比较大，一般用两颗二极管1N4007串联，串联常用如下两种电路结构，第一种N和GND直接相连，第二种N和GND有二极管隔开，两种结构对过零检测是否成功有着很大关系。
图1图21.N和GND直接相连在BUCK电路中的应用此种电路结构N和过零检测的地GND相连，任何时候，L对GND （N）都是AC输入电压。
对于过零检测线路，在正半周，三级管导通，Vzc为低电平；在负半周，三极管Vbe被钳在-0.7V，处于截止状态，Vzc为高电平。
过零检测线路在整个交流周期内都能够准确的检测到输入交流电压，因此过零检测OK。
下图为实测波形：两种波形分别为Vac和Vzc。
2.N和GND二极管隔开在BUCK电路中的应用此种情况下，N和GND被D2隔开，因为输入电解电容的储能原因，D1 D2不是一直导通。
当D1,D2导通，即AC对输入电解电容充电时，L对GND电压为确定值，在D1,D2截止时，L 对GND电压为不定状态，所以三极管的基极检测不到准确的过零电压信号，过零信号检测FAIL。
下图为实测波形：两种波形分别为Vac和Vzc。
因此，在有过零检测的线路且输入为半波整流时,需采用N和GND 直接相连，避免被二极管隔开，这样过零检测电路才能够准确的检测到交流电压，过零信号才能够准确。
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关 键 词 ： 步 ； 流 一 流 转 换器 ； 压 型 ； 零 检 测 同 直 直 降 过
中 图 分 类 号 ： Ｎ４ ３ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编号 ： ０ ０ ３ １ （ ０ ０ ０ — ２ ６０ １ ０ — ８ ９ ２ １ ） ２０ ７ — ５
王 子 科 技 大 学 机 电 工 程 学 院 ， 安 ， １ ０ １ （ 西 安 电 子科 技 大 学 Ｃ 西 ７ ０ ７ ）。 ＡＤ所 ， 安 ， １ ０ １ 西 ７ ０７ ）
２０ —２０ ０ ８ １ — ５收 稿 ， ０ ９ ０ — ４收 改 稿 ２０ —３２
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第 ３ 卷 第 ２ ０ 期
２ １ ０ ０年 ６月
固体 电子 学 研究 与进 展
Ｒ Ｓ ＡＲＣ ＆ Ｐ ＥＥ Ｈ ＲＯＧ Ｓ Ｓ ＲＥ ＳＯＦＳ Ｅ
Ｖｏ ． Ｏ， ． １ ３ Ｎｏ ２
Ｊ ｎ ，２ １ ｕ ． ００
硅微 电子学
同步 整 流 降压 型 ＤＣ ＤＣ过零 检 测 电路 的设计 —
ｔ ｒ — ｆ ｕ ｃ ｉ ｎ ｖ ｉ ｈｅ ｈ ｐｐ ｎ ｎｇ ｏ ｕｒ ｅ ｔｂａ ｋｗａ ｄ ｆｏｗｉ ． Ｔ ｈ ｕ ｒ ｎ ｏｎ ｕｍ ｐ ｉ ｕ ｎ ｏ ｆｆ ｎ ｔｏｎ ａ ｄ ａ ｏ ｄ ｔ ａ ｅ ｉ ｆｃ ｒ ｎ ｃ ｒ ｌ ｎｇ ｅ ｃ ｒ ｅ ｔｃ ｓ ｔｏｎ
摘要 ： 同步 整流 降 压 型 Ｄ — 工 作 在 不 连续 电感 电流 模 式 （ ｃ ） 会 出现 的 电 感 电 流 倒 灌 现 象 ， 种 情 况 会 ＣＩ Ｘ； Ｄ Ｍ 下 这 使得 整 个 系 统 处 于 一 种 超 过 放 状 态 ， 而 使 系 统 的 效率 大 幅度 地 下 降 。 对 这 一 问 题 ， 计 实 现 了一 款 电感 电流 过 从 针 设 零检 测 电路 。该 电 路 利 用失 调 电 阻抵 消 同步 管 关 断 延 迟 ， 到 了 快 速 关 断 同步 管 的 目的 ， 效 地 降 低 了 电 流 倒 灌 。 达 有 且 该 电路 正 常 工 作 时 的 静 态 电流 为 ５ Ａ， 面积 仅 有 ０ ０ ５ 其 ． ０ ｍｍ 采 用 此 电路 的 一 款 同步 Ｂ Ｋ 型 Ｄ — Ｃ 已在 韩 。 ＵＣ ＣＤ