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

ABSTRACT

DC-DC converter to change after the input voltage output voltage of the effective fixed voltage converter. DC-DC converter is divided into three categories: boost type DC/DC converter, step-down type DC-DC converter and lift pressure type DC-DC converter. According to the need for can be used three kinds of control. At present DC-DC converter are widely used in mobile phones, MP3, several yards cameras, portable media players and other products. The phenomenon that inductor current flo ws backward app ears when synchro no us rectificatio n b uck DC -DC wo rk ing in o ver-amp lified status,thus red ucin g the effic iency o f the who le system greatly.Acco rd in g to this p ro b lem a no vel zero -d etect circuit is designe d.By using imb alance resistance to o ffset the synchro nizatio n transisto rs turn in g o ff d elay the circuit can realize fast turn-o ff fu nctio n and avo id the happen in g o f current backward flowing ..The current consumpti on of this circuit for normal working is only 5μ A a nd the area is only 0.1005 mm 2

. A DC-DC converter with this anti-ringing circuit is i m plemented in Hynix 0.15μ m CMOS process , and the testing result proves that the zero detect circuit works well a nd effectively .

Key words: synchronous; DC -DC converter; buck ; zero - detect ci rcuit

引言

在日益更新的便携电子产品中，随着飞速发展和不断创新的集成电路技术、电子技术和通信技术，数量巨多的便携设备渗入我们的生活，如智能手机、移动播放器（mp3）、数码相机、数码摄像机、便携式笔记本电脑等等。先进便携的设备大大的提高了我们的生活质量，方便了我的现在的生活。它们大都采用电池供电，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[1]在很宽的输入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。但是当DC-DC变换器工作在电感电流不连续导通模式（DCM）时，由于变换器内部的逻辑延迟，线延迟和寄生等因素的影响，致使同步管续流至零时，其还没有关断或还没完全关断，这时必然导致电流的倒灌，从而影响整个电路的性能指标。特别是这种现象会使整个系统处于一种超过放状态，从而导致整个电路的效率大幅度的降低，且这种状态在很大程度上影响和限制了DC-DC得应用范围和场合。因此有必要采用专门的过零检测电路来防止电流倒灌。文中简要分析了电流倒灌产生的机理，论述了在同步Buck型DC-DC中设计过零检测电路的必要性，进而提出一种可用于继承Buck 型DC-DC的过零检测电路，应用该电路的一款DC-DC已经能够在韩国Hynix公司的CMOS工艺线投片，测试结果证明过零检测电路工作效果良好。用MOSFET 替换BJT 晶体管作为外围电路的开关部件对效率的影响。效率会相应提高。因为BJT 管需要对其基极提供驱动电流，这增加了电路的电流消耗，而MOSFET 是电压驱动，无需对其栅极提供电流，也就不会增加电路的电流消耗。但是，实际应用时请考虑MOSFET 是否对周边元器件产生影响。