技术领域
[0001] 本
发明涉及
开关电源控制领域，特别是涉及一种具有过零检测功能的驱动电路及过零检测方法。
背景技术
[0002] 随着全球对
能源问题的重视，
电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低(只有40％～50％)、体积大、
铜铁消耗量大，
工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85％以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压
精度高、不使用电源
变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。
[0003] 工作于临界导通模式的
开关电源是比较常见的一种开关式稳压电源，其通过对电感
电流去磁结束进行过零检测，以确保开关电源的正常工作。
[0004]
现有技术中的一种过零检测方法直接用电源系统中功率开关的Cgd
电容耦合信号来进行过零检测，不需要额外的检测器件及电路实现过零检测，可以减小控
制芯片面积，具有明显的成本优势。
[0005] 而现有的过零检测方案中，系统去磁结束后，跌落信号通过Cgd电容耦合到功率开关的栅极后，下拉管对功率开关的栅极保持着较强的下拉能
力，所以耦合过来的跌落信号会有较大的损失，信号太弱会出现检测不到的问题；现有技术中，为了检测到微弱的跌落信号，会把比较器的
阈值设计的与地过于接近，也会出现误检测，过零检测失效或误检测会造成电源系统功能不正常甚至炸机，给系统带来可靠性隐患。
[0006] 因此，如何提高过零检测的准确性和系统的可靠性已成为本领域工作人员亟待解决的问题之一。
发明内容
[0007] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有过零检测功能的驱动电路及过零检测方法，用于解决现有技术中电感电流去磁结束的过零检测误检测带来的可靠性问题。
[0008] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有过零检测功能的驱动电路，所述具有过零检测功能的驱动电路至少包括：
[0009] 功率开关管、上拉驱动管、第一下拉驱动管、第二下拉驱动管及限流模
块；
[0010] 所述功率开关管的漏极连接开关电源中的电感的输出端，所述功率开关管的源极经由电流
采样电阻接地，用于通过所述功率开关管的导通和截止来控制
输出电压，同时所述功率开关管的漏极和栅极之间的寄生电容耦合所述电感去磁结束的跌落信号；
[0011] 所述功率开关管的栅极经由所述上拉驱动管连接至
电源电压，所述上拉驱动管的控制端连接第一驱动信号，用于在所述功率开关管开启的过程中为所述功率开关管的栅极提供上拉电流；
[0012] 所述功率开关管的栅极分别经由所述第一下拉驱动管及所述第二下拉驱动管与所述限流模块
串联后的串联电路接地，所述第一下拉驱动管的控制端连接第二驱动信号，用于在所述功率开关管关闭的初始阶段为所述功率开关管的栅极提供第一下拉电流；所述第二下拉驱动管的控制端连接第三驱动信号，用于在所述功率开关管关闭的过程中为所述功率开关管的栅极提供第二下拉电流；所述限流模块用于控制所述第二下拉驱动管提供的所述第二下拉电流小于所述第一下拉驱动管提供的所述第一下拉电流，并控制所述跌落信号具有预设的跌落幅度。
[0013] 优选地，所述电感的输入端连接输入电压，所述电感的两端并联一续流
二极管，所述续流二级管的
阴极连接所述电感的输入端，所述续流二级管的
阳极连接所述电感的输出端。
[0014] 优选地，所述上拉驱动管为NMOS管，所述上拉驱动管的漏极连接所述电源电压，所述上拉驱动管的源极连接所述功率开关管的栅极，所述上拉驱动管的栅极连接所述第一驱动信号；当所述第一驱动信号为高电平时，所述上拉驱动管导通，为所述功率开关管的栅极提供上拉电流。
[0015] 优选地，所述第一下拉驱动管为NMOS管，所述第一下拉驱动管的漏极连接所述功率开关管的栅极，所述第一下拉驱动管的源极接地，所述第一下拉驱动管的栅极连接所述第二驱动信号；当所述第二驱动信号为高电平时，所述第一下拉驱动管导通，为所述功率开关管的栅极提供所述第一下拉电流。
[0016] 优选地，所述第二下拉驱动管为NMOS管，所述第二下拉驱动管的漏极连接所述功率开关管的栅极，所述第二下拉驱动管的源极经由所述限流模块接地，所述第二下拉驱动管的栅极连接所述第三驱动信号；当所述第三驱动信号为高电平时，所述第二下拉驱动管导通，为所述功率开关管的栅极提供所述第二下拉电流。
[0017] 更优选地，所述第一下拉驱动管的导通时间设定为0微秒～5微秒。
[0018] 优选地，所述第一下拉驱动管的尺寸比所述第二下拉驱动管的尺寸大10～100倍。
[0019] 优选地，所述限流模块包括：第一限流电阻、第二限流电阻及二极管；其中，[0020] 所述第一限流电阻一端与所述第二下拉驱动管相连接，另一端接地；所述第二限流电阻一端与所述第二下拉驱动管相连接，另一端与所述二极管的阳极相连接；所述二极管的阴极接地。
[0021] 优选地，所述具有过零检测功能的驱动电路还包括一比较器，所述比较器的输入端分别连接所述功率开关管的栅极及一参考电压，用于将检测到的所述电感去磁结束的跌落信号转换成逻辑信号。
[0022] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于如上述任一方案中所述的具有过零检测功能的驱动电路的过零检测方法，应用于工作于临界导通模式的开关电源电路中，所述过零检测方法至少包括：
[0023] 电感开始放电时，所述第一下拉驱动管提供的第一下拉电流和所述第二下拉驱动管提供的第二下拉电流共同对功率开关管的栅极下拉，使所述功率开关管处于截止状态；经过设定时间后，所述第一下拉驱动管被关断，所述第二下拉驱动管继续对所述功率开关管下拉，所述功率开关管仍处于截止状态；对所述功率开关管的栅极下拉的过程中，所述第二下拉电流小于所述第一下拉电流；其中，所述设定时间小于所述电感放电的时间；
[0024] 所述电感放电结束时，所述功率开关管的漏极和栅极之间的寄生电容耦合所述电感去磁结束的跌落信号，当检测到所述跌落信号后，所述第二下拉驱动管关断，所述上拉驱动管提供上拉电流对所述功率开关管的栅极上拉，使所述功率开关管处于导通状态，所述电感开始充电。
[0025] 优选地，所述设定时间为0微秒～5微秒。
[0026] 更优选地，所述设定时间为1微秒～2微秒。
[0027] 优选地，所述第一下拉电流为所述第二下拉电流的10～100倍。
[0028] 优选地，所述跌落信号耦合到所述功率开关管的栅极后与一参考电压比较，当所述跌落信号的耦合信号小于所述参考电压时，过零检测信号起效，所述上拉电流形成。
[0029] 如上所述，本发明的具有过零检测功能的驱动电路及过零检测方法，具有以下有益效果：
[0030] 本发明的具有过零检测功能的驱动电路及过零检测方法通过优化驱动时序避免了常规驱动电路过零检测的失效或误检测的可能性，提升了系统可靠性。
附图说明
[0031] 图1显示为本发明的具有过零检测功能的驱动电路的结构示意图。
[0032] 图2显示为本发明的具有过零检测功能的驱动电路的工作时序示意图。
[0033] 元件标号说明
[0034] 2 具有过零检测功能的驱动电路
[0035] 20 功率开关管
[0036] 21 上拉驱动管
[0037] 22 第一下拉驱动管
[0038] 23 第二下拉驱动管
[0039] 24 比较器
[0040] 25 限流模块
[0041] 251 第一限流电阻
[0042] 252 第二限流电阻
[0043] 253 二极管
具体实施方式
[0044] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本
说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0045] 请参阅图1～图2。需要说明的是，本
实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0046] 如图1所示，本发明提供一种具有过零检测功能的驱动电路2，所述具有过零检测功能的驱动电路2包括：
[0047] 功率开关管20、上拉驱动管21、第一下拉驱动管22、第二下拉驱动管23及限流模块25。
[0048] 如图1所示，电感L的输入端连接电源电压Vin及
续流二极管D的阴极，所述电感L的输出端连接所述续流二级管D的阳极。
[0049] 如图1所示，所述功率开关管20的漏极所述电感L的输出端，所述功率开关管20的源极经由电流采样电阻Rsense接地，用于通过所述功率开关管20的导通和截止来控制输出电压，同时所述功率开关管20的漏极和栅极之间的寄生电容Cgd耦合所述电感L去磁结束的跌落信号。
[0050] 具体地，所述功率开关管20为NMOS管，当所述功率开关管20的栅极为高电平时，所述功率开关管20导通，电流经由所述电感L、所述功率开关管20及所述电流采样电阻Rsense到地。所述功率开关管20控制功率通路，其漏极和栅极间的寄生电容Cgd用于耦合去磁结束的跌落信号；所述电流采样电阻Rsense用于设定系统峰值电流。
[0051] 如图1所示，所述功率开关管20的栅极经由所述上拉驱动管21连接至电源电压，所述上拉驱动管21的控制端连接第一驱动信号Driver1，用于在所述功率开关管20开启的过程中为所述功率开关管20的栅极提供上拉电流。
[0052] 具体地，在本实施例中，所述上拉驱动管21为NMOS管，所述上拉驱动管21的漏极连接所述电源电压，所述上拉驱动管21的源极连接所述功率开关管20的栅极，所述上拉驱动管21的栅极连接所述第一驱动信号Driver1；当所述第一驱动信号Driver1为高电平时，所述上拉驱动管NM导通，为所述功率开关管20的栅极提供上拉电流。所述上拉驱动管21也可以是PMOS管，适应性地调整连接关系及驱动信号的极性即可实现上拉功能，不限于本实施例所列举的器件及连接关系。
[0053] 如图1所示，所述功率开关管20的栅极经由所述第一下拉驱动管22接地，所述第一下拉驱动管22的控制端连接第二驱动信号Driver2，用于在所述功率开关管20关闭的初始阶段为所述功率开关管20的栅极提供第一下拉电流。
[0054] 具体地，在本实施例中，所述第一下拉驱动管22为NMOS管，所述第一下拉驱动管22的漏极连接所述功率开关管20的栅极，所述第一下拉驱动管22的源极接地，所述第一下拉驱动管22的栅极连接所述第二驱动信号Driver2；当所述第二驱动信号Driver2为高电平时，所述第一下拉驱动管22导通，为所述功率开关管20的栅极提供所述第一下拉电流。所述第一下拉驱动管22也可以是PMOS管，适应性地调整连接关系及驱动信号的极性即可实现上拉功能，不限于本实施例所列举的器件及连接关系。
[0055] 如图1所示，所述功率开关管20的栅极经由所述第二下拉驱动管23接地，所述第二下拉驱动管23的控制端连接第三驱动信号Driver3，用于在所述功率开关管20关闭的过程中为所述功率开关管20的栅极提供第二下拉电流；所述限流模块25用于控制所述第二下拉驱动管23提供的所述第二下拉电流，以确保所述第二下拉电流小于所述第一下拉驱动管22提供的所述第一下拉电流，并控制所述跌落信号的跌幅，使得所述跌落信号具有一定幅度的预设跌落幅度。
[0056] 具体地，在本实施例中，所述第二下拉驱动管23为NMOS管，所述第二下拉驱动管23的漏极连接所述功率开关管20的栅极，所述第二下拉驱动管23的源极与所述限流模块25串联，经由所述限流模块25接地，所述第二下拉驱动管23的栅极连接所述第三驱动信号Driver3；当所述第三驱动信号Driver3为高电平时，所述第二下拉驱动管23导通，为所述功率开关管20的栅极提供所述第二下拉电流。
[0057] 更具体地，在所述功率开关管20截止的过程中，所述第一下拉驱动管22及所述第二下拉驱动管23同时开启，给所述功率开关管20的栅极放电，但所述第一下拉驱动管22只开启一个很小的固定时间，之后就关闭，在本实施例中，所述第一下拉驱动管22的导通时间设定为0微秒～5微秒，更优选地，所述第一下拉驱动管22的导通时间进一步设定为1微秒～2微秒。所述第二下拉驱动管23在所述功率开关管20截止的过程中始终导通，所述第二下拉驱动管23的导通时间由整个所述驱动电路决定，根据所述驱动电路的不同，所述第二下拉驱动管23的导通时间范围变化很大，所述第二下拉驱动管23的导通时间可以介于几微秒～几百微秒之间。所述第一下拉电流大于所述第二下拉电流，所述第一下拉驱动管22为所述功率开关管20的栅极提供一个较大的下拉，所述第二下拉驱动管23为所述功率开关管20的栅极提供一个微弱的下拉，在本实施例中，所述第一下拉驱动管22的尺寸较大，所述第二下拉驱动管23的尺寸较小，所述第一下拉驱动管22比所述第二下拉驱动管23的尺寸大10～
100倍。所述限流模块25的存在，可以有效控制所述第二下拉驱动管23为所述功率开关管20的栅极提供的下拉强度，可以使得其为所述功率开关管20的栅极提供一个微弱的下拉，即对所述功率开关管20的栅极的下拉非常微弱，本
申请中所述第二下拉驱动管23与所述限流模块25串联后的结构对所述功率开关管20的栅极提供的下拉强度远小于只有一个所述第二拉驱动管23对所述功率开关管20的栅极提供的下拉强度。
[0058] 作为示例，所述限流模块25包括：第一限流电阻251、第二限流电阻252及二极管253；其中，所述第一限流电阻251一端与所述第二下拉驱动管23相连接，另一端接地，具体的，所述第一限流电阻251的一端与所述第二下拉驱动管23的源级相连接；所述第二限流电阻252一端与所述第二下拉驱动管23相连接，另一端与所述二极管253的阳极相连接，具体的，所述第二限流电阻252的一端与所述第二下拉驱动管23的源级相连接；所述二极管253的阴极接地。所述第二限流电阻253可以限制所述二极管253的反向高温漏电，这样可以使得所述功率开关管20的栅极会获得幅度较大的跌落信号，对于后续进行信号比较及处理都有很大的好处，不会因为信号太弱出现检测不到等问题。
[0059] 作为示例，所述功率开关管20的栅极获得的所述跌落信号的跌落幅度可以达到190mV～210mV，优选地，本实施例中，所述功率开关管20的栅极获得的所述跌落信号的跌落幅度为200mV。
[0060] 如图1所示，所述具有过零检测功能的驱动电路还包括比较器24，所述比较器24输入端分别连接所述功率开关管20的栅极及一参考电压VREF，用于将检测到的所述电感L去磁结束的跌落信号转换成过零检测信号ZCD。
[0061] 具体地，在本实施例中，所述比较器24的
反相输入端连接所述功率开关管20的栅极，所述比较器24的正相输入端连接所述参考电压VREF，当所述跌落信号的耦合信号小于所述参考电压VREF时，所述过零检测信号ZCD起效。
[0062] 相较于未设置所述限流模块25的驱动电路而言，没有所述限流模块25的驱动电路为了检测到微弱的跌落信号，会把比较器24的阈值设计的与地过于接近，这样会导致误检测，影响系统的可靠性；而本申请通过增设所述限流模块25之后，可以获得幅度较大的跌落信号，可以避免误检测，从而确保系统的可靠性。
[0063] 请结合图1参阅图2，结合本发明的具有过零检测功能的驱动电路2的工作时序示意图，本发明提供一种基于所述具有过零检测功能的驱动电路的过零检测方法，应用于工作于临界导通模式的开关电源电路中，在本实施例中，基于所述具有过零检测功能的驱动电路2实现，所述过零检测方法至少包括：
[0064] 电感L开始放电时，所述第一下拉驱动管22提供的第一下拉电流和所述第二下拉驱动管23提供的第二下拉电流共同对功率开关管20的栅极下拉，使所述功率开关管20处于截止状态；经过设定时间后，所述第一下拉驱动管23被关断，所述第二下拉驱动管23继续对所述功率开关管20下拉，所述功率开关管20仍处于截止状态；对所述功率开关管20的栅极下拉的过程中，所述第二下拉电流小于所述第一下拉电流；其中，所述设定时间小于所述电感L放电的时间。
[0065] 具体地，电感放电阶段，所述第一驱动信号Driver1跳变为低电平，所述第二驱动信号Driver2及所述第三驱动信号Driver3跳变为高电平，所述第一下拉驱动管22提供的第一下拉电流和所述第二下拉驱动管23提供的第二下拉电流共同对所述功率开关管20的栅极进行下拉，所述功率开关管20的栅极电压GATE跳变为低电平，所述功率开关管20处于截止状态，所述功率开关管20的漏极电压Drain上升。经过设定时间，所述第二驱动信号Driver2跳变为低电平，所述第一下拉驱动管22被关断，即所述第一下拉电流被关断，所述第二下拉驱动管23继续提供第二下拉电流保持对所述功率开关管20的下拉，所述功率开关管20的栅极电压GATE维持低电平，所述功率开关管20仍处于截止状态。其中，在本实施中，所述设定时间为0微秒～5微秒，更具体地，述设定时间进一步设定为1微秒～2微秒。所述第一下拉驱动管22提供的第一下拉电流为所述功率开关管20的栅极提供一个较大的下拉，所述第二下拉驱动管23提供的第二下拉电流为所述功率开关管20的栅极提供一个微弱的下拉，在本实施例中，所述第一下拉电流为所述第二下拉电流的10～100倍。此时，所述比较器24输出的过零检测信号ZCD不起效，在本实施例中，所述过零检测信号ZCD为低电平。
[0066] 所述电感L放电结束时，所述功率开关管20的漏极和栅极之间的寄生电容Cgd耦合所述电感L去磁结束的跌落信号，当检测到所述跌落信号后，所述第二下拉驱动管23关断，所述上拉驱动管21提供上拉电流对所述功率开关管20的栅极上拉，使所述功率开关管20处于导通状态，所述电感L开始充电。本发明通过设置与所述第二下拉管23的源级相连接、且包括所述第一限流电阻251、所述第二限流电阻252及所述二极管253的所述限流模块25确保所述功率开关管20的栅极无
漏电流流入，以确保可以获得幅度较大的跌落信号。
[0067] 作为示例，所述跌落信号的跌落幅度可以达到190mV～210mV，优选地，本实施例中，所述跌落信号的跌落幅度为200mV。
[0068] 具体地，当所述电感L放电即将结束时，所述功率开关管20的漏极电压Drain开始跌落，此时，仅所述第二下拉驱动23提供的第二下拉电流为所述功率开关管20的栅极提供微弱的下拉，所述跌落信号耦合到所述功率开关管20的栅极后与所述参考电压VREF比较，当所述跌落信号的耦合信号小于所述参考电压VREF时，所述过零检测信号ZCD起效，在本实施例中，为高电平脉冲。待所述高电平脉冲结束后，所述第一驱动信号Driver1跳变为高电平，所述第二驱动信号Driver2及所述第三驱动信号Driver3跳变为低电平，所述上拉驱动管21提供上拉电流对所述功率开关管20的栅极进行上拉，所述功率开关管20的栅极电压GATE跳变为高电平，所述功率开关管20处于导通状态，所述功率开关管20的漏极电压Drain下降。所述电感L处于充电状态。
[0069] 在所述功率开关管20的开启过程中，所述上拉驱动管21给所述功率开关管20的栅极提供上拉电流。在所述功率开关管20的关闭过程中，所述第一下拉驱动管22与所述第二下拉驱动管23同时开启，给所述功率开关管20的栅极放电，但所述第一下拉驱动管22只开启一个很小的固定时间，之后就关闭，只保留所述第二下拉驱动管23开启，设计时，所述第一下拉驱动管22有较大尺寸，而所述第二下拉驱动管23尺寸很小，这样对于所述功率开关管20的栅极只是一个微弱下拉。系统去磁结束后，跌落信号通过所述功率开关管20的栅极和漏极之间的电容Cgd耦合到所述功率开关管20的栅极后，现有技术中的驱动方法仍然对功率开关管20的栅断保持着较强的下拉能力，所以耦合过来的跌落信号会有较大的损失，而本发明在跌落信号出现时只有一个很微弱下拉，又通过所述限流模块25限制反向漏电流，所述功率开关管20的栅极会获得幅度较大的跌落信号，对于后续的信号比较及处理都有很大好处，不会因为信号太弱出现检测不到，也无需将比较器的阈值设计的与地过于接近，提高系统的可靠性同时避免电源系统功能不正常引起炸机的危险。
[0070] 综上所述，本发明提供一种具有过零检测功能的驱动电路及过零检测方法，所述具有过零检测功能的驱动电路至少包括：功率开关管、上拉驱动管、第一下拉驱动管、第二下拉驱动管及限流模块；所述功率开关管的漏极连接开关电源中的电感的输出端，所述功率开关管的源极经由电流采样电阻接地，用于通过所述功率开关管的导通和截止来控制输出电压，同时所述功率开关管的漏极和栅极之间的寄生电容耦合所述电感去磁结束的跌落信号；所述功率开关管的栅极经由所述上拉驱动管连接至电源电压，所述上拉驱动管的控制端连接第一驱动信号，用于在所述功率开关管开启的过程中为所述功率开关管的栅极提供上拉电流；所述功率开关管的栅极分别经由所述第一下拉驱动管及所述第二下拉驱动管与所述限流模块串联后的串联电路接地，所述第一下拉驱动管的控制端连接第二驱动信号，用于在所述功率开关管关闭的初始阶段为所述功率开关管的栅极提供第一下拉电流；所述第二下拉驱动管的控制端连接第三驱动信号，用于在所述功率开关管关闭的过程中为所述功率开关管的栅极提供第二下拉电流；所述限流模块用于控制所述第二下拉驱动管提供的所述第二下拉电流小于所述第一下拉驱动管提供的所述第一下拉电流，并控制所述跌落信号具有预设的跌落幅度。本发明的具有过零检测功能的驱动电路及过零检测方法通过优化驱动时序避免了常规驱动电路过零检测的失效或误检测的可能性，提升了系统可靠性。
[0071] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的
权利要求所涵盖。
