一种低功耗自适应过零检测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种低功耗自适应过零检测电路，包括偏置模块、自适应偏置模块和比较模块；其中偏置模块为过零检测电路提供偏置电流；自适应偏置模块根据外部输入电压VX为比较模块提供自适应偏置电流；比较模块根据外部输入电压VX的情况和自适应偏置电流调整比较模块的响应速度；当外部输入电压VX从负值上升到0V时，过零检测电路输出低电平，将外部NMOS功率管关断，防止反向电流的产生；本发明专利技术能降低过零检测电路本身的功耗，提高其响应速度，减小反向电流带来的能量损耗，从而有效提高开关电源在轻载条件下的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗自适应过零检测电路
本专利技术涉及模拟集成电路设计领域中的电源管理模块，具体涉及一种应用于与物联网相关开关电源的低功耗自适应过零检测电路。
技术介绍
随着物联网应用的快速增长，发展无线传感器节点的需求日益增加。许多应用，如智能城市/建筑、医疗保健、家庭自动化、环境监控，甚至工业领域的应用，都需要传感器长时间工作。因为许多物联网便携设备和能量收集装置不是在正常条件下安装的，它们的电源不容易更换，同时根据负载条件的情况不同，需要更长的电源寿命。因此低功耗、高效率的电源管理芯片对于延长电源寿命至关重要。最近的趋势是将开关电源与物联网设备和可穿戴设备或射频收发系统集成在一个芯片。与移动应用不同，物联网应用中使用的无线传感器有两种工作模式：活跃模式和待机模式。无线传感器在大多数时间都处于待机模式，此时负载电流很低；有时需要在短时间内快速进入活跃模式来传输数据，此时负载电流较大。有计算表明，当待机模式的负载电流为1uA时，待机模式的总能耗是活动模式总能耗的10倍，所以待机功率控制着总的功率预算。因此，提高待机模式下的转换效率对于降低整体能耗变得越来越重要。在轻负载条件下，开关电源通过在不连续导通模式下工作，阻挡反向电流来实现效率最大化。为了在不连续导通模式下工作，需要过零检测电路将VX点的电压与0V电压相比，在过零点时将NMOS功率管关断，以阻止反向电流。在不连续导通模式中，比较器存在传播延迟，而且传播延迟对于开关电源影响非常大。如果不能及时将NMOS功率管关断，即使只有几纳秒的延迟也会导致接近100毫安的反向电流，造成开关电源的转换效率急剧下降。一般开关电源需要高速比较器来尽可能快地切断反向电流，但通常高速比较器占据了很大的面积，同时其内部的静态电流非常大，在轻负载条件下，过零检测电路消耗的电流占主导地位，因此限制了转换效率。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术存在的缺点，提出一种低功耗自适应过零检测电路，以期能降低过零检测电路本身的功耗，提高其响应速度，减小反向电流造成的能量损耗，从而有效提高开关电源在轻载条件下的转换效率。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术一种低功耗自适应过零检测电路的特点在于，包括：偏置模块、自适应偏置模块和比较模块；所述偏置模块将内部的偏置电流IBIAS转换为栅源电压差，并将所述栅源电压差中的栅电压提供给所述自适应偏置模块；所述自适应偏置模块根据外部输入电压VX和所接收到的栅电压进行自适应调整，得到自适应偏置电流并提供给所述比较模块；所述比较模块根据外部输入电压VX和所述自适应偏置电流，对自身的摆率进行自适应调整，使得摆率随着输入电压VX与0之间的差值的增大以及自适应偏置电流的增大而增大；当外部输入电压VX从负值上升到0V以上时，所述比较模块输出低电平，使得外部NMOS功率管关断，以防止反向电流的产生。本专利技术所述的低功耗自适应过零检测电路的特点也在于，所述偏置模块包括：基准电流源和第二NMOS管MN2；所述自适应偏置模块包括：第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1；所述比较模块包括：第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5；所述基准电流源产生偏置电流IBIAS并提供给所述第二NMOS管MN2的源极和漏极之间的沟道；所述第二NMOS管MN2的源级接收外部输入电压GND，所述第二NMOS管MN2的源极和漏极之间的沟道接收所述偏置电流IBIAS，使得所述第二NMOS管MN2的栅极和源极之间产生电压差即第一栅源电压，并将所述第一栅源电压中的第一栅电压提供过第一NMOS管MN1的栅极；所述第一NMOS管MN1的栅极接收所述第一栅电压，并根据所述第一NMOS管MN1的源极接收的外部输入电压VX，在第一NMOS管MN1的漏极和源极之间的沟道产生自适应偏置电流并提供给第一PMOS管MP1的漏极和源极之间的沟道；所述第一PMOS管MP1的源级接收外部输入电压VDD，所述第一PMOS管MP1的漏极和源极之间的沟道接收所述自适应偏置电流，使得第一PMOS管MP1的栅极和源极之间产生电压差即第二栅源电压，并将第二栅源电压中的第二栅电压提供给所述第二PMOS管MP2的栅极；所述第二PMOS管MP2的栅极接收所述第一栅电压，所述第二PMOS管MP2的源极接收外部输入电压VDD，使得所述第二PMOS管MP2的漏极和源极之间产生与所述自适应偏置电流相等的第一电流，所述第一电流根据外部输入电压VX，产生第二电流和第三电流，分别提供给第四PMOS管MP4的源级和漏极之间的沟道以及第五PMOS管MP5的源级和漏极之间的沟道；所述第四PMOS管MP4的源级和漏极之间的沟道接收所述第二电流，并将所述第二电流提供给第三NMOS管MN3的源级和漏极之间的沟道；所述第三NMOS管MN3的源级接收外部输入电压GND，所述第三NMOS管MN3的源级和漏极之间的沟道接收所述第二电流，使得第三NMOS管MN3的栅极和源极之间产生电压差即第三栅源电压，并将所述第三栅源电压中的第三栅电压传递给所述第四NMOS管MN4的栅极；所述第五PMOS管MP5的源级和漏极之间的沟道接收所述第三电流并提供给第五NMOS管MN5的栅极，所述第五PMOS管MP5的栅极接收外部输入电压GND；所述第四NMOS管MN4的栅极接收所述第二栅电压，所述第四NMOS管MN4的源级接收外部输入电压VX，产生第四电流并提供给第五NMOS管的栅极；所述第五NMOS管MN5的源级接收外部输入电压GND，所述第五NMOS管MN5的栅极接收所述第三电流和第四电流，使得第五NMOS管MN5的源级和漏极之间的产生电压差即第四栅源电压，所述第四栅源电压又使得所述第五NMOS管MN5的源级和漏极之间的沟道产生第五电流并提供给输出端；所述第三PMOS管MP3的源级接收外部输入电压VDD，所述第三PMOS管MP3的栅极接收所述第一栅电压，使得所述第三PMOS管MP3的源级和漏极之间的沟道产生第六电流并提供给所述输出端，所述输出端接收所述第五电流和所述第六电流，产生输出电压VOUT并提供给外部电路。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.过零检测电路为了防止反向电流的产生，需要极快的速度。传统的过零检测电路在获得较快速度的同时，会产生较大的功耗，不符合低功耗开关电源的设计理念。而其他为实现低功耗设计的过零检测电路，虽然消耗了较低的功耗，但速度不够快，因此产生了较大的反向电流。本专利技术采用偏置电流、摆率自适应技术，可以在消耗更低功耗的同时，获得更快的速度。其中，偏置电流自适应技术能根据外部输入电压VX的情况，完成比较模块摆率的自适应调整，实现了根据需求调节比较模块偏置电流的目的，大大降低了整体电路运行期间的平均功耗。摆率自适应技术能根据外部输入电压VX的情况，完成比较模块摆率的自适应调整，实现了根据需求调节比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低功耗自适应过零检测电路，其特征在于，包括：偏置模块、自适应偏置模块和比较模块；/n所述偏置模块将内部的偏置电流IBIAS转换为栅源电压差，并将所述栅源电压差中的栅电压提供给所述自适应偏置模块；/n所述自适应偏置模块根据外部输入电压VX和所接收到的栅电压进行自适应调整，得到自适应偏置电流并提供给所述比较模块；/n所述比较模块根据外部输入电压VX和所述自适应偏置电流，对自身的摆率进行自适应调整，使得摆率随着输入电压VX与0之间的差值的增大以及自适应偏置电流的增大而增大；/n当外部输入电压VX从负值上升到0V以上时，所述比较模块输出低电平，使得外部NMOS功率管关断，以防止反向电流的产生。/n

【技术特征摘要】
1.一种低功耗自适应过零检测电路，其特征在于，包括：偏置模块、自适应偏置模块和比较模块；
所述偏置模块将内部的偏置电流IBIAS转换为栅源电压差，并将所述栅源电压差中的栅电压提供给所述自适应偏置模块；
所述自适应偏置模块根据外部输入电压VX和所接收到的栅电压进行自适应调整，得到自适应偏置电流并提供给所述比较模块；
所述比较模块根据外部输入电压VX和所述自适应偏置电流，对自身的摆率进行自适应调整，使得摆率随着输入电压VX与0之间的差值的增大以及自适应偏置电流的增大而增大；
当外部输入电压VX从负值上升到0V以上时，所述比较模块输出低电平，使得外部NMOS功率管关断，以防止反向电流的产生。


2.如权利要求1所述的低功耗自适应过零检测电路，其特征在于，所述偏置模块包括：基准电流源和第二NMOS管MN2；
所述自适应偏置模块包括：第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1；
所述比较模块包括：第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5；
所述基准电流源产生偏置电流IBIAS并提供给所述第二NMOS管MN2的源极和漏极之间的沟道；
所述第二NMOS管MN2的源级接收外部输入电压GND，所述第二NMOS管MN2的源极和漏极之间的沟道接收所述偏置电流IBIAS，使得所述第二NMOS管MN2的栅极和源极之间产生电压差即第一栅源电压，并将所述第一栅源电压中的第一栅电压提供过第一NMOS管MN1的栅极；
所述第一NMOS管MN1的栅极接收所述第一栅电压，并根据所述第一NMOS管MN1的源极接收的外部输入电压VX，在第一NMOS管MN1的漏极和源极之间的沟道产生自适应偏置电流并提供给第一PMOS管MP1的漏极和源极之间的沟道；
所述第一PMOS管MP1的源级接收外部输入电压VDD，所述第一PMOS管MP1的漏极和源极之间的沟道接收所述自适应偏置电流，使得第...

【专利技术属性】
技术研发人员：程心，柳成林，李睿文，张章，张永强，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34