CN103236787B - 一种电容放电方法及放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容放电方法和电容放电电路，应用于开关电源中，其通过检测电路检测所述开关电源中X电容一端电压以产生一第一电压信号，然后监测所述第一电压信号，如所述第一电压信号在预设时间内保持低电平无效状态时，则检测电路输出的检测信号变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端断电；这时，所述放电电路接收所述检测信号，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电。本发明的电容放电电路无需放电电阻等器件，降低了系统的功率损耗，也减小了空载功耗和待机功耗，满足新标准的电源能耗要求。

Description

一种电容放电方法及放电电路

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种应用于开关电源的电容放电方法及放电电路。

背景技术

在开关电源的交流电源的输入端，其火线和零线之间一般并接一个X电容作为安规电容，用于抑制EMI传导干扰（主要为抑制差模干扰），在一些场合由于实际需要，X电容的容值往往比较大，这样，在交流电源断电后，X电容会长时间储存高压电能，而安全标准规定，在交流电源断电后的两秒内，电源输入端子电压须下降到原来额定工作电压的30%，因此为了满足安全标准要求，需在交流电源断电后对X电容进行放电。

现有技术中常用的一种解决方法是在X电容的两端并联一放电电阻，如图1所示为现有技术的一种开关电源的电容放电电路，在X电容（X-cap）后并联电阻R1和电阻R2，用以给所述X电容放电，以避免交流电源断电后开关电源输入端子电压过高的问题，但是，加入的放电电阻在交流电源接通后会产生固定的功率损耗，如其功耗达到几十mW到几百mW不等，这是造成空载及待机输入功耗的重要因数。按照国际电工委员会制定的IEC16301标准，开关电源的空载功耗和待机功耗均应低于5mW，因此，现有技术的解决方法无法满足新的电源低能耗标准。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电容放电方法及放电电路，应用于开关电源中，以解决现有技术中开关电源中X电容放电电路造成的能耗高的问题。

依据本发明的一种电容放电方法，应用于开关电源中，所述开关电源包括连接于开关电源输入端之间的X电容，包括以下步骤：

步骤1：根据所述X电容一端电压产生一第一电压信号；

步骤2：根据所述第一电压信号产生一检测信号，并且，监测所述第一电压 信号，当所述第一电压信号在预设时间内保持低电平无效状态时，所述检测信号变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端发生断电；

步骤3：接收所述检测信号，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电。

进一步的，还包括以下步骤：

接收所述X电容一端电压，经微分处理后产生一微分信号；

箝位所述微分信号，以将所述微分信号箝位在一上限电压值和下限电压值的范围之内，并输出一箝位信号；

接收所述箝位信号，经转换处理后形成所述第一电压信号。

进一步的，还包括以下步骤：

在所述开关电源的输入端发生断电后，对所述开关电源中的辅助供电电路进行放电，从而实现所述X电容的放电。

进一步的，还包括以下步骤：

在所述开关电源的输入端发生断电后，对所述开关电源中的滤波电容进行放电，从而实现所述X电容的放电。

依据本发明的一种电容放电电路，应用于开关电源中，所述开关电源包括连接于开关电源输入端之间的X电容，所述电容放电电路包括一检测电路和放电电路，

所述检测电路用以根据所述X电容一端电压产生一第一电压信号，并且，所述检测电路基于所述第一电压信号输出一检测信号，

当监测到所述第一电压信号在预设时间内保持低电平无效状态时，所述检测信号变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端发生断电；

所述放电电路接收所述检测信号，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电。

进一步的，所述检测电路包括一微分电路、箝位电路、电压转换电路和计时电路，

所述微分电路接收所述X电容一端电压，经微分处理后产生一微分信号；

所述箝位电路接收所述微分信号，以将所述微分信号箝位在一上限电压值和下限电压值的范围之内，并输出一箝位信号；

所述电压转换电路接收所述箝位信号，经转换处理后形成所述第一电压信号输出；

所述计时电路接收所述第一电压信号和一固定频率的时钟信号，输出端输出所述检测信号。

进一步的，所述放电电路包括第一开关管和第一电阻，所述第一开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第一电阻连接，所述第一电阻的另一端接地。

进一步的，所述放电电路还包括第二开关管、第二电阻和第三开关管，

所述第二开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第二电阻的一端连接；

所述第三开关管的控制端与所述第二电阻的另一端连接，所述第三开关管的第一功率端连接至所述开关电源中的滤波电容，第二功率端接地。

进一步的，所述放电电路还包括第四开关管、第三电阻、第五开关管和第四电阻，

所述第四开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第三电阻的一端连接，

所述第五开关管的控制端与所述第三电阻的另一端连接，所述第五开关管的第一功率端通过所述第四电阻连接至所述开关电源中的滤波电容，第二功率端接地。

由上述的电容放电电路和电容放电方法可知，本发明的电容放电电路通过检测电路检测所述X电容一端电压以产生一第一电压信号，然后监测所述第一电压信号，如所述第一电压信号在预设时间内保持低电平无效状态时，则检测电路输出的检测信号变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端断电；这时，所述放电电路接收所述检测信号，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电。本发明的电容放电电路在检测到开关电源断电后对X电容放电，且无需放电电阻等器件，降低了系统的功率损耗，也减小了空载功耗和待机功耗，满足新标准的电源能耗要求。

附图说明

图1所示为现有技术的一种开关电源的电容放电电路；

图2所示为依据本发明的一种电容放电电路的原理框图；

图3A所示为依据本发明的一种电容放电电路的第一实施例的电路图；

图3B为依据图3A中检测电路的工作波形图；

图4所示为依据本发明的一种电容放电电路的第二实施例的电路图；

图5所示为依据本发明的一种电容放电电路的第三实施例的电路图；

图6所示为依据本发明的一种电容放电方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

参考图2，所示为依据本发明的一种电容放电电路的原理框图，应用于开关电源中，所述开关电源包括连接于开关电源输入端子之间的X电容、由D1～D4组成的整流桥电路、滤波电容C_B。

具体地，所述电容放电电路包括一检测电路21和放电电路22，所述检测电路包括一微分电路201、箝位电路202、电压转换电路203和一计时电路204。所述微分电路201接收所述X电容一端电压，经微分处理后产生一微分信号V_d；所述箝位电路202接收所述微分信号V_d，以将所述微分信号箝位在一上限电压值和下限电压值的范围之内，并输出一箝位信号V_c；所述电压转换电路203接收所述箝位信号V_c，经转换处理后形成所述第一电压信号V₁输出；所述计时电路204接收所述第一电压信号V₁和一固定频率的时钟信号CLK，输出端（Q端）输出一检测信号AC-off，这里，通过所述计时电路监测所述第一电压信号V₁的高低电平状态，如在预设时间内所述第一电压信号保持低电平无效状态，计时电路输出的检测信号跳变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端断电。

然后，所述放电电路22接收所述检测信号AC-off和需放电的电压信号V_e，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电。

可见，本发明的电容放电电路通过对X电容一端电压进行采样以获得一第一电压信号，然后通过对第一电压信号的高低电平状态的监测以判断开关电源的输入端是否断电，若开关电源的输入端发生断电，则通过放电电路来将X电容储存的电能放掉。其无需放电电阻，降低了工作中电路的功率损耗，提高了工作效率。

参考图3A，所示为依据本发明的一种电容放电电路的第一实施例的电路图；本实施例中开关电源以反激式开关电源为例进行说明，其中，由二极管D1和电容C1组成的辅助供电电路为所述开关电源的芯片提供供电电压V_CC，功率开关管Q_M由驱动信号V_dr控制其开关状态。本实施例中公开了电容放电电路中的检测电路21和放电电路22的一种具体实现方式，如图3A所示，所述微分电路201具体包括一微分电容C_d和微分电阻R_d，其接收X电容一端电压V_x，经微分处理后获得一微分信号V_d，根据微分电路原理，所述微分信号为一尖脉冲波。所述箝位电路202接受所述微分信号V_d，所述箝位电路包括一第一齐纳二极管Z₁，其将所述微分信号箝位在一上限电压值和下限电压值范围之内，以防止微分信号的尖脉冲电压对电路中的功率器件造成损害，具体地，当所述微分信号过高时，所述第一齐纳二极管Z₁被击穿，所述微分信号被箝位在上限电压值（即击穿电压）范围之内；当所述微分信号过低时，所述第一齐纳二极管Z₁导通，所述微分信号被箝位在下限电压值（即-0.7V）范围之内。

具体地，所述电压转换电路203具体包括一第一电流镜电路和第二电流镜电路，所述第一电流镜电路包括共栅共源的晶体管MP1和晶体管MP2，其源极接一电压V_DD，栅极接驱动电压V_G，其宽长比设为n：1（n为整数且n>1），这里，晶体管MP1和晶体管MP2的宽长比优选为2:1。所述第二电流镜电路包括共栅的晶体管MP3和晶体管MP4，其宽长比优选设为1:1，所述第一电流镜电路和所述 第二电流镜电路的公共连接点D点的电压设为电压V_D，电压V_D经反相后形成所述第一电压信号V₁。

具体地，所述计时电路204接收所述第一电压信号V₁和一固定频率的时钟信号CLK，并输出一检测信号AC-off。在时钟信号CLK的每个上升沿到来时刻，所述计时电路204监测所述第一电压信号V₁的高低电平状态，若监测到所述第一电压信号V₁在一预设时间内保持为低电平无效状态，所述检测信号AC-off在预设时间到达后跳变为高电平有效状态，表示所述开关电源的输入端断电。这里的预设时间可由用户根据需要自定义设置，本实施例中所述固定频率的时钟信号优选为1KHZ，预设时间优选为64ms。

在该实施例中，所述放电电路22包括一第一开关管Q1和第一电阻R1，所述第一开关管Q1的控制端接收所述检测信号AC-off，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第一电阻R1连接，所述第一电阻R1的另一端接地。

结合图3B所示的图3A中检测电路21的工作波形图，其工作原理为：当所述开关电源的输入端没有发生断电时，如在t1时刻，所述X电容一端电压V_x开始上升，微分电路产生的微分信号V_d上升，当上升到箝位电路的上限电压值时，所述上箝位电路将其箝位在上限电压值，如图3B中的箝位电压V_c所示，这时，晶体管MP3关断，所述电压V_D为高电平状态，因此，所述第一电压信号V₁为低电平状态。直至到达t2时刻，所述X电容一端电压V_x到达峰值，箝位信号V_c为过零点，晶体管MP3导通，所述电压V_D变为低电平状态，因此，所述第一电压信号V₁变为高电平状态。在t2时刻至t3时刻之间，微分信号V_d被箝位在下限电压值范围之内，晶体管MP3保持导通，所述第一电压信号V₁保持为高电平状态。在t3时刻至t4时刻，由于所述X电容一端电压V_x保持为-0.7v，相应的箝位信号V_c为零，所述晶体管MP3导通，这时，由于晶体管MP1和晶体管MP2的宽长比为2:1，因此，电压V_D变为高电平状态，所述第一电压信号V₁变为低电平状态。直至t4时刻，下一个周期到来所述X电容一端电压Vx开始上升，晶体管MP3关 断，所述第一电压信号V₁为低电平状态，到t5时刻，晶体管MP3导通，所述第一电压信号V₁变为高电平状态。依此循环，只要在预设时间64ms内能检测到所述第一电压信号V₁出现高电平状态，则表征所述开关电源的输入端没有发生断电。

之后，在t7时刻，所述开关电源的输入端发生断电，所述X电容一端电压V_x恒为-0.7v，相应地，所述箝位信号V_c恒为零，第一电压信号V₁一直保持为低电平状态，这时，如计时电路监测到所述第一电压信号V₁在预设的64ms内一直没有高电平状态出现，则输出的检测信号AC-off跳变为高电平状态，以表征所述开关电源的输入端发生了断电。

这时，放电电路22中的第一开关管Q1导通，通过第一电阻R1给所述辅助供电电路放电，本实施例中，所述需放电的电压信号V_e为所述辅助供电电路的供电电压V_CC，由此，滤波电容C_B上的能量随之释放，从而使得所述X电容上的电能减少，完成X电容的放电过程。

参考图4，所示为依据本发明的一种电容放电电路的第二实施例的电路图；图4所示的放电电路22进一步包括第二开关管、第二电阻和第三开关管，

需要说明的是，本实施例中的第二开关管和第二电阻与图3中所示实施例的第一开关管和第一电阻连接结构相似，因此，相同的部分在此用同一标号表示。

所述第二开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第二电阻的一端连接；

所述第三开关管Q2的控制端与所述第二电阻的另一端连接，所述第三开关管Q2的第一功率端连接至所述开关电源中的滤波电容C_B，第二功率端接地。

优选的，本实施例中所述第三开关管为半导体三极管，其放大增益系数为β。

本实施例中的检测电路21与上一实施例相同，当所述检测电路21检测到所述开关电源的输入端发生断电后，所述检测信号AC-off跳变为高电平状态，表征所述开关电源的输入端发生断电，这时所述第二开关管导通，这样所述第三开关管Q2被导通，所述滤波电容C_B上的电能通过第三开关管Q2释放，本实施例中，所述需放电的电压信号V_e为所述滤波电容C_B两端电压，从而使得 所述X电容上的电能减少，完成X电容的放电过程。这里需要说明的是，由于第三开关管为增益系数为β的半导体三极管，其放电电流相对于第一实施例大约增大了β倍，放电速率大大提高，适用于需要快速放电的场合。

参考图5，所示为依据本发明的一种电容放电电路的第三实施例的电路图；

所述放电电路22进一步还包括第四开关管、第三电阻、第五开关管和第四电阻，同样的，本实施例中的第四开关管和第三电阻与图3中所示实施例的第一开关管和第一电阻连接结构相似，因此，相同的部分在此用同一标号表示。

所述第四开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第三电阻的一端连接，

所述第五开关管Q3的控制端与所述第三电阻的另一端连接，所述第五开关管的第一功率端通过所述第四电阻R2连接至所述开关电源中的滤波电容C_B，第二功率端接地。

优选的，所述第三开关管可为任何合适的开关管，例如可为场效应晶体管或者双极型晶体管。

其放电基本原理为：当所述检测电路21检测到所述开关电源的输入端发生断电后，所述检测信号AC-off跳变为高电平状态，表征所述开关电源的输入端发生断电，所述第四开关管导通，这样所述第五开关管Q3被导通，所述滤波电容C_B上的电能通过第四电阻R2释放，本实施例中，所述需放电的电压信号V_e为所述滤波电容C_B两端电压，从而使得所述X电容上的电能减少，完成X电容的放电过程。这里调节第四电阻R2的大小可控制放电速率。

上述的检测电路和放电电路的具体实施例详细说明了本发明实施例的工作过程，从上述过程可知，本发明的X电容放电技术相对于现有技术高效节能，适应于对空载和待机损耗要求高的开关电源场合。

此外，本领域技术人员可以得知，本发明实施例中的微分电路、箝位电路、电压转换电路、计时电路和放电电路也可由其他合适的实现方式等同替代，因此，根据以上公开的实施例的教导，本领域技术人员可以得知其他基于本发明基本原理的合适的电路结构，也在本发明实施例的保护范围之内。

参考图6，所示为依据本发明的一种电容放电方法的流程图。所述电容放电方法，应用于开关电源中，所述开关电源包括连接于开关电源输入端之间的X电容，包括以下步骤：

S601：根据所述X电容一端电压产生一第一电压信号；

S602：根据所述第一电压信号产生一检测信号，并且，监测所述第一电压信号，当所述第一电压信号在预设时间内保持低电平无效状态时，所述检测信号变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端发生断电；

S603：接收所述检测信号，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电。

进一步的，还包括：

接收所述X电容一端电压，经微分处理后产生一微分信号；

箝位所述微分信号，以将所述微分信号箝位在一上限电压值和下限电压值的范围之内，并输出一箝位信号；

接收所述箝位信号，经转换处理后形成所述第一电压信号。

优选的，在所述开关电源的输入端发生断电后，对所述开关电源中的辅助供电电路进行放电，从而实现所述X电容的放电。

优选的，在所述开关电源的输入端发生断电后，对所述开关电源中的滤波电容进行放电来实现X电容的放电。

以上对依据本发明的优选实施例的应用于开关电源中的电容放电电路及放电方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种电容放电方法，应用于开关电源中，所述开关电源包括连接于开关电源输入端之间的X电容，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据所述X电容一端电压产生一第一电压信号；

步骤2：根据所述第一电压信号产生一检测信号，并且，监测所述第一电压信号，当所述第一电压信号在预设时间内保持低电平无效状态时，所述检测信号变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端发生断电；

步骤3：接收所述检测信号，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电；

其中，在步骤1中进一步包括：

接收所述X电容一端电压，经微分处理后产生一微分信号；

箝位所述微分信号，以将所述微分信号箝位在一上限电压值和下限电压值的范围之内，并输出一箝位信号；

接收所述箝位信号，利用由第一电流镜电路和第二电流镜电路组成的电压转换电路对所述箝位信号进行处理，其中，所述第一电流镜电路包括共栅共源的第一晶体管和第二晶体管，其源极接一电压源，栅极接驱动电压，所述第二电流镜电路包括共栅的第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管的源极接收所述箝位信号，所述第一电流镜电路和所述第二电流镜电路的公共连接点的电压经反相后形成所述第一电压信号。

2.根据权利要求1所述的电容放电方法，其特征在于，在步骤3中进一步包括：

在所述开关电源的输入端发生断电后，对所述开关电源中的辅助供电电路进行放电，从而实现所述X电容的放电。

3.根据权利要求1所述的电容放电方法，其特征在于，在步骤3中进一步包括：

在所述开关电源的输入端发生断电后，对所述开关电源中的滤波电容进行放电，从而实现所述X电容的放电。

4.一种电容放电电路，应用于开关电源中，所述开关电源包括连接于开关电源输入端之间的X电容，其特征在于，所述电容放电电路包括一检测电路和放电电路，

所述检测电路用以根据所述X电容一端电压产生一第一电压信号，并且，所述检测电路基于所述第一电压信号输出一检测信号，

当监测到所述第一电压信号在预设时间内保持低电平无效状态时，所述检测信号变为高电平有效状态，表征所述开关电源的输入端发生断电；

所述放电电路接收所述检测信号，以在所述开关电源的输入端发生断电后给所述X电容放电，

其中，所述检测电路包括微分电路、箝位电路、电压转换电路和计时电路，

所述微分电路接收所述X电容一端电压，经微分处理后产生一微分信号；

所述箝位电路接收所述微分信号，以将所述微分信号箝位在一上限电压值和下限电压值的范围之内，并输出一箝位信号；

所述电压转换电路接收所述箝位信号，经转换处理后形成所述第一电压信号输出，其中，所述电压转换电路具体包括一第一电流镜电路和第二电流镜电路，所述第一电流镜电路包括共栅共源的第一晶体管和第二晶体管，其源极接一电压源，栅极接驱动电压，所述第二电流镜电路包括共栅的第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管的源极接收所述箝位信号，所述第一电流镜电路和所述第二电流镜电路的公共连接点的电压经反相后形成所述第一电压信号；

所述计时电路接收所述第一电压信号和一固定频率的时钟信号，输出端输出所述检测信号。

5.根据权利要求4所述的电容放电电路，其特征在于，所述放电电路包括第一开关管和第一电阻，所述第一开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地。

6.根据权利要求4所述的电容放电电路，其特征在于，所述放电电路进一步还包括第二开关管、第二电阻和第三开关管，

所述第二开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第二电阻的一端连接；

所述第三开关管的控制端与所述第二电阻的另一端连接，所述第三开关管的第一功率端连接至所述开关电源中的滤波电容，第二功率端接地。

7.根据权利要求4所述的电容放电电路，其特征在于，所述放电电路进一 步还包括第四开关管、第三电阻、第五开关管和第四电阻，

所述第四开关管的控制端接收所述检测信号，其第一功率端与所述开关电源中的辅助供电电路连接，第二功率端与所述第三电阻的一端连接，

所述第五开关管的控制端与所述第三电阻的另一端连接，所述第五开关管的第一功率端通过所述第四电阻连接至所述开关电源中的滤波电容，第二功率端接地。