CN103328987A - 极性检测电路 - Google Patents
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Abstract
一种极性检测电路,用于输出表示交流电源输出的交流电压的极性的信号,该极性检测电路包括:第一二极管,其具有阳极,该阳极上施加有具有第一相的交流电压,所述交流电压从交流电源中输出;第二二极管,其具有阳极,该阳极上施加有具有与第一相相反的第二相的交流电压,所述交流电压从所述交流电源中输出;恒压电源,用于输出正恒定电压;第一基准电压输出电路,其用于当具有所述第一相的交流电压为正时,输出对应于所述恒定电压的电压,以及当具有所述第一相的交流电压为负时,输出对应于所述第二二极管阴极处电压的电压;以及第一信号输出电路,其用于将对应于所述第一二极管阴极处电压的第一电压与从所述第一基准电压输出电路输出的电压进行比较,并根据比较结果,输出表示具有所述第一相的交流电压极性的信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种极性检测电路。
背景技术
如今,作为用于将交流电压转换为直流电压的电源装置,具有体积小、重量轻、效率高这些良好特性的开关式电源装置得到了广泛使用。这种开关式电源装置首先将交流电压转换为直流电压,再使电压升高或降低,以达到驱动负载所需的电压。
对于这种开关式电源装置,已研发有各种技术来促进输出电压的稳定、能效的提高以及体积的小型化等(例如见专利文献1)。
引文列表
专利文献
专利文献1:日本专利申请特许公开:Hei5-64432。
发明内容
技术问题
在这样的开关式电源装置(以下称开关式电源电路)中,为根据交流电压的极性实施控制,广泛使用了极性检测电路,该电路检测交流电压的极性,并输出表示所检测极性的信号。
图8展示了这样的电源电路的一个例子。图8展示的开关式电源电路300包括整流电路400、电压转换电路500和极性检测电路600。
整流电路400是用于将交流电源100的端子L与端子N之间的交流电压转换为直流电压的电路。电压转换电路500是用于使整流电路400输出的直流电压升高或降低至预定电压的电路,所述预定电压依据负载200而定。极性检测电路600是用于检测来自交流电源100的交流电压的极性的电路,该极性检测电路600应用在开关式电源电路300中,输出各种控制信号,用于根据极性控制整流器400。
首先,图9展示了整流电路400的一种配置例。图9所示的整流电路400是同步整流电路,包括四个晶体管Tr1到Tr4 (401-404)和电容器C1 (405)。
当交流电源100的端子L侧的电压高于其端子N侧的电压时,整流电路400使晶体管Tr1 (401)和Tr4 (404)导通,使晶体管Tr2 (402) 和Tr3 (403)截止。这引起整流电路400用从交流电源100的端子L流向整流电路400的电流对电容器C1 (405)进行充电。
相反,当交流电源100的端子N侧的电压高于其端子L侧的电压时,整流电路400使晶体管Tr1 (401)和Tr4 (404)截止,使晶体管Tr2 (402) 和Tr3 (403)导通。这引起整流电路400用从交流电源100的端子N流向整流电路400的电流对电容器C1 (405)进行充电。
这样,整流电路400输出直流电压,而电容器C1 (405)进行了充电。
接下来,图10展示了电压转换电路500的一种配置例。图10所示的电压转换电路500是斩波升压转换器,包括线圈L (503)、晶体管Tr5 (501)、二极管D3 (502)和电容器C2 (504)。
电压转换电路500使用具有预定频率和预定工作周期的控制信号来实现晶体管Tr5 (501)的开关,从而使施加到电压转换电路500的电压升高至预定电压,并输出该电压。
接下来,图11展示了极性检测电路600的一种配置例。图11所示的极性检测电路600包括二极管D11和D12 (602, 606)、电阻R11到R14 (603, 604, 607, 608)、恒压电源DC (609)和两个比较器601和602。
比较器601的非反向输入端子施加了电压,该电压通过由二极管D11 (602)对交流电源100的端子L输出的电压进行半波整流、再通过电阻R11 (603)和R14 (604)对该电压进行分压而得到。比较器601的反向输入端子施加了来自恒压电源DC (609)的电压。
在这种情形下,当交流电源100的端子L侧的电压增大,且比较器601的非反向输入端子处的电压超过恒压电源DC (609)的电压时,比较器601从端子A输出一种逻辑电平(例如高电平)的控制信号(控制信号A)(以下也称“输出控制信号A”)。
相反,当交流电源100的端子L侧的电压降低,且比较器601的非反向输入端子的电压降至低于恒压电源DC (609)的电压时,比较器601使控制信号A的逻辑电平改变至另一逻辑电平(例如低电平),并输出该信号(以下也称“停止输出控制信号A)。
比较器605类似于比较器601,根据交流电源100的端子N侧的电压,从端子B输出或停止输出控制信号(以下也称控制信号B)。
在图11所示的极性检测电路600中,比较器601和605的反向输入端子都连接至恒压电源DC (609),并且,直到非反向输入端子的电压超过恒压电源DC (609)的电压值时,才输出控制信号A和B。这避免在交流电源100的端子L侧电压与端子N侧电压之间发生幅度关系反向时,控制信号A和控制信号B同时从两个电容器601和605中输出。
如上所述,极性检测电路600根据交流电源100输出的交流电压的极性,以交替方式输出控制信号A或控制信号B。接着,控制信号A被施加到整流电路400的晶体管Tr1和Tr4 (401, 404)的门端子,控制信号B被施加到晶体管Tr2和Tr3 (402, 403)的门端子,这引起整流电路400将上述交流电压调整为直流电压。
然而,例如,当外部电源设备被雷电击中、发生故障或其他情形时,交流电源100的端子L侧电压和端子N侧电压都可能急剧升高。在这种情形下,从交流电源100向两个比较器601和605其中之一初始输入了负电压,且施加到该其中一个比较器601和比较器605的非反向输入端子的电压超过了恒压电源DC (609)的电压。因此,存在这种可能性,即输出了原本不应当输出的控制信号A或控制信号B。
替代性地,如图11所示,当电荷积聚在降噪电容器101(也称X电容,设置在交流电源100中)中时,且当开关式电源电路300连接至该交流电源100时,由于从电容器101中释放了电荷,因此,从交流电源100向比较器601或605初始输入了负电压,且施加到该比较器601或比较器605的非反向输入端子的电压超过了恒压电源DC (609)的电压。因此,存在这种可能性,即输出了原本不应当输出的控制信号A或控制信号B。
在这些情形中,同时从两个比较器601和605中输出控制信号A和控制信号B。接着,整流电路400的内部电路短路,并且,存在着整流电路400或开关式电源电路300损坏的可能性。
因此,在极性检测电路中,需要用到这一技术,以避免错误地输出表示极性的信号,所述极性检测电路用于输出对应于交流电源输出的交流电压的极性的信号。
本发明正是鉴于上述问题而作出的,本发明的目的在于提供一种极性检测电路,其用于在检测极性并根据极性输出信号的极性检测电路中,不出错地输出表示交流电压极性的信号。
问题的解决方案
上述问题的一种解决方案是极性检测电路,其用于输出表示交流电源输出的交流电压的极性的信号,所述极性检测电路包括:第一二极管,其具有阳极,具有第一相的交流电压施加在该阳极上,所述交流电压从交流电源中输出;第二二极管,其具有阳极,具有与第一相相反的第二相的交流电压施加在该阳极上,所述交流电压从所述交流电源中输出;恒压电源,用于输出正恒定电压;第一基准电压输出电路,其用于当具有所述第一相的交流电压为正时,输出对应于所述恒定电压的电压,以及当具有所述第一相的交流电压为负时,输出对应于所述第二二极管阴极处电压的电压;以及第一信号输出电路,其用于将对应于所述第一二极管阴极处电压的第一电压与从所述第一基准电压输出电路输出的电压进行比较,并根据比较结果,输出表示具有所述第一相的交流电压极性的信号。
进一步地,从以下对实施例的描述以及附图中,本申请公开的问题和用于解决该问题的方法将清晰呈现。
发明的有益效果
根据本发明,要在用于检测极性并根据极性输出信号的极性检测电路中,不出错地输出表示交流电压极性的信号,这是有可能的。
附图说明
图1是展示根据本发明一个实施例的开关式电源电路的配置例的图示;
图2是展示根据本发明一个实施例的极性检测电路的配置例的图示;
图3是展示根据本发明一个实施例的极性检测电路的操作的图示;
图4是用于阐释根据本发明一个实施例的极性检测电路的操作的图示;
图5是展示根据本发明一个实施例的开关式电源电路的配置例的图示;
图6是展示根据本发明一个实施例的同步整流电路的配置例的图示;
图7是展示根据本发明一个实施例的无桥升压电路的配置例的图示;
图8是展示根据本发明一个实施例的开关式电源电路的配置例的图示;
图9是展示根据本发明一个实施例的整流电路的配置例的图示;
图10是展示根据本发明一个实施例的电压转换电路的配置例的图示;
图11是展示根据本发明一个实施例的极性检测电路的配置例的图示。
具体实施方式
图1是开关式电源电路1200的配置图,其包括作为一个部件的根据本发明的极性检测电路700。
开关式电源电路1200是用于将交流电源100输出的交流电压转换为对应负载200的预定直流电压、并向负载200输出该预定直流电压的电路。
交流电源100可以是,例如商用的三线式单相交流电源100。图1所示的交流电源100具有例如端子L(活性)和端子N(中性),从端子L输出具有第一相的交流电压,从端子N输出具有与第一相相反的第二相的交流电压。具有第一相和第二相的交流电压在相位上是彼此相反的,因此,当一方相对于交流电源100的中性相电压为正时,另一方为负,而当另一方为正时,前述一方则为负。
当然,交流电源100可以是用于输出单相交流电压的交流电源,所述单相交流电压与具有从多相(例如三相)交流电源100输出的相位的交流电压组合产生。
负载200是使用直流电压来操作的电子设备。各种类型的电子设备都可用作负载200,例如计算机、数码相机、手机、音乐播放器和游戏机。
开关式电源电路1200包括整流电路400、电压转换电路500和极性检测电路700。
整流电路400用于将交流电源100的端子L与端子N之间的交流电压转换为直流电压。整流电路400可以是例如使用二极管的桥接整流电路,或是使用开关元件、例如晶体管的同步整流电路。
图9展示了根据本实施例的整流电路400的一个配置例。图9所示的整流电路400是同步整流电路,包括四个晶体管Tr1到Tr4 (401-404)和一个电容器C1 (405)。
当交流电源100的端子L侧的电压高于其端子N侧上的电压时,整流电路400使晶体管Tr1 (401)和Tr4 (404)导通,使晶体管Tr2 (402) 和Tr3 (403)截止。这引起整流电路400以从交流电源100的端子L流向整流电路400的电流对电容器C1(405)进行充电。
相反地,当交流电源100的端子N侧的电压高于其端子L侧的电压时,整流电路400使晶体管Tr1 (401)和Tr4 (404)截止,使晶体管Tr2 (402) 和Tr3 (403)导通。这引起整流电路400以从交流电源100的端子N流向整流电路400的电流对电容器C1(405)进行充电。
对电容器C1 (405)进行充电,以从整流电路400输出直流电压。
为使整流电路400将交流电压转换为直流电压的功能有效地运转,需要精确地检测从交流电源100输出的交流电压的极性,并对应于所述极性精确地实施晶体管Tr1到Tr4 (401-404)的开关。
如以下将详细描述的,根据本实施例的极性检测电路700用于在端子L侧的电压高于端子N侧电压时输出控制信号A,而在端子N侧的电压高于端子L侧电压时输出控制信号B,以对应于交流电源100输出的交流电压的极性。接着,控制信号A被输入晶体管Tr1 (401) 和Tr4 (404),控制信号B被输入Tr2 (402)和Tr3 (403)。
这样,大致实现了根据交流电压的极性控制整流电路400中晶体管Tr1到Tr4 (401-404)的开关,从而在整流电路400中将交流电压转换为直流电压。
电压转换电路500用于使整流电路400输出的直流电压升高或降低至对应于负载200的预定电压。
图10展示了电压转换电路500的一个配置例。图10所示的电压转换电路500为斩波升压转换器,其包括线圈L (503)、晶体管Tr5 (501)、二极管D3 (502)和电容器C2 (504)。
电压转换电路500用于使用具有预定频率和预定工作周期的控制信号来实现晶体管Tr5 (501)的开关,从而使施加到电压转换电路500的电压升高至预定电压,再输出该电压。
极性检测电路700用于检测交流电源100输出的、施加到开关式电源电路1200的交流电压的极性,并输出表示极性的信号。
图2展示了根据本实施例的极性检测电路700的一个配置例。图2所示的极性检测电路700包括二极管D1(第一二极管)703、二极管D2(第二二极管)709、晶体管R1到R10(703-707, 710-714)和恒压电源DC(715),以及两个比较器(第一信号输出电路、第二信号输出电路)701和708。
极性检测电路700用于在交流电源100的端子L侧电压高于其端子N侧电压时,从比较器701中输出控制信号A,而在端子N侧电压高于端子L侧电压时,从比较器708中输出控制信号B。
接下来,将结合图3和图4描述对应于本实施例的极性检测电路700的操作。图3是用于阐释在对应于交流电源100输出的交流电压极性而从比较器701中输出控制信号A时的操作。控制信号从比较器708中的输出与此类似。
进一步地,图4是极性检测电路700中的单元的电压波形图。注意到,在图4中,ACIN表示端子L侧相对于交流电源100的中性相的电势。另外,a+表示比较器701的非反向输入端子,a-表示比较器701的反向输入端子,而A表示比较器701的输出端子。此外,b+表示比较器708的非反向输入端子,b-表示比较器708的反向输入端子,而B表示比较器708的输出端子。
如图3所示,根据本实施例的极性检测电路700的端子L连接至交流电源100的端子L,而极性检测电路700的端子N连接至交流电源100的端子N。
首先,当电压施加至极性检测电路700的端子L时,正电压施加到二极管D1 (702)的阳极,这样,从二极管D1 (702)的阴极输出了电压,该电压大致等于交流电源100的端子L的输出电压。因此,对应于前述二极管D1 (702)的阴极电压的电压(第一电压)施加到比较器701的非反向输入端子(a+)。
特别地,二极管D1 (702)的阴极电压由一个电路进行了分压,该电路包括电阻R1 (703)、电阻R3 (704)、电阻R5 (705)、电阻R8 (713)、电阻R10 (714)和恒压电源DC,从而输出前述第一电压,该第一电压被施加到比较器701的非反向输入端子(a+)。
此时,由于施加到极性检测电路700端子N的电压是负的,因此,二极管D2 (709)的阳极施加了负电压。这样,对应于恒压电源DC (715)输出的恒定电压的电压(第一基准电压)施加到比较器701的反向输入端子(a-)。具体地,通过对恒压电源DC (715)输出的恒定电压进行分压而获得的电压(第一基准电压)被施加到比较器701的反向输入端子(a-),所述分压是使用电阻R9 (707)、电阻R7 (706)和电阻R6 (712)进行的。
随后,当施加到比较器701的非反向输入端子的电压(第一电压)高于输入反向输入端子的电压(第一基准电压)时,比较器701输出信号,该信号表示交流电源100的端子L输出的交流电压为正。具体地,比较器701使要从端子A输出的信号的电平变为一种逻辑电平(例如高电平),并从端子A输出该信号,所述信号的状态如图4的相位I和III描绘的波形所示。
同时,当施加到极性检测电路700的端子L的电压为负时,负电压施加到二极管D1 (702)的阳极,从而比较器701的非反向输入端子(a+)的得到近似零电压。
此时,由于施加到极性检测电路700的端子N上的电压为正,因此正电压施加到二极管D2 (709)的阳极。于是,从二极管D2 (709)的阴极输出的电压大致等于从交流电源100的端子N输出的电压。
因此,对应于二极管D2 (709)阴极电压的电压(第一基准电压)被施加到比较器701的反向输入端子(a-)。具体地,二极管D2 (709)阴极的电压被一个电路分压,该电路包括电阻R2 (710)、电阻R4 (711)、电阻R2 R6 (712)、电阻R7 (706)、电阻R9 (707)和恒压电源DC (715),从而输出前述第一基准电压,且该电压被输入比较器701的反向输入端子(a-)。
于是,当施加到比较器701的反向输入端子的电压(第一基准电压)高于施加到非反向输入端子的电压(第一电压)时,比较器701输出信号,该信号表示从交流电源100的端子L输出的交流电压是负的。具体地,比较器701使要从端子A输出的信号的电平变为另一种逻辑电平(例如低电平),并从端子A输出该信号,所述信号的状态如图4的相位II和IV描绘的波形所示。
以上描述的是比较器701中输出控制信号A的操作,比较器709中输出控制信号B的操作也与之类似。
使用根据本实施例的极性检测电路1200的配置,要不出错地输出表示极性的信号,这是有可能的。
以下将描述这些情形,例如当交流电源100的端子L输出的交流电压为负时、外部电源设备被雷电击中或类似情形,或在电荷残留在X电容(101)内的状态下通电的情形,交流电源100的端子L侧和端子N侧的电压都极大地升高了。
在这种情形下,由于施加到极性检测电路700的端子L上的电压为正,因此,与二极管D1 (702)阴极电压相对应的电压施加到比较器701的非反向输入端子。
然而,在此时,由于施加到极性检测电路700的端子N的电压也是正的,因此,因此,与二极管D2 (709)阴极电压相对应的电压施加到比较器701的非反向输入端子。
即,当从交流电源100输出的交流电压初始为负时,即使施加到比较器701的非反向输入端子的第一电压增大了,然而施加到比较器701的反向输入端子的第一基准电压也增大了;因此,比较器701精确地检测到从交流电源100的端子L输出的交流电压是负的,且不出错地输出表示交流电压极性的信号。
根据本实施例的极性检测电路700是这样一个电路,其中交流电压用作为输入;且输入电压是由二极管D1 (702)和D2 (709)整流后的半波,所述二极管D1 (702)和D2 (709)分别连接至活性(L)侧和中性(N)侧,随后输入至比较器的正号端子和负号端子。比较器包括两个比较器A (701)和B (708),比较器A (701)具有连接至R1(703)的正号端子,所述R1(703)连接至L侧,以及经电阻R7 (706)和R4 (711)连接至R2 (710)的负号端子,所述R2 (710)连接至N侧;另一比较器B (708)具有连接至R2(710)的正号端子,所述R2(710)连接至N侧,以及经电阻R8 (713)和R3 (704)连接至R1(703)的负号端子,所述R1(703)连接至L侧。进一步地,电路如此配置,使得两个比较器的负号端子的电压通过直流偏置而增大。
相应地,通过从比较器输出与输入电流的极性相对应的信号,极性检测电路700检测交流电的极性,看交流输入电压是正的或负的。接着,在极性检测电路700中,与正号端子的电压反相的电压通过电阻降压,并输入值比较器的符号端子,用作基准电压。
例如,用二极管D1 (702)和D2 (709)对具有正弦波形的输入电压进行整流,将得到的电压输入比较器的正号端子。此外,经电阻通过直流偏置使反相电压增大,使比较器的负号端产生输入。比较器确定了正号端和负号端的两个信号的输入时间。
此时,在实际电路中,在输入单元中存在有降噪电路,该降噪电路通过结合电容器(C)(称为X电容(101))而配置成,因此,存在着在C中仍有电荷的状态下接通电流的情形,具体取决于输入电压截止的时间。
如果未精确地进行极性检测,且在电容C中仍有电荷的状态下接通电流,则可同时产生D1 (702) 和D2 (709)的阴极电压,且两个比较器可同时输出信号,具体取决于输入电压的相位定时。
然而,在根据本实施例的极性检测电路700中,将具有相反相位(在另一侧)的电压输入比较器的检测端子,因此,例如,即使在L侧具有正电荷的状态时将N侧作为正极来接通时,仍检测D1 (702) 与D2 (709)之间的电压差,并输出该结果,因而能防止比较器(701,708)同时输出。
进一步地,为了不同时从比较器A (701) 和B (709)中输出信号,需要在比较器A (701) 和B (709)输出的通断瞬间时设置非响应时间,也称停滞时间;尽管如此,在极性检测电路700中,进行了直流偏置,因此通过交流整流获得的电流,其在电压变化上变得缓和,且输入到负号端子,从而能延长停滞时间的调节范围。
如此,在输入交流电压的电路中,提高检测交流电压极性的效率和功能附加值,并使电路根据每种极性进行操作,这是能有效实现的。例如,还是在进行整流的情形中,通过控制与交流电压的极性相对应的开关元件的相位,从而抑制损耗,这是有可能的。并且,在交流相位由于功率电源故障而损耗的情形中,通过检测交流的电压极性来解决该问题,这是有可能实现的。
图5到图7展示了根据本实施例的极性检测电路700用在各种电路中的例子。
图5展示的是这样的例子,在该电路中,交流电源100输出的交流电压被AC/DC转换器800转换为直流,并供应给负载200,极性检测电路700检测交流电压的极性,并向控制电路900输出表示交流电压极性的信号A和B,这引起控制电路900根据交流电压的极性来控制 AC/DC转换器800。
图6展示的是这样的例子,在该电路中,交流电源100输出的交流电压被同步整流电路400整流为直流,并供应给负载200,极性检测电路700检测交流电压的极性,并输出表示交流电压极性的信号A和B,以开关同步整流电路400中的元件。
图6展示的是这样的例子,在该电路中,极性检测电路700应用于无桥升压电路1000中,所述无桥升压电路1000用于不使用桥接电路而将交流电源100输出的交流转换为直流,以及使电压增至对应于负载200的预定电压。
如上所述,使用根据本实施例的极性检测电路700,要在用于检测极性并根据极性输出信号的极性检测电路中,不出错地输出表示交流电压极性的信号,这是有可能的。
此外,使用根据本实施例的极性检测电路700,要利用低损耗整流电路、并降低电路的功率消耗,这是有可能的。此外,由于不仅检测交流的输入,还检测交流的输出,因此,电机驱动器的转换器输出等也是可以检测的。
如上,描述了本发明的适当实施例,然而,这些实施例是用于阐释本发明的例子,并不意在将本发明的范围限制为这些实施例。本发明可以其他各种实施例的形式来实施。
附图标记列表
100:交流电源
700:极性检测电路
701:比较器
702:二极管
708:比较器
709:二极管
715:恒压电源
1200:开关式电源电路
Claims (4)
1.极性检测电路,用于输出表示交流电源输出的交流电压的极性的信号,该极性检测电路包括:
第一二极管,其具有阳极,该阳极上施加有具有第一相的交流电压,所述交流电压从交流电源中输出;
第二二极管,其具有阳极,该阳极上施加有具有与第一相相反的第二相的交流电压,所述交流电压从所述交流电源中输出;
恒压电源,用于输出正恒定电压;
第一基准电压输出电路,其用于:
当具有所述第一相的交流电压为正时,输出对应于所述恒定电压的电压;以及
当具有所述第一相的交流电压为负时,输出对应于所述第二二极管阴极处电压的电压;以及
第一信号输出电路,其用于:
将对应于所述第一二极管阴极处电压的第一电压与从所述第一基准电压输出电路输出的电压进行比较,并且
根据比较结果,输出表示具有所述第一相的交流电压的极性的信号。
2.根据权利要求1所述的极性检测电路,其特征在于:
所述第一信号输出电路进一步用于当所述第一电压高于从所述第一基准电压输出电路输出的电压时,输出表示具有所述第一相的交流电压为正的信号。
3.根据权利要求1所述的极性检测电路,所述极性检测电路进一步包括:
第二基准电压输出电路,其用于:
当具有所述第二相的交流电压为正时,输出对应于恒定电压的电压;以及
当具有所述第二相的交流电压为负时,输出对应于所述第一二极管阴极处电压的电压;以及
第二信号输出电路,其用于;
将对应于所述第二二极管阴极处电压的第二电压与从所述第二基准电压输出电路输出的电压进行比较,并且
根据比较结果,输出表示具有所述第二相的交流电压的极性的信号。
4.根据权利要求3所述的极性检测电路,其特征在于:
所述第一信号输出电路进一步用于当所述第一电压高于从所述第一基准电压输出电路输出的电压时,输出表示具有所述第一相的交流电压为正的信号,以及
所述第二信号输出电路进一步用于当所述第二电压高于从所述第二基准电压输出电路输出的电压时,输出表示具有所述第二相的交流电压为正的信号。
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