CN105846662B - 应用于交流电源的保护电路及其相关保护方法 - Google Patents

应用于交流电源的保护电路及其相关保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于交流电源的保护电路及其相关保护方法。所述保护电路包含采样保持单元、检测单元和放电信号产生单元。所述采样保持单元采样直流电压在对应的交流电压的每一个周期中的峰值，其中所述交流电源提供所述交流电压；所述检测单元于所述直流电压交越对应所述峰值的参考电压时，产生检测信号；所述放电信号产生单元于所述交流电压的一个周期内的预定时间中没有接收到所述检测信号时，产生计数信号，累计所述计数信号，以及当累计的计数信号的数目大于预定值时，产生放电信号给放电单元，其中所述放电单元用于根据所述放电信号，将X电容放电。因此，本发明可避免在交流电源单路断路时，误判所述交流电源并未关闭，因而无法及时将所述X电容放电的情况。

Description

应用于交流电源的保护电路及其相关保护方法
技术领域
本发明涉及一种应用于交流电源的保护电路及其相关保护方法，尤其涉及一种可避免在交流电源单路断路时，误判交流电源并未关闭，导致无法及时将X电容放电的保护电路及其相关保护方法。
背景技术
为了避免用户误触电子装置遭受电击，电路的安全规范规定X电容(X-cap)必须并联泄放电阻(discharge resistor)，以使所述X电容上的电压在所述电子装置关机时，能够在预定时间内泄放至安全电压之下。当所述电子装置关机时，现有技术有时会在降低成本的考虑下仅将耦接于所述电子装置的交流电源单路断路(例如所述交流电源的中性线(Nline)单路断路)。
然而当所述交流电源单路断路时，由于所述交流电源的火线(L line)仍具有高阻抗，所以所述电子装置耦接于所述X电容的高压引脚上对应所述交流电源的火线的直流电压的峰值和对应所述交流电源的中性线的直流电压的峰值之间并无很大的差异，导致现有技术误判所述交流电源并未关闭。因此，对于所述用户而言，应用于所述交流电源单路断路的现有技术并非是一个好的选择。
发明内容
本发明的一实施例公开一种应用于交流电源的保护电路。所述保护电路包含一采样保持单元、一检测单元和一放电信号产生单元。所述采样保持单元是用于采样一直流电压在一相对应的交流电压的每一周期中的峰值，其中所述交流电源提供所述交流电压；所述检测单元是耦接于所述采样保持单元，用于当所述直流电压交越对应所述峰值的一参考电压时，产生一检测信号；所述放电信号产生单元是耦接于所述检测单元，用于当所述交流电压的一周期内的一预定时间中没有接收到所述检测信号时，产生一计数信号，累计所述计数信号，以及当累计的计数信号的数目大于一预定值时，产生一放电信号给一放电单元，其中所述放电单元是用于根据所述放电信号，将一X电容放电。
本发明的另一实施例公开一种应用于交流电源的保护电路。所述保护电路包含一采样保持单元、一检测单元和一放电信号产生单元。所述采样保持单元是用于采样一直流电压在一相对应的交流电压的每一周期中的峰值，其中所述交流电源提供所述交流电压；所述检测单元是耦接于所述采样保持单元，用于当所述直流电压交越对应所述峰值的一参考电压时，产生一检测信号；所述放电信号产生单元是耦接于所述检测单元，用于当所述检测信号后的一预定时间内未再收到所述检测信号时，产生一放电信号给一放电单元，其中所述放电单元是用于根据所述放电信号，将一X电容放电。
本发明的另一实施例公开一种应用于交流电源的保护方法，其中应用于所述保护方法的保护电路包含一采样保持单元、一检测单元及一放电信号产生单元。所述保护方法包含所述采样保持单元采样一直流电压在一相对应的交流电压的每一周期中的峰值，其中所述交流电源提供所述交流电压；所述放电信号产生单元于所述交流电压的一周期内的一预定时间中没有接收到所述检测单元所产生的检测信号时，产生一计数信号；所述放电信号产生单元累计所述计数信号；当累计的计数信号的数目大于一预定值时，放电信号产生单元产生一放电信号给一放电单元；所述放电单元根据所述放电信号，将一X电容放电。
本发明的另一实施例公开一种应用于交流电源的保护方法，其中应用于所述保护方法的保护电路包含一采样保持单元、一检测单元及一放电信号产生单元。所述保护方法包含所述采样保持单元采样一直流电压在一相对应的交流电压的每一周期中的峰值，其中所述交流电源提供所述交流电压；所述放电信号产生单元于所述检测单元所产生的检测信号后的一预定时间内未再收到所述检测信号时，产生一放电信号给一放电单元；所述放电单元根据所述放电信号，将一X电容放电。
本发明公开一种应用于交流电源的保护电路及其相关保护方法。所述保护电路及所述保护方法是当所述交流电源单路断路时，利用一采样保持单元采样一直流电压在一相对应的交流电压的每一周期中的峰值，以及利用一放电信号产生单元于所述交流电压的连续周期中所产生和累计的计数信号的数目大于一预定值时，产生一放电信号给一放电单元。另外，所述保护电路及所述保护方法也可当所述交流电源双路断路时，利用所述采样保持单元采样所述直流电压在所述交流电压的每一周期中的峰值，以及利用所述放电信号产生单元于一检测单元所产生的检测信号后的第二预定时间内未再收到所述检测单元所产生的检测信号时，产生所述放电信号给所述放电单元。然后，所述放电单元即可根据所述放电信号，将一X电容放电。因此，相较于现有技术，本发明可避免在所述交流电源单路断路时，误判所述交流电源并未关闭，导致无法及时将所述X电容放电的情况。另外，本发明也可同时适用于所述交流电源双路断路。
附图说明
图1是本发明的第一实施例公开的一种应用于交流电源的保护电路的示意图。
图2是说明当交流电源的中性线单路断路时，直流电压、交流电压的周期、参考电压、检测信号和放电信号的示意图。
图3是本发明的第二实施例公开的当交流电源双路断路时，直流电压、交流电压的周期、参考电压、检测信号和放电信号的示意图。
图4是本发明的第三实施例公开的一种应用于交流电源的保护方法的流程图。
图5是本发明的第四实施例公开的一种应用于交流电源的保护方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
100 保护电路
102 采样保持单元
104 检测单元
106 放电信号产生单元
108 X电容
110 全波整流器
112 放电单元
200 控制器
202 高压引脚
204 分压电路
206 参考电压产生电路
208 电阻
AC 交流电源
DS 检测信号
DTS 放电信号
GND 地端
SP 第二预定时间
T1、T6、TD 时间
TP 预定时间
VAC 交流电压
V1 第一直流电压
VH 电压
VDC 直流电压
VPL1、VPN1 峰值
VR1 参考电压
400-414、500-508 步骤
具体实施方式
请参照图1，图1是本发明的第一实施例公开的一种应用于交流电源AC的保护电路100的示意图，其中保护电路100是应用于一电源转换器(未绘示于图1)的一次侧的控制器200。如图1所示，保护电路100包含一采样保持单元102、一检测单元104和一放电信号产生单元106，其中检测单元104耦接于采样保持单元102，以及放电信号产生单元106耦接于检测单元104。如图1所示，采样保持单元102通过一高压引脚202和一分压电路204耦接于一X电容108的二端，其中分压电路204是耦接于高压引脚202与一地端GND之间，用于提供一直流电压VDC给采样保持单元102，其中直流电压VDC和高压引脚202上的电压VH有关。如图1所示，因为交流电源AC所提供的交流电压VAC是通过一全波整流器110整流以产生一第一直流电压V1，且采样保持单元102是通过高压引脚202和分压电路204耦接于X电容108的二端，所以直流电压VDC的周期是对应于交流电压VAC的周期(也就是说交流电压VAC的周期是直流电压VDC的周期的两倍)。另外，在本发明的另一实施例中，保护电路100另包含分压电路204。
请参照图2，图2是说明当交流电源AC的中性线(N line)单路断路时，直流电压VDC、交流电压VAC的周期、参考电压VR1、检测信号DS和放电信号DTS的示意图。但本发明并不受限于交流电源AC的中性线单路断路，也就是说本发明也可应用于交流电源AC的火线(Lline)单路断路。如图2所示，当交流电源AC的中性线单路断路时，直流电压VDC并不会降为零，而是对应交流电源AC的火线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T1中的直流电压VDC的峰值VPL1)会大于对应交流电源AC的中性线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T2中的直流电压VDC的峰值VPN1)，其中时间T1(直流电压VDC的周期)等于时间T2，且交流电压VAC的周期(例如时间T3)是等于时间T1和时间T2的总和。采样保持单元102是用于采样直流电压VDC在交流电压VAC的每一周期中的峰值，例如在时间T3，采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1，其中在采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1后，一耦接于采样保持单元102的参考电压产生电路206(如图1所示)可根据峰值VPL1，产生对应峰值VPL1和时间T3的参考电压VR1(也就是说参考电压VR1会随着峰值VPL1而改变)，且参考电压VR1是被设定介于峰值VPL1和峰值VPN1之间。因为参考电压产生电路206是根据峰值VPL1，产生参考电压VR1，所以参考电压VR1和高压引脚202上的电压VH有关(因为直流电压VDC和高压引脚202上的电压VH有关)。由于参考电压VR1和高压引脚202上的电压VH有关，所以参考电压VR1可通过耦接于高压引脚202的电阻208调整，也就是说当电阻208的阻值较小时，峰值VPL1和峰值VPN1之间的差较大，所以参考电压VR1可被设定较小，以及当电阻208的阻值较大时，峰值VPL1和峰值VPN1之间的差较小，所以参考电压VR1可被设定较大。在参考电压产生电路206产生参考电压VR1之后(时间T4)，如果直流电压VDC交越对应交流电压VAC的前一周期(也就是说时间T3)的参考电压VR1时，则检测单元104可产生检测信号DS。放电信号产生单元106是用于当交流电压VAC的一周期内的一预定时间TP中没有接收到检测信号DS时，产生一计数信号，并累计所述计数信号，其中当交流电压VAC为60Hz的交流电压时，交流电压VAC的一周期等于16.7ms，而预定时间TP可被设计介于T和T/2之间(例如预定时间TP可被设计等于0.6T(10ms))，其中T为交流电压VAC的一个周期。但本发明并不受限于预定时间TP等于0.6T。例如放电信号产生单元106可在时间T4(交流电压VAC的一周期)内的预定时间TP中没有接收到检测信号DS时，产生对应于时间T4的计数信号，并累计所述计数信号。当放电信号产生单元106所累计的计数信号的数目(例如放电信号产生单元106累计在交流电压VAC的4个连续周期(时间T4、T5、T6…)中所产生的计数信号的数目)大于一预定值(例如预定值为3)时，放电信号产生单元106产生放电信号DTS给一放电单元112，且归零所述累计的计数信号的数目，其中放电单元112是用于根据放电信号DTS，将X电容108放电，且放电单元112可根据放电信号DTS，于一第一预定时间(例如1秒)内将X电容108上的电压放电至一预定电压下。另外，当放电信号产生单元106在交流电压VAC的所述周期中的所述预定时间TP中接收到检测信号DS时，放电信号产生单元106也会归零所述累计的计数信号的数目。另外，电阻208的阻值和高压引脚202与地端GND之间的寄生电阻的总和可由式(1)所决定：
其中C是X电容108的电容值，R是电阻208的阻值和高压引脚202与地端GND之间的寄生电阻的总和，以及Diff％是参考电压VR1与峰值VPL1之间的差和峰值VPL1的比值。
请参照图3，图3是本发明的一第二实施例公开的当交流电源AC双路断路(plugout)时，直流电压VDC、交流电压VAC的周期、参考电压VR1、检测信号DS和放电信号DTS的示意图。如图3所示，采样保持单元102和检测单元104在图3的操作原理和采样保持单元102和检测单元104在图2的操作原理相同，在此不再赘述。但在本发明的另一实施例，采样保持单元102是采样直流电压VDC在直流电压VDC的每一周期中的峰值，例如在时间T1，采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1，其中在采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1后，参考电压产生电路206即可根据峰值VPL1，产生对应峰值VPL1和时间T1的参考电压VR1。如图3所示，在交流电源AC双路断路前，对应交流电源AC的火线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T1中的直流电压VDC的峰值VPL1)实质上等于对应交流电源AC的中性线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T2中的直流电压VDC的峰值)，且直流电压VDC在直流电压VDC的周期(例如时间T1、T2)中是规律地上升和下降。然而当交流电源AC双路断路时，直流电压VDC不再规律地上升和下降。因此，如果放电信号产生单元106于检测信号DS(对应时间TD)后的一第二预定时间SP内未再收到检测信号DS，则放电信号产生单元106产生放电信号DTS给放电单元112，其中第二预定时间SP是等于交流电压VAC的周期的预定倍数。例如第二预定时间SP是等于交流电压VAC的周期的4倍。但本发明并不受限于第二预定时间SP是等于交流电压VAC的周期的4倍，也就是说第二预定时间SP可随所述电源转换器的实际需求而改变。另外，放电单元112是用于根据放电信号DTS，将X电容108放电，且放电单元112可根据放电信号DTS，于所述第一预定时间内将X电容108上的电压放电至所述预定电压下。
请参照图1-2、4，图4是本发明的一第三实施例公开的一种应用于交流电源的保护方法的流程图。图4的保护方法是利用图1的保护电路100说明，详细步骤如下：
步骤400：开始；
步骤402：采样保持单元102采样直流电压VDC在交流电压VAC的每一周期中的峰值；
步骤404：放电信号产生单元106是否于交流电压VAC的一周期内的预定时间TP中接收到检测单元104所产生的检测信号DS；如果是，进行步骤406；如果否，进行步骤408；
步骤406：归零放电信号产生单元106所累计的计数信号的数目，跳回步骤404；
步骤408：产生对应于交流电压VAC的所述周期的计数信号，并累计所述计数信号；
步骤410：所述累计的计数信号的数目是否大于所述预定值；如果是，进行步骤412；如果否，进行步骤404；
步骤412：放电信号产生单元106产生放电信号DTS给放电单元112，并归零所述累计的计数信号的数目；
步骤414：放电单元112根据放电信号DTS，将X电容108放电。
如图1所示，因为交流电源AC所提供的交流电压VAC是通过全波整流器110整流以产生第一直流电压V1，且采样保持单元102是通过高压引脚202和分压电路204耦接于X电容108的二端，所以直流电压VDC的周期是对应于交流电压VAC的周期(也就是说交流电压VAC的周期是直流电压VDC的周期的两倍)。如图2所示，当交流电源AC的中性线单路断路时，直流电压VDC并不会降为零，而是对应交流电源AC的火线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T1中的直流电压VDC的峰值VPL1)会大于对应交流电源AC的中性线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T2中的直流电压VDC的峰值VPN1)，其中时间T1(直流电压VDC的周期)等于时间T2，且交流电压VAC的周期(例如时间T3)是等于时间T1和时间T2的总和。因此，在步骤402中，采样保持单元102采样直流电压VDC在交流电压VAC的每一周期中的峰值，例如在时间T3，采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1，其中在采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1后，参考电压产生电路206(如图1所示)可根据峰值VPL1，产生对应峰值VPL1和时间T3的参考电压VR1(也就是说参考电压VR1会随着峰值VPL1而改变)，且参考电压VR1是被设定介于峰值VPL1和峰值VPN1之间。因为参考电压产生电路206是根据峰值VPL1，产生参考电压VR1，所以参考电压VR1和高压引脚202上的电压VH有关(因为直流电压VDC和高压引脚202上的电压VH有关)。另外，参考电压VR1可通过电阻208调整，其中当电阻208的阻值较小时，峰值VPL1和峰值VPN1之间的差较大，所以参考电压VR1可被设定较小，以及当电阻208的阻值较大时，峰值VPL1和峰值VPN1之间的差较小，所以参考电压VR1可被设定较大。在参考电压产生电路206产生参考电压VR1之后(时间T4)，当直流电压VDC交越对应交流电压VAC的前一周期(也就是说时间T3)的参考电压VR1时，检测单元104可产生检测信号DS。在步骤406中，当放电信号产生单元106在交流电压VAC的所述周期中的所述预定时间TP中接收到检测信号DS时，放电信号产生单元106归零所述累计的计数信号的数目，其中当交流电压VAC为60Hz的交流电压时，交流电压VAC的一周期等于16.7ms，而预定时间TP可被设计介于T和T/2之间(例如预定时间TP可被设计等于0.6T(10ms))。但本发明并不受限于预定时间TP等于0.6T。在步骤408中，当放电信号产生单元106于交流电压VAC的所述周期内的预定时间TP中没有接收到检测信号DS时，产生对应于交流电压VAC的所述周期的计数信号，并累计所述计数信号。例如放电信号产生单元106可在时间T4(交流电压VAC的一周期)内的预定时间TP中没有接收到检测信号DS时，产生对应于时间T4的计数信号，并累计所述计数信号。在步骤412中，当放电信号产生单元106所累计的计数信号的数目(例如放电信号产生单元106累计在交流电压VAC的4个连续周期(时间T4、T5、T6…)中所产生的计数信号的数目)大于所述预定值(例如预定值为3)时，放电信号产生单元106产生放电信号DTS给放电单元112，且归零所述累计的计数信号的数目。在步骤414中，放电单元112是用于根据放电信号DTS，将X电容108放电，且放电单元112可根据放电信号DTS，于所述第一预定时间内将X电容108上的电压放电至预定电压下。
请参照图1、3、5，图5是本发明的一第四实施例公开的一种应用于交流电源的保护方法的流程图。图5的保护方法是利用图1的保护电路100说明，详细步骤如下：
步骤500：开始；
步骤502：采样保持单元102采样直流电压VDC在交流电压VAC的每一周期中的峰值；
步骤504：放电信号产生单元106是否于检测单元104所产生的检测信号DS后的第二预定时间SP内未再收到检测信号DS；如果是，进行步骤506；如果否，进行步骤504；
步骤506：放电信号产生单元106产生放电信号DTS给放电单元112；
步骤508：放电单元112根据放电信号DTS，将X电容108放电。
在步骤502中如图3所示，在本发明的另一实施例，采样保持单元102是采样直流电压VDC在直流电压VDC的每一周期中的峰值，例如在时间T1，采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1，其中在采样保持单元102采样直流电压VDC的峰值VPL1后，参考电压产生电路206即可根据峰值VPL1，产生对应峰值VPL1和时间T1的参考电压VR1。另外，如图3所示，在交流电源AC双路断路前，对应交流电源AC的火线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T1中的直流电压VDC的峰值)实质上等于对应交流电源AC的中性线的直流电压VDC的峰值(例如在时间T2中的直流电压VDC的峰值)，且直流电压VDC在直流电压VDC的周期(例如时间T1、T2)中是规律地上升和下降。然而当交流电源AC双路断路时，直流电压VDC不再规律地上升和下降。因此，第四实施例与第三实施例的差别在于在步骤504中，如果放电信号产生单元106于检测信号DS(对应时间TD)后的第二预定时间SP内未再收到检测信号DS，则放电信号产生单元106产生放电信号DTS给放电单元112，其中第二预定时间SP是等于交流电压VAC的周期的预定倍数。例如第二预定时间SP是等于交流电压VAC的周期的4倍。但本发明并不受限于第二预定时间SP是等于交流电压VAC的周期的4倍，也就是说第二预定时间SP可随所述电源转换器的实际需求而改变。另外，第四实施例的其余操作原理都和第三实施例相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明所公开的应用于交流电源的保护电路及其相关保护方法是当交流电源单路断路时，利用采样保持单元采样直流电压在交流电压的每一周期中的峰值，以及利用放电信号产生单元于交流电压的连续周期中所产生和累计的计数信号的数目大于预定值时，产生放电信号给放电单元。另外，本发明所公开的保护电路及其相关保护方法也可当交流电源双路断路时，利用采样保持单元采样直流电压在交流电压的每一周期中的峰值，以及利用放电信号产生单元于检测单元所产生的检测信号后的第二预定时间内未再收到检测单元所产生的检测信号时，产生放电信号给放电单元。然后，放电单元即可根据放电信号，将X电容放电。因此，相较于现有技术，本发明可避免在交流电源单路断路时，误判交流电源并未关闭，导致无法及时将X电容放电的情况。另外，本发明也可同时适用于交流电源双路断路。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于交流电源的保护电路，其特征在于，包含：
一采样保持单元，用于采样一直流电压在一相对应的交流电压的每一周期中的峰值，其中所述交流电源提供所述交流电压；
一检测单元，耦接于所述采样保持单元，用于当所述直流电压交越对应所述峰值的一参考电压时，产生一检测信号；及
一放电信号产生单元，耦接于所述检测单元，用于当所述交流电压的一周期内的一预定时间中没有接收到所述检测信号时，产生一计数信号，累计所述计数信号，以及当累计的计数信号的数目大于一预定值时，产生一放电信号给一放电单元；
其中所述放电单元是用于根据所述放电信号，将一X电容放电。
2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，当所述数目大于所述预定值时，所述放电信号产生单元归零所述数目。
3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，当所述放电信号产生单元在所述交流电压的所述周期的所述预定时间中接收到所述检测信号时，所述放电信号产生单元归零所述数目。
4.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述参考电压小于所述峰值。
5.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，另包含：
一分压电路，耦接于一高压引脚与一地端之间，其中所述直流电压等于所述高压引脚上的电压的分压，且所述参考电压和耦接于所述高压引脚的一电阻有关。
6.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述放电单元根据所述放电信号，于一第一预定时间内将所述X电容上的电压放电至一预定电压下。
7.一种应用于交流电源的保护方法，其中应用于所述保护方法的保护电路包含一采样保持单元、一检测单元及一放电信号产生单元，其特征在于，包含：
所述采样保持单元采样一直流电压在一相对应的交流电压的每一周期中的峰值，其中所述交流电源提供所述交流电压；
当所述直流电压交越对应所述峰值的一参考电压时，所述检测单元产生一检测信号；
所述放电信号产生单元于所述交流电压的一周期内的一预定时间中没有接收到所述检测单元所产生的检测信号时，产生一计数信号；
所述放电信号产生单元累计所述计数信号；
当累计的计数信号的数目大于一预定值时，放电信号产生单元产生一放电信号给一放电单元；及
所述放电单元根据所述放电信号，将一X电容放电。
8.如权利要求7所述的保护方法，其特征在于，另包含：
当所述数目大于所述预定值时，所述放电信号产生单元归零所述数目。
9.如权利要求7所述的保护方法，其特征在于，另包含：
当所述放电信号产生单元在所述交流电压的所述周期内的所述预定时间中接收到所述检测信号时，所述放电信号产生单元归零所述数目。
10.如权利要求7所述的保护方法，其特征在于，所述放电单元根据所述放电信号，于一第一预定时间内将所述X电容上的电压放电至一预定电压下。
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