CN110429797A - 交流转直流开关电源防触电电路 - Google Patents

交流转直流开关电源防触电电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种交流转直流开关电源防触电电路，包括防触电电路和主功率电路，所述防触电电路和所述主功率电路并联连接，所述防触电电路包括：相位同步检测电路，用于检测火线对地电压相位并输出相应输出信号；第一开关管，用于接收所述相位同步检测电路的输出信号进行导通或关断；阻抗判断与控制电路，用于检测所述第一开关管的电压并输出相应输出信号；使能控制电路，用于接收所述阻抗判断与控制电路的输出信号并输出相应控制信号；第二开关管，用于接受所述使能控制电路的控制信号进行导通或关断。上述交流转直流开关电源防触电电路无需在主功率电路串入采样电阻和高压功率管，故电路损耗大大降低，且生产成本降低。

Description

交流转直流开关电源防触电电路
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种交流转直流开关电源防触电电路。
背景技术
随着整个开关电源领域的不断创新和发展，交流转直流开关电源作为交流(AC)转直流(DC)的必备环节逐渐被应用于各个领域，例如LED照明、家用电器驱动电源以及外置式电源适配器等。伴随着交流转直流开关电源的普及，交流转直流开关电源在安装过程中的安全问题也逐渐显现出来。如果在交流转直流开关电源安装过程中(未断电安装，即电源的一端输入已连接电网火线)，例如LED双端供电灯管，其双线输入的电源其中一根输入线已经与电网火线相连，而人体触摸到另一根输入线时候，就会构成“电网—开关电源—人体—大地”通电回路，导致安装人员发生触电，发生事故。
在现有的解决方案中，往往是通过在交流转直流开关电源的整流桥后电容前串入一个高压MOS管及采样电阻，对上电瞬间的主功率电路的峰值电流做采样检测，根据采样得到的数值和设定的基准值做比较，如果采样得到的电流峰值大于设定的基准值，认为此时整流桥前电网阻抗小，未有异常，控制高压MOS管常通，以保证后续开关电源的正常工作。如果采样得到的电流峰值小于设定的基准值，则判定整流桥前电网阻抗异常，控制高压MOS管关断。但是这样的方案必须在主功率电路串入采样电阻和高压功率管进行电流采样实现控制，由于采样电阻和高压功率管串联在主功率电路中，会带来较大的效率损失。
发明内容
基于此，有必要针对现有的防触电方案中必须在主功率电路串入采样电阻和高压功率管进行电流采样实现控制，由于采样电阻和高压功率管串联在主功率电路中，会带来较大的效率损失的问题，提供一种交流转直流开关电源防触电电路。
一种交流转直流开关电源防触电电路，包括防触电电路和主功率电路，所述防触电电路和所述主功率电路并联连接，所述防触电电路包括：相位同步检测电路，用于检测火线对地电压相位并输出相应输出信号；第一开关管，栅极与所述相位同步检测电路的输出端连接、漏极与火线对地电压输出端连接；所述第一开关管用于接收所述相位同步检测电路的输出信号进行导通或关断，当所述火线对地电压满足所述相位同步检测电路的预设条件时，所述第一开关管导通固定时间后关断，当所述火线对地电压不满足所述相位同步检测电路的预设条件时，所述第一开关管保持关断；阻抗判断与控制电路，与所述第一开关管的源极相连，用于检测所述第一开关管的电压并输出相应输出信号，当所述第一开关管的电压满足所述阻抗判断与控制电路的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路控制所述第一开关管停止导通且所述阻抗判断与控制电路输出相应信号，当所述第一开关管的电压不满足所述阻抗判断与控制电路的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路输出相应信号；使能控制电路，与所述阻抗判断与控制电路相连，用于接收所述阻抗判断与控制电路的输出信号并输出相应控制信号；所述主功率电路包括：第二开关管，栅极与所述使能控制电路的输出端相连，用于接收所述使能控制电路的控制信号进行导通或关断；滤波电路，用于接收市电交流电经整流后的整流电压并进行滤波；DC/DC电源电路，输入端与所述第二开关管、所述滤波电路相连，用于将滤波后的电压以直流电压形式输出；所述第二开关管根据使能控制电路输出的控制信号导通或关断，实现直流到直流的转换。
在其中一个实施例中，所述相位同步检测电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一比较单元、循环计数器和第一与门，所述第一比较单元连接在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间，所述第一比较单元输出端与所述第一与门相连，所述循环计数器与所述第一与门相连，所述第一与门输出端与所述第一开关管相连，当所述第一与门输出高电平时，所述第一开关管导通，当所述第一与门输出低电平时，所述第一开关管关断。
在其中一个实施例中，所述循环计数器包括输出信号端和使能端，所述输出信号端和所述使能端分别与所述第一与门的一个输入端相连。
在其中一个实施例中，所述阻抗判断与控制电路包括第二比较单元和触发器，所述第二比较单元输出端与所述触发器相连，所述触发器输出端与所述使能控制电路相连。
在其中一个实施例中，所述第二比较单元为比较器，所述触发器为RS触发器，所述RS触发器的R端悬空，S端与所述第二比较单元的输出端相连，Q端与所述使能控制电路相连。
在其中一个实施例中，所述使能控制电路包括第二与门和DC/DC控制单元，所述DC/DC控制单元与所述第二与门输入端相连，所述第二与门输出端与所述第二开关管相连。
在其中一个实施例中，所述DC/DC控制单元用于输出PWM信号。
在其中一个实施例中，所述滤波电路包括第一电容、第二电容和第一电感，所述第一电容、第二电容和第一电感相互串联，构成π型滤波电路。
在其中一个实施例中，所述DC/DC电源电路包括第二电感、二极管和第三电容，所述第二电感、二极管和第三电容顺时针首尾依次相连，所述二极管正极与所述第二电感相连，所述二极管负极与所述第三电容相连，且所述二极管与所述第二电感的连接点与所述第二开关管相连，所述二极管负极与所述滤波电路相连。
在其中一个实施例中，所述DC/DC电源电路包括第二电感、二极管和第三电容，所述第二电感、第三电容和二极管顺时针首尾依次相连，所述二极管正极与所述第二电感相连，所述二极管负极与所述第三电容相连，且所述二极管与所述第二电感的连接点与所述第二开关管相连，所述第二电感与所述第三电容的连接点与所述滤波电路相连。
上述交流转直流开关电源防触电电路无需在主功率电路串入采样电阻和高压功率管，而是单独设置检测电路检测火线对地电压，以判断主功率电路前端是否存在人体，并在主功率电路前端存在人体时切断电路，达到防触电的效果，电路损耗大大降低，且生产成本降低。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的交流转直流开关电源防触电电路的示意图；
图2为本发明另一实施例的交流转直流开关电源防触电电路的示意图；
图3为图1对应的本发明的实施例的交流转直流开关电源防触电电路的电路图；
图4为电网零线接入电路位置不存在人体时滤波电容C1上电压、火线对地电压、循环计数器输出A、第一功率管Q1电压、循环计数器使能B和使能控制电路输出信号的波形图；
图5为电网零线接入电路位置存在人体时滤波电容C1上电压、火线对地电压、循环计数器输出A、第一功率管Q1电压、循环计数器使能B和使能控制电路输出信号的波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1和图2，图1为本发明其中一实施例的交流转直流开关电源防触电电路的示意图，图2为本发明另一实施例的交流转直流开关电源防触电电路的示意图。在图1和图2所示的实施例中，所述交流转直流开关电源防触电电路用于防止电路启动时有人体存在于电网零线接入电路位置，避免触电。
在图1和图2所示的实施例中，所述交流转直流开关电源防触电电路包括防触电电路和主功率电路，所述防触电电路和所述主功率电路并联连接，所述防触电电路包括相位同步检测电路100、第一开关管110、阻抗判断与控制电路120和使能控制电路130。所述相位同步检测电路100用于检测火线对地电压相位并输出相应输出信号。所述第一开关管110栅极与所述相位同步检测电路100的输出端连接、漏极与火线对地电压输出端连接；所述第一开关管110用于接收所述相位同步检测电路100的输出信号进行导通或关断，当所述火线对地电压满足所述相位同步检测电路100的预设条件时，所述第一开关管110导通并在持续导通一段时间后关断，当所述火线对地电压不满足所述相位同步检测电路100的预设条件时，所述第一开关管110保持关断。所述阻抗判断与控制电路120与所述第一开关管110的源极相连，用于检测所述第一开关管110的电压并输出相应输出信号，当所述第一开关管110的电压满足所述阻抗判断与控制电路120的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路120控制所述第一开关管110停止导通且所述阻抗判断与控制电路120输出相应信号，当所述第一开关管110的电压不满足所述阻抗判断与控制电路120的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路120输出相应信号。所述使能控制电路130与所述阻抗判断与控制电路120相连，用于接收所述阻抗判断与控制电路120的输出信号并输出相应控制信号。所述主功率电路包括第二开关管140、滤波电路150和DC/DC电源电路160。所述第二开关管140栅极与所述使能控制电路130的输出端相连，用于接收所述使能控制电路130的控制信号进行导通或关断。所述滤波电路150用于接收市电交流电经整流后的整流电压并进行滤波。所述DC/DC电源电路160输入端与所述第二开关管140、所述滤波电路150相连，用于将滤波后的电压以直流电压形式输出。所述第二开关管140根据使能控制电路130输出的控制信号导通或关断，实现直流到直流的转换。
请参见图3，图3为图1对应的本发明的实施例的交流转直流开关电源防触电电路的电路图。具体地，所述相位同步检测电路100包括第一分压电阻R2、第二分压电阻R3、第一比较单元、循环计数器和第一与门G1。所述循环计数器包括输出信号端和使能端，所述输出信号端输出信号为输出A，所述使能端输出信号为使能B。所述第一分压电阻R2和第二分压电阻R3串联，所述第一比较单元一输入端连接在所述第一分压电阻R2和第二分压电阻R3之间，所述第一比较单元输出端与所述第一与门G1的输入端相连，所述循环计数器的输出A与所述第一与门G1的输入端相连，所述循环计数器的使能B与所述第一与门G1的输入端相连，所述循环计数器输出A的信号为计时时间为T1的循环计时。所述第一与门G1的输出端与所述第一开关管110相连。所述第一比较单元为第一比较器A1，所述第一比较器A1接收所述第二分压电阻R3上的电压并与基准电压Vref1进行比较，将比较结果输出给所述第一与门G1，所述第一与门G1同时接收所述循环计数器的输出A和使能B的信号并输出相应信号给所述第一开关管110。所述第二分压电阻R3上的电压即为火线对地电压。
在图3所示的实施例中，所述第一开关管110包括第一功率管Q1，所述第一功率管Q1接收所述第一与门G1的输出信号进行导通或关断。当所述火线对地电压满足所述相位同步检测电路100的预设条件时，所述第一功率管Q1导通并在持续导通一段时间后关断，当所述火线对地电压不满足所述相位同步检测电路100的预设条件时，所述第一功率管保持关断。在本实施例中，所述相位同步检测电路100的预设条件包括所述火线对地电压大于所述第一比较器A1的基准电压Vref1且所述循环计数器的输出A和使能B均为高电平，满足此预设条件时所述第一与门G1输出高电平，驱动所述第一功率管Q1导通。当所述第一与门G1输出高电平时，所述第一功率管Q1导通，当所述第一与门G1输出低电平时，所述第一功率管Q1关断。在本实施例中，所述第一功率管Q1接收所述第一与门G1输出的脉宽为Tdet的高电平脉宽驱动信号以进行导通，因此所述第一功率管Q1导通后的持续导通时间为Tdet。在其它实施例中，所述第一功率管Q1可以接收其它信号如电平信号以进行导通。
在图3所示的实施例中，所述阻抗判断与控制电路120包括第二比较单元和触发器。所述第二比较单元为第二比较器A2，所述触发器为RS触发器。所述第二比较器A2一输入端用于检测所述第一功率管Q1上的电压并与基准电压Vref2进行比较，将比较结果输出给所述RS触发器的S端，所述RS触发器的R端悬空，所述RS触发器的正输出端与所述使能控制电路130相连，所述RS触发器的负输出端与所述循环计数器的使能B相连。在其它实施例中，所述触发器可以采用其它类型触发器。在本实施例中，当所述第一开关管110的电压满足所述阻抗判断与控制电路120的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路120控制所述第一开关管110停止导通且所述阻抗判断与控制电路120输出相应信号，当所述第一开关管110的电压不满足所述阻抗判断与控制电路120的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路120输出相应信号。所述阻抗判断与控制电路120的预设条件为所述第一功率管Q1上的电压大于所述第二比较器A2的基准电压Vref2，满足此预设条件时所述第二比较器A2输出高电平给所述RS触发器的S端，所述RS触发器输出高电平，且所述阻抗判断与控制电路120控制所述第一开关管110关断。
在图3所示的实施例中，所述使能控制电路130包括第二与门G2和DC/DC控制单元，所述第二与门G2一端与DC/DC控制单元相连，一端接收所述RS触发器的输出信号，所述第二与门G2输出端与所述第二开关管140相连，将输出信号传送给所述第二开关管140。在本实施例中，所述DC/DC控制单元用于输出PWM信号。当所述RS触发器输出信号为高电平时，所述第二与门根据所述DC/DC控制单元输出的PWM信号控制所述第二开关管140的导通或关断；当所述RS触发器输出信号为低电平时，所述第二开关管140保持关断。
在图3所示的实施例中，所述第二开关管140包括第二功率管Q2，所述第二功率管Q2接收所述使能控制电路130的输出信号进行导通或关断。当所述第二功率管Q2导通时，交流转直流开关电源主功率电路导通；当所述第二功率管Q2关断时，交流转直流开关电源主功率电路不导通。在本实施例中，所述第二功率管Q2接收高电平信号以进行导通。在其它实施例中，所述第二功率管Q2可以接收其它信号如脉冲触发信号以进行导通。
在图3所示的实施例中，所述滤波电路150包括第一电容C1、第二电容C2和第一电感L1，所述第一电容C1、第二电容C2和第一电感L1相互串联，构成π型滤波电路，用于接收市电交流电经整流后的整流电压并进行滤波。
在图3所示的实施例中，所述DC/DC电源电路160包括第二电感L2、二极管D1和第三电容C3，所述第二电感L2、二极管D1和第三电容C3顺时针首尾依次相连，所述二极管D1正极与所述第二电感L2相连，所述二极管D1负极与所述第三电容C3相连，且所述二极管D1与所述第二电感L2的连接点与所述第二开关管140相连，所述二极管负极与所述滤波电路150相连。在其它实施例中，所述第二电感L2、第三电容C3和二极管D1顺时针首尾依次相连，所述二极管D1正极与所述第二电感L2相连，所述二极管D1负极与所述第三电容C3相连，且所述二极管D1与所述第二电感L2的连接点与所述第二开关管140相连，所述第二电感L2与所述第三电容C3的连接点与所述滤波电路150相连。
本发明的实施例的交流转直流开关电源主功率电路通电且电网零线接入电路位置不存在人体时，所述相位同步检测电路100检测火线对地电压相位并输出电压信号给所述第一比较单元，同时所述循环计数器开始计时时间为T1的循环计时。当所述火线对地电压大于所述第一比较单元的基准电压Vref1时，所述第一比较单元输出高电平给所述第一与门G1。当所述第一比较单元输出信号、所述循环计数器输出A、使能B均为高电平且所述火线对地电压相位处于上升沿时，所述第一与门G1输出脉宽为Tdet的脉宽驱动信号以使所述第一功率管Q1导通且持续导通一段时间。所述第一功率管Q1导通期间，所述第二比较单元检测所述第一功率管Q1上的电压并与基准电压Vref2比较，此时由于电网零线接入电路位置不存在人体，因此所述第一功率管Q1上的电压大于基准电压Vref2，所述第二比较单元输出高电平信号给所述RS触发器，所述RS触发器的正输出端输出高电平信号给所述使能控制电路130，所述使能控制电路130根据所述DC/DC控制单元的PWM信号控制所述第二功率管Q2导通和关断，电路正常工作，所述DC/DC电源电路160输出电压。电网零线接入电路位置不存在人体时滤波电容C1上电压、火线对地电压、循环计数器输出A、第一功率管Q1电压、循环计数器使能B和使能控制电路130输出信号的波形图如图4所示。
本发明的实施例的交流转直流开关电源主功率电路通电且电网零线接入电路位置存在人体时，所述相位同步检测电路100检测火线对地电压相位并输出电压信号给所述第一比较单元，同时所述循环计数器开始计时时间为T1的循环计时。当所述火线对地电压大于所述第一比较单元的基准电压Vref1时，所述第一比较单元输出高电平给所述第一与门G1。当所述第一比较单元输出信号、所述循环计数器输出A、使能B均为高电平且所述火线对地电压相位处于上升沿时，所述第一与门G1输出脉宽为Tdet的脉宽驱动信号以使所述第一功率管Q1导通。所述第一功率管Q1导通期间，所述第二比较单元检测所述第一功率管Q1上的电压并与基准电压Vref2比较，此时由于电网零线接入电路位置存在人体，因此所述第一功率管Q1上的电压小于基准电压Vref2，所述第二比较单元输出低电平信号给所述RS触发器，所述RS触发器的正输出端输出低电平信号给所述使能控制电路130，所述使能控制电路130输出低电平，所述第二功率管Q2不导通，所述DC/DC电源电路160不输出电压，同时所述相位同步检测电路100继续定频检测火线对地电压相位。电网零线接入电路位置存在人体时滤波电容C1上电压、火线对地电压、循环计数器输出A、第一功率管Q1电压、循环计数器使能B和使能控制电路130输出信号的波形图如图5所示。
上述交流转直流开关电源防触电电路无需在主功率电路串入采样电阻和高压功率管，而是单独设置检测电路检测火线对地电压，以判断主功率电路前端是否存在人体，并在主功率电路前端存在人体时切断电路，达到防触电的效果，电路损耗大大降低，且生产成本降低，电路损耗大大降低，且生产成本降低。同时本发明中的功率管可为小电流功率管，生产成本低。另外本发明电路简单，可以实现系统小型化设计，安装方便。且本发明对交流转直流开关电源主功率电路中的后级DC/DC的电路结构不做限制，适应性强。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，包括防触电电路和主功率电路，所述防触电电路和所述主功率电路并联连接，所述防触电电路包括：
相位同步检测电路，用于检测火线对地电压相位并输出相应输出信号；
第一开关管，栅极与所述相位同步检测电路的输出端连接、漏极与火线对地电压输出端连接，所述第一开关管用于接收所述相位同步检测电路的输出信号进行导通或关断，当所述火线对地电压满足所述相位同步检测电路的预设条件时，所述第一开关管导通固定时间后关断，当所述火线对地电压不满足所述相位同步检测电路的预设条件时，所述第一开关管保持关断；
阻抗判断与控制电路，与所述第一开关管的源极相连，用于检测所述第一开关管的电压并输出相应输出信号，当所述第一开关管的电压满足所述阻抗判断与控制电路的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路控制所述第一开关管停止导通且所述阻抗判断与控制电路输出相应信号，当所述第一开关管的电压不满足所述阻抗判断与控制电路的预设条件时，所述阻抗判断与控制电路输出相应信号；
使能控制电路，与所述阻抗判断与控制电路相连，用于接收所述阻抗判断与控制电路的输出信号并输出相应控制信号；
所述主功率电路包括：
第二开关管，栅极与所述使能控制电路的输出端相连，用于接收所述使能控制电路的控制信号进行导通或关断；
滤波电路，用于接收市电交流电经整流后的整流电压并进行滤波；
DC/DC电源电路，输入端与所述第二开关管、所述滤波电路相连，用于将滤波后的电压以直流电压形式输出；
所述第二开关管根据使能控制电路输出的控制信号导通或关断，实现直流到直流的转换。
2.根据权利要求1所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述相位同步检测电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一比较单元、循环计数器和第一与门，所述第一比较单元连接在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间，所述第一比较单元输出端与所述第一与门相连，所述循环计数器与所述第一与门相连，所述第一与门输出端与所述第一开关管相连，当所述第一与门输出高电平时，所述第一开关管导通，当所述第一与门输出低电平时，所述第一开关管关断。
3.根据权利要求2所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述循环计数器包括输出信号端和使能端，所述输出信号端和所述使能端分别与所述第一与门的一个输入端相连。
4.根据权利要求1所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述阻抗判断与控制电路包括第二比较单元和触发器，所述第二比较单元输出端与所述触发器相连，所述触发器输出端与所述使能控制电路相连。
5.根据权利要求4所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述第二比较单元为比较器，所述触发器为RS触发器，所述RS触发器的R端悬空，S端与所述第二比较单元的输出端相连，Q端与所述使能控制电路相连。
6.根据权利要求1所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述使能控制电路包括第二与门和DC/DC控制单元，所述DC/DC控制单元与所述第二与门输入端相连，所述第二与门输出端与所述第二开关管相连。
7.根据权利要求6所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述DC/DC控制单元用于输出PWM信号。
8.根据权利要求1所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一电容、第二电容和第一电感，所述第一电容、第二电容和第一电感相互串联，构成π型滤波电路。
9.根据权利要求1所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述DC/DC电源电路包括第二电感、二极管和第三电容，所述第二电感、二极管和第三电容顺时针首尾依次相连，所述二极管正极与所述第二电感相连，所述二极管负极与所述第三电容相连，且所述二极管与所述第二电感的连接点与所述第二开关管相连，所述二极管负极与所述滤波电路相连。
10.根据权利要求1所述的交流转直流开关电源防触电电路，其特征在于，所述DC/DC电源电路包括第二电感、二极管和第三电容，所述第二电感、第三电容和二极管顺时针首尾依次相连，所述二极管正极与所述第二电感相连，所述二极管负极与所述第三电容相连，且所述二极管与所述第二电感的连接点与所述第二开关管相连，所述第二电感与所述第三电容的连接点与所述滤波电路相连。
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