CN110557010A - 一种开关电源及其x电容放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关电源及其X电容放电电路，包括供电电源、第一开关管、第二开关管和驱动电路，第一开关管和第二开关管均具有一个控制端口和两个开关端口，所述驱动电路的输入端连接在开关电源的供电输出端，所述驱动电路的输出端与第一开关管的控制端口相连；所述第二开关管的控制端口接供电电源的正极，所述第二开关管作为输入的第一开关端口接X电容，所述第二开关管作为输出的第二开关端口接地；所述第一开关管作为输入的第一开关端口接供电电源的正极，所述第一开关管作为输出的第二开关端口接地。本申请大大简化了电路结构，从而进一步缩减了成本，解决现有放电电路结构复杂的问题。

Description

一种开关电源及其X电容放电电路

技术领域

本申请涉及开关电源领域，具体涉及一种开关电源及其X电容放电电路。

背景技术

在AC/DC开关电源中，为了解决电磁干扰问题，一般在输入端设置EMI滤波电路，所述EMI滤波电路一般包含有并联在交流电源输入端火线和零线之间的X电容。当AC/DC开关电源输入端的交流电源断开时，X电容上会残留一定的电压，如果人碰触到开关电源的输入电极，X电容上的残留电压会有电击伤人的可能性。因此，在安规标准中规定，当开关电源从输入电源断开后，X电容上的电压必须在规定时间内(一般为1秒或以下)释放到安全电压以下，因此，需要设置X电容快速放电电路。

传统的解决方案是，在X电容两端并联一个阻值较大的电阻，当开关电源输入端的交流电源断开时，并联的放电电阻对X电容上的残余电荷进行释放，从而使开关电源符合安规要求。

但是传统的解决方案由于放电电阻始终并联在X电容连段，当开关电源处于空载模式时，放电电阻上产生的损耗将非常显著的增加了电源的空载损耗，对电源空载效率影响较大。

公开号“CN105119476”的专利申请文件中，公开了一种应用于开关电源中的X电容放电控制电路，该放电控制电路利用耗尽型晶体管和第二开关管组成的开关电源对X电容进行放电，通过将当前采用的输入电压信息与上一周期的采样保持的输入电压信息进行比较，根据比较结果来判定输入端是否掉电，当发生掉电后，则控制第二开关管导通以对X电容进行放电。

现有的技术中，一般都需要设置检测电路来检测输入端是否掉电，在确定掉电后再进行放电，整体电路结构相对复杂，而且检测过程相对也浪费一定的时间，对放电时间要求较高的安规电容来说还有待进一步改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中，对X电容放电的控制电路相对复杂、且放电检测过程消耗时间的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开关电源的X电容放电电路，所述X电容用于连接在开关电源的交流输入端，所述放电电路包括供电电源、第一开关管、第二开关管和驱动电路，所述第一开关管和所述第二开关管均具有控制端口、第一开关端口和第二开关端口；

所述驱动电路的输入端连接在开关电源的供电输出端，所述驱动电路的输出端与所述第一开关管的控制端口相连；

所述第二开关管的控制端口接所述供电电源的正极，所述第二开关管的第一开关端口接X电容，所述第二开关管的第二开关端口接地；

所述第一开关管的第一开关端口接所述供电电源的正极，所述第一开关管的第二开关端口接地；

其中，所述第一开关管的第一开关端口用于在所述第一开关管导通时，作为所述第一开关管的输入端口；所述第二开关管的第一开关端口用于在所述第二开关管导通时，作为所述第二开关管的输入端口；所述第一开关管的第二开关端口用于在所述第一开关管导通时，作为所述第一开关管的输出端口；所述第二开关管的第二开关端口用于在所述第二开关管导通时，作为所述第二开关管的输出端口；所述第一开关管和所述第二开关管的控制端口用于接收施加的控制信号，以控制第一开关管或第二开关管导通或截止。

通过上述实施方案，X电容可在开关电源断电时，及时、迅速实现放电，不需要检测电路先去检测是否发生断电的情况，整体电路结构更加简单，节约了成本。

进一步地，根据本申请提供的X电容放电电路，当开关电源接入交流电通电时，所述驱动电路工作，并输出电压信号施加到第一开关管的控制端口，第一开关管导通，供电电源直接通过第一开关管所在的支路接地，第二开关管的控制端口没有电压信号接入，第二开关管截止，X电容正常工作；

当开关电源断电时，所述驱动电路断电，所述第一开关管的控制端口没有施加电压信号，第一开关管截止，所述供电电源将开关电源导通时储存的电压施加到第二开关管的控制端口，第二开关管导通，X电容经第二开关管所在的支路放电。

进一步地，根据本申请提供的X电容放电电路，所述放电电路进一步包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管的阳极分别连接到X电容的两端，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连，所述第一二极管和第二二极管的阴极相连点通过串联电阻接第二开关管的第一开关端口。

进一步地，根据本申请提供的X电容放电电路，所述第一开关管和第二开关管均为N沟道增强型MOS管，所述第一二极管和第二二极管的阴极相连点与第二开关管的漏极相连，所述第二开关管的栅极与第一开关管的漏极相连，所述第一开关管和第二开关管的源极均接地，所述第二开关管与第一开关管的相连点接电源。

相比三极管，MOS管的开关速度更快，而且与P沟通同一系列同电压规格的N沟通的MOS管，普通电流规格比P沟道的高，而饱和导通电压比P沟道低。

进一步地，根据本申请提供的X电容放电电路，所述驱动电路包括Y电容以及整流电路，所述Y电容跨接在变压器的初级地和次级地之间，所述整流电路的交流输入端连接Y电容的一端，所述整流电路的直流输出端连接第一开关管的控制端。

本实施方案中，驱动电路可以在通电时驱动第一开关管导通，第二开关管截止，不影响X电容的正常工作；而在断电时，可以使第二开关管导通，X电容立马放电，使电路结构得到简化的同时，也加速了放电过程。

进一步地，根据本申请提供的X电容放电电路，所述Y电容包括串联连接的第一Y电容和第二Y电容，所述整流电路的交流输入端连接在第一Y电容和第二Y电容的串联点。

采用两个Y电容串联，可以提高耐压程度。

进一步地，根据本申请提供的X电容放电电路，所述整流电路为二极管整流电路。

本申请还提供了一种开关电源，包括上述的X电容放电电路。

进一步地，所述X电容通过共模电感连接在开关电源的交流输入端。通过设置共模电感，可以过滤共模的电磁干扰信号。

本发明的有益效果是：本申请的X电容放电电路不需要设置检测电路来检测开关电源是否断电，而是在断电时，因驱动电路无法通电，直接导致开关管的截止，X电容迅速放电，整个电路结构大大简化，从而进一步缩减了成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本申请实施例的X电容放电电路原理图。

图2是本申请另一实施例的X电容放电电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

X电容放电电路实施例：

本实施例提供了一种用于开关电源中的X电容放电电路，X电容属于安规电容，主要用于在电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全。

如图1所示，C1即为X电容，该X电容C1连接在开关电源中的交流输入端，接在火线L和零线N之间，X电容C1主要是为了衰减差模噪音。从图1可以看出，下方的插头XP通过电源线可以接入交流AC220电源，从而为电器件供电，开关电源的供电输出端接电器件，例如个人电脑。

当开关电源输入端的交流电源断开时，X电容上会残留一定的电压，如果人碰触到开关电源的输入电极，X电容上的残留电压会有电击伤人的可能性。因此，在安规标准中规定，当开关电源从输入电源断开后，X电容上的电压必须在规定时间内(一般为1秒或以下)释放到安全电压以下，因此，需要设置X电容快速放电电路。

本申请提供的X电容放电电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2，以及用于驱动Q1导通和截止的驱动电路。第一开关管Q1和第二开关管Q2均具有控制端口和两个开关端口，驱动电路的输入端连接在开关电源的供电输出端，驱动电路的输出端连接在第一开关管的控制端，驱动电路可以通过为第一开关管Q1的控制端口施加电压，以驱动第一开关管Q1导通。

第一开关管导通时作为输入的第一开关端口连接供电电源的正极V0，第一开关管Q1导通时作为输出端的开关端口均接地，供电电源可以为第一开关管所在的支路供电。

第二开关管的控制端口连接供电电源的正极V0，第二开关管Q2导通时作为输入的第一开关端口连接X电容，第二开关管Q2导通时作为输出的第二开关端口接地。通过供电电源可驱动第二开关管的导通、截止，X电容经过第二开关管Q2放电。

当开关电源接通时，开关电源的供电端向驱动电路施加电压，驱动电路接通，并向第二开关管的控制端施加电压，使第一开关管导通，而第二开关管的控制端由于没有施加电压，因此第二开关管处于截止状态，X电容正常工作。当开关电源断电时，其供电端无法向驱动电路施加电压，驱动电路断开，从而导致第一开关管截止，而第二开关管导通。X电容可通过第二开关管所在的支路放电。

实施例一：

本实施例一以N沟道增强型MOS管为例，对本申请的具体实施方式进行说明如下：

如图1，虚线框1中的电路为X电容放电电路，虚线框2中的电路为驱动电路，虚线框3为整流电路，虚线框4为Y电容。

本实施例中，第一开关管Q1和第二开关管Q2均为N沟道增强型MOS管，N沟道增强型MOS管在Ug>Us时，即栅极电压大于源极电压时导通。

本实施例中，X电容的两端经由第一二极管D1、第二二极管D2以及串联连接的电阻R1、R2连接到第二开关管Q2的漏极D，其中，第一二极管D1和第二二极管D2的阳极分别连接到X电容的两端，且第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2阴极相连点串接有两个电阻R1、R2。X电容经过第一二极管D1、第二二极管D2，以及电阻R1、R2进行放电过程。

第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连点通过串联电阻R1、R2与第二开关管Q2的漏极D相连，第二开关管Q2的栅极G与第一开关管Q1的漏极D相连，第一开关管Q1和第二开关管Q2的源极S均接地，第一开关管Q1的漏极D以及第二开关管Q2的栅极G经串联电阻R5接供电电源V0。驱动电路驱动连接第一开关管Q1的栅极G。

开关电源的供电输出端包括一个变压器，通过变压器为电器件供电。当开关电源的输入端接入交流电源通电时，开关电源电路接通，变压器端输出交流电压，当输入端断电时，开关电源电路断开，变压器端无电压输出。

驱动电路连接在变压器二次侧，包括Y电容以及串联连接的整流用第三二极管D3，Y电容跨接在AC-DC转换器输出端的变压器的高压地和低压地之间，第三二极管D3的阳极连接Y电容的一端，第三二极管D3的阴极连接第一开关管Q1的控制端，在该第三二极管D3的阴极端子与变压器低压地的接地点之间连接有滤波用电容器C4，对变压器输出的交流电压进行滤波，从而输出整流滤波后的直流电压，该直流电压被施加在第一开关管Q1的控制端，可以驱动第一开关管Q1导通。

为了满足较高的耐压要求，本实施例设置了两个Y电容串联，即第一Y电容C2和第二Y电容C3串联，第三二极管D3的阳极连接在第一Y电容C2和第二Y电容C3的串联点。

开关电源交流输入端接入交流电源时，变压器侧输出电压，Y电容提供由变压器两个接地点发出的交流电，并经过第三二极管D3整流后，变成直流电施加在第一开关管Q1的栅极G，驱动第一开关管Q1导通，第一开关管Q1导通后，V0直接通过电阻R5到Q1接地，而不会经过Q2，Q2因为控制端没有施加电压，因此Q2截止，因为V0有自己的回路，因此，不影响X电容正常工作。

开关电源与交流电源断开时，开关电源电路断开，变压器侧不再输出电压，Y电容连接的变压器接地点不提供交流电，驱动电路断开，无法向Q1提供驱动电压，从而使Q1截止，而V0因为有存储电压，因此会施加到Q2的控制端，驱动Q2导通，X电容存放的电压会使第一二极管D1、第二二极管D2导通，X电容通过Q2放电，并可在V0变为0之前放电完毕，即可以约在600～700ms前完成放电，符合安规要求的1000ms以內。

这里只是采用N沟道增强型MOS管对本发明的具体实施进行说明，并不能作为对本发明保护范围的限定，在其他实施例中，也可以选用P沟道MOS管，只要能实现相应的功能即可。

实施例二：

本实施例二中，第一开关管和第二开关管采用NPN型三极管，第一开关管可构造为第一NPN型三极管T1，第二开关管可构造为第二NPN型三极管T2。X电容放电电路1采用如图2所示的电路。

本实施例中，驱动电路2的输出端连接第一NPN型三极管T1的基级，第一NPN型三极管T1的发射极接地，且第一NPN型三极管T1的集电极接供电电源的正极V0。第二NPN型三极管T2的基级连接供电电源的正极V0，第二NPN型三极管T2的发射极接地，第二NPN型三极管T2的集电极接X电容。

当开关电源通电时，驱动电路2接通，会有一个电压输出，第一NPN型三极管T1的基级相当于接入高电平，第一NPN型三极管T1导通，第一NPN型三极管T1导通之后，V0通过第一NPN型三极管T1放电；当开关电源断电后，驱动电路断开，第一NPN型三极管T1的基级接入低电平，从而导致第一NPN型三极管T1截止；而V0由于还存储有电压，会使得第二NPN型三极管T2的基级接入高电平，使第二NPN型三极管T2导通，X电容即通过第一二极管、第二二极管，及其串联的电阻和第二NPN型三极管T2组成的放电回路进行放电。

实施例三：

在实施例二的基础上，驱动电路可以采用单片机，单片机通过变压器供电，单片机的信号输出端接第一NPN型三极管T1的基级，当变压器供电时，单片机输出高电平，第一NPN型三极管T1接通，当变压器断电时，单片机输出低电平，第一NPN型三极管T1截止。

该实施例中，关于C电容的具体放电过程与上述实施例2和实施例1相同，在此不再赘述。

以上实施例列出的实施方式，只是对本申请实施方案的进一步说明，并不能作为对本申请保护范围的限制，本领域技术人员可以在本申请思想的基础上，采用任何开关管和驱动电路的实施例，只要能实现本发明的实施方式即可。

开关电源实施例：

本实施例的开关电源包括连接在交流输入端的X电容C1以及用于对X电容进行放电的放电电路，X电容C1接在火线和零线之间，主要是为了衰减差模噪音。

X电容C1的两端通过共模电感L2接在开关电源的交流输入端，且X电容C1的两端通过共模电感L3连接一个二极管桥式整流电路，二极管桥式整流电路的直流输出端连接一个Bulk电容C5，且Bulk电容C5的一端经L1和C6组成的LC滤波电路输出后，接变压器，另一端接地。

开关电源的交流输入端连接有压敏电阻R，通过设置压敏电阻R，可以在输入电压过大时进行电压钳位，当过电压出现在压敏电阻R的两极间，压敏电阻R可以把电压钳位到一个相对固定的电压值，从而抑制电路中的异常过电压，保护电器件免受过电压的损害。

交流电源的输入端的交流电经二极管桥式整流电路后，输出一个脉动直流电，并经过Bulk电容C5和LC滤波电路后输入变压器的一次侧，由变压器输出供电电压。Bulk电容C5用于在电源供电负载瞬时需要大电流时，可以为电路提供足够的电流，以保证电源供电电压的稳定。

本实施例中，X电容C1的两端并联有安全电阻R3、R4，且安全电阻R3、R4串联，并联安全电阻主要是用于防止电源线拔插时，由于X电容C1的充放电过程而致电源线插头长时间带电。

当输入端接入交流电源通电时，开关电源电路接通，变压器端输出电压，为电器件供电，例如个人电脑等，当输入端断电时，开关电源电路断开，变压器侧无电压输出，个人电脑断电。

放电电路的具体结构以及工作过程与上述放电电路实施例相同。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种开关电源的X电容放电电路，所述X电容用于连接在开关电源的交流输入端，其特征在于：

所述放电电路包括供电电源、第一开关管、第二开关管和驱动电路，所述第一开关管和所述第二开关管均具有控制端口、第一开关端口和第二开关端口；

所述驱动电路的输入端连接在开关电源的供电输出端，所述驱动电路的输出端与所述第一开关管的控制端口相连；

所述第二开关管的控制端口接所述供电电源的正极，所述第二开关管的第一开关端口接X电容，所述第二开关管的第二开关端口接地；

所述第一开关管的第一开关端口接所述供电电源的正极，所述第一开关管的第二开关端口接地；

其中，所述第一开关管的第一开关端口用于在所述第一开关管导通时，作为所述第一开关管的输入端口；所述第二开关管的第一开关端口用于在所述第二开关管导通时，作为所述第二开关管的输入端口；所述第一开关管的第二开关端口用于在所述第一开关管导通时，作为所述第一开关管的输出端口；所述第二开关管的第二开关端口用于在所述第二开关管导通时，作为所述第二开关管的输出端口；所述第一开关管和所述第二开关管的控制端口用于接收施加的控制信号，以控制所述第一开关管或所述第二开关管导通或截止。

2.根据权利要求1所述的X电容放电电路，其特征在于，当开关电源接入交流电通电时，所述驱动电路工作，并输出电压信号施加到所述第一开关管的控制端口，所述第一开关管导通，所述供电电源直接通过所述第一开关管所在的支路接地，所述第二开关管的控制端口没有电压信号接入，所述第二开关管截止，X电容正常工作；

当开关电源断电时，所述驱动电路断电，所述第一开关管的控制端口没有施加电压信号，所述第一开关管截止，所述供电电源将开关电源导通时储存的电压施加到所述第二开关管的控制端口，所述第二开关管导通，X电容经所述第二开关管所在的支路放电。

3.根据权利要求1所述的X电容放电电路，其特征在于，所述放电电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极分别连接到X电容的两端，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连，所述第一二极管和所述第二二极管的阴极相连点通过串联电阻接所述第二开关管的第一开关端口。

4.根据权利要求2所述的X电容放电电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为N沟道增强型MOS管，所述第一二极管和所述第二二极管的阴极相连点与所述第二开关管的漏极相连，所述第二开关管的栅极与所述第一开关管的漏极相连，所述第一开关管和所述第二开关管的源极均接地，所述第二开关管与所述第一开关管的相连点接所述供电电源。

5.根据利要求1所述的X电容放电电路，其特征在于，所述驱动电路包括Y电容以及整流电路，所述Y电容跨接在变压器的初级地和次级地之间，所述整流电路的交流输入端连接所述Y电容的一端，所述整流电路的直流输出端连接所述第一开关管的控制端口。

6.根据权利要求5述的X电容放电电路，其特征在于，所述Y电容包括串联连接的第一Y电容和第二Y电容，所述整流电路的交流输入端连接在所述第一Y电容和所述第二Y电容的串联点。

7.根据权利要求6所述的X电容放电电路，其特征在于，所述整流电路的直流输出端连接有电容滤波电路。

8.根据权利要求7所述的X电容放电电路，其特征在于，所述整流电路为二极管整流电路，所述二极管整流电路包括第三二极管，所述第三二极管的阳极连接在所述第一Y电容和所述第二Y电容的串联点，所述第三二极管的阴极连接电容滤波电路。

9.一种开关电源，所述开关电源包括X电容及其放电电路，所述X电容连接在所述开关电源的交流输入端，其特征在于，所述X电容放电电路为如权利要求1-8任一项所述的X电容放电电路。

10.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，所述X电容通过共模电感连接在所述开关电源的交流输入端。