CN111277130A - 集过零检测及x电容泄放为一体的高压启动电路及方法 - Google Patents

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CN111277130A CN202010200763.6A CN202010200763A CN111277130A CN 111277130 A CN111277130 A CN 111277130A CN 202010200763 A CN202010200763 A CN 202010200763A CN 111277130 A CN111277130 A CN 111277130A
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吴冬梅
王福龙
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Abstract

本申请涉及一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路及方法，可集成在反激式开关电源芯片内，包括：高压启动模块，用以上电时给反激式开关电源芯片供电，使其快速启动，并在其正常工作后停止供电；交流检测模块，与高压启动模块连接，用以检测交流电过零点且检测交流电是否断开；若检测到交流电断开，则输出T0控制信号以使得高压启动模块再次启动并对X电容进行电能泄放动作，以给反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电；VCC钳位模块，用以使得反激式开关电源芯片的工作电压VCC电压保持在参考电压值以内。本申请的高压启动电路可以降低开关电源芯片的启动时间且能够集过零检测及X电容泄放为一体，简化了系统应用并降低了系统成本。

Description

集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路及方法
技术领域
本发明涉及一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路及方法，属于开关电源控制技术领域。
背景技术
在开关电源领域，开关电源都会设置启动电路，以便在电源上电时启动开关电源控制芯片，驱动变压器转换电压，实现开关电源的正常工作。开关电源控制芯片的供电一般来自辅助绕组，但在电源刚启动时，副边输出未建立，辅助绕组电压较低，无法给开关电源控制芯片供电。所以电源上电瞬间，开关电源控制芯片从输入端取电，常用方法是通过大电阻(通常为兆欧量级)接到电源输入电压VIN和启动电容C4之间，来提供一个电流对电容C4充电，以完成开关电源控制芯片的启动。此方法可以满足启动要求，但同时也存在一些问题：1、充电的电流较小，2、开关电源控制芯片启动时间较长，3、开关电源芯片正常工作后，启动电阻上仍有电流，造成不必要的功耗浪费。
在家电及电器控制领域，通常会为了降低继电器的切换应力延长继电器的寿命，采用仅在交流电的过零点对继电器进行开关动作，因此检测交流电的过零点也是设计人员考虑的功能之一。常常还需要使用X电容来降低系统对电网和电网对系统的干扰，但在系统断电后，X电容上会存在电压的残留，残留电压会超过安全电压，导致人触碰到电源插头时可能产生电击危险，为了避免危险的电压残留，常常在X电容的两端并联放电电阻，但是会产生很大的功率消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压启动电路及方法，其可以降低开关电源芯片的启动时间且能够集过零检测及X电容泄放为一体，简化了系统应用并降低了系统成本。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，可集成在反激式开关电源芯片内，所述高压启动电路包括：
高压启动模块，用以上电时给所述反激式开关电源芯片供电，使得反激式开关电源快速启动，并在所述反激式开关电源芯片正常工作后停止供电；
交流检测模块，与所述高压启动模块连接，用以检测交流电过零点且检测交流电是否断开；若检测到交流电断开，则输出控制信号T0以使得所述高压启动模块再次启动并对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电；
VCC钳位模块，用以使得所述反激式开关电源芯片的工作电压VCC电压保持在参考电压值以内。
进一步地，所述高压启动模块包括逻辑或门、第一开关及第一二极管，所述逻辑或门的第一输入端接入所述交流检测模块，所述逻辑或门的第二输入端接入使能信号，所述逻辑或门的输出端与所述第一开关连接，所述第一开关的一端接入整流后的交流电信号，所述第一开关的另一端与所述第一二极管的一端连接，所述第一二极管的另一端与所述反激式开关电源芯片的VCC脚连接。
进一步地，所述交流检测模块包括第一比较器、第一电阻、第二电阻及延时电路，所述第一电阻的一端接入整流后的交流电信号，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第一比较器的反向输入端接入所述第一电阻及第二电阻的连接端，所述第一比较器的正向输入端接入第一参考电压，所述第一比较器的输出端与所述延时电路连接，所述延时电路接入检测到的交流电过零检测信号S_AC并输出对应脉冲。
进一步地，所述交流检测模块还包括与所述高压启动模块连接的计时电路，所述第一比较器输出过零检测信号S_AC以控制所述计时电路；当过零检测信号S_AC为高电平时，所述计时电路复位。
进一步地，所述VCC钳位模块包括第二比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第二开关，所述第三电阻的一端与所述高压启动模块连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第五电阻的一端与所述第三电阻的一端、所述高压启动模块连接，所述第五电阻的另一端与所述第二开关连接，所述第二开关的另一端接地，所述第二比较器的正向输入端接入所述第三电阻及第四电阻的连接端，所述第二比较器的反向输入端接入第二参考电压，所述第二比较器的输出端与所述第二开关连接。
本发明还提供了一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动方法，采用如上所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，所述方法包括如下步骤：
电源上电时，高压启动模块启动以给所述反激式开关电源芯片供电，使得反激式开关电源快速启动，并在所述反激式开关电源芯片正常工作后停止供电；其中，VCC钳位模块使得工作后的所述反激式开关电源芯片的的工作电压VCC保持在参考电压值以内；
所述交流检测模块检测交流电过零点且检测交流电是否断开；若检测到交流电断开，则输出T0控制信号以使得所述高压启动模块再次启动并对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电。
进一步地，所述交流检测模块包括第一比较器及与第一比较器连接的延时电路，所述“所述交流检测模块检测交流电过零点”具体为：
所述第一比较器的正向输入端接入第一参考电压，第一比较器的反向输入端接入整流后的交流电的分压电压，当所述分压电压小于所述第一参考电压时，所述第一比较器输出端向所述延时电路输出高电平的过零检测信号S_AC信号，并经过所述延时电路获取交流电的过零脉冲输出信号。
进一步地，所述交流检测模块还包括计时电路，所述计时电路内预设计时时长，所述计时时长不小于1个电网信号周期，所述“检测交流电是否断开”具体为：
所述第一比较器的输出端同时向所述计时电路输出高电平S_AC信号以使得所述计时电路复位，所述计时电路复位后重新计时，当计时时长大于预设最大时长时，则判定交流电已断开。
进一步地，所述高压启动模块包括逻辑或门、第一开关及第一二极管，所述“高压启动模块对X电容进行电能泄放动作”具体为：
当计时电路检测到交流电断开时，计时电路会向高压启动模块发送T0控制信号至所述逻辑或门，所述T0控制信号为高电平，使得所述逻辑或门输出高电平信号继而使得第一开关闭合，所述高压启动模块再次开启继而对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电。
进一步地，所述VCC钳位模块包括第二比较器及第二开关，所述“VCC钳位模块使得正常工作后的所述反激式开关电源芯片的VCC电压保持在参考电压值以内”具体为：
所述第二比较器的正向输入端接入所述反激式开关电源芯片的VCC脚的分压电压，所述第二比较器的反向输入端接入第二参考电压，当所述VCC脚的分压电压大于第二参考电压时使得第二比较器输出高电平信号以控制第二开关闭合，所述VCC脚通过第五电阻向地放电以使得VCC电压钳位。
本发明的有益效果在于：通过设置有高压启动模块，降低了开关电源芯片的启动时间并且在电源芯片正常工作后，高压启动模块停止工作以降低电源芯片的功耗；设置有交流检测模块检测交流电过零脉冲输出信号且检测交流电是否断开；若检测到交流电断开，则输出T0控制信号以使得所述高压启动模块对X电容进行电能泄放动作，快捷方便且避免应用电气断电瞬间因为触碰造成触电的危险状况的发生；本发明的高压启动电路可集成在开关电源芯片内，电路结构简单，集成度高，降低了生产制造成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的高压启动电路的应用系统图。
图2为本发明的高压启动电路的电路示意图。
图3为本发明的交流检测模块的波形图。
图4为本发明的VCC钳位模块的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1，本发明的一较佳实施例中的一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路可应用于反激式开关电源中，图1为反激式开关电源的应用系统图，其为常规应用结构，在此不做赘述。其中，集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路可集成在反激式开关电源芯片内，且该反激式开关电源接入交流电的一端具有X电容。
请参见图2，具体的，所述高压启动电路包括：
高压启动模块，用以上电时给所述反激式开关电源芯片供电，使得反激式开关电源快速启动，并在所述反激式开关电源芯片正常工作后停止供电。其中，所述反激式开关电源芯片正常工作时的工作电压由辅助线圈提供。
交流检测模块，与所述高压启动模块连接，用以检测交流电过零点，并输出过零脉冲输出信号ZERO。其中，过零脉冲输出信号ZERO的宽度由延时电路决定，ZERO过零信号连接光耦用于需要过零信号作用的器件上。所述交流检测模块还可检测交流电是否断开。若检测到交流电断开，则输出控制信号T0以使得所述高压启动模块再次启动并对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电；
VCC钳位模块，用以使得所述反激式开关电源芯片的工作电压VCC电压保持在参考电压值以内。其中，参考电压值由系统应用决定，根据实际情况而定，在此不做具体限定。
其中，所述高压启动模块包括逻辑或门、第一开关K1及第一二极管D1，所述逻辑或门的第一输入端接入所述交流检测模块，所述逻辑或门的第二输入端接入使能信号EN，所述逻辑或门的输出端与所述第一开关K1连接，所述第一开关K1的一端接入整流后的交流电信号HV，所述第一开关K1的另一端与所述第一二极管D1的一端连接，所述第一二极管D1的另一端与所述反激式开关电源芯片的VCC脚连接。
所述交流检测模块包括第一比较器、第一电阻R1、第二电阻R2及延时电路，所述第一电阻R1的一端接入整流后的交流电信号HV，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地，所述第一比较器的反向输入端接入所述第一电阻R1及第二电阻R2的连接端，所述第一比较器的正向输入端接入第一参考电压VREF1，所述第一比较器的输出端与所述延时电路连接，所述延时电路接入检测到的交流电的过零检测信号S_AC并输出对应的过零脉冲输出信号ZERO，呈上述，过零脉冲输出信号ZERO的宽度由延时电路决定。所述交流检测模块还包括与所述高压启动模块连接的计时电路，所述第一比较器输出过零检测信号S_AC以控制所述计时电路。当过零检测信号S_AC信号为高电平时，所述计时电路复位。
所述VCC钳位模块包括第二比较器、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第二开关K2，所述第三电阻R3的一端与所述高压启动模块连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第五电阻R5的一端与所述第三电阻R3的一端、所述高压启动模块连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第二开关K2连接，所述第二开关K2的另一端接地，所述第二比较器的正向输入端接入所述第三电阻R3及第四电阻R4的连接端，所述第二比较器的反向输入端接入第二参考电压VREF2，所述第二比较器的输出端与所述第二开关K2连接。
本发明还提供了一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动方法，采用如上所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，所述方法包括如下步骤：
电源上电时，高压启动模块启动以给所述反激式开关电源芯片供电，使得所述反激式开关电源芯片快速启动；呈上述，所述逻辑或门的第二输入端接入使能信号EN。在高压启动模块工作时，使能信号EN输出高电平，以使得第一开关K1闭合，高压启动电路通过其HV脚对开关电源芯片的储能电容充电。其中，所述高压启动模块在反激式开关电源芯片正常工作后，使能信号EN输出低电平，以控制第一开关K1断开，高压启动模块停止供电，此时，所述反激式开关电源芯片的工作电压由辅助线圈提供，VCC钳位模块使得反激式开关电源芯片的工作电压VCC保持在参考电压值以内。具体的，所述第二比较器的正向输入端接入VCC的分压电压VB，所述第二比较器的反向输入端接入第二参考电压VREF2，当VCC的分压电压大于第二参考电压时使得第二比较器输出高电平信号以控制第二开关K2闭合，VCC脚的外接电容通过第五电阻R5向地放电，以使得VCC电压钳位。
所述交流检测模块检测交流电过零点且检测交流电是否断开。具体的，所述第一比较器的正向输入端接入第一参考电压VREF1，第一比较器的反向输入端接入整流后的交流电的分压电压，当分压电压小于第一参考电压VREF1时，所述第一比较器的输出端向所述延时电路输出高电平S_AC信号，并经过所述延时电路获取交流电的过零脉冲输出信号ZERO。所述第一比较器的输出端同时向所述计时电路输出高电平S_AC信号以使得所述计时电路复位，所述计时电路复位后重新计时，当计时时长大于预设计时时长时，则判定交流电已断开。其中，预设的计时时长不小于1个电网信号周期。在本实施例中，1个电网信号周期为市电信号周期，为20ms。诚然，在其他实施例中，该1个电网信号周期也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。若检测到交流电断开，则计时电路输出控制信号T0。当控制信号T0为高电平时，逻辑或门输出高电平DRV2信号，以控制第一开关K1闭合，进而使得所述高压启动模块再次开启，对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电。
下面结合波形对上述过程进行描述，请参见图3，其中，VIN为交流电，HV为半波整流后的交流电，VA为分压后的HV电压，ZERO为过零脉冲输出信号，TO为计时电路输出的控制信号。当交流电正常接通时，则可通过第一比较器得到交流电过零信号，并通过延时电路得到过零脉冲输出信号ZERO。当交流电断开时，计时电路因接收不到复位信号，则会不停计时直至计时时长大于最大设定时长Tmax，并输出T0高电平信号，继而控制第一开关K1闭合，通过高压启动模块对X电容进行放电。
VCC钳位模块则通过第三电阻R3、第四电阻R4对VCC电压分压，当分压电压VB大于第二参考电压VREF2，则第二比较器的输出端输出高电平信号，从而控制第二开关K2闭合，VCC外接电容通过第五电阻R5向地放电，以使得VCC电压钳位。
如图4所示，VCC为外接电容上的电压，VB为第三电阻R3、第四电阻R4对VCC电压的分压，DRV3为第二比较器的输出。当VB电压＞Vref2，DRV3输出高电平信号。
综上所述：通过设置有高压启动模块，降低了开关电源芯片的启动时间并且在电源芯片正常工作后，高压启动模块停止工作以降低电源芯片的功耗；设置有交流检测模块检测交流电过零脉冲输出信号且检测交流电是否断开；若检测到交流电断开，则输出T0控制信号以使得所述高压启动模块对X电容进行电能泄放动作，快捷方便且避免应用电气断电瞬间因为触碰造成触电的危险状况的发生；本发明的高压启动电路可集成在开关电源芯片内，电路结构简单，集成度高，降低了生产制造成本。
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)

1.一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，其特征在于，可集成在反激式开关电源芯片内，所述高压启动电路包括：
高压启动模块，用以上电时给所述反激式开关电源芯片供电，使得反激式开关电源快速启动，并在所述反激式开关电源芯片正常工作后停止供电；
交流检测模块，与所述高压启动模块连接，用以检测交流电过零点且检测交流电是否断开；若检测到交流电断开，则输出T0控制信号以使得所述高压启动模块再次启动并对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电；
VCC钳位模块，用以使得所述反激式开关电源芯片的工作电压VCC电压保持在参考电压值以内。
2.如权利要求1所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，其特征在于，所述高压启动模块包括逻辑或门、第一开关及第一二极管，所述逻辑或门的第一输入端接入所述交流检测模块，所述逻辑或门的第二输入端接入使能信号，所述逻辑或门的输出端与所述第一开关连接，所述第一开关的一端接入整流后的交流电信号，所述第一开关的另一端与所述第一二极管的一端连接，所述第一二极管的另一端与所述反激式开关电源芯片的VCC脚连接。
3.如权利要求1所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，其特征在于，所述交流检测模块包括第一比较器、第一电阻、第二电阻及延时电路，所述第一电阻的一端接入整流后的交流电信号，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第一比较器的反向输入端接入所述第一电阻及第二电阻的连接端，所述第一比较器的正向输入端接入第一参考电压，所述第一比较器的输出端与所述延时电路连接，所述延时电路接入检测到的交流电过零检测信号S_AC并输出对应脉冲。
4.如权利要求3所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，其特征在于，所述交流检测模块还包括与所述高压启动模块连接的计时电路，所述第一比较器输出过零检测信号S_AC以控制所述计时电路；当过零检测信号S_AC为高电平时，所述计时电路复位。
5.如权利要求1所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，其特征在于，所述VCC钳位模块包括第二比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第二开关，所述第三电阻的一端与所述高压启动模块连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第五电阻的一端与所述第三电阻的一端、所述高压启动模块连接，所述第五电阻的另一端与所述第二开关连接，所述第二开关的另一端接地，所述第二比较器的正向输入端接入所述第三电阻及第四电阻的连接端，所述第二比较器的反向输入端接入第二参考电压，所述第二比较器的输出端与所述第二开关连接。
6.一种集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动电路，所述方法包括如下步骤：
电源上电时，高压启动模块启动以给所述反激式开关电源芯片供电，使得反激式开关电源快速启动，并在所述反激式开关电源芯片正常工作后停止供电；其中，VCC钳位模块使得工作后的所述反激式开关电源芯片的的工作电压VCC保持在参考电压值以内；
所述交流检测模块检测交流电过零点且检测交流电是否断开；若检测到交流电断开，则输出T0控制信号以使得所述高压启动模块再次启动并对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电。
7.如权利要求6所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动方法，其特征在于，所述交流检测模块包括第一比较器及与第一比较器连接的延时电路，所述“所述交流检测模块检测交流电过零点”具体为：
所述第一比较器的正向输入端接入第一参考电压，第一比较器的反向输入端接入整流后的交流电的分压电压，当所述分压电压小于所述第一参考电压时，所述第一比较器输出端向所述延时电路输出高电平的过零检测信号S_AC信号，并经过所述延时电路获取交流电的过零脉冲输出信号。
8.如权利要求7所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动方法，其特征在于，所述交流检测模块还包括计时电路，所述计时电路内预设计时时长，所述计时时长不小于1个电网信号周期，所述“检测交流电是否断开”具体为：
所述第一比较器的输出端同时向所述计时电路输出高电平S_AC信号以使得所述计时电路复位，所述计时电路复位后重新计时，当计时时长大于预设最大时长时，则判定交流电已断开。
9.如权利要求8所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动方法，其特征在于，所述高压启动模块包括逻辑或门、第一开关及第一二极管，所述“高压启动模块对X电容进行电能泄放动作”具体为：
当计时电路检测到交流电断开时，计时电路会向高压启动模块发送T0控制信号至所述逻辑或门，所述T0控制信号为高电平，使得所述逻辑或门输出高电平信号继而使得第一开关闭合，所述高压启动模块再次开启继而对X电容进行电能泄放动作，以给所述反激式开关电源芯片的VCC脚的储能电容充电。
10.如权利要求6所述的集过零检测及X电容泄放为一体的高压启动方法，其特征在于，所述VCC钳位模块包括第二比较器及第二开关，所述“VCC钳位模块使得正常工作后的所述反激式开关电源芯片的VCC电压保持在参考电压值以内”具体为：
所述第二比较器的正向输入端接入所述反激式开关电源芯片的VCC脚的分压电压，所述第二比较器的反向输入端接入第二参考电压，当所述VCC脚的分压电压大于第二参考电压时使得第二比较器输出高电平信号以控制第二开关闭合，所述VCC脚通过第五电阻向地放电以使得VCC电压钳位。
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