CN112462131B - 一种市电过零检测电路及应用该电路的非隔离式电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种市电过零检测电路及应用该电路的非隔离式电源系统，所述的市电过零检测电路包括开关控制电路、高耐压开关管组件以及稳压二极管；所述开关控制电路用于生成驱动信号、以控制所述高耐压开关管组件传输电流的大小，所述高耐压开关管组件用于接收驱动信号、以响应并调整其传输电流的大小，所述稳压二极管用于产生检测市电过零信号的输出电压。本发明所提出的市电过零检测电路整体结构简洁直观，可以更稳定地对市电电压进行实时跟踪检测；而且其封装形式多样，所使用的元器件普通易得且能够直接被集成在控制芯片内部，设置成本低、十分适合企业的大规模的推广。

Description

一种市电过零检测电路及应用该电路的非隔离式电源系统

技术领域

本发明涉及一种检测电路，具体而言，涉及一种市电过零检测电路及应用该电路的非隔离式电源系统，属于功率半导体技术领域。

背景技术

现如今，随着电子电力技术的不断发展、工业制造水平的不断提高，各类家用电器的功能日益丰富、操作更加智能，相应的，这些家用电器内部的硬件结构变得越来越复杂。而在这些家用电器的应用场景中，往往需要对工频供电电压进行检测、用来计时或实现硬件保护，此时，开关电源技术就开始凸显出其使用价值。

以目前家用电器中所应用的市电过零检测电路为例，在这类电路的实际应用过程中，为了提高电路整体的抗干扰水平，需要采用隔离系统将强电和弱电进行隔离。这样一来，就要求设计一个隔离式的市电过零检测电路， 而为了实现隔离式市电过零检测的功能，那么只能通过在电路上外加光耦的方式来实现，最终所获得的隔离式的市电过零检测电路大多包含限流电阻、光耦和输出等几个部分。尽管上述方案能够实现一定的隔离式市电过零检测的功能，但是此方案系统内元器件较多、方案成本高、可靠性低，且过零检测部分的功耗较高。

正因基于现有技术中存在着上述不足，因此，如何在现有技术的基础上提供一种全新的、更适合在非隔离式电源系统中使用的市电过零检测电路，以克服上述问题，也就成为了目前行业内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种市电过零检测电路及应用该电路的非隔离式电源系统，具体如下。

一种市电过零检测电路，整体设置有一个电路输出端以及两个电路输入输出端，两个所述电路输入输出端分别为第一电路输入输出端以及第二电路输入输出端，包括相互间电性连接的开关控制电路、高耐压开关管组件以及稳压二极管；

所述开关控制电路用于控制所述高耐压开关管组件传输的电流的大小，所述稳压二极管用于产生检测市电过零信号的输出电压；

所述高耐压开关管组件包括第一高耐压开关管以及第二高耐压开关管、二者分别与所述开关控制电路电性连接，所述第一高耐压开关管还电性连接有所述电路输出端及所述稳压二极管，所述第二高耐压开关管还电性连接有所述第二电路输入输出端，所述稳压二极管还电性连接有所述第一电路输入输出端。

优选地，所述开关控制电路上设置有输出控制信号脚G1、输出控制信号脚G2、输入输出脚S1以及输入输出脚S2；

所述输出控制信号脚G1耦合连接至所述第一高耐压开关管的栅极，所述输出控制信号脚G2耦合连接至所述第二高耐压开关管的栅极，所述输入输出脚S1耦合连接至所述第一高耐压开关管的源极，所述输入输出脚S2耦合连接至所述第二高耐压开关管的源极。

优选地，所述第一高耐压开关管的漏极分别耦合连接至所述电路输出端以及所述稳压二极管的阴极，所述第二高耐压开关管的漏极耦合连接至所述第二电路输入输出端，所述稳压二极管的阳极耦合连接至所述第一电路输入输出端。

优选地，所述第一高耐压开关管以及所述第二高耐压开关管二者为场效应管或双极性晶体管。

优选地，所述开关控制电路的衬底通过导电介质与第一基岛电性连接，所述第一高耐压开关管的漏极通过导电介质与第二基岛电性连接，所述第二高耐压开关管的漏极通过导电介质与第三基岛电性连接，所述稳压二极管的阴极通过导电介质与第二基岛电性连接，所述稳压二极管的阳极通过导电介质与所述第一电路输入输出端电性连接，所述第二基岛通过导电介质与所述电路输出端电性连接，所述第三基岛通过导电介质与所述第二电路输入输出端电性连接。

优选地，所述开关控制电路的衬底、所述第一高耐压开关管的源极以及所述第二高耐压开关管的源极三者均通过导电介质与第一基岛电性连接，所述第一高耐压开关管的漏极通过导电介质与所述电路输出端电性连接，所述第二高耐压开关管的漏极通过导电介质与所述第二电路输入输出端电性连接，所述稳压二极管的阳极通过导电介质与第二基岛电性连接，所述稳压二极管的阴极通过导电介质与所述电路输出端电性连接，所述第二基岛与所述第一电路输入输出端直接电性连接。

优选地，所述导电介质为金属线、导电胶、导电膜中的任意一种。

一种非隔离式电源系统，包括如上所述的市电过零检测电路，还包括限流电阻；

所述限流电阻的一端连接市电电压输入，所述限流电阻的另一端与所述第二电路输入输出端电性连接；所述市电电压输入还直接连接至系统接地端，所述第一电路输入输出端连接至系统接地端。

一种非隔离式电源系统，包括如上所述的市电过零检测电路，还包括限流电阻；

所述限流电阻的一端连接市电电压输入，所述限流电阻的另一端与所述第二电路输入输出端电性连接；所述市电电压输入还与整流二极管的阴极电性连接、所述整流二极管的阳极连接系统接地端，所述第一电路输入输出端连接至系统接地端。

与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：

本发明所提出的一种市电过零检测电路，整体由开关控制电路、高耐压开关管以及稳压二极管等部分组成，电路整体结构简洁直观，可以更稳定地对市电电压进行实时跟踪检测。而且，本发明的市电过零检测电路的封装形式多样，所使用的元器件普通易得且能够直接被集成在控制芯片内部，电路整体的设置成本低，十分适合企业的大规模的推广。

将本发明的市电过零检测电路应用于非隔离式的电源系统中，可以有效地优化整个电源系统，使得系统结构变得更为精简、高效，提升系统的可靠性、降低系统失效率。

此外，本发明也为同领域内的其他相关方案提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他过零检测电路的设计方案中，具有十分广阔的应用前景。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明中市电过零检测电路的结构示意图；

图2为本发明中市电过零检测电路的工作波形示意图；

图3为本发明中市电过零检测电路的一种封装结构示意图；

图4为本发明中市电过零检测电路的另一种封装结构示意图；

图5为本发明中非隔离式电源系统的一种结构示意图；

图6为本发明中非隔离式电源系统的另一种结构示意图。

其中：100、电路输出端；101、第一电路输入输出端；102、第二电路输入输出端；200、开关控制电路；201、第一高耐压开关管；202、第二高耐压开关管；203、稳压二极管；300、输出控制信号脚G1；301、输出控制信号脚G2；302、输入输出脚S1；303、输入输出脚S2；400、第一基岛；401、第二基岛；402、第三基岛；500、限流电阻；501、芯片。

具体实施方式

本发明揭示了一种可集成在控制芯片内部，可靠性高、系统制造成本低、耗电低的市电过零检测电路及应用该电路的非隔离式电源系统，具体如下。

如图1所示，一种市电过零检测电路，整体设置有一个电路输出端100以及两个电路输入输出端，两个所述电路输入输出端分别为第一电路输入输出端101以及第二电路输入输出端102，包括相互间电性连接的开关控制电路200、高耐压开关管组件以及稳压二极管203。

所述开关控制电路200用于控制所述高耐压开关管组件传输的电流的大小，所述稳压二极管203用于产生检测市电过零信号的输出电压。

所述高耐压开关管组件包括第一高耐压开关管201以及第二高耐压开关管202、二者分别与所述开关控制电路200电性连接，所述第一高耐压开关管201还电性连接有所述电路输出端100及所述稳压二极管203，所述第二高耐压开关管202还电性连接有所述第二电路输入输出端102，所述稳压二极管203还电性连接有所述第一电路输入输出端101。

具体而言，所述开关控制电路200上设置有输出控制信号脚G1300、输出控制信号脚G2301、输入输出脚S1302以及输入输出脚S2303。

所述开关控制电路200通过所述输出控制信号脚G1300输出控制驱动信号，连接所述第一高耐压开关管201的栅极、以控制所述第一高耐压开关管201的漏极到源极电流；同时，所述开关控制电路200通过所述输出控制信号脚G2301输出控制驱动信号，连接所述第二高耐压开关管202的栅极、以控制所述第二高耐压开关管202的漏极到源极电流。

在图1的实施例中，所述输出控制信号脚G1300耦合连接至所述第一高耐压开关管201的栅极，所述输出控制信号脚G2301耦合连接至所述第二高耐压开关管202的栅极，所述输入输出脚S1302耦合连接至所述第一高耐压开关管201的源极，所述输入输出脚S2303耦合连接至所述第二高耐压开关管202的源极。

所述第一高耐压开关管201的漏极分别耦合连接至所述电路输出端100以及所述稳压二极管203的阴极，所述第二高耐压开关管202的漏极耦合连接至所述第二电路输入输出端102，所述稳压二极管203的阳极耦合连接至所述第一电路输入输出端101。

在上述连接状态下，市电电流可以由所述第一电路输入输出端101流入，从所述第二电路输入输出端102流出；市电电流也可以由所述第二电路输入输出端102流入，从所述第一电路输入输出端101流出。

需要说明的是，所述第一高耐压开关管201以及所述第二高耐压开关管202二者可以是场效应管或双极性晶体管。

图2为如图1所示的市电过零检测电路的端口工作状态波形图，如图2所示，若所述第二电路输入输出端102电压低于所述第一电路输入输出端101电压，所述电路输出端100将输出一个低值电压；若所述第二电路输入输出端102电压高于所述第一电路输入输出端101电压，则所述电路输出端100将输出一个高值电压。

图3示意出了本发明的市电过零检测电路的一种封装形式，此时所述开关控制电路200的衬底通过导电介质与第一基岛400电性连接，所述第一高耐压开关管201的漏极通过导电介质与第二基岛401电性连接，所述第二高耐压开关管202的漏极通过导电介质与第三基岛402电性连接，所述稳压二极管203的阴极通过导电介质与第二基岛401电性连接，所述稳压二极管203的阳极通过导电介质与所述第一电路输入输出端101电性连接，所述第二基岛401通过导电介质与所述电路输出端100电性连接，所述第三基岛402通过导电介质与所述第二电路输入输出端102电性连接。

图4则示意出了本发明的市电过零检测电路的另一种封装形式，此时所述开关控制电路200的衬底、所述第一高耐压开关管201的源极以及所述第二高耐压开关管202的源极三者均通过导电介质与第一基岛400电性连接，所述第一高耐压开关管201的漏极通过导电介质与所述电路输出端100电性连接，所述第二高耐压开关管202的漏极通过导电介质与所述第二电路输入输出端102电性连接，所述稳压二极管203的阳极通过导电介质与第二基岛401电性连接，所述稳压二极管203的阴极通过导电介质与所述电路输出端100电性连接，所述第二基岛401与所述第一电路输入输出端101直接电性连接。

此处需要补充的是，在此种封装形式下，所述开关控制电路200、所述第一高耐压开关管201以及所述第二高耐压开关管202三者可以为同一颗芯片。

综合考虑方案实现成本及实现效果，在本实施例中，所述导电介质可以是为金属线，所述金属线可与实际封装中设置于各端部的垫片相配合，实现耦合连接。此外，所述导电介质还可以是导电胶或导电膜，在实际的封装过程中，基岛上的管芯与基岛相连接时所使用的导电介质一般为导电胶或导电膜。

一种非隔离式电源系统，包括如上所述的市电过零检测电路，还包括限流电阻500。所述限流电阻500的一端连接市电电压输入，所述限流电阻500的另一端与所述第二电路输入输出端102电性连接。所述市电电压输入还直接连接至系统接地端，所述第一电路输入输出端101连接至系统接地端。

除上述结构外，所述非隔离式电源系统还有一种实现方式，即所述市电电压输入不直接连接至系统接地端，而是所述市电电压输入还与一个整流二极管的阴极电性连接、所述整流二极管的阳极连接系统接地端，所述第一电路输入输出端101连接至系统接地端。

另外需要补充说明的是，在所述非隔离式电源系统中，所述可电路输出端100直接输出过零检测信号。

所述非隔离式电源系统的具体实现形式如图5、图6所示，其中的芯片501均为开关电源芯片。

综上所述，本发明所提出的一种市电过零检测电路，整体由开关控制电路、高耐压开关管以及稳压二极管等部分组成，电路整体结构简洁直观，可以更稳定地对市电电压进行实时跟踪检测。而且，本发明的市电过零检测电路的封装形式多样，所使用的元器件普通易得且能够直接被集成在控制芯片内部，电路整体的设置成本低，十分适合企业的大规模的推广。

将本发明的市电过零检测电路应用于非隔离式的电源系统中，可以有效地优化整个电源系统，使得系统结构变得更为精简、高效，提升系统的可靠性、降低系统失效率。

此外，本发明也为同领域内的其他相关方案提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他过零检测电路的设计方案中，具有十分广阔的应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

最后，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种市电过零检测电路，整体设置有一个电路输出端（100）以及两个电路输入输出端，两个所述电路输入输出端分别为第一电路输入输出端（101）以及第二电路输入输出端（102），其特征在于：包括相互间电性连接的开关控制电路（200）、高耐压开关管组件以及稳压二极管（203）；

所述开关控制电路（200）用于控制所述高耐压开关管组件传输的电流的大小，所述稳压二极管（203）用于产生检测市电过零信号的输出电压；

所述高耐压开关管组件包括第一高耐压开关管（201）以及第二高耐压开关管（202）、二者分别与所述开关控制电路（200）电性连接，所述第一高耐压开关管（201）还电性连接有所述电路输出端（100）及所述稳压二极管（203），所述第二高耐压开关管（202）还电性连接有所述第二电路输入输出端（102），所述稳压二极管（203）还电性连接有所述第一电路输入输出端（101）；所述开关控制电路（200）上设置有输出控制信号脚G1（300）、输出控制信号脚G2（301）、输入输出脚S1（302）以及输入输出脚S2（303）；

所述输出控制信号脚G1（300）耦合连接至所述第一高耐压开关管（201）的栅极，所述输出控制信号脚G2（301）耦合连接至所述第二高耐压开关管（202）的栅极，所述输入输出脚S1（302）耦合连接至所述第一高耐压开关管（201）的源极，所述输入输出脚S2（303）耦合连接至所述第二高耐压开关管（202）的源极；

所述开关控制电路（200）的衬底通过导电介质与第一基岛（400）电性连接，所述第一高耐压开关管（201）的漏极通过导电介质与第二基岛（401）电性连接，所述第二高耐压开关管（202）的漏极通过导电介质与第三基岛（402）电性连接，所述稳压二极管（203）的阴极通过导电介质与第二基岛（401）电性连接，所述稳压二极管（203）的阳极通过导电介质与所述第一电路输入输出端（101）电性连接，所述第二基岛（401）通过导电介质与所述电路输出端（100）电性连接，所述第三基岛（402）通过导电介质与所述第二电路输入输出端（102）电性连接；

或者所述开关控制电路（200）的衬底、所述第一高耐压开关管（201）的源极以及所述第二高耐压开关管（202）的源极三者均通过导电介质与第一基岛（400）电性连接，所述第一高耐压开关管（201）的漏极通过导电介质与所述电路输出端（100）电性连接，所述第二高耐压开关管（202）的漏极通过导电介质与所述第二电路输入输出端（102）电性连接，所述稳压二极管（203）的阳极通过导电介质与第二基岛（401）电性连接，所述稳压二极管（203）的阴极通过导电介质与所述电路输出端（100）电性连接，所述第二基岛（401）与所述第一电路输入输出端（101）直接电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种市电过零检测电路，其特征在于：所述第一高耐压开关管（201）的漏极分别耦合连接至所述电路输出端（100）以及所述稳压二极管（203）的阴极，所述第二高耐压开关管（202）的漏极耦合连接至所述第二电路输入输出端（102），所述稳压二极管（203）的阳极耦合连接至所述第一电路输入输出端（101）。

3.根据权利要求1所述的一种市电过零检测电路，其特征在于：所述第一高耐压开关管（201）以及所述第二高耐压开关管（202）二者为场效应管或双极性晶体管。

4.根据权利要求1所述的一种市电过零检测电路，其特征在于：所述导电介质为金属线、导电胶、导电膜中的任意一种。

5.一种非隔离式电源系统，包括如权利要求1~4任一所述的一种市电过零检测电路，其特征在于：还包括限流电阻（500）；

所述限流电阻（500）的一端连接市电电压输入，所述限流电阻（500）的另一端与所述第二电路输入输出端（102）电性连接；所述市电电压输入还直接连接至系统接地端，所述第一电路输入输出端（101）连接至系统接地端。

6.一种非隔离式电源系统，包括如权利要求1~4任一所述的一种市电过零检测电路，其特征在于：还包括限流电阻（500）；

所述限流电阻（500）的一端连接市电电压输入，所述限流电阻（500）的另一端与所述第二电路输入输出端（102）电性连接；所述市电电压输入还与整流二极管的阴极电性连接、所述整流二极管的阳极连接系统接地端，所述第一电路输入输出端（101）连接至系统接地端。