CN217240588U - X电容控制与启动复用电路、开关电源控制器及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种X电容控制与启动复用电路、开关电源控制器及开关电源，属于开关电源领域，X电容控制与启动复用电路包括：超高压开关J50、高压开关M50、分压单元、压控电流器、二极管D50、参考电压器、VAC过压保护单元、VAC欠压保护单元和VAC开路控制单元，通过对启动输入端口VACin的控制，实现对电源端口VDD的恒流充电启动以及启动完毕后关闭启动电流、实现端口VDD启动完毕后禁止VDD端口电流倒灌、实现在端口VACin欠压过压时关闭开关电源、实现在开关电源的输入断开时对启动输入端口VACin放电到地，既保障了用户用电设备的安全性也提高了用户用电设备的效率。

Description

X电容控制与启动复用电路、开关电源控制器及开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，特别是涉及一种X电容控制与启动复用电路、开关电源控制器及开关电源。

背景技术

电源作为所有电子产品的供电设备，需要满足更加严格的安全标准和能效。由于传统开关电源系统采用电阻启动和X电容的电阻放电而很难满足当今严苛的待机功耗要求。采用电阻启动的传统开关电源待机功耗很难达标并且系统设计随着功率的增加变得很困难，此外当设计大功率电源时X电容一般比较大，当电源断电时为了避免电源输入端口带高压电电击到人体而通常采用一颗放电电阻来处理，带来很大功耗且放电效果很差，仍旧很容易电击到人体产生安全事故。

传统开关电源转换器如图1所述，图1描绘了一种传统电源转换系统10，其工作波形如图2所示。通过将变压器TR的次边线圈中的电压通过反馈器采样至电源转换器11的FB端口与经变压器初级侧线圈中的电流通过功率管M1、限流电阻Rcs采样至传统电源转换器11的CS端口来产生脉冲宽度变化的方波信号(Vsw)控制功率管(M1)的开启和关闭来完成变压器能量的传输。传统开关电源系统10由于是电阻启动，很难满载待机功耗的能效标准，同时其采用电阻给X电容在输入断开时放电，既增加了功耗也容易对人体造成电击的事故。所以有必要采取特殊技术控制开关电源系统既能避免上述情况发生又能满足能效标准，从而达到保护用电设备的安全性和高效性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种X电容控制与启动复用电路、开关电源控制器及开关电源，提高开关电源系统工作的效率和安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种X电容控制与启动复用电路，所述电路包括：超高压开关J50、高压开关M50、分压单元、压控电流器、二极管D50、参考电压器、VAC过压保护单元、VAC欠压保护单元和VAC开路控制单元；

超高压开关J50的第一输入端和分压单元的输入端均与所述电路的启动输入端口VACin连接，超高压开关J50的第二输入端接地，超高压开关J50的输出端分别与高压开关M50的漏极、压控电流器的输入端连接；高压开关M50的源极接地；

二极管D50的阳极与压控电流器的输出端连接，二极管D50的阴极分别与参考电压器的输入端和所述电路的电源端口VDD连接；

参考电压器的输出端分别与VAC过压保护单元的第二输入端和电压参考端、VAC欠压保护单元的第一输入端和电压参考端、VAC开路控制单元的第二输入端和电压参考端连接；

分压单元的输出端分别与VAC过压保护单元的第一输入端、VAC欠压保护单元的第二输入端和VAC开路控制单元的第一输入端连接；

所述电路的使能信号端EN分别与压控电流器的使能端、VAC过压保护单元的使能端、VAC欠压保护单元的使能端和VAC开路控制单元的使能端连接；

VAC过压保护单元的输出端作为所述电路的VAC过压保护信号端VACin_ovp；VAC欠压保护单元的输出端作为所述电路的VAC欠压保护信号端VACin_uvp；VAC开路控制单元的VAC开路控制逻辑信号输出端与高压开关M50的栅极连接。

可选的，所述分压单元包括：电阻R51和电阻R52；

电阻R51的一端与超高压开关J50的第一输入端和所述电路的启动输入端口VACin连接，电阻R51的另一端与电阻R52的一端连接，电阻R52的另一端接地；

电阻R51的另一端与电阻R52的一端之间连接的共点作为分压单元的输出端。

可选的，所述VAC过压保护单元包括：第一比较器、第一计时器和电阻R53；

第一比较器的第一输入端与分压单元的输出端连接，第一比较器的第二输入端与电阻R53的一端连接，电阻R53的另一端与参考电压器的输出端连接；第一比较器的输出端与第一计时器的输入端连接；第一比较器的第一电压输入端与参考电压器的输出端连接，第一比较器的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接；

第一计时器的电压参考端与参考电压器的输出端连接，第一计时器的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第一计时器的输出端作为所述电路的VAC过压保护信号端VACin_ovp。

可选的，所述VAC欠压保护单元包括：第二比较器、第二计时器和电阻R54；

第二比较器的第一输入端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与电阻R53的一端连接；第二比较器的第二输入端与分压单元的输出端连接；第二比较器的输出端与第二计时器的输入端连接；第二比较器的第一电压输入端与参考电压器的输出端连接，第二比较器的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接；

第二计时器的电压参考端与参考电压器的输出端连接，第二计时器的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第二计时器的输出端作为所述电路的VAC欠压保护信号端VACin_uvp。

可选的，所述VAC开路控制单元包括：第三比较器、第三计时器、电阻R55和电阻R56；

第三比较器的第一输入端与分压单元的输出端连接，第三比较器的第二输入端分别与电阻R55的一端和电阻R56的一端连接，电阻R55的另一端与电阻R54的一端连接，电阻R56的另一端接地；第三比较器的输出端与第三计时器的输入端连接；第三比较器的第一电压输入端与参考电压器的输出端连接，第三比较器的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接；

第三计时器的电压参考端与参考电压器的输出端连接，第三计时器的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第三计时器的输出端与高压开关M50的栅极连接。

可选的，所述电路还包括：电阻R50；

电阻R50的一端分别与超高压开关J50的输出端、压控电流器的输入端连接，电阻R50的另一端与高压开关M50的漏极连接。

一种开关电源控制器，所述控制器包括：上下电使能电路UVLO、脉宽调制器PWM、驱动电路DRIVER和前述的X电容控制与启动复用电路；

驱动电路DRIVER的输入端分别与X电容控制与启动复用电路的电源端口VDD、VAC过压保护信号端VACin_ovp和VAC欠压保护信号端VACin_uvp、上下电使能电路UVLO的输入端、脉宽调制器PWM的输出端连接；驱动电路DRIVER的输出端作为所述控制器的开关信号输出端；

上下电使能电路UVLO的输出端与X电容控制与启动复用电路的使能信号端EN连接；

上下电使能电路UVLO的输入端作为所述控制器的电源端口；X电容控制与启动复用电路的启动输入端口VACin作为所述控制器的启动输入端口VACin，脉宽调制器PWM的第一输入端作为所述控制器的反馈端口，脉宽调制器PWM的第二输入端作为所述控制器的电流监测端口，所述控制器的地端口接地。

一种开关电源，所述开关电源包括：变压器TR、功率开关管M1、反馈器和前述的开关电源控制器；

变压器TR的原边线圈的一端与功率管M1的漏极连接，变压器TR的原边线圈的另一端作为所述开关电源的电压输入端；变压器TR的次边线圈的一端与反馈器的一端连接；变压器TR的次边线圈的两端作为所述开关电源的直流电压输出端；

功率管M1的栅极与开关电源控制器的开关信号输出端连接，功率管M1的源极与开关电源控制器的电流监测端口连接；

反馈器的另一端与开关电源控制器的反馈端口连接。

可选的，所述开关电源还包括：电容器Cx、全波整流二极管Dx1、全波整流二极管Dx2、全波整流二极管D1和电容器C1；

电容器Cx的两端分别与输入线电压的两端连接；全波整流二极管Dx1的阳极分别与电容器Cx的一端、全波整流二极管D1的第一端连接；全波整流二极管Dx1的阴极分别与全波整流二极管Dx2的阴极、开关电源控制器的启动输入端口VACin连接；全波整流二极管Dx2的阳极分别与电容器Cx的另一端、全波整流二极管D1的第二端连接；

全波整流二极管D1的第三端与电容器C1的一端连接后接地，全波整流二极管D1的第四端分别与电容器C1的另一端、变压器TR的原边线圈的另一端连接。

可选的，所述开关电源还包括：电阻R1、二极管D2、电容器C_VDD和辅助线圈La；

电阻R1的一端分别与电容器C_VDD的一端、开关电源控制器的电源端口连接，电阻R1的另一端与二极管D2的阴极连接；电容器C_VDD的另一端接地；

辅助线圈La的一端与二极管D2的阳极连接，辅助线圈La的另一端接地。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型公开一种X电容控制与启动复用电路、开关电源控制器及开关电源，X电容控制与启动复用电路响应启动输入端口VACin和使能信号端EN分别在VAC过压保护信号端VACin_ovp产生过压保护使能信号，在VAC欠压保护信号端VACin_uvp产生欠压保护使能信号，并响应使能信号端EN和电源端口VDD在VAC过压保护信号端VACin_ovp和VAC欠压保护信号端VACin_uvp产生的保护使能信号，在系统输入VAC电压过高或者过低关闭开关电源控制器避免损毁开关电源，且二极管D50可以避免电源端口VDD的电流倒灌动作，提高开关电源系统工作的安全性；进一步在VAC端口输入断开时，启动输入端口VACin对地快速放电到零，保证X电容对人体的安全性。即，本实用新型通过对启动输入端口VACin的控制，实现对电源端口VDD的恒流充电启动以及启动完毕后关闭启动电流、实现端口VDD启动完毕后禁止VDD端口电流倒灌、实现在端口VACin欠压过压时关闭开关电源、实现在开关电源的输入断开时对启动输入端口VACin放电到地，既保障了用户用电设备的安全性也提高了用户用电设备的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统开关电源转换器的结构示意图；

图2为传统开关电源转换器的工作波形图；

图3为本实用新型提供的X电容控制与启动复用电路的结构图；

图4为本实用新型提供的开关电源的结构图；

图5为本实用新型提供的开关电源与传统开关电源在输入线电压VAC后系统的启动时序波形比对图；

图6为本实用新型提供的开关电源与传统开关电源在交流输入线电压VAC断开时X电容的电压的时序波形比对图；

图7为本实用新型的开关电源与传统开关电源在交流输入线电压VAC过压或者欠压发生时的波形比对图。

符号说明：10-传统开关电源，11-传统电源转换器，12-反馈器，20-上下电使能电路，30-脉宽调制器，40-驱动电路，50-X电容控制与启动复用电路，51-压控电流器，52-参考电压器，53-第一计时器，54-第三计时器，55-第二计时器，56-第三比较器，57-第二比较器，58-第一比较器，10A-开关电源，11A-开关电源控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种X电容控制与启动复用电路、开关电源控制器及开关电源，提高开关电源系统工作的效率和安全性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

本实用新型实施例提供一种X电容控制与启动复用电路50，如图3所示，包括：超高压开关J50、高压开关M50、分压单元、压控电流器51、二极管D50、参考电压器52、VAC过压保护单元、VAC欠压保护单元和VAC开路控制单元。

超高压开关J50的第一输入端和分压单元的输入端均与所述电路的启动输入端口VACin连接，超高压开关J50的第二输入端接地，超高压开关J50的输出端分别与高压开关M50的漏极、压控电流器51的输入端连接；高压开关M50的源极接地。二极管D50的阳极与压控电流器51的输出端连接，二极管D50的阴极分别与参考电压器52的输入端和所述电路的电源端口VDD连接。参考电压器52的输出端分别与VAC过压保护单元的第二输入端和电压参考端、VAC欠压保护单元的第一输入端和电压参考端、VAC开路控制单元的第二输入端和电压参考端连接。分压单元的输出端分别与VAC过压保护单元的第一输入端、VAC欠压保护单元的第二输入端和VAC开路控制单元的第一输入端连接。所述电路的使能信号端EN分别与压控电流器51的使能端、VAC过压保护单元的使能端、VAC欠压保护单元的使能端和VAC开路控制单元的使能端连接。VAC过压保护单元的输出端作为所述电路的VAC过压保护信号端VACin_ovp；VAC欠压保护单元的输出端作为所述电路的VAC欠压保护信号端VACin_uvp；VAC开路控制单元的VAC开路控制逻辑信号输出端与高压开关M50的栅极连接。

超高压开关J50的输入VACin为90-264VAC，其输出端为略高于V_DD的电压。压控电流器51的输入EN电压信号为逻辑“0”时，输出最大值为I_CH0的I_{CH_VDD}电流，其输入EN电压信号为逻辑“1”时，输出电流为0，压控电流器51被关闭。

X电容控制与启动复用电路50响应其使能信号端EN在启动输入端口VACin处抽取电流后对电源端口VDD进行恒流启动。X电容控制与启动复用电路50响应启动输入端口VACin和使能信号端EN在VAC过压保护信号端VACin_ovp产生保护使能信号。X电容控制与启动复用电路50响应启动输入端口VACin和使能信号端EN在VAC欠压保护信号端VACin_uvp产生保护使能信号。X电容控制与启动复用电路50响应使能信号端EN和电源端口VDD在VAC过压保护信号端VACin_ovp产生过压保护使能信号，VAC欠压保护信号端VACin_uvp产生欠压保护使能信号，在系统输入VAC电压过高或者过低时关闭开关电源控制器11A，避免损毁开关电源系统，从而达到更佳安全的作用。X电容控制与启动复用电路50响应使能信号端EN在电源端口VDD启动结束后，关闭启动输入端口VACin对电源端口VDD的充电电流，可以达到节省系统功耗的作用。X电容控制与启动复用电路50的内部器件D50可以避免X电容控制与启动复用电路50的电源端口VDD的电流倒灌动作。X电容控制与启动复用电路50对电源端口VDD的充电电流的温漂接近零。X电容控制与启动复用电路50响应启动输入端口VACin，在VAC端口输入断开时，让启动输入端口VACin对地快速放电到零，保证X电容对人体的安全性。

110kV～220kV电压等级，称为高压。330kV～500kV电压等级，称为超高压。

示例性的，所述分压单元包括：电阻R51和电阻R52。电阻R51的一端与超高压开关J50的第一输入端和所述电路的启动输入端口VACin连接，电阻R51的另一端与电阻R52的一端连接，电阻R52的另一端接地。电阻R51的另一端与电阻R52的一端之间连接的共点作为分压单元的输出端。

示例性的，VAC过压保护单元包括：第一比较器58、第一计时器53和电阻R53。第一比较器58的第一输入端与分压单元的输出端连接，第一比较器58的第二输入端与电阻R53的一端连接，电阻R53的另一端与参考电压器52的输出端连接；第一比较器58的输出端与第一计时器53的输入端连接；第一比较器58的第一电压输入端与参考电压器52的输出端连接，第一比较器58的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接。第一计时器53的电压参考端与参考电压器52的输出端连接，第一计时器53的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第一计时器53的输出端作为所述电路的VAC过压保护信号端VACin_ovp。

示例性的，所述VAC欠压保护单元包括：第二比较器57、第二计时器55和电阻R54。第二比较器57的第一输入端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与电阻R53的一端连接；第二比较器57的第二输入端与分压单元的输出端连接；第二比较器57的输出端与第二计时器55的输入端连接；第二比较器57的第一电压输入端与参考电压器52的输出端连接，第二比较器57的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接。第二计时器55的电压参考端与参考电压器52的输出端连接，第二计时器55的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第二计时器55的输出端作为所述电路的VAC欠压保护信号端VACin_uvp。

示例性的，所述VAC开路控制单元包括：第三比较器56、第三计时器54、电阻R55和电阻R56。第三比较器56的第一输入端与分压单元的输出端连接，第三比较器56的第二输入端分别与电阻R55的一端和电阻R56的一端连接，电阻R55的另一端与电阻R54的一端连接，电阻R56的另一端接地；第三比较器56的输出端与第三计时器54的输入端连接；第三比较器56的第一电压输入端与参考电压器52的输出端连接，第三比较器56的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接。第三计时器54的电压参考端与参考电压器52的输出端连接，第三计时器54的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第三计时器54的输出端与高压开关M50的栅极连接。

第一计时器53、第二计时器55和第三计时器54的输入为逻辑低时，输出为逻辑低，其输入为逻辑高持续计时达到计时时间T1、T2、T3其输出翻转为逻辑高。第一比较器58、第二比较器57、第三比较器56的输出端与正向端同相位即正向端电压高于反向端电压时输出为逻辑高，反之输出则为逻辑低。

示例性的，电路还包括：电阻R50。电阻R50的一端分别与超高压开关J50的输出端、压控电流器51的输入端连接，电阻R50的另一端与高压开关M50的漏极连接。

图3中，V_ACin：启动输入电压，VACin1：VACin的分压，I_J：J50的导通电流，I_discharge：放电电流，V_JS：J50的输出端电压，VACin_open：VAC开路的控制逻辑信号，I_{CH_VDD}：开关电源10A的充电电流，V_DD：电源端口电压，VREF：参考电压器52，TIMER1：第一计时器53，TIMER2：第二计时器55，TIMER3：第三计时器54，C1：第一比较器58，C2：第二比较器57，C3：第三比较器56，vref：参考电压器52(VREF)的输出端电压，vref1：参考电压1，vref2：参考电压2，vref3：参考电压3，ovp_en：过压保护使能信号，uvp_en：欠压保护使能信号，open_en：开路使能信号。

本实用新型的X电容控制与启动复用的电路可应用于开关电源等，通过电路中对输入端口VACin的控制，让含有本实用新型的开关电源系统工作更安全更有效率。

实施例2

一种开关电源控制器11A，如图4所示，包括：上下电使能电路UVLO20、脉宽调制器PWM30、驱动电路DRIVER40和前述的X电容控制与启动复用电路50。

驱动电路DRIVER40的输入端分别与X电容控制与启动复用电路50的电源端口VDD、VAC过压保护信号端VACin_ovp和VAC欠压保护信号端VACin_uvp、上下电使能电路UVLO20的输入端、脉宽调制器PWM30的输出端连接；驱动电路DRIVER40的输出端作为所述控制器的开关信号输出端。上下电使能电路UVLO20的输出端与X电容控制与启动复用电路50的使能信号端EN连接。上下电使能电路UVLO20的输入端作为所述控制器的电源端口；X电容控制与启动复用电路50的启动输入端口VACin作为所述控制器的启动输入端口VACin，脉宽调制器PWM30的第一输入端作为所述控制器的反馈端口，脉宽调制器PWM30的第二输入端作为所述控制器的电流监测端口，所述控制器的地端口接地。

开关电源控制器11A可以应用于变压器次级侧反馈隔离型和变压器初级侧反馈隔离型开关电源系统中。驱动电路开关电源控制器11A由X电容控制与启动复用的电路、上下电使能电路20、脉宽调制器30、驱动电路40内嵌于一集成电路中，以节省外部器件。

图4中，V_PWM：脉冲宽度比较器输出信号，Vsw：开关信号，VDD：电源端口，VACin：启动输入端口，FB：反馈端口，CS：电流监测端口，DRV：驱动输出端口，GND：地端口。

实施例3

一种开关电源10A，如图4所示，开关电源10A包括：变压器TR、功率开关管M1、反馈器12和前述的驱动电路开关电源控制器11A。

变压器TR的原边线圈的一端与功率管M1的漏极连接，变压器TR的原边线圈的另一端作为所述开关电源10A的电压输入端；变压器TR的次边线圈的一端与反馈器12的一端连接；变压器TR的次边线圈的两端作为所述开关电源10A的直流电压输出端。功率管M1的栅极与驱动电路开关电源控制器11A的开关信号输出端连接，功率管M1的源极与驱动电路开关电源控制器11A的电流监测端口连接。反馈器12的另一端与驱动电路开关电源控制器11A的反馈端口连接。

X电容控制与启动复用电路50内嵌于一驱动电路开关电源控制器11A集成电路中。

驱动电路开关电源控制器11A耦接一设于变压器TR输出端的反馈器12，以产生一开关信号V_SW，开关信号V_SW通过功率开关调节变压器TR的脉冲宽度，从而调控含有本实用新型电路的开关电源10A的能量传输；驱动电路开关电源控制器11A由X电容控制与启动复用电路50、上下电使能电路20、脉宽调制器30与驱动电路40耦接组成。

用户可通过启动输入端口VACin对包含本实用新型的开关电源10A进行恒流启动，该电源系统启动完成后可自动切断启动通路节省能耗，最大限度保障了用户用电设备的安全性和高效性；X电容控制与启动复用电路50响应启动输入端口VACin，当该端口电压过高或者过低触发保护动作关闭包含本实用新型的开关电源10A，从而保证采用本实用新型的开关电源10A的安全性；X电容控制与启动复用电路50响应启动输入端口VACin，当包含本实用新型的开关电源10A的输入VAC断开时，对启动输入端口VACin进行快速放电到地，从而保证采用本实用新型的开关电源10A对人体的电学安全性。

示例性的，开关电源10A还包括：电容器Cx、全波整流二极管Dx1、全波整流二极管Dx2、全波整流二极管D1和电容器C1。电容器Cx的两端分别与输入线电压的两端连接；全波整流二极管Dx1的阳极分别与电容器Cx的一端、全波整流二极管D1的第一端连接；全波整流二极管Dx1的阴极分别与全波整流二极管Dx2的阴极、驱动电路开关电源控制器11A的启动输入端口VACin连接；全波整流二极管Dx2的阳极分别与电容器Cx的另一端、全波整流二极管D1的第二端连接。全波整流二极管D1的第三端与电容器C1的一端连接后接地，全波整流二极管D1的第四端分别与电容器C1的另一端、变压器TR的原边线圈的另一端连接。

示例性的，开关电源10A还包括：电阻R1、二极管D2、电容器C_VDD和辅助线圈La。电阻R1的一端分别与电容器C_VDD的一端、驱动电路开关电源控制器11A的电源端口连接，电阻R1的另一端与二极管D2的阴极连接；电容器C_VDD的另一端接地。辅助线圈La的一端与二极管D2的阳极连接，辅助线圈La的另一端接地。

图4中，VAC：输入线电压，Vo：开关电源的直流输出电压，Lp：变压器TR的原边线圈，Ls：变压器TR的次边线圈，La：变压器TR的辅助线圈，辅助线圈La负责给VDD端口的电容C_VDD供电，D3：二极管，C2：电容器，Ics：变压器TR的原边线圈电流，V_FB：反馈电压，Vcs：监测电流。

参照图4，变压器TR的次边线圈的一端连接二极管D3的阳极，电容器C2的一端连接二极管D3的阴极，电容器C2的另一端连接变压器TR的次边线圈的另一端。

示例性的，开关电源10A还包括：电阻Rcs。电阻Rcs的一端与功率管M1的源极连接，电阻Rcs的另一端接地。

本实用新型能够通过对端口VACin的控制，实现对电源端口VDD的恒流充电启动以及启动完毕后关闭启动电流、实现端口VDD启动完毕后禁止VDD端口电流倒灌、实现在端口VACin欠压过压时关闭包含本实用新型的开关电源10A、实现在包含本实用新型的开关电源10A的输入断开时对端口VACin放电到地，既保障了用户用电设备的安全性也提高了用户用电设备的效率，具备较高的市场应用前景。

本实用新型的一种X电容控制与启动复用电路50的工作波形如图5、图6、图7所示，其工作原理如下：

VDD从0开始充电过程中，当VDD<VDD_ON时(VDD_ON为上电阈值)，EN为逻辑“0”，控制着压控电流器51，其输出电流为I_{CH_VDD}，对VDD端口充电启动，启动过程中的I_{CH_VDD}为超低温漂。EN为逻辑“0”，给所有比较器和计时器的输出置“0”。VACin_open为逻辑“0”，从而控制M50断开。

VDD从0开始充电上电的过程中，当VDD>VDD_ON时，EN为逻辑“1”，关闭压控电流器51，VDD端口的启动充电电流I_{CH_VDD}为0，节省了启动充电的电流功耗，此时VDD端口启动结束，整个电路进入正常工作。启动后VDD高于VDD_ON并且远高于D50的阳极电压，D50反向隔离了VDD端口，避免VDD端口对电路50反灌电流产生功率损耗以及启动失败等现象。

VTHN为高压开关的导通阈值，R51、R52是匹配的比例系数为β(0<β<1)的超大电阻，R53、R54、R55、R56是匹配的比例系数为θ1、θ2、θ3的精确电阻(0<θ3<θ2<θ1<1)，

R52＝β(R51+R52) (1)

R56＝θ3(R53+R54+R55+R56) (2)

R55+R56＝θ2(R53+R54+R55+R56) (3)

R54+R55+R56＝θ1(R53+R54+R55+R56) (4)

参考电压器52响应端口VDD产生参考电压源vref，通过电阻R53～R56分压得到参考电压vref1、vref2、vref3，

vref1＝θ1×vref (5)

vref2＝θ2×vref (6)

vref3＝θ3×vref (7)

VACin1＝β×VACin (8)

因此，当本实用新型的开关电源系统输入VAC过压时，

VACin1＝β×VACin>vref1＝θ1×vref (9)

经过第一比较器58输出ovp_en为逻辑“1”，第一计时器53开始计数，如果持续时间达到时间T1则第一计时器53输出VACin_ovp为逻辑“1”，关闭本实用新型的驱动电路开关电源控制器11A，避免因系统10A的输入过压造成的损坏。

如果当本实用新型的开关电源系统输入VAC欠压时，

VACin1＝β×VACin<vref2＝θ2×vref (10)

经过第二比较器57输出uvp_en为逻辑“1”，第二计时器55开始计数，如果持续时间达到时间T2则第二计时器55输出为逻辑“1”，关闭本实用新型的驱动电路开关电源控制器11A，避免因系统10A的输入欠压造成的损坏。

当本实用新型的开关电源系统输入VAC断开时，如果：

VACin1＝β×VACin>vref3＝θ3×vref (11)

也就是说，VACin>Vxcap_disch_th＝θ3×vref/β (12)

这里，Vxcap_disch_th<36V是X电容放电的VACin电压阈值，经过第三比较器56输出open_en为逻辑“1”，第三计时器54开始计数，如果持续时间达到时间T3则第三计时器54输出VACin_open为逻辑“1”，控制M50导通，因此VACin端口会经过M50、R50、J50对地进行放电。结果本实用新型的开关电源10A输入断电时能够在T4时间内(T4<<0.3s)完成X电容对地放电，避免因系统10A的断电造成的人体电击事故。

含有本实用新型的开关电源10A既实现了安全性、宽温度工作一致性，也实现了待机功耗的最小化。

具备本实用新型的开关电源10A与传统开关电源10在输入线电压VAC后系统的启动时序波形比对如图5所示。从图5的波形可看出，具备本实用新型的开关电源10A在输入VAC后VDD快速上升到VDD_ON后关闭了启动电流，启动电流I_{CH_VDD}为0，节省了功率损耗；而传统开关电源10系统在输入VAC后VDD上升VDD_ON后，无法关闭启动电流而在启动电阻上产生了固定的功耗。

图6为具备本实用新型的开关电源10A与传统开关电源10在交流输入线电压VAC断开时X电容的电压的时序波形比对。从图6的波形可以看出，本实用新型的开关电源10A在系统输入VAC断开后经过侦测第三计时器54计时达到T3时间后在极短的时间T4内把X电容的电压VACin放电到地，而传统开关电源10在系统输入VAC断开后一直持续的高电压(远超人体电压36V)，会在系统的输入端口处当人体触碰到时电击人体产生事故。

图7为具备本实用新型的开关电源10A与传统开关电源10在交流输入线电压VAC过压或者欠压发生时的波形比对。从图7波形可以看出，当本实用新型的开关电源10A在系统输入VAC欠压持续发生达到第二计时器55的计时时间T2时，信号VACin_uvp为逻辑“1”关闭了系统的驱动输出Vsw进入VDD端的自动重启保护模式，保护了该开关电源10A；当本实用新型的开关电源10A在系统输入VAC过压持续发生达到计时器53的计时时间T1时，信号VACin_ovp为逻辑“1”关闭了系统的驱动输出Vsw进入VDD的自动重启保护模式，保护了该开关电源10A。如上述的保护解除后，系统会在VDD的下一次自动重启后恢复正常工作。而基于传统的开关电源系统10，我们从波形上可以看到无论系统的输入VAC过压或者欠压，系统的驱动信号Vsw均正常工作，这样，如果VAC电压过高，功率管M1开关动作过程中的关断时，功率管M1的漏极因为反激而导致漏极电压过高造成损毁，如果VAC过低则会发生变压器饱和造成炸机事故。

图1中，Rst：开关电源系统的启动电阻，I_ST：开关电源系统的充电电流。图2中，V_FB：反馈电压。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种X电容控制与启动复用电路，其特征在于，所述电路包括：超高压开关J50、高压开关M50、分压单元、压控电流器、二极管D50、参考电压器、VAC过压保护单元、VAC欠压保护单元和VAC开路控制单元；

超高压开关J50的第一输入端和分压单元的输入端均与所述电路的启动输入端口VACin连接，超高压开关J50的第二输入端接地，超高压开关J50的输出端分别与高压开关M50的漏极、压控电流器的输入端连接；高压开关M50的源极接地；

二极管D50的阳极与压控电流器的输出端连接，二极管D50的阴极分别与参考电压器的输入端和所述电路的电源端口VDD连接；

参考电压器的输出端分别与VAC过压保护单元的第二输入端和电压参考端、VAC欠压保护单元的第一输入端和电压参考端、VAC开路控制单元的第二输入端和电压参考端连接；

分压单元的输出端分别与VAC过压保护单元的第一输入端、VAC欠压保护单元的第二输入端和VAC开路控制单元的第一输入端连接；

所述电路的使能信号端EN分别与压控电流器的使能端、VAC过压保护单元的使能端、VAC欠压保护单元的使能端和VAC开路控制单元的使能端连接；

VAC过压保护单元的输出端作为所述电路的VAC过压保护信号端VACin_ovp；VAC欠压保护单元的输出端作为所述电路的VAC欠压保护信号端VACin_uvp；VAC开路控制单元的VAC开路控制逻辑信号输出端与高压开关M50的栅极连接。

2.根据权利要求1所述的X电容控制与启动复用电路，其特征在于，所述分压单元包括：电阻R51和电阻R52；

电阻R51的一端与超高压开关J50的第一输入端和所述电路的启动输入端口VACin连接，电阻R51的另一端与电阻R52的一端连接，电阻R52的另一端接地；

电阻R51的另一端与电阻R52的一端之间连接的共点作为分压单元的输出端。

3.根据权利要求1所述的X电容控制与启动复用电路，其特征在于，所述VAC过压保护单元包括：第一比较器、第一计时器和电阻R53；

第一比较器的第一输入端与分压单元的输出端连接，第一比较器的第二输入端与电阻R53的一端连接，电阻R53的另一端与参考电压器的输出端连接；第一比较器的输出端与第一计时器的输入端连接；第一比较器的第一电压输入端与参考电压器的输出端连接，第一比较器的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接；

第一计时器的电压参考端与参考电压器的输出端连接，第一计时器的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第一计时器的输出端作为所述电路的VAC过压保护信号端VACin_ovp。

4.根据权利要求3所述的X电容控制与启动复用电路，其特征在于，所述VAC欠压保护单元包括：第二比较器、第二计时器和电阻R54；

第二比较器的第一输入端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与电阻R53的一端连接；第二比较器的第二输入端与分压单元的输出端连接；第二比较器的输出端与第二计时器的输入端连接；第二比较器的第一电压输入端与参考电压器的输出端连接，第二比较器的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接；

第二计时器的电压参考端与参考电压器的输出端连接，第二计时器的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第二计时器的输出端作为所述电路的VAC欠压保护信号端VACin_uvp。

5.根据权利要求4所述的X电容控制与启动复用电路，其特征在于，所述VAC开路控制单元包括：第三比较器、第三计时器、电阻R55和电阻R56；

第三比较器的第一输入端与分压单元的输出端连接，第三比较器的第二输入端分别与电阻R55的一端和电阻R56的一端连接，电阻R55的另一端与电阻R54的一端连接，电阻R56的另一端接地；第三比较器的输出端与第三计时器的输入端连接；第三比较器的第一电压输入端与参考电压器的输出端连接，第三比较器的第二电压输入端与所述电路的使能信号端EN连接；

第三计时器的电压参考端与参考电压器的输出端连接，第三计时器的使能端与所述电路的使能信号端EN连接，第三计时器的输出端与高压开关M50的栅极连接。

6.根据权利要求1所述的X电容控制与启动复用电路，其特征在于，所述电路还包括：电阻R50；

电阻R50的一端分别与超高压开关J50的输出端、压控电流器的输入端连接，电阻R50的另一端与高压开关M50的漏极连接。

7.一种开关电源控制器，其特征在于，所述控制器包括：上下电使能电路UVLO、脉宽调制器PWM、驱动电路DRIVER和权利要求1-6任一项所述的X电容控制与启动复用电路；

驱动电路DRIVER的输入端分别与X电容控制与启动复用电路的电源端口VDD、VAC过压保护信号端VACin_ovp和VAC欠压保护信号端VACin_uvp、上下电使能电路UVLO的输入端、脉宽调制器PWM的输出端连接；驱动电路DRIVER的输出端作为所述控制器的开关信号输出端；

上下电使能电路UVLO的输出端与X电容控制与启动复用电路的使能信号端EN连接；

上下电使能电路UVLO的输入端作为所述控制器的电源端口；X电容控制与启动复用电路的启动输入端口VACin作为所述控制器的启动输入端口VACin，脉宽调制器PWM的第一输入端作为所述控制器的反馈端口，脉宽调制器PWM的第二输入端作为所述控制器的电流监测端口，所述控制器的地端口接地。

8.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：变压器TR、功率开关管M1、反馈器和权利要求7所述的开关电源控制器；

变压器TR的原边线圈的一端与功率管M1的漏极连接，变压器TR的原边线圈的另一端作为所述开关电源的电压输入端；变压器TR的次边线圈的一端与反馈器的一端连接；变压器TR的次边线圈的两端作为所述开关电源的直流电压输出端；

功率管M1的栅极与开关电源控制器的开关信号输出端连接，功率管M1的源极与开关电源控制器的电流监测端口连接；

反馈器的另一端与开关电源控制器的反馈端口连接。

9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括：电容器Cx、全波整流二极管Dx1、全波整流二极管Dx2、全波整流二极管D1和电容器C1；

电容器Cx的两端分别与输入线电压的两端连接；全波整流二极管Dx1的阳极分别与电容器Cx的一端、全波整流二极管D1的第一端连接；全波整流二极管Dx1的阴极分别与全波整流二极管Dx2的阴极、开关电源控制器的启动输入端口VACin连接；全波整流二极管Dx2的阳极分别与电容器Cx的另一端、全波整流二极管D1的第二端连接；

全波整流二极管D1的第三端与电容器C1的一端连接后接地，全波整流二极管D1的第四端分别与电容器C1的另一端、变压器TR的原边线圈的另一端连接。

10.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括：电阻R1、二极管D2、电容器C_VDD和辅助线圈La；

电阻R1的一端分别与电容器C_VDD的一端、开关电源控制器的电源端口连接，电阻R1的另一端与二极管D2的阴极连接；电容器C_VDD的另一端接地；

辅助线圈La的一端与二极管D2的阳极连接，辅助线圈La的另一端接地。

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