TW201332268A

TW201332268A - 電容放電電路及變換器

Info

Publication number: TW201332268A
Application number: TW101120643A
Authority: TW
Inventors: hong-yuan Jin; bao-chen Wang; Hong-Jian Gan; Jian-Ping Ying
Original assignee: Delta Electronics Shanghai Co
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-08-01
Also published as: US9263939B2; US20130188401A1; CN103219877B; TWI491153B; CN103219877A

Abstract

本案係為一種電容放電電路及變換器，包括連接於交流電源輸入端火線和零線之間的電容、與電容相耦接且至少包括儲能元件的變換模組、與電容和儲能元件相耦接的能量轉移單元、AC掉電檢測單元以及控制單元，其中，能量轉移單元包括開關器件；當交流電源斷接後，AC掉電信號觸發控制單元輸出開關驅動信號，該開關驅動信號控制能量轉移單元工作以將存儲於電容中的能量轉移到儲能元件中，以實現對電容的放電。

Description

電容放電電路及變換器

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種電容放電電路及包含電容放電電路的變換器。

通常情況下，為了滿足電磁兼容的相關要求，電子設備的交流輸入端會增加濾波器結構，該濾波器中會含有電容器。對於該電容器，根據《信息技術設備的安全》(safety of information technology equipment)中的規定應該為安全電容，根據位置的不同，安全電容有X電容和Y電容兩種。其中，X電容跨接於交流電源輸入端的L線（火線）和N線（零線），即並聯在火線L和零線N之間。

從上述X電容連接的位置可以看出，在交流電源接入時，X電容被充電，從而導致在拔掉交流電源時電源線插頭帶電，從而容易引起電子設備漏電或機殼帶電而危及人身安全及生命，因此，要在拔掉交流電源後快速的對X電容放電，且X電容放電電路的設計需要符合相關安全標準。

根據《信息技術設備的安全》(safety of information technology equipment)中的規定, 用電設備在設計上應保證在交流電源外部斷接處，儘量減小因接在一次電路中的電容器件儲存有電荷而產生的電擊危險。具體地說，如果設備中有任何電容器件，其標明的或標稱的容量超過0.1uF，且接在一次電路上，該電容器的放電時間常數不超過下列規定值，則應認為設備是合格的：

——對A 型可插式設備，1秒；以及

——對永久性連接式設備和B型可插式設備，10秒。

其中，有關時間常數是指等效電容量(uF)和等效放電電阻值(MΩ)的乘積。即在經過一段等於一個時間常數的時間，電壓將衰減到初始值的37%。

為滿足對於《信息技術設備的安全》中對電容放電的規定，目前較常用的方法是在X電容兩端並聯放電電阻；同時保證電容電阻的時間常數小於規定值。下面以變換器電路中包括X電容為例對現有的X電容放電技術進行說明。

請參閱圖1，圖1為現有技術中的具有X電容的變換器在X電容兩端並聯放電電阻的電路示意圖。如圖所示，X電容2、放電電阻3和變換模組1依次耦接，並且，X電容2並接在交流電源輸入端（火線和零線之間）。現有技術中的具有X電容的變換器與其他在X電容兩端並聯放電電阻的用電設備相同，即X電容2在交流電源AC斷電後長時間儲存高壓電能，放電電阻3用於對X電容2進行放電，以便滿足安全要求。

然而，並聯於電路中的放電電阻3在交流電源AC接通後，會一直消耗能量且產生功率損耗，這是造成變換器在空載及待機輸入功耗的重要因素，尤其是在輸入電壓較高的時候放電電阻3的損耗更大。隨著輕載效率要求的不斷提高，如何減小對X電容2放電所造成的損耗變得越來越重要。

此外，變換模組可以是由功率因數校正（PFC）變換單元和DC/DC變換單元兩級方案組成。需要強調的是，變換模組採用兩級結構時，PFC變換單元為無橋PFC變換單元時由於其拓撲上的優勢相對於傳統的有橋PFC變換單元會在重載時有較高的效率，但會使用較大電容值的X安規電容。若選用放電電阻對X電容放電，則需選用阻值相對較低的放電電阻，阻值越低，放電電阻在交流電源接入時的損耗會越大，致使無橋PFC變換單元在輕載時效率更低，因此解決X電容放電損耗的問題更為迫切。

因此，既要滿足現有《信息技術設備的安全》的要求，同時實現用電設備的高效率，尤其是提高設備的輕載效率，成為目前迫切需要解決的課題。

鑒於上述現有的解決方法需要添加放電電阻所帶來的較嚴重的功率損耗問題，本發明主要目的為採用無放電電阻的方法，避免放電電阻在交流電源接入時消耗能量，且在交流電源掉電時利用能量轉移單元對X電容進行放電，從而可以減小對X電容放電的放電電阻功率損耗，提高輕載效率。

為實現上述目的，在本發明的技術方案如下：

一種變換器，包括連接於交流電源輸入端火線和零線之間的電容、與該電容相耦接且至少包括儲能元件和能量轉移單元的變換模組，能量轉移單元包括開關器件且能量轉移單元與電容和儲能元件相耦接，連接於交流電源輸入端且用於檢測交流電源的通斷並產生一AC掉電信號的AC掉電檢測單元，與該 AC掉電檢測單元相耦接的控制單元，其中，能量轉移單元包括一開關器件；當AC掉電檢測單元檢測到交流電源斷接後，該AC掉電檢測單元輸出的AC掉電信號觸發控制單元輸出一開關驅動信號，該開關驅動信號控制能量轉移單元工作以將存儲於電容中的能量轉移到變換模組中的儲能元件中，實現對該電容放電。

為實現上述目的，本發明還包括另一技術方案。

一種電容放電電路，用於對連接於變換器的交流電源輸入端火線和零線之間的電容進行放電，其中變換器包括與電容相耦接至少包括儲能元件和能量轉移單元的變換模組，連接於變換器的交流電源輸入端且用於檢測交流電源的通斷並產生AC掉電信號的AC掉電檢測單元和控制單元，其中，能量轉移單元包括開關器件，能量轉移單元與電容和儲能元件相耦接，控制單元與AC掉電檢測單元相耦接；當AC掉電檢測單元檢測到交流電源斷接後，AC掉電檢測單元輸出的AC掉電信號觸發控制單元輸出開關驅動信號，該開關驅動信號控制能量轉移單元工作以將存儲於電容中的能量轉移到變換模組中的儲能元件中，實現對電容放電。

從上述技術方案可以看出，本發明的特點是不再使用放電電阻對連接於變換器的交流電源輸入端火線和零線之間的電容放電，而是使用能量轉移單元對連接於變換器的交流電源輸入端火線和零線之間的電容進行放電。在交流電源接入時，變換模組按照原有設計的工作模式進行功率變換；當交流電源斷接時，控制單元控制能量轉移單元將存儲於連接於變換器的交流電源輸入端火線和零線之間的電容中的能量轉移到變換模組中的儲能元件中去以實現對連接於變換器的交流電源輸入端火線和零線之間的電容的快速放電。因此，本發明滿足了《信息技術設備的安全》的要求，提高了用電設備的效率。

另外，本發明可以利用變換器中變換模組中原有變換單元的一部分為能量轉移單元對連接於變換器的交流電源輸入端火線和零線之間的電容進行放電，既簡化了電路，又提高了輕載效率。不僅對具有有橋PFC結構的變換器有幫助，尤其是對具有無橋PFC變換單元結構的變換器的輕載效率提高起了很大的幫助。

體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敍述。應理解的是本發明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本發明。

上述及其它技術特徵和有益效果，將結合實施例及附圖2至圖23對本發明的電容放電裝置及包含該電容放電裝置的變換器進行詳細說明。

對於AC-AC和/或AC-DC變換器，在其交流輸入端通常都會增加一濾波器結構，那麼根據《信息技術設備的安全》的要求，濾波器中的電容要在交流電源斷接時對其進行放電, 其中變換器中需要被放電的電容還包括變換器中的其他需要被放電的電容，且其中需要被放電的電容也可以為多個電容並聯或串聯構成。下面以包含所述需要被放電的電容的AC-DC變換器為例講述其工作原理，其中該需要被放電的電容具體為上述的X電容。

通常的AC-DC變換器除包含一需要被放電的X電容2外，還包含一變換模組1，變換模組1和X電容2連接。在本發明的一實施例中，如圖2所示變換模組1可以是由功率因數校正（Power Factor Correction，簡稱為PFC）變換單元11和DC/DC變換單元13兩級方案組成，PFC變換單元11和DC/DC變換單元13之間耦接有一Bus電容12。在本發明的一實施例中，變換模組1也可以是如圖3所示的單級（single-stage）反激變換單元的變換模組，其中，電容311為其輸出電容。在其他實施例中，變換模組1也可以是其他的單級（single-stage）變換單元的變換模組。

在本發明的實施例中，圖2所示的PFC變換單元11可以是有橋的PFC變換單元（如圖4所示），也可以是無橋PFC變換單元（如圖5所示）；PFC變換單元11可以是升壓型的PFC變換單元，也可以是降壓型的PFC變換單元，還可以是升降壓型的PFC變換單元。

如圖4所示為本發明實施例中的變換模組含有有橋PFC變換單元的電路結構示意圖。如圖所示，該變換模組1包括有橋PFC變換單元11，一DC/DC轉換單元13和一Bus電容12；其中，PFC變換單元11為一升壓型的PFC變換單元，該PFC變換單元11包括了依次耦接的整流橋111、π型濾波單元112、PFC電感113和開關二極體網路114，其中，π型濾波單元112可以添加也可以不添加。由於有橋PFC變換單元11中的PFC電感113在整流橋111後，所以添加的π型濾波單元112中的電容可以為非安規電容，但因為該π型濾波單元112具有差模濾波器的效果，並且其不與交流輸入端直接連接，因此可以減小耦接在輸入端X電容2的容值。因此，該耦接於輸入端的X電容2容值可以相對較小。

如圖5所示為本發明實施例中的變換模組含有無橋PFC變換單元的示意圖。如圖所示，該變換模組1包括無橋PFC變換單元11’，一DC/DC轉換單元13和一Bus電容12；其中，無橋PFC變換單元11’由一PFC電感113’和一開關二極體網路114’組成。如圖5所示，在無橋PFC變換單元11’的拓撲結構中沒有包括整流橋的結構，如果要添加濾波器結構，由於濾波器與交流電源輸入端直接相接，那麼使用的電容根據《信息技術設備的安全》的規定也為X電容，在交流電源斷接後也要對其放電，那麼用於濾除差模的X電容就要選用較大的容值，若用放電電阻對X電容放電，根據放電時間常數（RC<1秒）的規定，要選用相對較小阻值的放電電阻，這樣放電電阻的功耗比較大。因此，在輕載時含有無橋PFC變換單元的變換器的效率壓力就明顯變大。

請參閱圖6，圖6為本發明實施例中無橋PFC變換單元所採用的三種開關二極體網路單元的相關結構示意圖。需要強調的是，雖然圖中僅示出了三種開關二極體網路的結構，其他的開關二極體網路的結構也可以為本發明的實施例所用，並且，其他二極體和開關管相互可以替換的衍生結構也包括其中。

上述兩個實施例中的有橋PFC變換單元11或無橋PFC變換單元11’中，均包括PFC電感單元113或113’。請參閱圖7，圖7為本發明實施例中所採用的四種PFC電感單元的相關結構示意圖。雖然圖中僅示出了四種PFC電感的結構，但PFC電感可以是一個或多個電感組成，多個電感之間也可以是耦合與非耦合關係。

請參閱圖8，圖8為本發明一實施例的具有X電容的變換器中通過能量轉移單元對X電容放電的電路結構示意圖。在本發明實施例中的變換器包括連接於交流電源輸入端火線和零線之間的X電容2、與該X電容2相耦接的變換模組1。

在本發明實施例中的變換器採用了一種無放電電阻的方法。如圖8所示，具有X電容的變換器包括了連接於交流電源輸入端火線和零線之間的X電容2、與該X電容2相耦接的變換模組1、用於檢測交流電源通斷的AC掉電檢測單元4以及控制單元5。所述變換模組1至少包括一儲能元件和一能量轉移單元，所述能量轉移單元包括一開關器件，AC掉電檢測單元4與交流電源輸入端相連，輸出一AC掉電信號；控制單元5接收AC掉電檢測單元4輸出的AC掉電信號。當AC掉電檢測單元4檢測到交流電源斷接，也即AC掉電檢測單元4發出交流電源斷接的AC掉電信號時，AC掉電信號觸發控制單元5輸出一開關驅動信號，該開關驅動信號控制能量轉移單元工作，將存儲於X電容2中的能量轉移到變換模組1中的儲能元件中以實現對X電容2放電。

關於上述的儲能元件可以是容性元件或感性元件，如對於圖3所示的變換模組中的儲能元件可為容性元件311，如對於圖3所示的變換模組中的儲能元件也可為變壓器的勵磁電感；如對於圖4所示的變換模組中的儲能元件可為容性元件12和/或131，其中131為DC/DC變換單元的輸出電容也即變換模組的輸出電容，如對於圖4所示的變換模組中的儲能元件也可為感性元件113，感性元件113即為PFC變換單元中的PFC電感，在其他實施例中如圖4所示的變換模組中作為儲能元件的感性元件也可為DC/DC變換單元中的感性元件（圖中未示出）；如對於圖5所示的變換模組中的儲能元件可為容性元件12和/或131’，其中131’為DC/DC變換單元的輸出電容也即變換模組的輸出電容，如對於圖5所示的變換模組中的儲能元件也可為感性元件113’，感性元件113’即為PFC變換單元中的PFC電感，在其他實施例中如圖5所示的變換模組中作為儲能元件的感性元件也可為DC/DC變換單元中的感性元件（圖中未示出）。也即上述的儲能元件可為任何可以儲存能量的元件。以所述儲能元件為一容性元件為例，當所述AC掉電檢測單元檢測到交流電源斷接後，所述AC掉電檢測單元輸出的AC掉電信號觸發所述控制單元輸出所述開關驅動信號，所述開關驅動信號控制所述能量轉移單元工作以提高所述容性元件上的電壓，以將存儲於所述電容中的能量轉移到所述變換模組中的容性元件中，實現對所述電容放電。

在本發明的一實施例中，上述能量轉移單元可以是原有變換模組1中的變換單元的一部分，該單元在交流電源接入時進行功率變換來完成變換模組1原有的設計功能，對輸出進行供電。而交流電源斷接時，該部分被利用成能量轉移單元，將X電容的能量轉移到變換模組的儲能元件中去。如圖9所示對於兩級型的變換模組結構，能量轉移單元可以為變換模組1中PFC變換單元（其中PFC變換單元可為圖4的有橋PFC變換單元，也可為圖5無橋PFC變換單元），也可以是變換模組1中的PFC變換單元和DC/DC變換單元同時被利用成能量轉移單元。如圖10所示為單級型的變換模組結構，在本實施例中此單級型的變換模組為一單級反激變換單元，能量轉移單元即為此單級反激變換單元。當交流電源接入時，變換模組的反激變換單元進行功率變換。當交流電源斷接時，反激變換單元充當能量轉移單元，將X電容2中的能量轉移到變換模組1的儲能元件電容中去。該實施例以單級反激變換單元為例，但不限於此一種單級變換單元。

在本發明的一實施例中，上述的能量轉移單元也可以是變換模組1中的一輔助變換單元，所述輔助變換單元包括一開關器件。在交流電源接入時，變換模組1中的輔助變換單元停止工作，輸出的能量通過原有設計的變換單元來提供；在交流電源斷接時，AC掉電信號觸發控制單元5控制變換模組1中的輔助變換單元工作將X電容2上的能量轉移到變換模組1的儲能元件中去，也即所述輔助變換單元被利用成能量轉移單元。

在本發明的一實施例中，如圖11所示，對於兩級型的變換模組結構，輔助變換單元15可以被利用成能量轉移單元，該輔助變換單元15與X電容2和變換模組1中的儲能元件相連。在交流電源接入時，PFC變換單元11和DC/DC變換單元13按照原有設計的方式進行功率變換，而輔助變換單元15停止工作。當交流電源斷接時，AC掉電檢測單元4檢測到交流電源斷接時AC掉電信號觸發控制單元5來控制輔助變換單元15進行工作，從而將X電容2中的能量轉移到變換模組1中的儲能元件中，也即所述輔助變換單元15被利用成能量轉移單元。其中，輔助變換單元15的拓撲可以是升壓型的變換電路、降壓型的變換電路，也可以是升降壓型的變換電路。如圖12所示，對於單級型的變換模組結構，變換模組1由一單級功率變換單元16和輔助變換單元15組成，輔助變換單元15與X電容2和單級功率變換單元16中的儲能元件相連。當交流電源接入時，變換模組1中的單級功率變換單元16進行功率變換，輔助變換單元15停止工作。當交流電源斷接時，AC掉電檢測單元4檢測到交流電源斷接時AC掉電信號觸發控制單元5控制輔助變換單元15將X電容2中的能量轉移到變換模組1的儲能元件電容中去，從而實現對X電容2的放電，也即所述輔助變換單元15被利用成能量轉移單元。

上述的能量轉移單元包括一開關器件，該開關器件可以為絕緣柵雙載流子電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)或金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，簡稱MOSFET)等。上述的能量轉移單元可以為任何一種能將存儲於X電容2中的能量轉移到變換模組1中的儲能元件中去的功能單元。

從上述的一些實施例中可以看出，上述控制單元5可以是變換模組的控制器中單獨的部分，即在交流電源接入時，控制單元5停止工作；在交流電源斷接時，控制單元5可以控制變換模組1中的能量轉移單元工作將X電容2上的能量轉移到變換模組1的儲能元件中去。需要說明的是，上述控制單元5可以採用現有技術中任何一種控制變換模組1中的能量轉移單元工作將X電容2上的能量轉移到變換模組1的儲能元件中去的控制電路，在此不再贅述。在本發明的另一些實施例中，上述控制單元5中的部分電路也可以利用變換模組中原有功率變換單元（如圖11中的兩級功率變換單元14及如圖12中的單級功率變換單元16）的控制單元的一部分。在交流電源斷接時，AC掉電信號觸發控制單元5進行工作控制變換模組1中的能量轉移單元工作對X電容2進行放電。

在本發明一實施例中，AC掉電檢測單元4是可以通過檢測X電容2兩端的電壓來進行判斷交流電源通斷狀態的，但不以此為限。也就是說，在本發明的實施例中，AC掉電檢測單元4可以採用任何一種能判斷出交流電源通斷狀態的工作方式。

請參閱圖13，圖13為本發明實施例中的AC掉電檢測單元的結構示意圖。在一些實施例中，AC掉電檢測單元4可以包括電容電壓整理電路和定時電路。在本發明的實施例中，以AC掉電檢測單元可以包括X電容電壓整理電路和定時電路為例進行說明。如圖所示，AC掉電檢測單元4中的X電容電壓整理電路41將X電容2兩端的電壓進行變換以適應於後面的電路，即將載入於X電容2兩端的電壓信號變換成另一輸出電壓信號，該輸出電壓信號能夠反映輸入電源的交流特性；定時電路42接收X電容電壓整理電路41產生的輸出電壓信號，對該輸出電壓信號進行交流特性判斷，即對X電容電壓的正負時間分別計時判斷，若正電壓或負電壓的時間沒有超過預期時間（如預期時間是交流電源的週期），則認為交流電源正常接入；若正電壓或負電壓的時間超過預期的時間，則判斷此時交流電源沒有交流變化，即交流電源斷接。在電路的表現形式上，通過判斷定時電路42輸出的直流電壓信號是否超過了設定的第二電壓閾值Vth2，產生並輸出交流電源通斷狀態的信號。具體地說，定時電路42可以通過RC（電阻電容）電路的電容充放電電壓來判斷該直流電壓信號是否超過了設定的第二電壓閾值Vth2，若該電容充放電電壓超過了設定的第二電壓閾值Vth2，則AC掉電檢測單元4產生交流電源斷接的AC掉電信號，否則，AC掉電檢測單元4認為交流電源未斷接。

在其他一些實施例中，AC掉電檢測單元4也可以通過數位電路來實現，其實現的原理與類比實現的原理基本相同，在此不再贅述。下麵通過一實施例來詳細闡述AC掉電檢測單元4的工作原理。

請參閱圖14，圖14為本發明AC掉電檢測單元的一具體實施例。如圖所示，AC掉電檢測單元4包括一X電容電壓整理電路41及一定時電路42，該X電容電壓整理電路41包括一分壓電阻網路411和一比較器412，該定時電路42為一比較定時積分電路。首先，X電容電壓整理電路41將採樣到的X電容電壓經過一個比較器412進行整理，然後定時電路42再將X電容電壓整理電路41輸出的信號進行比較定時積分得到AC掉電檢測單元4的輸出信號，即AC掉電信號，若X電容電壓信號為交流波動的，那麼定時電路42中的電容會週期性的充電放電，從而輸出的AC掉電信號低於設定的電壓值；反之，X電容電壓維持不變，定時電路42的輸出會高於設定的電壓值。所以，當交流輸入接入時，AC掉電檢測單元4的輸出電壓低於設定第二電壓閾值Vth2，而當交流電源斷接後，AC掉電檢測單元4的輸出電壓會高於設定的第二電壓閾值Vth2，則認為交流電源斷開。如圖14所示，該X電容電壓整理電路41的分壓電阻網路包括一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3和一第四電阻R4，其中第一電阻R1和第二電阻R2串聯連接、第三電阻R3和第四電阻R4串聯連接後的一端分別連接於交流輸入電源的零線（N線）和火線（L線），第一電阻R1和第二電路R2串聯連接、第三電阻R3和第四電阻R4串聯連接後的另一端接地，其用於對X電容電壓進行採樣。該X電容電壓整理電路41的比較器412包括一第一比較器，具有一同相輸入端、一反相輸入端及一輸出端，第一電阻R1和第二電路R2的共節點通過第六電阻R6連接於該第一比較器的反相輸入端，第三電阻R3和第四電阻R4的共節點通過第五電阻R5連接於該第一比較器的同相輸入端，該第一比較器的輸出端即A點為X電容電壓整理電路41的輸出端。該定時電路42包括一第二比較器、一第三比較器、一第一充電電路、一第二充電電路、一第一二極體D1和一第二二極體D2。其中該X電容電壓整理電路41的輸出端即A點分別通過第八電阻R8和第十一電阻R11連接於該第二比較器的同相輸入端和第三比較器的反相輸入端，一第一電壓閾值Vth1分別通過第九電阻R9和第十電阻R10連接於該第二比較器的反相輸入端和第三比較器的同相輸入端；第一充電電路包括串聯連接的第一電容C1和第十二電阻R12，第一電容C1和第十二電阻R12串聯連接後的一端連接於一直流電壓源Vcc、另一端接地，第一電容C1和第十二電阻R12串聯連接的共節點連接於所述第二比較器的輸出端即B點；第二充電電路包括串聯連接的第二電容C2和第十三電阻R13，第二電容C2和第十三電阻R13串聯連接後的一端連接於該直流電壓源Vcc、另一端接地，第二電容C2和第十三電阻R13串聯連接的共節點連接於所述第三比較器的輸出端即C點；該第一二極體D1和該第二二極體D2的陽極分別連接於該第二比較器的輸出端即B點和該第三比較器的輸出端即C點，該第一二極體D1和該第二二極體D2的陰極短接作為該定時電路的輸出端也即該AC掉電檢測單元4的輸出端，其輸出一AC掉電信號。

請參閱圖15，圖15為圖14中的AC掉電檢測單元具體實施例的波形圖。圖15.（1）和圖15.（2）分別說明當交流電源在其負半週期和正半週期斷接時的情況。圖中可以看出X電容整理電路輸出點A的電壓波形，其可以反映出交流電源的交流特性。

現以交流電源輸入電壓在其負半週期斷接為例進行說明，見圖15.（1）。在t0時刻前交流電源正常接入時，X電容上的電壓為正弦波，經第一電阻R1和第二電路R2串聯分壓、第三電阻R3和第四電阻R4串聯分壓及第一比較器後可得A點電壓為只有正半週期的饅頭波，該波形可以反映X電容的交流變化，此饅頭波經第二比較器和第三比較器分別和第一電壓閾值Vth1比較使第一充電電路和第二充電電路中的第一電容和第二電容經直流電壓源Vcc被週期性的充電和放電，如在X電容電壓的正半週期且A點電壓高於設定的閾值電壓Vth1時，第一電容C1充電，而第二電容C2放電，但是由於X電容電壓週期性的交流變化，在第一電容C1或第二電容C2被充電時，其上的電壓值都不超過設定的第二電壓閾值，AC掉電檢測單元4產生的AC掉電信號不觸發控制單元5，因此變換模組1按原來的設計方案進行功率變換對輸出進行供電。在t0時刻交流電源斷接，X電容2上的電壓維持不變，輸出端A點電壓維持低電平，第二電容C2持續充電，第一電容C1放電至零，即輸出端B點的電壓為零，則AC掉電檢測單元4的輸出電壓信號即為輸出端C點電壓信號；當到達t1時刻時，第二電容C2兩端的電壓超過了設定的第二電壓閾值Vth2，即AC掉電檢測單元4輸出電壓高於設定電壓值從而檢測到交流電源斷接，此時，AC掉電檢測單元4輸出的AC掉電信號將觸發控制單元5輸出一開關驅動信號，該開關驅動信號控制變換模組1中的能量轉移單元中開關器件工作將X電容2的能量轉移到變換模組1的儲能元件中去。

與本實施例中，第一電壓閾值Vth1、第二電壓閾值Vth2和直流電壓源Vcc可根據設計的需求自行設定，其電壓值可以取之功率變換器內部電路也可以取之其他電路。

交流電源在其正半週期斷接時，X電容電壓、A點電壓、B點電壓、C點電壓及AC掉電信號波形如圖15.（2）所示，其工作原理和圖15.（1）相同，在此不再描述。

與本實施例中，通過定時電路42中的RC電路中的電容上的電壓來判斷是否超過了設定第二電壓閾值Vth2，若該電壓超過了設定第二電壓閾值Vth2，則認為交流電源已斷開，否則，認為交流電源仍為接入狀態。在其他一些實施例中，亦可通過其他的電路實現檢測交流電源是否接入。與本實施例中，通過類比電路實現AC掉電檢測單元4的功能，在其他一些實施例中，也可以通過數位功能來實現。

在本發明的一實施例中，如圖16所示為AC掉電信號通過控制單元控制能量轉移單元工作的流程示意圖，當交流電源接入時，AC掉電信號不影響變換模組中原有變換單元的控制單元工作，變換模組1按照原有的設計方式進行工作（即現實功率變換的功能），給輸出供電；在交流電源斷接時，AC掉電檢測單元4輸出的AC掉電信號觸發控制單元5輸出一開關驅動信號以控制變換模組1中的能量轉移單元工作，從而將X電容2中的能量轉移到變換模組1的儲能元件中，實現對X電容2放電。在本發明一實施例中，通過增加所述開關驅動信號的占空比以控制變換模組1中的能量轉移單元工作，即使能量轉移單元在預設時間（比如規定的放電時間常數）內比變換模組按原有的設計方式工作時傳輸的能量提高，從而將X電容2中的能量轉移到變換模組1的儲能元件中，實現對X電容2放電。在本發明一實施例中，通過增加所述開關驅動信號的脈衝寬度或調整所述開關驅動信號的開關頻率來增加所述開關驅動信號的占空比。

下面以上述控制單元5中的部分電路為變換模組中原有變換單元（如圖11中的兩級功率變換單元14及如圖12中的單級功率變換單元16）的控制單元的一部分為例簡述一下控制單元5的工作原理。

在本發明的一些實施例中，以圖17為例控制單元5除包含回饋調節單元52和開關信號產生單元53外還包含一個干預單元51，回饋調節單元接收一回饋信號，並通過調節單元得到一輸出量，開關信號產生單元則根據回饋調節單元的輸出量生成一開關器件驅動信號。需要說明的是，控制單元5中的回饋調節單元52和開關信號產生單元53可以利用變換模組1中原功率變換單元（如圖11中的兩級功率變換單元14及如圖12中的單級功率變換單元16）中具有相同功能的電路單元。也就是說，在本發明的實施例中，為簡化電路，控制單元5中的回饋調節單元52和開關信號產生單元53可以利用PFC變換單元或DC/DC變換單元或單級功率變換單元中的控制電路的部分電路。例如，控制單元5中的回饋調節單元52和開關信號產生單元53可以利用PFC變換單元中的回饋調節單元及開關信號產生單元。在本發明的其他實施例中，控制單元5中的回饋調節單元52和開關信號產生單元53也可以為額外增加的電路部分，即可以不利用變換模組中原有功率變換單元中的控制電路中的電路。

在本發明的實施例中，控制單元5中的干預單元可通過各種方式工作，只要能使得控制單元5輸出的開關驅動信號驅動變換模組1的能量轉移單元中的開關器件工作，將X電容2中的能量轉移到變換模組1的容性元件中，實現對X電容2的放電即可。

請參閱圖17，圖17為本發明一實施例中包含干預單元的控制單元的電路結構方框圖。具體地，如圖17所示的控制單元5，其包括干預單元51、回饋調節單元52和開關信號產生單元53；其中，回饋調節單元52包括回饋電壓採樣單元521、電壓基準生成單元522和調節單元523，在其他實施例中，該調節單元523為PID比例積分微分單元。在本實施例中，當AC掉電檢測單元4檢測到交流電源斷接後，AC掉電檢測單元4發出的AC掉電信號觸發干預單元51干預回饋調節單元52中的回饋電壓採樣單元521，進而使得開關信號產生單元53輸出的開關驅動信號驅動變換模組1中的能量轉移單元中的開關器件工作對X電容2進行放電；而當交流電源接入時，干預單元51不干預回饋調節單元52中的回饋電壓採樣單元523的輸出，變換模組1按照原有的設計方式進行工作。

請參閱圖18，圖為圖17的包含干預單元的控制單元的一具體電路示意圖。在該實施例中，接收X電容2能量的儲能元件為容性元件，該容性元件可以是bus電容。如圖18所示，回饋調節單元52採用的是較典型的連接方式，即變換模組中接收X電容能量的容性元件的一端通過回饋調節單元52中的回饋電壓採樣單元521中依次串接的電阻R18、R19、R20和R21與接地端相連，電阻R19和R20的共接點與調節單元523的反相輸入端相連，電壓基準產生單元522與調節單元523的同相輸入端相連，調節單元523根據該接收X電容能量的容性元件的電壓採樣值和電壓基準產生單元產生的基準電壓得到一輸出量，開關信號產生單元53根據該輸出量產生驅動變換模組1中的開關器件工作的開關驅動信號。在本發明的實施例中，與較典型的連接方式所不同的是，在電阻R21的兩端並接有干預單元51，該干預單元51接收AC掉電檢測單元輸出的AC掉電信號。在本發明的實施例中，該干預單元51為一個開關器件，圖中所示為開關管S3，開關管S3受AC掉電信號控制，當AC掉電檢測單元檢測到交流電源斷開時開關管S3導通，電阻R21即被短接，輸入到調節單元523反相輸入端的電壓會降低，從而改變了原有的回饋網路。

具體地，在變換模組1正常工作情況下，即當AC掉電信號不觸發干預單元51時，變換模組1按照原有的回饋網路進行控制，其回饋電壓的電壓值為：

上式中的Vc代表變換模組中接收X電容2中能量的容性元件的電壓值。

VFB代表回饋電壓採樣單元輸出的回饋電壓值。

此時，變換模組1按照回饋電壓VFB進行控制，發出開關驅動信號驅動變換模組1中的開關管工作。而當交流電源斷接時，AC掉電信號控制開關管S3導通，電阻R21被短接，從而改變了原有的回饋網路，這時回饋的電壓值為：

即，此時，調節單元523的反相輸入電壓降低，調節單元523輸出的電壓升高，從而控制控制單元5輸出一開管驅動信號控制變換模組1中的能量轉移單元中的開關器件工作以提升接收X電容2中能量的電容電壓值，實現將X電容2中的能量轉移到變換模組1中的儲能元件上。

在本發明的實施例中，干預單元51可以採用多種方式干預回饋調節單元52，在本發明一實施方式中（如圖18所示），可以幹預回饋電壓採樣單元521，使回饋電壓採樣單元521的採樣值變低，從而升高了調節單元523輸出的電壓，使變換模組1中的能量轉移單元中的開關器件工作以提升變換模組中接收X電容2中能量的容性元件的電壓值，實現將X電容2中的能量轉移到變換模組1中的容性元件上。在本發明另一實施方式中，可以幹預基準電壓生成單元522，使得基準電壓升高，同樣，升高了調節單元523輸出的電壓，進而控制變換模組1中的能量轉移單元中的開關器件工作實現將X電容2中的能量轉移到變換模組1中的容性元件上。請參閱圖19，圖19為本發明另一實施例中包含干預單元的控制單元的電路結構示意圖。如圖19所示，干預單元51干預電壓基準產生單元522，與圖18類似，導致調節單元523輸出端的電壓升高，從而控制變換模組1中的能量轉移單元中的開關器件工作以提升接收X電容2中能量的容性元件的電壓值，實現將X電容2中的能量轉移到變換模組1中的容性元件上。

下面以本實施方式的波形圖來具體討論一下交流電源斷接時X電容2放電的原理。如圖20所示，波形圖20(a)是X電容2兩端的電壓，在t0時刻之前，交流電源接入使得X電容2兩端的電壓按照正弦變化，AC掉電信號（如波形圖20(b)所示）由於電容的週期充、放電而低於設定的第二電壓閾值Vth2，電壓基準（如波形圖20(c)所示）為交流電源接入時設定的正常工作電壓基準值Vref1。在t0時刻交流電源斷接，X電容2兩端的電壓因為維持在交流電源斷接時的暫態電壓值，AC掉電信號因為交流電源斷接而不斷升高，在t1時刻，由於AC掉電信號超過了設定的電壓閾值Vth2，從而檢測到了交流電源斷接，干預單元51干預電壓基準產生單元522，使電壓基準由原來的Vref1升高為Vref2，這樣回饋調節單元523的輸出會升高，從而使控制單元5輸出的開管驅動信號（如波形圖20(d)所示）驅動變換模組1的能量轉移單元中的開關器件工作來對X電容2進行放電。

如圖21為本發明又一實施例的包含干預單元的控制單元的電路結構示意圖。在本實施例中，干預單元51直接干預控制電路5中的開關信號產生單元53，從而使控制單元5輸出的開關驅動信號驅動變換模組1的能量轉移單元中的開關器件工作來對X電容2進行放電。

請參閱圖22，圖22所示為本發明實施例的利用有橋PFC變換單元為能量轉移單元對具有X電容的變換器中的X電容放電的具體電路示意圖。下面以變換器為如圖4所示的變換器，控制電路5為圖18所示的控制電路為例進行說明。如圖22所示，該變換器中的有橋PFC變換單元11被利用成能量轉移單元，該變換模組1中的儲能元件是bus電容12，該回饋電壓採樣單元521採樣PFC變換單元11輸出電容C_bus上的電壓，開關信號產生單元53輸出的開管驅動信號控制該PFC變換單元11中開關二極體網路的開關器件S1的通斷。如圖23所示為本發明一實施方式的利用能量轉移單元對具有X電容的變換器上的X電容放電的波形圖。如圖23（a）所示為沒有X電容放電裝置時的X電容電壓波形，如圖23（b）所示為AC掉電信號波形，如圖23（c）所示為開關驅動信號波形，如圖23（d）所示為利用能量轉移單元放電的X電容電壓波形。在時間點t0時刻之前，所述變換器的交流電源正常接入，AC掉電檢測單元沒有檢測到AC掉電，則AC掉電檢測單元輸出的AC掉電信號不導通干預單元51中的開關管S3，也即變換器中的變換模組按原有的設計方案工作。在時間點t0時刻交流電源斷接（以交流電源在負半周掉電為例），若不對X電容2進行放電，載入在X電容2兩端的電壓一直維持在交流電源掉電瞬間的電壓，不能釋放，也即一直存在能夠危害人身安全的高電壓。在本發明的實施例中，交流電源在t0時刻斷接，經過t1- t0的時間間隔AC掉電檢測單元檢測到交流電源斷接，也即在t1時刻產生的AC掉電信號導通干預單元51中的開關管S3，導通的開關管S3短路回饋電壓採樣單元中的電阻R21, 輸入到調節單元反相輸入端的回饋電壓會降低，從而改變了原有的回饋網路，這樣控制單元5按目前的回饋電壓發出控制信號如圖23（c）所示，使PFC變換單元11中的開關器件S1工作以提升C_Bus電容上的電壓值，實現將X電容2中的能量通過能量轉移單元（也即本實施例中的PFC變換單元）轉移到變換模組中的容性元件CBus 電容12上。

綜上所述，本發明的特點是不再使用放電電阻對X電容放電，而是利用能量轉移單元對X電容進行放電。在交流電源接入時，消除了放電電阻的損耗，在交流電源斷接時，可以利用能量轉移單元對X電容進行放電，滿足了《信息技術設備的安全》的要求，尤其是對含有無橋PFC變換單元的變換器輕載效率提高起了很大的幫助。同時，上述的能量轉移單元可以是變換器中變換模組中原有變換單元的一部分，從而大大簡化了電路。

以上所述的僅為本發明的實施例，所述實施例並非用以限制本發明的專利保護範圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。

1．．．變換模組

11．．．變換單元

11’．．．無橋PFC變換單元

111．．．整流橋

112．．．π型濾波單元

113、113’．．．PFC電感、感性元件

114、114’．．．開關二極體網路

12．．．Bus電容

13．．．DC/DC變換單元

14．．．兩級功率變換單元

15．．．輔助變換單元

16．．．單級功率變換單元

2．．．X電容

3．．．放電電阻

131、311、131’．．．電容、容性元件

4．．．AC掉電檢測單元

41．．．X電容電壓整理電路

411．．．分壓電阻網路

412．．．比較器

42．．．定時電路

5．．．控制單元

51．．．干預單元

52．．．調節單元

521．．．回饋電壓採樣單元

522．．．電壓基準生成單元

523．．．調節單元

53．．．開關信號產生單元

L．．．火線

N．．．零線

Vth1．．．第一電壓閾值

Vth2．．．第二電壓閾值

R1．．．第一電阻

R2．．．第二電阻

R3．．．第三電阻

R4．．．第四電阻

R5．．．第五電阻

R6．．．第六電阻

R7．．．第七電阻

R8．．．第八電阻

R9．．．第九電阻

R10．．．第十電阻

R11．．．第十一電阻

R12．．．第十二電阻

R13．．．第十三電阻

R18、R19、R20、R21．．．電阻

C1．．．第一電容

C2．．．第二電容

D1．．．第一二極體

D2．．．第二二極體

A、B、C．．．輸出端

Vcc．．．直流電壓源

S1．．．開關器件

S3．．．開關管

Vref1、Vref2．．．電壓基準值

C_bus．．．輸出電容

圖1為現有技術中的具有X電容的變換器在X電容兩端並聯放電電阻的電路示意圖；

圖2為本發明實施例中的具有X電容的變換器所包含的AC-DC變換模組的電路結構示意圖；

圖3為本發明實施例中的具有單級（single-stage）變換單元的變換模組的電路結構示意圖；

圖4 為本發明實施例中的變換模組含有有橋PFC變換單元的電路結構示意圖；

圖5為本發明實施例中的變換模組含有無橋PFC變換單元的電路結構示意圖；

圖6為本發明實施例中無橋PFC變換單元所採用的三種開關二極體網路單元的相關結構示意圖；

圖7為本發明實施例中所採用的四種PFC電感單元的相關結構示意圖；

圖8為本發明實施例的具有X電容的變換器中通過能量轉移單元對X電容放電的電路結構示意圖；

圖9為本發明實施例的具有X電容且具有兩級型變換模組的變換器中通過能量轉移單元對X電容放電的電路結構示意圖；

圖10為本發明實施例的具有X電容且具有單級型變換模組的變換器中通過能量轉移單元對X電容放電的電路結構示意圖；

圖11為本發明又一實施例的具有X電容且具有兩級型變換模組的變換器中通過能量轉移單元對X電容放電的電路結構示意圖；

圖12為本發明又一實施例的具有X電容且具有單級型變換模組的變換器中通過能量轉移單元對X電容放電的電路結構示意圖；

圖13為本發明實施例中的AC掉電檢測單元的電路結構框圖；

圖14為本發明AC掉電檢測單元的一具體實施例；

圖15為圖14中的AC掉電檢測單元具體實施例的波形圖；

圖16為本發明實施例中AC掉電信號通過控制單元控制能量轉移單元工作的流程示意圖；

圖17為本發明一實施例的包含幹預單元的控制單元的電路結構示意圖；

圖18為圖17的包含幹預單元的控制單元的一具體電路示意圖；

圖19為本發明另一實施例的包含幹預單元的控制單元的電路結構示意圖；

圖20為圖19中控制單元控制電容放電過程中的波形圖；

圖21為本發明又一實施例的包含幹預單元的控制單元的電路結構示意圖；

圖22為本發明實施例的利用有橋PFC變換單元為能量轉移單元對具有X電容的變換器中的X電容放電的具體電路示意圖；

圖23為圖22中具有X電容的變換器對電容放電的過程波形示意圖。