CN115085520A - 一种用于电源***的电容放电电路 - Google Patents

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高建龙
冯林
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Abstract

本发明涉及一种用于电源***的电容放电电路，属于开关电源技术领域。所述电容放电电路包括：接入电阻、输入电压检测模块、主开关高压功率管、辅助高压功率管、逻辑控制模块、第一驱动模块、第二驱动模块、开关***、电流采样电阻、PWM产生模块以及放电模块。本发明所述电容放电电路可应用于升压型电源***的升压转换电路或反激式电源***的反激电路，使得电源***无需过多的电子元器件，既能实现电流检测亦可做到电容的放电，且不会引入额外的功耗，因此简化了电源***结构，提高了电源***性价比。此外，本发明所述电容放电电路的适用场景包括但不局限于AC‑DC电源***、DC‑DC电源***，具有广泛的应用场景，便于推广应用。

Description

一种用于电源***的电容放电电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种用于电源***的电容放电电路。
背景技术
对于电源设备，例如电源插头，其内部通常集成有AC-DC电源***或DC-DC电源***，当电源插头从插座中拔出时，如果其内部的电源***中有电容相连，那么拔出后该电源插头可能仍然有电，如果电压较高不进行快速放电，那么将会对碰触插头的人造成电击伤害。因此，对于内部集成有电容的电源设备，有必要设计合适的电路对AC-DC电源***或DC-DC电源***中的电容进行放电。
图1示出了一种常用的AC-DC升压型电源***的升压转换电路，其主要包含以下部分：(1)输入电力线(插头)、保险丝等组成的电源输入部分；其中保险丝串联在电路中，在故障电流增大到一定数值时，其自身熔断而切断电路，达到保护电路中其他设备的目的；(2)共模电感110、安规电容101等组成的输入滤波部分；(3)桥式整流器102、电容103等组成的整流部分；(4)电感104、MOSFET 400、二极管105、电容106等组成的升压电路；(5)放电电阻111、112。当该电源从输入源断电，如插头拔插等动作执行时，电容101、电容103可能依然有电，特别是电容101，因此不符合安规要求。所以一般会添加放电电阻111、112对电容101进行放电。然而，此种放电方式的缺点是放电电阻111、112会持续消耗能量，如果放电时间要求很短，意味着这部分的功耗会更大。因此，如何提供一种既对电容进行放电又不会引入额外功耗的放电电路，是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电源***的电容放电电路，既能实现电流检测亦可做到电容的放电，且不会引入额外的功耗，从而简化电源***结构，提高***性价比。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于电源***的电容放电电路，所述电容放电电路应用于升压型电源***的升压转换电路或反激式电源***的反激电路；
其中，所述电容放电电路包括：接入电阻、输入电压检测模块、主开关高压功率管、辅助高压功率管、逻辑控制模块、第一驱动模块、第二驱动模块、开关***、电流采样电阻、PWM产生模块以及放电模块；所述开关***包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；
所述输入电压检测模块的输入端通过所述接入电阻连接到所述升压转换电路或所述反激电路的第一接入端；所述主开关高压功率管的漏极以及所述辅助高压功率管的漏极均连接到所述升压转换电路或所述反激电路的第二接入端；
所述输入电压检测模块的输出端分别连接所述逻辑控制模块的第一输入端、所述第一驱动模块的输入端以及所述开关***中各个开关的控制端；所述第一驱动模块的输出端连接所述第一开关的一端；所述第一开关的另一端分别连接所述第二开关的一端以及所述辅助高压功率管的栅极；所述逻辑控制模块的第二输入端连接所述PWM产生模块的输出端；所述逻辑控制模块的输出端连接所述第二驱动模块的输入端；所述第二驱动模块的输出端分别连接所述第二开关的另一端以及所述主开关高压功率管的栅极；所述主开关高压功率管的源极接地；
所述辅助高压功率管的源极分别连接所述第三开关的一端以及所述第四开关的一端；所述第三开关的另一端连接所述放电模块的输入端；所述第四开关的另一端连接所述电流采样电阻的一端；所述电流采样电阻的另一端接地；从所述电流采样电阻的一端引出电流采样信号。
可选地，所述主开关高压功率管和所述辅助高压功率管为GaN晶体管、功率NMOS管或三极管。
可选地，所述逻辑控制模块包括：反相器以及与门；
所述反相器的输入端为所述逻辑控制模块的第一输入端；所述反相器的输出端连接所述与门的第一输入端；所述与门的第二输入端为所述逻辑控制模块的第二输入端；所述与门的输出端为所述逻辑控制模块的输出端。
可选地，所述第一驱动模块和第二驱动模块为DRV系列的栅极驱动器。
可选地，所述放电模块为放电电阻；所述放电电阻的一端为所述放电模块的输入端；所述放电电阻的另一端接地。
可选地，所述放电模块为恒流源；所述恒流源的输入端为所述放电模块的输入端；所述恒流源的输出端接地。
可选地，所述放电模块包括：恒流源以及放电电容；所述恒流源的输入端为所述放电模块的输入端；所述恒流源的输出端接VDD以及所述放电电容的一端；所述放电电容的另一端接地。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种用于电源***的电容放电电路，所述电容放电电路包括：接入电阻、输入电压检测模块、主开关高压功率管、辅助高压功率管、逻辑控制模块、第一驱动模块、第二驱动模块、开关***、电流采样电阻、PWM产生模块以及放电模块；所述开关***包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关。本发明所述的电容放电电路可应用于升压型电源***的升压转换电路或反激式电源***的反激电路，使得电源***无需过多的电子元器件，既能实现电流检测亦可做到电容的放电，且不会引入额外的功耗，因此简化了电源***结构，提高了电源***性价比。此外，本发明所述电容放电电路的适用场景通常包括但不局限于AC-DC电源***、DC-DC电源***，具有广泛的应用场景，便于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为现有技术中AC-DC升压型电源***的升压转换电路的结构示意图；
图2为本发明提供的电容放电电路应用于升压转换电路的实施例一的结构示意图；
图3为本发明提供的电容放电电路应用于反激电路的实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的放电模块的实施例的结构示意图；其中图4(a)为放电模块的实施例一的结构示意图；图4(b)为放电模块的实施例二的结构示意图；图4(c)为放电模块的实施例三的结构示意图；
图5为本发明提供的电容放电电路应用于升压转换电路的实施例二的结构示意图；
图6为本发明提供的电容放电电路的典型工作波形示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于电源***的电容放电电路，既能实现电流检测亦可做到电容的放电，且不会引入额外的功耗，从而简化电源***结构，提高***性价比。
为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种用于电源***的电容放电电路，所述电容放电电路可应用于升压型电源***的升压转换电路或反激式电源***的反激电路。图2为本发明提供的电容放电电路应用于升压转换电路的结构示意图；图3为本发明提供的电容放电电路应用于反激电路的结构示意图。
参见图2和图3，本发明所述电容放电电路包括：接入电阻131、输入电压检测模块200、主开关高压功率管402、辅助高压功率管401、逻辑控制模块、第一驱动模块232、第二驱动模块233、开关***、电流采样电阻235、PWM产生模块210以及放电模块220。其中所述开关***包括第一开关301、第二开关302、第三开关303以及第四开关304。所述逻辑控制模块包括反相器230以及与门231。
具体地，所述输入电压检测模块200的输入端通过所述接入电阻131连接到所述升压转换电路或所述反激电路的第一接入端。在应用于所述升压转换电路时，参见图2，所述升压转换电路的第一接入端为共模电感110、安规电容101与桥式整流器102的公共连接端。其中所述升压转换电路不再采用放电电阻111、112进行电容101、103的放电，而是采用本发明提供的所述电容放电电路进行放电。在应用于所述反激电路时，参见图3，所述反激电路的第一接入端也为共模电感110、安规电容101与桥式整流器102的公共连接端。所述反激电路与所述升压转换电路的区别在于，不包括电感104、MOSFET 400、二极管105、电容106等组成的升压电路，而是包括电感505、第一电容506、第二电容502、第一二极管501、第二二极管504以及变压器503等组成的反激变换器电路。当然，在实际应用中，所示AC DET模块200根据应用的不同不限于接入在交流侧整流桥前或者后，不限于通过外部信号的方式感知，用于使能开启放电功能即可。并且本发明的电容放电电路也不局限于非隔离升压转换电路和反激电路，不限于交流输入，亦可用于需要放电的直流应用。
参见图2和图3，所述主开关高压功率管402的漏极以及所述辅助高压功率管401的漏极均连接到所述升压转换电路或所述反激电路的第二接入端。参见图2，在应用于所述升压转换电路时，所述升压转换电路的第二接入端为所述二极管105的正极。参见图3，在应用于所述反激电路时，所述反激电路的第二接入端为所述第二二极管504的正极。
参见图2和图3，所述输入电压检测模块(也称为AC DET模块)200的输出端分别连接所述逻辑控制模块的第一输入端、所述第一驱动模块232的输入端以及所述开关***中各个开关301、302、303、304的控制端。所述第一驱动模块232的输出端连接所述第一开关301的一端；所述第一开关301的另一端分别连接所述第二开关302的一端以及所述辅助高压功率管401的栅极。所述逻辑控制模块的第二输入端连接所述PWM产生模块210的输出端；所述逻辑控制模块的输出端连接所述第二驱动模块233的输入端；所述第二驱动模块233的输出端分别连接所述第二开关302的另一端以及所述主开关高压功率管402的栅极；所述主开关高压功率管402的源极接地。
所述辅助高压功率管401的源极分别连接所述第三开关303的一端以及所述第四开关304的一端；所述第三开关303的另一端连接所述放电模块220的输入端；所述第四开关304的另一端连接所述电流采样电阻235的一端；所述电流采样电阻235的另一端接地；从所述电流采样电阻235的一端引出电流采样信号VCS。为了采样主开关高压功率管402的电流，通常做一个小的辅助高压功率管401来镜像主开关高压功率管402的电流，辅助高压功率管401的电流流经电流采样电阻235形成的电压VCS就代表了主开关高压功率管402的电流信息。一般流经主开关高压功率管402和辅助高压功率管401的电流信号比例很大，流经辅助高压功率管401的电流远小于主开关高压功率管402的电流，但是二者成比例，这样不会因为电流采样电阻235的引入产生发热，***的能效不会受影响。主开关高压功率管402、辅助高压功率管401可以在同一工艺同一裸片上实现，无需额外成本。
在一个具体实施例中，所述逻辑控制模块包括反相器230以及与门231。其中，所述反相器230的输入端为所述逻辑控制模块的第一输入端；所述反相器230的输出端连接所述与门231的第一输入端；所述与门231的第二输入端为所述逻辑控制模块的第二输入端；所述与门231的输出端为所述逻辑控制模块的输出端。
图1所示的电阻放电方式中，损耗一直存在，并且放电速度慢，如果要加快放电速度，则损耗会进一步增加。目前，集成电路的集成度越来越高，同时为了解决电流检测需要串接电阻导致带来额外损耗的问题，提出采用电流镜像的方式来检测电流。本发明提供的电容放电电路就是利用镜像电流器件复用的方式，在非工作于镜像情况下，用来做电容的放电。
在实际应用中，输入源的检测通过接入电阻131接到AC DET模块200，用来对电源是否接通输入源或是否拔出进行检测。辅助高压功率管401是主开关高压功率管402的镜像管，用来检测主开关高压功率管402的电流等信息。其中高压功率管401、402不限于GaN晶体管、功率NMOS管、三极管等功率器件；并且高压功率管401、402可以是集成到单芯片的器件或者分立器件。所述第一驱动模块和第二驱动模块可以为DRV系列的栅极驱动器。开关***中的各个开关301、302、303、304用来实现其路径的接通和关断；不限于可实现的功率器件。逻辑控制和驱动部分包括反相器230、与门231、第一驱动模块232、第二驱动模块233等。PWM产生模块210为AC-DC电路的控制部分，非本发明的核心内容。电流采样电阻235为工作在电流镜像模式情况下的检测电阻。放电模块220为电容通过辅助高压功率管401的放电方式，放电模块220具体可能的实现方式如图4所示，不限于电阻、恒流源、或者恒流源接VDD的方式。
具体地，参见图4(a)，在一个具体实施例中，所述放电模块可以为放电电阻221；所述放电电阻221的一端为所述放电模块220的输入端；所述放电电阻221的另一端接地。
参见图4(b)，在另一个具体实施例中，所述放电模块还可以为恒流源222；所述恒流源222的输入端为所述放电模块220的输入端；所述恒流源222的输出端接地。
参见图4(c)，在另一个具体实施例中，所述放电模块还可以包括：恒流源223以及放电电容224；所述恒流源223的输入端为所述放电模块220的输入端；所述恒流源223的输出端接单极器件的电源电压VDD以及所述放电电容224的一端；所述放电电容224的另一端接地。
下面对本发明提供的电容放电电路应用于升压转换电路时的工作原理进行描述。图2为本发明提供的电容放电电路应用于升压转换电路的实施例一(输入源断开时)的结构示意图；图5为本发明提供的电容放电电路应用于升压转换电路的实施例二(输入源未断开时)的结构示意图。参见图2和图5，本发明利用电流镜像的高压功率器件作为放电功率器件，来对电容进行放电。正常情况下，工作于电流镜像方式提供电流检测；当需要对电容放电时，改变电流镜像的工作状态，切换到放电模式，由预先的放电路径对电容进行放电。对比图1，很明显无需放电电阻111、112，从而避免了额外的损耗。
具体地，参见图5，当输入源检测到未断开时，通过如图5所示的信号传递通路，通过对主开关高压功率管402进行控制实现开关电源的正常功能，辅助高压功率管401上的电流镜像用于反映主开关高压功率管402的电流值。具体地，在芯片正常工作阶段，第一开关301和第三开关303关断，第二开关302和第四开关304接通，此时主开关高压功率管402处于开关状态，***处于输入向输出传递能量的过程，辅助高压功率管401和电流采样电阻235一起工作，实时检测电流采样信号VCS。
参见图2，当输入源检测到断开时，通过对开关301/302/303/304的切换，以及对第一驱动模块232和第二驱动模块233的控制切换，来实现电容的放电。具体地，所述AC-DET模块200对输入源进行实时监测，通过输入电压信息判断出输入是否断开，当检测到输入源断开后，令第二开关302和第四开关304断开，第一开关301和第三开关303接通，AC-DET模块200使能放电，通过第一驱动模块232使得辅助高压功率管401开通，通过逻辑控制模块230、第二驱动模块233把主开关高压功率管402关断，电容101、103通过电感104、辅助高压功率管401、第三开关303以及电容放电模块220进行放电。
上述过程中，当芯片处于不同阶段时，通过控制开关***中各个开关301、302、303、304的合理时序，实现分时复用，无缝衔接转换。
图6为本发明提供的电容放电电路的典型工作波形示意图。图6横坐标为时间(Time)，纵坐标从上到下分别为输入电压，AC-DET模块200的电压，开关301、303的电压，开关302、304的电压，安规电容101上的电压V101，辅助高压功率管401栅极电压401-G，主开关高压功率管402栅极电压402-G。参见图6，在[0～t2]时间周期内，AC-DET模块200会对输入电压是否接入进行实时检测，当检测到输入电压接入时，参见图5，开关301、303断开，开关302、304接通，此时主开关高压功率管402处于开关状态，***处于输入向输出传递能量的过程，辅助高压功率管401和主开关高压功率管402同步处于开关状态并和电流采样电阻235一起工作，且辅助高压功率管401上的电流镜像用于反映主开关高压功率管402的电流值，因此可通过检测电压VCS来实时反映主开关高压功率管402的电流值以实现电流采样，且***能效不受影响。在[t2～t3]时间周期内,当AC-DET模块200检测到输入断开后，参见图2，开关301、303接通，开关302、304断开，AC-DET模块200使能放电，通过第一驱动模块232使得辅助高压功率管401开通，通过逻辑控制模块230、第二驱动模块233使得主开关高压功率管402关断，电容101、103通过电感104、辅助高压功率管401、第三开关303以及电容放电模块220进行放电。
参见图2、图5和图6，本发明提供的电容放电电路根据开关电源工作特点，通过时序分时控制，利用辅助高压功率管401在输入源断开、电容放电触发后，复用辅助高压功率管401的耐压，对电容进行放电，达到了降低***成本，降低功耗的目的。
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发明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发明的控制方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于电源***的电容放电电路，所述电容放电电路应用于升压型电源***的升压转换电路或反激式电源***的反激电路；
其特征在于，所述电容放电电路包括：接入电阻、输入电压检测模块、主开关高压功率管、辅助高压功率管、逻辑控制模块、第一驱动模块、第二驱动模块、开关***、电流采样电阻、PWM产生模块以及放电模块；所述开关***包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；
所述输入电压检测模块的输入端通过所述接入电阻连接到所述升压转换电路或所述反激电路的第一接入端；所述主开关高压功率管的漏极以及所述辅助高压功率管的漏极均连接到所述升压转换电路或所述反激电路的第二接入端；
所述输入电压检测模块的输出端分别连接所述逻辑控制模块的第一输入端、所述第一驱动模块的输入端以及所述开关***中各个开关的控制端；所述第一驱动模块的输出端连接所述第一开关的一端；所述第一开关的另一端分别连接所述第二开关的一端以及所述辅助高压功率管的栅极；所述逻辑控制模块的第二输入端连接所述PWM产生模块的输出端；所述逻辑控制模块的输出端连接所述第二驱动模块的输入端；所述第二驱动模块的输出端分别连接所述第二开关的另一端以及所述主开关高压功率管的栅极；所述主开关高压功率管的源极接地；
所述辅助高压功率管的源极分别连接所述第三开关的一端以及所述第四开关的一端；所述第三开关的另一端连接所述放电模块的输入端；所述第四开关的另一端连接所述电流采样电阻的一端；所述电流采样电阻的另一端接地；从所述电流采样电阻的一端引出电流采样信号。
2.根据权利要求1所述的电容放电电路，其特征在于，所述主开关高压功率管和所述辅助高压功率管为GaN晶体管、功率NMOS管或三极管。
3.根据权利要求1所述的电容放电电路，其特征在于，所述逻辑控制模块包括：反相器以及与门；
所述反相器的输入端为所述逻辑控制模块的第一输入端；所述反相器的输出端连接所述与门的第一输入端；所述与门的第二输入端为所述逻辑控制模块的第二输入端；所述与门的输出端为所述逻辑控制模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的电容放电电路，其特征在于，所述第一驱动模块和第二驱动模块为DRV系列的栅极驱动器。
5.根据权利要求1所述的电容放电电路，其特征在于，所述放电模块为放电电阻；所述放电电阻的一端为所述放电模块的输入端；所述放电电阻的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的电容放电电路，其特征在于，所述放电模块为恒流源；所述恒流源的输入端为所述放电模块的输入端；所述恒流源的输出端接地。
7.根据权利要求1所述的电容放电电路，其特征在于，所述放电模块包括：恒流源以及放电电容；所述恒流源的输入端为所述放电模块的输入端；所述恒流源的输出端接VDD以及所述放电电容的一端；所述放电电容的另一端接地。
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