自动识别和适配开关电路中X电容放电功能的方法和电路与流程

发电;变电;配电装置的制造技术自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法和电路技术领域1.本发明涉及开关电源电路技术领域，尤其涉及自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法和电路。背景技术：2.安规x电容是跨接在火线-零线之间的电容，通常用于抗干扰电路中的滤波作用，主要对差模干扰起到滤波作用。在x电容使用时需要防止电源线拔出时，电源线插头长时间带电，故按照相关安规认证标准，拔掉插头后需要在规定时间内降低至规定电压内。3.以反激开关电源为例，现有的控制芯片分为两类：4.一类不带x电容放电功能，如图1所示，需要在x电容cx并联泄放电阻rx进行放电。这种芯片设计和应用简单，但因为泄放电阻一直消耗能量，影响了开关电源的轻载效率和待机功耗，适合对效率和待机功耗要求较低的应用。5.另一类带x电容放电功能，如图2所示，无需并联rx，需要两个整流二极管d1和d2接到hv引脚，芯片在检测到电源线拔出时，做x电容放电工作，这一类芯片可以避免开关电源在工作时的无功消耗，适合对开关电源要求高的应用。6.对于不同的应用环境，对上述两类带有x电容放电功能和不带有x电容放电功能的芯片选用有所不同。从芯片应用者的角度，需要在产品开发时就根据应用对芯片进行选型，但是在应用环境或应用场景发生变化，例如需要进行产品升级时，之前所选用的芯片就有可能不再适合新的应用环境，这时候就必须要更换芯片，导致产品更新困难，更换芯片后重新调试产品带来的时间和技术难度都不可忽视。而对于芯片设计者和生产者来说，同时研发和制造两种芯片也存在设计周期长，生产周期长，研发成本高等问题。技术实现要素：7.本发明的目的是提供一种自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法和电路，该方法使得开关电路能够同时适用于需要带x电容放电的应用场合，又可以应用在无需x电容放电的应用场合，能够实现对x电容放电的自动识别和适配，不但简化了芯片设计和生产的复杂度，也使产品获得了更好的适用性和兼容性，同时还降低了成本。在无需x电容放电的应用环境下还能够自动关断识别电路从而降低功耗。8.为此，第一方面，本发明实施例提供了一种自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法，所述方法包括：9.在开关电源电路接通电源后，对启动电容充电，当所述启动电容的电压大于启动电路中设定的复位电压时，所述启动电路输出上电复位信号por启动识别电路；10.所述识别电路启动第一计时，在第一计时周期内，所述识别电路检测来自与开关电源电路相连接的高压启动电路输入端hv的电压vhv，并提供对地的下拉电流，将所述电压vhv与所述识别电路内部设置的参考电压vref进行比较，当vhv＞vref时，所述识别电路输出的电压状态指示信号ghv＝1，否则ghv＝0；11.所述识别电路统计所述第一计时周期内电压状态指示信号ghv＝0的持续时间是否大于设定的时间阈值，如果大于，识别结果为所述开关电源电路需要x电容放电功能，否则，识别结果为所述开关电源电路不需要x电容放电功能。12.优选的，所述识别电路通过一个nmos晶体管接入所述高压启动电路输入端hv；13.所述高压启动电路输入端hv接在开关电源电路的整流桥前或整流桥后。14.优选的，所述方法还包括自动适配处理；15.所述自动适配处理具体为：所述计时周期内电压状态指示信号ghv＝0的持续时间大于设定的时间阈值时，所述识别电路生成第一电平的识别结果信号用以使能对所述开关电源电路的x电容放电功能，否则，生成第二电平的识别结果信号用于断开所述识别电路到所述开关电源电路的连接。16.进一步优选的，在所述识别电路生成第一电平的识别结果信号用以使能对所述开关电源电路的x电容放电功能之后，所述方法还包括：17.通过所述识别电路对所述开关电源电路进行x电容放电。18.优选的，在所述启动电路输出上电复位信号启动识别电路后，所述识别电路输出启动电路控制信号ps控制关断所述启动电路。19.第二方面，本发明实施例提供了一种自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路，包括：启动电容、启动电路、识别电路和一个nmos晶体管m2；20.所述启动电容连接所述启动电路的比较信号输入端；21.所述nmos晶体管m2的漏极与连接开关电源电路的高压启动电路输入端hv相接，所述高压启动电路输入端hv接在开关电源电路的整流桥前或整流桥后；所述nmos晶体管m2的栅极和源极分别与所述启动电路和所述识别电路相接；22.在开关电源电路接通电源后，nmos晶体管m2导通，通过高压启动电路输入端hv、nmos晶体管m2和启动电路对启动电容充电，当所述启动电容的电压大于启动电路中设定的复位电压时，所述启动电路输出上电复位信号por给所述识别电路；23.所述识别电路根据所述上电复位信号启动第一计时，并且通过所述nmos晶体管m2和所述识别电路对所述高压启动电路输入端hv提供nmos晶体管m2的源级到地的下拉电流；24.在第一计时周期内所述识别电路检测高压启动电路输入端hv的电压vhv，并与所述识别电路内部设置的参考电压vref进行比较，当vhv＞vref时，所述识别电路输出的电压状态指示信号ghv＝1，否则ghv＝0；25.所述识别电路统计所述计时周期内电压状态指示信号ghv＝0的持续时间是否大于设定的时间阈值，如果大于，则生成第一电平的识别结果信号用以使能对所述开关电源电路的x电容放电功能，否则，生成第二电平的识别结果信号控制nmos晶体管m2断开所述识别电路到所述开关电源电路的连接。26.优选的，启动电路具体包括：nmos晶体管n1、第一电阻r1、稳压管vr1和启动模块；27.nmos晶体管m2的漏极接高压启动电路输入端hv；28.稳压管vr1反接在nmos晶体管m2的栅极与地之间；29.第一电阻r1连接在nmos晶体管m2的栅极与高压启动电路输入端hv之间；30.nmos晶体管n1的漏极接nmos晶体管m2的栅极，nmos晶体管n1的源级接地。31.识别电路具体包括：控制模块、模数转换模块、泄放模块和识别输出模块；32.所述控制模块与所述启动电路相连接，接收所述上电复位信号和开关电源电路的时钟信号，启动第一计时，并输出控制泄放模块中泄放电流大小的预设数字电压参数和第一电平的泄放控制信号；33.所述模数转换模块与所述控制模块相连接，根据所述预设数字电压参数转换为模拟电压值；34.所述泄放模块与nmos晶体管m2的源极、所述模数转换模块和所述控制模块分别连接，根据所述第一电平的泄放控制信号控制启动所述泄放模块，并根据所述模拟电压值转换为泄放电阻上的电流值，形成高压启动电路输入端hv的对地泄放；35.所述识别输出模块与nmos晶体管m2的源极相连接，将vhv与vref进行比较，当vhv＞vref时，所述识别输出模块输出电压状态指示信号ghv＝1，否则ghv＝0；36.所述控制模块还与所述识别输出模块相连接，接收所述识别输出模块输出的电压状态指示信号ghv，并统计在第一计时周期内电压状态指示信号ghv＝0的持续时间是否大于设定的时间阈值，如果大于，生成所述第一电平的识别结果信号，否则，生成所述第二电平的识别结果信号。37.优选的，，所述控制模块还连接所述nmos晶体管n1的栅极，根据所述第二电平的识别结果信号控制nmos晶体管n1导通，从而拉低nmos晶体管m2栅极电位使得nmos晶体管m2被关断，从而断开所述识别电路与所述开关电源电路的连接。38.第三方面，本发明实施例提供了一种开关电路，包括上述第二方面所述的自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路。39.本发明实施例提供的开关电路来自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法，该方法使得开关电路能够同时适用于需要带x电容放电的应用场合，又可以应用在无需x电容放电的应用场合，通过自动识别和适配x电容放电的应用要求，不但简化了芯片设计和生产的复杂度，也使产品获得了更好的适用性和兼容性，同时还降低了成本。在无需x电容放电的应用环境下还能够自动关断识别电路从而降低功耗。附图说明40.图1为现有技术提供的一种不带x电容放电-反激开关电源电路的示意图；41.图2为现有技术提供的一种带x电容放电-反激开关电源电路的示意图；42.图3为本发明实施例提供的一种开关电源电路的示意图；43.图4为本发明实施例提供的自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法流程图；44.图5为本发明实施例提供的自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路图；45.图6为本发明实施例提供的开关电源电路中高压启动电路输入端hv接在整流桥前的电路波形示意图；46.图7为本发明实施例提供的开关电源电路中高压启动电路输入端hv接在整流桥后的电路波形示意图；47.图8为本发明实施例提供的集成有自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路的反激控制芯片。具体实施方式48.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。49.本发明实施例提出了一种自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法，该方法应用于图3所示的开关电路中。50.图3所示的电路为本发明实施例提供的一种开关电源电路，虚线框内所提供的电路即为实施本发明自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法的电路，包括：启动电容cvcc、启动电路1、识别电路2和一个nmos晶体管m2。因为启动电容cvcc同时也是控制芯片的外围电路，因此没有将其划入虚线框内。该电路可以被集成在如图1、图2所示的控制芯片中，也可以是一个独立的芯片外接到图1、图2所示的控制芯片上。在图3中主要说明自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路在开关电源电路中的接入位置，因此控制芯片在此没有示出。51.图4为本发明实施例提供的自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法的主要步骤流程。结合图3、图4进行说明。52.步骤110，在开关电源电路接通电源后，对启动电容充电，当启动电容的电压大于启动电路中设定的复位电压时，启动电路输出上电复位信号por启动识别电路；53.启动电路和识别电路均通过nmos晶体m2管接入高压启动电路输入端hv；高压启动电路输入端hv可以如图3所示的接在开关电源电路的整流桥前或整流桥后，即连接在vac_abs(整流桥前)、vsw(整流桥后)或vdc(整流桥后)的其中一端。54.进一步的，在输出上电复位信号启动识别电路后，识别电路会输出启动电路控制信号ps控制关断启动电路。55.步骤120，识别电路启动第一计时，在第一计时周期内，识别电路检测来自与开关电源电路相连接的高压启动电路输入端hv的电压vhv，并提供对地的下拉电流，将电压vhv与识别电路内部设置的参考电压vref进行比较，当vhv＞vref时，识别电路输出的电压状态指示信号ghv＝1，否则ghv＝0；56.在以上步骤120的过程中，在识别电路启动第一计时t1，因为考虑到受整流二极管d1、d2漏电影响，如果不在hv到地外加下拉电流，hv引脚即使接在整流桥前的交流输入端，在交流过零时hv电压也达不到接近地端电压，所以为了能正确测量到是否接入交流信号，识别电路中需要产生从m2的源级到地的下拉电流，保证当hv接在整流桥前时，hv的电压vhv在输入交流电压vac过零时可以下拉到地。57.识别电路检测vhv，与内部设置的参考电压vref比较。在第一计时t1期间，如果检测到ghv＝0，也就是说存在vhv≤vref，那么说明开关电源电路可能具有x电容放电的需求。58.步骤130，识别电路统计第一计时周期内电压状态指示信号ghv＝0的持续时间是否大于设定的时间阈值，如果大于，识别结果为开关电源电路需要x电容放电功能，否则，识别结果为开关电源电路不需要x电容放电功能。59.以设定的时间阈值进行判断，可以避免因为信号干扰或者偶然异常的跳变造成的误判断。60.等到第一计时t1计时周期结束时，计时周期内电压状态指示信号ghv＝0的持续时间大于设定的时间阈值时，由此可以判定hv接在开关电源电路的vac_abs端，识别电路生成第一电平的识别结果信号用以使能对开关电源电路的x电容放电功能。在这种情况下可以进一步的在开关电源电路断开电源时通过识别电路对开关电源电路进行x电容放电。61.如果计时周期内ghv始终等于1或者ghv等于0的时间小于等于时间阈值tref，即判定为hv接在vdc或者vsw端，生成第二电平的识别结果信号用于断开识别电路到开关电源电路的连接。62.由此即可实现开关电路是否需要x电容放电功能，并在需要该功能情况下，在开关电源电路断开电源时自动适配以执行对开关电源电路进行x电容放电。63.以上说明了本发明方法所实现的原理，以下结合图5-7的电路图和波形图，对本发明自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法和电路进行详细说明。图5为本发明实施例提供的自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路图；图6为本发明实施例提供的开关电源电路中高压启动电路输入端hv接在整流桥前的电路波形示意图；图7为本发明实施例提供的开关电源电路中高压启动电路输入端hv接在整流桥后的电路波形示意图。64.本发明用以实现上述方法的一种具体电路形式可以如图5所示，包括：启动电容cvcc、启动电路1、识别电路2和一个nmos晶体管m2；65.启动电容cvcc连接启动电路1的比较信号输入端；nmos晶体管m2的漏极与开关电源电路的高压启动电路输入端hv相接，高压启动电路输入端hv接在开关电源电路的整流桥前或整流桥后；nmos晶体管m2的栅极和源极分别与启动电路1和识别电路2相接；66.启动电路1具体包括：nmos晶体管n1、第一电阻r1、稳压管vr1和启动模块10；nmos晶体管m2的漏极接高压启动电路输入端hv；稳压管vr1反接在nmos晶体管m2的栅极与地之间；第一电阻r1连接在nmos晶体管m2的栅极与高压启动电路输入端hv之间；nmos晶体管n1的漏极接nmos晶体管m2的栅极，nmos晶体管n1的源级接地。。67.识别电路2具体包括：控制模块21、模数转换模块(d/a)22、泄放模块23和识别输出模块24；68.控制模块21与启动模块10的上电复位信号por的输出端相连接，模数转换模块22与控制模块21的数字电压参数信号输出端相连接；泄放模块23由图4中的运算放大器op、nmos晶体管n2和电阻r2组成，泄放模块23与nmos晶体管m2的源极、模数转换模块22和控制模块21分别连接；识别输出模块24由图4中的pmos晶体管p3、nmos晶体管n3、电流源is和施密特触发器20构成，识别输出模块24与nmos晶体管m2的源极相连接，并且接启动模块10输出的上电复位信号por。同时，识别输出模块24的输出端输出的电压状态指示信号ghv反馈到控制模块21，控制模块21还与nmos晶体管n1栅极相连接，根据接收到的电压状态指示信号ghv输出控制nmos晶体管n1栅极电压的电路接入控制信号gn1，并由此控制nmos晶体管n1的导通或关断，进而控制nmos晶体管m2的导通或关断，并由此启动单元1和控制单元2的保持接入或断开。69.基于该电路结构，在开关电源电路上电后，控制模块21输出预设的数字电压参数dis[1:0]＝00，enop置0，关断运算放大器op和n2放电通路，电路接入控制信号gn1＝0，控制模块21输出高电平的启动电路控制信号ps控制开启启动模块10。[0070]此时nmos晶体管n1关断，随着高压启动电路输入端hv电压升高，nmos晶体管m2的vgs＞vth,nmos晶体管m2导通，通过nmos晶体管m2和启动模块10向cvcc充电；当vcc充到启动模块10内部设定的复位电压以上时，启动模块10输出低电平的上电复位信号por给识别电路2；[0071]控制模块21接收到低电平的上电复位信号por之后，输出低电平的启动电路控制信号ps控制关闭启动模块10，cvcc充电停止，且控制模块21启动计时，电路进入识别阶段。[0072]控制模块21接收低电平的上电复位信号por和开关电源电路的时钟信号clk，启动第一计时，计时时间t1可取16ms～32ms。控制模块21输出控制泄放模块23中泄放电流大小的预设数字电压参数dis[1:0]＝01和高电平的泄放控制信号enop。[0073]泄放模块23根据高电平的泄放控制信号enop控制启动运算放大器op工作，数字电压参数dis[1:0]＝01经过模数转换模块(d/a)22的转换后，送入运算放大器op，通过运算放大器op的输出控制开启nmos晶体管n2，高压启动电路输入端hv的电压通过nmos晶体管m2、nmos晶体管n2和电阻r2形成对地泄放。[0074]需要说明的是，如果高压启动电路输入端hv接的是整流桥前vac_abs，那么波形如图6所示，为了在vac过零时刻能够将vhv拉至0v，因此r2的电流ir2需要足够大。在本发明的具体实现中，采用如下表1所示的数字电压参数与对应的模数转换后的电压vrds和ir2电流的对应关系和取值。数字电压参数dis[1:0]＝01对应的ir2取1.6ma，以保证r2的电流ir2需要足够大，能够实现在vac过零时刻能够将高压启动电路输入端hv的vhv拉至0v。[0075]识别输出模块24由pmos晶体管p3、nmos晶体管n3、电流源is组成(可取值为2～4ua)，pmos晶体管p3和nmos晶体管n3的栅极由内部参考电压vref1(可取值为5v左右)控制。[0076]由此，vref1与pmos晶体管p3的导通阈值vt的和就成为了pmos晶体管导通的参考电压，也就是前面方法中所说的识别电路内部设置的参考电压vref。[0077]在高压启动电路输入端hv接的是整流桥前的情况下，存在以下情况：在vhv＞vref时，pmos晶体管p3的导通，施密特触发器20输入端为高电平信号，识别电路输出的电压状态指示信号ghv＝1；在vhv≤vref时，pmos晶体管p3的关断，施密特触发器20输入端电平被电流源is拉为低电平信号，输出ghv＝0。[0078]在高压启动电路输入端hv接的是整流桥后的情况下，仅存在以下情况：vhv＞vref，pmos晶体管p3的导通，施密特触发器20输入端为高电平信号，识别电路输出的电压状态指示信号ghv＝1。[0079]控制模块21接收识别输出模块24输出的电压状态指示信号ghv，并统计在第一计时周期t1内电压状态指示信号ghv＝0的持续时间是否大于设定的时间阈值tref，如果大于，在第一计时周期t1生成第一电平的识别结果信号enchg＝1，否则，生成第二电平的识别结果信号enchg＝0。识别结果信号enchg为控制模块的内部信号。[0080]如果是生成第一电平的识别结果信号，则判定高压启动电路输入端hv接在整流桥前，电路中的波形如图6，内部信号enchg置1，此时控制模块21继续将电路接入控制信号gn1置0，使nmos晶体管n1维持关断，从而nmos晶体管m2的栅极电压维持在高电平，nmos晶体管m2维持导通；[0081]如果是生成第二电平的识别结果信号，则判定高压启动电路输入端hv接在整流桥后，电路中的波形如图7，内部信号enchg置0，此时控制模块21继续将电路接入控制信号gn1置1，使nmos晶体管n1变为导通，从而拉低nmos晶体管m2的栅极电压，nmos晶体管m2关断，由此断开本发明自动识别和适配x电容放电功能的电路在开关电源电路中的连接，达到根据应用需求进行自动适配的功能，同时降低功耗。[0082]在生成第一电平的识别结果信号enchg＝1情况下，识别电路2还能够在开关电源电路断开电源时自动适配以执行对开关电源电路进行x电容放电。[0083]识别结果信号enchg＝1，同时启动第三计时，计时时间t3在本实施例中取700ms，即间隔700ms后再进行插头拔出的监测，待计时时间t3到达时，进入第二计时阶段。第三计时阶段enop置0，关断运算放大器op和nmos晶体管n2放电通路，减小直流损耗。[0084]启动第二计时，将enop置为1，即泄放控制信号置为高电平，这样是为了排除开关电源电路中整流二极管漏电影响，因此在检测开关电源电路是否断电(电源插头拔出)时也需开启高压启动电路输入端hv的对地电流ir2。[0085]dis[1:0]值对应vrds电压对应ir2电流00//01800mv1.6ma102000mv4ma[0086]表1[0087]在本发明具体实施中，第二计时时间t2取值为72ms，在计时时间t2内，输出dis[1:0]＝01；如果在0～72ms之间的任何时刻检测到ghv＝0，那么则计时时间t2清零，则认为插头未拔出。[0088]此时再将enop置为0，再次启动第三计时，重复上述过程，待计时时间t3到达时，再次进入第二计时阶段。这样可以不必持续的在线监测插头拔出，也可以在一定程度上降低功耗。当然也可以不设置第三计时阶段，而是持续的执行第二计时阶段的监测。[0089]如果执行到第二计时阶段，在t2计时到72ms仍未检测到ghv＝0，那么则认为是插头已拔出，此时输出dis[1:0]＝10，通过r2上的大电流执行x电容放电动作。[0090]本发明实施例提供的开关电路来自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的方法和电路，使得开关电路能够同时适用于需要带x电容放电的应用场合，又可以应用在无需x电容放电的应用场合，通过自动识别和适配x电容放电的应用要求，不但简化了芯片设计和生产的复杂度，也使产品获得了更好的适用性和兼容性，同时还降低了成本。在无需x电容放电的应用环境下还能够自动关断识别电路从而降低功耗。[0091]图8为本发明实施例提供的集成有自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路的反激控制芯片。由图8可以看到本发明提供的自动识别和适配开关电路中x电容放电功能的电路集成在开关电路中的一种具体应用。[0092]芯片由启动电路、识别电路、高压mos器件m2、pwm产生电路和驱动电路组成。启动电路用来在上电启动和需要补充供电时给vcc引脚提供电源。识别电路根据hv引脚的外部接法识别是否需要x电容放电功能，在x电容放电功能使能时，用于在正常工作阶段检测电源插头是否拔出，并做出相应动作；在x电容放电功能不使能时，此电路不工作，不消耗电流；pwm产生电路根据反馈信号fb产生主功率器件的控制信号pwm；驱动电路根据pwm产生可以直接驱动主功率器件的驱动信号gt。[0093]本发明在开关电源中的应用不局限于开关电源中的反激架构，只要是需要带x放电功能的应用场合均适用；图8中芯片引脚只标出了必要的引脚，可以根据具体的开关电源架构和功能增加或减少引脚，均属于本专利的保护范围。[0094]专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。[0095]结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。[0096]以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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