TWI482405B - Emi濾波電容器放電電路及放電方法 - Google Patents
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Description
本發明的實施例涉及電子電路，特別地，涉及EMI濾波電容器放電電路及放電方法，以及包括該放電電路的控制器。
一般地，開關變換器採用EMI濾波器來降低電磁干擾，該EMI濾波器通常包括耦接在開關變換器輸入端之間的電容器，如X電容器。當開關變換器從電源(例如電網)斷開時，X電容器兩端的電壓可能持續保持高壓，該高壓會對在開關變換器從電源斷開後觸摸開關變換器的人造成安全風險。
為了最小化安全風險，通常在x電容器兩端並聯連接一個或多個放電電阻器，以在開關變換器從電源斷開後，在短時間內，例如1秒內，將X電容器兩端的電壓減小到安全值(例如50V左右)。然而，放電電阻器在開關變換器連接至電源時仍持續消耗功率，這無疑降低了開關變換器的工作效率。在輕載和空載時，該不利影響尤為明顯。
本發明要解決的技術問題是提供一種低功耗、高效率的EMI濾波電容器放電電路及放電方法，以及包括該放電電路的控制器。
根據本發明實施例的一種EMI濾波電容器放電電路，包括：
檢測電路，耦接至開關變換器的輸入端，檢測電源是否耦接至開關變換器，並產生標識信號；以及電流源，具有輸入端、輸出端和控制端，其中輸入端耦接至開關變換器的輸入端，輸出端耦接至供電電容器以提供供電電壓；其中當檢測電路產生的標識信號指示電源未耦接至開關變換器時，通過電流源對耦接在開關變換器輸入端之間的EMI濾波電容器進行放電。
根據本發明實施例的一種控制器，包括如前所述的EMI濾波電容器放電電路。
根據本發明實施例的一種EMI濾波電容器放電方法，其中EMI濾波電容器耦接在開關變換器的輸入端之間，開關變換器包括耦接至供電電容器以提供供電電壓的電流源，該放電方法包括：步驟A：檢測電源是否耦接至開關變換器；以及步驟B：當檢測到電源未耦接至開關變換器時，通過所述電流源對EMI濾波電容器進行放電。
本發明的實施例在檢測到電源未耦接至開關變換器時，通過耦接至供電電容器的電流源對EMI濾波電容器進行放電，從而無需或至少減小放電電阻器，降低了功率損耗，特別是空載和輕載損耗，提高了工作效率。此外，由於該電流源既用作供電，也用作EMI濾波電容器的放電，因而減小了電路體積，降低了成本。
100、500、600‧‧‧開關變換器
101、501‧‧‧開關電路
102、202、502‧‧‧整流電路
103、503‧‧‧輔助供電電路
104、204、504’、604’‧‧‧欠壓鎖存電路
105、205、505、805’‧‧‧採樣電路
106、206、506、806’‧‧‧邏輯電路
107、207、507‧‧‧控制電路
108、208、508‧‧‧比較電路
109、209、509、809’、609‧‧‧計時電路
510、610‧‧‧門電路
511、611‧‧‧鉗位元電路
712、PEAK‧‧‧採樣保持電路
713‧‧‧分壓電路
814‧‧‧第一比較電路
815‧‧‧第二比較電路
816‧‧‧單觸發電路
AND1‧‧‧及閘
C1、C2、C3、CS、XCAP‧‧‧電容器
CMP1、CMP4‧‧‧滯環比較器
CMP2、CMP3、CMP5、CMP6‧‧‧比較器
CMPO‧‧‧比較輸出信號
CTRL‧‧‧控制信號
D1-D8‧‧‧二極體
FF1‧‧‧觸發器
FLAG‧‧‧標識信號
I1‧‧‧電流源
IC‧‧‧控制器
IS‧‧‧電流源
J1、J2、S1、S2、S3、M1‧‧‧開關
LOCK、LOCK’‧‧‧欠壓鎖存信號
NOT1‧‧‧反閘
OR1‧‧‧或閘
OT‧‧‧逾時信號
Q‧‧‧輸出端
R‧‧‧復位端
R1、R2、R3‧‧‧電阻器
S‧‧‧置位端
T1、T2、T3‧‧‧變壓器
TTH‧‧‧時間閾值
VAC‧‧‧電壓
VCC‧‧‧供電電壓
VREC‧‧‧整流信號
VSAMPLE‧‧‧採樣信號
VTH1、VTH2、VTH3、VTH4、VTH5‧‧‧閾值電壓
ZD1‧‧‧齊納二極體
第1圖為根據本發明一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變換器100的框圖；第2圖為根據本發明一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變
換器200的電路原理圖；第3圖為根據本發明一實施例的第2圖所示EMI濾波電容器放電電路的工作波形圖；第4圖為根據本發明一實施例的第2圖所示開關變換器200在啟動過程中供電電壓的波形圖；第5圖為根據本發明另一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變換器500的框圖；第6圖為根據本發明另一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變換器600的電路原理圖；第7圖為根據本發明一實施例的閾值調節電路的電路原理圖；第8圖為根據本發明一實施例的檢測電路的電路原理圖；第9圖為根據本發明一實施例的EMI濾波電容器放電方法的流程圖。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裏描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：這些特定細節對於本發明而言不是必需的。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”
或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，並且示圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裏使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。
儘管並聯在EMI濾波電容器兩端的放電電阻器可以在開關變換器從電源斷開後，在短時間內將X電容器兩端的電壓減小到安全值，但是放電電阻器在開關變換器連接至電源時仍持續消耗功率。這降低了開關變換器的工作效率。在輕載和空載時，該不利影響尤為明顯。
為了解決上述問題，本發明的實施例提供一種EMI濾波電容器放電電路，包括檢測電路和電流源，其中電流源耦接至供電電容器以提供供電電壓。檢測電路檢測電源是否耦接至開關變換器。當檢測電路檢測到電源未耦接至開關變換器時，通過電流源對耦接在開關變換器輸入端之間的EMI濾波電容器進行放電。在一個實施例中，當檢測電路檢測到電源未耦接至開關變換器時，EMI濾波電容器被放電直至其兩端的電壓達到一安全閾值電壓，例如50V。由於採用電流源對EMI濾波電容器進行放電，從而無需放電電阻器，降低了功率損耗，特別是空載和輕載損耗，提高了工作效率。此外，由於電流源既用作供電，也用作對EMI濾波電容器進行放電，因而減小了電路體積，降低了成本。
以下主要使用耦接至交流電源的開關變換器為例來描述根據本發明教導的各實施例。但本領域技術人員可知，本發明的教導可應用於任何耦接到電源的系統，在該系統中，若電源從系統輸入端斷開，耦接在系統輸入端之間的電容器會對其後觸摸系統的人造成安全風險。
第1圖為根據本發明一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變換器100的框圖。開關變換器100包括EMI濾波電容器XCAP、整流橋、開關電路101、控制電路107、整流電路102以及EMI濾波電容器放電電路。開關變換器100具有用於耦接至電源的兩個輸入端。電容器XCAP耦接在開關變換器100的兩個輸入端之間。在一個實施例中，電容器XCAP包括一個或多個X電容器。由二極體D1~D4組成的整流橋從電容器XCAP兩端接收電壓VAC，並對其進行整流。開關電路101耦接至整流橋的輸出端，包括至少一個開關，通過該至少一個開關的導通與關斷調節提供至負載的能量。控制電路107耦接至開關電路101以控制開關電路101中至少一個開關的導通與關斷。開關電路101可採用任何直流/直流變換或直流/交流變換拓撲結構，例如升壓變換器、降壓變換器、正激變換器、反激變換器等。開關電路101中的開關可以為任何可控半導體開關裝置，例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)等。
整流電路102具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端和第二輸入端分別耦接至開關變換器100的兩個輸入端以接收電壓VAC，輸出端提供整流信號VREC。整流電路102可以為全橋整流電路、全波整流電路或半波整流電路。EMI濾波電容器放電電路耦接至整流電路102的輸出端，包括電流源IS、開關S1、S2和檢測電路。檢測電路檢測電源
是否耦接至開關變換器100，並產生標識信號FLAG。電流源IS具有輸入端、輸出端和控制端，其中輸入端耦接至整流電路102的輸出端。開關S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流源IS的輸出端，第二端接地，控制端耦接至檢測電路以接收標識信號FLAG。開關S2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流源IS的輸出端，控制端耦接至檢測電路以接收標識信號FLAG。供電電容器CS具有第一端和第二端，其中第一端耦接至開關S2的第二端，第二端接地。電容器CS兩端的電壓為供電電壓VCC。
當檢測電路檢測到電源未耦接至開關變換器100時，開關s1被導通而開關S2被關斷，電流源IS對電容器XCAP進行放電。當檢測電路檢測到電源耦接至開關變換器100時，開關S1被關斷而開關S2被導通，電流源IS為電容器CS提供能量。
在一個實施例中，EMI濾波電容器放電電路還包括欠壓鎖存電路104。欠壓鎖存電路104具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關S1的第一端，輸出端耦接至電流源IS的控制端以提供欠壓鎖存信號LOCK。欠壓鎖存電路104將開關S1的第一端和第二端之間的電壓與閾值電壓VTH1和VTH2進行滯環比較。當開關S1的第一端和第二端之間的電壓增大至閾值電壓VTH1時，欠壓鎖存電路104將電流源IS關閉，使電流源IS不再輸出電流。當開關S1的第一端和第二端之間的電壓減小至閾值電壓VTH2時，欠壓鎖存電路104將電流源開啟。閾值電壓VTH1大於VTH2。在一個實施例中，閾值電壓VTH1等於12V，閾值電壓VTH2等於8V。
在一個實施例中，開關變換器100還包括輔助供電電路103。輔助供電電路103具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關電路101，
輸出端耦接至電容器CS的第一端。在開關變換器100剛啟動時，供電電壓VCC尚未建立，開關電路101不能正常工作，電流源IS為電容器CS提供能量。在開關變換器100的啟動完成後，開關電路101開始正常工作，主要由輔助供電電路103為電容器CS提供能量。在一個實施例中，EMI濾波電容器放電電路與控制電路107集成在一個控制器(例如控制IC)中，電容器CS為該控制器提供供電電壓。
當電源耦接至開關變換器100時，整流信號VREC為整流後的正弦波(通稱饅頭波)。當開關變換器100從電源處斷開時，整流信號VREC變成由斷開瞬間電源電壓所確定的穩定直流值。檢測電路可通過檢測整流信號VREC為饅頭波，還是穩定直流值，來確定開關變換器100是耦接至電源，還是從電源處斷開。當然，檢測電路也可以通過檢測其他跟開關變換器100的輸入電壓或電流相關的電信號，來判斷開關變換器100是否耦接至電源。
在一個實施例中，檢測電路包括採樣電路105、比較電路108、計時電路109和邏輯電路106。採樣電路105具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至整流電路102的輸出端以接收整流信號VREC，輸出端提供採樣信號VSAMPLE。比較電路108具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至採樣電路105的輸出端以接收採樣信號VSAMPLE，第二輸入端接收閾值電壓VTH3，輸出端提供比較輸出信號CMPO。計時電路109具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至比較電路108的輸出端以接收比較輸出信號CMPO，計時電路109基於比較輸出信號和時間閾值TTH，在其輸出端產生逾時信號OT。邏輯電路106具有第一輸入端、第二輸入端和
輸出端，其中第一輸入端耦接至比較電路108的輸出端以接收比較輸出信號CMPO，第二輸入端耦接至計時電路109的輸出端以接收逾時信號OT。邏輯電路106基於比較輸出信號CMPO和逾時信號OT，在其輸出端產生標識信號FLAG。
整流電路102的存在可以減小EMI濾波電容器放電電路中高壓裝置的數量。但本領域技術人員應意識到，整流電路102並非必需，EMI濾波電容器放電電路可包括兩個與如第1圖所示的放電電路類似的電路，並直接耦接至開關變換器100的兩個輸入端。
第2圖為根據本發明一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變換器200的電路原理圖。開關變換器200包括EMI濾波電容器XCAP、二極體D1~D4組成的整流橋、開關電路、控制電路207、整流電路202以及EMI濾波電容器放電電路。開關電路採用反激變換器拓撲結構，包括電容器C1、C2、開關M1、變壓器T1以及二極體D7。變壓器T1具有初級繞組、次級繞組和輔助繞組，其中輔助繞組通過二極體D8耦接至供電電容器CS的第一端，為電容器CS提供輔助供電。控制電路207耦接至開關M1的控制端，產生控制信號CTRL以控制開關M1的導通與關斷。
整流電路202包括二極體D5和D6。二極體D5和D6的陽極分別耦接至開關變換器200的兩個輸入端，二極體D5和D6的陰極耦接在一起以提供整流信號VREC。EMI濾波電容器放電電路包括電流源IS、開關S1、S2、檢測電路和欠壓鎖存電路204。電流源IS包括結型場效應電晶體(JFET)J1、J2和電阻器R3。電晶體J1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端作為電流源IS的輸入端耦接至整流電路202的輸出端以接收整流信號VREC，
第二端作為電流源IS的輸出端。電阻器R3具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電晶體J1的第一端，第二端耦接至電晶體J1的控制端。電晶體J2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電阻器R3的第二端和電晶體J1的控制端，第二端接地。電晶體J2的控制端為電流源IS的控制端。在其他實施例中，電流源IS可採用其他適用的結構。開關S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電晶體J1的第二端，第二端接地，控制端耦接至檢測電路的輸出端以接收標識信號FLAG。開關S2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電晶體J1的第二端和開關S1的第一端，第二端耦接至電容器CS的第一端，控制端耦接至檢測電路的輸出端以接收標識信號FLAG。
欠壓鎖存電路204包括滯環比較器CMP1。滯環比較器CMP1具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接至開關S1和S2的第一端以及電晶體J1的第二端，反相輸入端接收閾值電壓VTH1和VTH2，輸出端耦接至開關J2的控制端以提供欠壓鎖存信號LOCK。當開關S1第一端和第二端之間的電壓增大至閾值電壓VTH1時，欠壓鎖存信號LOCK由低電平變為高電平，開關J2被導通，開關J1被關斷，電流源IS被關閉。當開關S1的第一端和第二端之間的電壓減小至閾值電壓VTH2時，欠壓鎖存信號LOCK由高電平變為低電平，開關J2被關斷，開關J1被導通，電流源IS被開啟。在一個實施例中，欠壓鎖存電路204可包括多個比較器和門電路的組合。
檢測電路包括採樣電路205、比較電路208、計時電路209和邏輯電路206。採樣電路205包括由電阻器R1和R2組成的電阻分壓器。比較
電路208包括比較器CMP2。比較器CMP2具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端接收閾值電壓VTH3，反相輸入端耦接至採樣電路205的輸出端以接收採樣信號VSAMPLE，輸出端提供比較輸出信號CMPO。在一個實施例中，閾值電壓VTH3被設置為與安全閾值電壓，例如50V，相對應的恆定值。
計時電路209對採樣信號VSAMPLE持續大於閾值電壓VTH3的時間進行計時，並將該計時時長與時間閾值TTH進行比較以產生逾時信號(超時信號)OT。計時電路209包括電流源I1、電容器C3、開關S3以及比較器CMP3。電流源I1的輸入端接收參考電壓。電容器C3具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電流源I1的輸出端，第二端接地。開關S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流源I1的輸出端和電容器C3的第一端，第二端接地，控制端耦接至比較器CMP2的輸出端以接收比較輸出信號CMPO。比較器CMP3的同相輸入端耦接至電流源I1的輸出端和電容器C3的第一端，反相輸入端接收閾值電壓VTH4，輸出端提供逾時信號OT。在一個實施例中，計時電路209也可由數位電路來實現。
計時電路209的時間閾值TTH可通過調節電流源I1、電容器C3或閾值電壓VTH4來進行設置。時間閾值TTH一般被設置為大於交流電源週期的一半。在一個實施例中，交流電源的頻率為50Hz，時間閾值TTH被設置為20ms。
邏輯電路206包括觸發器FF1。觸發器FF1具有復位端R、置位端S和輸出端Q，其中復位端R耦接至比較電路208的輸出端以接收比較輸出信號CMPO，置位元端S耦接至計時電路209的輸出端以接收逾時信號
OT，輸出端提供標識信號FLAG。觸發器FF1的置位端S和復位端R均為上升沿有效。
當採樣信號VSAMPLE小於閾值電壓VTH3時，比較輸出信號CMPO為高電平。開關S3被導通，電容器C3兩端的電壓為零，逾時信號OT為低電平。當採樣信號VSAMPLE大於閾值電壓VTH3時，比較輸出信號CMPO為低電平。開關S3被關斷，電流源I1對電容器C3進行充電，電容器C3兩端的電壓逐漸增大。若在電容器C3兩端的電壓增大至閾值電壓VTH4前，採樣信號VSAMPLE再次小於閾值電壓VTH3，則計時電路209被重設，開關S3被導通，電容器C3兩端的電壓被快速放電至零，逾時信號OT保持低電平。
若採樣信號VSAMPLE持續大於閾值電壓VTH3，使電容器C3兩端的電壓增大至閾值電壓VTH4，則時間閾值TTH到，逾時信號OT由低電平變為高電平，觸發器FF1被置位元，標識信號FLAG變為高電平。開關S1被導通，開關S2被關斷，電容器XCAP通過電流源IS被放電。
當電源重新耦接至開關變換器200，或電容器XCAP被放電至安全閾值電壓時，比較輸出信號CMPO由低電平變為高電平，觸發器FF1被復位。標識信號FLAG由高電平變為低電平，開關S1被關斷，開關S2被導通。計時電路209也同時被重設，開關S3被導通，電容器C3兩端的電壓被快速放電至零，逾時信號OT由高電平變為低電平。
第3圖為根據本發明一實施例的第2圖所示EMI濾波電容器放電電路的工作波形圖。在T1時刻之前，電源耦接至開關變換器200，採樣信號VSAMPLE為週期性的饅頭波。採樣信號VSAMPLE會在計時電路209
的計時時間達到時間閾值TTH之前，再次下降至小於閾值電壓VTH3，從而重設計時電路209。在T1時刻之前，標識信號FLAG保持低電平，開關S1被關斷而開關S2被導通。
在T1時刻，開關變換器從電源處拔出，由於電容器XCAP的存在，電壓VAC維持高壓，採樣信號VSAMPLE持續大於閾值電壓VTH3。在T2時刻，計時電路209的計時時間達到時間閾值TTH，逾時信號OT由低電平變為高電平，觸發器FF1被置位元，標識信號FLAG由低電平變為高電平。開關S1被導通，開關S2被關斷。電容器XCAP通過電流源IS被放電，電壓VAC逐漸減小，採樣信號VSAMPLE也逐漸減小。
在T3時刻，電壓VAC被放電至安全閾值電壓，採樣信號VSAMPLE被減小至閾值電壓VTH3，比較輸出信號CMPO由低電平變為高電平，觸發器FF1被復位。標識信號FLAG由高電平變為低電平，開關S1被關斷而開關S2被導通。同時，開關S3被導通，計時器209被重設。
第4圖為根據本發明一實施例的第2圖所示開關變換器200在啟動過程中供電電壓VCC的波形圖。在這個過程中，開關變換器200耦接至電源，標識信號FLAG為低電平，開關S1關斷而開關S2導通。在開關變換器200剛啟動時，供電電壓VCC尚未建立，開關電路未能正常工作，比較器CMP1輸出的欠壓鎖定信號LOCK為低電平。開關J2被關斷，開關J1被導通，電流源IS對電容器CS進行充電，供電電壓VCC逐漸增大。當供電電壓VCC增大至閾值電壓VTH1時，欠壓鎖定信號LOCK由低電平變為高電平。開關J2被導通，開關J1被關斷，電流源IS被關閉。開關電路開始正常工作，變壓器T1的輔助繞組代替電流源IS為電容器CS提供能量。
在其後的時間裏，供電電壓VCC可能由於開關電路工作尚未穩定而下降至閾值電壓VTH2。此時欠壓鎖定信號LOCK將由高電平變為低電平，開關J2被關斷，開關J1被導通，電流源IS再次對供電電容器CS進行充電。在開關電路進入穩定工作後，變壓器T1的輔助繞組為電容器CS提供的能量可使供電電壓VCC穩定在一預設值，例如10V。
第5圖為根據本發明另一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變換器500的框圖。與第1圖所示開關變換器100類似地，開關變換器500包括EMI濾波電容器XCAP、二極體D1~D4組成的整流橋、開關電路501、控制電路507、整流電路502以及EMI濾波電容器放電電路。
EMI濾波電容器放電電路包括電流源IS和檢測電路。檢測電路檢測電源是否耦接至開關變換器500，並產生標識信號FLAG。電流源IS具有輸入端、輸出端和控制端，其中輸入端耦接至整流電路502的輸出端，輸出端耦接至供電電容器CS，控制端耦接至檢測電路以接收標識信號FLAG。當檢測電路檢測到電源未耦接至開關變換器500時，電流源IS被開啟，EMI濾波電容器放電電路通過電流源IS將電容器XCAP中的能量放電至供電電容器CS。
在一個實施例中，EMI濾波電容器放電電路還包括欠壓鎖存電路504’和門電路510。欠壓鎖存電路504’具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至電容器CS的第一端接收供電電壓VCC。欠壓鎖存電路504’將供電電壓VCC與閾值電壓VTH1和閾值電壓VTH2進行滯環比較，並在其輸出端提供欠壓鎖存信號LOCK’。門電路510具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至檢測電路的輸出端以接收標識信號FLAG，
第二輸入端耦接至欠壓鎖存電路504’的輸出端以接收欠壓鎖存信號LOCK’，輸出端耦接至電流源IS的控制端。門電路510根據欠壓鎖存信號LOCK’和標識信號FLAG將電流源IS關閉或開啟。在一個實施例中，當電源耦接至開關變換器500且供電電壓VCC增大至閾值電壓VTH1時，電流源IS被關閉。當電源未耦接至開關變換器500，或供電電壓VCC減小至閾值電壓VTH2時，電流源IS被開啟。
在一個實施例中，EMI濾波電容器放電電路還包括鉗位元電路511。鉗位元電路511耦接至電容器CS的第一端，對供電電壓VCC進行鉗位元，以使其最大值等於鉗位元閾值電壓，例如18V。
在一個實施例中，開關變換器500還包括輔助供電電路503。輔助供電電路503具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關電路501，輸出端耦接至電容器CS的第一端。在開關變換器500剛啟動時，供電電壓VCC尚未建立，開關電路501未能正常工作，電流源IS為電容器CS提供能量。在開關變換器500啟動完成後，主要由輔助供電電路503為電容器CS提供能量。在一個實施例中，EMI濾波電容器放電電路與控制電路507集成在一個控制器(例如控制IC)中，電容器CS為該控制器提供供電電壓。
在一個實施例中，檢測電路包括採樣電路505、比較電路508、計時電路509和邏輯電路506。這些電路的結構與第1圖中所示對應電路的結構基本相同，在此不再贅述。
第6圖為根據本發明另一實施例的使用EMI濾波電容器放電電路的開關變換器600的電路原理圖，其中大部分電路的結構與第2圖所示開關變換器200中對應電路的結構基本相同。
欠壓鎖存電路604’包括滯環比較器CMP4。滯環比較器CMP4具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接至電容器CS的第一端，反相輸入端接收閾值電壓VTH1和VTH2，輸出端提供欠壓鎖存信號LOCK’。門電路610包括及閘AND1以及反閘NOT1。反閘NOT1具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至觸發器FF1的輸出端Q以接收標識信號FLAG。及閘AND1具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至比較器CMP4的輸出端以接收欠壓鎖存信號LOCK’，第二輸入端耦接至反閘NOT1的輸出端，輸出端耦接至開關J2的控制端。鉗位元電路611包括齊納二極體ZD1。齊納二極體ZD1的陰極耦接至電容器CS的第一端，陽極接地。在一個實施例中，鉗位元電路611包括與齊納管具有類似功能的元件或元件的組合。
在一些應用中，由於寄生電容的存在，在電源耦接至開關變換器時，整流信號VREC可能無法週期性地下降至安全閾值電壓以下，致使前述實施例中的檢測電路無法正常工作。為了避免上述情況，在一個實施例中，EMI濾波電容器放電電路還包括閾值調節電路。該閾值調節電路具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至採樣電路的輸出端以接收採樣信號VSAMPLE，閾值調節電路基於電源耦接至開關變換器時採樣信號VSAMPLE的峰值在其輸出端產生閾值電壓VTH3，並將其提供至比較電路的第二輸入端。在一個實施例中，該閾值電壓VTH3與電源耦接至開關變換器時採樣信號VSAMPLE的峰值成比例，例如為該峰值的90%。
第7圖為根據本發明一實施例的閾值調節電路的電路原理圖。該閾值調節電路包括採樣保持電路712和分壓電路713。採樣保持電路
712具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至採樣電路的輸出端以接收採樣信號VSAMPLE，採樣保持電路712對採樣信號VSAMPLE的峰值進行採樣和保持，並在其輸出端提供採樣保持信號PEAK。在一個實施例中，採樣保持電路712僅在電源耦接至開關變換器時對採樣信號VSAMPLE的峰值進行採樣和保持，以產生採樣保持信號PEAK。在另一個實施例中，採樣保持電路712在任何時候均對採樣信號VSAMPLE的峰值進行採樣和保持，但僅在電源耦接至開關變換器對採樣保持信號PEAK進行刷新，在電源未耦接至開關變換器時，採樣保持信號PEAK保持原有值不變。分壓電路713具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至採樣保持電路712的輸出端以接收採樣保持信號PEAK，輸出端耦接至比較電路的第二輸入端以提供閾值電壓VTH3。在一個實施例中，分壓電路713包括電阻分壓器。
第8圖為根據本發明一實施例的檢測電路的電路原理圖。該檢測電路包括採樣電路805’、第一比較電路814、第二比較電路815、單觸發電路816、或閘OR1、計時電路809’和邏輯電路806’。採樣電路805’具有輸入端和輸出端，其中輸入端直接耦接或通過整流電路間接耦接至開關變換器的輸入端，輸出端提供採樣信號VSAMPLE。第一比較電路814具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至採樣電路805’的輸出端以接收採樣信號VSAMPLE，第二輸入端接收閾值電壓VTH3。第二比較電路815具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至採樣電路805’的輸出端以接收採樣信號VSAMPLE，第二輸入端接收閾值電壓VTH5。
單觸發電路816具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至第
二比較電路815的輸出端。或閘OR1具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至第一比較電路814的輸出端，第二輸入端耦接至第二比較電路815的輸出端。計時電路809’具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至單觸發電路816的輸出端，計時電路基於單觸發電路的輸出信號和時間閾值，在其輸出端產生逾時信號OT。邏輯電路806’具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至或閘OR1的輸出端，第二輸入端耦接至計時電路809’的輸出端以接收逾時信號OT，輸出端提供標識信號FLAG。
在一個實施例中，如第8圖所示，採樣電路805’包括電阻分壓器。第一比較電路814包括比較器CMP5，第二比較電路815包括比較器CMP6，邏輯電路806’包括觸發器FF2，計時電路809’與第6圖所示計時電路609的結構基本相同。
當採樣信號VSAMPLE由低於閾值電壓VTH5變為高於閾值電壓VTH5時，單觸發電路816被觸發。單觸發電路816產生一短脈衝。該短脈衝將觸發器FF2重定，並將計時電路809’重設，標識信號和逾時信號OT均為低電平。
若計時電路809’的計時時間達到時間閾值TTH，逾時信號OT由低電平變為高電平，觸發器FF2被置位元，標識信號FLAG變為高電平，電容器XCAP通過電流源IS被放電。當電容器XCAP被放電至安全閾值電壓時，採樣信號VSAMPLE小於閾值電壓VTH3，比較器CMP5輸出高電平，觸發器FF2被重定，標識信號FLAG由高電平變為低電平。若電源在電容器XCAP放電期間重新耦接至開關變換器，當採樣信號VSAMPLE由低於
閾值電壓VTH5變為高於閾值電壓VTH5時，單觸發電路816被觸發，觸發器FF2被重定，標識信號FLAG由高電平變為低電平。同時計時電路809’被重設。在一個實施例中，計時電路809’的時間閾值TTH被設置為大於交流電源週期的一半。
在一個實施例中，第8圖所示檢測電路包括多個比較電路，該多個比較電路將採樣信號VSAMPLE分別與多個閾值電壓進行比較，並將比較結果提供至單觸發電路816。單觸發電路816根據該多個比較結果產生脈衝信號來重設觸發器FF2和計時電路809’。
第9圖為根據本發明一實施例的EMI濾波電容器放電方法的流程圖，其中EMI濾波電容器耦接在開關變換器的輸入端之間，開關變換器包括耦接至供電電容器以提供供電電壓的電流源。該放電方法包括步驟S920和S921。
在步驟S920，檢測電源是否耦接至開關變換器。在一個實施例中，步驟S920包括：對開關變換器輸入端之間的電壓進行整流和採樣，產生採樣信號；將採樣信號與第三閾值電壓進行比較；根據比較結果進行計時；若計時時長大于預設時長，則判斷電源未耦接至開關變換器。
在步驟S921：當檢測到電源未耦接至開關變換器時，通過耦接至供電電容器以提供供電電壓的電流源，對耦接在開關變換器輸入端之間的EMI濾波電容器進行放電。
在一個實施例中，開關變換器包括耦接在電流源的輸出端和地之間的第一開關以及耦接在電流源和供電電容器之間的第二開關。步驟S921包括：當檢測到電源未耦接至開關變換器時，將第一開關導通並將第
二開關關斷，以通過電流源對EMI濾波電容器進行放電；以及當檢測到電源耦接至開關變換器時，將第一開關關斷並將第二開關導通，以通過電流源為供電電容器提供能量。在一個實施例中，該放電方法進一步包括：將第一開關第一端和第二端之間的電壓與第一閾值電壓和第二閾值電壓進行滯環比較；以及根據比較結果將電流源關閉或開啟。
在另一個實施例中，步驟S921包括：當檢測到電源未耦接至開關變換器時，將電流源開啟，以通過電流源將EMI濾波電容器中的能量提供至供電電容器。在一個實施例中，該放電方法進一步包括：將供電電壓與第一閾值電壓和第二閾值電壓進行滯環比較；以及根據比較結果和步驟S920的檢測結果將電流源關閉或開啟。
在一個實施例中，第三閾值電壓隨EMI濾波電容器從電源接收的交流輸入電壓變化而變化。在一個實施例中，該放電方法還包括：在電源耦接至開關變換器時，對採樣信號的峰值進行採樣和保持，以產生採樣保持信號；以及對採樣保持信號進行分壓，以產生第三閾值電壓。
在一個實施例中，步驟S920包括：對開關變換器輸入端之間的電壓進行整流和採樣，產生採樣信號；將採樣信號與第四閾值電壓進行比較；根據比較結果進行計時；若計時時長達到預設時長，則判斷電源未耦接至開關變換器；將採樣信號與第三閾值電壓進行比較；若採樣信號小於第三閾值電壓，則判斷EMI濾波電容器兩端的電壓已被放電至安全閾值電壓，並停止放電。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形
式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和變型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
100‧‧‧開關變換器
101‧‧‧開關電路
102‧‧‧整流電路
103‧‧‧輔助供電電路
104‧‧‧欠壓鎖存電路
105‧‧‧採樣電路
106‧‧‧邏輯電路
107‧‧‧控制電路
108‧‧‧比較電路
109‧‧‧計時電路
CMPO‧‧‧比較輸出信號
CS‧‧‧電容器
CTRL‧‧‧控制信號
D1-D4‧‧‧二極體
FLAG‧‧‧標識信號
IC‧‧‧控制器
IS‧‧‧電流源
LOCK‧‧‧欠壓鎖存信號
OT‧‧‧逾時信號
S1、S2‧‧‧開關
VAC‧‧‧電壓
VCC‧‧‧供電電壓
VREC‧‧‧整流信號
VSAMPLE‧‧‧採樣信號
VTH3‧‧‧閾值電壓
XCAP‧‧‧電容器
Claims (13)
- 一種EMI濾波電容器放電電路，包括：檢測電路，檢測電源是否耦接至開關變換器，並產生標識信號；以及電流源，耦接在開關變換器的輸入端和供電電容器之間，為開關變換器的控制器提供供電電壓；其中當檢測電路產生的標識信號指示電源未耦接至開關變換器時，所述電流源被開啟，以將EMI濾波電容器中的能量提供至供電電容器。
- 如申請專利範圍第1項所述的放電電路，還包括：欠壓鎖存電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至供電電容器以接收供電電壓，欠壓鎖存電路基於供電電壓以及第一閾值電壓和第二閾值電壓，在其輸出端產生欠壓鎖存信號；以及門電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至檢測電路以接收標識信號，第二輸入端耦接至欠壓鎖存電路的輸出端以接收欠壓鎖存信號，輸出端耦接至電流源以控制所述電流源的開啟與關閉。
- 如申請專利範圍第1項所述的放電電路，其中所述檢測電路包括：採樣電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關變換器的輸入端，採樣電路基於開關變換器輸入端之間的電壓，在其輸出端產生採樣信號；比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至採樣電路的輸出端以接收採樣信號，第二輸入端接收第三閾值電壓，輸出端提供比較輸出信號；計時電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至比較電路的輸出端以接收比較輸出信號，計時電路基於比較輸出信號和時間閾值，在其輸出端產生逾時信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接 至比較電路的輸出端以接收比較輸出信號，第二輸入端耦接至計時電路的輸出端以接收逾時信號，邏輯電路基於比較輸出信號和逾時信號，在其輸出端產生所述標識信號。
- 如申請專利範圍第3項所述的放電電路，其中所述檢測電路還包括閾值調節電路，該閾值調節電路具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至採樣電路的輸出端以接收採樣信號，閾值調節電路基於電源耦接至開關變換器時採樣信號的峰值，在其輸出端產生所述第三閾值電壓。
- 如申請專利範圍第4項所述的放電電路，其中所述閾值調節電路包括：採樣保持電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至採樣電路的輸出端以接收採樣信號，採樣保持電路基於電源耦接至開關變換器時採樣信號的峰值，在其輸出端產生採樣保持信號；以及分壓電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至採樣保持電路的輸出端以接收採樣保持信號，輸出端耦接至比較電路的第二輸入端以提供所述第三閾值電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的放電電路，其中所述檢測電路包括：採樣電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關變換器的輸入端，採樣電路基於開關變換器輸入端之間的電壓，在其輸出端產生採樣信號；第一比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至採樣電路的輸出端以接收採樣信號，第二輸入端接收第三閾值電壓；第二比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至採樣電路的輸出端以接收採樣信號，第二輸入端接收第四閾值電壓；單觸發電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至第二比較電路的輸出端；門電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至 第一比較電路的輸出端，第二輸入端耦接至第二比較電路的輸出端；計時電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至單觸發電路的輸出端，計時電路基於單觸發電路的輸出信號和時間閾值，在其輸出端產生逾時信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至門電路的輸出端，第二輸入端耦接至計時電路的輸出端以接收逾時信號，邏輯電路基於門電路的輸出信號和逾時信號，在其輸出端產生所述標識信號。
- 一種控制器，包括：如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的EMI濾波電容器放電電路。
- 一種EMI濾波電容器放電方法，其中EMI濾波電容器耦接在開關變換器的輸入端之間，開關變換器包括耦接至供電電容器以提供供電電壓的電流源，該放電方法包括：步驟A：檢測電源是否耦接至開關變換器；以及步驟B：當檢測到電源未耦接至開關變換器時，將電流源開啟，以通過電流源將EMI濾波電容器中的能量提供至供電電容器。
- 如申請專利範圍第8項所述的放電方法，還包括：將供電電壓與第一閾值電壓和第二閾值電壓進行滯環比較；以及根據比較結果和步驟A的檢測結果將電流源關閉或開啟。
- 如申請專利範圍第8項所述的放電方法，其中步驟A包括：對開關變換器輸入端之間的電壓進行整流和採樣，產生採樣信號；將採樣信號與第三閾值電壓進行比較；根據比較結果進行計時；若計時時長達到預設時長，則判斷電源未耦接至開關變換器。
- 如申請專利範圍第10項所述的放電方法，其中第三閾值電壓隨開關變換器從電源接收的交流輸入電壓變化而變化。
- 如申請專利範圍第10項所述的放電方法，還包括：在電源耦接至開關變換器時，對採樣信號的峰值進行採樣和保持，以產生採樣保持信號；以及對採樣保持信號進行分壓，以產生第三閾值電壓。
- 如申請專利範圍第8項所述的放電方法，其中步驟A包括：對開關變換器輸入端之間的電壓進行整流和採樣，產生採樣信號；將採樣信號與第四閾值電壓進行比較；根據比較結果進行計時；若計時時長達到預設時長，則判斷電源未耦接至開關變換器；將採樣信號與第三閾值電壓進行比較；若採樣信號小於第三閾值電壓，則判斷EMI濾波電容器兩端的電壓已被放電至安全閾值電壓，並停止放電。
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