用于检测输入电压和泄放滞留电压的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及电源转换系统，确切地说，是在交直流交换式电源转换器中设计 一种对正弦波交流市电整流后的直流电压实施侦测的装置，主要用于判断直流输入电压是 否为低压状态，和用于监控交流电源是否被移除，并在交流电源移除时将用来过滤交流电 源上的高频杂波信号的一个高频滤波电容上残留的滞留电压泄放掉。
【背景技术】
[0002] 在常规的电源转换系统中，会利用交直流转换器将电网提供的交流输入电压VAC 转换成期望的直流电压vDe，然后再籍由电压转换器对电压VDe调制之后，输出最终的具微小 纹波的直流输出电压，这是现有交直流转换系统采用的常规技术。面临的问题是，交流 输入电压v Ae并非一直具有稳定不变的峰值或有效值，当市电送入的交流输入电压VAe进入 欠压或者过压状态，例如附图1中直流电压V在时间段T。内由常规电压值跌落至最小的电 源供应电压值之下，例如通常会导致显示设备闪烁或黯淡，可能会造成交直流转换器的损 坏。因此实时监控和判断交流输入电压V Ae的变化趋势十分有必要。
[0003] 在美国专利申请US20090141523中，在其图式中利用两个串联的电阻构成分压器 并在它们之间的公共节点处产生反映输入电压V Ae变化的侦测电压。该两个电阻串接在输 入电压vAe输出的直流电源VM和接地端之间，本领域的技术人员都知道，一直导通并产生流 经自身电流的这两个电阻会消耗功率，尽管这两个电阻仅仅只是作为辅助的侦测元器件。 有鉴于此，即要求提供可有效用于侦测输入电压v Ae变化的装置，而且这个装置能直观无误 的准确反映电压vAe变化趋势，又要求能够避免用于侦测输入电压V Ae的装置不必要的过多 消耗能量，是一个苛待解决的难题。
[0004] 再者，为了尽量过滤掉来源于交流电的高频杂波信号，现有技术往往在电源转换 器的输入交流电压的输入端之间连接一个高频滤波电容cx，这同时也带来了负面的影响， 当交流电源被移除时，高频滤波电容〇<上会自然的残留一个为直流量的滞留电压，滞留电 压值的大小等于交流电源移除瞬间的电压值。不幸的是，如果恰好在交流电的峰值瞬态发 生移除事件，则滞留电压值是交流电的最大值，很容易造成触电的安全隐患。泄放滞留电压 的传统方法是与高频滤波电容c x并联泄放电阻RB，然而电阻RB会同步带来功率损耗，损耗 为P = (Vin_rms)2/Rb，该VINRMS等于交流电源的有效值或均方根值。交直流转换器损耗在电 阻私上的功耗非常严重，尤其是在无载或待机模式状况下，非常有必要判断出交流电源移 除的时机，并以近乎无功耗的方式泄放掉滞留电压。
【发明内容】
[0005] 在本发明揭示的一个可选实施例中，提供了一种用于检测输入电压和泄放滞留电 压的装置，包括一个输入电压侦测单元，接收交流电源整流后的直流输入电压并依据输入 电压大小的波动，籍此产生具有不同逻辑态的侦测电压信号；还包括一个锯齿波产生器，在 输入电压的任意一个周期T m(M > 1)内自侦测电压信号从第一状态翻转成第二状态的时 亥IJ，开始为第一电容充电，及在该任意一个周期TM紧接着的后一个周期TM+1内自侦测电压信 号从第二状态翻转成第一状态的时刻，开始释放第一电容的电荷量；还包括一个复位信号 生成器，具有的第二电容与所述第一电容同步进行充电，但在所述后一个周期内自侦测电 压信号从第一状态翻转成第二状态的时刻放电，并将第一电容变化的电压和第二电容变化 的电压进行比较，依据比较结果来触发生成复位信号；还包括一个交流电源移除和低压状 态判断单元，在其包含的计数器持续超过一个预设时间段都未收到具有第一状态的复位信 号的条件下，当该预设时间内第一电容的电压连续不低于第二电容的电压，产生表征输入 电压处于低压状态的低压检测信号，当该预设时间内发生第一电容的电压持续低于第二电 容电压的情形，产生表征交流电源移除的电源移除信号。
[0006] 上述装置，侦测单元的一个齐纳二极管的阳极连接于侦测单元的一个结型场效应 晶体管的漏极，并将输入电压施加在齐纳二极管的阴极，从而在结型场效应晶体管的源极 产生侦测电压信号。
[0007] 上述装置，输入电压超过齐纳二极管的击穿电压时，侦测单元产生的侦测电压信 号具有为高电平的第一状态，以及输入电压低于齐纳二极管的击穿电压时，侦测单元产生 的侦测电压信号具有为低电平的第二状态。
[0008] 上述装置，还包括一个整流电路，交流电源从整流电路的两个输入端输入经整流 后提供直流的输入电压，整流电路的两个输入端之间连接有一个高频滤波电容；其中一个 泄放支路具有的一个开关连接在结型场效应晶体管的源极和接地端之间，在交流电源移除 时，触发产生有效的高电平电源移除信号来接通泄放支路的该开关，以利用泄放支路来泄 放高频滤波电容上残余的滞留电压。
[0009] 上述装置，设定移除交流电源时将交流电源上的滞留电压泄放至安全级电压VBRR_ DC ;且输入电压在低压状态具有有效值VB()_RMS及输入电压在低压状态时侦测电压信号的第一 状态具有占空比D B。；输入电压在启动状态具有有效值VBI RMS及输入电压在启动状态时侦测 电压信号的第一状态具有占空比dbi ;在第一、第二电容同步完成同一充电时间段的充电之 后，第二电容上的达到的最大电压值vaM与第一电容上达到的最大电压值V CTM之间满足：
[0012] 上述装置，所述安全级电压VBRR De等于齐纳二极管的击穿电压。
[0013] 上述装置，锯齿波产生器具有一个第一充电电流源单元和一个第一放电电流源单 元；第一充电电流源单元的电压电流转换器的输入端和一个电压源之间的开关受侦测单元 发送的驱动信号的控制，侦测电压信号为第二状态时接通第一充电电流源单元的该开关， 利用第一充电电流源单兀为第一电容充电；第一放电电流源单兀的电压电流转换器的输入 端和一个电压源之间的开关受侦测单元发送的驱动信号的控制，侦测电压信号为第一状态 时接通第一放电电流源单元的该开关，以利用第一放电电流源单元为第一电容放电。
[0014] 上述装置，侦测电压信号输入到侦测单元中一个比较器的正相输入端，在该比较 器的反相输入端输入一个阈值电压；当侦测电压信号电位大于阈值电压，该比较器输出的 驱动信号为高电平的第一状态，接通放电电流源单元的开关；当侦测电压信号电位小于阈 值电压，该比较器输出的驱动信号为低电平的第二状态，接通充电电流源单元的开关。
[0015] 上述装置，侦测单元的该比较器输出的驱动信号和一个欠压锁定反相信号同时输 送至侦测单元的一个与门的两个输入端，该与门的输出端连接到充电电流源单元、放电电 流源单元各自开关的控制端；以及将一个二极管的阳极连接在结型场效应晶体管的源极并 将阴极连接到一个供电电容一端，当供电电容上的电压处于欠压状态，欠压锁定反相信号 为低电平，将输送给充电电流源单元、放电电流源单元各自开关的驱动信号钳制在低电平， 以中断第一、第二电容的循环充放电。
[0016] 上述装置，侦测电压信号每次从第一状态翻转成第二状态的下降沿时刻，但在该 下降沿的时刻后面紧接着的对第一、第二电容启动充电之前，先行对第一、第二电容执行一 次瞬时放电的步骤。
[0017] 上述装置，与第一电容并联的一个开关和与第二电容并联的一个开关，受侦测单 元具有的一个单稳态触发器的输出信号的控制；由侦测电压信号从第一状态翻转成第二 状态的下降沿，或者由侦测电压信号从第一状态翻转成第二状态的下降沿被反相后的上升 沿，来触发该单稳态触发器发送的为高电平的输出信号，将与第一电容并联的开关和与第 二电容并联的开关予以接通，以同步对第一、第二电容实施瞬时放电。
[0018] 上述装置，复位信号生成器具有一个为第二电容进行充电的第二充电电流源单 元，第二充电电流源单元的电压电流转换器的输入端和第一充电电流源单元的电压电流转 换器的输入端稱合在一起，以同步对第一、第二电容充电。
[0019] 上述装置，复位信号生成器具有一个比较器，第一电容未接地的一端连接到该比 较器的反相输入端，第二电容未接地的一端连接到该比较器的正相输入端，该比较器的比 较结果输出给复位信号生成器的一个单稳态触发器，在所述比较结果从第二状态翻转成第 一状态的每个上升沿时刻，触发该单稳态触发器发出具有第一状态的复位信号。
[0020] 上述装置，复位信号生成器的比较器输出的比较结果和一个欠压锁定反相信号同 时输送给复位信号生成器的一个与门，该与门的输出端连接到单稳态触发器的输入端；以 及将一个二极管的阳极连接在结型场效应晶体管的源极并将阴极连接到一个供电电容一 端，当供电电容上的电压处于欠压状态时，欠压锁定反相信号为低电平，从而将复位信号生 成器予以屏蔽，不输出具有第一状态的复位信号。
[0021] 上述装置，计数器的输出结果和所述比较结果的反相信号输入到交流电源移除和 低压状态判断单元的一个与门的两个输入端，该与门的输出端连接到交流电源移除和低压 状态判断单元中第一 RS触发器的置位端；以及计数器的输出结果和所述比较结果被输入 到交流电源移除和低压状态判断单元中另一个与门的两个输入端，该另一个与门的输出端 连接到交流电源移除和低压状态判断单元中第二RS触发器的置位端；在计数器的输出结 果为第一状态阶段，当第一电容的电压不低于第二电容的电压，所述比较结果为第二状态， 第一、第二RS触发器的复位端被钳制为低电平，第一 RS触发器的Q输出端输出高电平有效 的低压检测信号；或在计数器的输出结果为第一状态阶段，当第一电容的电压出现低于第 二电容的电压时，所述比较结果出现第一状态，第一、第二RS触发器的复位端被钳制为低 电平，第二RS触发器的Q输出端输出高电平有效的电源移除信号。
[0022] 上述装置，交流电源移除和低压状态判断单元中一个或门同时接收一个欠压锁定 信号和复位信号，或门的输出信号发送给到计数器，并且第一、第二RS触发器的复位端都 连接到或门的输出端；在第一 RS触发器输出高电平的低压检测信号或第二RS触发器输出 高电平的电源移除信号阶段，欠压锁定信号为低电平时，或门输出的低电平约束第一、第二 RS触发器不会被触发复位。
[0023] 上述装置，还包含一个启动电压检测模块，第一电容上变化的电压输入到启动电 压检测模块中一个比较器的反相输入端，该比较器的正相输入端输入一个零电位，比较器 输出的检测结果传送至所述启动电压检测模块中的一个单稳态触发器；将具有基准有效值 Vi NR的一个基准输入电压输送给侦测单兀，设齐纳二极管的击穿电压为vz，第一电容充电的 电流值Ii和放电的电流值1 2满足IiX (1 - DB) = I2XDB，在基准输入电压的一个周期内， 侦测电压信号的第一状态具有的基准占空比D B为：
[0024]
[0025] 如果实际输入电压的有效值大于基准有效值，则检测结果从第二状态翻转成第一 状态的每个上升沿时刻，触发单稳态触发器输出具有第一状态的启动电压检测信号；
[0026] 如果实际输入电压的有效值低于基准有效值，则检测结果一直为第二状态，单稳 态触发器在输入电压的每个周期内都持续输出具有第二状态的启动电压检测信号。
[0027] 上述装置，侦测电压信号输入到侦测单元中一个比较器的正相输入端，侦测单元 的该比较器的反相输入端输入一个阈值电压；启动电压检测模块中单稳态触发器的输出端 和接地端之间连接有一个开关，该开关的控制端接收侦测单元的比较器输出的驱动信号的 反相信号；如果侦测电压信号电位大于阈值电压，则侦测单元的比较器输出的高电平驱动 信号经反相后，控制断开启动电压检测模块的开关，启动电压检测信号仅由单稳态触发器 触发；如果侦测电压信号电位小于阈值电压，则侦测单元的比较器输出的低电平驱动信号 经反相后，控制接通启动电压检测模块的开关，将启动电压检测信号钳制在低电位。
[0028] 上述装置，启动电压检测模块的比较器输出的检测结果和一个欠压锁定反相信号 同时发送到启动电压检测模块中一个与门的两个输入端，该与门的输出信号输送给所述启 动电压检测模块的一个T触发器，而T触发器的Q输出端则连接到启动电压检测模块中单 稳态触发器的输入端；欠压锁定反相信号为低电平时，将启动电压检测模块屏蔽，不输出具 有第一状态的启动电压检测信号。
[0029] 上述装置，还包括一个使能信号触发单元，其具有的一个与门的输出端连接到使 能信号触发单元中一个第三RS触发器的置位端，该与门的两个输入端对应接收启动电压 检测信号、欠压锁定反相信号；使能信号触发单元的另一个与门的输出端连接第三RS触发 器的复位端，该另一个与门的三个输入端对应接收欠压锁定反相信号、第三RS触发器的Q 输出端信号、低压检测信号；一旦启动电压检测信号、欠压锁定反相信号皆出现第一状态， 此时低压检测信号、第三RS触发器的Q输出端的初始态两者任意之一为第二状态时，触发 第三RS触发器的Q输出端发送为高电平的有效使能信号；当低压检测信号、欠压锁定反相 信号和使能信号EN皆出现第一状态，而启动电压检测信号出现第二状态时，触发第三RS触 发器的Q输出端发送禁用信号。
[0030] 上述装置，还包括一个逻辑控制单元，用于将连接在结型场效应晶体管的控制端 和接地端之间的一个主开关控制在接通状态，并在接收交流电源移除和低压状态判断单元 发出表征交流电源移除的高电平电源移除信号时，控制该主开关变为断开。
[0031] 上述装置，一个二极管的阳极连接在结型场效应晶体管源极并且阴极连接到一个 供电电容的一端，将供电电容的电压输入到逻辑控制单兀中第一电压检测比较器的反相输 入端，第一电压检测比较器的正相输入端输入第一参考电压，第一电压检测比较器输出的 欠压锁定信号经反相形成的欠压锁定反相信号被输入至逻辑控制单元中一个第四RS触发 器的置位端；以及电源移除信号、欠压锁定信号输送给逻辑控制单元中的一个或门，或门的 输出端连接到第四RS触发器的复位端；在起始阶段，供电电容的电压低于第一参考电压， 欠压锁定信号为高电平的第一状态，及电源移除信号为低电平，则第四RS触发器的Q输出 端输出初始状态的低电平关断主开关，开始为供电电容充电，直至供电电容的电压不低于 第一参考电压，从而将欠压锁定信号翻转成低电平的第二状态；欠压锁定信号为低电平状 态之后，第四RS触发器输出的控制信号仅由电源移除信号维持在高电平，除非电源移除信 号被触发成高电平的第一状态，才将第四RS触发器输出的控制信号复位到低电平，来断开 主开关。
[0032] 上述装置，供电电容的电压输入到逻辑控制单元中第二电压检测比较器的反相输 入端和输入到逻辑控制单元中第三电压检测比较器的正相输入端，第二电压检测比较器的 正相输入端输入第二参考电压，第三电压检测比较器的反相输入端输入第三参考电压；第 二电压检测比较器的输出端和一个锁存信号输入到逻辑控制单元中一个与非门的两个输 入端，该与非门的输出端和第四RS触发器的Q输出端连接到逻辑控制单元中的一个与门的 两个输入端，该与门的输出端连接到主开关的控制端；第三电压检测比较器的输出端与锁 存信号输入到逻辑控制单元中另一个与门的两个输入端，该另一个与门的输出端连接在与 供电电容并联的一个调节开关的控制端上；在供电电容的电压未达到第二参考电压之前， 先行将锁存信号设定为低电平，在供电电容的电压达到第二参考电压之后，再将锁存信号 设定为高电平，从而将供电电容的电压限定在第二参考电压和第三参考电压之间。
[0033] 在本发明的另一个实施例中，提供了一种用于检测输入电压和泄放滞留电压的方 法，包括以下步骤：提供一个输入电压侦测单元来接收由交流电源整流后的直流输入电压， 并依据输入电压大小的波动，产生具有不同逻辑态的侦测电压信号；利用一个锯齿波产生 器，在输入电压的任意一个周期内自侦测电压信号从第一状态翻转成第二状态的时刻，开 始为第一电容充电，及在该任意一个周期紧接着的后一个周期内自侦测电压信号从第二状 态翻转成第一状态的时刻，开始释放第一电容的电荷量；提供一个复位信号生成器，将其具 有的第二电容与第一电容同步进行充电，但在所述后一个周期内自侦测电压信号从第一状 态翻转成第二状态的时刻使第二电容放电，将第一电容变化的电压和第二电容变化的电压 进行比较，由比较结果来触发生成复位信号；利用一个交流电源移除和低压状态判断单元， 在其包含的计数器持续超过一个预设时间段都未收到具有第一状态的复位信号的条件下， 当该预设时间内第一电容的电压连续不低于第二电容的电压，产生表征输入电压处于低压 状态的低压检测信号，当该预设时间内持续发生第一电容的电压低于第二电容电压的情 形，产生表征交流电源移除的电源移除信号。
[0034] 上述方法，将侦测单元的一个齐纳二极管的阳极连接于侦测单元的一个结型场效 应晶体管的漏极，并将输入电压施加在齐纳二极管的阴极，从而在结型场效应晶体管的源 极产生侦测电压信号。
[0035] 上述方法，在输入电压超过齐纳二极管的击穿电压时，侦测单元产生的侦测电压 信号具有为高电平的第一状态，以及在输入电压低于齐纳二极管的