一种市电过零检测电路及应用该电路的开关电源系统的制作方法

本发明涉及一种检测电路，具体而言，涉及一种市电过零检测电路及应用该电路的开关电源系统，属于功率半导体技术领域。

背景技术：

现如今，随着电子电力技术的不断发展、工业制造水平的不断提高，人们生活中常见的诸如冰箱、洗碗机、微波炉等各类家用电器变得越来越智能化，各种功能日益丰富。相应的，作为这些电器的结构基础之一，开关电源技术得到了广泛地应用。

以家用电器使用过程中所需要使用的市电过零检测电路为例，这类电路主要用于对工频供电电源进行检测、从而达到计时或是保护家用电器的目的。在现有技术中，这类家用电器的控制系统都会采用非隔离式的市电过零检测电路，该电路内一般都包括三极管或比较器。

但是在这类电路的实际应用过程中，为了提高电路整体的抗干扰水平，控制系统最好需要采用隔离系统将强电和弱电进行隔离。这样一来，如果系统涉及到市电过零信号，就要求设计一个隔离式的市电过零检测电路，而现有的非隔离式市电过零检测电路要想实现隔离式市电过零检测的功能，那么只能通过外加光耦的方式来实现，最终所获得的隔离式的市电过零检测电路由限流电阻，光耦和输出等几个部分组成。尽管上述方案能够实现一定的隔离式市电过零检测的功能，但是此方案系统内元器件较多、方案成本高、可靠性低，且过零检测部分的功耗较高。

正因基于现有技术中存在着上述不足，因此，如何在现有技术的基础上提供一种适合于开关电源系统的市电过零检测电路，以克服上述问题，也就成为了目前行业内技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种市电过零检测电路及应用该电路的开关电源系统，具体如下。

一种市电过零检测电路，包括按序连接的二极管、过零电压钳位电路以及过零比较电路；

所述二极管的正极作为整个市电过零检测电路的输入端与ac输入电性连接，所述二极管的负极与所述过零电压钳位电路的正端电性连接，所述过零电压钳位电路的负端与所述过零比较电路的输入端电性连接，所述过零比较电路的输出端与所述开关电源系统内的控制器件电性连接或直接作为过零输出、输出过零信号。

优选地，整个市电过零检测电路应用于反激式拓扑结构的开关电源系统中，所述开关电源系统为隔离式开关电源系统或非隔离式开关电源系统。

优选地，所述过零电压钳位电路为单个结型场效应管；

所述结型场效应管的漏极作为所述过零电压钳位电路的正端，所述结型场效应管的源极作为所述过零电压钳位电路的负端，所述结型场效应管的栅极接地。

优选地，所述过零电压钳位电路由一个结型场效应管以及一个nmos管组成；

所述结型场效应管的漏极作为所述过零电压钳位电路的正端，所述结型场效应管的源极与所述nmos管的漏极电性连接，所述结型场效应管的栅极接地，所述nmos管的源极作为所述过零电压钳位电路的负端，所述nmos管的栅极与所述控制器件电性连接。

优选地，所述过零比较电路为单个电压比较器；

所述电压比较器的负端作为所述过零比较电路的输入端，所述电压比较器的正端与所述控制器件的内部基准电性连接，所述电压比较器的输出端作为所述过零比较电路的输出端。

优选地，所述过零比较电路由一个分压电阻串和一个电压比较器组成；

所述分压电阻的一端作为所述过零比较电路的输入端，所述分压电阻的另一端接地，所述分压电阻的分压点与所述电压比较器的负端电性连接，所述电压比较器的正端与所述控制器件的内部基准电性连接，所述电压比较器的输出端作为所述过零比较电路的输出端。

优选地，所述过零比较电路由一个电阻、一个二极管以及一个电流比较器组成；

所述电阻的一端作为所述过零比较电路的输入端，所述电阻的另一端于所述二极管的正极电性连接，所述二极管的负极与所述电流比较器的负极电性连接，所述电流比较器的正端与所述控制器件的内部基准电性连接，所述电流比较器的输出端作为所述过零比较电路的输出端。

一种开关电源系统，包含有如上所述的市电过零检测电路，还包括整流器件、输入电容、钳位电路、能量传输器件、整流二极管、输出电容、采样电路、负载、功率开关器件以及控制器件，所述控制器件为控制芯片；

所述整流器件与所述能量传输器件电性连接，所述能量传输器件为一个双绕组，包含有一原边绕组以及一次边绕组，所述原边绕组分别与所述输入电容、所述钳位电路以及所述功率开关器件三者电性连接，所述次边绕组与所述整流二极管的正极电性连接，所述整流二极管的负极分别与所述输出电容以及所述负载二者电性连接；

所述整流器件还与所述市电过零检测电路的输入端电性连接，所述市电过零检测电路的输出端与所述控制芯片电性连接。

优选地，所述采样电路与所述控制芯片电性连接、二者可以为集成化结构或为两个独立的器件，所述采样电路可以是光耦、电容、磁耦或分压电阻。

优选地，所述采样电路接收系统内的输出信号、随即产生反馈信号并发送至所述控制芯片中，所述反馈信号可以为电压信号或电流信号。

与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：

本发明所提出的一种市电过零检测电路，整体由二极管、过零电压钳位电路以及过零比较电路三部分组成，电路结构简洁直观，所使用的元器件普通易得且能够直接被集成在控制芯片内部，电路整体的设置成本低。而且由于其中过零电压钳位电路的存在，使得整个电路的功耗被大大降低，十分适合企业的大规模的推广。

将本发明的市电过零检测电路应用于开关电源系统中，可以有效地优化整个开关电源系统、使得系统结构变得更为精简，提升系统的可靠性、降低系统失效率。

此外，本发明也为同领域内的其他相关方案提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他过零检测电路的设计方案中，具有十分广阔的应用前景。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为应用本发明的市电过零检测电路的开关电源系统示意图；

图2为本发明中市电过零检测电路示意图；

图3为本发明中市电过零检测电路的时序图；

图4为本发明中市电过零检测电路另一实施例的结构示意图；

图5为本发明中市电过零检测电路又一实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明揭示了一种可集成在控制芯片内部，可靠性高、系统制造成本低、耗电低的市电过零检测电路及应用该电路的开关电源系统，具体如下。

如图1~图5所示，一种市电过零检测电路，包括按序连接的二极管101、过零电压钳位电路102以及过零比较电路103。

所述二极管101的正极作为整个市电过零检测电路的输入端与ac输入电性连接，所述二极管101的负极与所述过零电压钳位电路102的正端电性连接，所述过零电压钳位电路102的负端与所述过零比较电路103的输入端电性连接，所述过零比较电路103的输出端与所述开关电源系统内的控制器件电性连接或直接作为过零输出、输出过零信号。

需要说明的是，整个市电过零检测电路应用于反激式拓扑结构的开关电源系统中，所述开关电源系统为隔离式开关电源系统或非隔离式开关电源系统。

在本方案中，所述过零电压钳位电路102以及所述过零比较电路103的选择方式有很多，以下举例说明。

如图2或图5所示，所述过零电压钳位电路102可以为单个结型场效应管。在该方案中，所述结型场效应管的漏极作为所述过零电压钳位电路102的正端，所述结型场效应管的源极作为所述过零电压钳位电路102的负端，所述结型场效应管的栅极接地。

如图4所示，所述过零电压钳位电路102也可以由一个结型场效应管以及一个nmos管组成，所述结型场效应管与所述nmos管之间串联。在该方案中，所述结型场效应管的漏极作为所述过零电压钳位电路102的正端，所述结型场效应管的源极与所述nmos管的漏极电性连接，所述结型场效应管的栅极接地，所述nmos管的源极作为所述过零电压钳位电路102的负端，所述nmos管的栅极与所述控制器件电性连接。

所述过零比较电路103可以为单个电压比较器。在该方案中，所述电压比较器的负端作为所述过零比较电路103的输入端，所述电压比较器的正端与所述控制器件、即所述控制芯片10的内部基准电性连接，所述电压比较器的输出端作为所述过零比较电路103的输出端。

如图2或图4所示，所述过零比较电路103还可以由一个分压电阻串和一个电压比较器组成。在该方案中，所述分压电阻的一端作为所述过零比较电路103的输入端，所述分压电阻的另一端接地，所述分压电阻的分压点与所述电压比较器的负端电性连接，所述电压比较器的正端与所述控制器件、即所述控制芯片10的内部基准电性连接，所述电压比较器的输出端作为所述过零比较电路103的输出端。

如图5所示，所述过零比较电路103还可以由一个电阻、一个二极管以及一个电流比较器组成。在该方案中，所述电阻的一端作为所述过零比较电路103的输入端，所述电阻的另一端于所述二极管的正极电性连接，所述二极管的负极与所述电流比较器的负极电性连接，所述电流比较器的正端与所述控制器件、即所述控制芯片10的内部基准电性连接，所述电流比较器的输出端作为所述过零比较电路103的输出端。

如图1所示，本发明还揭示了一种开关电源系统，包含有如上所述的市电过零检测电路，所述开关电源系统还包括整流器件2、输入电容cf3、钳位电路4、能量传输器件t15、整流二极管d16、输出电容co6、采样电路7、负载8、功率开关器件s19以及控制器件等，此处所述控制器件为控制芯片10。

所述开关电源系统为一个反激式拓扑结构的系统，但是需要注意的是，反激式的拓扑结构仅仅是所述市电过零检测电路适用的开关电源拓扑结构中的一种。此外，图1所示的开关电源系统为隔离开关电源系统，同样的，所述市电过零检测电路还可以适用于非隔离的开关电源系统。

所述开关电源系统可以将一个交流电压输入向所述负载8提供输出功率。例如，所述输入电压可以是交流输入电压vac。

所述整流器件2可以是一个整流桥，也可以是一个单桥整流电路。所述整流器件2与所述能量传输器件t15电性连接，在本发明的实施例中，能量传输器件t15为一个包含有原边绕组501和次边绕组502的双绕组。而在其他的实施例中（包括非隔离开关电源系统），所述能量传输器件t15也可以为一个更多的绕组或是一个变压器。

所述原边绕组501与所述功率开关器件s19电性连接。所述钳位电路4并联在原边绕组112的两端，所述输入电容cf3同样与所述原边绕组501电性连接。

所述次边绕组502与所述整流二极管d16的正极电性连接；所述输出电容co6以及所述负载8分别与整流二极管d16的负极电性连接。

所述开关电源系统的输出为直流dc输出。在图1中输出信号uo反映的就是输出的情况，输出信号uo可以反映输出电压vo，也反映输出电流io。所述采样电路7与接收输出信号uo，并以此产生一个可以反映输出信号uo变化的反馈信号ufb。所述反馈信号ufb可以是一个电压信号，也可以是一个电流信号。在某些实施例中，所述采样电路可以在所述能量传输器件t15上额外增加一个绕组来采样输出信号uo。

所述采样电路7与所述控制芯片10电性连接、二者可以为集成化结构或为两个独立的器件，例如光耦、电容、磁耦都可以做为所述采样电路7产生信号反馈给所述控制芯片10。在某些实施例中，分压电阻也可以做为所述采样电路7将开关电源系统的输出信号uo反馈给所述控制芯片10。

此外，在所述开关电源系统中，所述能量传输器件t15将能量在所述原边绕组501和所述次边绕组502之间传递。为了限制所述功率开关器件s19的最高电压，所述钳位电路4与所述原边绕组501并联连接。功率开关器件s19的开关通过驱动信号控制。所述功率开关器件s19的开关会在所述整流二极管d16上产生一个波动的电流，这个电流会被所述输出电容co6滤波，因此产生了一个稳定的直流输出电压vo，或者一个稳定的直流输出电流io。

所述开关电源系统的输出信号uo通过所述采样电路7的采样产生反馈信号ufb，并传递到所述控制芯片10。所述反馈信号ufb可以是一个电压信号，也可以是一个电流信号。反馈信号ufb将输出信号uo的信息传递给所述控制芯片10。此外，所述控制芯片10还会接收到代表所述功率开关器件s19产生的开关电流id以及输入的电流采样信号。开关电流id可以通过多种方式进行采样。例如，开关电流id可以通过一个分立的电阻进行电压采样，或者通过一个导电的晶体管进行压差采样。所述控制芯片10输出一个驱动信号来控制所述功率开关器件s19，以此来保证输出信号uo为一个设定值。

图3是以图2为例的过零检测电路的工作波形示意图，如图所示，波形vac为整个市电过零检测电路的输入端波形，经过一个二极管后产生波形vd，vd经过过零电压嵌位电路后，产生波形vjeft，vjfet再经过过零比较电路后，产生过零信号。电路所生成的过零信号可以直接输出，也可以输入至控制芯片进行进一步的处理。

总体而言，本发明所提出的一种市电过零检测电路，整体由二极管、过零电压钳位电路以及过零比较电路三部分组成，电路结构简洁直观，所使用的元器件普通易得且能够直接被集成在控制芯片内部，电路整体的设置成本低。而且由于其中过零电压钳位电路的存在，使得整个电路的功耗被大大降低，十分适合企业的大规模的推广。

将本发明的市电过零检测电路应用于开关电源系统中，可以有效地优化整个开关电源系统、使得系统结构变得更为精简，提升系统的可靠性、降低系统失效率。

此外，本发明也为同领域内的其他相关方案提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他过零检测电路的设计方案中，具有十分广阔的应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。