线性泄放电路及电源系统的制作方法

本实用新型涉及电源电路技术领域，特别是涉及一种线性泄放电路及电源系统。

背景技术：

在电源应用中，往往需要较快的响应，例如当参考电压降低时，电源的输出电压也要求有较快的响应速度，即需要快速泄放电源的输出电流，以使输出电压下降。其中，电源的两输出端一般通过输出电容相互连接，输出电压即为输出电源两端的电压。

然而，传统的用于泄放电源的输出电流的泄放电路，泄放电流随输出电压的降低而降低，在电源处于轻载或空载时，若输出电容容值较大，则输出电压的响应速度会很慢，难以满足电源的应用要求。另一方面，当电源关机时，若假负载较轻，需要较长时间才能释放掉输出电容上的电荷，这存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

基于此，有必要针对在电源处于轻载或空载时，若输出电容容值较大，则输出电压的响应速度会很慢的问题，提供一种线性泄放电路及电源系统。

一种线性泄放电路，包括稳压模块、偏置模块、第一受控开关和电流泄放模块；

第一受控开关的第一开关端用于连接电源的一输出端，第一受控开关的第二开关端用于通过电流泄放模块连接电源的另一输出端；

稳压模块的稳压端连接第一受控开关的受控端，并通过偏置模块连接第二开关端；其中，稳压模块的稳压端用于接入开关电平信号，开关电平信号用于使第一受控开关的第一开关端与第二开关端导通。

上述线性泄放电路，在需要泄放电源输出端的电流时，通过接收开关电平信号使第一受控开关的第一开关端与第二开关端导通，以使电源的两输出端间形成泄放回路；同时，通过偏置模块，使第二开关端与稳压模块的稳压端保持固定的电压差。基于此，稳压模块的稳压端根据开关电平信号获得稳定的电压，即第二开关端的电压、电流泄放模块的电流固定，以使泄放回路的泄放不受电源输出端的输出电压的影响，电流泄放模块的电流恒定，使得电源输出端的输出电压下降速率恒定，以提高电源输出端的输出电压的响应速度。

在其中一个实施例中，还包括第一放大模块；

所述第一放大模块的第一输入端连接所述稳压模块的稳压端，所述第一放大模块的输出端连接第一受控开关的受控端，所述第一放大模块的输出端通过所述偏置模块连接所述第二开关端；所述第一放大模块的第二输入端连接所述第二开关端。

在其中一个实施例中，所述第一放大模块包括第一运算放大器；

第一运算放大器的同相输入端连接稳压模块的稳压端，第一运算放大器的输出端连接第一受控开关的受控端，第一运算放大器的输出端通过偏置模块连接第二开关端；第一运算放大器的反相输入端连接第二开关端。

在其中一个实施例中，还包括上拉模块和第二受控开关

第二受控开关的第一开关端用于通过上拉模块接入预设高电平，第二受控开关的第一开关端还连接稳压模块的稳压端；第二受控开关的第二开关端用于接地；第二受控开关的受控端用于接入开关电平信号。

在其中一个实施例中，还包括隔离模块；

所述隔离模块的一侧的第一端用于接入预设高电平；所述隔离模块的一侧的第二端用于接地，所述隔离模块的一侧的第一端用于接入开关电平信号；

所述隔离模块的另一侧的第一端用于接入预设高电平，所述隔离模块的另一侧的第一端连接所述第二受控开关的受控端；所述隔离模块的另一侧的第二端。

在其中一个实施例中，所述隔离模块包括光电耦合器；

光电耦合器的发光二极管的正极用于接入预设高电平；光电耦合器的发光二极管的负极用于接地，光电耦合器的发光二极管的负极用于接入开关电平信号；

光电耦合器的光敏三极管的集电极用于接入预设高电平，光电耦合器的光敏三极管的集电极连接第二受控开关的受控端；光电耦合器的光敏三极管的发射极用于接地。

在其中一个实施例中，还包括参考电压判断模块；

参考电压判断模块用于分别接入参考电压和电源的输出电压，参考电压判断模块还用于在参考电压低于电源的输出电压时输出开关电平信号。

在其中一个实施例中，参考电压判断模块包括电压提升模块和比较模块；

电压提升模块的输入端用于接入参考电压，电压提升模块的输出端用于连接比较模块的第一输入端，比较模块的第二输入端用于接入电源的输出电压，比较模块的输出端用于输出开关电平信号；其中，电压提升模块的输出端的电压比电压提升模块的输入端的电压高出预设电压值。

在其中一个实施例中，电压提升模块包括第二运算放大器、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第一滤波电阻和第二滤波电容；

第二运算放大器的同相输入端用于通过第一分压电阻接入参考电压；第二运算放大器的同相输入端用于依次通过第二分压电阻和第三分压电阻接入预设高电平；

第二分压电阻连接第三分压电阻的一端用于分别通过第一滤波电阻和第二滤波电容接地。

在其中一个实施例中，稳压模块包括稳压二极管；

稳压二极管的负极为稳压模块的稳压端，稳压二极管的正极用于接地。

在其中一个实施例中，第一受控开关包括半导体开关，第二受控开关包括半导体开关。

在其中一个实施例中，第一受控开关包括n沟道场效应管；

n沟道场效应管的栅极为第一受控开关的受控端，n沟道场效应管的漏极为第一受控开关的第一开关端，n沟道场效应管的源极为第一受控开关的第二开关端。

本实用新型实施例还提供一种电源系统，包括电源和线性泄放电路；

线性泄放电路包括稳压模块、偏置模块、第一受控开关和电流泄放模块；

第一受控开关的第一开关端用于连接电源的一输出端，第一受控开关的第二开关端用于通过电流泄放模块连接电源的另一输出端；

稳压模块的稳压端连接第一受控开关的受控端，并通过偏置模块连接第二开关端；其中，稳压模块的稳压端用于接入开关电平信号，开关电平信号用于使第一受控开关的第一开关端与第二开关端导通。

上述的电源系统，在需要泄放电源输出端的电流时，通过接收开关电平信号使第一受控开关的第一开关端与第二开关端导通，以使电源的两输出端间形成泄放回路；同时，通过偏置模块，使第二开关端与稳压模块的稳压端保持固定的电压差。基于此，稳压模块的稳压端根据开关电平信号获得稳定的电压，即第二开关端的电压、电流泄放模块的电流固定，以使泄放回路的泄放不受电源输出端的输出电压的影响，电流泄放模块的电流恒定，使得电源输出端的输出电压下降速率恒定，以提高电源输出端的输出电压的响应速度。

附图说明

图1为一实施方式的线性泄放电路模块结构图；

图2为一实施方式的线性泄放电路图；

图3为另一实施方式的线性泄放电路模块结构图；

图4为另一实施方式的线性泄放电路图；

图5为又一实施方式的线性泄放电路模块结构图；

图6为又一实施方式的参考电压判断模块结构图；

图7为又一实施方式的线性泄放电路图；

图8为一具体应用例的电源输出波形图；

图9为另一具体应用例的电源输出波形图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供一种线性泄放电路。

图1为一实施方式的线性泄放电路模块结构图，如图1所示，一实施方式的线性泄放电路包括稳压模块100、偏置模块101、第一受控开关102和电流泄放模块103；

第一受控开关102的第一开关端k1用于连接电源的一输出端，第一受控开关102的第二开关端k2用于通过电流泄放模块103连接电源的另一输出端；

其中，在第一受控开关102的第一开关端k1与第二开关端k2导通时，电源的一输入端与另一输入端间导通，形成放电通路，即电源的一输入端与另一输入端间通过电流泄放模块103泄放电流，以逐渐降低电源的输出电压。

在其中一个实施例中，第一受控开关102包括半导体开关或电子开关，开关电平信号clock1为高于预设电压值的逻辑电平信号。以第一受控开关102包括半导体开关为例，预设电压值大于半导体开关的开启电压。

稳压模块100的第一端连接第一受控开关102的受控端，并通过偏置模块101连接第二开关端k2；其中，稳压模块100的第一端用于接入开关电平信号clock1，开关电平信号clock1用于使第一受控开关102的第一开关端k1与第二开关端k2导通。

其中，第一受控开关102的受控端与稳压模块100的第一端连接，并用于接收开关电平信号clock1，在接收到开关电平信号clock1后，第一受控开关102的第一开关端k1与第二开关端k2导通。通过偏置模块101，使第二开关端的电压低于或高于稳压模块100的第一端电压。同时，稳压模块100的第一端可根据开关电平信号clock1保持稳定的电压水平，即第二开关端k2的电压保持稳定，以加快电源输出端的输出电压的下降速度。

在其中一个实施例中，线性泄放电路还包括第一放大模块；

所述第一放大模块的第一输入端连接所述稳压模块100的稳压端，所述第一放大模块的输出端连接第一受控开关102的受控端，所述第一放大模块的输出端通过所述偏置模块101连接所述第二开关端k2；所述第一放大模块的第二输入端连接所述第二开关端k2。

其中，可通过第一放大模块放大开关电平信号clock1的电压，以更好地驱动第一受控开关102，并提高第二开关端k2的电压，加快电源输出电压的下降速度。第一放大模块可选用运算放大器或晶体管放大电路。

在其中一个实施例中，图2为一实施方式的线性泄放电路图，如图2所示，线性泄放电路第一放大模块包括第一运算放大器u1；

第一运算放大器u1的同相输入端连接稳压模块100的稳压端，第一运算放大器u1的输出端连接第一受控开关102的受控端，第一运算放大器u1的输出端通过偏置模块101连接第二开关端k2；第一运算放大器u1的反相输入端连接第二开关端k2。

其中，可通过第一运算放大器u1，放大开关电平信号clock1的电压，以更好地驱动第一受控开关102，并提高第二开关端k2的电压，加快电源输出电压的下降速度。

在其中一个实施例中，如图2所示，电流泄放模块103包括泄放电阻r1和第一滤波电容c1；其中，在第一受控开关102的第一开关端k1与第二开关端k2导通时，第二开关端k2的电压稳定，在泄放电阻r1上的泄放电流也稳定。同时，第一滤波电容c1起滤波作用，以稳定第二开关端k2的电压。作为一个较优的实施方式，第一滤波电容c1选用电容值为pf级或nf级的电容。

第一滤波电容其中，设电源的输出电容为cout，电源的最大输出电压为vomax，在放电时间tmax内，电源输出电压降至0v，则此过程中输出电容cout的总电荷储存为qmax，且qmax为：qmax＝coutvomax，此时泄放电阻r1上的泄放电流im为：基于此，放电时间tmax满足：

在其中一个实施例中，如图2所示，稳压模块100包括稳压二极管d1；其中，稳压二极管d1的负极为稳压模块100的第一端，稳压二极管d1的正极用于接地。通过稳压二极管d1保持第二开关端k2的电压稳定。在其中一个实施例中，稳压模块100包括稳压源。

在其中一个实施例中，如图2所示，第一受控开关102包括n沟道场效应管q1；

n沟道场效应管q1的栅极为第一受控开关102的受控端，n沟道场效应管q1的漏极为第一受控开关102的第一开关端k1，n沟道场效应管q1的源极为第一受控开关102的第二开关端k2。

在其中一个实施例中，如图2所示，偏置模块101包括偏置电阻r2，通过偏置电阻r2，防止n沟道场效应管q1误导通，并降低n沟道场效应管q1的栅极阻抗。

其中，n沟道场效应管q1用于消耗电源的能量，降低电源输出电压的大小。

在其中一个实施例中，如图2所示，一实施方式的线性泄放电路还包括第一限流电阻r3；

如图2所示，第一运算放大器u1的输出端通过第一限流电阻r3连接n沟道场效应管q1的栅极。

需要注意的是，在实现第一受控开关102的开关逻辑下，第一受控开关102还可选用其它类型的半导体开关元件，例如npn三极管等，即第一受控开关102包括n沟道场效应管q1仅为一个实施例，不代表对第一受控开关102的选型限定。

在其中一个实施例中，图3为另一实施方式的线性泄放电路模块结构图，如图3所示，另一实施方式的线性泄放电路还包括上拉模块200和第二受控开关201；

第二受控开关201的第一开关端k3用于通过上拉模块200接入预设高电平，第二受控开关201的第一开关端k3还连接稳压模块100的第一端；第二受控开关201的第二开关端k4用于接地；第二受控开关201的受控端用于接入开关电平信号clcok2。

在接收到开关电平信号clcok2时，第二受控开关201的第一开关端k3与第二开关端k4关断，预设高电平信号通过上拉模块200输出至稳压模块100的第一端，以使第一受控开关102的第一开关端k1与第二开关端k2导通。其中，另一实施方式的开关电平信号clcok2包括预设低电平信号。在其中一个实施例中，第二受控开关201包括半导体开关或电子开关平信号为低于预设电压值的逻辑电平信号。以第二受控开关201包括半导体开关为例，预设电压值小于半导体开关的开启电压。

在其中一个实施例中，另一实施方式的线性泄放电路还包括隔离模块；

所述隔离模块的一侧的第一端用于接入预设高电平；所述隔离模块的一侧的第二端用于接地，所述隔离模块的一侧的第一端用于接入开关电平信号；

所述隔离模块的另一侧的第一端用于接入预设高电平，所述隔离模块的另一侧的第一端连接所述第二受控开关的受控端；所述隔离模块的另一侧的第二端。

其中，隔离模块用于隔离隔离模块的一侧与另一侧的信号。

在其中一个实施例中，图4为另一实施方式的线性泄放电路图，如图4所示，第二受控开关包括npn三极管q2。

其中，npn三极管q2的基极为第二受控开关201的受控端，npn三极管q2的集电极为第二受控开关201的第一开关端k3，npn三极管q2的发射极为第二受控开关201的第二开关端k4。在接收到低于预设电压值的逻辑电平信号时，npn三极管q2关断。预设高电平通过上拉模块200输出至稳压模块100的第一端。如图4所示，上拉模块包括上拉电阻r4，在npn三极管q2关断时，通过上拉电阻r4将稳压模块100的第一端拉高至预设高电平。需要注意的是，在实现第二受控开关201的开关逻辑下，第二受控开关201还可选用其它类型的半导体开关元件，即第二受控开关201包括npn三极管q2仅为一个实施例，不代表对第二受控开关201的选型限定。

在其中一个实施例中，如图4所示，隔离模块线性泄放电路包括光电耦合器u2；

光电耦合器u2的发光二极管的正极用于接入预设高电平；光电耦合器u2的发光二极管的负极用于接地，光电耦合器u2的发光二极管的负极用于接入开关电平信号clock3；

光电耦合器u2的光敏三极管的集电极用于接入预设高电平，光电耦合器u2的光敏三极管的集电极连接第二受控开关201的受控端；光电耦合器u2的光敏三极管的发射极用于接地。

其中，在光电耦合器u2的发光二极管的负极接入开关电平信号clock3时，若开关电平信号clock3为预设高电平，则发光二极管关断，光敏三极管的集电极与发射极断开，使得第二受控开关201的受控端接入预设高电平信号。如图4所示，发光二极管的正极可通过电阻r5接入预设高电平，第二受控开关201的受控端可通过电阻r6上拉至预设高电平；若开关电平信号clock3为预设低电平，则发光二极管导通，光敏三极管的集电极与发射极导通，使得第二受控开关201的受控端接入预设低电平。

在其中一个实施例中，光电耦合器u2的发光二极管的正极用于接入原边侧供电电源vccp，光电耦合器u2的光敏三极管的集电极用于接入副边侧供电电源vccs，即在光电耦合器u2两侧分别连接隔离型电源的原副边，使线性泄放电路可应用于隔离型电源的电源输出泄放。作为一个较优的实施方式，第二受控开关201的第一开关端k3用于通过上拉模块接入副边侧供电电源vccs。

在其中一个实施例中，如图4所示，另一实施方式的线性泄放电路还包括二极管d2；光电耦合器u2的发光二极管的负极用于通过二极管d2接地。

在其中一个实施例中，图5为又一实施方式的线性泄放电路模块结构图，如图5所示，又一实施方式的线性泄放电路还包括参考电压判断模块300；

参考电压判断模块300用于分别接入参考电压和电源的输出电压，参考电压判断模块300还用于在参考电压低于电源的输出电压时输出开关电平信号(clock1/clock2/clock3)。

其中，参考电压判断模块300分别接入参考电压和电源的输出电压后，在参考电压低于电源的输出电压时输出开关电平信号(clock1/clock2/clock3)，以使第一受控开关102的第一开关端k1与第二开关端k2导通。在其中一个实施例中，参考电压判断模块300包括mcu。mcu分别接入参考电压和电源的输出电压，并对参考电压和电源的输出电压进行比较，在参考电压低于电源的输出电压时，输出开关电平信号(clock1/clock2/clock3)。

其中，参考电压判断模块300根据参考电压和电源的输出电压可输出开关电平信号(clock1/clock2/clock3)，以开启电源的输出泄放，无需格外的逻辑信号即可控制电源的输出泄放开启或关闭。

需要注意的是，参考电压判断模块300用于在参考电压低于电源的输出电压时输出开关电平信号(clock1/clock2/clock3)，即参考电压判断模块300可择一连接光敏二极管的负极、第二受控开关201的受控端或稳压模块100的第一端。

在其中一个实施例中，图6为又一实施方式的参考电压判断模块结构图，如图6所示，参考电压判断模块300包括电压提升模块400和比较模块401；

电压提升模块400的输入端用于接入参考电压，电压提升模块400的输出端用于连接比较模块401的第一输入端，比较模块401的第二输入端用于接入电源的输出电压；比较模块401的输出端用于输出开关电平信号；其中，电压提升模块400的输出端的电压比电压提升模块400的输入端的电压高出预设电压值。

其中，电压提升模块400用于将参考电压提升预设电压值，并将经提升电压后的参考电压与电源的输出电压进行比较，防止小幅度的参考电压下降触发第一受控开关102的第一开关端k1与第二开关端k2导通，提高线性泄放电路的抗干扰能力。在其中一个实施例中，预设电压值与参考电压成正相关关系。作为一个较优的实施方式，预设电压值与参考电压成正比例关系。

在其中一个实施例中，图7为又一实施方式的线性泄放电路图，如图7所示，电压提升模块400包括放大器或mcu。比较模块401包括比较电路或比较器u3。其中，比较器u3的同相输入端可通过第一输入电阻rin1连接电压提升模块400的输出端，比较器u3的反相输入端可用于通过第二输入电阻rin2接入电源的输出电压。

在其中一个实施例中，如图7所示，电压提升模块400包括第二运算放大器u4、第一分压电阻r7、第二分压电阻r8、第三分压电阻r9、第一滤波电阻r10和第二滤波电容c2；

第二运算放大器u4的同相输入端用于通过第一分压电阻r7接入参考电压；第二运算放大器u4的同相输入端用于依次通过第二分压电阻r8和第三分压电阻r9接入预设高电平；

作为一个较优的实施方式，第二分压电阻r8和第三分压电阻r9接入的预设高电平可为原边侧供电电源vccp。

第二分压电阻r8连接第三分压电阻r9的一端用于分别通过第一滤波电阻r10和第二滤波电容c2接地。

其中，电压提升模块通过第二运算放大器u4、第一分压电阻r7、第二分压电阻r8、第三分压电阻r9、第一滤波电阻r10和第二滤波电容c2各器件，结合预设高电平，将参考电压提升预设电压值。设参考电压为vref，第二运算放大器u4的输出端，即电压提升模块的输出端电压为vr，预设高电平为vcc，预设电压值为δv，即δv＝vr-vref，则电压提升模块的输出端电压vr为：

以δv＝vr-vref，则预设电压值δv为：

在其中一个实施例中，第三分压电阻r9选用阻值远大于第一滤波电阻r10的阻值的电阻，第二分压电阻r8选用阻值约等于第一滤波电阻r10的阻值的电阻，第一分压电阻r7选用阻值约等于第三分压电阻r9的阻值的电阻，基于此，则预设电压值δv为：

由上式可知，可调整第一分压电阻r7和第二分压电阻r8的阻值，调整预设电压值δv。作为一个可选的实施方式，第一分压电阻r7和第二分压电阻r8选用阻值可调整的电阻元件，包括变阻器等。

同时，由上式可知，预设电压值δv与参考电压vref呈正相关关系，假设在时刻t，电源输出电压需降低，则vref存在如下关系：时刻t之前其值为va1，时刻t之后其值为va2，且有va1–va2>0，若va1–va2>δv，开启泄放电路，当va1较大时，δv较高，电源的输出电压为vout，则需要vref下降较大时才会满足vr<vout，使得第一受控开关102的第一开关端与第二开关端导通。当电源的输出电压较高，负载下流过电流较大，对电流泄放模块103依赖较低，因此当vref值下降较小时，无需使第一受控开关102的第一开关端与第二开关端导通，且δv的存在也提高了噪声容限，增加了抗干扰能力，防止因干扰或误触发使得vr<vout，从而导致第一受控开关102的第一开关端与第二开关端导通。

在本实施例中，通过与参考电压vref呈正相关关系的预设电压值δv，使得第一受控开关102的第一开关端与第二开关端导通不受电源中各器件值的漂移影响，提高线性泄放电路的噪声容限和抗干扰能力，有利于线性泄放电路长时间稳定工作。

在其中一个实施例中，如图7所示，电压提升模块还包括第四分压电阻r11、反馈电阻r12和反馈电容c3；第二运算放大器u4的输出端分别通过反馈电阻r12和反馈电容c3连接第二运算放大器u4的反相输入端，第二运算放大器u4的反相输入端用于通过第四分压电阻r11接地。作为一个较优的实施方式，第四分压电阻r11选用与反馈电阻r12阻值相同的电阻器件。

图8为一具体应用例的电源输出波形图，如图8所示，电源掉电时输出电压波形从410v跌落至14v，第一受控开关102的第一开关端与第二开关端导通，线性泄放电路工作，整个放电时间为3.84s，且在放电过程中，电压下降速率恒定。

图9为另一具体应用例的电源输出波形图，如图9所示，当电源空载时，电源掉电时输出电压波形从411v跌落至254v，第一受控开关102的第一开关端与第二开关端导通，线性泄放电路工作，整个放电时间为1.37s，且在放电过程中，电压下降速率恒定。

上述任一实施例的线性泄放电路，在需要泄放电源输出端的电流时，通过接收开关电平信号使第一受控开关102的第一开关端与第二开关端导通，以使电源的两输出端间形成泄放回路；同时，通过偏置模块101，使第二开关端与稳压模块100的第一端保持固定的电压差。基于此，稳压模块100的第一端根据开关电平信号获得稳定的电压，即第二开关端的电压、电流泄放模块103的电流固定，以使泄放回路的泄放不受电源输出端的输出电压的影响，电流泄放模块103的电流恒定，使得电源输出端的输出电压下降速率恒定，以提高电源输出端的输出电压的响应速度。

本实用新型实施例还提供一种电源系统，包括电源和线性泄放电路；

线性泄放电路包括稳压模块、偏置模块、第一受控开关和电流泄放模块；

第一受控开关的第一开关端用于连接电源的一输出端，第一受控开关的第二开关端用于通过电流泄放模块连接电源的另一输出端；

稳压模块的稳压端连接第一受控开关的受控端，并通过偏置模块连接第二开关端；其中，稳压模块的稳压端用于接入开关电平信号，开关电平信号用于使第一受控开关的第一开关端与第二开关端导通。

上述的电源系统，在需要泄放电源输出端的电流时，通过接收开关电平信号使第一受控开关的第一开关端与第二开关端导通，以使电源的两输出端间形成泄放回路；同时，通过偏置模块，使第二开关端与稳压模块的稳压端保持固定的电压差。基于此，稳压模块的稳压端根据开关电平信号获得稳定的电压，即第二开关端的电压、电流泄放模块的电流固定，以使泄放回路的泄放不受电源输出端的输出电压的影响，电流泄放模块的电流恒定，使得电源输出端的输出电压下降速率恒定，以提高电源输出端的输出电压的响应速度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。