用于使电源的输出电容器放电的方法和装置与流程

本发明涉及用于使电源的输出电容器放电的方法和装置。

背景技术：

电源是将电功率供应给电气负载的电气装置。电源的主要功能是将来自源的电压和电流转换为正确的电压和电流，以向负载供电。因此，电源有时被称为电功率转换器。

电源可以使用市电电压作为能量源。出于安全和逻辑处理的原因，将电源与市电电压断开连接在逻辑上应导致零输出电压。可以预期断开连接的电源在短时间内提供零输出电压，使得转换器可以被触及/触动和/或输出节点的短路不会由于输出电容器的突然放电而引起意外的过电流情况。电源可以包括电源指示器，所述指示器应当在电源与市电电压断开连接的几秒钟内关闭。这允许明确的逻辑操作并且避免了电源的重复接通和关闭，因为电源指示器在电压输入断开连接时会呈现功率存在信号。

技术实现要素：

公开了一种方法和一种装置的实施例。在一个实施例中，公开了一种用于使电源的输出电容器放电的方法。所述电源包括用于接收待转换信号的初级侧和用于输出所转换信号的次级侧。所述方法涉及检测所述次级侧的同步整流(sr)电路系统是否不活动；当检测到所述sr电路系统不活动时，确定所述初级侧与市电电压断开连接；以及基于确定所述初级侧与所述市电电压断开连接来使所述次级侧的输出电容器放电。

在所述方法的实施例中，当所述sr电路系统在预定持续时间内未执行开关活动时，确定所述初级侧与所述市电电压断开连接。

在所述方法的实施例中，使所述输出电容器放电包括检测所述sr电路系统未执行开关活动的时间量和当所述时间量超过阈值时使所述输出电容器放电。

在所述方法的实施例中，所述输出电容器通过恒定功率负载放电。

在所述方法的实施例中，所述输出电容器通过恒定电流负载放电。

在所述方法的实施例中，所述输出电容器通过电阻器负载放电。

在所述方法的实施例中，所述输出电容器通过功率负载、电流负载、电阻器负载或其任何组合中的至少一个放电。

在所述方法的实施例中，用于使所述输出电容器放电的电流在高结点温度下减少。

公开了一种电源的实施例。所述电源包括初级侧，所述初级侧被配置成连接到市电电压并接收待转换的电压信号；次级侧，所述次级侧被配置成输出所转换电压信号；以及变压器，所述变压器连接在所述初级侧与所述次级侧之间并被配置成转换所述电压信号。所述次级侧包括输出电容器；同步整流(sr)电路系统，所述sr电路系统被配置成对来自所述变压器的所述所转换电压信号进行整流；检测电路系统，所述检测电路系统被配置成检测所述sr电路系统是否不活动；确定电路系统，所述确定电路系统被配置成当检测到所述sr电路系统不活动时确定所述初级侧与所述市电电压断开连接；以及放电电路系统，所述放电电路系统被配置成基于确定所述初级侧与所述市电电压断开连接来使所述输出电容器放电。

在所述电源的实施例中，所述确定电路系统被配置成当所述sr电路系统在预定持续时间内未执行开关活动时，确定所述初级侧与所述市电电压断开连接。

在所述电源的实施例中，所述放电电路系统被配置成检测所述sr电路系统未执行开关活动的时间量，并且当所述时间量超过阈值时使所述输出电容器放电。

在所述电源的实施例中，所述输出电容器通过恒定功率负载放电。

在所述电源的实施例中，所述输出电容器通过恒定电流负载放电。

在所述电源的实施例中，所述输出电容器通过电阻器负载放电。

在所述电源的实施例中，所述输出电容器通过功率负载、电流负载、电阻器负载或其任何组合中的至少一个放电。

在所述电源的实施例中，用于使所述输出电容器放电的电流在高结点温度下减少。

公开了一种电源的另一个实施例。所述电源包括初级侧，所述初级侧被配置成连接到输入电压并接收待转换的电压信号；以及次级侧，所述次级侧被配置成输出所转换电压信号。所述次级侧包括控制器，所述控制器被配置成检测所述次级侧的同步整流(sr)电路系统是否不活动；当检测到所述sr电路系统不活动时，确定所述初级侧与所述输入电压断开连接；并且基于确定所述初级侧与所述输入电压断开连接来使所述次级侧的输出电容器放电。

在所述电源的实施例中，所述控制器被配置成当所述sr电路系统在预定持续时间内未执行开关活动时，确定所述初级侧与所述输入电压断开连接。

在所述电源的实施例中，被配置成使所述输出电容器放电的所述控制器进一步被配置成检测所述sr电路系统未执行开关活动的时间量，并且当所述时间量超过阈值时使所述输出电容器放电。

在所述电源的实施例中，所述控制器被配置成通过功率负载、电流负载、电阻器负载或其任何组合中的至少一个使所述输出电容器放电。

从结合通过举例说明本发明的原理的附图作出的以下详细描述中，根据本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1描绘了基本ac到dc电源的例子。

图2描绘了在ac市电断开连接后利用常规方法用于输出电容器放电的开关模式电源(smps)。

图3描绘了在ac市电断开连接后利用自动输出电容器放电的开关模式电源(smps)。

图4是示出了电容器放电功能操作和相关波形的图。

图5是示出了直到通电复位(por)的恒定功率放电的放电电流对电压的曲线图。

图6是示出了实施电容器放电功能的放电电路的功能块的图。

图7是用于使电源的输出电容器放电的示例方法的过程流程图。

具体实施方式

将容易理解的是，如本文总体上描述的且在附图中示出的本实施例的组件可以被布置和设计成各种各样的不同配置。因此，如附图中所表示的对各种实施例的以下详细描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅表示各个实施例。虽然附图中呈现了实施例的各个方面，但是除非特别指示，否则附图不一定是按比例绘制的。

在不脱离本发明的精神或基本特性的情况下，可以用其它具体形式来体现本发明。所描述的实施例应在所有方面均仅被视为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而非此详细描述指示。落入权利要求书的同等含义和范围内的所有改变均应涵盖在权利要求书的范围内。

贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的引用并不暗示可以利用本发明实现的所有特征和优点应当处于或处于本发明的任何单个实施例中。相反，引用特征和优点的语言被理解成意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定指代同一个实施例。

此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以通过任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。相关领域技术人员应认识到，鉴于本文中的描述，可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它实例中，在某些实施例中可以认识到可能并不存在于本发明的所有实施例中的另外的特征和优点。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意味着结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中(inoneembodiment)”、“在一个实施例中(inanembodiment)”和类似语言可以但不一定都指同一个实施例。

图1描绘了具有市电隔离的基本ac到dc电源100的例子。电源100包括用于市电隔离和电压转换的变压器102、全波桥式整流器104、存储电容器106和电阻器负载108。在示例电源100中，ac市电电压(例如，在60hz下为120v)用作电压输入(能量源)。变压器102用于将输入电压转换成更高或更低的ac电压。整流器104然后被用来将变压器输出电压转换成整流的dc电压。由存储电容器106和电阻器负载108对dc电压进行峰值整流，以将所述dc电压转换成未调节的dc电压(vout)。

存储电容器106移除了周期性ac电压变化的大部分。剩余的ac电压被称为纹波。电负载的纹波容限可以指定由电源100提供的最小滤波量。在一些实施例中，容忍高纹波，并且因此不需要滤波。例如，在一些基本应用中，市电供电的dc电源可以用变压器、单个整流二极管和与输出节点串联以限制充电电流的电阻器来实施。

图2描绘了在ac市电断开连接后利用常规方法用于输出电容器放电的开关模式电源(smps)200。在smps200中，ac市电输入202由整流器204直接整流并且然后被滤波以获得dc电压。然后，通过电子开关电路系统(例如，开关s1206和开关s2208)以高频接通和关断所产生的dc电压，从而产生了将穿过变压器210的初级绕组的ac电流。开关以非常高的频率(例如，20khz到1mhz)发生，由此使得能够使用比在市电频率下操作的电源中发现的那些变压器和滤波电容器小得多、轻得多且便宜得多的变压器和滤波电容器。穿过变压器210的次级绕组的电流由同步整流(sr)开关电路系统(例如，开关qsecl212和开关qsec2214)整流并被滤波以产生dc输出电压vout216。sr开关电路系统可以由次级侧控制器230控制，所述次级侧控制器230可以体现为独立的集成电路(ic)装置。如果smps200使用充分绝缘的高频变压器210，则输出电压vout216将与市电输入202电隔离，这对于安全可以是必要的。

连接到变压器210的输入的电气组件总体上可以被称为smps200的初级侧，因为要改变的市电电功率连接在这一点处。初级侧的电气组件可以由初级侧控制器224控制。连接到变压器210的输出的电气组件可以被称为smps200的次级侧。次级侧是电功率发送到负载的地方。次级侧的电气组件可以由次级侧控制器230控制。

smps200使用初级侧的分压器和比较器来首先检测ac市电电压断开连接并且然后经由光耦接器218使次级侧的电阻性放电电路220能够使输出电容器cout222放电。例如，如图2所示，分压器232连接到市电-n电压并且比较器234并入初级侧控制器224内。比较器234经由snsmains输入从分压器232接收信号，并确定初级侧是否与ac市电电压断开连接。如果断开连接，则初级侧控制器224经由snsfb输出向光耦接器218发送放电信号。光耦接器218然后输出放电信号(例如，通过发射光)，所述放电信号由次级侧的电阻性放电电路220接收，以使输出电容器cout222能够放电。例如，光耦接器218的输出接通次级侧的nmos放电开关226。放电可以经由与nmos放电开关226串联的电阻器228发生。

在一些方面，如输出电容器cout222等充电的输出电容器是有问题的，因为所述充电的输出电容器可能在被触动时电击用户和/或在短路时在输出处引起过高的电流(即，过电流)。当输出电容器在没有负载连接时并且因此不存在放电电流时长时间保持充电时，问题可能会加剧。先前在电源与ac市电电压断开连接时使输出电容器放电的尝试包括使用光耦接器(例如，光耦接器218)用于将放电启用信号从电源的初级侧发送到电源的次级侧的放电电路系统(例如，电阻性放电电路220)。然而，使用此类光耦接器可能会占用宝贵的装置面积并增加电源的成本。

因此，需要无需来自初级侧的通信信号就能检测电源的次级侧的市电电压断开连接的电源，这消除了对光耦接器的需要。在一个实施例中，提供了用于使电源的输出电容器放电的方法。所述电源包括用于接收待转换信号的初级侧和用于输出所转换信号的次级侧。所述方法包括检测次级侧的同步整流(sr)电路系统是否不活动、当检测到sr电路系统不活动时确定初级侧与市电电压断开连接并且基于确定初级侧与市电电压断开连接来使次级侧的输出电容器放电。例如，通过监测电源的次级侧的同步整流活动并限定用于区分空载操作与电源断开连接的时间阈值来检测市电电压断开连接。在一个实施例中，放电功能以恒定功率放电。这样，在电源的次级侧的控制器内提供了具有恒定功率耗散的快速电容器放电。在一个实施例中，时间阈值可以是在市电电压断开连接之后观察到的等待时间，所述市电电压断开连接避免了通过放电功能增加待机功率。恒定功率放电在时间阈值之后激活并且可以促进快速电容器放电和快速关闭电源指示器。

图3描绘了在ac市电断开连接之后利用自动输出电容器放电的开关模式电源(smps)300。在smps300中，ac市电电压输入可以被整流和滤波以获得dc电压vin302。dc电压vin302然后由电子开关电路系统(例如，开关306和开关308)以高频接通和关断，从而产生了将穿过变压器310的ac电流。开关306和308中的每一个开关可以是例如并入有体二极管的场效应晶体管(fet)或金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。电气开关电路系统可以由初级侧控制器324控制。在变压器310之后，ac由同步整流(sr)开关电路系统340(例如，开关312和开关314)整流，并经由输出电容器cout322滤波，以产生dc输出电压vout316。开关312和314中的每一个开关可以是例如并入有体二极管的fet或mosfet。sr开关电路系统340可以由次级侧控制器330控制，所述次级侧控制器330可以是独立的集成电路(ic)装置。第二侧控制器可以包括供电电压输入(vcc)、用于对mosfeta进行同步定时的漏极感测输入(dsa)、用于对mosfetb进行同步定时的漏极感测输入(dsb)、栅极驱动器输出mosfeta(gda)、栅极驱动器输出mosfetb(gdb)、源极感测输入mosfeta(ssa)、源极感测输入mosfetb(ssb)和接地(gnd)。

在一个实施例中，用于使输出电容器cout322放电的放电功能可以经由被配置成检测sr活动的检测电路、具有长时间常数的定时电路以及被配置成控制耗散的功率的放电电路来执行。在一个实施例中，检测电路、定时电路和放电电路都可以在次级侧控制器330内实施，从而消除了对如图2的光耦接器218等另外的组件的需要。

图4是示出了电容器放电功能操作和相关波形的图400。在电源的正常操作期间，次级电流isecl(例如，从变压器310输出的电流)流到输出节点(例如，vout316)，并且sr控制器(例如，次级侧控制器330)感测整流开关(例如，开关312和开关314)的漏极电压(vdrainl)。如图4所示，在负漏极电压vdrainl下，sr控制器可以接通同步整流开关的栅极电压(vgatel)，以用于以低电压降和低整流损耗进行同步整流。

在电源的正常操作中，流入次级侧的供电电压(vcc)节点的电流(ivcc)的量值可以为1ma。当没有负载连接到电源时，控制器(例如，次级侧控制器330)可以在突发模式下以低待机功率操作。在突发的非开关部分期间，ivcc可以切换到非常低的电平(例如，100μa)以节省能量。切换到节能模式的示例时间可以是100微秒(因为连续开关的循环时间低于1/20khz的可听边界)或50微秒。

在一个实施例中，由次级侧控制器330检测市电电压断开连接，并且同步整流(sr)开关电路系统340(例如，开关312和开关314)停止开关。例如，如果次级侧控制器330(感测整流开关的漏极电压)在限定的时间(例如，1秒)内没有在开关312或开关314处感测到开关活动，则次级侧控制器330可以确定电源与市电电压断开连接。

空载操作的最大非开关时间通常不到1秒。此外，放电功能的延迟时间应当被设置为比突发模式或低频模式的非开关部分的最大时间更长，以免在空载操作期间触发放电功能。因此，放电功能的延迟时间可以比1秒长。在一个实施例中，如果延迟时间以30％的准确度确定，则1.4秒的延迟时间将会允许有限的准确度有充足的余量。

根据一些实施例，输出电容器放电可以通过几种方式执行。例如，输出电容器可以经由电阻性放电来放电，例如，输出电容器通过电阻器负载放电。在另一个例子中，输出电容器经由恒定电流放电来放电。即，输出电容器通过恒定电流负载放电，这导致输出电压有根据以下表达式的恒定衰减：

dvout/dt＝idischarge/cout。

在另外的例子中，输出电容器经由恒定功率放电来放电。即，输出电容器通过恒定功率负载放电，这导致快速且与温度无关的放电有恒定功率耗散。在又另一个例子中，输出电容器经由恒定温度放电来放电。这里，为了使输出电容器放电，保持放电晶体管处的温度恒定。此类技术是快速的，但是可能需要例如在放电晶体管内进行温度感测。

在一个实施例中，允许的功率耗散由从内部放电电路到外部周围环境的热阻确定。例如，如llc转换器等通常用于电源的次级侧的sr控制器的封装体从结点到周围环境的典型热阻rth(j-a)为140开尔文每瓦(k/w)的。指定的最高环境温度为85℃并且最高结点温度为150℃。在一个实施例中，并入封装体中的放电功能所允许的功率耗散(包括一定的容限余量)为0.4w。在图5中描绘了0.4w的恒定功率放电。

图5是示出了直到通电复位(por)的恒定功率放电的放电电流对电压的图500。在一个实施例中，当输出电压和ic供电电压下降到低于por电压电平时，在高于por电压电平的输出电压和ic供电电压下实现恒定功率放电的控制方案可能不再正常操作。这样，放电可以通过使用例如不同控制方案的恒定电流负载或电阻性负载来继续，所述不同控制方案可以在输出电压和ic供电电压降低到低于por电压电平时实现放电直到达到最小电压电平(例如，低于1v)。

用于确定放电时间(tdischarge)的公式可以基于能量含量。例如，可以根据以下表达式确定tdischarge(忽略低于por电压电平的放电操作)：

tdischarge＝(1/2*cout*vout²)/pdischarge。

举例来说，12v功率转换器的10mf输出电容器在0.4w的恒定功率放电下的放电可以在1.8秒内执行：tdischarge＝(1/2*0.01f*(12v)²)/0.4w＝0.72j/0.4w＝1.8秒。

放电电流将在启动时流动。如果电源在启动期间与市电电压断开连接，则输出电容器将自动地快速放电。在启动时对输出电容器进行充电的电流可以比在6毫秒内从0v到12v对10mf的典型电容进行充电大20a。此类电流促进了设计并避免了另外的状态。

图6是示出了实施电容器放电功能的放电电路600的功能块的图。在一个实施例中，放电电路600可以在图3的次级侧控制器330内实施。在电源的正常操作期间，放电电路600不活动。放电电路600在输出电容器的放电期间激活。

如图6所示，放电电路600可以包括低频振荡器602、异步计数器604、锁存器606、电流控制电路608、放电晶体管610(例如，nmos晶体管)、感测电阻器612以及逻辑或(or)门614。在一个实施例中，检测电路系统620可以包括节能功能(esnot)(例如，驻留在次级侧控制器330内)和/或逻辑或门614。如果在同步整流开关电路系统340(例如，开关312和开关314)的漏极处未检测到活动，则esnot接通(激活)。在一个例子中，如果esnot在预定时间(例如，100微秒)内未感测到开关活动，则esnot可以将指示信号馈送到逻辑或门614。指示信号撤销振荡器602、计数器604和锁存器606的复位，并且振荡器602开始运行。

在一个实施例中，用于激活电容器放电功能的延迟时间(在检测到市电电压断开连接之后)通过确定电路系统630使装置硅面积最小化来促成。确定电路系统630包括低频振荡器602、异步计数器604和锁存器606。振荡器602可以根据1500hz的示例频率操作。振荡器602可以在节能状态或模式期间开始运行。对于没有节能模式的sr控制器，振荡器602可以在最后一个开关循环之后开始运行。电容器放电可以在计数器604在1/1500秒内计数2048个循环之后开始。这样，在放电功能被激活之前，可以实现大约1.36秒的延迟时间(2048个循环*1500hz＝2048/1500秒≈1.36秒)。此后，计数器604设置锁存器606，并且锁存器606的输出启用流动穿过放电电路系统640(例如，电流控制电路608和放电晶体管610)的放电电流并使输出电容器(例如，cout322)放电。

在一个实施例中，电流控制电路608可以感测供电电压(vcc电压)并使用增益单元来促进恒定功率放电。对于大于por电压电平(vpor)的vcc电压，流动穿过放电晶体管610的放电电流可以与vcc电压有双曲线关系。例如，当vcc大于vpor时，放电电流idischarge＝pdischarge/vcc。

对于小于vpor的vcc电压，流动穿过放电晶体管610的放电电流可以通过基本的方式限定，使得当vcc低于vpor时(例如，低至小于1v的最小电压电平)，可以发生放电。例如，当vcc小于vpor时，放电电流idischarge可以基于感测电阻器612上的基极-发射极电压(vbe)来限定：idischarge＝vbe/r。在其他例子中，当vcc小于vpor时，放电电流idischarge可以是电阻性放电电流或随着更低的供电电压(低于vcc≈3v，电路限制可以减少实际放电电流)而减少的放电电流。

本文所描述的实施例可以应用于例如用于充电器和适配器的开关模式电源，以及用于台式计算机和电视机的电源，所述电源具有在与市电电压断开连接之后应当快速关闭的电源指示器或者应当快速返回到0v的输出。

图7是用于使电源的输出电容器放电的示例方法的过程流程图700。所述电源包括用于接收待转换信号的初级侧和用于输出所转换信号的次级侧。在一个实施例中，在框702处，所述方法检测次级侧的同步整流(sr)电路系统(例如，包括开关312和开关314的sr开关电路系统340)是否不活动。例如，对次级侧的sr电路系统是否不活动的检测由检测电路系统620(例如，次级侧控制器330内的节能功能(esnot))执行。

在框704处，当检测到sr电路系统不活动时，所述方法确定初级侧与市电电压断开连接。例如，当检测到sr电路系统不活动时确定初级侧与市电电压断开连接由确定电路系统630(例如，低频振荡器602、异步计数器604和锁存器606)执行。在一个实施例中，当sr电路系统在预定持续时间(例如，1秒)内未执行开关活动时，所述方法确定初级侧与市电电压断开连接。

在框706处，所述方法基于确定初级侧与市电电压断开连接来使次级侧的输出电容器(例如，cout322)放电。例如，基于确定初级侧与市电电压断开连接来使次级侧的输出电容器放电由放电电路系统640(例如，电流控制电路608和放电晶体管610)执行。在一个实施例中，所述方法通过检测sr电路系统未执行开关活动的时间量并在时间量超过阈值(例如，1.4秒)时使输出电容器放电来使输出电容器放电。在一个实施例中，用于使输出电容器放电的电流在高结点温度(结点温度等于或大于阈值温度，例如150℃或更大)下减少，以免使控制器(例如，电流控制电路608或次级侧控制器330)过热。

在一个实施例中，所述方法通过恒定功率负载使输出电容器放电。在另一个实施例中，所述方法通过恒定电流负载使输出电容器放电。在另外的实施例中，所述方法通过电阻器负载使输出电容器放电。在又另一个实施例中，所述方法根据输出电压和温度通过功率负载、电流负载、电阻器负载或其任何组合使输出电容器放电。

电源的用于使输出电容器放电的上述操作可以在硬件、固件或其组合中实施，或者在硬件和软件的组合中实施，或者在固件和软件的组合中实施，或者在硬件、固件和软件的组合中实施。

尽管以特定顺序示出和描述了本文中的一种和多种方法的操作，但是可以改变每种方法的操作的顺序，使得某些操作可以按相反的顺序执行，或者使得某些操作可以至少部分地与其它操作同时执行。在另一个实施例中，不同操作的指令或子操作可以通过间歇和/或交替的方式实施。

还应当指出的是，本文中描述的方法的操作中的至少一些可以使用存储在计算机可用存储媒体上以供计算机执行的软件指令来实施。举例来说，计算机程序产品的实施例包括用于存储计算机可读程序的计算机可用存储媒体。

计算机可用或计算机可读存储媒体可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)。非暂时性计算机可用和计算机可读存储媒体的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬磁盘和光盘。光盘的当前例子包括只读存储器压缩盘(cd-rom)、读/写压缩盘(cd-r/w)和数字视频盘(dvd)。

可替换的是，本发明的实施例可以完全以软件或以包含硬件和软件元件两者的实施方案实施。在使用软件的实施例中，软件可以包括但不限于固件、常驻软件、微代码等。

虽然已经描述和示出了本发明的具体实施例，但是本发明不应限于如此描述和示出的具体部件形式或布置。本发明的范围应由随附于此的附权利要求书和其等同物限定。