低功耗泄放电路及具有低功耗泄放电路的交流转换系统

摘要

本发明公开一种低功耗泄放电路，耦接于一交流电源、一输入滤波电容以及一整流滤波器；低功耗泄放电路包括由第一开关元件、第二开关元件以及控制器构成，其中，第一开关元件，耦接交流电源的第一输入端与整流滤波器的第一连接端；第二开关元件耦接该交流电源的第二输入端与整流滤波器的第一连接端；当检测该交流电源移除时，控制器控制第一开关元件与第二开关元件至少一个为导通状态。本发明还公开了一种具有低功耗泄放电路的交流转换系统。本发明的低功耗泄放电路及具有低功耗泄放电路的交流转换系统，以控制器控制第一开关元件与第二开关元件导通或截止状态，不但可以避免过高的功率耗损，而且符合安全电压规范要求，具有低功耗效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种泄放电路及交流转换系统，特别涉及一种低功耗泄放电路及具有该低功耗泄放电路的交流转换系统。

背景技术

使用于家电或信息产品的电源系统通常包含一电源转换器，以提供产品所需的各式应用电源电压。电源转换器的输入大多是由市电AC（交流电）电源来供应，然后通过在设计有电感器与电容所组成的EMI（Electromagnetic Interference）电磁干扰滤波电路与整流器后，转成对应所要求的电源电压，例如直流电压19伏特或5伏特等。但是当AC电源移除不连接供电时，仍有内部电容存在会保留电力，但为确保安全情况下，一般安全电压规范限定需要将内部电容电压于1秒内降至原先电容电压的37%以下。因此，内部需要装设一泄放元件将内部电容储存的电能泄放，公知在电源两输入端之间装设电阻器当作泄放元件，但在正常供电下电阻器不但会随电源电压高低产生对应的功率损失产生，而且整体功耗则难以符合低功耗标准。

发明内容

本发明为了解决上述问题，公开一种低功耗泄放电路及具有低功耗泄放电路的交流转换系统，避免公知电阻器功率随电源电压高低过度耗损。

本发明一种低功耗泄放电路，耦接于一交流电源、一输入滤波电容以及一整流滤波器，其中输入滤波电容与整流滤波器耦接交流电源的一第一输入端与一第二输入端。低功耗泄放电路包括：一第一开关元件耦接交流电源的第一输入端与整流滤波器的第一连接端；一第二开关元件耦接交流电源的第二输入端与整流滤波器的该第一连接端；以及一控制器，当检测交流电源移除时，控制第一开关元件与第二开关元件至少一个为导通状态。

本发明的一实施例中，整流滤波器的第一连接端连接一接地电压。

本发明的一实施例中，控制器具有一第一检测端与一第二检测端，连接到一第一电阻与一第二电阻，并检测交流电源的第一输入端与第二输入端，以判断交流电源是否移除。

本发明的一实施例中，控制器包括：一第一分压电路，连接第二电阻；第二分压电路，连接第一电阻；一第三开关元件，具有一第一端耦接第一开关元件的一控制端，一第二端耦接整流滤波器的第一连接端，以及一控制端耦接第一分压电路；一第四开关元件，具有一第一端耦接第二开关元件的一控制端，一第二端耦接整流滤波器的第一连接端，以及一控制端耦接第二分压电路；一电容，两端分别连接到第三开关元件的第一端与第四开关元件的第一端；一第一电流控制器，连接第一电阻与该第一开关元件的控制端；以及一第二电流控制器，连接第二电阻与第二开关元件的控制端。

本发明的一实施例中，第一电流控制器与第二电流控制器为一电阻或一定电流源构成。

本发明的一实施例中，还包括一第一二极管连接于第三开关元件的第一端与第一开关元件的控制端，以及一第二二极管连接于第四开关元件的第一端与第二开关元件的控制端。

本发明的一实施例中，控制器包括：一第一电流控制器，连接第一电阻与第一开关元件的一控制端；一第一二极管，连接于第一开关元件的控制端与交流电源的第一输入端；一第一电容，连接第一开关元件的控制端与整流滤波器的第一连接端；一第二电流控制器，连接第二电阻与第二开关元件的一控制端；一第二二极管，连接第二开关元件的一控制端与交流电源的第二输入端；以及一第二电容，连接第二开关元件的控制端与整流滤波器的第一连接端。

本发明还提出一种具有低功耗泄放电路的交流转换系统，包括：一交流电源；一输入滤波电容；一整流滤波器，输入滤波电容与整流滤波器耦接交流电源的一第一输入端与一第二输入端；一输出电路，连接到整流滤波器的一第一连接端与一第二连接端；以及一低功耗泄放电路，包括：一第一开关元件，耦接交流电源的第一输入端与整流滤波器的第一连接端；一第二开关元件，耦接交流电源的第二输入端以及整流滤波器的第一连接端；及一控制器，当检测交流电源移除时，控制第一开关元件与第二开关元件至少一个为导通状态。

本发明的一实施例中，整流滤波器包括：一滤波元件，耦接交流电源的第一输入端与第二输入端；以及一整流器，连接滤波元件、控制器及输出电路。

本发明的一实施例中，输出电路包括：一输出电容；以及一输出阻抗（impedance）与输出电容并联连接。

本发明所提的低功耗泄放电路及具有低功耗泄放电路的交流转换系统，可以大幅减少功耗的消耗。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为本发明具有低功耗泄放电路的交流转换系统的一实施例；

图2为根据图1具有低功耗泄放电路的交流转换系统的一具体实施例；

图3为根据图1具有低功耗泄放电路的交流转换系统的另一具体实施例；

图4为本发明实施例的交流电源正常供电动作波形图；

图5为本发明实施例的电路图的交流电源供电切断时动作波形图；

图6为本发明具有低功耗泄放电路的交流转换系统的另一具体实施例。

【主要元件附图标记说明】

10、10a、10b：交流转换系统    12：交流电源

13：整流滤波器                14：输出电路

15：低功耗泄放电路            CX：输入滤波电容

VIN：输入端电压               L：第一输入端

N：第二输入端                 16、16a、16b：控制器

Q1：第一开关元件              Q2：第二开关元件

R1：第一电阻                  R2：第二电阻

A：第一检测端                 B：第二检测端

21：EMI滤波元件               22：整流器

23：第一分压电路              24：第二分压电路

Q3：第三开关元件              Q4：第四开关元件

C1，C2：电容                  R3：第三电阻

R4：第四电阻                  M：第一连接端

R5：第五电阻                  R6：第六电阻

25、25a、25b：第一电流控制器

26、26a、26b：第二电流控制器

R7、R8：电阻                  I1、I2：定电流源

ZD1~ZD4：齐纳二极管           D1~D2：极管

41、42、51、52：时间区间

具体实施方式

以下将以附图及详细叙述清楚说明本发明内容的精神，任何本领域普通技术人员在了解本发明内容的较佳实施例后，应当能够由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的保护范围。

参考图1为本发明具有低功耗泄放电路的交流转换系统的一实施例。其中交流转换系统10包括一交流电源12、输入滤波电容CX、整流滤波器13、输出电路14以及低功耗泄放电路15所构成。

其中，交流电源12提供一输入端电压VIN，例如是110伏特或220伏特的交流电，交流电源12具有第一输入端L与第二输入端N，连接到输入滤波电容CX与整流滤波器13上，输入端电压VIN经过整流滤波器13处理过后，送到输出电路14。

其中，低功耗泄放电路15包括第一开关元件Q1、第二开关元件Q2以及控制器16所构成，其中第一开关元件Q1的第一端耦接交流电源12的第一输入端L，在此实施例如可先通过第一电阻R1再连接到交流电源12的第一输入端L，第一开关元件Q1的第二端耦接整流滤波器13的一第一连接端M。第二开关元件Q2耦接交流电源12的第二输入端N，在此实施例如可先通过第二电阻R2再连接到交流电源12的第二输入端N，第二开关元件Q2的第二端耦接整流滤波器13的第一连接端M，在一实施例中，整流滤波器13的第一连接端M连接一接地电压。控制器16则用来检测交流电源12移除时，控制第一开关元件Q1与第二开关元件Q2至少一个为导通状态。

其中，控制器16连接到具有一第一检测端A与一第二检测端B，分别检测交流电源的第一输入端L与第二输入端N，以判断交流电源是否移除，在一实施例中，例如图1所示的以通过具有保护作用的第一电阻R1与第二电阻R2，与交流电源12的第一输入端L与第二输入端N连接。在另一个实施例中，第一检测端与一第二检测端亦可直接与交流电源12的第一输入端L与第二输入端N连接，来检测交流电源12的连接状态。

当交流电源12正常连接供电时，控制器16以信号控制第一开关元件Q1与第二开关元件Q2的控制端，例如使得第一开关元件Q1与第二开关元件Q2位于截止状态，如此就可避免公知电阻器随电源电压高低产生耗损功率情形。而当交流电源12移除不连接供电时，控制器16根据检测第一输入端L与第二输入端N，确认交流电源12移除后，控制器16控制第一开关元件Q1与第二开关元件Q2至少一个处于导通状态，使得如输入滤波电容CX储存能量分别通过保护的第一电阻R1或第二电阻R2、低功耗泄放电路15以及整流滤波器13快速于予泄放，达到符合安全电压规范的需求。

参考图2为根据图1具有低功耗泄放电路的交流转换系统的一具体实施例。其中与图1相同部分不再重复说明，整流滤波器13例如包括一EMI滤波元件21与整流器22。EMI滤波元件21耦接交流电源12的第一输入端L与第二输入端N。整流器22例如由四个二极管所构成桥式整流器并具有四个连接端，其中两个连接端连接到EMI滤波元件21，另外两个连接端则分别连接到控制器16及输出电路14。在一实施例中，输出电路14包括一输出电容C0与输出阻抗Z0，其中输出电容C0与输出阻抗Z0例如以并联方式连接。

此外，控制器16包括第一分压电路23、第二分压电路24、第三开关元件Q3、第四开关元件Q4、电容C1、第一电流控制器25以及第二电流控制器26所构成。其中，第一分压电路23包括一第三电阻R3与一第四电阻R4串联构成，并连接在第二电阻R2与整流滤波器13的第一连接端M之间。第二分压电路24包括一第五电阻R5与一第六电阻R6构成，并连接在第一电阻R1与整流滤波器13的第一连接端M之间。

第三开关元件Q3具有一第一端耦接第一开关元件Q1的一控制端，第二端耦接整流滤波器13的第一连接端M，以及控制端耦接第一分压电路23的第三电阻R3与第四电阻R4之间。第四开关元件Q4具有一第一端耦接第二开关元件Q2的一控制端，一第二端耦接整流滤波器13的第一连接端M，以及一控制端耦接第二分压电路24的第五电阻R5与第六电阻R6之间。

在一实施例中，电容C1两端分别连接到第三开关元件Q3的第一端与第四开关元件Q4的第一端。在一实施例中，第一电流控制器25，例如在此以一电阻R7表示，连接在第一电阻R1与第一开关元件Q1的控制端。第二电流控制器26，例如在此以一电阻R8表示，连接第二电阻R2与第二开关元件Q2的控制端。

参考图3为根据图1具有低功耗泄放电路的交流转换系统的另一具体实施例。其中与图2相同部分不再重复说明，其中图3与图2中的控制器16a、16的差异在于：第一电流控制器25a，在此以定电流源I1取代图2中的电阻R7。第二电流控制器26a，在此以定电流源I2取代图2中的电阻R8。此外，在第一开关元件Q1、该第二开关元件Q2、第三开关元件Q3以及第四开关元件Q4的四个控制端，分别增加对应连接第一齐纳二极管ZD1、一第二齐纳二极管ZD2、一第三齐纳二极管ZD3以及一第四齐纳二极管ZD4作为防止过电压发生的保护元件。

另外，增加一第一二极管D1连接于第三开关元件Q3的第一端与第一开关元件Q1的控制端。以及一第二二极管D2连接于第四开关元件Q4的第一端与第二开关元件Q2的控制端，上述两个二极管D1、D2用以控制提高栅极动作电压。

接着，请参考图4为本发明实施例的交流电源正常供电动作波形图。请同时参考图4与图2，当交流电源12正常连接供电时，若交流脉波相位位于第一输入端L为正而第二输入端N为负时（例如图4上面图中正弦波时间区间41内），第四开关元件Q4的控制端的栅极电压VGS-Q4（参考图4下面图形的Q4），经由电阻R1、R5与R6分压得高电位脉波，使得第四开关元件Q4为导通状态，并将电容C1储存电荷释放以及保持第二开关元件Q2的控制端的栅极电压VGS-Q2处于截止状态的低电位（参考图4中间图形的Q2）。

另一方面，第一开关元件Q1的控制端的栅极电压VGS-Q1逐渐由电阻R1、R7向电容C1充电而上升，由于电阻R1、R7设计为高阻值与电容C1构成高时间常数充电，因此在交流脉波相位交替变换下，第一开关元件Q1的控制端的栅极电压VGS-Q1不会上升到导通电位（图4中间图的Q2），第一输入端L电压随正弦波变化充电至高点后随即随正弦波下降而停止电容C1充电。

当交流电源12正常连接供电且交流脉波相位反相位，即于第一输入端L为负而第二输入端N为正时（例如图4上面图中正弦波时间区间42内），第三开关元件Q3的控制端的栅极电压VGS-Q3（参考图4下面图形的Q3）经由电阻R2、R3与R4分压得高电位脉波使得第三开关元件Q3导通，并将电容C1储存电荷释放以及保持第一开关元件Q1栅极电压处于截止状态的低电位（参考图4中间图形的Q1）。

另一方面，第二开关元件Q2的控制端的栅极电压VGS-Q2逐渐由电阻R2、R8向电容C1充电而上升，由于电阻R2、R4设计为高阻值与电容C1亦构成高时间常数充电，因此在交流脉波相位交替变换下，第二开关元件Q2的控制端的栅极电压VGS-Q2不会上升到导通电位。

由图4中我们可以看出波形图中第三及第四开关元件Q3、Q4栅极高电压信号（VGS_Q3，VGS_Q4）分别重置第一及第二开关元件Q1、Q2的栅极电压信号（VGS_Q1，VGS_Q2），于交流电源12正常供电时，第一及第二开关元件Q1、Q2栅极电压（VGS_Q1，VGS_Q2）处于低电压准位，因此第一及第二开关元件Q1、Q2不导通状态，加上提供开关元件Q3、Q4使用高电阻控制，因此只要极低功耗就可达到，不会有公知电阻器功率过度耗损问题。

接着，参考图5为本发明实施例的本发明实施例电路图的交流电源供电切断时动作波形图。请同时参考图5与图2，其中图5最前面时间区间51内为正常交流电源供应，此部分与图4运作相同，在此不再重复说明，当交流电源被移除进入到图5中的时间区间52，若第一输入端L为正而第二输入端N为负时，输入端电压VIN不再随正弦波变化，而由输入滤波电容CX取代供应，则电容C1会充电上升至更高电位使第一开关元件Q1控制端的栅极电压VGS_Q1达到导通电压准位，此时输入滤波电容CX储存的电能经由电阻R1、第一开关元件Q1以及桥式整流器22回到第二输入端N点完成一个第一回路，将输入滤波电容CX电能释放至低电压。

此外，第一开关元件Q1的栅极电压（VGS_Q1）上升至高准位导致于第一开关元件Q1导通，使得输入端电压VIN因第一开关元件Q1导通产生泄放路径而逐渐下降，达到安全规范的要求。由于电阻器R1、第一开关元件Q1以及桥式整流器22回到第二输入端N点所形成第一回路只有一二极管的压差（0.7V），且第一输入端L为正与第二输入端N点电压差远大于二极管的压差（0.7V），因此电流会循着此第一回路进行，因此第二开关元件Q2不论控制在导通或截止，并无实际作用。

反之若在第一输入端L为负而第二输入端N为正时，交流电源12被移除时，电容C1会充电上升至更高电位使第二开关元件Q2栅极电压达到导通电压准位，此时输入滤波电容CX储存的电能经由电阻R2、第二开关元件Q2以及桥式整流器22回到第一输入端L点，将输入滤波电容CX电能释放至低电压。

此外，第二开关元件Q2的栅极电压（VGS_Q2）上升至高准位导致于第二开关元件Q2导通，使得输入端电压VIN因第二开关元件Q2导通产生泄放路径而逐渐下降，达到安全规范的要求。由于电阻器R2、第二开关元件Q2以及桥式整流器22回到第一输入端L点所形成第二回路只有一二极管的压差（0.7V），且第二输入端N为正与第二输入端N点电压差远大于二极管的压差（0.7V），因此电流会循着此第二回路进行，因此第一开关元件Q1不论控制在导通或截止，并无实际作用。

此时，若如图3在第一、第二、第三及第四开关元件（Q1~Q4）栅极端放置齐纳二极管（ZD1~ZD4）就有防止过电压发生来保护第一、第二、第三及第四开关元件（Q1~Q4），而提高栅极动作电压用二极管D1、D2也可视实际应用斟酌加入，并根据实际状况增加串接的个数。

参考图6，为本发明的具有低功耗泄放电路的交流转换系统的另一实施例电路图，其中与图3相同部分作用相同不再重复叙述。低功耗泄放电路包括第一开关元件Q1、第二开关元件Q2以及控制器16b，而图6与图3中的控制器16b、16a的差异在于：控制器16b包括：一第一电流控制器25b（在此以电阻R3代表，亦可变更为一定电流源I1）、第一二极管D1、第一电容C1、一第二电流控制器26b（在此以电阻R4代表，亦可变更为一定电流源I2）、第二二极管D2以及第二电容C2所构成。

其中，电阻R3连接第一电阻R1与第一开关元件Q1的一控制端。第一二极管D1连接于第一开关元件Q1的控制端与交流电源的该第一输入端L。第一电容C1连接第一开关元件Q1的控制端与整流滤波器13的第一连接端M。电阻R4连接第二电阻R2与第二开关元件Q2的一控制端。第二二极管D2连接第二开关元件Q2的一控制端与交流电源12的第二输入端N。第二电容C2连接第二开关元件Q2的控制端与整流滤波器13的第一连接端M。

在此，我们利用两个二极管D1，D2取代图3的重置开关Q3、Q4，来重置泄放电路中的第一及第二电容C1与C2。当交流电源12正常连接供电时，若交流脉波相位位于L为正且N为负，第一开关元件Q1栅极电压经由电阻R1、R3充电至第一电容C1，由于电阻R1、R3设计为高阻值与第一电容C1构成高时间常数充电，加上交流脉波相位交替变换，第一开关元件Q1栅极电压不会上升到导通电位，因此输入端电压VIN随正弦波变化充电至高点后随即随正弦波下降而停止第一电容C1充电，而随正弦波转为负相时，经由二极管D1将第一电容C1重置。

若发生交流电源12被移除，输入端电压不再随正弦波变化，则第一电容C1会充电上升至更高电位，使第一开关元件Q1栅极电压达到导通电压准位，此时输入滤波电容CX储存的电能经由电阻R1、第一开关元件Q1以及桥式整流器22回到第二输入端N点，将输入滤波电容CX电能释放至低电压。

另外，当交流电源12正常连接供电且交流脉波相位反相位L为负且N为正，第二开关元件Q2栅极电压经由电阻R2、R4充电至第二电容C2，由于电阻R2、R4高阻值与电容第二C2亦构成高时间常数充电，因此交流脉波相位交替变换，第二开关元件Q2栅极电压不会上升到导通电位，因输入端电压随正弦波变化充电至高点后随即随正弦波下降而停止第二电容C2充电，而随正弦波转为负相时，经由二极管D2将第二电容C2重置。

当发生交流电源12被移除且第二电容C2充电上升使第二开关元件Q2栅极电压达到导通电压准位，此时输入滤波电容CX储存的电能经由电阻R2、第二开关元件Q2以及桥式整流器回到第一输入端L点，将输入滤波电容CX电能释放至低电压。

各开关元件（Q1，Q2）的栅极端皆可放置齐纳二极管（ZD1、ZD2）作为防止过电压发生的保护元件。

本发明的低功耗泄放电路或交流转换系统，以控制器控制第一开关元件与第二开关元件导通或截止状态，不但可以避免过高的功率耗损，而且符合安全电压规范要求，具有低功耗效果。

虽然本发明已公开如上所述的实施例，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当能够作各种修改与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书为准。