7.4.3 X 電容器放電

二極管橋式整流器交流側(cè)的 EMC 濾波器中使用的 X 電容器必須要能夠允許其在特定的時(shí)間內(nèi)放電到合理的電壓，這是為了確保主電源線的引腳上不會(huì)無(wú)限期地存在電壓。

通常情況下，顯式放電電阻器與電容器并聯(lián)提供放電路徑，但只要電源與交流電連接，這些電容器隨后就會(huì)導(dǎo)致固定的持續(xù)功率損失，并且為了達(dá)到極低的待機(jī)功率而變得更加明顯。

每增加 100nF 電容，就必須并聯(lián)增加最高 10MΩ 的泄漏電阻器。對(duì)于典型電容為 330 nF 的典型 60W 至 100W 電源，這需要 3MΩ 放電電阻。在 230V 標(biāo)稱高壓線路上，這些電阻器消耗的持續(xù)功率損失為 17.63mW。因此，必須找到替代方法來(lái)使用開(kāi)關(guān)放電路徑給 X 電容器放電，避免靜態(tài)持續(xù)損失。

關(guān)于 X 電容器放電有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。IEC60950 和 IEC60065 要求放電時(shí)間常量小于 1s；IEC62368 要求在斷開(kāi)交流電 2s 后，X 電容器上的剩余電壓小于 60V（電容為 300nF 或更高）。UCC256301 使用有源放電方案來(lái)支持最高達(dá) 5μF 的 X 電容器快速放電。

為了滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)檢測(cè)交流斷開(kāi)事件。UCC256301 通過(guò)監(jiān)控經(jīng)由 HV 引腳的交流過(guò)零來(lái)檢測(cè)交流斷開(kāi)。存在交流電時(shí)，一個(gè)線路周期中將有兩次交流過(guò)零。當(dāng)交流電斷開(kāi)時(shí)，在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有過(guò)零。Figure 44 顯示了整流交流波形。在該圖中，在最后一個(gè)半交流周期峰值時(shí)斷開(kāi)交流電。實(shí)際上，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的任何位置都可以斷開(kāi)。

Figure 44. 交流電斷開(kāi)波形

為了可靠地檢測(cè)過(guò)零并減少功耗，每隔 700ms 生成一個(gè)階梯測(cè)試電流。如果在最高測(cè)試電流設(shè)置中連續(xù)出現(xiàn) 4 次過(guò)零缺失，則確認(rèn)交流斷開(kāi)并啟用 IXCapDischarge 電流源。下方的波形顯示階梯電流波形：

Figure 45. X 電容器放電的階梯測(cè)試電流

測(cè)試電流是實(shí)現(xiàn)可靠的交流過(guò)零檢測(cè)所必需的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是因?yàn)榻涣鳂蚴秸髌鞫O管中的泄漏電流將影響極輕負(fù)載時(shí)的過(guò)零檢測(cè)。HV 引腳上增加的測(cè)試電流將克服泄漏電流，確保檢測(cè)到 HV 引腳上的交流過(guò)零。如果在任何測(cè)試電流階段檢測(cè)到一次過(guò)零，則意味著交流沒(méi)有斷開(kāi)。測(cè)試電流將立即斷開(kāi)，且系統(tǒng)進(jìn)入 700ms 無(wú)測(cè)試電流階段。

Figure 46. 不同的階梯電流波形

Figure 46 顯示了不同的階梯電流波形。最后一個(gè)波形顯示檢測(cè)到交流斷開(kāi)，且啟用 x 電容器放電電流。x 電容器放電電流的啟用狀態(tài)持續(xù) 350ms。交流過(guò)零功能在所有運(yùn)行模式下可用，并且在任何時(shí)候都可用。Figure 47 顯示了交流過(guò)零檢測(cè)和 X 電容器放電的流程圖。

打開(kāi) JFET 可以產(chǎn)生放電電流 IXCapDischarge，并且啟用從 JFET 源接地的電流源。采用接地放電而不采用 VCC 放電的原因是防止 VCC 達(dá)到 VCCStartSwitching。剛好在 OVP 事件前斷開(kāi)交流時(shí)，VCC 上的電壓接近于達(dá)到 VCCStartSwitching。

在 LATCH 狀態(tài)中，JFET 已經(jīng)開(kāi)啟，且當(dāng)作 VCC 調(diào)節(jié)環(huán)路的傳遞元件使用。JFET 源端子與 VCC 引腳之間的開(kāi)關(guān)關(guān)閉。如果在不從 VCC 引腳上斷開(kāi) JFET 的情況下啟用 X 電容器放電電流源，放電電流必須先給 VCC 電壓放電，這需要長(zhǎng)時(shí)間保持大量電流。為了避免出現(xiàn)這種問(wèn)題，在 LATCH 狀態(tài)中，先從 VCC 上斷開(kāi) JFET。放電階段結(jié)束后，重新打開(kāi) JFET 和 VCC 之間的開(kāi)關(guān)。下方顯示電路圖和 LATCH 狀態(tài)中的 x 電容器放電過(guò)程。

Figure 47. 交流 ZCD 和 X 電容器放電流程圖