专利名称：电源单元和用于控制电源单元的方法
技术领域：
本发明涉及一种电源单元和用于控制电源单元的方法。
背景技术：
所有电子和电气设备都需要电源，以提供用于运行电子或电气设备所需的电压和 电流。电源典型地与干线电压(mains voltage)相连。只要电源实际与干线电压相连且干 线电压足够高，就可以确保电子或电气设备的运行。然而，如果干线电压发生故障，例如由 于电网中的短期干线中断，则电子和电气设备将没有足够的能量供应，不能按要求运行。US 2002/0171295 Al公开了一种带有两个电源线的半导体集成电路。每个电源线 配备有一个开关，用于选择其中的一个电源线。电源管理电路监控主电源上的电压。如果 主电源在运行，则该半导体集成电路将由主电源的功率供电。然而，如果来自主电源的供电 中断，备用电源将给半导体集成电路提供所要求的功率。典型的电子设备没有备用电源，因此不能在干线中断的条件下运行。然而，正常的 电子设备也应该能够经受得住短期干线中断。典型地，在短期干线中断期间所需的能量将 由大电解电容提供。图1示出了根据现有技术所述的电子或电气设备方框图。所述设备包括交流/直 流转换单元ADC，该装置接收干线电压MV作为输入并在其输出处与直流总线电压电容器Ctl 相连。电容器Ctl还与后续系统SS相连，该后续系统在其输出端向负载L供电。交流/直流 转换单元ADC例如执行交流/直流转换。总线电容器Ctl与交流/直流转换级的输出相连， 形成为后续系统提供输出电压Vtl的直流总线。后续系统SS例如可以用作直流/直流转换 器。负载L可以是任何电子或电气装置。电容器Ctl典型地是大电解电容器，为后续系统SS 提供近乎恒定的输出电压K。电容器Ctl需要满足一些要求。它需要足够大以避免高波纹 电压。此外，必须适当地选择电容器以保证系统的保持条件，例如在干线电压短期故障期间 必须能够获得负载L所需功率电平。为了实现这一点，在特定时间阶段，输出电压Vtl必须 维持在特定阈值电压之上。因此，提供大数值的电容器以保证较长的保持时间。电容C器 0的电容值必须足够大，以便为后续系统提供功率，所述后续系统可能还包括其他若干子系 统。然而，即使使用电解电容器，大数值的电容器也将典型地具有大的尺寸。此外，当第一 次给电容器充电时选择了大数值电容器，则将出现高的启动电流，可能损坏系统的其他部 件或者干扰附近的其他电子设备。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种具有电容器的电源单元，所述电容器用作具有较低 数值、尺寸和成本的保持电源的。上述目的通过根据权利要求1中所述的电源单元以及根据权利要求12中所述的 控制电源单元的方法来解决。因此，提供了一种电源单元，所述电源单元包括交流/直流转换单元，其输入与输入电压耦接，其输出与直流总线电压耦接。所述电源单元还包括与交流/直流转换单元 的输出耦接的直流总线电容器。所述电源单元还包括至少一个接收直流总线电压作为输入 的子电源单元，用于提供至少一个电源。如果输入电压下降至预定的阈值之下，则至少降低 或者关断所述至少一个子电源单元或者部分负载的电源。根据本发明的一个方面，所述电源单元包括第一电源单元和至少一个第二子电源 单元，每一个均分别与直流总线电压耦接。电源单元还包括任何停用所述部分负载的装置。 一种这样的装置可以是置于第二子电源单元与直流总线电压之间的开关。如果输入电压降 至预定的阈值之下，则该开关用于断开第二子电源单元与直流总线电压之间的连接。因此， 如果输入电压降至预定的阈值之下，则并非全部的电源均被供电，例如除了提供关键负载 以外的其他所有子系统都将被停用。根据本发明的另一方面，其中一个子电源单元包括多输出电源，用于提供多个输 出电压。如果输入电压降至预定的阈值之下，则多个输出电压中的一部分将被停用。利用 这种结构，可以仅使部分输出电压停用，以至于使得只有电子设备的一部分不供电而其他 部分仍旧供电。还是根据本发明的另一方面，如果输入电压降至预定的阈值之下，子电源单元的 至少部分输出电压或者输出功率逐渐减小。因此，可以得到关于电源的适度衰减。本发明还涉及一种用于控制电源单元的方法，所述电源单元具有与交流输入电压 和直流总线电压耦接的交流/直流转换单元、、直流总线电容器以及用于提供至少一个电 源的至少一个子电源单元。检测直流总线电容器电压或者交流输入电压。当检测到的直流 总线电容器电压或者输入电压(MV)下降至预定的阈值之下时，将减小或者关断由子电源 单元(S1、S2、SS)提供的电源。本发明涉及提供电源单元的思路，在干线电压故障的情况下并非给全部后续系统 或者负载提供能量。特别是，仅仅向那些被认为是关键的或者具有较高优先级的子系统提 供来自保持电容器的能量。换言之，并非全部子系统而仅仅是选定的子系统将被提供来自 保持电容器的能量。因此，由于在保持情况下需要较少的能量，必须提供这一能量的电容器 可以在尺寸上有所减小。根据本发明的原理，可以改进直流总线电容器的尺寸(数值)，以 便能够经受短期干线中断。本发明的原理可以应用于例如液晶电视、液晶显示器或者个人 电脑的电源。本发明的另外方面在从属权利要求中限定。
线将参考附图更详细地描述本发明的优势和实施例。图1示出了根据现有技术所述电源单元的方框图；图2示出了根据第一实施例所述电源单元的方框图；图3示出了根据第二实施例所述电源单元的方框图；图4示出了根据第三实施例所述电源单元的方框图；图5示出了根据第四实施例所述电子设备的方框图；以及图6示出了根据第五实施例所述电源的方框图。
具体实施例方式在根据本发明所述的实施例中描述了如何通过本发明所述电源单元应对输入交 流电压的短期中断或者干线电压的短期中断。根据本发明所述的电源单元在其输入端子接 收干线电压或者交流输入电压。所述交流输入电压可以源自干线电压。图2示出了根据第一实施例所述电源单元的方框图。所述电源单元包括接收输入 电压或者干线电压MV的交流/直流转换单元ADC。第一和第二系统Si、S2经由直流总线 与交流/直流转换级耦接。DC总线电容器Ctl与交流/直流转换单元ADC的输出耦接。所 述电源单元还可以有选择性地包括控制器CUl以及与第二系统S2的输入耦接的至少一个 开关(或者关闭装置)。第一系统Sl可能使电源单元组成电子设备与负载Ll相对应的关 键装置。第二系统S2可能组成通用电源单元。第一和第二系统Si、S2并联且均与直流总 线电容器Ctl耦接。优选地，直流总线电容器Ctl足够大以限制电压波纹且该电容器还能够耐 受均方根(rms)电流。然而，将根据这两点要求优化直流总线电容器Ctl的尺寸，因此典型 地该电容没有足够大以便在保持期间为第一和第二系统Si、S2提供足够的能量。如果干线电压或者交流输入电压MV下降至阈值以下，使得交流/直流转换单元 ADC和电容器Ctl不能够为第一系统Sl和第二系统S2提供足够的能量，则将断开开关S使 得仅第一系统从直流总线电容器Ctl获取能量供应，所述电容器随后将用作负载Ll的保持 电容器。开关S可以立即断开或者在一段时间以后断开。选择性提供的控制器CUl用于检测干线电压中断，特别是干线电压的短期中断。 值得注意的是，该控制器还可以用作交流/直流转换单元ADC的控制器的一部分。控制器 OTl可以通过监控直流总线电容器两端的电压VO或者替代地通过检测干线电压电平来检 测中断。这是确定用于系统Sl和S2的电压是否仍然足够的两种方法。作为替代示例，第一或者第二系统Si、S2的内部控制器可以执行欠压锁定特性。 因此，在将第一系统Sl的临界欠压锁定电平调节至远低于输出电压电平Vtl,_的同时，可以 调节第二系统S2的临界欠压锁定电平正好低于额定输出电压电平Vtl,_。因此，与用于关键 供电的第一系统Sl相比，用于一般供电的第二系统S2将在直流总线电容器Ctl两端的较高 电压Vtl下关断。图3示出了根据第二实施例所述电源单元的方框图。该电源单元包括与交流输入 电压或者干线电压MV耦接的交流/直流转换单元ADC。该交流/直流转换单元ADC还经由 直流总线电压Vtl与子电源单元SS耦接。直流总线电容器Ctl置于交流/直流转换单元ADC 与子电源单元SS之间。可选地，子电源单元SS可能包括控制器CU2。根据第二实施例所述 的电源单元基于根据第一实施例所述的电源单元，但却组成了替代的实施例。在子电源单元SS的输出一侧，示例地提供了 6个输出电压V。ut」至V。ut 6和接地端 GND。因此，子电源单元SS可以执行多个输出直流/直流转换。子电源单元SS的输出电压 可用于向与子电源单元SS耦接的若干负载或者应用提供所需电压。当干线电压MV故障时， 输出电压中的一部分将被关断或者断开。可选地，输出电压还可以被连续地关断，即依赖于 干线电压值一个接一个地关断。子电源单元系统的输出电压的关断顺序可能与整个系统应 用的特定负载的关联有关。此外，或者替代地，至少部分输出电压或者输出功率逐渐减小， 以便执行适度衰减。这可被表现为例如调暗光线或者减小音频输出功率。图4示出了根据第三实施例所述电源单元的方框图。第三实施例基于第一和第二
6实施例的组合。因此，根据第三实施例所述的电源单元包括与干线电源MV耦接的交流/直 流转换装置ADC、带有直流总线电容器Ctl的直流总线以及与直流总线耦接的第一和第二系 统Si、S2。用作电子设备关键部件的电源的第一系统Sl可被实现为根据第二实施例所述 的子电源单元。如果干线电压下降至给定阈值之下，第二系统S2将经由开关S或者经由直流总线 电压Vtl的欠压锁定断开连接，例如它将被完全关断。另一方面，第一系统Sl将不会被关断， 但是正如第二实施例所述，其中一部分输出电压将被(逐渐地)断开。图5示出了根据第四实施例所述电源单元的方框图。根据第四实施例所述的电源 单元可能基于第一、第二或者第三实施例所述的电源单元。因此，该电源单元包括交流/直 流转换单元ADC，它接收干线电压MV且与具有直流总线电容器Ctl的直流总线耦接。根据 第四实施例所述的电源单元可用于液晶电视。作为示例，液晶照明由外置电源单元LCD提 供。其他诸如视频处理、音频处理、音频功率和调谐器等功能以及其他辅助功能经由另一个 电源单元AVC提供。如果保持情况发生，可以向液晶照明单元LCD和/或其他功能提供直 流总线电容器Ctl中的可用功率或者能量。因此，可用功率必须用于驱动液晶面板的照明或 者用于控制电视机的音频和视频处理。例如，可以利用开关S关断液晶照明装置LCD的电源。这样，保持电容器中的能量 可以用于驱动电视机的其他部件。然而，替代地，如果干线电压下降至阈值之下，电视机的 其他部件也可以被关断。值得注意的是，关断液晶照明是有利的，因为人眼不会检测到照明 的短期关闭。结合本发明的上述原理，可以实现更小也更便宜的保持电容器。尽管在上述实施例中描述的是关断某些系统S2或者关断子电源系统SS的部分输 出，但是也可以逐渐减小系统S2的输出电压或输出功率或者子电源单元SS的部分输出。在 第四实施例的示例中，例如可以通过减小音量而非完全关闭扩音器来减小音频扩音器的功 率。这一原理也应用于其他功能，例如可以通过调暗电视机中的部分光源来实现。在基于第四实施例的另一个实施例中，即液晶电视，用于背光光源的一般电源可 以完全关闭。音频扩音器的供电可被减小而非关闭。例如可以通过电子变压器实现，类似 于根据相应的输入电压调节输出电压。在另一个替代实施例中，可以在个人计算机使用根据本发明所述的电源单元作为 电源。这样，如果干线电压短期下降至阈值之下，个人计算机风扇的电源将关断。图6示出了根据第五实施例所述的电源的方框图。电源单元包括接收输入电压或 者干线电压MV的交流/直流转换单元ADC。直流/直流转换单元DDC经由直流总线与交 流/直流转换单元ADC耦接。直流总线电容器Ctl连接在交流/直流转换装置ADC的输出 处。负载Ll代表关键负载。若干其他负载L2-L3经由开关与直流/直流转换单元DDC耦 接。其他负载诸如Ln，如果是关键负载则直接与直流总线电压耦接，否则经由开关耦接。直 流/直流转换单元可以提供负载Ll至L3所需的不同电压电平。这些负载可以作为子电源 单元或者作为实际负载。当检测点Dl或D2处的电压下降至阈值以下时，利用开关可以使 这些负载从直流/直流转换单元DDC上断开。值得注意的是，尽管在图6中负载Ll经由开关与直流/直流转换单元DDC耦接， 但是如果负载Ll是在短期干线中断发生时不能被断开的关键负载，则该开关可被省略。在基于第一、第二、第三或者第四实施例的另一个实施例中，电源单元能够与它所连接电子设备的至少部分元件通信以便将电源关断告之这些元件。在基于前述实施例的另一个实施例中，所述电子设备的元件或者单元可与重要性 等级相关联，其中电子设备的关键元件或者单元具有最高重要性等级。如果输入电压下降 至预定的阈值之下，具有较低重要性的元件或者单元将被提供较少功率或者将被关断。重 要性等级可被视为能够存储在系统控制器中的参数。重要性等级甚至能够在设备运行期间 动态地改变。可选地，提供通信总线，使得电源单元能够与必须关断或者减小功率的电子设 备上的单元或者元件进行通信。利用通信总线可以提供例如短期内的警告，以便例如在该 负载最终关闭前保存数据。上述交流/直流转换单元可能包括功率因数校正单元，利用例如类似升压、降压 或者降压一升压转换器之类的被动或者主动切换模式电源来校正功率因数。在上述实施例中可以提供干线隔离。干线隔离可以集成在交流/直流转换单元、 直流/直流转换单元或者在某个负载中。值得注意的是，上述实施例阐述而非限定了本发明，本领域普通技术人员能够在 不背离所附权利要求范围的情况下设计出许多替代实施例。在权利要求中，任何括号中的 参考符号不能解释为对权利要求的限定。词语“包括”不排除有不同于权利要求所罗列的元 件或者步骤出现的可能。元件前面的词语“一个”不排除该元件复数出现的可能。在列举 了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些能够由其中一个和硬件中的相同项目代 表。在彼此不同的从属权利要求中引用了某些措施不表示这些措施的结合不能加以利用。此外，权利要求中的任何参考符号不能限制权利要求的范围。
权利要求
1.电源单元，包括-交流/直流转换单元(ADC)，其输入与交流输入电压(MV)耦接并且其输出与直流总 线电压耦接，用于将交流输入电压转化为直流电压，-直流总线电容器(Ctl),与交流/直流转换单元(ADC)的直流输出耦接，以及-至少一个子电源单元(Si ；S2 ；SS)，接收直流总线电压作为输入，用以提供至少一个 电源，-其中如果直流总线电容器电压下降至预定的阈值之下，则至少减小或者关断所述至 少一个子电源单元(Si ；S2 ；SS)的电源。
2.根据权利要求1所述的电源单元，包括-第一和第二子电源单元(Si，S2)，每一个均与直流总线电压耦接，以及-停用单元(S)，置于第二子电源单元(S2)和直流总线电压之间，用于当直流总线电容 器电压下降至所述预定的阈值之下时使第二总线电源单元(S2)从直流总线电压上断开。
3.根据权利要求1或2所述的电源单元，其中子电源单元之一(SQ包括多输出电源， 用于提供多个输出电压，-其中当直流总线电容器电压下降至所述预定的阈值之下时，停用所述多个输出电压 中的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的电源单元，其中当直流总线电容器电压下降至所述预定的阈 值之下时，逐渐减小所述子电源单元(Si ；S2 ；SS)的输出电压或者输出功率中的至少一些。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源单元，其中机械地或者电子地停用所述子 电源单元(Si ；S2 ；SS)的输出电压。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电源单元，其中当直流总线电压下降至欠压锁 定电平之下时，关断所述子电源单元(Si、S2)的至少一部分，其中第一子电源单元(Si)的 欠压锁定电平选择为比第二子电源单元(S》的欠压锁定电平低。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电源单元，还包括控制器(⑶1、^幻，用于控 制停用单元(S)的切换和/或所述子电源单元(S2、SS)输出电压中的至少一部分的停用。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电源单元，其中监控输入电压(MV)和/或直流 总线电容器电压。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的电源单元，还包括-通信总线，与至少一个子电源单元(Si ；S2 ；SS)耦接、以及与耦接至电源的至少一个 负载耦接，用于对减小或者关断电源的早期警告进行通信。
10.一种电子设备，包括根据权利要求1至7中任一项所述的电源单元。
11.一种液晶显示设备，包括根据权利要求1至7中任一项所述的电源单元。
12.根据权利要求10所述的液晶显示设备，其中减小或者完全关断背光和/或声音的 功率。
13.一种用于控制电源单元的方法，所述电源单元具有与交流输入电压(MV)和直流总 线电压耦接的交流/直流转换单元(ADC)、直流总线电容器(Ctl)、以及用于提供至少一个电 源的至少一个子电源单元(Si ；S2 ；SS)，所述方法包括以下步骤-检测直流总线电容器电压或者交流输入电压(MV)，-当检测到的直流总线电容器电压或者输入电压(MV)下降至预定的阈值之下时，减小或者关断由所述子电源单元(S1、S2、SS)提供的电源。
全文摘要
本发明提供了一种电源单元，所述电源单元包括输入与输入电压耦接、输出与直流总线电压耦接的交流/直流转换单元。所述电源单元还包括与交流/直流转换单元的输出耦接的直流总线电容。所述电源单元还包括至少一个接收直流总线电压作为输入，用于提供至少一个电源的子电源单元。如果输入电压降至预定的阈值之下，则至少降低或者关闭所述至少一个子电源单元或者部分负载的电源。
文档编号H02H7/122GK102144343SQ200980134356
公开日2011年8月3日 申请日期2009年9月4日 优先权日2008年9月5日
发明者吉安·霍赫扎德, 彼德·拉欧, 托马斯·A·杜厄巴姆, 约翰·B·D·K·库布里克, 马库斯·施密德 申请人:Nxp股份有限公司