专利名称：低功率开关模式电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括主振荡电路的低功率开关模式电源，该主振荡电路连接至直流电源，该主振荡电路连接至变压器的第一初级线圈，该变压器包括至少第一次级线圈，该次级线圈通过整流器连接至输出电路，该输出电路包括至少用于形成基本上直流输出电压的第一电容器，该开关模式电源还包括反馈电路，该反馈电路使用实际的输出电压用于控制初级切换电路。
本发明还涉及用于操作低功率开关模式电源的方法，其中由振荡器将基本上直流的输入功率转换成交流功率，将该交流功率转换成交流电压和交流电流，将该输出功率转换成直流功率，其中将该输出直流电压用作用于控制振荡器的反馈信号。
背景技术：
EP 1798845A1涉及多输出开关模式电源，其具有在其输入上为交流输入电压的交流/直流转换器、直流/交流转换器和变压器，其在输出上提供Vac3电压，其耦合至多个输出模块。每个输出模块包括开关、滤波器和控制器。每个输出模块的开关具有连接至Vac3 电压的输入，当开启时在其输出上提供整流的开关输出电压和当关闭时其输出上提供高阻抗。此外，每个输出模块的滤波器具有耦合至相应开关的输出的输入，并在输出上提供平稳的输出电压V0Utl、V0Ut2、V0Utn，而控制器在输出上将开关控制信号提供给相应开关，该控制器具有连接至输出电压的第一输入，连接至参考电压的第二输入和连接至Vac3电压的第三输入。当输出电压降低低于参考电压且Vac3电压是零时，生成打开相应开关的开关控制信号，当输出电压增加高于参考电压时，生成关闭相应开关的开关控制信号。
发明目的
本发明的目的是降低耗电设备的待机功耗。本发明的另一目的是降低待机功耗以保护全球环境。发明内容
本发明的目的可以通过权利要求1的前序部分实现，如果反馈电路包括光耦合器，该光耦合器的输入LED通过电流和电压限制电路连接至输出电压，该低功率开关模式电源包括分压器形式的第一电流环路，该分压器通过至少一个大电阻连接至直流电源，该大电阻连接至第一晶体管的基极，该分压器连接至第二晶体管的集电极，该第二晶体管的发射极接地，该低功率开关模式电源还包括变压器初级线圈形式的第二电流环路，该初级线圈的第一端连接至直流电源，第二端连接至第一晶体管的集电极/发射极，该第二电流环路还包括电阻，该电阻接地，该第一晶体管的基极进一步连接至光耦合器的输出晶体管。
由此，可以实现振荡器被依赖于电路次级侧上的输出电压的光耦合器上的反馈信号控制。通过在输出上按需控制振荡器，振荡次数可以限制为仅一次振荡，因此在相当长的时间周期内没有活动。如果在开关模式变压器的次级侧上不使用功率，可以执行每秒仅一次振荡。如果存在任意需要，则更多振荡发生，如果该振荡器连续地操作，甚至可以实现较高的功率需求。通过根据实际的输出电压控制振荡，可以读取几乎不不可能测量的该开关模式电源的待机功耗。
该振荡器以这样的方式操作，其中在每一单次振荡之后振荡自动停止。由于振荡根据需要开始，则当在变压器内流动的电流已经达到某一等级时该单次振荡自动地停止。 因此，实现了通过振荡器流动的电流严重限制于当启动时实际流动的电流，而且限制于在每一单次启动之间的长周期。可以以这样的方式设计开关模式电源，其中在输入侧和输出侧之间存在电绝缘。这样，开关模式电源的输入可以是具有大约110-230伏特的交流电压的交流电网的传统连接。因为变压器用于功率传输，通过光耦合器执行反馈，可以执行电绝缘。
在本发明的优选实施例中，变压器包括第二初级线圈，该线圈的一端接地，该线圈的第二端连接至第一电流环路的分压器。通过使用第二初级线圈，可以通过相对受限的电流开始启动，因此使该受限制的电流在第二初级线圈内生成微弱的电流脉冲，和使用该脉冲的能量增加晶体管的启动电流，随后首先将电流增加至较高电平。构建该电路以便只要该电流增加至某一电平，则关闭该电路本身。使用第二初级线圈还导致时间周期缩短，在该时间周期中电流流过初级线圈。由此，可以实现进一步降低在初级侧上的电源要求。
优选地，在长至每秒一次的速率上执行待机情况下振荡器的单个开关顺序。因此， 每秒仅一次存在功耗，在其余的时间周期内仅流过极高电阻。因此，该振荡器在剩余周期内的功率低至若干毫瓦。仅在短暂的切换周期内功耗较高。因此，可以将待机情况下的功耗降低至低于10毫瓦。许多电子设备具有高于1瓦的待机功耗。
低功率继电器组可以自低功率开关模式电源接收用于操作的功率，该继电器组包括双稳态继电器，该双稳态继电器具有连接至控制电路的线圈。该控制电路包括第一和第二电流环路，该第一和第二电流环路分别包括用于形成电桥的两个电开关，该继电器组的线圈连接在该桥的开关之间，其中至少一个电开关连接至处理器，该处理器生成用于电开关的启动脉冲，该处理器还连接至输入设备。由此，可以实现双稳态继电器可以以非常低的功率需求在两个稳态位置之间切换。该双稳态继电器可以是任意电气或电子设备内的功率开关的一部分。该继电器组可以具有可由具有高达若干安培和高达230伏特的电压的常规电网连接使用的开关。如果必需以较大的功率需求使用该单元，可以通过使用用于切换到例如电子或电气设备的三相连接的继电器。开关模式电源和继电器组的组合可能导致在全部种类的电气或电子设备内极低的待机功率。当今几乎全部种类的电气或电子设备连接至电网，并具有通常具有若干瓦数值的待机功耗。可以以若干方式使用该待审发明，但是使用本发明的一种方式是将本发明作为电源的一部分构建在电子或电气设备内。本发明的其它可能用途是用于提供可以连接至电子设备的一行插槽的开关模式电源和继电器组的使用。全部这些设备可以立即加电，实际上可以以其中常规红外通信设备在继电器组上切换的方式编码该继电器组。
低功率开关模式电源的使用如前所述，由此使用低功率开关模式电源提供继电器组，该继电器组控制双稳态继电器的位置，该继电器组根据输入信号改变双稳态继电器的位置。该开关模式电源和继电器组一起使用在待机情况下将接近于没有来自继电器组的功耗，因为继电器是双稳态的。仅小型处理器在操作，从而使输入设备活动。在该电路内的功耗可以极低。低功耗可能导致在开关模式电源内的振荡器每秒钟仅可能切换一次。因此，在待机情况下的电源非常低，从而将实际电源需求降低至若干毫瓦。通过使用该电源和继电器组，通过发送继电器组的输入来启动将仅在极短周期内提出增加的功率要求，因为只要继电器组切换至相反位置，功耗将再次返回极低状态。仅在极短的时间周期内，当执行继电器切换时，在电源内将存在或多或少的振荡器的持续切换。该持续振荡仅发生若干毫秒。 因此，在周期内的功耗极低和难以测量。
继电器组可以接收来自通信设备的输入信号。该通信设备可以是例如用于控制电视的红外通信设备。可以设计该通信设备以便该红外通信设备的多个不同的输入命令将全部导致设备的加电。使用本发明的一个优点可以是必需首先启动电源，随后在电视机开启之前给出又一个命令。
电源和继电器单元可以是在功耗设备内的电源的一部分。由此可以实现可将诸如在洗衣机或洗碗机内的待机电源降低至极低水平。而且，在多种计算机设备内，当这些计算机系统处于待机情况下时，存在较高功耗。使用本发明可以将在待机情况中的功耗降低至接近于零的功耗。
通过权利要求6的前序部分可以实现本发明的目的，如果振荡器包括第一和第二电流环路，该第一电流环路生成用于第二电流环路的启动电流，其中变压器的初级线圈是第二电流环路的一部分，其中该第二环路包括电流/电压测量系统，且在第二电流环路内生成增加的电流，和关闭在第二电流环路内的电流。
因此，可以实现第一电流环路生成用于开启第二电流环路的控制信号，如果该信号未受光耦合器的干扰。这样，振荡器可以自动地启动，因为如果没有输入信号出现，在第一环路内的电流将自动地开启在第二环路内的晶体管。这将导致在第二环路中形成电流， 但是存在连接至第一环路内晶体管基极的串行电阻，在该电阻上增加的电流将导致在该晶体管内的集电极电压升高，该晶体管连接至第二环路内晶体管的基极，该晶体管由此关闭。 因此，生成极短的脉冲。但是该短脉冲在变压器上发送，并形成流至电解电容器上的二极管的电流，其中生成输出的直流电流。从而实现用于小功耗的非常有效的开关模式电源。
图1图示开关模式电源的可能实施例。
图2图示继电器组的可能实施例。
图3图示图1和图2的组合。
具体实施方式
图1图示开关模式电源的可能实施例。具有80-230伏特的电压的交流输入首先通过熔断器Fl发送，随后通过电阻R2到二极管桥的输入端之一。另一输入线通过电阻Rl连接至二级管桥的另一侧。该二极管桥的输出是形成负电压的一端和形成正电压的另一端。 电容Cl连接在用于形成基本上直流电压的电路的正和负部分之间。自正端子开始，由较大的电阻R3和R4形成第一电流环路1。而且，第一电流环路包括二极管Dl和电阻R5。接着是连接至晶体管Q2集电极的第一电流环路，其中发射极进一步连接至负电源端子。接着是自连接至变压器初级侧的正端子开始的第二电流环路2，其中在该线圈的负侧上的该初级侧连接至晶体管Ql的集电极。晶体管Ql的发射极通过电阻R6连接至负端。晶体管Ql的基极连接至电阻R5和晶体管Q2的集电极。此外，晶体管Q2的基极连接至Ql的发射极和电阻R6。变压器的次级侧通过二极管D2连接至电容器C3。接着二极管D2通过电阻R7连接至齐纳二极管Zl至光耦合器ISOl的发射部分。为光晶体管的光耦合器的接收部分具有连接至负电压的它的发射极，集电极连接至在Q2的集电极和电阻R5之间的第一电流环路， 其也是到Ql基极的连接。输出又连接至调节单元U1，在所图示的例子中，其可以执行将电压降低至6伏特。
在操作中，将存在在二极管桥正侧上的持续直流电压。因此，电流流过第一电流环路至R3、R4、二极管Dl和电阻R5。可能地，Q2处于关闭状态。因此，生成用于晶体管Ql的基础电流。但是如果光耦合器是激活的，因为电流流至光耦合器，不生成用于Ql的基础电流。只要光耦合器不再被启动，则生成用于Ql的基础电流，Ql开始打开且电流流经第二电流环路。变压器的初级侧包括线圈4和5，该线圈在一端连接至负端子，另一端通过电容器 C2连接至第二电流环路。如果Ql晶体管已经因为流经第二电路环路开始开启，由此是为晶体管Ql生成的又一开启电流。因此，可以实现通过变压器的电流的两步启动。一旦电流开始流过晶体管的初级侧和通过Q1，电阻R6具有增加的电压，其生成到随后开启的晶体管 Q2的基础电流。晶体管Q2的开启还消除了来自随后关闭的Ql的基础电流。因此，降低了流经R6的电流，随着Q2停止导通，用于Q2的基础电流降低。在每单次振荡之后，切换本身停止。下一次振荡仅在低输出电压的情况下开始。只要输出电压能够发送通过Zl齐纳二极管和光耦合器ISOl的发光二极管的充足电流，进而使光耦合器内的晶体管导通。由此， 降低了 Ql的基础电流，在停止光耦合器内的电流之前，Ql不能开始导通。
从而实现了非常有效的开关模式电源。
图2图示可以连接至如图1所示的开关模式电源的继电器电路。该继电器电路包括电子开关桥，在该桥中四个晶体管形成引脚，且其中桥的中点都连接至双稳态继电器LSl 内的继电器线圈的每一侧。该桥内的第一引脚由两个晶体管Qll和Q9形成。Qll的基极连接至正电源至电阻R10，并通过电阻Rll至继电器线圈的一部分。该桥的另一引脚由晶体管Q12和晶体管QlO构成。此外，是通过电阻Rll连接至正电源和通过电阻R13至继电器线圈的负侧的Q12的基极。该桥的晶体管Q9和QlO都具有接地的发射极。该桥的中点也是来自桥两侧的集电极连接。这些中点连接至继电器线圈的每侧。此外，该继电器线圈通过电阻Rll和R13连接至晶体管Qll和Q12的基极。晶体管Q9和QlO的基极通过电阻R14 和R15连接至处理器IC1。该处理器ICl进一步连接至存储器IC2。该ICl还连接至用于内部生成时钟频率的晶体Y1。处理器ECl具有连接至输入设备的输入线路，其可以是用于连接至任意种类的输入装置的电缆或其它通信装置。
图3图示图1和图2的组合。
权利要求
1.低功率开关模式电源，包括主振荡电路，该主振荡电路连接至直流电源，该主振荡电路连接至变压器的第一初级线圈，该变压器包括至少第一次级线圈，该次级线圈通过整流器连接至输出电路，该输出电路包括至少用于形成基本上直流的输出电压的第一电容器， 该开关模式电源进一步包括反馈电路，该反馈电路使用实际的输出电压控制主切换电路， 特征在于反馈电路包括光耦合器，该光耦合器的输入LED通过电流电压限制电路连接至输出电压，该低功率开关模式电源包括分压器形式的第一电流环路，该分压器通过至少一个大电阻(R3，R4)连接至直流电源，该大电阻(R3，R4)连接至第一晶体管Oil)的基极，该分压器连接至第二晶体管的集电极，该第二晶体管的发射极接地，该低功率开关模式电源进一步包括变压器的初级线圈形式的第二电流环路，其第一端连接至直流电源，初级线圈的第二端连接至第一晶体管Oil)的集电极/发射极，该第二电流环路进一步包括电阻(R6)，该电阻(R6)接地，第一晶体管Oil)的基极进一步连接至光耦合器的输出晶体管。
2.根据权利要求1的低功率开关模式电源，特征在于该变压器包括第二初级线圈，该线圈一端接地，该线圈的第二端连接至第一电流环路的分压器。
3.根据权利要求1-2任一所述的低功率开关模式电源，特征在于以长至每秒一次的速率执行在待机情况中振荡器的单次切换顺序。
4.如权利要求1-3所述的低功率开关模式电源的使用，特征在于低功率继电器组自低功率开关模式电源接收用于操作的功率，该继电器组包括双稳态继电器，该双稳态继电器具有连接至控制电路的线圈，该控制电路包括第一和第二电流环路，该第一和第二电流环路分别包括用于构成电桥的两个电子开关，该继电器组的线圈连接在该桥的开关之间，其中至少一个电开关连接至处理器，该处理器生成用于电子开关的启动脉冲，该处理器进一步连接至输入设备。
5.根据权利要求4的低功率开关模式电源的使用，特征在于使用低功率开关模式电源供给继电器组，该继电器组控制双稳态继电器的位置，该继电器组根据输入信号改变双稳态继电器的位置。
6.根据权利要求5的低功率开关模式电源的使用，特征在于该继电器组接收来自通信设备的输入信号。
7.根据权利要求4-6之一的低功率开关模式电源的使用，特征在于电源和继电器组是耗电设备的电源内的一部分。
8.用于操作低功率开关模式电源的方法，其中通过振荡器将基本上直流的输入功率转换成交流功率，将该交流功率转换成交流电压和交流电流，将该输出功率转换成直流功率， 其中使用该输出直流电压作为用于控制振荡器的反馈信号，特征在于该振荡器包括第一和第二电流回路，该第一电流回路生成用于第二电流回路的启动电流，其中变压器的初级线圈是第二电流回路的一部分，其中第二回路包括电流/电压测量系统，在第二电流回路内生成增加的电流，和关闭在第二电流回路内的电流。
全文摘要
本发明涉及一种用于操作低功率开关模式电源的设备和方法，其中由振荡器将直流输入功率转换成交流功率，将该交流功率转换成交流电压和交流电流，将该输出功率转换成直流功率，其中该直流电压用作用于控制振荡器的反馈信号。本发明的目的是降低功耗设备的待机功耗。该振荡器包括第一和第二电流环路，该第一电流环路生成用于第二电流环路的启动电流，其中变压器的初级线圈是第二电流环路的一部分，和其中该第二环路包括电流/电压测量系统，在第二电流环路中生成增加的电流和关闭在第二电流环路内的电流。
文档编号H02M3/335GK102498654SQ201080035923
公开日2012年6月13日 申请日期2010年8月10日 优先权日2009年8月14日
发明者J·努森, R·I·彼得森 申请人:Zz零电有限公司