CN101149596A

CN101149596A - 一种超低功耗待机电路

Info

Publication number: CN101149596A
Application number: CNA2006100627136A
Authority: CN
Inventors: 何曙光; 林振华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-03-26

Abstract

本发明为一种超低功耗待机电路，属于节电技术领域。小功率工频变压器空载状态下的能耗较高，浪费能源。以小功率工频变压器为主的“普通工频适配器”自然待机功耗偏大，远达不到“能源之星”认证标准。“普通工频适配器”作为小家电产品的电源，需求量颇大，国内厂商将其大量出口。该产品若达不到“能源之星”认证标准，往后很难取得市场准入。本发明电路作成的部件低成本、小体积，附加在“普通工频适配器”内，实测样品的待机功耗远低于“能源之星”认证规定的指标。不增大“普通工频适配器”体积，便将“普通工频适配器”升格成为一种新型的“特低待机功耗的工频适配器”。本发明电路还可应用于需要低待机功耗的其它产品上。本发明电路是一个四端网络，包括检测、隔离传感；信号放大、驱动；电子开关等部分。

Description

一种超低功耗待机电路

技术领域

本发明为一种超低功耗待机电路，属于节电技术领域。

很多小功率家电产品需要低压直流电源供电。这个低压直流电源常通过一种俗称为“电源适配器”的电源变换装置来得到。这种“电源适配器”输入工频交流220V或110V电源，输出低压直流为家电产品供电；“电源适配器”也有仅输出低压交流的。“电源适配器”内或采用AC/DC开关电源技术，或采用工频变压器加整流滤波技术，将交流电源变换为低压直流电；仅输出低压交流的无需整流滤波。采用工频变压器的这种“电源适配器”，为叙述方便计，以下简称为“普通工频适配器”，“普通工频适配器”空载状态下的能耗较高，也就是待机功耗偏大，浪费能源。用本发明超低功耗待机电路作成部件，将其附加在“普通工频适配器”内，便可使其待机功耗大大降低，达到节能效果。这个部件还可应用于需要低待机功耗的其它产品上。

背景技术

“普通工频适配器”是“大路货”，没有什么技术含量，一个降压用的工频变压器加一个整流桥再加一个滤波电解电容(仅输出低压交流的，连整流滤波都免了)，配上外壳即成。但需求量颇大，竞争激烈。虽然工频变压器耗用铜材、硅钢片，存在体积较大，重量较重的缺点，但其工艺较易做到高绝缘强度，具有抗电强度好，抗浪涌冲击性能好，维修容易，没有电磁辐射污染等优点，所以“普通工频适配器”仍有它的生存空间，这些优点恰恰是开关电源技术中较为棘手的问题。

为节约能源，保护环境，各国先后出台了许多节能的法律法规。如美国出台了“能源之星”认证，它是由美国政府支持，以高效节能认证的方式促进商业及个人的环境保护意识。“电源适配器”生产商可以以自愿的方式，选择并通过由美国环保署制定的严格的能效标准和检测程序，获取能源之星认证。生产商“电源适配器”获取能源之星认证后，即意味着获取了对某些国家、地区出口产品的“准入”资格，对其产品的促销作用非常明显。我国中标认证中心(中国节能产品认证中心)作为美国环保署的合作伙伴，也制定了类似“能源之星”的认证标准。

“能源之星”认证对于“电源适配器”工作状态下能源利用效率的下限，空载状态下的能耗上限即待机功耗，作出了严格的规定，而且与时俱进。例如对“电源适配器”待机功耗上限规定：小于10W的“电源适配器”在2006年7月1日后待机功耗不得大于0.3W；大于10W小于250W的“电源适配器”待机功耗不得大于0.5W。

但“普通工频适配器”的待机功耗远达不到“能源之星”认证标准，成了一个技术难题，严重影响出口销售。

发明内容

本发明设计了一种超低功耗待机电路，解决了这一技术难题。实测样品的待机功耗远低于“能源之星”认证规定的指标，而且低成本、可将这一电路做成一个小巧模块，附在“普通工频适配器”内，便将“普通工频适配器”升格成为一种新型的“特低待机功耗的工频适配器”。

以下结合附图来阐述本发明原理。

首先分析附图2所示电路，该图中的X1与X2两个端子断开了工频变压器T1原边的交流的输入，目的是要在这两个端子间串联接入一个电子开关；X3与X4两个端子断开了工频变压器T1副边的交流输出，目的是要在这两个端子间串联接入一个检测电路，检测负载是否接入用电。这在后面还要详细叙述。如果将X1与X2两个端子短接起来，同时也将X3与X4两个端子短接起来，这就是“普通工频适配器”了。这个电路非常简单，只有工频变压器T1、整流桥VC1和滤波电解电容C1三个元器件。其中IN1、IN2是从电网输入工频交流的两个端子，OUT1、OUT2是“工频适配器”输出低压直流的两个端子。

再看附图1，把附图1所示框图视作一个四端网络，这个四端网络的输入为X3、X4两个端子，输出为X1、X2两个端子。该框图是本发明的技术构思。说明一下各个框代表的含义。1框：检测、隔离传感；由它检测出是否有对负载供电的信号，并隔离传感到后续电路，这个信号由四端网络的输入端X3、X4两个端子输入。2框：信号放大、驱动；其作用为放大微弱传感信号，输出一个驱动信号控制电子开关通、断。3框：电子开关；当负载接入用电时，该电子开关应该接通，否则应该断开。电子开关的两个连接端子为X1、X2，即是四端网络的输出端；X1、X2两端还连接了一个阻抗元件Z。将附图1中的X1、X2、X3、X4四个端子与附图2中的X1、X2、X3、X4四个端子分别对应相连，这就是“特低待机功耗的工频适配器”的设计方案。因为传输的是交流信号，也可以将附图1中的X1与附图2中的X2相连、附图1中的X2与附图2中的X1相连；也可以将附图1中的X3与附图2中的X4相连、附图1中的X4与附图2中的X3相连；这样连接同样正确。下一步再设计出各个框的具体电路。

阻抗元件Z是很重要的元件，它与电子开关是并联关系。待机时，电子开关断开，阻抗元件Z作为工频变压器T1原边的交流通路。适当选取阻抗元件Z的值，使待机时工频变压器T1的原边流过一个很小的电流，例如1mA。待机时工频变压器T1副边无电流流过，但有感应电压，此感应电压大小与原边电感成正比。若此时有负载接入，T1副边也会感应产生一个小电流，这个信号通过传感、放大，驱动电子开关接通，“工频适配器”即处于正常供电状态。

由于待机时“工频适配器”内仅阻抗元件Z流过1mA左右的小电流，其待机功耗必然低于“能源之星”认证标准。阻抗元件Z可以是电阻或是容抗，也可以是电阻与容抗的组合，还可以是由电子元件组成的恒流源。为简单计，阻抗元Z或选用一个高值电阻，或选用一个低值电容。

实现附图1各个框功能的具体电路有多种，以下在实施例中会谈到。

1框内的电路承担检测负载是否用电，并将这一信号隔离传感到后续放大电路的任务。电流互感器应是首选，如附图3的A虚线框所示，待机时工频变压器T1副边无电流，电流互感器T2次级的感应电压为零；一旦接入负载，工频变压器T1副边便有电流流过，虽然这个电流很小，电流互感器T2次级的感应电压就不为零了。选用高磁导率的磁性材料，合适的初、次级匝数比，尽可能使电流互感器T2次级的感应电压大一些。电流互感器还有信号隔离传感的优点，这为后续电路设计带来方便。

1框内的电路实质是一个“电——磁——电”的转换器。能实现“电——磁——电”转换方式的电路多种多样，除电流互感器外，霍尔元件、磁敏传感器(韦根特器件)，驻极体元件等，恰当使用都能实现“电——磁——电”转换功能。

2框内的电路负责放大微弱传感信号，驱动控制电子开关通、断。如附图3的B虚线框所示，来自前级电流互感器T2次级的感应出来的交流电压不大，这里电容器C3、C4和二极管VD1、VD2组成二倍压整流电路，既起了放大作用，又取得了直流驱动信号。若二倍压整流放大倍数不够，可采用多倍压整流，如附图4就是一个三倍压整流电路。

附图3的B虚线框内电阻R1、R2、R3和三极管V1、V2组成放大、驱动电路，它把倍压整流得的直流驱动信号作功率放大，得到足够大的功率去驱动控制电子开关通、断。

B虚线框内电路具体这样连接：电容器C3与二极管VD1的负极串联于(3)点，C3另一端接电流互感器T2的一个输出端(1)，VD1的正极接T2的另一个输出端(2)；二极管VD2的正极连接C3与VD1的串联点(3)，电阻R3与电容器C4串联于(4)点，VD2的负极接于该点；R3另一端与三极管V1的基极连接，C4另一端接T2的输出端(2)：三极管V1的集电极与三极管V2的集电极相连后再与电阻R1连接，R1另一端与晶闸管VT1阳极(7)连接；V1的发射极与V2的基极及电阻R2相连后，再连到T2的输出端(2)，R2另一端接晶闸管VT1的阴极(8)，V2的发射极接VT1的门极(6)。

3框内的电路是电子开关，当负载接入用电时，该电子开关应该接通，否则应该断开。如附图3的C虚线框所示，这个电子开关由晶闸管VT1、整流桥VC2两个元件组成。具体这样连接：VT1的阳极(7)接VC2输出的正端(9)，VT1的阴极(8)接VC2输出的负端(10)，VT1的门极(6)接三极管V2的发射极；VC2的交流输入端(11)、(12)作为四端网络的输出端X1与X2。阻抗元件Z则是单个电容C2，跨接在X1与X2之间。晶闸管VT1是个“半控”元件，用晶体三极管、场效应管、IGBT管等“全控”元件完全可以取代它。

当负载接入用电时，三极管V2发射极输出电流触发晶闸管VT1门极，晶闸管导通，经过整流桥VC2内的二极管短接了X1与X2，即是短接了阻抗元件Z，“工频适配器”便处于正常供电状态。

用作放大、驱动和电子开关可供应用的电路较多，要依据成本、工艺难易程度和体积小型化的可能性来选择。

综上所述，本发明的特点是：超低功耗待机电路为一个四端网络，这个四端网络的输入端为X3、X4，输出端为X1、X2；这个四端网络的输入端X3、X4串入工频变压器T1的副边，四端网络的输出端X1、X2串入工频变压器T1的原边；这个四端网络由检测和隔离传感、信号放大和驱动、电子开关和阻抗元件Z三部分所组成。

四端网络的第一部分为检测和隔离传感，实质是一个“电——磁——电”转换器，这个“电——磁——电”转换器本发明优选电流互感器，当然，霍尔元件、磁敏传感器(韦根特器件)，驻极体元件也可选用。

四端网络的第二部分为信号放大和驱动，传感信号放大本发明优选二倍压整流或多倍压整流电路，驱动本发明优选三极晶体管分离元件放大器作为电子开关的驱动电路。

四端网络的第三部分为电子开关和阻抗元件Z，阻抗元件Z必须接于四端网络的输出X1、X2两端，与电子开关是并联关系。本发明优选一个晶闸管VT1一个整流桥VC2两个元件的电路作电子开关，阻抗元件则是电容C2，VC2的交流输入端即是四端网络的输出端X1与X2。

在“普通工频适配器”内附加超低功耗待机电路四端网络的模块后，便成了新型“特低待机功耗的工频适配器”，附图5是这种新型工频适配器的最佳实施例，它由附图2和附图3组合而成。

选择附图5作为说明书摘要的附图。

Claims

1.一种超低功耗待机电路，附加于工频变压器T1，能满足“能源之星”认证空载状态下能耗要求的标准，实现节能、环保；其特征在于：它是一个四端网络，该四端网络的输入端X3、X4串联接入工频变压器T1的副边，该四端网络的输出端X1、X2串联接入工频变压器T1的原边；这个四端网络由检测和隔离传感、信号放大和驱动、电子开关和阻抗元件Z三部分所组成。

2.如权利要求1所述超低功耗待机电路，其特征在于：四端网络内检测和隔离传感部分仅一个电流互感器T2，电流互感器T2的输入端作为四端网络的输入端X3、X4，电流互感器T2的输出端下接信号放大和驱动部分。

3.如权利要求1所述超低功耗待机电路，其特征在于：四端网络内信号放大优选二倍压整流或多倍压整流方式，驱动电子开关的电路优选三极晶体管分离元件放大器形式。

4.如权利要求1所述超低功耗待机电路，其特征在于：必须有阻抗元件Z接于四端网络的输出X1、X2两端；阻抗元件Z可以是电阻或容抗或电阻与容抗的组合，还可以是由电子元件组成的恒流源。

5.如权利要求1所述超低功耗待机电路，其特征在于：电子开关由一个晶闸管VT1、一个整流桥VC2两个元件组成；具体VT1的阳极(7)接VC2输出的正端(9)，VT1的阴极(8)接VC2输出的负端(10)，VT1的门极(6)接三极管V2的发射极；VC2的交流输入端(11)、(12)作为四端网络的输出端X1与X2；电容器C2作为阻抗元件Z，跨接在X1与X2之间。

6.如权利要求3所述四端网络内信号放大和驱动部分，其特征在于：二倍压整流和驱动电子开关的电路具体这样连接：电容器C3与二极管VD1的负极串联于(3)点，C3另一端接电流互感器T2的一个输出端(1)，VD1的正极接T2的另一个输出端(2)；二极管VD2的正极连接C3与VD1的串联点(3)，电阻R3与电容器C4串联于(4)点，VD2的负极接于该点；R3另一端与三极管V1的基极连接，C4另一端接T2的输出端(2)；三极管V1的集电极与三极管V2的集电极相连后再与电阻R1连接，R1另一端与晶闸管VT1阳极(7)连接；V1的发射极与V2的基极及电阻R2相连后，再连到T2的输出端(2)，R2另一端接晶闸管VT1的阴极(8)，V2的发射极接VT1的门极(6)。

7.如权利要求5所述四端网络内电子开关所用的晶闸管VT1这个元件，可用晶体三极管、场效应管、及IGBT管取代。