CN101199118B

CN101199118B - 具有断开延迟开关电路的电源单元

Info

Publication number: CN101199118B
Application number: CN2004800389936A
Authority: CN
Inventors: 沃尔夫冈·赫多曼; 迈克尔·迈茨纳; 让-保罗·卢维尔
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS; International Digital Madison Patent Holding SAS
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: EP1709724A2; DE102004001296A1; WO2005069468A3; EP1709724B1; KR20060121284A; JP4709771B2; US20090184584A1; JP2007520984A; KR101123907B1; CN101199118A; US7839015B2; WO2005069468A2; DE602004031380D1

Abstract

本发明涉及一种电路装置，具有电源单元(I、II、III)、干线开关(S1)和例如继电器的开关元件(R1)，用于桥接干线开关(S1)的第一开关触点(1)。负载(L)耦接至开关元件(R1)的控制端(4)，以便当为了断开开关元件(R1)而关断控制电压(US)时，同时关断负载(L)。该电路装置具有微处理器(UP)，具体来说所述微处理器被电源单元(I)供以工作电压(U1)，并且所述微处理器耦接至开关元件(R1)的控制端(4)以便控制开关元件(R1)。负载(L)例如是风扇，当借助于干线开关(S1)来切断该电路装置时，以延迟的方式切断该风扇。

Description

具有断开延迟开关电路的电源单元

技术领域

本发明基于一种具有电源单元、干线(mains)开关并具有桥接干线开关的第一开关触点的开关元件的电路装置(arrangement)。举例来说，此类型的电路装置被用在属于消费电子产品的设备中。

背景技术

对于具有相对高功耗的设备而言，关于干线电源的谐波电流的特定规范已经在许多国家同时应用。在此情况下，可以由所谓的功率因数来规定由设备产生的电力干线的谐波负载。具体来说，在开关模式电源单元没有用于提高功率因数的相应电路措施的情况下，开关模式电源单元产生干线电源的强脉冲式负载，导致产生干线电源中的谐波电流。

举例来说，在EP-A-0 700 145和US 5,986,898中公开了具有高功率因数的开关模式电源单元。提高电源单元的功率因数的另一种可能是使用电源单元的输入区域中的线圈。举例来说，所述线圈是已知的干线频率线圈或功率因数线图、并且具有扩宽通过电源单元的脉冲式负载的电感器的功能。举例来说，在WO 01/052908A2和WO 03/090335A1中公开了具有这种线圈的开关模式电源单元。

同时，用于冷却特定组件的风扇，例如用于冷却具有高功率照明器的照明器单元的风扇已经被更加频繁地布置在属于消费电子产品的设备中。高功率照明器特别用在用于图像显示的背式投影仪(back projector)或所谓的卷轴机(beamer)中。制造商为它们规定了应用在设备已经关断之后冷却照明器单元的特定时间，例如1-2分钟，以便能够为其保证足够的使用寿命。

如果相应的设备从正常模式改变到待机模式，那么风扇的运行不成问题。但是如果利用干线开关彻底关断该设备，那么特定电路部件必须存在以便使风扇工作足够长的时间。

发明内容

本发明的目的在于规定一种先前提到的那种类型的电路装置、其确保当借助于干线开关关断该电路装置时延迟关断负载(具体来说是风扇)一定的时间。

借助于权利要求1的特征为此电路装置实现此目的。本发明的有利改进在子权利要求中载明。

根据本发明的一个方面，提供了一种电路装置，包括：电源单元；干线开关；具有耦接了控制电压的控制端的开关元件，该开关元件桥接干线开关的第一开关触点；和控制器，其被电源单元供以工作电压，并且其耦接至开关元件的控制端以便控制开关元件，其中负载耦接至开关元件的所述控制端，以便当通过控制器经由控制电压断开开关元件时同时关断负载，并且其中，当借助于干线开关切断所述电路装置时，以延迟的方式切断所述负载和断开所述开关元件。

根据本发明的电路装置具有电源单元、干线开关和桥接干线开关的开关触点的开关元件。在此情况下，负载(具体来说是风扇)被耦合至开关元件的控制端，从而当该开关元件断开时，该负载同时被关断。

具体来说，开关元件是继电器，当关断该电路装置时，并且在此情况下，也当借助于干线开关切断电源单元时，其保持到干线电源的连接一定的时间。由于负载被耦合至开关元件的控制端，所以在切断之后该负载同时仍然保持工作一规定的时间，从而举例来说当使用风扇作为负载时、在已经关断该电路装置之后，组件仍然被冷却足够的时间。通过开关元件的被延迟的切断同时确保减少存储在用于功率因数校正的功率因数线圈中的能量。

在优选的示例性实施例中，电路装置包括：例如用于待机模式的、具有较低输出功率的第一电源单元；和具有只在相应设备的正常模式下工作的、具有较高输出功率的第二电源单元。在此情况下，通过第一电源单元给控制器提供工作电压，从而使其即使在待机模式下也工作。如果通过用户借助于干线开关切断该设备，那么控制器通过开关元件，例如继电器，保持第一电源单元的工作一预定的时间，例如1到2分钟。具体来说，选择所述时间，使得能够借助于风扇来充分冷却负载。同时，所延迟的关断防止由于功率因数线圈而导致过多地耗损干线开关。

该电路装置具体用在使用DLP(数字光处理)单元的背投电视机中。DLP包括集成反射镜电路和高功率照明器，其在已经关断该设备之后必须仍冷却大约2分钟，以便、具体来说、使所述反射镜电路不会过热。然而，该布置也可以用在，举例来说，计算机控制的设备中，其中必须确保在已经切断该设备之后仍然存储重要数据。微处理器为此需要大约50微妙，以便存储关于此设备的状态的重要数据。也可以选择运行时间，使得可以在硬盘上存储相对大量的数据。

附图说明

以下参照示意图、通过示例来更详细解释本发明，其中：

图1示出具有电源单元、干线开关、继电器和负载的电路装置；和

图2示出与图1的电路装置类似的电路装置，但是其中干线开关的开关触点仅用于切断初级侧的电源电压。

具体实施方式

图1示出此示例实施例中的具有第一电源单元I、干线开关S1和开关元件即继电器R1的电路装置。通过连接至干线端NA的整流器BR，例如桥式整流器，以公知的方式向电源单元I提供DC(直流)电压U+，在给定230伏的干线交流(AC)电压的情况下，所述DC电压接近300伏。布置在整流器BR和干线端NA之间的是用于功率因数校正的功率因数线圈LS。在此情况下，功率因数线圈LS可以布置在干线电压馈送线路中和干线电压返回线路中。然而，同样可以在整流器BR和连接到下游单元的存储电容器之间布置功率因数线圈LS。

整流器BR还向第二电源单元II和第三电源单元III提供电源电压U+。在此情况下，第一电源单元I是特别用于待机模式的、具有较低输出功率的电源单元，而电源单元II和III是只在正常模式下工作的、具有较高输出功率的电源单元。

例如在已经引用的申请WO 01/052908和WO 03/090335中公开了具有开关模式电源单元和功率因数线圈的电路装置。在此可以参考这些申请。这些申请已经提到了借助于干线开关来关断电路装置的问题，所述问题是当切断电路装置时、由于具有高感抗的功率因数校正线圈导致干线开关的开关触点的耗损增加而产生的。

为了避免干线开关S1的耗损，根据图1，通过继电器R1的开关触点3来桥接干线开关S1的第一开关触点1。在此情况下，开关触点1布置在干线端NA和整流器BR之间。干线开关S1的第二开关触点2被用来关断两个电源单元II和III的初级侧电源电压U4。第二开关触点2特别用于关断第二电源单元II的驱动级的电源或控制电压U4，例如经整流的电源电压Vcc。

只要该电路装置是接通的，控制器UP(此实施例中的一个微处理器)就借助于控制电压Us，例如10-12V，使继电器R1的开关触点3保持闭合。如果通过干线开关S1切断该电路装置，那么由于开关触点2中断了电源电压U4而导致两个电源单元II和III被立即经第二开关触点2关断。

然而，由于继电器R1的开关触点3桥接第一开关触点1，从而使电源单元I继续被供以电压U+，所以电源单元I仍然保持工作。结果，由于电源单元I经二极管D3向控制器UP提供电源电压U1，所以控制器UP也保持工作。控制器UP连接至干线开关检测电路MSD，其监控第二电源单元II的开/关状态，从而检测电源单元II何时被切断。控制器UP然后在限定时间之后借助于控制电压Us断开继电器R1的开关触点3，结果第一电源单元I被而切断并且因此整个布置因而也被切断。

由于第一电源单元I只具有非常低的功率，例如几瓦特，所以当通过开关触点3关断待机的电源单元时出现的、由于功率因数线圈LS的感抗导致的影响不会有害。在所引用的国际申请WO 01/052908中已经描述了经继电器延迟切断待机的电源单元。

在此示例性实施例中，该电路装置被布置在图像投影设备中，特别是在背式投影仪中，其用于显示电视节目或计算机图像。在此情况下的图像投影设备使用要被冷却的高功率照明器(未示出)以便显示图像。举例来说，电源单元III通过端子LA向该高功率照明器提供电源电压。电源单元III另外经端子AU向布置在图像投影设备中的音频放大器供电。电源单元II特别向用于信号处理的电路提供电源电压。

根据本发明，负载L同时耦接至开关元件R1的控制端4，使得当关断开关电压Us时，同时关断负载L。经二极管D2向负载L提供电源电压U3。在此情况下，电源电压U3同时构成开关触点4的开关电压Us。经开关T1(在此示例实施例中是晶体管)，能够将电源电压U2经二极管D1另外提供给负载L和开关触点4。在此示例性实施例中，负载L是用于冷却高功率照明器的风扇。

电源电压U2最好低于电源电压U3，并且如果开关T1断开，那么电源电压U2经布置在电源单元I和开关T1之间的二极管D1与电源电压U3分离。由此在正常模式下开关T1也可以断开。这确保在电源电压U3故障的情况下风扇L继续工作。

电路装置起如下所述的作用：在正常模式下，电源电压U3出现在风扇L和开关触点4处，使得风扇工作以便冷却高功率照明器并且继电器R1的开关触点3闭合。如果图像投影设备随后变成待机模式，那么控制器UP借助于经光耦合器传送至初级侧的控制信号以公知的方式关断两个电源单元II和III。举例来说，在US 6,349,045中公开此类型的电路。具体来说，由此关断了图像处理电路，也关断了高功率照明器。

在变成待机模式的情况下，开关T1被激活，从而借助于电源电压U2使风扇L保持接通并且开关触点3仍然闭合。然后，在规定时间，例如1到2分钟之后，借助于控制器UP的计时程序，开关T1被闭合，结果风扇L被关断并且开关触点3断开。此结果是：由于干线开关S1闭合而导致电路装置还保持在待机模式。

如果出现来自远程控制的有关这方面的指令，即再次接通两个电源单元II和III以及高功率照明器和用于信号处理的相应电路，那么图像投影设备可以依靠控制器UP借助于远程控制再次变成正常模式。在此情况下，借助于电源电压U3，风扇L被同时接通并且开关触点3闭合。

如果当图像投影设备处于正常模式下时、经干线开关S1关断图像投影设备，那么由于开关触点2是断开的而导致电源单元II和III被立即切断。此结果是：信号处理电路和高功率照明器也被切断。同时，控制器UP借助于电路MSD识别出电源单元II已经被切断，并且因此识别出干线开关S1已经动作。控制器UP然后开始计时程序。在正常模式下，开关T1最好是激活的，使得其结果是：在已经切断图像投影设备之后，风扇L也继续工作以便冷却该高功率照明器。电源单元I同时保持接通，这是由于开关触点3借助于继电器R1的控制电压Us而保持闭合。只有在计时程序的预定时间(对于冷却高功率照明器来说是足够的)之后，开关T1才关断，结果风扇L关断并且开关触点3断开。作为此结果，电源单元I也因此被切断。电路装置现在彻底被切断，结果图像投影设备不再耗费任何能量并且所有电路都被去激活。

如果图像投影设备经干线开关S1被接通，那么开关触点1和2闭合。现在经开关触点1向桥式整流器BR供以干线电压，结果电源电压U+再次可用于电源单元I至III。此结果是：图像投影设备切换成正常模式。

图2图示同样具有三个电源单元I、II、III、干线开关S1、开关元件R1、控制器UP以及负载L的电路装置。因此用图1中使用的附图标记来提供相同的结构部分以及相应的电压。然而，与图1相比，这里干线开关S1的开关触点1被布置用于关断电源单元I的电源或控制电压。作为此结果，当该设备关断时，干线电压通过干线端子NA仍出现在整流桥BR上。这种类型的结构已经描述在所引用的WO 03/090335中。

这里，干线开关S1的开关触点1被布置用于关断电源单元I的电源或控制电压U5，而开关触点2被用于关断电源单元II和III的电源或控制电压U4。如果借助于干线开关S1切断电路装置，那么作为此结果，电源单元II和III因此立即被切断。然而，电源单元I仍然保持工作只要控制部件R1的开关触点3保持闭合即可。

同样在此情况下，由于开关元件R1的开关触点3桥接干线开关S1的开关触点1，因此对于计时程序所设定的时间，电源单元I和风扇L总是保持工作，直到计时程序断开开关触点3为止。除了该设备已经处在待机模式之外，如果借助于干线开关S1切断该布置，那么这将应用于该布置的所有工作条件。因此，该布置确保风扇L在已经关断该布置之后的一充足的时间内仍然保持工作。

在根据图2的布置的情况下，在设备的关断状态下能耗稍微高了一些。然而，这没有对用户造成任何损害并且用户也察觉不到。根据图2的布置没有功率因数校正线圈。然而，根据本发明，其同样可以在桥式整流器BR的上游或下游配备功率因数校正线圈。

在根据图2的示例性实施例中，只通过开关T1向负载L和开关元件R1供以电源电压U2。对于控制器UP，这在原理上不意味着此布置的控制中的任何改变。然而，必须针对操作负载L的相应输出功率来构造电源单元I，并且开关元件R1的开关触点3在正常模式下总是闭合的。在根据图1的布置的情况下，举例来说，在正常模式下负载L可以以较高电压U3，例如12V，来工作，并且在计时程序的运行模式下以降低的电压U2，例如10V，来工作。由于在背式投影仪设备的情况下高功率照明器在该运行模式下已经被切断，所以这里已经可以减小冷却费用。

具体来说，电源单元I-III是开关模式电源单元。然而，本发明不限于此。举例来说，线性电源单元也可以被用于低功率的第一电源单元I。也可以使用半导体开关，例如MOSFET，来替代继电器R1。然而，随着继电器R1的使用，可以以简单的方式确保电源单元的初级侧和次级侧之间的系统隔离。

对于本领域的技术人员来说，本发明的进一步的应用存在于他的通常活动的范围中。具体来说，本发明也可以只用一个电源单元I来实现。然后电源单元I为待机模式和正常模式二者提供电源电压。此类型的开关模式电源单元是充分公知的。干线开关检测电路进而可以经光耦合器和电压感测电路耦合至干线开关，以便当干线开关被切断时向控制器提供信息。在切断该电器时，控制器将该电器从正常工作模式切换至待机模式。随后，在规定延迟之后，控制器彻底切断该电器。

本发明也可以特定地用于不需要任何功率因数校正的设备。其也可以特定地用于计算机中以便提供经延迟的切断，使得计算机的CPU有足够的时间来关闭操作系统。

Claims

1.一种电路装置，包括：

电源单元(I、II、III)，

干线开关(S1)，和

具有耦接了控制电压(US)的控制端(4)的开关元件(R1)，该开关元件(R1)桥接干线开关(S1)的第一开关触点(1)，

控制器(UP)，其被电源单元(I)供以工作电压(U1)，并且其耦接至开关元件(R1)的控制端(4)以便控制开关元件(R1)，

其中，负载(L)耦接至开关元件(R1)的所述控制端(4)，以便当通过控制器(UP)经由控制电压(US)断开开关元件(R1)时同时关断负载(L)，并且其中，当借助于干线开关(S1)切断所述电路装置时，以延迟的方式切断所述负载和断开所述开关元件(R1)。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其中，所述控制器(UP)是微处理器。

3.根据权利要求2所述的电路装置，其中，由控制器(UP)经布置在电源单元(I)的输出电压(U2)和控制端(4)之间的开关(T1)接通和切断开关元件(R1)。

4.根据权利要求1、2或3所述的电路装置，其中，所述负载(L)是风扇。

5.根据权利要求1-3之一所述的电路装置，其中，用于功率因数校正的电感器(LS)布置在干线端(NA)和电源单元(I、II、III)之间，具体来说布置在桥式整流器(BR)的上游。

6.根据权利要求1-3之一所述的电路装置，其中，第一电源单元(I)具有较低输出功率，而第二电源单元(II)具有较高输出功率，第二电源单元(II)具体来说是开关模式电源单元，并且该电路装置具有其中关断第二电源单元(II)的待机模式。

7.根据权利要求6所述的电路装置，其中，在正常模式下，由第二电源单元(II)经去耦合元件(D2)向负载(L)提供工作电压(U3)，并且在待机模式下，由第一电源单元(I)经开关(T1)向负载(L)提供工作电压(U2)。

8.根据权利要求1-3之一所述的电路装置，其中，干线开关(S1)的第一开关触点(1)布置在干线端(NA)和整流器(BR)之间，并且第二开关触点(2)用于切断第二电源单元(II)的驱动级的电源或控制电压(U4)。

9.根据权利要求1-3之一所述的电路装置，其中，第一开关触点(1)用于切断第一电源单元(I)的驱动级的电源或控制电压(U5)，并且第二开关触点(2)用于切断第二电源单元(II)的驱动级的电源或控制电压(U4)。

10.根据权利要求2或3所述的电路装置，其中，控制器(UP)包括用于断开开关元件(R1)和用于关断负载(L)的计时程序。

11.根据权利要求1-3之一所述的电路装置，还包括耦接至感测干线开关的切断操作的控制器(UP)的干线开关检测电路(MSD)。

12.根据权利要求1-3之一所述的电路装置，其中，该电路装置被布置在图像投影设备中，具体来说，布置在使用DLP数字光处理单元的背投电视机中，该图像投影设备具有要被冷却的气体放电照明器，该气体放电照明器在该图像投影设备被切断之后必须被冷却规定的时间，即大约1-2分钟。