CN101874342A

CN101874342A - 电容性电源

Info

Publication number: CN101874342A
Application number: CN200880117742A
Authority: CN
Inventors: T·德哈恩
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-10-27
Also published as: MX2010005691A; JP5654353B2; RU2010126074A; EP2068433A1; KR20100094536A; JP2011505111A; DE202008015578U1; EP2215708A1; RU2520258C2; ES2939554T3; BRPI0820395A2; CN201378800Y; US8730689B2; US20100232193A1; WO2009069055A1; EP2215708B1

Abstract

一种电容性电源，其包括：输入部分(10)，其具有用于连接到AC市电电源的输入端子(Ln，Nt)和电容性耦合；经由所述电容性耦合而耦合到所述输入端子(Ln，Nt)的整流部分(20)；以及耦合到所述整流部分的输出部分(30)，所述输出部分包括：用于为负载提供输出电压的输出端子(V+，V-)；包括电荷存储装置(C2)的第一链；以及-被设置成与所述第一链并联的第二链，其包括输出电压限制装置(D5)，所述电容性电源还包括浪涌电流限制装置(R1)，其中，所述输出端子(V+，V-)连接到所述输出电压限制装置(D5)的对应端子，并且所述DC传导串联阻抗(Zdc)具有电阻性分量，其电阻值是所述第一链的电阻值的至少0.2倍。

Description

电容性电源

技术领域

本发明涉及一种电容性电源。本发明还涉及一种配备有电容性电源的电子设备。

背景技术

由于使用方便或技术原因，对于许多家用电器来说不可能关断整个电器。例如在视频和音频设备中，期望所述设备保持待机，从而使其能够接收及处理遥控信号。或者所述设备可以具有永久激活的控制时钟以用于在预定时间激活该设备的其他模块。

但是由于各种规则以及对于绿色电子设计的期望，电器的待机功率消耗应当被限制到最小值。

常常使用电容性电源来为电器内部的应当保持永久激活的电子装置的部分供电。所述电器例如可以是咖啡机或洗衣机，其具有微控制器以用于控制该电器的各种功能。例如作为传统的变压器或开关模式电源，电容性电源的成本价格低于其他电源。在US2006/0034109A1中公开了电容性电源的例子。在电容性电源中，电容充当导致从主电源电压到将由具体应用使用的电压的电压降的阻抗。由于流经所述电容的电流与该电容两端的电压有90度相位差，因此所述电容性电源本身基本上不消耗功率。由于必须考虑到附加的约束，因此在实践中很难把电容性电源设计成恰好有90度相移。其中一条约束是把所述设备的浪涌电流(其在所述设备被附着到市电时或者在由市电开关接通时出现)限制到防止损坏所述电源的值。此外还必须考虑到的是，峰值电压可能出现在市电电源处，其可能会达到2到3kV的值。必须防止以下情况：所述偏差过多地波及由所述电容性电源提供的电压并使其发生变化，从而可能导致出现不合期望的情况。在如上所提到的电器中，所述情况例如可能在由所述电容性电源提供的电压的变化损坏所述微控制器时发生。因此，电容性电源通常包括浪涌电流限制器，其通常具有减小浪涌电流的串联电阻的形式。但是这种串联电阻的一种负面效应是会耗散功率。

发明内容

期望减少这种耗散损耗。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利实施例。

根据本发明的一方面，一种电容性电源包括输入部分，其具有用于连接到AC市电电源的输入端子和电容性耦合；

-经由所述电容性耦合而耦合到所述输入端子的整流部分；以及

-耦合到所述整流部分的输出部分，所述输出部分包括：

-用于为负载提供输出电压的输出端子；

-包括电荷存储装置的第一链；以及

-被设置成与所述第一链并联的第二链，其包括输出电压限制装置和DC传导串联阻抗；

-所述电容性电源还包括浪涌电流限制装置，

其中，所述输出端子连接到所述输出电压限制装置的对应端子，并且所述DC传导串联阻抗的电阻值是所述第一链的电阻值的至少0.2倍。

根据本发明的另一方面，一种电子设备包括：

-用于连接到市电电源的功率输入端；

-耦合到所述功率输入端的上面提到的电容性电源；以及

-由所述电容性电源供电的第一功能单元。

由于第二链包括其电阻值R是第一链的电阻值的至少0.2倍的DC传导串联阻抗，因此被施加到所述浪涌电流限制装置的应力得到释放。相应地允许更高的浪涌电流而不会导致损坏所述输出电压限制装置以及耦合到所述输出端子的任何电路。令人吃惊的是，在一个有利实施例中，即使是所述DC传导阻抗的相当小的值(例如2.2Ω)看起来也有可能把被用于浪涌电流限制的电阻值降低远超过所述DC传导阻抗的值，例如从在没有DC传导阻抗的情况下防止在输出端出现过高峰值电压所必需的270Ω降低到在有2.2Ω的DC传导阻抗的情况下的仅仅100Ω，而不会有出现过高峰值电压的风险。由于浪涌电阻越低功率耗散就越低，因此上述措施允许降低电阻性浪涌电流限制从而降低电容性电源的功率耗散，而不需要更加稳健地确定所述电压限制装置的尺寸。在特定实施例中，所述DC传导串联阻抗甚至可以具有显著低于所述浪涌电流限制装置的电阻，从而导致所耗散的功率的显著降低。

由于所述输出端子连接到所述输出电压限制装置的对应端子，因此输出电压仍然由所述输出电压限制装置(例如齐纳二极管)精确地决定，而如果所述输出端子连接到所述输出电压限制装置与所述DC传导串联阻抗的串联连接的话就不是这种情况，这是因为流经所述串联阻抗的电流将导致不合期望的附加的输出电压分量。

在从US2006/0034109A1获知的设备中，包括齐纳二极管DZ3和串联电阻R3的链仅仅用于控制开关M。其中没有公开应当通过把所述浪涌电流的一部分旁路到存储电容器C来释放该齐纳二极管的应力。其中也没有公开为了以足以充分保护所述齐纳二极管的程度实现上述效应，所述电阻R3应当具有什么样的值。此外，与DE19754239A1中相同，所述输出端子连接到所述齐纳二极管与串联电阻的串联连接。

在实践中，被用于所述电荷存储装置的组件的内部电阻可能会发生变化。相应地，如果所述DC传导串联阻抗(Zdc)的电阻值与所述内部电阻的设计值的比值被选择成接近0.2的话，则可能必须在其内部电阻的值高于其标称值时丢弃所述组件。

因此，所述DC传导串联阻抗(Zdc)的电阻值R优选地是所述第一链的电阻值的至少10倍。这样就便于在组件特性在实践中会发生变化的大规模制造工艺中的应用。

所述DC传导串联阻抗(Zdc)的最大电阻值取决于由所述电容性电源供电的应用。为此，降低功率耗散非常重要，所述最大电阻值应当至多是浪涌电流限制装置的电阻值。但是如果由所述电容性电源供电的应用在某些条件下需要大峰值电流以用于其操作，则可能期望所述最大电阻值是浪涌电流限制装置的电阻值的至多0.1倍。所述DC传导串联阻抗例如可以是电阻性元件，但是替换地也可以是更加复杂的阻抗，比如与电阻性元件串联的电感性元件。所述第一链的电阻值可以由所述第一链中的显式串联电阻决定，也可以由形成所述电荷存储装置的电容性元件的内部电阻决定，或者由这两者决定。

所述浪涌电流限制装置可以是具有电阻性元件形式的阻抗，但是替换地也可以是更加复杂的阻抗，比如与电感性元件串联的电阻性元件。所述阻抗被设置成在输入端子与所述电荷存储装置之间的串联阻抗。所述串联阻抗可以是例如处在耦合到其中一个所述输入端子的路径中的所述输入部分的一部分并且例如与电容性耦合串联，但是也可以替换地是所述整流部分的一部分，或者可以被设置在所述整流部分与所述输出部分之间。所述浪涌电流限制装置不需要是单一阻抗，而是可以包括处在上面提到的位置处的多个阻抗。在这种情况下，所述浪涌电流限制装置的电阻是被串联设置在从所述输入端子当中的第一个经由所述电荷存储电容器到所述输入端子当中的第二个的路径中的各阻抗的电阻之和。所述电容性耦合可以包括处在从第一输入端子到所述整流部分的链中、处在从第二输入端子到所述整流部分的链中或者处在全部两条链中的电容性串联阻抗。

附图说明

下面将参照附图更加详细地描述上述和其他方面。其中：

图1示意性地示出了根据本发明的电容性电源的第一实施例；

图2示出了根据本发明的电容性电源的第二实施例；

图3示出了根据本发明的电容性电源的第三实施例；

图4示出了根据本发明的电容性电源的第四实施例；以及

图5示出了包括根据本发明的电容性电源的电子设备的一个实施例。

具体实施方式

在下面的详细描述中将阐述许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是本领域技术人员应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他事例中，没有对公知的方法、程序和组件进行详细描述以免模糊本发明的各方面。

单个组件或其他单元可以实现在权利要求中所引述的几个项目的功能。在互不相同的权利要求中引述某些措施并不意味着不能使用这些措施的组合来获益。权利要求中的任何附图标记不应当被理解为限制其范围。

应当理解的是，在提到一个元件耦合到另一个元件时，其可能直接连接到所述另一个元件，但是替换地也可以在所述元件与所述另一个元件之间存在居间元件。与此相对，在提到连接一个元件时，则不存在居间元件。相同的附图标记通篇指代相同的元件。这里所使用的“和/或”一词包括一个或多个相关联的所列出项目的任意或所有组合。

应当理解的是，虽然第一、第二、第三等术语在这里可以被用来描述各种元件、组件、区域、层次和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层次和/或部分不应当受到这些术语的限制。这些术语仅仅被用来在一个元件、组件或部分与另一个元件、组件或部分或者区域、层次或部分之间进行区分。因此，下面讨论的第一元件、组件或部分可以被称作第二元件、组件或部分而不会偏离本发明的教导。

除非另行定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与本发明所属领域内的技术人员通常所理解的相同的含义。还应当理解的是，比如在通常使用的字典中所定义的那些术语的含义应当被解释为与其在相关领域的情境中的含义相同，并且除非在此明确定义，否则将不按照理想化的或者过度正式的意义来解释。

图1示意性地示出了电容性电源，其包括输入部分10、整流部分20和输出部分30以及浪涌电流限制装置R1。

所述输入部分包括用于连接到AC市电电源的第一和第二输入端子Ln、Nt和电容性耦合C1。

所述整流部分20经由所述电容性耦合而耦合到所述输入端子(Ln，Nt)。所述整流部分20用来为所述输出部分30提供经过整流的电流。

耦合到所述整流部分的所述输出部分30包括第一和第二输出端子V+、V-以用于为负载提供输出电压。所述输出部分30还包括第一链和被设置成与所述第一链并联的第二链，其中所述第一链包括电荷存储装置C2，所述第二链包括电压限制装置D5。

所述电容性电源还包括浪涌电流限制装置R1。所述浪涌电流限制装置例如可以是与所述电容性耦合串联的阻抗，但是也可以被设置在所述电容性电源的另一部分内。

所述第二链包括DC传导串联阻抗Zdc。所述DC传导阻抗Zdc的电阻值是所述第一链的电阻值Ri的至少0.2倍。所述第一链的电阻值Ri可以由所述第一链中的显式串联电阻决定、由形成所述电荷存储装置的电容性元件的内部电阻决定或者由全部二者决定。

图2更加详细地示出了根据本发明的电容性电源的一个实施例。

在所示出的实施例中，所述第一输入端子Ln经由电阻性元件R1和电容性元件C1耦合到所述整流部分的第一输入节点N1。所述电阻性元件R1充当浪涌电流限制装置，并且所述电容性元件C1充当在所述输入部分10的输入端子与所述整流部分20之间的电容性耦合。所述第二输入端子Nt直接耦合到所述整流部分的第二输入节点N2。可替换地，可以在所述第二输入端子Nt与所述第二输入节点N2之间设置电容性元件，或者可以在从输入端子到节点N1的链中以及在从另一个输入端子到节点N2的链中都设置电容性元件。所述电阻性元件R2充当放电装置。在去除所述市电功率之后，所述电容性元件C1经由所述放电装置R2进行放电。这一点对于其中所述电容性电源通过插头耦合到市电以便防止用户在把所述电源与市电断开时可能招致电击的设备来说是相关的。例如在所述电容性电源通过固定连接耦合到市电的情况下可以省略所述放电装置。

在所示出的实施例中，所述整流部分20是本身已知的全波整流器D1-D4，其输出端耦合到所述输出部分30的输入节点N3、N4。

所述输出部分30具有桥接该输出部分的输入节点N3、N4与所述电荷存储装置C2的第一链。虽然没有明确示出，但是所述电荷存储装置C2将具有内部串联电阻Ri。

所述第二链包括电压限制装置D5并且被设置成与所述第一链并联。所述第二链包括DC传导串联阻抗Zdc，其电阻值是所述第一链的电阻值Ri的至少0.2倍。

图3更加详细地示出了另一个实施例。在该图中示出的实施例中，所述整流部分20是由二极管D1、D2形成的半波整流器。在所示出的实施例中，所述浪涌电流限制装置是被设置在所述输入部分10的第一分支中的电阻性阻抗R1并且与所述电容性耦合C1串联。可替换地，所述浪涌电流限制装置可以被设置在耦合到所述输入端子Nt的第二分支中，或者每一条所述分支都可以具有浪涌电流限制阻抗。所述浪涌电流限制装置R1不需要是所述输入部分10的一部分，而是可替换地，例如在被插入于位置A处时可以是所述整流部分20的一部分，或者在被插入于位置C处时可以是所述输出部分30的一部分。浪涌电流限制装置可以包括位置A或C处的浪涌电流限制阻抗与位置D和/或E处的另外的浪涌电流限制阻抗的组合，以便还保护所述整流部分中的整流元件D1。在这种情况下，所述输入电流限制装置的电阻值将是被串联设置在从所述输入端子中的第一输入端子Ln经由所述电荷存储电容器C2到所述输入端子中的第二输入端子Nt的路径中的阻抗R1、A、C和B的电阻值之和。

浪涌电流限制阻抗可以是具有电阻性元件形式的阻抗，但是也可以替换地是更加复杂的阻抗，比如与电感性元件串联的电阻性元件。

图4示出了图3的实施例的一种替换形式，其中所述整流部分提供具有反转极性的电压。

作为例子，基于图4中示出的实施例并且利用以下组件来实施本发明：

D1和D2是2N4007；

R1是100Ω；

C1是470nF；

C2是470μF并且具有100mΩ的内部电阻；

D3是BZX84C5V1(5.1V齐纳二极管)；

Zdc＝R3＝2.2Ω。

把所述电容性电源的操作与第一传统电源(即电阻R3为0Ω)以及第二传统电源的操作进行了比较，其中所述第二传统电源还缺少所述DC传导串联阻抗Zdc但是对于所述浪涌电流限制装置R1的电阻具有270Ω的更高值。

新电路的待机功率是0.3瓦特，而所述第二传统电路则是0.5瓦特。因此，功率耗散被显著降低。

对于2kV的电涌和0Ω的R3，在所述电涌期间于所述电源的输出端V+、V-上观测到6.5V的电压。这一电压在实践中(例如对于所述电路中的包括微控制器的负载而言)过高。

当把R3增大到2.2Ω时，输出电压在2kV的电涌期间仅仅升高到5.5V，这对于所述微控制器来说是可以接受的。

相应地，所述DC传导串联阻抗(Zdc)的电阻值具有电阻性分量，所述电阻性分量的电阻值是所述第一链C2的电阻值(100mΩ)的至少0.2倍。更具体来说，所述DC传导串联阻抗(Zdc)具有电阻性分量，所述电阻性分量的电阻值是所述第一链C2的电阻值(100mΩ)的至少10倍。

具体来说，所述DC传导阻抗Zdc具有电阻性分量R3，其电阻值是所述浪涌电流限制装置R1的电阻值(100Ω)的至多0.1倍。

图5示出了包括用于连接到市电电源Ln、Nt的功率输入端101、102的电子设备。所述电子设备具有耦合到所述功率输入端101、102的根据本发明的电容性电源110。具有模块142、144的第一功能单元140由所述电容性电源110供电。

在所示出的实施例中，所述电子设备具有经由开关装置105耦合到所述功率输入端101、102的第二电源120。第二功能单元130由该电源102供电。

具体来说，所述第一功能单元140控制所述开关装置。

在所示出的实施例中，所述电子设备是家用电器，在这里是咖啡机。所述第一功能单元140是包括微控制器142和永久激活的显示器144的用户接口。当用户例如通过按压按钮或者通过来自遥控器160的信号指示所述设备时，所述微控制器142使用控制信号Ctrl来控制所述开关105(其例如是三端双向可控硅开关或者其他半导体开关元件)来接通所述第二主电源120，从而激活所述第二功能单元130(其例如是所述咖啡机内的加热元件)。

可替换地，所述电子设备可以是另一个消费设备，比如视频或音频设置，其中所述设备的主功能部件(例如记录或显示装置)由永久激活的开关时钟激活。

这里所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而不意图限制本发明。应当注意到，上面提到的各实施例说明而非限制本发明，本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求书的范围的情况下设计出许多替换实施例。除非上下文明确另有所指，否则这里所使用的单数形式“一”也意图包括复数形式。还应当理解的是，在本说明书中所使用的“包括”一词表明所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

Claims

1.电容性电源，其包括：

输入部分(10)，其具有用于连接到AC市电电源的输入端子(Ln，Nt)和电容性耦合；

经由所述电容性耦合而耦合到所述输入端子(Ln，Nt)的整流部分(20)；以及

耦合到所述整流部分的输出部分(30)，所述输出部分包括：

-用于为负载提供输出电压的输出端子(V+，V-)；

-包括电荷存储装置(C2)的第一链；以及

-被设置成与所述第一链并联的第二链，其包括输出电压限制装置(D5)和DC传导串联阻抗(Zdc)；

所述电容性电源还包括浪涌电流限制装置(R1)，

其中，所述输出端子(V+，V-)连接到所述输出电压限制装置(D5)的对应端子，并且所述DC传导串联阻抗(Zdc)具有电阻性分量，其电阻值是所述第一链的电阻值的至少0.2倍。

2.根据权利要求1的电容性电源，其中，所述DC传导阻抗(Zdc)具有电阻性分量，其电阻值是所述第一链的电阻值的至少10倍。

3.根据权利要求1或2的电容性电源，其中，所述DC传导阻抗(Zdc)具有电阻性分量，其电阻值是所述浪涌电流限制装置(R1)的电阻值的至多0.1倍。

4.一种电子设备，其包括：

用于连接到市电电源的功率输入端(101，102)；

耦合到所述功率输入端的根据其中一条在前权利要求的电容性电源(110)；以及

由所述电容性电源供电的第一功能单元(140)。

5.根据权利要求4的电子设备，其特征在于，通过开关装置(105)耦合到所述功率输入端(101，102)的第二电源(120)以及由所述第二电源(120)供电的第二功能单元(130)。

6.根据权利要求5的电子设备，其中，所述第一功能单元(140)控制所述开关装置(105)。