CN102057555B - 开关模式电源供应器的备用电力最小化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关模式电源供应器的备用电力最小化装置。本发明备用电力最小化装置连接在AC电源部与SMPS之间，可以对AC电源部供应给所述SMPS的电力进行开关(Switching)操作，以反馈方式从所述SMPS得到供应给LED照明设备的电力。因此，本发明的装置可以使SMPS的消耗电力最小化，实时通知其电力供应状态而得以有效地管理电力供应。

Description

开关模式电源供应器的备用电力最小化装置
技术领域
本发明涉及一种开关模式电源供应器的备用电力最小化装置，尤其是一种适用于LED照明设备的开关模式电源供应器的备用电力最小化装置。
背景技术
由于开关模式电源供应器(switching mode power supply，以下简称“SMPS”)的效率高于非开关式电源而且容量较小，因此信息家电产品的电源供应装置通常使用开关模式电源供应器。家电产品在没有执行本身功能的待机模式状态下，为了电源供应而需要维持运转状态，因此该SMPS在待机模式状态下也要消耗不少电力。
现有SMPS利用PWM信号生成器针对具有开关作用的MOSFET的选通(Gate)信号进行控制而执行其功能，可减少备用电力的现有技术所采取的减少电力消耗量的方式如下，通过信号跳过(Skip)方式使得来自荷载的反馈信号或基于MOSFET的源电流变化的PWM信号以不大于现有脉冲宽度调节的周期生成信号，从而减少开关(switching)次数而降低电力消耗量。
但是，所述方法在荷载端的电力消耗较少时通过减少作为MOSFET选通(Gate)信号的PWM信号的开关次数而得以减少电力消耗量，其电力消耗量虽然小于正常动作时的电力消耗量，但需要按照一定间隔执行开关(Switching)操作而使得SMPS继续动作，因此会继续消耗一定量的电力。
此外，也开发了各种方法，例如，为了降低大容量SMPS等的备用电力而另外安装小容量的辅助SMPS等。
适用于大容量LED照明设备时更需要减少备用电力。
图1是驱动LED照明设备的一般SMPS的结构示意图。
如图1所示，该装置包括：AC电源部(10)，可以供应交流电压；SMPS(30)，对AC电源部(10)所供应的交流电压进行整流及开关(Switching)处理后供应电力；LED照明设备(40)，利用SMPS(30)所供应的电力发光；及中央控制服务器(60)，可以控制LED照明设备(40)。此时，SMPS(30)包括AC-DC整流电路部(32)、开关部(33)、变压器(34)、DC-DC整流电路(35)及控制部(36)，可以把输出的DC电源供应给LED照明设备(40)。AC-DC整流电路(32)可以把AC电源所供应的交流电压中经过噪音过滤处理的交流电压转换成直流电压后输出到开关部(33)。
开关部(33)使用耐高压TR或MOSFET、IGBT之类的元器件以数十Khz～数Mhz的频率进行开关(Switching)操作后输出到变压器(34)。
变压器(34)可以根据使用频率与使用电力的大小而决定，之后输出到DC-DC整流电路(35)。
DC-DC整流电路(35)把随着控制部(36)的开关(Switching)控制信号而转换的直流电力再转换成适合LED照明设备(40)的电力后供应。
此时，如果处于不必为LED照明设备(40)供应电力的待机模式，可以在控制部(36)的开关(Switching)控制下把DC-DC整流电路(35)及变压器(34)的次级线圈(未图示)侧的非必要输出加以遮蔽或降低，从而可以针对在待机模式下不必供应电力的零件遮蔽或降低其电压供应。
但，此时的待机模式将依然为SMPS供应电力，控制部(36)与DC-DC整流电路(35)则持续消耗电力，因此依然会消耗相当的备用电力。
发明内容
【发明需要解决的技术问题】
为了解决所述问题，本发明的目的是提供一种开关模式电源供应器的备用电力最小化装置，通过对LED照明用SMPS的控制而遮蔽备用电力的供应，仅仅利用储电部的电力驱动而实现备用电力的最小化。
【解决问题的技术方案】
为了所述目的，本发明备用电力最小化装置连接到供应交流电压的AC电源部、对AC电源部所供应的交流电压进行整流及开关处理后供应电力的SMPS、利用SMPS所供应的电力发光的LED照明设备、及可以控制LED照明设备的中央控制服务器而使备用电力最小化，其特征在于，连接在所述AC电源部与SMPS之间并且可以对AC电源部供应给所述SMPS的电力进行开关动作，可以通过反馈方式从所述SMPS得到为LED照明设备供应的电力，包括：电力控制部，可以针对所述AC电源部供应给所述SMPS的电力进行开关(On/Off)操作；电力监视部，可以针对所述SMPS的输入输出电力进行监视；储电部，可以把所述反馈电力作为备用电力加以储存；备用电力控制部，根据所述中央控制服务器的电力控制命令而针对所述电力控制部进行控制以便供应或中断所述电力，根据所述电力监视部的监视结果而针对所述储电部的储电与否进行控制，如果所述SMPS所输入的电力发生异常则输出告警信号及告警控制信号；告警部，根据所述告警信号而发出告警；及有线无线通信部，可以把所述告警控制信号传输到所述中央控制服务器。
而且，电力控制部可以进行高速开关动作而对收自所述AC电源部的正弦波电力的流通角进行控制，从而降低电压的平均值。
而且，当供应给所述SMPS的电力被中断时，储电部可以把先前储存的电力供应给所述各构成要素。
而且，备用电力控制部可以针对各构成要素进行控制，向所述SMPS供应电力时驱使各构成要素将来自SMPS的电力作为备用电力使用，当供应给所述SMPS的电力被中断时则将所述储电部的电力作为备用电力使用。
【有益效果】
因此，本发明的装置可以使SMPS的消耗电力最小化，实时通知其电力供应状态而得以有效地管理电力供应。
附图说明
图1是一般的必备构成要素的剖面图；
图2是本发明一实施例的备用电力最小化装置的结构图；
图3是图2所示电力控制部所输入的电力波形图；
图4是从图2所示电力控制部所输出的电力波形图；
图5是图2所示装置的控制流程图。
*主要参考标记的说明
20：备用电力最小化装置            21：电力控制部
22：电力监视部                    23：储电部
24：备用电力控制部                25：告警部
26：有线无线通信部
具体实施方式
下面结合图2到图5对本发明的较佳实施例作进一步说明。
图2是本发明一实施例的备用电力最小化装置的结构图。
如图2所示，备用电力最小化装置(20)连接在AC电源部(10)与SMPS(30)之间并且可以对AC电源部(10)供应给SMPS(30)的电源进行开关操作而得以供应或遮蔽电源。而且，备用电力最小化装置(20)通过有线无线通信网连接到中央控制服务器(60)。而且，备用电力最小化装置(20)还可以通过反馈方式从SMPS(30)接受供应给LED照明设备(40)的电源。
备用电力最小化装置(20)包括：可以针对AC电源部(10)的电力供应进行开关(On/Off)操作的电力控制部(21)、可以针对SMPS(30)的输入输出电力进行监视的电力监视部(22)、可以储存备用电力的储电部(23)、检查是否向SMPS(30)供应电力并且根据储电部(23)的充电状态而进行充电控制的备用电力控制部(24)、可以指示出AC电源部的输出电力监视结果的告警部(25)、以及可以把电力供应遮蔽状态传输到中央控制服务器(60)的有线无线通信部(26)。
电力控制部(21)可以通过中央控制服务器(60)接收备用电力控制部(24)的电力供应控制信号而把外部AC电源部(10)供应给SMPS(30)的电力加以连接或遮蔽。而且，本发明的电力控制部(21)使用可以进行高速开关(数十Khz～数Mhz)的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)或三端双向交流开关(Triac)针对从外部AC电源部(10)流入的正弦波电力的流通角进行控制，从而降低流入SMPS(30)的电压的平均值。
因此，本发明通过电力控制部(21)的高速开关(Switching)动作调节开关的开闭时间(ON/OFF Time)，从而针对输入SMPS(30)的电力电压进行调节。因此，降低SMPS(30)的驱动电力电平而使得SMPS(30)的消耗电力最小化，从而实现SMPS(30)的小型化。
由电力控制部(21)高速地进行开关而降低所供应的电力电平，下面结合图3与图4所示波形图说明其实施例。
图3是从外部AC电源部(10)输入电力控制部(21)的电力波形图，图4是电力控制部(21)向SMPS(30)输出的电力波形图。
如图3所示，根据外部AC电源部(10)所输出的电力而呈现出正弦波型电压值。所述电力控制部(21)在输入所述电压值并且进行了开关(Switching)动作后，如图4图形所示，输入到SMPS(30)的电力的该电压电平的平均电力已经大幅降低了。
如前所述，根据备用电力控制部(24)的电力供应控制信号驱使电力控制部(21)执行高速开关动作而降低驱动电力的电平后输入SMPS(30)。此时，电力监视部(22)将对外部AC电源部(10)是否向SMPS(30)供应电力及SMPS(30)是否再向LED照明设备(40)供应电力进行监视，并且把电力监视结果输出到备用电力控制部(24)。此时，电力监视部(22)可以通过各种方式实现，如果供应给电力控制部(21)的电力属于大规模电力，可以通过利用电力线上生成的磁场的变化而针对电力供应与否进行检测的非接触方式实现；对于控制电力控制部(21)时所需要的电力，只要利用电力线上发生的磁场通过非接触式感应线圈等部件所收集的电力驱动光电耦合器(photo coupler)等就能得到。
另外，电力控制部(21)进行高速开关动作而向SMPS(30)供应电力时，储电部(23)可以在SMPS(30)向LED照明设备(40)输出的DC电力中接受一部分电力后把电力储存到内部。当电力控制部(21)被关闭(OFF)而使得外部AC电源部(10)对SMPS(30)的电力供应中断时，可以把储存在储电部(23)里的电力供应给备用电力控制部(24)及备用电力最小化装置(20)的各构成要素。
备用电力控制部(24)通过有线无线通信部(26)收到中央控制服务器(60)的电力控制命令后针对电力控制命令进行解析。根据解析后的电力控制命令生成电力控制信号以便打开(ON)或关闭(OFF)电力控制部(21)。
此时，备用电力控制部(24)为了使IGBT或TRIAC等所构成的电力控制部(21)执行高速开关动作，向电力控制部(21)输出一系列的PWM控制信号。而且，备用电力控制部(24)可以重新输入被输出到SMPS(30)的平均电压值下降后的电力并且与预设的平均值进行比较，然后针对输出到电力控制部(21)的控制信号进行调节，从而可以让SMPS(30)得以输入具有相当于预设平均值的电压的电力。
而且，备用电力控制部(24)通过对施加到SMPS(30)的电力量进行控制而得以凭借配置在SMPS(30)前端的平流电容器的自然充电及放电作用而使消耗电力最小化。
而且，当电力控制部(21)被打开(ON)而使得外部AC电源部(10)的电力供应给SMPS(30)时，备用电力控制部(24)可以使SMPS(30)向备用电力最小化装置(20)的各构成要素供应电力；当电力控制部(21)被关闭(OFF)而遮蔽了外部AC电源部(10)对SMPS(30)供应的电力时，可以命令储电部(23)向备用电力最小化装置(20)的各构成要素供应电力。
如果收到中央控制服务器(60)的电力供应命令，则控制SMPS(30)向LED照明设备(40)供应DC电力。
而且，备用电力控制部(24)可以检测储电部(23)的电力电平，当电力电平下降到指定值以下时把电力供应控制信号输出到电力控制部(21)而打开(ON)电力控制部(21)，从而利用SMPS(30)所输出的DC电力向储电部(23)储电。
而且，备用电力控制部(24)收到电力监视部(22)传输的电力检测信号后，针对当前外部AC电源部(10)是否向电力控制部(21)供应电力进行监视。如果没有供应电力，则生成告警控制信号输出到有线无线通信部(26)后传输到中央控制服务器(60)。与此同时，控制告警部(25)输出告警信号向管理员等指出目前没有从外部AC电源部(10)得到电力供应。
有线无线通信部(26)通过有线无线通信网(50)从中央控制服务器(60)收到电力控制命令后输出到备用电力控制部(24)。而且，通过有线无线通信网(50)把来自备用电力控制部(24)的告警控制信号传输到中央控制服务器(60)。
此时，告警部(25)收到了由备用电力控制部(24)输出的系统异常信号后，通过由扬声器等构成的音响输出装置输出诸如警笛之类的音响、让警示灯闪烁等方式通知外面。
图5是图2所示装置的控制流程图。
如图5所示，备用电力控制部(24)将针对是否从中央控制服务器(60)收到了电力控制命令进行判断(步骤401)。如果判断结果为收到了电力控制命令，电力监视部(22)将针对是否从外部AC电源部(10)正常地输入AC电源进行判断(步骤402)。如果判断结果为没有从外部AC电源部(10)正常地输入AC电源，则通过有线无线通信部(26)向中央控制服务器(60)传输告警控制信号(步骤403)，而且，向告警部(25)输出告警信号而发生告警(步骤404)。
另外，如果判断结果为可以从外部AC电源部(10)正常地输入AC电源，则针对所收到的电力控制命令是否是电力供应命令进行判断(步骤405)。如果判断结果为电力供应命令，则由备用电力控制部(24)生成电力供应控制信号后输出到电力控制部(21)而为SMPS(30)供应电力(步骤406)。此时，将把SMPS(30)向LED照明设备(40)输出的DC电力中的一部分加以反馈而向备用电力最小化装置(20)的各构成要素供应电力，也为储电部储电(步骤407)。
另外，如果步骤405的判断结果为不是电力供应命令，备用电力控制部(24)将向电力控制部(21)输出电力中断控制信号而把供应给SMPS(30)的电力加以遮蔽(步骤408)。然后，备用电力控制部(24)为了持续驱动备用电力最小化装置(20)的各构成要素而持续监视储电部(23)的储电状态并且判断是否需要储电(步骤409)。如果判断结果为需要储电，则控制储电部以使其执行储电功能，如果判断结果为不需要储电，则回到步骤401。
另外，在所述本发明的较佳实施例中，储电部(23)所储蓄的电力电平下降到指定电平以下时，备用电力控制部(24)将调查是否从SMPS(30)得到DC电力的供应；但也可以不管储电部(23)的电力电平如何，由备用电力控制部(24)实时调查是否得到电力供应，如果电力供应中断则立即生成告警信号传输给中央控制服务器(60)并且输出到告警部(25)。
前文说明了本发明较佳实施例的备用电力最小化装置。如前所述，现有技术一边利用SMPS(30)持续供应电力，一边针对SMPS(30)供应给荷载的电力的供应与中断进行控制而实现备用电力的最小化，本发明则针对供应SMPS(30)所供应的电力本身进行控制而实现了备用电力的最小化。此时，在待机模式下电力最小化装置所消耗的电力远比现有技术在待机模式下由SMPS(30)所消耗的电力小了很多。
具体地说，在待机模式下，现有技术的SMPS(30)消耗数mA～数十mA的电力，本发明电力最小化装置却仅消耗数μA以下的电力，其电力消耗远低于现有技术。如果电力最小化装置中作为主要电力消耗部件的电力监视部(22)根据外部电源所供应的电力线的磁场变化而由感应电动势驱动时，实际上几乎不消耗电力，因此可以大幅降低备用电力的消耗。
前文主要针对较佳附图与实施例对本发明做了详细说明，在本发明的技术思想范畴内，可以根据本发明的详细说明而出现各种变形形态，这对本领域技术人员来说是非常明显的。因此所述实施例仅是对本发明所做说明而不是限定本发明。
因此本发明真正的权利范围应根据权利要求范围及其等值范围的技术思想而决定，对于该实施例所做的任何简单修改与变化都不脱离本发明的精神与范围。

Claims (3)

1.一种开关模式电源供应器（SMPS）的备用电力最小化装置，所述备用电力最小化装置连接到供应交流电压的AC电源部、对AC电源部所供应的交流电压进行整流及开关处理后供应电力的开关模式电源供应器（SMPS）、利用开关模式电源供应器（SMPS）所供应的电力发光的LED照明设备、及能够控制LED照明设备的中央控制服务器而使备用电力最小化，其特征在于：
连接在所述AC电源部与开关模式电源供应器（SMPS）之间并且能够对AC电源部供应给所述开关模式电源供应器（SMPS）的电力进行开关动作，能够通过反馈方式从所述开关模式电源供应器（SMPS）得到为LED照明设备供应的电力，包括：
电力控制部，能够针对所述AC电源部供应给所述开关模式电源供应器（SMPS）的电力进行开关操作；
电力监视部，能够针对所述开关模式电源供应器（SMPS）的输入输出电力进行监视；
储电部，能够把通过反馈方式从所述开关模式电源供应器（SMPS）得到为LED照明设备供应的电力作为备用电力加以储存；
备用电力控制部，根据所述中央控制服务器的电力控制命令而针对所述电力控制部进行控制以便供应或中断所述电力，根据所述电力监视部的监视结果而针对所述储电部的储电与否进行控制，如果所述开关模式电源供应器（SMPS）所输入的电力发生异常则输出告警信号及告警控制信号；
告警部，根据所述告警信号而发出告警；
有线无线通信部，能够把所述告警控制信号传输到所述中央控制服务器；及
所述电力控制部能够进行高速开关动作而对收自所述AC电源部的正弦波电力的流通角进行控制，从而降低电压的平均值。
2.根据权利要求1所述的开关模式电源供应器（SMPS）的备用电力最小化装置，其特征在于：
所述储电部能够在供应给所述开关模式电源供应器（SMPS）的电力被中断时把先前储存的电力供应给所述备用电力最小化装置的各构成要素。
3.根据权利要求1所述的开关模式电源供应器（SMPS）的备用电力最小化装置，其特征在于：
所述备用电力控制部能够针对所述备用电力最小化装置的各构成要素进行控制，向所述开关模式电源供应器（SMPS）供应电力时驱使所述备用电力最小化装置的各构成要素将来自开关模式电源供应器（SMPS）的电力作为备用电力使用，当供应给所述开关模式电源供应器（SMPS）的电力被中断时则将所述储电部的电力作为备用电力使用。
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