CN102545576A

CN102545576A - 一种工频电源变压器低功耗待机电路

Info

Publication number: CN102545576A
Application number: CN2012100663157A
Authority: CN
Inventors: 郭祖金; 聂明平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明适用于变压器节电领域，提供了一种工频电源变压器低功耗待机电路，所述电路包括：阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块，所述阻抗模块与所述开关控制模块相连，所述开关控制模块还与所述光电隔离模块相连，在连接变压器时，所述开关控制模块连接工频电源变压器的初级，所述光电隔离模块连接工频电源变压器的次级。在本发明中，由于采用了电-光-电的控制方式，能量转换效率较高。光电二极管只需要较低的电流即可进入待机模式，电路自身消耗的能量较少，实现微功耗待机。由于待机和工作模式都采用同一工频电源变压器，成本大幅下降，并且电路结构非常简单，提高了电路的可靠性。

Description

一种工频电源变压器低功耗待机电路

技术领域

本发明属于变压器节电领域，尤其涉及一种工频电源变压器低功耗待机电路。

背景技术

在采用工频电源变压器的电器中，电源工作方式包括待机状态和开机状态。目前，其整机的待机功耗一般为2W-10W。而针对整机待机功耗，世界各国均发布了不同的技术要求，欧洲在环保方面的最新指标是：能耗产品（Energy-using Products, EuP）2013年技术要求为小于0.5W。我国也在节能认证中对电源整机的待机功耗提出了相应的指标。为了降低整机在待机时的待机功耗，通常会采用以下三种电路达到低待机功耗：

1、采用AC/DC开关电源，可实现低待机功耗。但开关电源在工作时会产生电磁干扰，影响产品自身的性能，同时会对周围电磁环境产生负面影响。

2、采用双工频电源变压器为整机电源供电，分别为主电源和待机电源，在待机时由待机电源变压器提供低功率输出，用以维持待机电路的运作，以及启动继电器的电源。在整机需要进入工作模式时，继电器闭合，主电源启动，由于启动继电器需要较大的工作电流（200~300mA左右）和电压（6~9V左右），所以待机工频电源变压器输出功率不能设计得太小。另外，由于生产工艺和磁芯材质限制，该方法能实现的最低功耗通常只能达到0.6~0.8W.

3、采用工频电源变压器为整机主电源供电，待机采用开关电源，在待机时由开关电源提供低功率输出，用以维持待机电路的运作，以及启动继电器的电源。在整机需要进入工作模式时，继电器闭合，主电源启动，再让开关电源停止工作，减少电磁干扰。退出工作模式前，先激活开关电源，再关闭继电器。采用该方案时，其成本高，待机时也会有电磁干扰，会影响周围的用电器产品性能及本身产品的性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种工频电源变压器低功耗待机电路。

本发明实施例是这样实现的，一种工频电源变压器低功耗待机电路，所述电路包括：阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块，

所述阻抗模块与所述开关控制模块相连，所述开关控制模块还与所述光电隔离模块相连，在连接变压器时，所述开关控制模块连接工频电源变压器的初级，所述光电隔离模块连接工频电源变压器的次级。

进一步地，所述阻抗模块为电容C1，所述电容C1一端与外部的市电输入相连，另一端与开关控制模块相连。

进一步地，所述开关控制模块包括：交流开关，与所述交流开关相连的微处理器，所述微处理器还分别与过零信号检测电路、整流稳压滤波电路相连。

进一步地，所述交流开关包括整流桥UR1，N-MOS场效应管，所述整流桥UR1分别与阻抗模块、N-MOS场效应管相连。

进一步地，所述N-MOS场效应管与微处理器集成为主控芯片IC1，所述微处理器为8位单片机。

进一步地，所述交流开关为可控硅或者三极管。

进一步地，所述整流稳压滤波电路包括整流二极管D1，所述整流二极管D1的负极与电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端连接稳压二极管ZD1的负极，电容C2，所述稳压二极管ZD1的正极、电容C2的另一端接地。

进一步地，所述过零信号检测电路包括稳压二极管ZD2以及连接于ZD2正极的限流电阻R2。

进一步地，所述光电隔离模块包括光耦IC2，所述光耦IC2的引脚2连接二极管ZD3的正极，所述光耦IC2的引脚1连接二极管ZD3的负极、电阻R3，所述光耦IC2的引脚3、4接开关控制模块。

在本发明的实施例中，只需要增加较少的电子元件，便可实现低成本、安全、可靠、简单的低功耗电路。由于本电路采用了电-光-电的控制方式，能量转换效率较高。光电耦合IC2中的光电二极管只需要1mA即可进入待机模式，电路自身消耗的能量较少，轻松实现微功耗待机。由于待机和工作模式都采用同一工频电源变压器，成本大幅下降，并且电路结构非常简单，提高了电路的可靠性。更为重要的是，工作和待机模式都没有高频电磁干扰，解决了AC/DC开关电源无法实现的问题。同时，对现有产品的改动较小，可以容易完成产品升级。并且，电-光-电的控制方式可以达到5kV的绝缘等级，安全性高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的工频电源变压器低功耗待机电路的框图；

图2是本发明实施例提供的工频电源变压器低功耗待机电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1，所述电路包括：阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块。所述阻抗模块与所述开关控制模块相连，所述开关控制模块还与所述光电隔离模块相连，在连接变压器时，所述开关控制模块连接工频电源变压器的初级，所述光电隔离模块连接工频电源变压器的次级。

参阅图2，作为本发明的实施例，所述阻抗模块为电容C1，所述电容C1一端与外部的市电输入相连，另一端与开关控制模块相连。

作为本发明的实施例，所述开关控制模块包括：交流开关，与所述交流开关相连的微处理器，所述微处理器还分别与过零信号检测电路、整流稳压滤波电路相连。所述交流开关包括整流桥UR1，N-MOS场效应管，所述整流桥UR1分别与阻抗模块、N-MOS场效应管相连。作为一个实施例，所述N-MOS场效应管与微处理器集成为主控芯片IC1，所述微处理器为8位单片机。当然，N-MOS场效应管、微处理器也可以不集成，即为独立的元器件。该交流开关也可以为可控硅或者三极管。

所述整流稳压滤波电路包括整流二极管D1，所述整流二极管D1的负极与电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端连接稳压二极管ZD1的负极，电容C2，所述稳压二极管ZD1的正极、电容C2的另一端接地。该过零信号检测电路包括稳压二极管ZD2以及连接于ZD2正极的限流电阻R2。

作为本发明的实施例，所述光电隔离模块包括光耦IC2，所述光耦IC2的引脚2连接二极管ZD3的正极，所述光耦IC2的引脚1连接二极管ZD3的负极、电阻R3，所述光耦IC2的引脚3、4接开关控制模块。

为方便说明，参阅图2，图中所示电路为本发明的一种实施电路而已。在本实施例中，PT1是工频电源变压器，RL为负载，SW1为连接负载的开关。在PT1的次级还连接了整流桥UR2，该整流桥UR2分别与电容C3、开关SW1相连。电容C3另一端接地。

阻抗模块为电容C1，该电容C1在待机时串联入工频电源变压器的初级，电容C1用于降低工频电源变压器初级电压，从而降低待机功耗。当然，阻抗模块也可以是电阻，或者由电阻、电容串联或并联组成。UR1整流桥和IC1内部N-MOS场效应管组成交流开关。该交流开关也可以是可控硅，三极管组成。

该开关控制模块包括：与所述阻抗模块相连的整流桥UR1，所述整流桥UR1与主控芯片IC1的引脚1、2相连，所述主控芯片IC1的引脚1、2还通过电阻R2连接到主控芯片IC1的引脚7，所述主控芯片IC1的引脚5连接到二极管ZD2的正极，所述二极管ZD2的负极连接到主控芯片IC1的引脚7，所述主控芯片IC1的引脚8依次连接电容C2、二极管ZD1的负极、电阻R1以及二极管D1的负极，所述电容C2的另一端以及二极管ZD1的正极接地，所述主控芯片IC1的引脚5、6连接到光电隔离模块。

所述光耦IC2，R3，ZD3组成光电隔离电路，其中IC2是普通光耦，例如EL817, 其中ZD3作用为稳压光电二极管最大工作电压，和嵌位光电二极管反向电压的作用。主控芯片IC1是一个集成电路，内置8位单片机可编程微处理器，和N-MOS场效应管，当然也可以由8位单片机，N-MOS场效应管, 可控硅，三极管，等元件独立组成。

主控芯片IC1集成有N-MOS场效应管以及微处理器，N-MOS场效应管的D极连接主控芯片IC1的引脚1、2，N-MOS场效应管的S极连接主控芯片IC1的引脚3、4（接地）。N-MOS场效应管的G极连接微处理器端口。微处理器的VCC端口为主控芯片的引脚8，P1端口为主控芯片的引脚7，P2端口为主控芯片的引脚6，GND端口为主控芯片的引脚5。

所述整流桥UR1和IC1内部N-MOS场效应管组成交流开关。当然，交流开关也可以是可控硅，三极管，单片机构成。二极管D1，电阻R1，二极管ZD1，电容C2构成的电路为主控芯片IC1提供直流工作电源。R2和ZD2构成的电路为过零信号检测电路，所述R2为限流电阻，ZD2为稳压二极管。

该电路由单片机控制，包括三种模式：启动模式、待机模式、工作模式。

在进入启动模式后，接通交流电源，由整流二极管D1与电阻R1，稳压二极管ZD1，电容C2组成整流稳压滤波电路，为IC1提供工作所需直流电源。IC1延时500mS（等待电源稳定）。

P1端口执行过零检测，低电平向执行，高电平原地等待，开通N-MOS，延时5S，然后进入P2端口及N-MOS状态检测模式。

待机模式包括以下两种：当检测到P2端口为低电平，N-MOS为关闭模式，返回P2端口及N-MOS状态检测模式。

另外在待机时，由于ZD3，R3，IC2光电二极管接入电源变压器次级，相当于在电源变压器的次级接入了一个假负载，这样电源变压器初级的电感量会减小，电容C1和初级的分压比会发生变化，电容C1两端电压增加，初级两端电压略为减小，从而让待机功耗更低，待机功耗更稳定。

当检测到P2端口为低电平，N-MOS为开通模式，执行P1端口过零检测，低电平向执行，高电平原地等待，N-MOS 关闭。如果第6脚P2端口为低电平，说明SW1是开路状态。因为只有当SW1 开路时，变压器次级输出电流才会经R3到光耦正极再到负载RL再到地线。IC1内置单片机检测第7脚P1端口，当为低电平时，说明此时是交流过零点，可以安全地关闭N-MOS场效应管。由于只有电容C1串联在PT1初级交流回路中，降低了电源变压器初级的电压，变压器功耗可以降低为工作时的1/10左右。（例如：待机功耗为3W的可以下降为0.3W），此时进入待机模式。

当开关SW1闭合时，当检测到P2端口为高电平，N-MOS为开通模式，返回P2端口及N-MOS状态检测模式。当检测到P2端口为高电平，N-MOS为关闭模式，延时500mS（延时目的减少频繁开关的冲击电流），P1端口执行过零检测，低电平向执行，高电平原地等待，N-MOS开通。当检测第6脚P2端口，如果为高电平，说明SW1是闭合状态。

本发明存在以下有益效果：1、控制转换效率高。由于本电路采用了“电”“光”“电”的控制方式，能量转换效率较高。光电二极管只需要1mA即可进入待机模式。电路自身消耗的能量较少，轻松实现微功耗待机。2、成本低。由待机和工作模式都采用同一工频变压器，成本大幅下降，电路结构也非常简单。3、无干扰。最为重要的是工作和待机模式都没有高频电磁干扰。4、可靠性强。“电”“光”“电”的控制方式可以达到5kV的绝缘等级，安全性高。控制方式采用单片机，可以快速检测交流过零点，实现过零开关功能，提高开关的可靠性。另外感性负载的频繁开关，会产生比较大的冲击电流，所以在程序设计时每次开启N-MOS前，都有500mS的延时处理，减小频繁开关的冲击电流。让系统更可靠。5、最大优点是易启动。常规降压节能方式，降低待机功耗的同时，待机模式时次级输出电压也降低了。当两种模式快速切换，或是在次级带负载时，是很难启动的。本专利采用次级高电平待机方式，既次级必需是有电压输出才能待机。无电压进入工作模式，解决了低电压启动的难题，当输入电压下降时超过50%，电路会自动退出待机模式，而进入工作模式。当电压上升后，又能自动回到待机模式。6、待机还有电压输出，还可以为待机负载供电。次级可以再增加多倍压整流电路，为待机负载提供待机电源。

综上所述，由于本电路采用了电-光-电的控制方式，能量转换效率较高。光电二极管只需要1mA即可进入待机模式，电路自身消耗的能量较少，轻松实现微功耗待机。由于待机和工作模式都采用同一工频电源变压器，成本大幅下降，并且电路结构非常简单，提高了电路的可靠性。更为重要的是，工作和待机模式都没有高频电磁干扰，解决了AC/DC开关电源无法实现的问题。同时，对现有产品的改动较小，可以容易完成产品升级。并且，电-光-电的控制方式可以达到5kV的绝缘等级，安全性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述电路包括：阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块，

2.根据权利要求1所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述阻抗模块为电容C1，所述电容C1一端与外部的市电输入相连，另一端与开关控制模块相连。

3.根据权利要求1所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述开关控制模块包括：交流开关，与所述交流开关相连的微处理器，所述微处理器还分别与过零信号检测电路、整流稳压滤波电路相连。

4.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述交流开关包括整流桥UR1，N-MOS场效应管，所述整流桥UR1分别与阻抗模块、N-MOS场效应管相连。

5.根据权利要求4所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述N-MOS场效应管与微处理器集成为主控芯片IC1，所述微处理器为8位单片机。

6.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述交流开关为可控硅或者三极管。

7.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述整流稳压滤波电路包括整流二极管D1，所述整流二极管D1的负极与电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端连接稳压二极管ZD1的负极，电容C2，所述稳压二极管ZD1的正极、电容C2的另一端接地。

8.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述过零信号检测电路包括稳压二极管ZD2以及连接于ZD2正极的限流电阻R2。

9.根据权利要求1所述的工频电源变压器低功耗待机电路，其特征在于，所述光电隔离模块包括光耦IC2，所述光耦IC2的引脚2连接二极管ZD3的正极，所述光耦IC2的引脚1连接二极管ZD3的负极、电阻R3，所述光耦IC2的引脚3、4接开关控制模块。