CN102820795B - 用于为插入式交通工具充电的离线供电电源和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于为插入式交通工具充电的离线供电电源和装置。一种离线供电电源，其包括供电电源电路，供电电源电路包括用于连接到第一电源的初级侧电路、用于连接到负载的次级侧电路、和用于连接初级侧电路和次级侧电路的变压器。开关操作来选择性地将初级侧电路连接到第一电源。第二电源在供电电源电路工作期间充电。由第二电源供电的控制器具有至少一个输入和基于所述至少一个输入选择性地操作开关的输出。

Description

用于为插入式交通工具充电的离线供电电源和装置

技术领域

本发明涉及低功率插入式电池充电器，以及在单元不充电时削减寄生能量浪费的供电电源。

背景技术

现有的标准低功率插入式充电器由很多制造商生产并且被广泛使用。这些充电器没有将变压器初级与AC电源断开的自动控制。只要这些系统被插入，无论这些系统是否工作它们都会消耗能量。

更一般地，现有的供电电源会导致寄生的非工作能量浪费。只要系统被插入，离线供电电源就持续消耗能量，即使当被供电的系统不工作时，比如当系统关闭、电池充满电等的时候，也是如此。

这样的系统的例子包括：笔记本电脑的供电电源、手持式电子设备比如手机、便携音乐播放器的插入式电池充电器。比如电视机、有线电视机顶盒等响应于远程控制单元的任何“即时启动”设备即使当这些单元关闭时也会持续消耗能量。这对允许该单元能够响应于远程控制信号是必要的。

换句话说，只要AC变压器插入AC电源，该单元就将消耗能量。停止这种寄生电力消耗的唯一方法是移除AC电源。移除AC电源通常需要将单元从AC插座拔掉。但这可能是不方便的，并且许多用户让这些单元一直被插入，当在持续的基础上考虑家庭消费单位的配电时，导致相当可观的能量浪费。

一种现有的高功率（200-400VDC）充电器具有在变压器的初级侧上的、用于控制的开关（晶体管）。因为控制信号必须激活该开关并且使变压器通电，所以该系统需要现有的电池充电存在，以便初始化充电器系统的操作。

背景信息可在第7,894,212、6,445,268、6,198,638、5,390,101、6,061,257和7,295,449号美国专利中找到。另外的背景信息可在公布号为2003/0210118、2008/0061746、2006/0062027的美国专利申请中找到。

发明内容

在一个实施方式中，离线供电电源包括供电电源电路，该供电电源电路包括用于连接到第一电源的初级侧电路，用于连接到负载的次级侧电路，以及连接初级侧电路和次级侧电路的变压器。开关操作来有选择地将初级侧电路连接到第一电源。第二电源在供电电源电路工作期间被充电。由第二电源供电的控制器具有至少一个输入。控制器生成输出，以便基于所述至少一个输入有选择地操作开关。电压隔离机构优选地位于由控制器生成的输出与开关之间。

应认识到，本发明的实施方式可以按不同方式来实现。例如，第二电源可以是电容器。各种控制器输入都是可能的。控制器可包括定期唤醒输入，以引起开关的定期选择性操作，来为电容器充电。当第二电源是电容器时，实现定期唤醒输入的一种方式是使定期唤醒输入成为到电容器的连接来监控电容器的充电。另外，控制器可包括一个或多个触发输入，比如用于监控负载的触发输入。用于监控负载的触发输入可被实现为到次级侧电路的连接，以便感测负载电流。

在另一种可能的特征中，本发明的实施方式可包括手动的旁路开关，其可操作来选择性地将初级侧电路连接到第一电源，由此给第二电源充电。联锁机构可与手动的旁路开关相关联，以便允许持续的手动旁路。

应认识到，本发明涉及许多不同的特征。这些特征可以对本发明的特定应用酌情单独地或者以各种组合来实现。例如，定期唤醒输入（当被包括时）可以或不可以被直接连接到第二电源。另外，可以包括一个或多个触发输入，且在响应中控制器的操作可根据触发事件来变化。

在另一个实施方式中，提供了用于为插入式交通工具充电的装置、线组（cord-set）或者壁充电站（wall-station）。所述装置包括供电电源电路，该供电电源电路包括用于连接到第一电源的初级侧电路，用于连接到交通工具的次级侧电路，以及连接初级侧电路和次级侧电路的变压器。开关操作来有选择地将初级侧电路连接到第一电源。第二电源在供电电源电路工作期间被充电。由第二电源供电的控制器具有至少一个输入。控制器生成输出以便基于所述至少一个输入有选择地操作开关。至少一个输入包括定期唤醒输入，以引起开关的定期选择性操作，来为第二电源充电。定期唤醒输入是到第二电源的连接，以便监控第二电源的充电。至少一个输入包括用于监控到交通工具的连接的触发输入。

附图的简要说明

图1示出了本发明的实施方式中的离线供电电源的框图；

图2示出了本发明的实施方式中的离线供电电源，其用在插入式的混合动力交通工具应用中；以及

图3示出了控制器的一种实现，其中使用了定期唤醒输入和多个触发输入。

详细描述

根据需要，此处公开了本发明的详细实施方式；然而，应理解，所公开的实施方式仅仅是可体现在各种和可选的形式中的本发明的示例。这些附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以便显示特定组件的细节。因此，此处所公开的特定的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅解释为用于教导本领域中的技术人员来不同地使用本发明的代表性的基础。

根据本发明的实施方式，智能的离线供电电源可检测到存在可忽略的工作电流并且作为结果可断开AC变压器的初级侧。这具有与将供电电源从AC电源拔出相同的效果。当AC源断开时，供电电源停止消耗能量。当通过控制器检测到系统工作电流消耗时，AC电源重新连接，由此恢复变压器的正常操作。

在这个实施方式中，控制器本身依靠存储在超级电容器或高效电容器中的电压运行，所述超级电容器或高效电容器在变压器正常工作时充电。如果电容器的工作电压落到阈值水平之下，则控制器重新连接AC电源，连接的时间足以给电容器重新充电。在示例性实现中，重新充电可以在数秒内完成。在电容器重新充电之后，控制器将AC电源再次断开。在一些实施方式中，电容器电压小于60V。

在更加详细的水平，可提供旁路开关以允许对电容器进行最初充电，由此启动控制器。如果电容器完全放电，则该开关还允许系统恢复。在一些实现方式中，机械联锁可允许用户持续永久地绕过关闭控制器，使得该系统作为不具有断开特征的普通系统运转。

应认识到，本发明的实施方式具有许多应用。例如，本发明的实施方式可能适合于所有使用插入式充电器的低功率产品、或者离线供电电源和在关断状态下维持某一最小工作水平的消费电子设备。特别是，本发明的实施方式可能适合于电池充电产品，比如用于插入式混合动力交通工具的充电器线组。而且一般来说，本发明的实施方式可能适合于变压器可被正常保持插入的所有商业充电器。

图1示出了在本发明的实施方式中的离线供电电源的框图。离线供电电源一般用10来指示。AC电源12在AC电源插头14处供电。供电电源电路包括初级侧电路16；该初级侧电路16包括用于连接到AC电源插头14的连接18。

供电电源电路还包括变压器20。该变压器20包括初级绕组22和次级绕组24。供电电源电路还包括用于连接到负载的次级侧电路30。变压器20连接初级侧电路16和次级侧电路30。

次级侧电路30由包括二极管42的二极管桥式整流器40组成。此外，DC电压调节和降压调节电路44接收整流器40的输出。

应认识到，变压器20、整流器40以及降压和调节电路44可按任何适合的方式来实现，正如本领域中的普通技术人员认识到的一样。本发明的实施方式不限于任何特定的供电电源拓扑。

继续参考图1，开关50可操作来选择性地将初级侧电路16和变压器20连接到AC电源12。此外，提供手动的重置/旁路开关52。手动的旁路开关52允许用户选择性地将初级侧电路16和变压器20连接到AC电源12；开关50受到开关控制信号54的控制。另一方面，开关52可被手动操作。

另外，开关52优选地包括机械联锁机构，以便允许持续的手动旁路。开关50本身可以按任何适当的方式比如晶体管来实现，正如本领域中的普通技术人员认识到的一样。另外，手动的重置/旁路开关和机械联锁52可以按任何适当的方式来实现，正如本领域中的普通技术人员认识到的一样。

按照本发明，离线供电电源包括第二电源。该第二电源是专用的电源，其与负载分离。例如，在低功率电池充电器应用中，第二电源与正在充电的电池分离。在图1的特定示例性实现中，第二电源采用了电容器60的形式。电容器60在供电电源电路工作期间充电。

更详细地，电容器60是当供电电源电路和变压器20正常工作时被充电的超级电容器或高效电容器。在一些实现方式中，电容器电压小于60V。

供电电源控制器70由第二电源供电，在这种情况下，第二电源为电容器60。在这个实施方式中，供电电源控制器70具有连接到电容器60的DC供电电压输入72、连接到电容器60的电压感测输入74、以及用于负载电流监控的电流感测输入76。控制器70生成输出80以便选择性地操作开关50。输出80通过可以按任何适当方式实现的电压隔离电路82，以便产生开关控制信号54。

在图1的实施方式中，电压感测输入74作为定期唤醒输入起作用，以使开关50定期选择性操作以为电容器60充电。也就是说，电压感测输入74监控电容器60的充电。

电流感测输入76监控负载。电流传感器90感测负载电流，并且电流感测输入76将该信息提供给供电电源控制器70。

图2示出本发明的实施方式中的离线供电电源，其用在插入式混合动力交通工具应用中。这个装置（线组或壁充电站）一般用100来指示。线组或壁充电站的主PCB102包括微控制器104、控制导频电路106以及其他电路108。还描绘了线110和插头112，其被配置成使得到交通工具的连接产生控制导频信号或接近度检测。一般来说，主PCB102、微控制器104、控制导频电路106、其他电路108和插头112以适当的方式工作，正如本领域中的普通技术人员所理解的一样。

AC电源120连接到输入滤波电路122，并连接到二极管桥124和电容器126。被整流的DC电压连接到隔离变压器130。变压器130包括初级绕组132和一系列次级绕组134、136、138；变压器还包括辅助绕组140。低压差调节器142为微处理器104提供经调整的电压。被开或关的供电电源以一种已知的方式通过缓冲器电路150、开关152、电阻器154、PWM控制器156的操作从AC电源120提供输出电压，所述PWM控制器156从反馈补偿电路158接收输入。

继续参考图2，VCC经由电阻器170、172、晶体管174、电容器176被提供给PWM控制器156；辅助绕组140经由二极管180、182连接到晶体管174。按照本发明，启动触发器/供电电源控制器200与开关174隔离并操作该开关174；否则，整个供电电源的操作可按适当的方式出现，正如本领域中的普通技术人员所理解的一样。

启动触发器200从专用电源202接收电力。启动触发器200可基于控制导频信号或接近度信号206来触发。启动触发器200还接收定期唤醒信号204。定期唤醒信号可被用于驱动隔离组件比如光耦合器的低电压侧，并且为专用的电源202充电。应认识到，启动触发器200的操作基于控制导频/接近度输入206和定期唤醒信号204，并且与专用电源202的协作根据上面给出的解释出现。

图3示出了控制器的实现，其中使用了定期唤醒输入和多个触发器输入。控制器220由专用电源222供电，并且生成开关控制信号226。电压隔离块224将低压控制器220与开关控制的高压组件隔离。专用电源222在受开关控制信号226控制的电源的工作期间充电。

控制器220具有多个输入，包括定期唤醒信号输入230、第一触发输入232和第二触发输入234。控制器220处理多个输入以产生开关控制信号226。

触发器能够以各种方式实现。例如，远程控制信号、光、太阳能等都是可能的。例如，当灯亮起时，光电二极管可用于接通电源，或者在另一个例子中，当与耗尽模式MOSFET结合使用时，当灯亮起时，光电二极管切断电源。在一种可能情况下，集成电路（IC）可具有集成的太阳能电池并用于控制供电电源。

虽然已经描述了本发明的一些实施方式，但应认识到各种可选的实施方式是可能的。

虽然以上描述了示例性的实施方式，然而意图不是这些实施方式描述本发明所有的可能形式。相反，在说明书中所使用的词语是描述性的词语而非限制性的词语，并且应理解，可做出各种改变而不偏离本发明的精神和范围。此外，各种实现的实施方式的特征可被组合以形成本发明的另外的实施方式。

Claims (19)

1.一种离线供电电源，包括：

供电电源电路，其包括用于连接到第一电源的初级侧电路、用于连接到负载的次级侧电路、以及连接所述初级侧电路和所述次级侧电路的变压器；

开关，其能够操作来选择性地将所述初级侧电路连接到所述第一电源；

第二电源，其在所述供电电源电路工作期间被充电；以及

控制器，其由所述第二电源供电并且具有至少一个输入，所述控制器生成输出以便基于所述至少一个输入有选择地操作所述开关。

2.如权利要求1所述的离线供电电源，其中所述第二电源是电容器。

3.如权利要求2所述的离线供电电源，其中所述至少一个输入包括定期唤醒输入，以引起所述开关的定期选择性操作，来为所述电容器充电。

4.如权利要求3所述的离线供电电源，其中所述定期唤醒输入是到所述电容器的连接，以便监控所述电容器的充电。

5.如权利要求3所述的离线供电电源，其中所述至少一个输入包括用于监控所述负载的触发输入。

6.如权利要求5所述的离线供电电源，其中所述触发输入是到所述次级侧电路的连接，以便感测负载电流。

7.如权利要求1所述的离线供电电源，还包括：

手动旁路开关，其能够操作来选择性地将所述初级侧电路连接到所述第一电源，以便由此为所述第二电源充电。

8.如权利要求7所述的离线供电电源，还包括：

联锁机构，其与所述手动旁路开关相关联，以便允许持续的手动旁路。

9.如权利要求1所述的离线供电电源，其中所述至少一个输入包括定期唤醒输入，以引起所述开关的定期选择性操作，来为所述第二电源充电。

10.如权利要求9所述的离线供电电源，其中所述定期唤醒输入是到所述第二电源的连接，以便监控所述第二电源的充电。

11.如权利要求9所述的离线供电电源，其中所述至少一个输入包括用于监控所述负载的触发输入。

12.如权利要求1所述的离线供电电源，还包括：

电压隔离机构，其在由所述控制器生成的输出与所述开关之间。

13.一种用于为插入式交通工具充电的装置，所述装置包括：

供电电源电路，其包括用于连接到第一电源的初级侧电路、用于连接到所述交通工具的次级侧电路、以及连接所述初级侧电路和所述次级侧电路的变压器；

开关，其能够操作来选择性地将所述初级侧电路连接到所述第一电源；

第二电源，其在所述供电电源电路工作期间被充电；以及

控制器，其由所述第二电源供电并且具有至少一个输入，所述控制器生成输出以基于所述至少一个输入来选择性地操作所述开关；

其中所述至少一个输入包括定期唤醒输入，以引起所述开关的定期选择性操作，来为所述第二电源充电；

其中所述定期唤醒输入是到所述第二电源的连接，以便监控所述第二电源的充电；

其中所述至少一个输入包括用于监控到所述交通工具的连接的触发输入。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述装置是线组。

15.如权利要求13所述的装置，其中所述装置是壁充电站。

16.如权利要求13-15中任一项所述的装置，其中所述第二电源是电容器。

17.如权利要求13-15中任一项所述的装置，其中所述触发输入是到所述次级侧电路的连接，以便感测负载电流。

18.如权利要求13-15中任一项所述的装置，还包括：

手动旁路开关，其能够操作来选择性地将所述初级侧电路连接到所述第一电源，以便由此为所述第二电源充电。

19.如权利要求13-15中任一项所述的装置，还包括：

电压隔离机构，其在由所述控制器生成的输出与所述开关之间。