CN103138585B - 离线电力供应器和充电装置 - Google Patents

Abstract

公开了离线电力供应器和充电装置。一种离线电力供应器，包括供电电路，该供电电路包括初级侧电路，其用于连接到电源上；次级侧电路，其用于连接到负载；以及变压器，其连接初级侧电路和次级侧电路。开关选择性地将初级侧电路连接到电源上。触发电路连接到次级侧电路并且具有至少一个输入。触发电路生成输出，以基于至少一个输入选择性地操作所述开关。

Description

离线电力供应器和充电装置

技术领域

本申请涉及低功耗插电式电池充电器和电力供应器，在装置不充电时，其可以降低静态电流消耗。

背景技术

目前，有很多制造商生产标准低功耗插电式充电器，此种充电器被广泛使用。这种充电器没有自动控制装置以将初级变压器从AC电源断开。只要被插电，系统便会消耗能量，不管系统运作与否。

更广泛地，现有电力供应器造成寄生的非运行能源浪费。只要系统被插电，离线电力供应器就会继续消耗能量，即使电力供应器所供给的系统未操作，例如当系统关闭时、电池充满电时，等。

这些系统的示例包括笔记本电脑的电力供应器、手持电子设备如手机、便携式音乐播放器等的插电式电池充电器。任何响应远程控制装置的“瞬间启动”设备，如电视机和有线电视盒，即使设备已经关闭也继续消耗能量。允许设备能够响应远程控制信号是必要的。

换句话说，只要有AC变压器插入AC电源，设备便消耗能源。阻止这种寄生功率消耗的唯一的方法是移除AC电源。移除AC电源通常要求把设备从AC插座上拔掉。如此很不方便，且许多用户会将设备一直插在插座上，当从持续原则上考虑家庭分布时，会造成相当大的能源浪费。

现有的高功率(200-400 VDC)充电器在变压器的初级侧上具有开关(晶体管)用于控制。由于控制信号对于激活此开关并为变压器提供能量是所必需的，因此，系统需要具备现有的电池充电器以便将充电器系统的操作初始化。

背景信息可以在第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。更多背景信息可在第2003/0210118、2008/0061746和2006/0062027号美国公布中找到。

发明内容

在一种实施方式中，离线电力供应器可包括供电电路，该供电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、和连接所述初级侧电路和所述次级侧电路的第一变压器。开关可操作以选择性地将所述初级侧电路连接到所述第一电源。第二电源可源自所述第一电源。由所述第二电源供电的检测电路可以连接到所述次级侧电路。所述检测电路可以包括至少一个输入并可以生成输出，以基于所述至少一个输入选择性地操作所述开关。电压隔离机构可位于由检测电路生成的输出和开关之间。另外，锁存器可位于由检测电路生成的输出和电压隔离机构之间。

应理解到，本申请的实施方式可以多种方式实现。例如，第二电源可为第二变压器。此外，第二变压器可为降压变压器，该降压变压器连接到第一电源，降低输出电压。到检测电路的至少一个输入可包括触发器输入，用于监控负载。用于监测负载的触发器输入可为次级侧电路和负载之间的连接。根据一种或多种实施方式，次级侧电路和负载之间的连接可使用控制引导信号或接近检测进行检测。

在另一种实施方式中提供了用于给插电式交通工具充电的装置、电线套件(cord set)、或壁式基座(wall station)。所述装置可包括供电电路，该供电电路包括用于到连接电源的初级侧电路，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。开关可操作以选择性地将所述初级侧电路连接到所述电源。触发电路可连接到所述次级侧电路并可包括至少一个输入。所述触发电路可生成输出，以基于所述至少一个输入选择性地操作所述开关。所述至少一个输入可包括触发器输入，用于监控到所述交通工具的连接。

应理解到，本申请的实施方式可以用多种方式实现。例如，触发电路可为缓冲电路。可选地，触发电路可为低功率检测电路，该检测电路由次级侧电路独立供电。

在另一种实施方式中提供了用于给插电式交通工具充电的装置、电线套件、或壁式基座。所述装置可包括供电电路，所述供电电路包括用于连接到电源的初级侧电路，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。至少一个开关可操作以选择性地为包含在所述次级侧电路中的各种元件供电。触发电路可连接到所述次级侧电路以及可包括至少一个输入。所述触发电路可生成输出，以基于所述至少一个输入选择性地操作所述至少一个开关。所述至少一个输入可包括触发器输入，用于监控到所述交通工具的所述连接。

应理解到，本申请的实施方式可以多种方式实现。例如，至少一个开关可包括正电压供给开关和负电压供给开关，以有选择地为包含在次级侧电路中的各种组件供电。此外，用于操作触发电路的电源可为非开关式的(unswitched)。

附图简述

根据本申请的一个或多个实施方式，图1说明了用于插电式混合动力车辆应用的示例离线电力供应器；

根据本申请的一个或多个实施方式，图2说明了用于插电式混合动力车辆应用的另一个示例离线电力供应器；

根据本申请的一个或多个实施方式，图3说明了用于插电式混合动力车辆应用的又一个示例离线电力供应器。

详细描述

根据需要，在此公开本申请的详细的实施方式；然而，应理解到，公开的实施方式仅为本发明的示例，其可以各种方式和可选方式实现。附图不一定按比例绘制；一些特点可被放大或缩小以示出特定元件的细节。因此，在此公开的特定的结构和功能的细节将不被理解为限制，而是仅作为代表性的基础，用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的实施方式。

根据本申请的一个或多个实施方式，智能离线电力供应器可检测到存在可以忽略的操作电流，并由此能够将AC变压器的初级侧断开。这相当于将电力供应器从AC电源上断开。当AC电源从初级侧上断开时，电力供应器可以停止消耗能量，只有低功率检测电路还需要供电。当低功率检测电路检测到系统操作电流消耗时，可重新将AC电源连接到初级侧上，从而恢复变压器的正常运作。在本实施方式中，使用由连接到AC电源的降压变压器产生的相对低压，低功率检测电路本身的供电可以与供电电路其余部分分离。

应理解到，本申请的实施方式可以有多种应用。例如，本申请的实施方式可以适合使用插电式充电器或离线电力供应器的所有低功率产品以及将在其关闭状态下的操作保持在某种最低级别的消费者电子设备。特别地，本申请的实施方式适合电池充电产品，例如插电式混合动力交通工具的充电器电线套件。一般来说，本申请的实施方式适合于其中变压器可以通常被保持为插入状态的所有商业充电器。

根据本申请的一个或多个实施方式，图1说明了用于插电式混合动力车辆应用的离线电力供应器。整个电力供应装置（电线套件或壁式基座）通常以10来指示。该电力供应器一般可包括初级侧电路12以及次级侧电路14，其由隔离变压器16连接。次级侧电路14可包括电线套件或壁式基座主PCB 18，其自身可包括微控制器20、控制引导电路22和其他电路24。

该电力供应器也可包括电线26和插头28。插头28可被配置成使得通过插座34到交通工具32的车载充电器(OBC)30的连接产生控制引导信号或接近检测。一般来说，主PCB 18、微控制器20、控制引导电路22、其他电路24以及插头28可以用适当方式操作，正如本领域技术人员所理解的。

AC电源36可为供电电路供电，该供电电路包括初级侧电路12和次级侧电路14。初级侧电路12可将AC电源36连接到电力供应器10上。例如，AC电源36可被连接到输入滤波电路38以及二极管桥40和电容器42。整流DC电压可被连接到隔离变压器16。变压器16可包括初级绕组44和一系列次级绕组46、48、50，变压器16也包括辅助绕组52。低压降稳压器54可为微处理器20提供稳定电压。开关式电力供应器可以用已知的方式通过操作缓冲电路56、开关58、电阻器60和PWM控制器62，从AC电源36提供输出电压，其中，PWM控制器62从反馈补偿电路64接收输入。

继续参考图1，VCC经电阻66、68、晶体管70、电容器72提供到PWM控制器62，以及辅助绕组52经二极管74、76连接到晶体管70上。晶体管70可作为开关操作，以响应于使能触发器信号78而选择性地将初级侧电路12和变压器16连接到AC电源36，这点将在下文中详细说明。另外，整个电力供应器可以用适当方式操作，正如本领域技术人员所理解的。

根据本申请的一个或多个实施方式，触发电路80可使用由电阻器82引入的控制引导电阻检测插头28到OBC 30的插座34的连接。触发电路80可包括例如电阻器84、86、88、电容器90和晶体管92，并且可以响应于至少一个输入94（如，控制引导信号)，以适当的方式作为低功率检测电路操作，正如本领域技术人员所理解的。例如，一旦电力供应器被连接到OBC 30上，电容器90可以积累电荷，这可能驱使晶体管92生成形式为唤醒信号的输出96。

根据本申请的一个或多个实施方式，可使用电压隔离机构或元件，例如光耦合器98，将触发电路80与变压器16的初级侧电隔离。来自触发电路的唤醒信号可被用于驱动光耦合器98的低压侧，从而生成使能触发器信号78。如先前所述，使能触发器信号78可选择性地操作晶体管70，以通过将变压器16的初级侧连接到AC电源36来开启电力供应器10。

在一些实现方式中，锁存器100可被安装在触发电路80和光耦合器98之间。如果来自触发电路80的唤醒信号脉冲不够长以致其自身无法将光耦合器98保持激活状态足够长时间的话，则锁存器100可使光耦合器98保持激活状态足够长时间，以使微控制器20完成其运行。对此，锁存器100也可以被连接到微控制器20。相应地，当唤醒信号脉冲消失后，微控制器20可通过锁存器100驱动光耦合器98，直到微控制器恢复到睡眠状态。在另一个可选实施方式中，如果没有使用锁存器，微控制器20可被直接连接到光耦合器98上，以便保证初级侧电路12的供电，同时微控制器20完成其操作。

电力供应器10可包括次级低压电源102，次级低压电源102源自AC电源36，用于单独为触发电路80供电。根据本申请的一个或多个实施方式，第二电源102由降压变压器104提供。降压变压器104可为较小的变压器，其连接到二极管桥106上，用于将来自AC电源36的AC电压降低至相对低的整流D C电压(例如，10-12伏)。相对低的整流D C电压可被称为维生(keep-alive)电源。相应地，当电力供应器10从交通工具断开后，降压变压器104和光耦合器98允许完全关闭除低功率触发电路80之外的所有电力供应组件。

根据本申请的一个或多个实施方式，图2说明了用于离线电力供应器10’的可选配置。图2描述的可选配置可在使用接近检测以在电力供应器连接到交通工具时发出信号的时候使用。如图2所示，其中类似的参考数字与类似元件对应，电力供应器10’可包括缓冲电路108，替代了低功率检测电路。缓冲电路108可作为触发电路操作，用于通过将初级侧电路12连接到AC电源36来选择性地激活变压器16的初级侧。

缓冲电路108可包括至少一个输入110。例如，缓冲电路108可以被连接到包含在插头28中的接近信号输入。当插头28从交通工具32断开时，输入到缓冲电路108的接近信号经电阻器112通常被拉低。如本领域技术人员所理解的，在电力供应器与交通工具32的OBC 30相连时，缓冲电路108可以适合的方式生成唤醒信号形式的输出114。例如，连接到OBC30的稳定电压(如，5伏特)的电阻器116可以将到缓冲电路108的通常低的接近信号输入110拉高。当接近信号输入110升高时，缓冲电路108可使用边缘触发器生成唤醒信号输出114，表示连接到交通工具32。

如参考图1所述的，唤醒信号可用于驱动光耦合器98的低压侧，从而生成使能触发器信号78，使能触发器信号78通过晶体管70激活变压器16的初级侧。此外，可以在缓冲电路108和光耦合器98之间引入锁存器100，以使光耦合器98处于激活状态足够长时间，以使微控制器20完成其操作。对此，锁存器100也可被连接到微控制器20，使得当唤醒信号脉冲消失时，微控制器20可以通过锁存器100驱动光耦合器98，直到微控制器恢复到睡眠状态。在可选的实施方式中，当没有使用锁存器时，微控制器20可被直接连接到光耦合器98上，从而保证电力供应器的初级侧电路12被供电，同时微控制器20完成其操作。在使用了缓冲电路108的情况下使用接近检测时，无需独立电源。

根据本申请的一个或多个实施方式，图3说明了离线电力供应器10”的另一可选配置，用于降低静态电流消耗。如图3所示，主PCB 18中的控制引导电路22和其他电路24可被连接到开关电源(如，+15.5V_SW-15.5V_SW)。此外，离线电力供应器10”可包括触发电路118，其类似于来自图1的低功率触发电路80。然而，在图3所示的配置中，触发电路118可使用来自变压器16的整流DC电压(如，15.5伏特)直接供电，其可保持非开关式的。

触发电路118可具有至少一个输入120，用于检测与交通工具32的连接。例如，触发电路118可使用控制引导信号来检测与交通工具的连接。响应于控制引导信号，触发电路118可生成输出122，输出122操作至少一个开关。所述至少一个开关可包括正电压供给开关124和负电压供给开关126。如本领域技术人员理解的，正电压供给开关124和负电压供给开关126可以适合的方式实现。此外，正电压供给开关124和负电压供给开关126可选择性地为包含在次级侧电路14中的一个或多个元件供电。例如，正电压供给开关124和负电压供给开关126可控制控制引导电路22和其他电路24的操作。对此，尽管在电力供应器10”未使用时初级侧电路12保持激活状态，控制引导电路22和其他电路24可能被关闭以将后端消耗降至最低。除了触发电路118外，所有控制电路和元件可保持关闭，直到唤醒事件发生(如，连接到交通工具)。因此，当电力供应器未使用时，功率消耗可大大减少。

如参考图1所述的，锁存器100可用于使正电压供给开关124和负电压供给开关126保持足够长的开启时间，以使微控制器20在恢复到睡眠状态之前完成其运行。此外，如参考图2所述的，正电压供给开关124和负电压供给开关126可使用接近检测而不是控制引导信号来触发。

虽然以上描述了示例的实施方式，但这些实施方式并非意图描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，应理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以进行各种改动。此外，各种执行的实施方式的特点可被结合以形成本发明的更多实施方式。

Claims (14)

1.一种离线电力供应器，包括:

供电电路，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第一变压器；

开关，其可操作为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，其源自所述第一电源；

微控制器，其设置在所述次级侧电路中；

检测电路，其由所述第二电源供电，并连接到所述次级侧电路，所述检测电路具有至少一个输入并生成用于唤醒所述微控制器的唤醒信号形式的输出，其中所述唤醒信号还用于基于所述至少一个输入选择性地操作所述开关；

电压隔离机构，其安置在由所述检测电路生成的所述输出和所述开关之间；以及

锁存器，其安置在由所述检测电路生成的所述输出和所述电压隔离机构之间，其中，所述锁存器被连接到所述微控制器，使得所述微控制器通过所述锁存器驱动所述电压隔离机构，直到所述微控制器恢复到睡眠状态。

2.根据权利要求1所述的离线电力供应器，其中，所述第二电源为第二变压器。

3.根据权利要求2所述的离线电力供应器，其中，所述第二变压器为降压变压器，该降压变压器连接到所述第一电源，用于降低输出电压。

4.根据权利要求1所述的离线电力供应器，其中，所述至少一个输入包括触发器输入，用于监控所述负载。

5.根据权利要求4所述的离线电力供应器，其中，所述触发器输入为所述次级侧电路和所述负载之间的连接。

6.根据权利要求5所述的离线电力供应器，其中，使用控制引导信号来检测所述次级侧电路和所述负载之间的所述连接。

7.根据权利要求5所述的离线电力供应器，其中，使用接近检测来检测所述次级侧电路和所述负载之间的所述连接。

8.根据权利要求1所述的离线电力供应器，其中，所述电压隔离机构为光耦合器。

9.一种用于给插电式交通工具充电的装置，所述装置包括：

供电电路，其包括用于连接到电源的初级侧电路、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，其可操作为选择性地将所述初级侧电路连接到所述电源；

微控制器，其被包括在所述次级侧电路中；

触发电路，其连接到所述次级侧电路并具有至少一个输入，所述触发电路生成用于唤醒所述微控制器的唤醒信号形式的输出，其中所述唤醒信号还用于基于所述至少一个输入选择性地操作所述开关的输出，其中，所述至少一个输入包括触发器输入，用于监控到所述交通工具的连接；

电压隔离机构，其安置在由所述触发电路生成的所述输出与所述开关之间；以及

锁存器，其安置在由所述触发电路生成的所述输出和所述电压隔离机构之间，其中所述锁存器被连接到所述微控制器，使得所述微控制器通过所述锁存器驱动所述电压隔离机构，直到所述微控制器恢复到睡眠状态。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述触发电路为缓冲电路。

11.根据权利要求9所述的装置，其中所述触发电路为低功率检测电路。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括：

降压变压器，其连接到所述电源，用于降低输出电压，其中，所述降压变压器为所述低功率检测电路供电。

13.一种用于给插电式交通工具充电的装置，所述装置包括：

供电电路，所述供电电路包括用于连接到电源的初级侧电路、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；

至少一个开关，其可操作为选择性地为包含在所述次级侧电路中的一个或多个元件供电；

微控制器，其设置在所述次级侧电路中；以及

触发电路，其连接到所述次级侧电路并具有至少一个输入，所述触发电路生成用于唤醒所述微控制器的唤醒信号形式的输出，其中所述唤醒信号还用于基于所述至少一个输入选择性地操作所述至少一个开关的输出，

其中，所述至少一个输入包括触发器输入，用于监控到所述交通工具的连接，其中，所述至少一个开关包括正电压供给开关和负电压供给开关，用于选择性地为包含在所述次级侧电路中的所述一个或多个元件供电，以及其中，对所述触发电路的供电为非开关式的。

14.根据权利要求13所述的装置，还包括：

锁存器，其安置在由所述触发电路生成的所述输出和所述至少一个开关之间。