CN1102913A - 电源 - Google Patents

Abstract

一种电源，用于以DC方式激励诸如小的轴气 /压缩泵的电机之类的负载装置，此电源包括与一 AC源连接的AC插座、整流器、用于对一个蓄电池 充电的充电电路、用于将负载装置与来自AC源的经 整流的AC信号连接或者与电池的手动开关连接、以 及控制电路，当手动开关闭合且AC插座未与AC源 连接时，该控制电路用于将电池与负载装置连接，当 AC插座与AC源连接，且手动开关断开时，控制电 路用于使电池脱离负载装置并将其与充电电路连 接。

Description

本发明涉及一种电源。本发明特别适用于激励较小负载装置的各种AC/DC电源，所述较小负载装置诸如小的抽气/压缩泵的马达，因此，下面根据这种应用描述本发明。

本发明的目的是要提供一种前述类型的电源，这种电源具有下面将要更详细阐述的许多优点。

根据本发明，所提供的用于以DC方式激励负载装置的电源包括：一个用于连接至一AC电源的AC插座;一个用于对AC信号整流并向负载供给DC电压的整流装置;一个用于容纳一可充电蓄电池的电池容室;一个用于以经过整流的AC信号对蓄电池充电的充电电路;一个用于将负载装置或者与来自AC源的被整流AC信号连接，或者与电池连接的手动开关;以及一个控制电路，当手动开关闭合且AC插座未与AC源连接时，此控制电路用于将电池与负载装置连接，而当AC插座与AC源连接且手动开关断开时，此控制电路用于使电池脱离负载装置并与充电电路连接。

根据后面描述的本发明的优选实施例中的进一步的特征，控制电路将加在电池上的充电电压调节到稍高于加在负载装置上的DC电压。

根据所述优选实施例的进一步的特征，该整流装置包括：一个用于对AC源信号整流的第一整流电路;一个开关电路，用于将来自第一整流电路的整流后的输出信号转换成高于AC源的频率的AC信号;一个用于接收来自开关电路的AC信号的变压器;以及用于对变压器的输出信号整流的第二整流电路。特别是，上述控制电路包括一个控制器，它根据第二整流电路的输出控制开关电路的工作因数（duty  cycle），以调节其输出。

根据所述优选实施例的进一步的特征，上述控制电路包括第一比较器电路，它检测由AC源加在负载装置上的电压，还包括一个由第一比较器电路控制的晶体管电路，当比较器检测到存在由AC源加在负载装置上的DC电压时，此晶体管电路使电池与负载装置断路。控制电路还包括一个第二比较器，它检测加在电池上的充电电流并控制控制器，以便根据检测到的充电电流控制开关电路的工作因数。

本发明的所述优选实施例还包括：一个DC插座，它可与向负载供给DC电压的DC源连接;以及一个电联锁部件，一当DC插座连接一DC源时，此联锁部件就使负载自动脱离AC源的DC输出。DC插座邻近AC插座，并且在这两个插座之间以可旋转方式安装着一块挡板，以便能使此挡板允许接入其中一个插座而与此同时阻止接入另一插座。

根据所述优选实施例的进一步的特征，此电源安装在一个L形的印刷电路板上，此电路板具有两个呈直角的腿，上述电池容室嵌置于两腿之间的交接处。此外，此电源包括一个光指示器，用以指示电源的状态;光指示器和手动开关直接安装在印刷电路板上;此电源容纳在一壳体内，壳体上有开口，用于容纳安装在印刷电路板上的光指示器和手动开关。

根据所述优选实施例的进一步的特征，负载装置是一个电机，并且此电源还包括一个热保护熔断器，它安装在印刷电路板上并靠近电机，以便在电机过热时，熔断器熔化而断开电路。

本发明的其它特征和优点将从以下的说明中得以清楚了解。

下文中仅以举例方式参照附图对本发明进行描述，附图中：

图1是表示根据本发明构成的一种电源的方框图;

图2是更具体地表示根据本发明的一种电源的构造的电路图;

图3示意地表示电源封装在一个小的便携式壳体中，以便用于一便携式压缩机或抽气泵;

图4是表示图3中壳体的后侧的视图;

图4a是图4的局部视图，表示安装于壳体上的防护挡板的第二位置。

附图中所示的电源特别适于连至一AC源或一DC源，这一电源是用来向一电机提供DC电压，从而驱动一小的抽气/压缩泵。因此，图1所示的方框图中表示出电机M，它由AC输入连接器2或DC输入连接器4供电。当由AC输入连接器2供电时，AC信号通过一个RFI（射频干扰）滤波电路6和一个整流器8输入开关和转换电路10。后一电路由控制电路12控制，以便向第二整流电路14提供一AC输出信号，此输出信号的频率高于AC输入信号2，并且具有由控制电路12控制的工作因数。第二整流电路14通过手动开关SW1把DC电压加在电机M上。

图1中示出的电路还包括一个电池BAT，此电池由第二整流电路14在电池充电电路16的控制下选择性充电。该电路是这样连接的，当手动开关SW1闭合且AC输入连接器2未连接在该路上时，电池连至电机M，而当AC输入连器2连接在该电路上且手动开关SW1断开时，电池与电机M不再连接，而是与第二整流电路14连接，以便由它充电。指示电路20指示电池BAT的状态。

连接在图1所示电路上的DC输入4也受手动开关SW1控制。正如下面参照图2所详细描述的那样，此电路包括一个电联锁部件，一当DC源4连至该电路时，此联锁部件便使电机M自动脱离第二整流电路14。此电路还包括一个机械联锁部件，正如后面将参照图4和4a更详细地描述的那样，此机械联锁部件做成防护挡板的形式，它在任何时候只允许AC输入连接器2或者DC输入连接器4中的一个单独连接在该电路上。

图2是更完整地显示出图1中所示的电路构造的电路图，尤其是图1中方框10、12、14、16和18内的部件的构造的电路图。

如图2所示，AC输入连接器2做成可与一AC源连接的AC插座J1的形式，这里所说的AC源为诸如50或60Hz的110或220伏的家用AC供电电源。AC输入首先加在与图1中的滤波器6对应的RFI（频射干扰）滤波器上，尔后送入桥式整流器BR1，此整流器与图1中的整流器8相对应，其输出由电容器C1平流滤波。为降低造价，电容器C1较小，所以它不能完全滤除来自整流器的电压波纹。另外，电容器C1具有很低的阻抗，所以它容许高电流转换，而又不引发显著的阻抗损耗。

图1中所示的开关和转换电路10包括图2所示的一个回描变压器T1，其初级绕组由包括晶体管Q1和Q2的开关电路控制。晶体管Q2将整流器8的输出信号转换为-AC信号，此AC信号的频率大大高于加在变压器T1的初级上的AC源的频率（例如，250KHz）。晶体管Q1与电阻器R10组合起来，为变压器T1提供了电流限制和短路保护;因此，如果通过电阻器R10的电流过大，其两端的压降就超过晶体管Q1的基极电压而使之导通，并因此又将晶体管Q2的栅极接地，从而切断了流过晶体管Q2的电流。

晶体管Q2由一个PWM（脉宽调制）控制器U1控制，以便按照由PWM控制器U1控制的工作因数（即，在每一周期内晶体管Q2通断时间的比率）将变压器T1的初级绕组控制在预定的频率（例如，250KHz）。因此，变压器T1的次级绕组的输出就受到控制器U1的控制。

变压器T1按“回描”模式工作。因此，当晶体管Q2导通时，变压器T1存储能量，而当晶体管Q2截止时，该能量通过二极管D1充至一输出电容器C2。施加在电容器C2上的这种输出用于激励电机M或给电池BAT充电。

流过晶体管Q2的电流以由控制器U1通过其输入端3控制。此输入端3连至电阻器R10和晶体管Q1的基极的节点，从而控制晶体管Q2的工作因数，限制电流并为变压器T1提供短路保护。

图2所示的电路还包括当电路通过其AC插座J1连至AC源，以及手动开关SW1接通而激励电机M时，用来断开电池BAT的手段。这是通过比较器U3a来实现的，该比较器检测电机M正极的高电压，以便当该电极电压为正时，使晶体管Q6导通。这又会使晶体管Q7截止，从而断开电池BAT的负极，于是电池就不能充电。

电池BAT被充电到比AC电源加在电机M上的电压更高的电压。因此，此AC电源向电机M供给12.5伏的电压，而电池BAT则充电至13.7伏。因此，当手动开关SW1接通，且电路通过AC插座J1与AC源连接而激励电机M时，上述用于断开电池的手段就能防止电池因其电压较高而放电，还可防止电源连接成既要驱动电机又要对电池充电而导致负载过重。

二极管D8将充电电流引至电阻器R3，从而使得电池BAT即使在晶体管Q7截止的情况下也能充电。电阻器R3是一个电流检测电阻器。它控制电池充电电流，以防止电池损坏，或过度频繁地开关电源。这是由比较器U3b实现的。此比较器通常以由电容器R31和R32预设定的电压为基准。当电池BAT的充电电流超过预设定的限度时，在比较器U3b的端头6引入的通过电阻器R3的电压，使比较器的输出7成为负的。比较器的这一输出信号通过二极管D7加在控制器U1的端头1上，它促使控制器降低与变压器T1连接的晶体管Q2的工作因数，从而减小通过变压器的电流。

当手动开关SW1闭合，且AC电源驱动电机M时，电池BAT就不能充电。这种工作状态是这样实现的，即，使电容器C2上的电压从为电池BAT充电所必需的13.7伏降至12.5伏，后者是当由电池BAT供电时，或在AC插座2上有AC电压而由AC电源供电时，用于驱动电机M的电压。当手动开关SW1断开，并且AC插座J1不供应AC电时，没有电供给比较器U3a的端头8，因此其输出端头1为地电位。这就使得晶体管Q6保持截止状态，并容许电池BAT正极的电池电压通过电阻器R2导通晶体管Q7。

所示的电路还包括一个两色光指示器LEDI。当向电机M或向电池BAT供电时，指示器LEDI通过晶体管Q3，二极管D5和电阻器R18被激发而显示绿色。但是，当电机由电池BAT驱动并且电池电压低时，则指示器LEDI被激发而显示红色。这是通过由基准部件U2控制的晶体管Q5实现的。因此，电阻器R17和R19在基准部件U2的端头1上提供一个预定的基准电压，使得该基准部件将来自电阻器R16的全部电流引入地下。不过，当手动开关SW1接通时，电池BAT的电压降到预定电平之下，会使基准部件U2的端头1上的电压降低，使其变为不导通的，这样，通过电阻器R16的全部电流将加在晶体管Q5的基极上而使之导通。这样就能通过电阻器R23向指示器LEDI供电，使之显示红色，从而指示出低的电池电压状态。

PWM控制器U1控制晶体管Q2的工作因数，使得在电池BAT正极上保持13.7伏的输出电压，从而对电池进行充电。此电压通过晶体管Q3，电阻器R14和电阻器R22反馈至PWM控制器U1的端头2，给PWM控制器的内部比较器提供了合适的反馈电压。控制器U1的端头2上电压的任何增长都将导致驱动晶体管Q2的工作因数的降低，从而维持一恒定的基准。

当开关SWI闭合且电机M1被激励时，要求以12.5伏而不是以电池BAT充电时采用的13.7伏的电压来驱动电机。其理由是避免既要对电池充电又要激励电机而使用过大的功率;另一个理由是，无论是由电池还是由AC电源供电，都以相同的电压驱动电机，以便产生恒定的输出。这可通过设置一个附加的反馈线路来实现，此线路由电机M1经二极管D6和电阻器R15到达PWM控制器U1的端头2。端头2上的这个反馈电压因此高达13.7伏，而控制器U1就驱动晶体管Q2，以便使电机M1的正极保持12.5伏。

分别与控制器U1的端头4和8连接的电容器C11和电阻器R20控制一个内部振荡器的频率，并因此控制开关电源的频率。

控制器U1的输入端头7通过电阻器R1连接在桥式整流器BR1的输出端上;而控制器的输入端头5则通过电容器C8连接在同一条电路上。当没有电通过AC插座J1引入时，晶体管Q3使电池BAT完全断开，以防止电池放电。电阻器R1容许对电容器C8充电，直至此电容器的电压足以使控制器U1工作。当这种情况发生时，控制器U1通过连接在此控制器的输入端头7上的二极管D2由变压器T1的输出供电。

图2所示的电路还包括一热保护熔断器F2，它安装在印刷电路板的反面，即，与装有图2所示的电子元件的这一面相反的一面。熔断器F2靠近电机M设置，以便能使之感受电机的温度。因此，熔断器为电机提供了过热保护，或为联锁的转子提供了保护。与通常为提供这种保护采用的技术相比，这种保护是以很简单的方式和很低的成本实现的，如果电机中出现过高的温升，它就切断电机的电源。

当电源与DC源4连接时，供应DC电源的插头插在DC插座J3中。这切断了整个电路的接地线路，结果，当闭合手动开关SWI时，只能由可从DC插座J3中得到的电源来驱动电机M。因此，所示的电路产生了电联锁作用，无论何时，一当DC插座J3与DC源连接时，就能使电机M自动脱离AC插座J1。

除了上述电联锁保护功能外，所述的装置还包括机械式保护，用以防止AC插座J1和DC插座D3同时与电源连接。因此，两插座J1和J3相互靠近，安装在供电用的壳体20的后侧。在两插座J1和J3之间以可旋转的方式安装着一块防护挡板22，这块档板可转动到只能与一个插座连接的第一位置，或转动到只能与另一个插座连接的第二位置。因此，当挡板22转至图4所示的位置时，它使AC插座J1露出而挡住DC插座J3;但当转动至图4a所示的位置时，它却使DC插座J3露出而挡住了AC插座J1。

除电池BAT外，图2中所示的全部上述电气元件均安装在一块L形印刷电路板24上（图3），此电路板则卡装于壳体20内。两插座J1和J3直接安装在印刷电路板上，并通过壳体20中的开口突出来，如图4所示。此外，手动开关SWI也直接安装在印刷电路板上，并从开口26中突出来;同样，光指示器LEDI也直接安装在印刷电路板上，并从壳体20上形成的开口28中突出来。如图3所示，电池容室30呈矩形，并且嵌入L形印刷电路板24的两条直角腿的交界处。这种布置方式提供了很紧凑的封装。它还利用电气元件将印刷电路板装配在壳体上，从而免除了对额外安装硬件的需求。

可以看出，附图中所示的电源具有许多重要优点，这些优点包括下列各项：

1.当与90至250伏之间的任一种AC供电干线连接时，它提供固定的DC电压（12伏），并为给电池BAT（例如铅酸电池）充电而提供较高的电压（13.7伏，DC）;

2.它控制电池充电电压和电流，而当电机由AC源供电时，它不对电池进行充电;

3.当电机由AC源驱动时，它将供电电压由13.7伏降至12.5伏，因此，无论由外部AC源供电或者由内部电池供电，它都能使电机在相同功率和电压下运行;

4.它提供了两色光指示器（LEDI），以指示此电源装置的工作状态，并且还可以指示电池的低电压状态;

5.当电机由AC供电干线驱动时，它自动与电池断开，以防止充足了电的电池漏电;

6.它允许将此电源装置通过DC插座J3与一DC源（例如，与汽车用香烟打火机或类似装置）连接，而没有产生会引起内部供电电子电路损坏的电压尖峰的危险，这是靠当DC插座与DC源连接时使电子电路完全断开来实现的;

7.当AC插座J1与AC源连接时，可旋转挡板22阻止将DC插座J3连至DC源，从而封锁了通向内部电路的通路，并且防止了当把AC插座与AC源连接时可能发生的电冲击;

8.安装在印刷电路板上并靠近电机M的热保护熔断器F2能防止电机中的过度温升;

9.位于AC信号输入侧的RFI滤波器6能防止电磁干扰信号的传输;

10.手动开关SWI、两个插座J1和J3以及指示灯LEDI直接安装在印刷电路板上，使得能利用这些元件将印刷电路板安装在壳体上，从而提供一种紧凑而且更简单的结构，免除了对额外电线和安装硬件的需要;以及

11.呈L形且嵌装了电池容室的印刷电路板进一步提高了整体设计的紧凑性。

所有上述优点使所述电源特别适于小的便携式抽气/压缩泵。

尽管参照一个优选实施例对本发明做了描述，但应当理解，这仅仅是为了举例，本发明还能有其它各种变型，改进和应用。

Claims (12)

1、一种用于以DC方式激励一负载装置的电源，它包括，一用于与一AC源连接的AC插座；用于对AC信号整流并用于向负载提供DC电压的整流装置；一用于容纳一可充电蓄电池的电池容室；一用于以整流后的AC信号对所述蓄电池充电的充电电路；一用于将负载装置或者与由AC源整流后的AC信号相连，或者与电池相连的手动开关；以及一个控制电路，当手动开关闭合且AC插座未与AC源连接时，此控制电路用于将电池与负载装置连接，而当AC插座与一AC源连接，且手控开关断开时，此控制电路用于使电池与负载装置脱离，并将电池与充电电路连接。

2、根据权利要求1的电源，其特征在于，所述的控制电路包括将加在电池上的充电电压调节至稍高于加在负载上的DC电压的装置。

3、根据权利要求1的电源，其特征在于，所述的整流装置包括：用于对AC源整流的第一整流电路;一用于将来自第一整流电路的整流输出转换为频率高于AC源的AC信号的开关电路;用于接收来自所述开关电路的AC信号的变压器;以及用于对所述变压器的输出进行整流的第二整流电路。

4、根据权利要求3的电源，其特征在于，所述的控制电路包括一个控制器，它根据所述第二整流电路的输出控制所述开关电路的工作因数，从而调节其输出。

5、根据权利要求4的电源，其特征在于，所述的控制电路包括一第一比较器电路，它检测由AC电源加在负载装置上的电压，还包括由所述第一比较器电路控制的晶体管电路，当比较器检测到由AC源加在负载装置上的DC电压存在时，此晶体管电路使电池脱离负载装置。

6、根据权利要求4的电源，其特征在于，所述的控制电路包括第二比较器，它检测加在电池上的充电电流，并控制所述控制器，以便根据检测到的充电电流控制所述开关电路的工作因数。

7、根据权利要求1的电源，其特征在于，它进一步包括：一个可与DC源连接，以便向负载提供DC电压的DC插座;和一个当DC插座与一DC源连接时，自动使负载脱离AC源的DC输出的电联锁部件。

8、根据权利要求1的电源，其特征在于，它进一步包括一个相邻于所述AC插座的DC插座和一个挡板，此档板以可旋转的方式安装在所述AC插座和DC插座之间，以便使挡板能允许接触所述插座中的一个而同时又阻止接触插座中的另一个。

9、根据权利要求1的电源，其特征在于，所述的电源安装于一块L形印刷电路板上，此电路板有两个直角腿，所述电池容室嵌在所述的两个腿之间的交界处。

10、根据权利要求1的电源，其特征在于，该电源还包括用于指示电源的状态的光指示器，所述光指示器和所述手动开关直接安装在所述印刷电路板上;所述电源容纳在一壳体中，壳体上具有用于容纳安装在印刷电路板上的光指示器和手动开关的开口。

11、根据权利要求1的电源，其特征在于，所述的负载装置为一电机。

12、根据权利要求11的电源，其特征在于，该电源还包括一个热保护熔断器，它安装在印刷电路板上并靠近所述电机，当电机过热时，此熔断器熔化，从而使电路断开。

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