CN1117424C - 电源设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有一个接入供电电网的交流电压的连接器的电源设备，它有至少一个变压器，一个可连接用电设备的后接的整流电路，在变压器初级绕组的馈电导线中的一个电子开关和一个辅助电源组件，它电容性地连接到电源设备的馈电导线上，并且从其输出端可得到对电子开关的控制电压，它高于电源设备输出端的电压，并且其电位馈电输出导线与电源设备的变压器的次级绕组侧电位馈电输出导线相连接，且在接通用电设备的情况下从辅助电源组件获取电流，从而一个电流有关的和/或电压有关的控制元件为电源设备中的变压器初级桡组的馈电导线中的电子开关产生一个控制信号。

Description

电源设备
本发明涉及一种电源设备，它具有一个与交流电网的连接器和一个直流输出端。此输出端可以是在终端具有一个用于插入所连接的设备的电源插座中的插头的一根电缆，也可是一个连接插孔，它是电源设备的组成部分并且与其连接的设备的插接件可以插入其中。此电源设备还可以设计成所谓的电源组件(Steckernetzteil)并可直接插在电源插座中。此电源组件也可设计成非插入的组件，例如它可通过一根电源线与电网连接。此外本发明包括一种电源设备，它以电路板型式放在用电装置中。
具有半波整流器或全波整流器或其它整流电路的电源设备已由例如梯策(U.Tietze)和香克(Ch.Schenk)的专著“半导体电路技术”第二版的第29页开始的几页公开。
WO-A-9523450公开了一种自动关断装置，它具有一个馈入供电电网交流电压的连接器，在初级绕组两根导线中的两个电子开关元件，一个变压器和一个用于对用电设备供电的后接整流电路。为了控制电子开关元件，存在用于对两个电子开关元件的控制电路的次级绕组侧供电。控制电路的供电在断开用电设备时也是保证的。在正常工作时对供电电路的供电从初级回路的次级侧得到。在负载接通或接上时初级回路中的电子开关不自动开通。开通电源通过专用手动开关实现，此开关与控制开关一起起作用。
现代小设备，尤其是如娱乐电子设备，钟表，电话和类似设备这些小家电一般具有分开的电源设备，它给设备提供直流电源。此种电源设备也称为插接电源组件，它具有一个大家熟悉的电源插头，此电源插头可以大家熟知的方式插入电源插座中。例如录音设备，打印机和类似设备等其它类型设备则具有一根用于延长的具有电源连接插头的馈电线和一根较长的用于连接被供电录音设备的输出线。在所有这些技术方案中电源设备具有一个变压器，其次级绕组与整流电路相连接，整流电路由桥式整流器或半波整流器及后接的用于对直流电压进行滤波的电解电容器组成。其它的类型则还具有一个接在整流电路后面的大家熟悉的稳压电路。从输出端或者从连接电缆得到所接设备需要的供电。这种连接的设备通常还具有一个通/断开关，或者以拔去直流插头或电源插头的方式切断供电。
已经看出：当所连接的设备被关断时插接电源组件以及以另外的结构形式设计的插接电源设备在空载状态下均有较高的损耗。小家电用的一般的电源设备的上述损耗例如约为8至10瓦。此损耗是由始终与电网连接的电源变压器初级绕组产生的。
DE4140357 A1的图1a公开了一种电源连接电路。后来DE3909064 C2公开了一种用于分离馈电导线和使用电网交流电压的设备断开电网开关，其中电网连接线的相线和零线就其导通而言通过一个电控触点被分开，并且有一个测量电路，它测量电网电流消耗并在持续的电流消耗情况下一直保持触点接通。在接通引入交流电压的导线中电流消耗的情况下由一个比较器测量此时电流消耗，比较器通过一个起吸合延时作用的延时电路控制具有连接交流电网的触点的继电器。为了形成检测直流电压其中有一个特殊的电源组件，它借助于一个变压器连接于流过交流电流的导线。由于存在这两个依赖于用电设备而接通或断开的开关触点，实现了与电网的完全的切断。
本发明的目的在于，如此设计本说明书开始处所述电源设备，使得在空载时它自动与电网分离，从而大大降低功率消耗，并且在开启或接上用电设备时自动而可靠地重新开启电源。在改进的结构形式中当所接用电设备在规定时间内处于备用状态下用电时，也应该可以自动关断和开启。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有一个接入供电电网的交流电压的连接器的电源设备，它有至少一个变压器，一个用电设备可连接其上的后接整流电路，在变压器的初级绕组的馈电导线中的一个电子开关和一个电容性地连接到电源设备的馈电导线上的辅助电源组件，变压器的初级绕组也连接到该馈电导线上，其特征在于，-辅助电源组件是一个具有自激振荡电路的开关电源组件，-在辅助电源组件的输出端可得到对电子开关的控制电压，它高于加载情况下电源设备输出端上的电压，并且-辅助电源组件的电位馈电输出导线与电源设备的变压器的次级绕组侧电位馈电输出导线相连接，并且-在用电设备有加载的情况下从辅助电源组件获取电流，从而一个电流有关的和/或电压有关的控制元件为电源设备中的变压器的初级绕组的馈电导线中的电子开关产生一个控制信号。
本发明的特征还在于，为对所接设备供电，此所接设备具有高功耗的第一工作状态(正常工作)和低功耗的第二工作状态(备用工作)，在直流输出支路中有一个电流检测元件，它与一判别电路连接，它根据在第二工作状态下所检测到的低电流控制一个定时电路，此电路在规定的或可调整的时间后自动断开旁接电路。这样保证了当所接用电设备在规定时间内处于备用状态工作时也能实现电网分离，即切断电网供电。
本发明的一个基本特征在于，在切断变压器的时候辅助电源组件电容性地连接到交流供电输入端，其电流消耗足够小。此辅助电源组件不仅能被设计成交流/直流-电源组件，也能被设计成直流/直流-电源组件，它提供电流，即用于电器开关的控制电流。此开关串接在电源设备中变压器初级绕组中并使初级绕组与电网分离或接通。此电流决定于所接用电设备，即由其负载大小决定。在关断用电设备或连接插孔从所接设备供电输入端拔出的情况下实际上没有电流流过，这样串在初级回路中的开关切断电流的流动，即断路。若输出端有负载，此电流由辅助电源组件产生，它相应于电路的要求而言足够大，以接通开关，从而使变压器的初级绕组与交流电网相连。当具有用来稳定点火电压的稳压电路时，所需控制电流由辅助电压和输出电压间的电压差确定。此电路相比前面说明的有下述优点：始终有一恒定的控制电流流过，以使得变压器初级绕组的馈电导线中开关的接通成为可能。
本发明的电源设备还有以下优点：当用电设备断开时功率消耗明显减小，可减小到可忽略不计的数值(小于0.5瓦)。在这种状态下辅助电源组件呈现电容性用电。
下面借助于附图中简化的电路图所示出的实施例详细说明本发明。
附图中：
图1是具有简单示出的辅助电源组件的本发明组件的电路图，
图2是具有特殊设计的用于连接用电设备的插接连接器的连接插孔及详细示出的辅助电源组件的本发明电路结构的电路图，
图3是图1所示实施例的优化结构。
图1所示电源设备主要包括一个电网连接器l，它可连接至例如230伏交流电网这样的供电网上。连接器也可接至其它电压的电网上，例如110伏电网上，只要电路作相应设计。电网连接器的一个极经过三端双向可控硅开关(Triac)5连接到电源变压器2的初级绕组6，该绕组的另一输出端通过保险丝29接到电网输入端的第二个极。电源变压器具有一个次组绕组20，它连接到由整流器32和作为滤波电容的电解电容器33组成的整流电路3，从它可得到直流电压。半波整流器32和电容器33间的连接点连接导线9，从它可得到正极性直流电压。整流电路3的两根导线引到输出端22，18，它们接到插孔或连接电缆，此电缆可用于直接对用电设备供电。对于大家熟悉的插接电源设备，此电缆例如以一个圆插塞作为终端，插塞外套筒接负电位，而其中心插接触点接正电位，而且插塞可插入用电设备上相应插孔中。用电设备4具有一个开关23，用它人们可以关断或开启直流电源。
一个辅助电源组件7连接于交流电网的一个极，此电源组件主要具有一个电容器14，它串接于一个电器开关11，例如它可以是一开关电源组件的组成部分，并且此开关串接到辅助变压器13的初级绕组12。初组绕组12的第二个接点接至交流电网的第二个极，交流电网通过抵御过电流负载的保险丝29得到保护。辅助变压器13的次级绕组24与整流电路相连接，整流电路主要由一个二级管25和一个与稳压管27并联的滤波电容器26构成，这样在导线8上得到稳定的直流电压。此稳定的直流电压加到一个限流电阻28上，它连接到光电三端双向可控硅开关(Optotriacs)10的光电二极管19上，其阴极连接到接正电压的直流接点9上。此限流电阻28和用电设备的电阻4决定流过光电三端双向可控硅开关中光电二极管19的控制电流。若没有接用电设备，即开关23断开，则没有电流流过。若接通用电设备，开关23闭合，则通过用电设备到地的电流通路接通，在其中流过足够的控制电流，使得光电二极管发光。光电二极管控制光电三端双向可控硅开关10的三端双向可控硅开关34，它作为对电源变压器初级绕组中用作开关的三端双向可控硅开关5的触发开关而被接通。为此三端双向可控硅开关5的触发接点与三端双向可控硅开关34的一个阳极相连接，而其另一个阳极与交流输入端相连接。
触发光电二极管的控制电流i触发和电路设计必须如此确定：辅助电压等于输出直流电压加一个恒定值。显然，依赖于所接用电设备，为触发三端双向可控硅开关所必需的电流流过，而在断开用电设备时无电流流过，这样实现了辅助电源组件只有很低的功率消耗，它由于电容耦合而呈现为一个电容性用电设备。
图2所示实施例与图1所示实施例仅有微小的区别。因此图1的标号被沿用来表示相同的结构元件。电源设备同样具有一个用于连接到供电电网上的连接器1，一个三端双向可控硅开关5和电源变压器2的初级绕组，其次级绕组连接一个由一个桥式整流器21和一个滤波电容33构成的整流电路。此电路可后接一个稳压电路，以在输出端得到一个稳定的输出电压。导线9与插孔22连接，第二个插孔触点18连接到地线并且还有一个能由插孔触点18控制的开关17，通过它可接通或断开具有高欧姆值的电阻16的旁接电路。通过插入用电设备4的插塞来闭合开关17，并且流经旁接电路一个恒定电流，当用电设备通过操作开关23被关闭时此电流也流过旁接电路。这样用电设备可工作于备用工作状态下。辅助电源组件保证触发电流流过或切断此电流，辅助电源组件包含一个与双向二极管15连接的三端双向可控硅开关11，它构成电器开关并与辅助变压器13的初级绕组串联。次级绕组24连接于桥式整流器25，其输出与滤波电容器26相接，电容器上并联一个电阻31和一个稳压电路27到地。所需控制电流流过限流电阻28，导线8和光电三端双向可控硅开关10的光电二极管19，它具有与图1实施例中相同的功能。此电路的特殊之处在于，此电源组件也可在备用状态下运行，通过旁接电路强制地接通电源变压器6的初级绕组，这样在输出端提供电压供使用，以便能例如通过一个定时器来控制开关17，此开关可设计成机械可控的，也可设计成电器可控的，并且在共同控制的开关中电控可以依赖于或不依赖于机械的控制。通过一个定时器可以使设备由备用状态自动切换到关断状态，只要打开开关17，使得没有控制电流流过光电二极管19。另一方面，当没有接通定时功能或没有定时器时可以便利用电设备在备用状态下运行，例如若用电设备是一台卫星接收机，可以将电视信号接到记录设备。此外也可以如此设计工作开关23，使它执行对开关17进行电器控制的功能，这样通过它来进入或退出备用状态，从而替代或补充定时器的功能。
图1所示电路可按图3示出的优化结构来改进：在电容器33上并联一个欧姆电阻40并且在此电阻40的非接地端和输出22之间安排一个二极管41，其阴极经另一个电容器42接地。替代电阻40或作为其补充还有一个电阻40’并联于电容器42上。此措施用于空载状态下不会有不能允许地高的电压产生在电容器33或42上。容易理解，电阻40’的大小应如此确定：仍然没有足够的使光电二极管19发光的控制电流i触发流过。

Claims (18)

1.具有一个接入供电电网的交流电压的连接器(1)的电源设备，它有至少一个变压器(2)，一个用电设备(4)可连接其上的后接整流电路(3)，在变压器(2)的初级绕组(6)的馈电导线中的一个电子开关(5)和一个电容性地连接到电源设备的馈电导线上的辅助电源组件(7)，变压器的初级绕组也连接到该馈电导线上，其特征在于，
-辅助电源组件(7)是一个具有自激振荡电路的开关电源组件，
-在辅助电源组件(7)的输出端可得到对电子开关(5)的控制电压，它高于加载情况下电源设备输出端上的电压，并且
-辅助电源组件的电位馈电输出导线(8)与电源设备的变压器(2)的次级绕组侧电位馈电输出导线(9)相连接，并且
-在用电设备有加载的情况下从辅助电源组件(7)获取电流，从而一个电流有关的和/或电压有关的控制元件(10)为电源设备中的变压器(2)的初级绕组(6)的馈电导线中的电子开关(5)产生一个控制信号。
2.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，作为自激振荡电路的开关元件，一个与一个触发半导体器件(15)并联的三端双向可控硅开关(11)与辅助变压器(13)的初级绕组(12)串联，并且有一个串接在其前面的电容器(14)，它与供电电网的一相连接，而初级绕组的另一端接到另一相上。
3.如上述权利要求中任一项所述的电源设备，其特征在于，所接用电设备(4)在接通并开启的状态下以一个确定大小的电流对辅助电源组件加载，此电流用于维持开关(5)的闭合状态。
4.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，带有一个开关元件(17)的高欧姆电阻旁接电路存在于次级绕组侧输出的电位端和接地端(18，22)之间。
5.如权利要求4所述的电源设备，其特征在于，开关元件(17)被集成在用于连接用电设备(4)的插孔触点(18)中，并且在插接件接通时接入旁接电路中的电阻(16)，而在插接件断开时断开此电阻。
6.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，辅助电源组件(7)单相电容性地与电源设备的馈电导线相连接。
7.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，辅助电源组件(7)是一个交流/直流变换器。
8.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，控制元件(10)是一个光电三端双向可控硅开关，且辅助电源设备(7)的次级绕组侧的电流流过光电二极管(19)，它控制受控三端双向可控硅开关(34)。
9.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，开关(5)是一个电子的半导体开关。
10.如权利要求8或9所述的电源设备，其特征在于，开关(5)是一个三端双向可控硅开关，它受光电三端双向可控硅开关(10)控制。
11.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，具有其电路元件的电源设备构成一个可以插入供电电网的插座中的电源设备的一个结构单元。
12.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，具有其电路元件的电源设备构成一个结构单元，其形式为可装配在用电设备中的电路板。
13.如权利要求11或12所述的电源设备，其特征在于，结构单元被浇铸或被包住(abgekapselt)。
14.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，在插接件(22，18)与用电设备(4)分开时流过控制元件(10)的电流断路，并且在初级回路中的电子开关(5)断开。
15.如权利要求4所述的电源设备，其特征在于，为对所接设备供电，此所接设备具有高功耗的第一工作状态(正常工作)和低功耗的第二工作状态(备用工作)，在直流输出支路(9)中有一个电流检测元件，它与一判别电路连接，它根据在第二工作状态下所检测到的低电流控制一个定时电路，此电路在规定的或可调整的时间后自动断开旁接电路。
16.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，辅助电源组件(7)的输出导线(8)通过电流有关和/或电压有关的控制元件(10)与电源设备变压器(2)的次级绕组侧电位馈电导线(9)连接。
17.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，在整流器(32)的滤波电容器(33)上并联一个欧姆电阻(40)，并且在此电阻(40)的非接地端与输出端(22)之间设置一个二极管(41)，其阴极通过一个电容器(42)与地连接。
18.如权利要求17所述的电源设备，其特征在于，替代欧姆电阻(40)或补充它，在电容器(42)上并联设置另一个欧姆电阻(40’)。
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