CN1653671A - 充电电源部件 - Google Patents
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Abstract
用于电池供电的电气/电子装置(HAN)的充电电源部件(LNT)，带有一个电流是隔开的变压器(TRA)，该变压器在其初级回路可由一个电网供电，其次级回路有一个为该装置的蓄电池(AKU)提供充电电压的变流器/整流器(GLR)，此时充电电源部件和该装置可经过一个电气插入式接口(SSS)连接，在建立到插入式接口(SSS)的连接时，由蓄电池(AKU)剩余电压可导出一个接通信号(se)，该信号为了激活充电电源部件(LNT)经过一个隔离接口(ISS)从次级回路(SES)可转接到初级回路(PRS)。
Description
本发明是有关用于电池供电的电气/电子装置的充电电源部件，带有一个电流是隔开的变压器，该变压器在其初级回路可由一个电网供电，其次级回路有一个为该装置的蓄电池提供充电电压的变流器/整流器，此时充电电源部件和该装置可经过一个电气插入式接口连接。
这种类型的充电电源部件，以多种方案而闻名并在最大的范围得到应用，尤其是用于移动电话、膝上型计算机和手提式计算机、小型家用装置等。
将装置的充电电池经过电气插入式接口与充电电源部件连接，充电电源部件提供符合充电状态的能量。大量已知的电路也能根据电池类型情况负责安排一种“智能充电”，此时在例如手机那样的装置中能包括一部分充电电子器件，例如电压-或温度传感器。充电电源部件-装置的分离能够是畅行的分离，要理解为不受限制。
已知的充电电源部件在空载-工作时，就是说在没连接装置时，虽然消耗的只是很少的功率，如果想一下每个插在电源上的充电器空载时有数量级典型为0.2至2瓦(在移动电话时)的损耗功率，几百万这种充电器的总功率就绝不可忽视了。本来能在某个地方合理使用的能量，就这样白白浪费掉了。
总的问题是众所周知的，也尝试了设法去补救。由于图方便或忘却，几乎不使用最简单的可能办法，即在不需要时从电网上拔掉充电电源部件。成为众所周知的解决办法，是在充电功率停止时降低充电器开关电源的节拍频率，或以预先规定的时间间隔起动充电电源部件，以便检验是否要供给功率。即使在这些情况，尽管为电子器件的高额花费，空载损耗始终不可忽视。
作为要求很小空载损耗的第一个结论，是在充电电源部件避免50Hz-电源变压器，因为其磁损耗不能减少，且采用带有一个变换器的开关电源，该变换器使得与电网通常的电隔开成为可能。
按照现有技术，一个作为开关电源实施的充电电源部件LNT示于图1中。将例如230V的交流电源电压用一个整流器D1整流，这里用的是一个二极管，通常是一个二极管电桥，以便在中间回路电容C1上产生一个中间回路电压。将该中间回路电压借助于一个由激励电路AST控制的开关S，例如借助于一个开关晶体管置于变换器TRA的初级绕组Wp上，此时以已知的方式应用一个具有可变占空比的矩形脉冲。
激励电路AST在工作期间经过辅助绕组Wh和辅助整流器D3由一个直流电压供电，该直流电压加在电容C2上，有例如9至12V。因为该电压在起动开关电源时才存在，为了起动需要一个辅助电压，它是由例如320V的高中间回路电压经过高欧姆串联电阻R1和齐纳二极管D2导出。因为在串联电阻R1上有一个数量级为300V的电压，即使只有一个mA-范围的电流流过，在此也出现不可忽视的持续损耗。
通过绕组Wp的初级电流同样以已知的方式在一个低欧姆电阻R2上去测量，并将这个信息输送给激励电路AST。在次级侧，将次级绕组Ws的电压用二极管整流器GLR整流，并在电容C3或插入式接口SSS的触点上供使用。要用这个电压给一个电气/电子装置HAN的蓄电池AKV充电，例如给手机的电池充电。虽然这里是为了简单缘故示出，电源部件LNT的输出电压通常不直接加在要充电的蓄电池上，而是例如经过一个开关晶体管。
电源部件LNT输出端上的电压和/或电流能以众所周知的方式调节。在此，例如由调节电路URE获得一个与输出电压有关的信号，并经过一个光耦合器OKO电流隔开地提供到初级侧的激励电路AST上。
由JP 090076 A得知一种用于电池运行装置的电池部件，它经过一个直流电压的/直流电压变换器为装置提供一个与电池电压无关的直流电压。一个电池电压检测器，在电池部件的一个自身的输出端，显示电池的剩余电压或剩余电荷。有关电池的充电该文献没有作出结论。
本发明的任务在于创造一种充电电源部件，在这种充电电源部件中空载损耗大大减少或完全消除。
该任务用开始时提到的一种充电电源部件来解决，其中按照本发明在建立到插入式接口的连接时，由蓄电池剩余电压可导出一个接通信号，该信号为了激活充电电源部件经过一个隔离接口从次级回路可转接到初级回路。
本发明利用在要充电的蓄电池中实际上总是还有剩余电压的情况。尽管这个电压大大低于额定电压和不够用于装置的运行，但是为了产生用于激活充电电源部件的一个接通信号，这个电压是足够大的。
因为在分离开插入式接口后开关电源不是必然自己进入到备用工作状态，如果在分离开插入式接口时可产生一个断开脉冲，这可能是适当的。
在一个简单可行的方案中，预先规定隔离接口由一个继电器的绕组和一个继电器触点形成。
另一个适宜的同时费用低廉的可行方案规定，隔离接口由一个光耦合器电路段形成。在这种情况下，光耦合器电路段的发光元件是光电二极管有优点。
在一个适宜的方案中规定，光耦合器电路段的光控元件是一个光电双向晶闸管开关，它在初级回路中形成一个交流-电源开关。
在另一个同样优选的实施方案中规定，光耦合器电路段的光敏元件是一个光电晶体管，它在初级侧作为一个在电源整流器与一个中间回路之问的一个开关部件。
其次，在另一个符合实际的实施方案中规定，光耦合器电路段的一个光敏开关位于中间回路与作为开关电源设计的充电电源部件的一个初级激励电路之间。
一个就隔离接口而言另外设计的、然而同样有利的方案规定，隔离接口是由脉冲变压器形成，它是为将在建立插入式接口连接时产生的接通脉冲，传送到作为开关电源设计的初级回路充电电源部件的初级激励电路设置的。如果作为开关电源设计的充电电源部件的初级激励电路有一个电子开关，接通脉冲可输送给该电子开关，并且在分离开插入式接口时所产生的断开脉冲同样经过脉冲变压器可传送到该开关上，该开关从它的接通-状态转到它的断开-状态，在此这种情况可能是值得推荐的。
又是一个另外的适宜的方案，其特征在于设置一个有变压器的辅助开关变换器，它在建立插入式接口连接时被放到蓄电池的剩余电压上并为作为开关电源设计的充电电源部件的初级激励电路提供一个起动-供电电压。
本发明连同其它的优点，在下面用示范性实施形式以图示直观详细阐述。示出的有
图2 按照本发明的一个原理-方块图，
图3 在应用一个光耦合器电路段情况下，第一种实施形式的原理图，
图4 应用一个继电器的实施形式的原理图，
图5 为了产生一个接通信号使用一个辅助开关变换器的方案的原理图，
图6 经过一个脉冲变压器将一个接通信号带向初级侧的方案的原理图，
图7 应用一个光耦合器电路段的第二种实施形式的原理图，
图8 应用一个光耦合器电路段的第三种实施形式的原理图和
图9 在应用一个电源变压器和一个光耦合器电路段情况下，一个简单实施形式的电路图。
图2示出的是充电电源部件LNT，它例如像按照图1作为开关电网设计的那样，具有一个连接在电网上的初级侧PRS与次级侧SES分离开的变压器TRA。经过插入式接口SSS，例如手机上通常的多极插头连接器，电源部件LNT的输出电压输送给一个装置HAN的蓄电池AKU。本发明规定在建立到插入式接口SSS上的连接时，例如将充电插头插到手机上时，由蓄电池AKU的剩余电压导出或产生一个接通信号se，并经过隔离接口ISS从次级回路SES作为初级接通信号se′转送到初级回路PRS，以便激活充电电源部件LNT。
如下面用实施例按照图3至9要阐述的那样，接通信号se可以是一个一次性的脉冲或一个持续信号，电气分开的接口可以例如作为光耦合器、继电器或变压器来设计。
按照图3的实施方案，以按照图1(现有技术)的充电电源部件为出发点，然而有下面的改变。在插入式接口SSS上设置有一个附加的触点，经过该触点蓄电池AKU的剩余电压，在现在的情况下是电容C4上的电压，在建立到插入式接口SSS上的连接时加到发光二极管LED上，该电容经过电阻R3从蓄电池AKU充电到其当前的电压。经过光隔离接口ISS接通光电晶体管PTT，该光电晶体管位于激励电路(AST)的电源输入端与电容C2之间-参阅图1。电阻R1是高欧姆的，致使不可能有激励电路AST的持续运行状态，然而在电容C2中储存的能量足够用于起动开关变换器。然后，经过辅助绕组Wh和二极管D3进行激励电路AST的供电。于是二极管LED也保持在激活状态，并且晶体管PTT是接通的。在接口SSS分离开时，又进入备用状态。
另一种解决方法在按照图4的电路时有说明，与图3相比在该图4发光二极管LED用继电器的绕组REL代替，且晶体管PTT用这个继电器REL，r的工作触点r代替。在建立在接口SSS上的连接时，继电器绕组REL接到蓄电池AKU的(剩余)电压上，继电器接通，且触点闭合。
正如图3那样，激励电路AST得到一个电压脉冲，该脉冲足够用于起动开关变换器。然后，继电器REL，r保持激活，直至接口SSS的连接又脱开为止。
按照图5的解决办法阐述的是另一种方法。在此，图3和4中的电阻R1和齐纳二极管D2被取消，这样初级侧在备用状态完全没有电流流过。为了有可能起动开关变换器，设置一个辅助开关变换器HSW，该开关变换器在建立插入式接口SSS上的连接时使其输入端连到蓄电池AKU的电压上，这能直接-如这里-或间接进行。辅助开关变换器HSW，例如一个阻塞变换器，必须包括一个带有电气隔开绕组的变压器UET，否则其结构是任意的，此时设计只是为了瞬时工作完成的。从符合现有技术的开关元件，在此只画出一个整流器D5和一个电容器C5，其中由于充电电源部件LNT的电容器C2的缘故也能将后者取消。
辅助变换器HSW至少在起动期间提供有工作电压给激励电路(AST)，此时作为可选择的方案也能取消充电电源部件LNT的辅助电压供给Wh，D3，在设计辅助变换器HSW时就要给予考虑。
按照图6的方案，有关充电电源部件LNT的设计，与图3和4的结构非常相似。这里设置有一个电子开关FLF，例如一个触发器(Flip-Flop)，这例如可以包括在激励电路AST中，但不是必须的。此外，设置一个脉冲发生器IMG，它的任务是在建立接口SSS上的连接时产生一个脉冲，并且电流隔离地引导到开关FLF上，该开关负责充电电源部件LNT的起动，此时它例如将电容器C2上的电压置于电路AST的电子器件上。在接口SSS脱开时产生另一个脉冲，它又将开关FLF触发复原并又进入备用状态。
脉冲发生器IMG的实现例如能以图6中绘出的类型进行，此时脉冲变压器IUE初级绕组的一个末端，可经过接口SSS的一个触点接在蓄电池AKU的电压上，对此另一个绕组末端经过一个FET-晶体管TRS接在外壳上。这个晶体管TRS的栅电路，经过电阻R4和电容器C6的串联电路，同样与提到过的接口触点连接，并在另一方面经过电阻RS接在外壳上。这个电路使充电电源部件LN I每次插入或脱开装置HAN时，有可能产生一个脉冲并-电隔离地-从脉冲变压器IUE的次级绕组发送到开关FLF。
按照图7的电路方案，非常像那个按照图3的结构。它的区别在于，激励电路AST的工作电压输入端总是与电容器C2的正极连接并且不-像按照图3那样-经过一个光电晶体管。与之相反，在中间回路ZWK的整流器D1与交流电网之间接一个光电双向晶闸管开关TRI作为电网开关，它形成隔离接口ISS的第二个元件，即在此是光耦合器电路段LED-TRI的第二个元件。在运行期间，二极管LED输出一个持续光信号，该信号保持开关TRI闭合，直至接口SSS再脱开。在该解决办法中，在备用状态也从电网得不到电流。
本发明的另一个然而是相似的方案示于图8中。这里，光耦合器电路段的第二个元件是一个光电晶体管PHT，用于触发开关晶体管STS。这个晶体管STS作为开关位于电网整流器D1与中间回路电容器C1之间。光电晶体管PHT用其集电极经过电阻R6连接在中间回路电容器C1的正极上，用其发射极连接在开关晶体管STS的栅电路上。开关晶体管经过电阻R7和-与此并联地-齐纳二极管D6连在外壳上。在此也确保在备用状态决不接收功率。
用图8-代表所有的实施形式-来阐述起动按钮STA可能的应用，它是用虚线画出，平行于光电晶体管PHT并能将其跨接，前提是出自某种原因蓄电池AKU的剩余电压小到不足以产生足够大的接通信号se。在这种情况，装置和充电电源部件的用户能通过短时间按起动按钮STA进入充电工作。
图9的实施方案示出，充电电源部件LNT不是必然地作为开关电源来执行。这里示出的是一个电源变压器NTR，其初级绕组可经过一个光电双向晶闸管开关接到交流电网，对此从中间抽头的次级绕组通过用二极管GD1，GD2整流为装置HAN的蓄电池AKU获得充电电压。如按照图7那样，又能在将充电电源部件LNT插到装置HAN时，经过插入式接口SSS的一个触点使发光二极管LED运行，二极管的串联电阻Rv在这里位于充电电源部件LNT中。这样，双向晶闸管开关TRI成为导通的，且充电电源部件LNT一直提供电压，直至插入式接口SSS的连接脱开。图9的实施方案清楚地表明，通过本发明也可采用电源频率变压器，因为与充电电源部件脱开的装置损耗为零。
Claims (11)
1.用于电池供电的电气/电子装置(HAN)的充电电源部件(LNT)，带有一个电流是隔开的变压器(TRA)，该变压器在其初级回路可由一个电网供电，其次级回路有一个为该装置的蓄电池(AKU)提供充电电压的变流器/整流器(GLR)，此时充电电源部件和该装置可经过一个电气插入式接口(SSS)连接，
其特征在于：
在建立到插入式接口(SSS)的连接时由蓄电池(AKU)剩余电压可导出一个接通信号(se)，该信号为了激活充电电源部件(LNT)经过一个隔离接口(ISS)从次级回路(SES)可转接到初级回路(PRS)。
2.如权利要求1的充电电源部件，
其特征在于：
在分离开插入式接口(SSS)时可产生一个断开脉冲。
3.如权利要求1或2的充电电源部件，
其特征在于
隔离接口(ISS)由一个继电器(REL，r)的绕组(REL)和一个继电器触点(r)形成(图4)。
4.如权利要求1或2的充电电源部件，
其特征在于：
隔离接口(ISS)由一个光耦合器电路段(LED；PTT，PHT，TRI)形成(图3，7，8，9)。
5.如权利要求4的充电电源部件，
其特征在于：
光耦合器电路段的发光元件是一个发光二极管(LED)。
6.如权利要求4或5的充电电源部件，
其特征在于：
光耦合器电路段的光控元件是一个光电双向晶闸管开关(TRI)，它在初级回路中形成一个交流-电源开关(图7，9)。
7.如权利要求4或5的充电电源部件，
其特征在于：
光耦合器电路段的光敏元件是一个光电晶体管(PHT)，它在初级侧作为开关也可作为一个电源整流器(D1)与一个中间回路(ZKW)之间的开关部件(图8)。
8.如权利要求4或5的充电电源部件，
其特征在于：
光耦合器电路段的一个光敏开关(PTT)位于中间回路(ZKW)与作为开关电源设计的充电电源部件的一个初级激励电路(AST)之间(图2)。
9.如权利要求1的充电电源部件，
其特征在于：
隔离接口(ISS)是由脉冲变压器(IUE)形成，它是为将在建立插入式接口连接时产生的接通脉冲，传送到作为开关电源设计的初级回路充电电源部件的初级激励电路(AST)设置的(图6)。
10.如权利要求1、2和9的充电电源部件，
其特征在于：
作为开关电源设计的充电电源部件的初级激励电路(AST)有一个电子开关(FLF)，接通脉冲可输送给该电子开关，并且在分离开插入式接口(SSS)时所产生的断开脉冲同样经过脉冲变压器(IUE)可传送到该开关上，该开关从它的接通-状态转到它的断开-状态(图6)。
11.如权利要求1的充电电源部件，
其特征在于：
设置一个有变压器(UET)的辅助开关变换器(HSW)，它在建立插入式接口连接时被放到蓄电池(AKU)的剩余电压上并为作为开关电源设计的充电电源部件的初级激励电路(AST)提供一个起动-供电电压(图5)。
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