CN201639486U

CN201639486U - 一种电源节能装置

Info

Publication number: CN201639486U
Application number: CN2010201051597U
Authority: CN
Inventors: 戴伟
Original assignee: XINJIANG URUMQI HOPE ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: XINJIANG URUMQI HOPE ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-02-01

Abstract

本实用新型公开了一种电源节能装置，包括电源管理单元、动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元；所述动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元，分别与所述电源管理单元电连接。本实用新型所述电源节能装置，可以克服现有技术中能耗高与节能环保效果差等缺陷，以实现能耗低与节能环保效果好的优点。

Description

一种电源节能装置

技术领域

本实用新型涉及电子电器设备及节能技术，具体地，涉及一种电源节能装置。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，人们的生活质量在不断提高、生活节奏在逐步加快，在日常工作与生活中，广泛应用着各类电子电器设备。

这些电子电器设备的用量在增加，耗电量也在增加，其中，耗电量的增加一方面来自于工作时消耗的巨大电能，另一方面来自待机状态下消耗的大量电能。

随着社会能耗的急剧上升，节能已是人们面临的重大课题，是目前国内外经济和社会发展的一项长远战略方针。我国已针对打印机、计算机、显示器、复印机、传真机、DVD、彩电等11类电子产品制定了待机能耗节能产品认证标准，达到节能产品认证要求的型号达到2000多个。

如果中国待机能耗指标采用1瓦的规定，到2012年，计算机预计可节电能将超过5亿度，可节省电力费用支出约超过3.2亿元人民币；显示器可节电约7亿度，可节省电力费用支出约超过4.2亿元人民币。

综上所述，在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中电子电器设备在工作状态和待机状态时，电能消耗量均较大，至少存在能耗高、节能环保效果差等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种电源节能装置，以实现能耗低与节能环保效果好的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种电源节能装置，包括电源管理单元、动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元；所述动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元，分别与所述电源管理单元电连接。

进一步地，所述动态自供电单元包括直流电源、放大器、开启/关断开关与滤波电容，其中：所述直流电源的一端与放大器的同相输入端电连接，另一端接地；所述放大器的反相输入端与开启/关断开关的第二固定端电连接，并作为第一管脚Pin6、与电源管理单元电连接；所述放大器的输出端与开启/关断开关的控制端电连接；所述开启/关断开关的第一固定端为第二管脚Pin8，与电源管理单元电连接；所述滤波电容的一端与放大器的反相输入端电连接，另一端接地。

进一步地，所述工作状态切换单元包括PFC控制器、待机电源模块、转换开关、工作电源模块、待机状态转换模块、工作电源模块、开关二极管、滤波电容与PWM控制器，其中：所述PFC控制器的输出端、待机电源模块与转换开关的控制端，依次电连接；所述转换开关的第一固定端、工作电源模块与整流二极管的阴极，依次电连接；开关二极管的阳极Vaux与电源管理单元电连接；所述滤波电容的一端与工作电源模块及开关二极管的公共端电连接，另一端与PFC控制器的反馈端电连接、并接地；所述PWM控制器、待机状态转换模块与转换开关的第二固定端，依次电连接。

进一步地，所述采样比较单元包括采样模块、比较模块和反馈模块，所述采样模块、比较模块和反馈模块依次电连接；所述采样模块与电源管理单元的反馈输入端电连接，所述反馈模块与负载电连接。

本实用新型各实施例的电源节能装置，由于包括电源管理单元、动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元；其中，动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元，分别与所述电源管理单元电连接；通过动态自供电单元，可以省去自启动电阻，并无需从变压器引出VCC线圈；通过采样比较单元，可以监测反馈信号，当负载降低时，使驱动信号处于非连贯的族脉冲替代脉冲序列，可以有效降低待机功率，且能满足常见待机要求；通过工作状态切换单元，在待机状态时切断PFC控制器的VCC供电；从而可以克服现有技术中能耗高与节能环保效果差的缺陷，以实现能耗低与节能环保效果好的优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有技术中电源管理单元中电源不同段(即第一电源段与第二电源段)的功率消耗比例示意图；

图2为根据本实用新型电源节能装置的工作原理示意图；

图3为根据本实用新型电源节能装置中工作状态切换单元的工作原理示意图；

图4为根据本实用新型电源节能装置中动态自供电单元的工作原理示意图；

图5为根据本实用新型电源节能装置中采样比较单元的采样跳周期波形示意图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-电源管理单元；2-工作状态切换单元；3-采样比较单元；4-动态自供电单元。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据本实用新型实施例，提供了一种电源节能装置。如图1-图5所示，本实施例包括电源管理单元1、动态自供电单元4、工作状态切换单元2与采样比较单元3；动态自供电单元4、工作状态切换单元2与采样比较单元3，分别与电源管理单元1电连接。

如图1所示，电源管理单元1包括40％功率损耗单元(即第一电源段)与65％功率损耗单元(即第二电源段)，40％功率损耗单元与65％功率损耗单元电连接。其中，40％功率损耗单元包括滤波器、桥式整流器、功率因数校正器、第一整流二极管D1、高压开关与功率因数控制器，滤波器、桥式整流器、功率因数校正器、高压开关与功率因数控制器依次电连接；功率因数校正器与高压开关的公共端，与第一整流二极管D1的阳极电连接；第一整流二极管D1的阴极与高压功率开关的输入端电连接。

65％功率损耗单元包括高压功率开关、变压器、第二整流二极管D2(即变压器输出整流器)、磁放大输出模块、电压反馈控制器、光耦合器与开关电源控制器，高压功率开关的输出端、变压器与第二整流二极管D2的阳极电连接，第二整流二极管D2的阴极与磁放大输出模块的输入端电连接；第二整流二极管D2与磁放大输出模块的公共端、电源反馈控制器、光耦合器、开关电源控制器与高压功率开关的反馈端依次电连接；磁放大输出模块具有输出端和磁放大端。

为了实现电源的节能功能，需从提高电源工作效率、改善功率因数和降低待机能耗等方面下功夫。上述电源管理单元为计算机的电源管理单元，以该电源管理单元为例，其功率消耗来源于高压功率开关、变压器输出整流器、电压反馈控制器、光耦合器、开关电源控制器、功率因数控制器、桥式整流器与滤波器；要提高其电源效率，就要提高每一段(Stage)的效率，并尽力减少功率处理段的数量。

对于40％功率损耗单元(即第一电源段)而言，即功率因数校正(简称PFC)阶段，需确定工作模式，如连续工作模式(简称CCM)或临界导电模式(简称CRM)等。其中，在CCM模式下，要实现更高的效率，可采用以下方法：(1)优化开关选择；(2)采用软恢复升压二极管；(3)选择适合大小的电感，以降低电感中的铜线损耗(磁芯损耗较小)。

在非连续导电模式(DCM)或CRM时要实现更高的效率，可采用如下方法：(1)优化电感磁芯，以降低磁芯损耗和高频绕组损耗；(2)选择更低的Rds-on开关；(3)不须过于在意升压二极管的选择。

对于65％功率损耗单元(即第二电源段)而言，即主开关电源段，要提高其能效，可采用以下方法：

(1)降低初级侧的导电损耗，具体做法是：降低导通阻抗(更高开关损耗)和降低初级侧峰值电流及均方根(RMS)电流；

(2)降低开关损耗(考虑软开关技术)；

(3)次级侧损耗：减少整流器压降(使用低Vf二极管或FET整流器)；

(4)降低磁芯损耗：采用更好的材料。

可见，在电源管理单元中，通常的待机损耗来自启动电路、驱动电路、开关损耗、偏置电路、输出整流器、磁性元件等。电源管理单元可以通过集成一些功能和技术，针对上述待机损耗来源制定相应对策来实现待机功能。常见的待机技术有跳周期、频率回走等。

例如，跳周期是一种常见的降低待机功耗方法。目前电源为提高效率通常都采用开关电源模式，通常的开关频率在几十到几百千赫兹之间。由于开关次数高，因此在电源的整体损耗中，特别是在高频高电压大电流应用中，开关损耗占据了相当大的比例。而在待机时输出负载需求比较低。电源管理芯片可以内部集成比较器，通过监测反馈信号，当负载降低时使驱动信号处于非连贯的族脉冲替代连续脉冲。PWM控制器具有跳周期功能，这样通过跳周期的方式可有效降低待机功耗满足常见的待机要求。

频率回走常用于小功率的应用。当负载降低时通过将原有的开关频率降低来减少开关损耗。PWM控制器采用这种待机形式，在轻载或空载时延长Toff时间使开关频率降低以达到省电的目的。在充电器的应用中可以达到0.3W以下的待机水准。

进一步地，在上述实施例中，如图4所示，动态自供电单元4包括10V/12V的直流电源、放大器A1、开启/关断开关K_ON/OFF与滤波电容C1，其中：10V/12V的直流电源的一端与放大器A1的同相输入端电连接，另一端接地；放大器A1的反相输入端与开启/关断开关K_ON/OFF的第二固定端电连接，并作为第一管脚Pin6、与电源管理单元电连接；放大器A1的输出端与开启/关断开关K_ON/OFF的控制端电连接；开启/关断开关K_ON/OFF的第一固定端为第二管脚Pin8，与电源管理单元电连接；滤波电容C1的一端与放大器A1的反相输入端电连接，另一端接地。

具体地，图4显示了直接从高压端与电源芯片相连启动电源，当电源启动后辅助电源工作VCC开始工作，内部高压电流源关断有VCC供电。这样即可以降低启动损耗又可以有效保证启动时间；另外动态自供电可以省去启动电阻并无需从变压器引出VCC线圈。

这里，高压启动和动态自供电。在传统的电源启动电路中，通常都采用从高压(直流300V～400V)串接一个高阻值电阻来启动电源。此电阻构成了待机功耗重要部分。一般情况下不得不尽量加大该电阻阻值以降低损耗。但是此带来的后果就是导致启动时间延长，这在某些应用中如适配器电源是不允许的。很多电源管理芯片内置高压电流源，可以直接从高压端与电源芯片相连启动电源。当电源启动后辅助电源工作VCC开始工作，内部高压电流源关断有VCC供电。这样即可以降低启动损耗又可以有效保证启动时间。另外动态自供电可以省去启动电阻并无需从变压器引出VCC线圈，该技术在某些应用如CRT的待机设计中可以起到独特的作用将待机损耗降至极低。

在图4中，工作状态切换单元2包括PFC控制器、待机电源模块、转换开关K1、工作电源模块、待机状态转换模块、工作电源模块、开关二极管D3、滤波电容C2与PWM控制器，其中：PFC控制器的输出端、待机电源模块与转换开关K1的控制端，依次电连接；转换开关K1的第一固定端、工作电源模块与整流二极管D3的阴极，依次电连接；开关二极管D3的阳极Vaux与电源管理单元电连接；滤波电容C2的一端与工作电源模块及开关二极管D3的公共端电连接，另一端与PFC控制器的反馈端电连接、并接地；PWM控制器、待机状态转换模块与转换开关K1的第二固定端，依次电连接。

这里，固定频率电流型控制器PWM和准谐振电流模式PWM控制器具有在待机状态下，自动切断PFC的供电，关闭PFC的功能；并通过相应管脚来连接PFC控制器的VCC引脚。当检测到系统进入待机时，会自动切断PFC的VCC供电，这样就等于省去了一个损耗环节，可以实现超低待机能耗。通过以上技术将能对电子电器设备的高效节能起到客观的经济效益，不断的完善高效节能绿色电源技术使其能实现电子电器设备的高效节能环保。采用高性能PFC控制器和软开关半桥谐振控制器，效率在全电压输入范围能可搞达85％以上。待机控制功率在0.5W负载时输入仍小于1W。

PWM电流模式控制器采用软条跳周期技术来控制峰值电流并消除一些开关脉冲，从而控制开关损耗，以实现空载、轻载状态下的卓越高效性能，还可在变压器进入跳周期工作时有效地消除噪声，满足节能、待机与工作状态等各种要求；还可利用功能独特的芯片与以降低待机损耗。

另外，在大于75W存在PFC的情况下，利用功能独特的芯片与以降低待机损耗。待机时，负载远远低于75W，这是对功率因数并无要求。而在传统有缘PFC的拓扑中，通常采用开关型升压电路，其开关频率也在几十到几百千赫兹之间，其开关损耗不可小视。

采样比较单元3包括采样模块、比较模块和反馈模块，采样模块、比较模块和反馈模块依次电连接；采样模块与电源管理单元的反馈输入端电连接，反馈模块与负载电连接。

在图5中，显示了在采样比较单元中，电源管理单元可以内部集成比较器，通过监测反馈信号，当负载降低时使驱动信号处于非连贯的族脉冲替代连续脉冲，可有效降低待机功耗满足常见待机要求。

可见，在上述实施例中，采用跳周期降低待机功耗方法，通过PWM控制器可有效降低待机功耗满足常见的待机要求；当负载降低时通过将原有的开关频率降低来减少开关损耗，在轻载或空载时延长Toff时间使开关频率降低以达到省电的目的；采用软条跳周期技术来控制峰值电流并消除一些开关脉冲，从而控制开关损耗；利用功能独特的芯片与以降低待机损耗；固定频率电流型控制器和准谐振电流模式控制器具有在待机状态下，自动切断PFC的供电，实现超低待机能耗。

综上所述，本实用新型各实施例的电源节能装置，由于包括电源管理单元、动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元；其中，动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元，分别与所述电源管理单元电连接；通过动态自供电单元，可以省去自启动电阻，并无需从变压器引出VCC线圈；通过采样比较单元，可以监测反馈信号，当负载降低时，使驱动信号处于非连贯的族脉冲替代脉冲序列，可以有效降低待机功率，且能满足常见待机要求；通过工作状态切换单元，在待机状态时切断PFC控制器的VCC供电；从而可以克服现有技术中能耗高与节能环保效果差的缺陷，以实现能耗低与节能环保效果好的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电源节能装置，其特征在于，包括电源管理单元、动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元；所述动态自供电单元、工作状态切换单元与采样比较单元，分别与所述电源管理单元电连接。

2.根据权利要求1所述的电源节能装置，其特征在于，所述动态自供电单元包括直流电源、放大器、开启/关断开关与滤波电容，其中：

所述直流电源的一端与放大器的同相输入端电连接，另一端接地；

所述放大器的反相输入端与开启/关断开关的第二固定端电连接，并作为第一管脚Pin6、与电源管理单元电连接；所述放大器的输出端与开启/关断开关的控制端电连接；

所述开启/关断开关的第一固定端为第二管脚Pin8，与电源管理单元电连接；

所述滤波电容的一端与放大器的反相输入端电连接，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的电源节能装置，其特征在于，所述工作状态切换单元包括PFC控制器、待机电源模块、转换开关、工作电源模块、待机状态转换模块、工作电源模块、开关二极管、滤波电容与PWM控制器，其中：

所述PFC控制器的输出端、待机电源模块与转换开关的控制端，依次电连接；所述转换开关的第一固定端、工作电源模块与整流二极管的阴极，依次电连接；开关二极管的阳极Vaux与电源管理单元电连接；

所述滤波电容的一端与工作电源模块及开关二极管的公共端电连接，另一端与PFC控制器的反馈端电连接、并接地；

所述PWM控制器、待机状态转换模块与转换开关的第二固定端，依次电连接。

4.根据权利要求1所述的电源节能装置，其特征在于，所述采样比较单元包括采样模块、比较模块和反馈模块，所述采样模块、比较模块和反馈模块依次电连接；所述采样模块与电源管理单元的反馈输入端电连接，所述反馈模块与负载电连接。