CN202503437U - 一种工频电源变压器低功耗待机电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于变压器节电领域,提供了一种工频电源变压器低功耗待机电路,所述电路包括:阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块,所述阻抗模块与所述开关控制模块相连,所述开关控制模块还与所述光电隔离模块相连,在连接变压器时,所述开关控制模块连接工频电源变压器的初级,所述光电隔离模块连接工频电源变压器的次级。在本实用新型中,由于采用了电-光-电的控制方式,能量转换效率较高。光电二极管只需要较低的电流即可进入待机模式,电路自身消耗的能量较少,实现微功耗待机。由于待机和工作模式都采用同一工频电源变压器,成本大幅下降,并且电路结构非常简单,提高了电路的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于变压器节电领域,尤其涉及一种工频电源变压器低功耗待机电路。
背景技术
在采用工频电源变压器的电器中,电源工作方式包括待机状态和开机状态。目前,其整机的待机功耗一般为2W-10W。而针对整机待机功耗,世界各国均发布了不同的技术要求,欧洲在环保方面的最新指标是:能耗产品(Energy-using Products, EuP)2013年技术要求为小于0.5W。我国也在节能认证中对电源整机的待机功耗提出了相应的指标。为了降低整机在待机时的待机功耗,通常会采用以下三种电路达到低待机功耗:
1、采用AC/DC开关电源,可实现低待机功耗。但开关电源在工作时会产生电磁干扰,影响产品自身的性能,同时会对周围电磁环境产生负面影响。
2、采用双工频电源变压器为整机电源供电,分别为主电源和待机电源,在待机时由待机电源变压器提供低功率输出,用以维持待机电路的运作,以及启动继电器的电源。在整机需要进入工作模式时,继电器闭合,主电源启动,由于启动继电器需要较大的工作电流(200~300mA左右)和电压(6~9V左右),所以待机工频电源变压器输出功率不能设计得太小。另外,由于生产工艺和磁芯材质限制,该方法能实现的最低功耗通常只能达到0.6~0.8W.
3、采用工频电源变压器为整机主电源供电,待机采用开关电源,在待机时由开关电源提供低功率输出,用以维持待机电路的运作,以及启动继电器的电源。在整机需要进入工作模式时,继电器闭合,主电源启动,再让开关电源停止工作,减少电磁干扰。退出工作模式前,先激活开关电源,再关闭继电器。采用该方案时,其成本高,待机时也会有电磁干扰,会影响周围的用电器产品性能及本身产品的性能。
实用新型内容
为了解决上述技术问题,本实用新型实施例的目的在于提供一种工频电源变压器低功耗待机电路。
本实用新型实施例是这样实现的,一种工频电源变压器低功耗待机电路,所述电路包括:阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块,
所述阻抗模块与所述开关控制模块相连,所述开关控制模块还与所述光电隔离模块相连,在连接变压器时,所述开关控制模块连接工频电源变压器的初级,所述光电隔离模块连接工频电源变压器的次级。
进一步地,所述阻抗模块为电容C1,所述电容C1一端与外部的市电输入相连,另一端与开关控制模块相连。
进一步地,所述开关控制模块包括:交流开关,与所述交流开关相连的微处理器,所述微处理器还分别与过零信号检测电路、整流稳压滤波电路相连。
进一步地,所述交流开关包括整流桥UR1,N-MOS场效应管,所述整流桥UR1分别与阻抗模块、N-MOS场效应管相连。
进一步地,所述N-MOS场效应管与微处理器集成为主控芯片IC1,所述微处理器为8位单片机。
进一步地,所述交流开关为可控硅或者三极管。
进一步地,所述整流稳压滤波电路包括整流二极管D1,所述整流二极管D1的负极与电阻R1的一端相连,所述电阻R1的另一端连接稳压二极管ZD1的负极,电容C2,所述稳压二极管ZD1的正极、电容C2的另一端接地。
进一步地,所述过零信号检测电路包括稳压二极管ZD2以及连接于ZD2正极的限流电阻R2。
进一步地,所述光电隔离模块包括光耦IC2,所述光耦IC2的引脚2连接二极管ZD3的正极,所述光耦IC2的引脚1连接二极管ZD3的负极、电阻R3,所述光耦IC2的引脚3、4接开关控制模块。
在本实用新型的实施例中,只需要增加较少的电子元件,便可实现低成本、安全、可靠、简单的低功耗电路。由于本电路采用了电-光-电的控制方式,能量转换效率较高。光电耦合IC2中的光电二极管只需要1mA即可进入待机模式,电路自身消耗的能量较少,轻松实现微功耗待机。由于待机和工作模式都采用同一工频电源变压器,成本大幅下降,并且电路结构非常简单,提高了电路的可靠性。更为重要的是,工作和待机模式都没有高频电磁干扰,解决了AC/DC开关电源无法实现的问题。同时,对现有产品的改动较小,可以容易完成产品升级。并且,电-光-电的控制方式可以达到5kV的绝缘等级,安全性高。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的工频电源变压器低功耗待机电路的框图;
图2是本实用新型实施例提供的工频电源变压器低功耗待机电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
参阅图1,所述电路包括:阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块。所述阻抗模块与所述开关控制模块相连,所述开关控制模块还与所述光电隔离模块相连,在连接变压器时,所述开关控制模块连接工频电源变压器的初级,所述光电隔离模块连接工频电源变压器的次级。
参阅图2,作为本实用新型的实施例,所述阻抗模块为电容C1,所述电容C1一端与外部的市电输入相连,另一端与开关控制模块相连。
作为本实用新型的实施例,所述开关控制模块包括:交流开关,与所述交流开关相连的微处理器,所述微处理器还分别与过零信号检测电路、整流稳压滤波电路相连。所述交流开关包括整流桥UR1,N-MOS场效应管,所述整流桥UR1分别与阻抗模块、N-MOS场效应管相连。作为一个实施例,所述N-MOS场效应管与微处理器集成为主控芯片IC1,所述微处理器为8位单片机。当然,N-MOS场效应管、微处理器也可以不集成,即为独立的元器件。该交流开关也可以为可控硅或者三极管。
所述整流稳压滤波电路包括整流二极管D1,所述整流二极管D1的负极与电阻R1的一端相连,所述电阻R1的另一端连接稳压二极管ZD1的负极,电容C2,所述稳压二极管ZD1的正极、电容C2的另一端接地。该过零信号检测电路包括稳压二极管ZD2以及连接于ZD2正极的限流电阻R2。
作为本实用新型的实施例,所述光电隔离模块包括光耦IC2,所述光耦IC2的引脚2连接二极管ZD3的正极,所述光耦IC2的引脚1连接二极管ZD3的负极、电阻R3,所述光耦IC2的引脚3、4接开关控制模块。
为方便说明,参阅图2,图中所示电路为本实用新型的一种实施电路而已。在本实施例中,PT1是工频电源变压器,RL为负载,SW1为连接负载的开关。在PT1的次级还连接了整流桥UR2,该整流桥UR2分别与电容C3、开关SW1相连。电容C3另一端接地。
阻抗模块为电容C1,该电容C1在待机时串联入工频电源变压器的初级,电容C1用于降低工频电源变压器初级电压,从而降低待机功耗。当然,阻抗模块也可以是电阻,或者由电阻、电容串联或并联组成。UR1整流桥和IC1内部N-MOS场效应管组成交流开关。该交流开关也可以是可控硅,三极管组成。
该开关控制模块包括:与所述阻抗模块相连的整流桥UR1,所述整流桥UR1与主控芯片IC1的引脚1、2相连,所述主控芯片IC1的引脚1、2还通过电阻R2连接到主控芯片IC1的引脚7,所述主控芯片IC1的引脚5连接到二极管ZD2的正极,所述二极管ZD2的负极连接到主控芯片IC1的引脚7,所述主控芯片IC1的引脚8依次连接电容C2、二极管ZD1的负极、电阻R1以及二极管D1的负极,所述电容C2的另一端以及二极管ZD1的正极接地,所述主控芯片IC1的引脚5、6连接到光电隔离模块。
所述光耦IC2,R3,ZD3组成光电隔离电路,其中IC2是普通光耦,例如EL817, 其中ZD3作用为稳压光电二极管最大工作电压,和嵌位光电二极管反向电压的作用。主控芯片IC1是一个集成电路,内置8位单片机可编程微处理器,和N-MOS场效应管,当然也可以由8位单片机,N-MOS场效应管, 可控硅,三极管,等元件独立组成。
主控芯片IC1集成有N-MOS场效应管以及微处理器,N-MOS场效应管的D极连接主控芯片IC1的引脚1、2,N-MOS场效应管的S极连接主控芯片IC1的引脚3、4(接地)。N-MOS场效应管的G极连接微处理器端口。微处理器的VCC端口为主控芯片的引脚8,P1端口为主控芯片的引脚7,P2端口为主控芯片的引脚6,GND端口为主控芯片的引脚5。
所述整流桥UR1和IC1内部N-MOS场效应管组成交流开关。当然,交流开关也可以是可控硅,三极管,单片机构成。二极管D1,电阻R1,二极管ZD1,电容C2构成的电路为主控芯片IC1提供直流工作电源。R2和ZD2构成的电路为过零信号检测电路,所述R2为限流电阻,ZD2为稳压二极管。
该电路由单片机控制,包括三种模式:启动模式、待机模式、工作模式。
在进入启动模式后,接通交流电源,由整流二极管D1与电阻R1,稳压二极管ZD1,电容C2组成整流稳压滤波电路,为IC1提供工作所需直流电源。IC1延时500mS(等待电源稳定)。
P1端口执行过零检测,低电平向执行,高电平原地等待,开通N-MOS,延时5S,然后进入P2端口及N-MOS状态检测模式。
待机模式包括以下两种:当检测到P2端口为低电平,N-MOS为关闭模式,返回P2端口及N-MOS状态检测模式。
另外在待机时,由于ZD3,R3,IC2光电二极管接入电源变压器次级,相当于在电源变压器的次级接入了一个假负载,这样电源变压器初级的电感量会减小,电容C1和初级的分压比会发生变化,电容C1两端电压增加,初级两端电压略为减小,从而让待机功耗更低,待机功耗更稳定。
当检测到P2端口为低电平,N-MOS为开通模式,执行P1端口过零检测,低电平向执行,高电平原地等待,N-MOS 关闭。如果第6脚P2端口为低电平,说明SW1是开路状态。因为只有当SW1 开路时,变压器次级输出电流才会经R3到光耦正极再到负载RL再到地线。IC1内置单片机检测第7脚P1端口,当为低电平时,说明此时是交流过零点,可以安全地关闭N-MOS场效应管。由于只有电容C1串联在PT1初级交流回路中,降低了电源变压器初级的电压,变压器功耗可以降低为工作时的1/10左右。(例如:待机功耗为3W的可以下降为0.3W),此时进入待机模式。
当开关SW1闭合时,当检测到P2端口为高电平,N-MOS为开通模式,返回P2端口及N-MOS状态检测模式。当检测到P2端口为高电平,N-MOS为关闭模式,延时500mS(延时目的减少频繁开关的冲击电流),P1端口执行过零检测,低电平向执行,高电平原地等待,N-MOS开通。当检测第6脚P2端口,如果为高电平,说明SW1是闭合状态。
本实用新型存在以下有益效果:1、控制转换效率高。由于本电路采用了“电”“光”“电”的控制方式,能量转换效率较高。光电二极管只需要1mA即可进入待机模式。电路自身消耗的能量较少,轻松实现微功耗待机。2、成本低。由待机和工作模式都采用同一工频变压器,成本大幅下降,电路结构也非常简单。3、无干扰。最为重要的是工作和待机模式都没有高频电磁干扰。4、可靠性强。“电”“光”“电”的控制方式可以达到5kV的绝缘等级,安全性高。控制方式采用单片机,可以快速检测交流过零点,实现过零开关功能,提高开关的可靠性。另外感性负载的频繁开关,会产生比较大的冲击电流,所以在程序设计时每次开启N-MOS前,都有500mS的延时处理,减小频繁开关的冲击电流。让系统更可靠。5、最大优点是易启动。常规降压节能方式,降低待机功耗的同时,待机模式时次级输出电压也降低了。当两种模式快速切换,或是在次级带负载时,是很难启动的。本专利采用次级高电平待机方式,既次级必需是有电压输出才能待机。无电压进入工作模式,解决了低电压启动的难题,当输入电压下降时超过50%,电路会自动退出待机模式,而进入工作模式。当电压上升后,又能自动回到待机模式 。6、待机还有电压输出,还可以为待机负载供电。次级可以再增加多倍压整流电路,为待机负载提供待机电源。
综上所述,由于本电路采用了电-光-电的控制方式,能量转换效率较高。光电二极管只需要1mA即可进入待机模式,电路自身消耗的能量较少,轻松实现微功耗待机。由于待机和工作模式都采用同一工频电源变压器,成本大幅下降,并且电路结构非常简单,提高了电路的可靠性。更为重要的是,工作和待机模式都没有高频电磁干扰,解决了AC/DC开关电源无法实现的问题。同时,对现有产品的改动较小,可以容易完成产品升级。并且,电-光-电的控制方式可以达到5kV的绝缘等级,安全性高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述电路包括:阻抗模块、开关控制模块以及光电隔离模块,
所述阻抗模块与所述开关控制模块相连,所述开关控制模块还与所述光电隔离模块相连,在连接变压器时,所述开关控制模块连接工频电源变压器的初级,所述光电隔离模块连接工频电源变压器的次级。
2.根据权利要求1所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述阻抗模块为电容C1,所述电容C1一端与外部的市电输入相连,另一端与开关控制模块相连。
3.根据权利要求1所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述开关控制模块包括:交流开关,与所述交流开关相连的微处理器,所述微处理器还分别与过零信号检测电路、整流稳压滤波电路相连。
4.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述交流开关包括整流桥UR1,N-MOS场效应管,所述整流桥UR1分别与阻抗模块、N-MOS场效应管相连。
5.根据权利要求4所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述N-MOS场效应管与微处理器集成为主控芯片IC1,所述微处理器为8位单片机。
6.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述交流开关为可控硅或者三极管。
7.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述整流稳压滤波电路包括整流二极管D1,所述整流二极管D1的负极与电阻R1的一端相连,所述电阻R1的另一端连接稳压二极管ZD1的负极,电容C2,所述稳压二极管ZD1的正极、电容C2的另一端接地。
8.根据权利要求3所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述过零信号检测电路包括稳压二极管ZD2以及连接于ZD2正极的限流电阻R2。
9.根据权利要求1所述的工频电源变压器低功耗待机电路,其特征在于,所述光电隔离模块包括光耦IC2,所述光耦IC2的引脚2连接二极管ZD3的正极,所述光耦IC2的引脚1连接二极管ZD3的负极、电阻R3,所述光耦IC2的引脚3、4接开关控制模块。
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