DE212009000044U1

DE212009000044U1 - Primärseitensteuerschaltung zum ultraniedrigen Leerlaufleistungsbetrieb

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Publication number: DE212009000044U1
Application number: DE212009000044U
Authority: DE
Original assignee: Igo Inc
Current assignee: Igo Inc
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2019-04-04
Also published as: GB2469003B; EP2245727A1; GB2471030B; RU2456736C1; AU2009251516A1; CA2713540A1; MX2010012864A; KR20110019384A; WO2009146141A1; US7779278B2; AU2009251516B2; IL209615A0; TR201009761T2; GB2471030A; US20100332865A1; HK1148873A1; GB2469003A; US20090300400A1; JP2011522508A; CA2713540C

Abstract

Eine Leistungsversorgung mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei die Leistungsversorgung mit einem ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus konfiguriert ist, wobei die Leistungsversorgung folgende Merkmale aufweist:
eine Primärschaltung auf der Primärseite, wobei die Primärschaltung konfiguriert ist, um Leistung von einer externen Leistungsquelle zu empfangen;
eine Steuerschaltung auf der Primärseite, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um die Primärschaltung zu überwachen und die Primärschaltung derart zu steuern, dass die Primärschaltung ansprechend auf das Erfassen eines Leerlaufleistungsmodus im Wesentlichen deaktiviert wird;
eine Sekundärschaltung auf der Sekundärseite, wobei die Sekundärschaltung mit der Primärschaltung gekoppelt und konfiguriert ist, um ein Leistungsausgangssignal zu liefern; und
wobei die Steuerschaltung zumindest eines von einem Arbeitszyklus oder einer Schaltrate in der Primärschaltung überwacht, um zu bestimmen, ob ein Leistungswert der Leistungsversorgung über oder unter einer vorbestimmten Schwelle liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Reduzieren des Leistungsverbrauchs bei elektronischen Vorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Schaltung zum Einleiten eines ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus bei einer Leistungsversorgung oder Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Der zunehmende Bedarf an geringerem Leistungsverbrauch und umweltfreundlichen Verbrauchervorrichtungen hat zu einem Interesse an Leistungsversorgungsschaltungen mit „grüner” Technologie geführt. Ein Notebook-Leistungsadapter, der permanent „eingesteckt” ist, verbringt z. B. durchschnittlich 67% seiner Zeit im Leerlaufmodus. Selbst bei einem Leistungsadapter, der den vorgeschriebenen Anforderungen entspricht, weniger als 0,5 Watt/Std. zu dissipieren, summiert sich diese ausgedehnte Leerlaufzeit zu 3000 Wattstunden verschwendeter Energie pro Jahr pro Adapter. Wenn man die verschwendete Energie der zahlreichen im Leerlauf befindlichen Leistungsadapter zusammenrechnet, ist die verlorene Leistung beträchtlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs während des Leerlaufmodus einer mit Leistung versorgten Vorrichtung auf ultraniedrige Werte, wie z. B. etwa ein Zehntel bis ein Tausendstel oder weniger der Wirkleistung, offenbart. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel liefert eine ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung Leistung an eine elektronische Vorrichtung, wie z. B. einen Notebook-Computer, Mobiltelefone, Bluetooth-Headsets, Smartphones, MP3-Player und tragbare GPS-Systeme. Eine ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung kann eine Primärschaltung, eine Sekundärschaltung und eine Steuerschaltung umfassen. Die Sekundärschaltung ist mit der Primärschaltung gekoppelt, z. B. durch eine Trennvorrichtung. Die Primärschaltung empfängt Steuersignale von der Steuerschaltung, um den Zustand der Primärschaltung geeignet zu steuern.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Steuerschaltung eine Logiksteuereinheit auf, die überwacht und beurteilt, ob die mit Leistung versorgte Vorrichtung sich in einem Leerlaufmodus befindet, und, falls dies der Fall ist, ein Steuersignal liefert, das konfiguriert ist, um den Zustand der Primärschaltung zu steuern, indem eine Schaltschaltung gesteuert wird, um den Zustand der Primärschaltung zu ändern. Durch Abkoppeln und/oder Deaktivieren der Primärschaltung wird der Leistungsverbrauch der Leistungsversorgung während des Leerlaufbetriebs im Wesentlichen auf ultraniedrige Werte reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung kann durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche in Zusammenschau mit den Figuren besser verstanden werden, wobei gleiche Bezugszeichen sich in den Figuren auf ähnliche Elemente beziehen und:
1 ein Blockdiagramm einer exemplarischen Leistungsversorgung zeigt, die zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs während eines Leerlaufmodus konfiguriert ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel;
2 ein weiteres Blockdiagramm einer exemplarischen Leistungsversorgung zeigt, die mit einer Primärschaltung zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs während eines Leerlaufmodus konfiguriert ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel;
3 ein Schaltbild einer exemplarischen Leistungsversorgung zeigt, die mit einer Primärschaltung zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs während eines Leerlaufmodus konfiguriert ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel;
4 ein schematisches Schaltbild einer exemplarischen Leistungsversorgung zeigt, die mit einer Primärschaltung zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs während eines Leerlaufmodus konfiguriert ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel; und
5 ein schematisches Schaltbild einer exemplarischen Leistungsversorgung zeigt, die mit einer Primärschaltung zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs während eines Leerlaufmodus konfiguriert ist, gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann hier hinsichtlich verschiedener funktioneller Komponenten und verschiedener Arbeitsschritte beschrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, dass diese funktionellen Komponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware- oder Strukturkomponenten implementiert werden können, die konfiguriert sind, um die angegebenen Funktionen zu erfüllen. Z. B. kann die vorliegende Erfindung verschiedene integrierte Komponenten, wie z. B. Puffer, Stromspiegel und Logikvorrichtungen, verwenden, die aus verschiedenen elektrischen Vorrichtungen zusammengesetzt sind, wie z. B. Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, Dioden und dergleichen, deren Werte für verschiedene beabsichtigte Zwecke geeignet konfiguriert werden können. Außerdem kann die vorliegende Erfindung bei einer beliebigen Anwendung mit integrierten Schaltungen praktiziert werden. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken werden hier aber exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Schaltleistungswandler zur Verwendung bei Leistungsversorgungsschaltungen beschrieben. Ferner sei darauf hingewiesen, dass, obwohl verschiedene Komponenten geeignet mit anderen Komponenten in exemplarischen Schaltungen gekoppelt oder verbunden werden können, diese Verbindungen und Kopplungen durch eine direkte Verbindung zwischen Komponenten oder durch eine Verbindung durch andere Komponenten und Vorrichtungen, die dazwischen angeordnet sind, implementiert werden können.
Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungsversorgung offenbart, die zum Reduzieren der Leistung während eines Leerlaufmodus auf ultraniedrige Werte, wie z. B. etwa ein Zehntel bis ein Tausendstel oder weniger Wirkleistung, konfiguriert ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 100 eine Primärschaltung 110, eine Sekundärschaltung 120 und eine Steuerschaltung 130. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel liefert die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 100 Leistung an eine elektronische Vorrichtung, wie z. B. einen Notebook-Computer, Mobiltelefone, Bluetooth-Headsets, Smartphones, MP3-Player und tragbare GPS-Systeme. Außerdem handelt es sich bei der externen Leistungsquelle entweder um Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC), und dieselbe ist mit der Primärschaltung 110 verbunden. Die Sekundärschaltung 120 befindet sich in Kommunikation mit der Primärschaltung 110. Die Steuerschaltung 130 überwacht und steuert den Zustand der Primärschaltung 110. Obwohl die Steuerschaltung 130 in 1 als eine Komponente gezeigt ist, die mit der Primärschaltung 110 verbunden ist, kann die Steuerschaltung 130 auch in die Primärschaltung 110 integriert sein oder anderweitig als in derselben enthalten betrachtet werden, da beide Komponenten Teil der Primärseite der Leistungsversorgung 100 sind, und das gezeigte Ausführungsbeispiel dient lediglich zu Veranschaulichungszwecken. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel werden das Verhalten und/oder die Charakteristika der Primärschaltung 110 überwacht und/oder beurteilt. Falls das überwachte Verhalten/die überwachten Charakteristika der Primärschaltung 110 anzeigen, dass die elektronische Vorrichtung im Wesentlichen keine Leistung von der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 100 entnimmt, ermöglicht oder steuert die Steuerschaltung 130 das Abkoppeln oder Deaktivieren der Primärschaltung 110. Bei einem Ausführungsbeispiel soll im Wesentlichen keine Leistung bedeuten, dass sich die Ausgangsleistung im Bereich von ca. 0–1% einer normalen Maximalausgangslast befindet. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung 130 konfiguriert, um den Zustand der Primärschaltung 110 zu steuern, indem eine Schaltschaltung gesteuert wird, um den Zustand der Primärschaltung zu ändern und die Betriebsmodi der Leistungsversorgung 100 zu ändern, z. B. um die Eingangsleistung von der Primärschaltung 110 abzukoppeln oder zu deaktivieren. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel steuert die Steuerschaltung 130 die Primärschaltung 110, um die Modi der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 100 gemäß dem Eingangsleistungswert zu verändern. Es können jedoch verschiedene andere Bedingungen, wie z. B. die Betriebsrate der Primärschaltung mit anderen Komponenten, Stromwert und dergleichen, ebenso beobachtet und überwacht werden.
Indem die Primärschaltung 110 im Wesentlichen deaktiviert oder abgekoppelt wird, wird der Leistungsverbrauch der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 100 reduziert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das im Wesentlichen Deaktivieren der Primärschaltung so konfiguriert, dass Schaltschaltungen der Primärschaltung 110 statisch sind und nur Ruhestrom entnehmen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das im Wesentlichen Deaktivieren der Primärschaltung so konfiguriert, dass Schaltschaltungen nicht mehr schalten und dass Kondensatoren der Primärschaltung 110 und Kondensatoren der Sekundärschaltung 120 statisch sind und mit keinem Welligkeitsstrom geladen sind. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das im Wesentlichen Deaktivieren der Primärschaltung so konfiguriert, dass Leistung komplett aus der Primärschaltung 110 beseitigt wird.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 100 drei Modi auf: aktiv, normaler Leerlauf und ultraniedriger Leerlauf. Der Aktivmodus stellt das aktive Funktionieren der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 100 dar, wenn dieselbe eine elektronische Vorrichtung mit Leistung versorgt. Der normale Leerlaufmodus liegt vor, wenn die ultraniedrige Leistungsversorgung mit einer Eingangsleistungsquelle verbunden ist, aber aktiv keine elektronische Vorrichtung mit Leistung versorgt. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel verifiziert die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 100, dass der aktuelle Zustand der normale Leerlaufmodus ist, bevor dieselbe in den ultraniedrigen Leerlaufmodus umschaltet.
Während des ultraniedrigen Leerlaufmodus ist die Primärschaltung 110 im Wesentlichen deaktiviert oder abgekoppelt, was im Wesentlichen die Rate des Leistungsverbrauchs verglichen mit dem normalen Leerlaufmodus verringert. Außerdem kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 100 auch eine Niedriglastzyklus-„Aufwach”-Periode aufweisen, um die Leerlaufzeit von Konstantleerlauf in lange Perioden von Nullleistung und kurze Perioden von Leerlaufleistung zu ändern. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die ultraniedrige Leistungsversorgung 100 während dieser periodischen „Aufwach”-Zeit wirksam, um ein Ausgangssignal an der Sekundärschaltung 120 zu liefern. Die Primärschaltung 100 ist konfiguriert, um angeschaltet zu bleiben, falls die angeschlossene elektronische Vorrichtung mehr als Leerlaufleistung benötigt. Sobald die von der Sekundärschaltung 120 entnommene Leistung wieder zum Leerlaufmodus zurückgekehrt ist, geht die ultraniedrige Leistungsversorgung 100 nach einer Zeitspanne in den ultraniedrigen Leerlaufmodus.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 eine Primärschaltung 210, eine Sekundärschaltung 220 und eine Steuerschaltung 230. Eine Sicherheitsgrenze 250 trennt die Primärschaltung 210 und die Sekundärschaltung 220. Die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 empfängt ein Leistungseingangssignal 201, bei dem es sich entweder um AC oder DC handeln kann, und gibt ein Leistungsausgangssignal 202, bei dem es sich ebenfalls entweder um AC oder DC handeln kann, an eine elektronische Vorrichtung weiter.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Primärschaltung 210 eine Eingangsschaltung 212, eine Energiespeichereinheit 214 und einen Modulator 216. Die Eingangsschaltung 212 ist zum Schützen, Filtern und/oder Gleichrichten einer Eingangsleistung an die Primärschaltung 210 konfiguriert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Eingangsschaltung 212 Eingangs-EMI-Filter und einen Gleichrichter und kann beliebige andere Vorrichtungen zum Schützen, Filtern und/oder Gleichrichten aufweisen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Eingangsschaltung 212 einen gesteuerten Schalter, der konfiguriert ist, um Leistung zu deaktivieren oder abzukoppeln, die in Komponenten in der Primärschaltung 210 eingegeben wird. Außerdem ist die Energiespeichereinheit 214 zum Glätten eines gleichgerichteten Gleichstroms und zum Speichern von Energie konfiguriert. Die Energiespeichereinheit 214 kann einen Energiespeicherkondensator oder eine beliebige andere Energiespeichervorrichtung oder -schaltung aufweisen. Der Modulator 216 ist zum Ansteuern einer dielektrischen Trenn- bzw. Isoliervorrichtung, wie z. B. eines Transformators, konfiguriert. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der Modulator 216 eine PWM-Steuerung und/oder einen MOSFET umfassen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel überwacht die Steuerschaltung 230 das Verhalten der Primärschaltung 210 und ermöglicht die Steuerung des Modus der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 200 basierend auf zumindest einem oder einer Kombination von: Leistung, die durch die Primärschaltung 210 weitergegeben wird, Betriebsrate der Komponenten der Primärschaltung 210, Pulsbreite im Modulator 216, Welligkeitsstrom im Speicherkondensator, der im Energiespeicher 214 enthalten ist, Eingangsstrom vom AC-Eingangssignal 201, Temperatur von verlustbehafteten Komponenten in der Primärschaltung 210 und/oder Stromfluss durch die Schaltschaltungen in der Primärschaltung 210. Falls z. B. die Ausgangslast etwa 10 Sekunden lang bei einer im Wesentlichen niedrigen Leistung liegt, kann die Steuerschaltung 230 das Wechseln der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 200 in einen ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus ermöglichen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel bleibt die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 eine bestimmte Zeitspanne lang in einem ultraniedrigen Leistungsleerlaufmodus, z. B. eine zweistellige Minutenanzahl lang, bevor dieselbe in den normalen Leistungsmodus zurückkehrt. Falls das Verhalten der Primärschaltung 210 bei der Rückkehr in den normalen Leistungsmodus einen wesentlichen Ausgangslastbedarf anzeigt, lässt die Steuerschaltung 230 die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 in einem normalen Betriebsmodus bleiben, bis ein normaler Leerlaufmodus erfasst wird. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird der Modus der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 200 aufgrund ausgewählter Kriterien geändert, und die Kriterien können ein festes Kriterium, eine Schablone und/oder ein erlerntes Kriterium aufweisen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Steuerschaltung 230 eine Logiksteuereinheit 240 und eine Leistungssteuereinheit 232 auf. Die Logiksteuereinheit 240 ist konfiguriert, um die Primärschaltung 210 zu überwachen, z. B. durch ein Überwachen des Betriebs des Modulators 216, und um ein Steuersignal auszugeben, das Informationen an die Primärschaltung 210 zurückführt. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Logiksteuereinheit 240 eine Überwachungs- und Steuervorrichtung. Die Überwachungs- und Steuervorrichtung kann eine Kombinationslogikmaschine, eine Zustandsmaschine und/oder einen Mikroprozessor aufweisen. Die Überwachungs- und Steuervorrichtung kann auch passive Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um den Betrieb des Modulators 216 zu überwachen. Die Leistungssteuereinheit 232, die z. B. eine Kombinationslogikmaschine, eine Zustandsmaschine und/oder einen Mikroprozessor aufweisen kann, steuert den Betrieb der Primärschaltung 210, z. B. durch Steuern des Betriebs des Modulators 216. Die Leistungssteuereinheit 232 kann auch einen Schalter aufweisen, der Bipolartransistoren oder MOSFETs verwendet. Z. B. kann die Leistungssteuereinheit 232 das Steuersignal von der Logiksteuereinheit 240 empfangen, und dieselbe aktiviert oder deaktiviert Teile des Modulators 216, z. B. durch Steuern des Betriebs der Schalter S1, S2, S3 und/oder S4.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf die 2 und 3 übermittelt die Primärschaltung 210 durch einen Transformator 319 Leistung an die Sekundärschaltung 220. Außerdem ist die Primärschaltung 210 mit einer ersten Masse 315 verbunden, und die Sekundärschaltung 220 ist mit einer zweiten Masse 325 verbunden, getrennt durch eine Sicherheitsgrenze 250. Zusätzlich dazu, dass sie eine Vollwellenbrückenschaltung 314, einen Integrator 316, einen Strom-Spannungswandler 317 mit einem Widerstand R1 und/oder anderen Komponenten und eine Energiespeichereinheit 214 aufweist, kann die Primärschaltung 210 auch mit einem Modulator 216 konfiguriert sein, der eine Pulsbreitenmodulator(PWM)-Steuerung 311 und einen MOSFET 313 aufweist.
Die Komponenten in dem Modulator 216, wie z. B. die PWM-Steuerung 311 und der MOSFET 313, dienen dazu, den Eingangs-DC von der Eingangsschaltung 212 mit einer Hochfrequenzrate zu zerhacken, um den Transformator 319 anzusteuern und Leistung von der Primärseite (links) des Transformators 319 zur Sekundärseite (rechts) zu übertragen. Die Rate des Zerhack- oder Arbeitszyklus ist direkt proportional zur Last am Ausgang 202. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die PWM-Steuerung 311 durch die Logiksteuereinheit 240 hinsichtlich eines Verhaltens überwacht werden, das anzeigt, dass die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 in den ultraniedrigen Leerlaufmodus wechseln sollte. Die PWM-Steuerung 311 weist eine diskrete Komponente mit An-/Aus-Zuständen und einer Modulationsrate auf. Die An-/Aus-Zustände der PWM-Steuerung 311 steuern die Leistung, die an die Sekundärschaltung 220 weitergegeben wird. Bei einem Ausführungsbeispiel beeinflusst z. B. die Pulsrate, die von der PWM-Steuerung 311 an einen Transistorschalter im Modulator 216, wie z. B. MOSFET 313, geht, im Wesentlichen die Ausgangsleistung, die am Leistungsausgang 202 geliefert wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die PWM-Steuerung 311 eine Pulsfolge variabler Breite mit einer festen Rate verwenden, um die Leistung am Leistungsausgang 202 zu steuern. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die PWM-Steuerung 311 auch eine Kombination von Rate und Breite verwenden, um die Leistung zu steuern, die an die Sekundärschaltung 220 weitergegeben wird.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird, wenn eine normale Bedingung geringer Last durch die PWM-Steuerung 311 erfasst wird, die Rate und Pulsbreite im Wesentlichen unter normale belastete Bedingungen gesenkt. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen unter dem Normalen definiert als eine Pulsrate unter etwa 1 kHz während Lastbedingungen im Bereich von etwa 1–90 Watt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen unter dem Normalen definiert als eine Pulsbreite von Mikrosekunden aus einer Periode von Millisekunden während Leerlaufbedingungen. Derartige Veränderungen der Ausgaberate der PWM-Steuerung 311 können am Eingang IN1 abgetastet oder erfasst werden. Z. B. kann ein DRV-Ausgangssignal der PWM-Steuerung 311 durch die Logiksteuereinheit 240 abgetastet werden, und die Rate (Frequenz) der Ansteuerpulse kann gemessen werden. Bei niedrigen Leistungswerten ist die PWM-Steuerung 311 in einem Modus mit niedriger Pulsrate wirksam, die oft als „Zyklusüberspringen” bezeichnet wird. Zum Zyklusüberspringen kommt es normalerweise, wenn die Last am Leistungsausgang 202 unter etwa 20 Watt beträgt, und die Pulsrate variiert von einigen hundert Pulsen/Sekunde bis zu einigen Tausend, wenn die Last zwischen fast Null und etwa 20 Watt variiert. Außerdem kann dieser Übergang zum und Betrieb im Modus mit gesenkter PWM-Rate und reduzierter Breite durch die Logiksteuereinheit 240, die die Pulsrate von der PWM-Steuerung 311 überwacht, die von dem Ausgangssignal des Integrators 316 beobachtet wird, am Eingang IN2 erfasst werden (wobei die Pulsrate eines DRV-Ausgangssignals der PWM-Steuerung 311 durch den Integrator 316 integriert werden kann, um eine DC-Spannung zu liefern, die der Last bei 202 proportional ist), und/oder Strom-Spannungswandler 317 am Eingang IN3 (wobei der Strom im MOSFET-Schalter 313 durch den Widerstand R1 in eine Spannung umgewandelt wird und der sich ergebende Strom im Verhältnis zu dem Laststrom am Leistungsausgang 202 variiert). Bei einem Ausführungsbeispiel kann die reduzierte Breite auch als reduzierter Arbeitszyklus beschrieben werden, wobei der Arbeitszyklus sich auf das Verhältnis der Zeit, in der der PWM-Ausgangspuls aktiv oder hoch ist oder ein Schaltelement ansteuert, zu der Rate oder Periode des PWM-Signals bezieht.
Nach der Erfassung kann die Logiksteuereinheit 240 die Leistung durch ein Aussetzen des Schaltens im Modulator 216 und anderweitig in der Primärschaltung 210 weiter reduzieren. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird das Schalten ausgesetzt, indem die Logiksteuereinheit 240 Signale an die Schalter S1, S2, S3 und/oder S4 sendet, um selektiv die PWM-Steuerung 311 von entweder ihren Leistungseingängen, HV (Hochspannungseingang), VDD (Steuerungsbetriebsspannung) oder ihrer Ansteuerung zum MOSFET 313 zu trennen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die Leistung von der Primärschaltung 210 über die Sicherheitsgrenze 250, über den Transformator 319, an die Sekundärschaltung 220 übertragen. Die Sicherheitsgrenze 250 erzeugt keinen direkten Kontakt zwischen der Primär- und Sekundärschaltung, um eine unerwünschte Übertragung von Elektrizität zu verhindern. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Sicherheitsgrenze 250 eine dielektrische Trennkomponente. Die dielektrische Trennkomponente kann einen Transformator, eine kapazitive Kopplung oder einen Optokoppler aufweisen. Außerdem kann es sich bei der dielektrischen Trennkomponente um eine beliebige Komponente handeln, die geeignet ist, um die Kriterien der Sicherheitsanforderung Underwriters Laboratory 60950 zu erfüllen. Gemäß den Sicherheitsvorschriften liegt die Sicherheitsgrenze 250 bei Ausführungsbeispielen vor, die AC in die Primärschaltung 210 aufweisen und DC-Leistung von der Sekundärschaltung weitergeben. Bei zusätzlichen Ausführungsbeispielen kann die Sicherheitsgrenze vorliegen, ist aber nicht erforderlich, oder kann gar nicht vorliegen. Bei einem Ausführungsbeispiel mit DC-Eingangssignal und DC-Ausgangssignal kann es z. B. sein, dass keine Sicherheitsgrenze vorhanden ist.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Transformator 319 eine Primärwicklung PW1, eine Sekundärwicklung SW1 und eine Sekundärwicklung SW2 auf. Die Sekundärwicklung SW2 liefert eine Betriebsleistung durch den Schalter S3 an die PWM-Steuerung 311, während die Sekundärwicklung SW1 die Ausgangsspannung für die Sekundärschaltung 220 liefert. Eine Diode D1 und ein Kondensator C2 in der Primärschaltung 210 dienen dazu, das AC-Ausgangssignal der Sekundärwicklung SW2 gleichzurichten und zu glätten, so dass das Eingangssignal VDD an die PWM-Steuerung 311 Gleichstrom (DC) ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die PWM-Steuerung 311 einen Hochspannungseingang (HV-Eingang) in Kommunikation mit dem Energiespeicherkondensator 214, der durch den Schalter S2 gesteuert wird. Der HV-Eingang wird verwendet, um die Funktion der PWM-Steuerung 311 bei eingeschalteter Leistung zu starten, wobei der VDD-Eingang eine normale Betriebsspannung liefert, wenn die PWM-Steuerung 311 den MOSFET 313 und die Primärwicklung PW1 ansteuert. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind bei dem Zustand „eingeschalteter” Leistung die Schalter S1–S4 normalerweise geschlossen, so dass die PWM-Steuerung 311 sich normal hochfahren und funktionieren kann.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Sekundärschaltung 220 ferner eine Ausgangsschaltung 222. Die Ausgangsschaltung 222 ist konfiguriert, um die Leistung von der Primärschaltung 210 in eine gewünschte Leistungslast am Leistungsausgang 202 für eine elektronische Vorrichtung umzuwandeln. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Ausgangsschaltung 222 einen Filterkondensator. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 AC-Leistung empfängt und DC-Leistung weitergibt, kann die Ausgangsschaltung 222 zumindest einen Gleichrichter umfassen.
Die Steuerschaltung 230 ist konfiguriert, um den Zustand der Primärschaltung 210 zu steuern, indem die Schalter S1–S4 gesteuert werden, um den Modulator 216 zu steuern. Die Schalter können Transistorschalter vom FET-Typ aufweisen oder können Relais, wie z. B. Festkörper- oder Triac- oder Latch-Typ-Relais, oder beliebige andere Schaltvorrichtungen oder Schaltmechanismen, die für Leistungsversorgungen geeignet sind, aufweisen. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet die Steuerschaltung 230 eine Leistungssteuereinheit 232, um den Betrieb des Modulators 216 durch die Schalter S2–S4 zu steuern. Die Leistungssteuereinheit 232 empfängt das Steuersignal von der Logiksteuereinheit 240 und aktiviert oder deaktiviert Teile des Schalterelements 216 durch ein Steuern der Schalter S2, S3 und/oder S4. Bei einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Leistungssteuereinheit 232 auch den Schalter S1 steuern, um wirksam jede Leistung an das Schalterelement 216 zu beseitigen. Das Aktiveren oder Deaktivieren des Schalterelements 216 wird durch ein Leistungssteuersignal vorgegeben, das von der Leistungssteuereinheit 232 übermittelt wird. Das Leistungssteuersignal weist zumindest zwei Zustande auf: normaler Leerlauf und ultraniedriger Leerlauf. Außerdem hält die Steuerschaltung 230 bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ihren aktuellen Zustand in einem Speicher fest. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Speicher unter Verwendung eines Transistor-Latch implementiert. Außerdem ist bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der voreingestellte unprogrammierte Zustand der Steuerschaltung 230 ein normaler Leerlauf.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel basiert die Auswahl des aktuellen Modus auf der vergangenen Rate der PWM-Steuerung 311. Diese vergangene Rate kann durch die Logiksteuereinheit 240 bestimmt werden, die einen Eingang IN1 vom Ausgang der PWM-Steuerung 311 überwacht. Eine Schablone kann basierend auf der vergangenen Rate der PWM-Steuerung 311 bestimmt und verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Modus der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung in Betrieb sein sollte. Z. B kann die Schablone bestimmen, dass, wenn sich die PWM-Steuerung 311 länger als 15 Minuten im Leerlaufmodus befindet, diese Verwendung anzeigen kann, dass die Ausgangsvorrichtung für eine lange Zeitdauer keine Wirkleistungsversorgung benötigen wird und die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung in den ultraniedrigen Leerlaufmodus umschalten sollte.
Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der ultraniedrige Leistungsverbrauch weniger als etwa 0,5 Watt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt der ultraniedrige Leistungsverbrauch etwa ein Zehntel bis ein Tausendstel oder weniger der Leistung im aktiven Zustand. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der Leistungsversorgungsverbrauch während des normalen Leerlaufmodus z. B. etwa 300 mW, und der Leistungsverbrauch während des ultraniedrigen Leerlaufmodus liegt zwischen etwa 0 mW und etwa 300 mW.
Eine derartige ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgungsschaltung kann bei verschiedenen Anwendungen nützlich sein. Z. B. kann eine ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung den verschwendeten Leistungsverbrauch reduzieren, wenn dieselbe verwendet wird, um elektronische Vorrichtungen, wie z. B. Laptop, Mobiltelefone, Bluetooth-Headsets, Smartphones, MP3-Player, Videospielsysteme und tragbare GPS-Systeme, mit Leistung zu versorgen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 den verschwendeten Leistungsverbrauch bei einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Offline-AC-Schaltvorrichtung verringern.
Verschiedene andere Merkmale, Vorrichtungen und Funktionen können in der Leistungsversorgung 200 enthalten sein, um die Verbesserung des Betriebs zu ermöglichen und/oder Rückkopplungsinformationen zu liefern. Z. B. kann bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel, obwohl dies in 2 oder 3 nicht gezeigt ist, die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 einen physischen, mechanischen Standby-Schalter umfassen, der entweder an der Verbindungsspitze oder am Körper der Leistungsversorgung angeordnet ist. Der Standby-Schalter kann verwendet werden, um manuell den Modus der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 200 von einem aktiven Modus oder einem normalen Leerlaufmodus in den ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus umzuändern. Außerdem kann der Standby-Schalter verwendet werden, um manuell den Modus der ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgung 200 von dem ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus in den aktiven Modus oder den normalen Leerlaufmodus umzuändern. Zusätzlich umfasst die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel zumindest eine beleuchtete Anzeigevorrichtung, um den Modus der Leistungsversorgung anzuzeigen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 eine Vorrichtung, um Statistiken bezüglich des Leistungsverbrauchs anzuzeigen. Bei der Vorrichtung kann es sich z. B. um ein Messgerät, eine Anzeige wie z. B. LCD oder LED handeln, und die Statistik kann eingesparte Watt, Leistungswert, Wirkungsgrad der Leistungsversorgung und dergleichen umfassen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel überwacht die Logiksteuereinheit 240 die Umgebungslichtbedingungen und bestimmt, ob es dunkel ist. Gemäß einem exemplarischen Betriebsverfahren und unter Bezugnahme auf die 2 und 3 funktioniert, wenn die Leistungsversorgung 200 anfänglich mit dem Leistungseingang 201 verbunden wird, die Leistungsversorgung 200 normal und spricht auf Lastbedingungen durch ein Liefern von Ausgangsleistung an die elektronische Ausgangsvorrichtung an. Die Steuerschaltung 230 beginnt im normalen Leerlaufmodus, während die Logiksteuereinheit 240 das Verhalten des Modulators 216 durch die Eingänge IN1–IN3 überwacht und bestimmt, ob der Leistungsausgang über eine bestimmte Zeitspanne geringfügig belastet oder nicht belastet ist.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel werden die Zustände der Leistungsversorgung vom normalen Leerlauf in den ultraniedrigen Leerlauf umgeändert, wenn die Leistungsausgangslast unter einer vorbestimmten Schwelle liegt. Die vorbestimmte Schwelle kann fest, dynamisch und/oder erlernt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine geringfügige Last jede Leistungsausgangslast, die unter die vorbestimmte Schwelle fällt.
Wenn am Modulator 216 geringfügige Aktivität oder keine Aktivität erfasst wird, sendet die Logiksteuereinheit 240 ein Änderungs-/Steuersignal an die Leistungssteuereinheit 232.
Wenn das Signal empfangen worden ist, verändert die Leistungssteuereinheit 232 den Zustand vom normalen Leerlauf in den ultraniedrigen Leerlauf. Außerdem überträgt die Leistungssteuereinheit 232 ein weiteres Signal an die Schalter S2, S3 und S4, wodurch der Modulator 216 durch ein Öffnen der Schalter S1, S2, S3, S4 oder einer Kombination derselben deaktiviert wird. Wenn der Modulator 216 deaktiviert ist, wird die in den Schaltelementen verschwendete Leistung eliminiert, und es gehen nur sehr kleine Leckströme von der Energiespeichereinheit 214 verloren. Infolgedessen sind die Schaltungen, die Leistung verbrauchen, getrennt, und die Leistungsversorgung 200 ist „tot”, wobei während der Zeit ohne Verbindung die Leistung, die durch Komponenten verbraucht wird, die mit dem AC-Eingang verbunden sind, hochgradig minimiert ist.
Bei einem exemplarischen Betriebsverfahren überwacht, wenn die Logiksteuereinheit 240 der Leistungssteuereinheit 232 signalisiert, die Schalter S1, S2, S3 und S4 zu schließen, die Logiksteuereinheit 240 das Verhalten des Modulators 216. Wenn die Schaltfrequenz oder -rate in dem Modulator 216 zunimmt, wodurch ein Lastbedarf am Leistungsausgang 202 angezeigt wird, signalisiert die Logiksteuereinheit 240 der Leistungssteuereinheit 232, den Zustand zurück zum normalen Leerlaufmodus umzuändern. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel bleibt die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 im normalen Leerlaufmodus, bis die Lastbedingungen einen reduzierten oder „Null”-Leistungszustand anzeigen. Bei einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Logiksteuereinheit 240 einen internen Zeitgeber umfassen, um periodisch den ultraniedrigen Leerlaufleistungsversorgungszustand zurück in den normalen Leerlauf zu wechseln, so dass die Sekundärschaltungskomponenten die Leistung aufrechterhalten können.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Energiespeichereinheit 214 periodisch durch den Schalter S1 mit dem Leistungseingang 201 verbunden, selbst wenn sich die ultraniedrige Leerlaufleistungsversorgung 200 im ultraniedrigen Leerlaufmodus befindet. Dies führt zu einem schnellen Umschalten vom ultraniedrigen Leerlaufmodus in den normalen Leerlaufmodus oder aktiven Modus ohne die Verzögerung einer Neuaufladung der Energiespeichereinheit 214. Dies ist der Fall, obwohl die Schaltelemente 216 während des ultraniedrigen Leerlaufmodus deaktiviert sind. Unter Bezugnahme auf 4 können zusätzliche Details und Betriebsmerkmale ferner in Verbindung mit einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel einer Leistungsversorgung 400 offenbart werden. Gemäß diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Eingangsschaltung 212 eine Eingangsschaltung 312 und einen Gleichrichter 314 auf. Die Eingangsschaltung 312 weist eine RC-Filterschaltung für AC-Eingangsleistung an Eingangsanschlüssen 210 auf und kann auf verschiedene Weisen strukturiert oder neu angeordnet werden, um einen Stoßschutz und/oder Filterfunktionen zu liefern. Der Gleichrichter 314 weist eine Vollwellenbrückengleichrichterschaltung auf, kann aber ebenso verschiedene andere Gleichrichter-Konfigurationen aufweisen. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weisen die Schalter S1–S4 Schalter vom FET-Typ auf, können jedoch ebenso geeignet durch verschiedene andere Schaltvorrichtungen und -komponenten, wie z. B. Relais, ersetzt werden. Die Schalter S1–S4 sind konfiguriert, um Leistungsaufnahmen von ihren Quellen zu trennen. Ein Integrator 316 weist eine Diode D2 und einen Kondensator C4 zur Verwendung durch die Logiksteuereinheit 240 auf. Um aufbereitete Leistung für die PWM-Steuerung 311 und die Leistungssteuerung 232 zu liefern, weist die Primärschaltung 210 ferner eine Schaltung mit einer Diode D1, einem Kondensator C2, einem Widerstand R7, einer Zener-Diode Z1 und einem Kondensator C5 auf. Die Sekundärschaltung 220 weist eine Diode D3 und einen Kondensator C3 auf, die dazu dienen, das pulsierende Ausgangssignal der Sekundärwicklung SW1 zur Verwendung durch den Leistungsausgang 202 gleichzurichten und zu filtern.
Während des Hochfahrens der Leistungsversorgung 400 befinden sich alle FET-Schalter S1–S4 im „geschlossenen” Zustand, was der Leistungsversorgung 400 ein normales Hochfahren ermöglicht. Die Schalter S1–S4 können je nach Bedarf von der N- oder P-Kanal-Art sein, obwohl ein N-Kanal gezeigt ist. Das gefilterte AC-Ausgangssignal der Eingangsschaltung 212 geht durch den FET-Schalter S1 und lädt die Energiespeichereinheit 214. Während die Spannung an der Energiespeichereinheit 214 steigt, wird eine kleine Menge Strom durch die Widerstände R4 und R5 durch den FET-Schalter S2 „abgenommen” und in den HV-Eingang der PWM-Steuerung 311 eingespeist. Dieser HV(Hochspannung)-Eingangsstrom beginnt, Schaltungen in der PWM-Steuerung 311 hochzufahren, und am Ausgang DRV (Ansteuerung) der PWM-Steuerung beginnen kurze Pulse zu erscheinen. Diese Pulse gehen durch den FET-Schalter 54 zu dem Gate des MOSFET 313. Diese Gateansteuerung an den MOSFET 313 bewirkt, dass sich der MOSFET 313 an- und ausschaltet, wobei dieses Schalten die Primärwicklung PW1 des Transformators 319 ansteuert. Die Sekundärwicklung SW2 des Transformators empfängt die Ansteuerpulse durch die Transformatorkopplung und liefert eine pulsierende Ausgangsspannung an die Diode D1. Die Diode D1 und der Kondensator C2 richten die Pulse gleich und filtern dieselben und erzeugen eine nicht regulierte DC-Spannung an den Widerstand R7. Der Strom des Widerstands R7 begrenzt diese DC-Spannung, bevor dieselbe die Zener-Diode Z1 und den Volumenkondensator C5 erreicht. Der Kondensator C5 ist ein großwertiger Kondensator, der dazu dient, die Leistungssteuerung 232 mit Leistung versorgt zu halten, wenn der Rest der Leistungsversorgung 400 durch die Steuerschaltung 230 abgeschaltet ist. Die Spannung an der Zener-Diode Z1 und dem Kondensator C5 ist eine regulierte und geglättete DC-Spannung, die durch die Leistungssteuerung 232 verwendet wird und auch durch den FET-Schalter 53 in den Eingang VDD (Hauptleistungseingang) der PWM-Steuerung 311 in die PWM-Steuerung 311 eingespeist wird. Wenn die PWM-Steuerung 311 ein stabiles Eingangssignal an ihrem VDD-Eingang erfasst, erweitert die PWM-Steuerung 311 die Pulsbreite am DRV-Ausgang und erhöht die Frequenz der Pulse. Dieser Hochfahrprozess bewirkt, dass die Sekundärwicklung SW1 des Transformators die breiteren Hochfrequenzpulse empfängt und ein DC-Spannungsausgangssignal von D3 und C3 am Leistungsausgang 202 erzeugt. Der Spannungswert bei 202 wird in die PWM-Steuerung 311 zurückgeführt (Rückkopplungsweg, der aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist), und zwar mittels Verfahren, die einem Fachmann bekannt sind. Dieser Rückkopplungsprozess komplettiert die Regulierungsschleife, und an diesem Punkt arbeitet die Leistungsversorgung normal.
Hinsichtlich der Lastwerterfassung erzeugt während eines normalen Betriebs, wenn die Leistungswerte sich in dem Bereich von etwa 20 Watt bis zur maximalen Ausgangsleistung befinden, die PWM-Steuerung 311 normalerweise Ausgangspulse variierender Breite bis zu etwa einem 50%-igen Arbeitszyklus und mit fester Frequenz von etwa 60 KHz (60.000 Pulse pro Sekunde). Wenn sich die Last am Leistungsausgang 202 in diesem Ausgangsbereich verändert, bewirkt die Rückkopplung bei der Leistungsversorgung 400, dass die PWM-Steuerung 311 die Ausgangspulse am DRV-Ausgang anpasst, um die Ausgangsspannung bei 202 zu regulieren. Wenn die Ausgangslast zwischen etwa 20 Watt bis hinunter zu praktisch keiner Last liegt, weisen die Ausgangspulse der PWM-Steuerung 311 eine kürzere Dauer und geringere Frequenz im Verhältnis zur Last am Leistungsausgang 202 auf. Die Logiksteuereinheit 240 verwendet diese Pulsinformation, die an den Eingängen IN1–IN3 empfangen wird, um die näherungsweise Last am Leistungsausgang 202 zu bestimmen, und bewirkt, dass die Leistungssteuereinheit 232 die Funktion des Modulators 216 basierend auf der Last am Leistungsausgang 202 ändert.
Wenn die Logiksteuereinheit 240 die Eingänge IN1–IN3 überwacht und bestimmt, dass am Leistungsausgang 202 eine Bedingung geringer Last oder Nulllast vorliegt, bewirkt die Logiksteuereinheit 240, dass die Leistungssteuereinheit 232 Signale sendet, um die Schalter S1–S4 zu betreiben, um selektiv Schaltungen an der Primärseite abzutrennen, um die Leerlaufleistungswerte zu reduzieren. Z. B. öffnet die Steuerschaltung 230 zuerst die FET-Schalter S3 und S2, wobei der PWM-Steuerung 311 alle Leistung weggenommen wird. Dann kann der FET-Schalter S4 geöffnet werden, um jegliche Restansteuerung an das Gate des MOSFET 313 zu beseitigen. Dies verhindert, dass der MOSFET 313 sich aufgrund von Leckströmen von dem DRV-Ausgang der PWM-Steuerung 311 anschaltet. Zuletzt wird der FET-Schalter S1 geöffnet, um den gleichgerichteten DC, der von der Eingangsschaltung 212 zur Energiespeichereinheit 214 kommt, zu beseitigen. Bei hohen Eingangsspannungen ist der Leckstrom, der benötigt wird, um die Energiespeichereinheit 214 voll aufgeladen zu halten, erheblich. Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist nur S1 vorhanden und wird zu Zeiten eines niedrigen Leerlaufs geöffnet, um jegliche Leistung zu beseitigen und einen Übergang in den ultraniedrigen Leistungsleerlaufmodus zu ermöglichen. Ein erneutes Schließen von S1 durch die Steuerschaltung 230 ermöglicht ein erneutes Versorgen aller Schaltungen mit Leistung und ermöglicht, dass die Leistungsversorgung normal arbeitet.
Wenn der Modulator 216 und andere Primärseitenschaltungen durch die Schalter S1–S4 getrennt sind, werden aufgrund der Ladung am Volumenkondensator C5 nur die Logiksteuereinheit 240 und die Leistungssteuereinheit 232 mit Leistung versorgt. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Kondensator C5 einen Wert auf, der groß genug ist, um die Logiksteuereinheit 240 und die Leistungssteuereinheit 232 für eine Zeitspanne von Minuten im zweistelligen Bereich mit Leistung zu versorgen. Während der Zeit sind die anderen Schaltungen tot, d. h. ohne Leistung, die Logiksteuereinheit 240 und die Leistungssteuereinheit 232 befinden sich in einem Niedrigleistungsschlafmodus, der nur Nanoamperes aus dem Kondensator C5 entnimmt. Die Logiksteuereinheit 240 kann periodisch aufwachen und die Leistungssteuereinheit 232 anweisen, den Kondensator C5 wiederaufzuladen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ermöglicht ein wiederaufgeladener Kondensator C5, dass die Logiksteuereinheit 240 und die Leistungssteuereinheit 232 in einen Niedrigleistungsschlafmodus zurückkehren, bis der Kondensator C5 neu geladen werden muss oder dem Modulator 216 wieder Leistung zur Verfügung gestellt wird, um die Lastbedingungen zu testen. Um die Lastbedingungen zu testen, schließt die Leistungssteuereinheit 232 alle Schalter (d. h. S1–S4) gleichzeitig, um die anfänglichen Hochfahrbedingungen des Systems beim Anfahren wiederherzustellen.
Bei einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die Leistungssteuereinheit 232 angewiesen, den Schalter S1 kurz zu schließen, um die Energiespeichereinheit 214 geladen zu halten. Diese Voraufladung der Energiespeichereinheit 214 ermöglicht, dass das System rasch hochfährt, wenn der Betrieb wiederaufgenommen wird. Bei einem Ausführungsbeispiel erfasst die Logiksteuereinheit 240, um zu bestimmen, wann ein erneutes Einschalten oder Hochfahren erfolgen soll, die Spannung am Eingang VDD der Leistungssteuereinheit 232 und versorgt die Leistungsversorgung 400 wieder mit Energie, wenn entweder a) die Spannung am Eingang VDD der Leistungssteuereinheit 232 einen kritisch niedrigen Wert erreicht und wiederaufgeladen werden muss oder b) nachdem eine Zeitspanne von Minuten verstrichen ist. Die Leistungssteuereinheit 232 schließt alle vier Schalter S1–S4 gleichzeitig, um die anfänglichen Hochfahrbedingungen des Systems beim Anschalten wiederherzustellen. Dieser Hochfahrprozess ist schneller als ein „Kaltstart” nach Ausschalten, weil die Energiespeichereinheit 214 geladen gehalten wurde. Wenn die Leistungsversorgung 400 hochfährt, wird der Volumenkondensator C5 wiederaufgeladen, um die Lieferung von Spannung an den Eingang VDD der Leistungssteuereinheit 232 fortzusetzen.
Wenn die Leistungsversorgung 400 hochgefahren ist und läuft, wie es durch die Logiksteuereinheit 240 aus den Signalen an den Eingängen IN1–IN3 gemessen wird, nimmt die Logiksteuereinheit 240 erneut Messungen vor und bestimmt Leistungswerte. Wenn die Last am Leistungsausgang 202 während der Ausschaltzeit zugenommen hat, ermöglicht die Logiksteuereinheit 240 der Leistungsversorgung 400, normal zu laufen. Wenn die Last am Leistungsausgang 202 weiterhin niedrig oder nahe Null ist, signalisiert die Logiksteuereinheit 240 erneut an die FET-Schalter S1–S4 bei der Leistungssteuereinheit 232, um die Leistungsversorgung 400 in den ultraniedrigen Leistungszustand zu versetzen. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf 5 werden weitere Details und Betriebsmerkmale in Verbindung mit einer Leistungsversorgung 500 offenbart. Gemäß diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Eingangsschaltung 212 eine Eingangsschaltung 312 und einen Gleichrichter 314 auf. Die Eingangsschaltung 312 weist eine RC-Filterschaltung für eine AC-Eingangsleistung an Eingangsanschlüssen 201 auf und kann auf verschiedene Weisen strukturiert oder neu angeordnet werden, um einen Stoßschutz und/oder Filterfunktionen zu liefern. Der Gleichrichter 314 weist eine Vollwellenbrückengleichrichterschaltung auf, kann aber ebenso verschiedene andere Gleichrichter-Konfigurationen aufweisen. Außerdem weist der Integrator eine Diode D2 und einen Kondensator C4 auf. Die Sekundärschaltung 220 weist eine Diode D3 und einen Kondensator C3 auf, die dazu dienen, das pulsierende Ausgangssignal der Sekundärwicklung SW1 zur Verwendung durch den Leistungsausgang 202 gleichzurichten und zu filtern.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein einzelner Schalter S1 an einer Primärseitenerdrückleitung von einer PWM-Steuerung 311 und einem MOSFET-Source-Widerstand R1 angeordnet. Wenn der Schalter 51 offen ist, besteht keine Rückleitung zu Masse 315 für die PWM-Steuerung 311 und den MOSFET 313, obwohl die PWM-Steuerung 311 und der MOSFET 313 Spannung von dem Gleichrichter 314 geliefert bekommen können. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein vorübergehender Schalter SW1 aktiviert und führt zum Schließen des Schalters S1. Beispielsweise kann der Schalter SW1 ein Druckknopfschalter sein, der Schalter SW1 kann aber jeden beliebigen Schalter oder jede beliebige Vorrichtung zum Liefern einer vorübergehenden Schaltfunktion aufweisen. Das Schließen des Schalters S1 ermöglicht, dass die PWM-Steuerung 311 zu arbeiten beginnt und den MOSFET 313 ansteuert. Außerdem wird bei einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel das Verhalten des Modulators 216 überwacht. Falls es einen Hinweis einer Niedrigleistungsleerlaufbedingung durch das Ausgangssignal des Integrators 316 gibt, wird der Schalter S1 nach einer bestimmten Zeitdauer geöffnet. Das Öffnen des Schalters S1 beseitigt die Erdrückleitung von dem Modulator 216, und die Leistungsversorgung 500 ist konfiguriert, um sich herunterzufahren, bis der Schalter SW1 wieder aktiviert wird. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Leistungsversorgung 500 eine Leistungssteuereinheit auf, die mit einer manuellen Neustartoption konfiguriert ist, anstatt konfiguriert zu sein, um die Leistungsverbindung der Leistungsversorgung 500 periodisch neu zu starten.
Die vorliegende Erfindung wurde im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf verschiedene exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben. Fachleute werden jedoch erkennen, dass Veränderungen und Modifizierungen an den exemplarischen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Z. B. können die verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispiele mit anderen Typen von Leistungsversorgungsschaltungen zusätzlich zu den im Vorhergehenden dargestellten Schaltungen implementiert werden. Diese Alternativen können abhängig von der bestimmten Anwendung oder unter Berücksichtigung einer beliebigen Anzahl von Faktoren, die mit dem Betrieb des Systems in Zusammenhang stehen, geeignet ausgewählt werden. Außerdem sollen diese und andere Veränderungen oder Modifizierungen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein, wie derselbe in den folgenden Ansprüchen zum Ausdruck gebracht ist.

Claims

Eine Leistungsversorgung mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei die Leistungsversorgung mit einem ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus konfiguriert ist, wobei die Leistungsversorgung folgende Merkmale aufweist: eine Primärschaltung auf der Primärseite, wobei die Primärschaltung konfiguriert ist, um Leistung von einer externen Leistungsquelle zu empfangen; eine Steuerschaltung auf der Primärseite, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um die Primärschaltung zu überwachen und die Primärschaltung derart zu steuern, dass die Primärschaltung ansprechend auf das Erfassen eines Leerlaufleistungsmodus im Wesentlichen deaktiviert wird; eine Sekundärschaltung auf der Sekundärseite, wobei die Sekundärschaltung mit der Primärschaltung gekoppelt und konfiguriert ist, um ein Leistungsausgangssignal zu liefern; und wobei die Steuerschaltung zumindest eines von einem Arbeitszyklus oder einer Schaltrate in der Primärschaltung überwacht, um zu bestimmen, ob ein Leistungswert der Leistungsversorgung über oder unter einer vorbestimmten Schwelle liegt.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung eine Logiksteuereinheit, die zum Überwachen der Primärschaltung konfiguriert ist, und eine Leistungssteuereinheit, die zur Steuerung der Primärschaltung konfiguriert ist, aufweist.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 2, wobei die Logiksteuereinheit und die Leistungssteuereinheit zumindest eines von einer Kombinationslogikmaschine, einer Zustandsmaschine oder einem Mikroprozessor aufweisen.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 2, wobei die Primärschaltung eine Modulatorschaltung aufweist, die zum Ansteuern zumindest eines von einem Transformator oder einer anderen dielektrischen Trennvorrichtung konfiguriert ist.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 4, wobei die Logiksteuereinheit konfiguriert ist, um ein Signal der Modulatorschaltung zu überwachen.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 4, wobei die Leistungssteuereinheit zur Steuerung von zumindest einem Schalter konfiguriert ist, um die Modulatorschaltung zu steuern.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 4, wobei die Modulatorschaltung eine PWM-Steuerung und zumindest eines von einem MOSFET oder einem anderen Transistortreiber aufweist.
Eine Primärseitenschaltung, die konfiguriert ist, um einen ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus bei einer Leistungsversorgung zu ermöglichen, wobei die Primärseitenschaltung folgende Merkmale aufweist: eine Eingangsschaltung, die zum Filtern und Gleichrichten einer Eingangsleistung konfiguriert ist; eine Energiespeicherschaltung, die mit der Eingangsschaltung gekoppelt ist; einen Modulator, der mit der Energiespeicherschaltung gekoppelt ist, wobei der Modulator zum Modulieren der Eingangsleistung mit einer Hochfrequenzrate konfiguriert ist, um einen Transformator anzusteuern und Leistung von einer Primärseite des Transformators auf eine Sekundärseite des Transformators zu übertragen; und wobei die Primärseitenschaltung sich in Kommunikation mit einer Steuerschaltung auf einer Primärseite der Leistungsversorgung befindet, und wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um zumindest eines von einem Arbeitszyklus oder einer Schaltrate des Modulators zu überwachen und die Primärseitenschaltung derart zu steuern, dass die Primärseitenschaltung ansprechend darauf, dass die Steuerschaltung bestimmt, dass im Wesentlichen keine Last vorliegt, im Wesentlichen deaktiviert wird, so dass die Leistungsversorgung in einen ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus übergeht.
Die Primärseitenschaltung gemäß Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung eine Logiksteuereinheit, die zum Überwachen des Modulators konfiguriert ist, und eine Leistungssteuereinheit, die zur Steuerung der Primärseitenschaltung konfiguriert ist, aufweist.
Die Primärseitenschaltung gemäß Anspruch 8, wobei der Modulator eine PWM-Steuerung und zumindest eines von einem MOSFET oder einem anderen Transistortreiber aufweist.
Die Primärseitenschaltung gemäß Anspruch 9, wobei die Logiksteuereinheit zumindest einen Eingang aufweist, der mit dem Modulator gekoppelt ist, um das zumindest eine von dem Arbeitszyklus oder der Schaltrate des Modulators zu überwachen.
Die Primärseitenschaltung gemäß Anspruch 11, wobei der zumindest eine Eingang, der mit dem Modulator gekoppelt ist, zumindest eines von einer Ausgangspulsrate direkt von einer PWM-Steuerung in dem Modulator, einem Ausgangssignal von einem Integrator, der mit der PWM-Steuerung in dem Modulator gekoppelt ist, und einem Ausgangssignal von einem Strom-Spannungswandler, der mit der PWM-Steuerung in dem Modulator gekoppelt ist, überwacht.
Die Primärseitenschaltung gemäß Anspruch 9, wobei die Primärseitenschaltung zumindest eine Schaltvorrichtung aufweist, die zwischen die Leistungssteuereinheit und den Modulator gekoppelt ist, wobei die Leistungssteuereinheit die zumindest eine Schaltvorrichtung öffnet, um den Modulator zu deaktivieren.
Eine Leistungsversorgung, die mit einem ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus konfiguriert ist, wobei die Leistungsversorgung folgende Merkmale aufweist: eine Primärschaltung, die konfiguriert ist, um Leistung von einer externen Leistungsquelle zu empfangen; eine Steuerschaltung auf einer Primärseite der Leistungsversorgung, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um zumindest eines von einem Arbeitszyklus oder einer Schaltrate in der Primärschaltung zu überwachen und die Primärschaltung derart zu steuern, dass die Primärschaltung ansprechend darauf, dass ein Leerlaufleistungsmodus erfasst wird, im Wesentlichen deaktiviert wird; eine Sekundärschaltung, die mit der Primärschaltung gekoppelt und konfiguriert ist, um ein Leistungsausgangssignal zu liefern; und einen Standby-Schalter, der konfiguriert ist, um die Leistungsversorgung von dem ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus in einen aktiven Modus oder einen normalen Leerlaufmodus übergehen zu lassen.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 14, wobei die Steuerschaltung das zumindest eine von dem Arbeitszyklus oder der Schaltrate in der Primärschaltung überwacht, um zu bestimmen, ob ein Leistungswert der Leistungsversorgung über oder unter einer vorbestimmten Schwelle liegt.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 15, wobei die Steuerschaltung eine Logiksteuereinheit, die zum Überwachen der Primärschaltung konfiguriert ist, und eine Leistungssteuereinheit, die zur Steuerung der Primärschaltung konfiguriert ist, aufweist.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 16, wobei die Logiksteuereinheit und die Leistungssteuereinheit zumindest eines von einer Kombinationslogikmaschine, einer Zustandsmaschine oder einem Mikroprozessor aufweisen.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 16, wobei die Primärschaltung eine Modulatorschaltung aufweist, die zum Ansteuern zumindest eines von einem Transformator oder einer anderen dielektrischen Trennvorrichtung konfiguriert ist.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 18, wobei die Logiksteuereinheit konfiguriert ist, um ein Signal der Modulatorschaltung zu überwachen.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 18, wobei die Leistungssteuerschaltung zur Steuerung von zumindest einem Schalter konfiguriert ist, um die Modulatorschaltung zu steuern.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 18, wobei die Modulatorschaltung eine PWM-Steuerung und zumindest eines von einem MOSFET oder einem anderen Transistortreiber aufweist.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 14, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um die Primärschaltung nur in der Primärschaltung ohne ein Rückkopplungssignal von außerhalb der Primärschaltung zu überwachen und zu steuern.
Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 14, wobei der Standby-Schalter ferner konfiguriert ist, um die Leistungsversorgung von dem aktiven Modus oder dem normalen Leerlaufmodus in den ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus übergehen zu lassen.
Eine Schaltung, die konfiguriert ist, um einen ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus bei einer Leistungsversorgung zu ermöglichen, wobei die Schaltung eine Primärschaltung umfasst, die folgende Merkmale aufweist: eine Eingangsschaltung, die zum Filtern und Gleichrichten einer Eingangsleistung konfiguriert ist; eine Energiespeicherschaltung, die mit der Eingangsschaltung gekoppelt ist; einen Modulator, der mit der Energiespeicherschaltung gekoppelt ist, wobei der Modulator zum Modulieren der Eingangsleistung mit einer Hochfrequenzrate konfiguriert ist, um einen Transformator anzusteuern und Leistung von einer Primärseite des Transformators auf eine Sekundärseite des Transformators zu übertragen; und einen Standby-Schalter, der konfiguriert ist, um die Leistungsversorgung von dem ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus in einen aktiven Modus oder einen normalen Leerlaufmodus übergehen zu lassen; wobei die Primärschaltung sich in Kommunikation mit einer Steuerschaltung auf einer Primärseite der Leistungsversorgung befindet, und wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um zumindest eines von einem Arbeitszyklus oder einer Schaltrate des Modulators zu überwachen und die Primärschaltung derart zu steuern, dass die Primärschaltung ansprechend darauf, dass die Steuerschaltung bestimmt, dass im Wesentlichen keine Last vorliegt, im Wesentlichen deaktiviert wird, so dass die Leistungsversorgung in den ultraniedrigen Leerlaufleistungsmodus übergeht.
Die Schaltung gemäß Anspruch 24, wobei die Steuerschaltung eine Logiksteuereinheit, die zum Überwachen des Modulators konfiguriert ist, und eine Leistungssteuereinheit, die zur Steuerung der Schaltung konfiguriert ist, aufweist.
Die Schaltung gemäß Anspruch 24, wobei der Modulator eine PWM-Steuerung und zumindest eines von einem MOSFET oder einem anderen Transistortreiber aufweist.
Die Schaltung gemäß Anspruch 25, wobei die Logiksteuereinheit zumindest einen Eingang aufweist, der mit dem Modulator gekoppelt ist, um das zumindest eine von dem Arbeitszyklus oder der Schaltrate des Modulators zu überwachen.
Die Schaltung gemäß Anspruch 27, wobei der zumindest eine Eingang, der mit dem Modulator gekoppelt ist, um zumindest eines von einer Ausgangspulsrate direkt von einer PWM-Steuerung in dem Modulator zu überwachen, ein Ausgang von einem Integrator, der mit einer PWM-Steuerung in dem Modulator gekoppelt ist, und ein Ausgang von einem Strom-Spannungswandler ist, der mit einer PWM-Steuerung in dem Modulator gekoppelt ist.
Die Schaltung gemäß Anspruch 25, wobei die Schaltung zumindest eine Schaltvorrichtung aufweist, die zwischen die Leistungssteuereinheit und den Modulator gekoppelt ist, wobei die Leistungssteuereinheit die zumindest eine Schaltvorrichtung öffnet, um den Modulator zu deaktivieren.