AC-DC电力升压器及用于AC和DC照明的AC-DC电力控制模块

摘要

AC-DC电力升压器包括电磁干扰（EMI）滤波电路，该EMI滤波电路被包括以将来自被施加的交流（AC）电力和直流（DC）电力中的AC电力转换为将被输出的DC电力；功率因数校正（PFC）电路，该PFC电路被连接至所述EMI滤波电路并且稳定输出电压；以及开关式电源（SMPS）电路，该SMPS电路被连接至所述PFC电路并能够同时生成AC和DC电力；最大功率点跟踪（MPPT）电路，该MPPT电路在开关装置的漏极和源极之间施加从所述SMPS电路输出的电压；电池，该电池通过从连接至所述MPPT电路的太阳能光能源接收电力而被充电；以及逆变器，该逆变器使用所述电池中接收到的电力运行AC家庭电器。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月16日提交的韩国专利申请No. 10-2012-0130473以及2012年11月29日提交的韩国专利申请No. 10-2012-0136926的权益，该申请的全部内容通过引用合并到本申请中

技术领域

本发明涉及一种交流（AC）-直流（DC）电力升压器以及用于AC-DC 照明的电力控制模块，尤其是，涉及一种能够通过AC-DC输电线远程地传 输DC电力并在紧急事件中针对电力故障做准备的AC-DC电力升压器以及 用于AC-DC照明的电力控制模块，该电力控制模块同时提供AC电力和DC 电力，防止过流，维持必要负载的额定电压，控制发光二极管（LED）照明 设备的亮度，通过使用远程控制器单独地控制照明设备，以及允许照明设备 使用寿命的增加并减少能量消耗。

背景技术

被普遍应用的标准电力分为交流（AC）电力和直流（DC）电力。除了 标准电力，还存在有波纹电流。此外，AC电力具有不同于DC电力的频率， 并且根据不同国家频率是不同的，但是60Hz和50Hz的频率被普遍使用。

不同于AC电力，DC电力不容易被传输，但是易于在电池中存储。在 另一方面，AC电力不能在电池中存储。因此，DC和AC电力根据其各自的 优点和缺点被使用。

开关式电源（SMPS）是电力转换装置，包括将AC转换为DC的转换 单元；通过使用大约几十到几百KHz的高频的射频电力转换装置再次将DC 转换为AC的逆变器单元；以及将该AC转换为DC的另一个转换单元。尤 其是，可以通过使用包括铁氧体磁芯的位于转换单元的输出端的射频变压 器，根据所期望的负载来降低或升高电压，并对电压进行整流和平滑过程来 得到需求的电力。

此外，变压器或者具有小电容量的电容器可以在射频SMPS方法中被使 用，并且因此，在效率方面射频SMPS方法相比于线性型电力转换方法更有 优势。虽然射频SMPS包括复杂的元件并且在其转换期间生成的射频噪声影 响外围电子电器，但由于SMPS的电力转换效率优于线性型电力转换装置， SMPS不仅被广泛地用于电视机、个人计算机或者笔记本电脑所使用的适配 器，也用于移动电话所使用的小型化充电设备。

在过去的十年中，许多国家致力于降低能量消耗的突发增长；作为一个 衡量，照明负载被发光二极管（LED）取代。LED节约了大约10%的使用总 电力，对降低照明负载作出了显著的贡献。

这是因为LED可以以很低的电压和很小的电流发出光。虽然LED具有 低电力消耗，但容易受到由电网线或电力转换装置导致的突发过压或过流的 伤害。

此外，虽然上述的SMPS型电力转换装置一般被用作用于驱动LED的 电源电路，但是SMPS型电力转换装置也容易受到噪声和会突然和意外地发 生的冲击电压的伤害。这导致了对人员或财产的伤害，因此，这些成为了 LED照明负载的缺陷的原因。

而且，虽然政策上因LED设备可以显著地降低照明负载而推荐LED照 明，实际上标准AC电力被主要地用作LED照明的电源。因此，对于目前 使用的电源系统，除了使用具有小功率消耗的LED设备减少了能量消耗的 效果外，使用DC电力不会得到其它的益处。

因此，允许对于照明工具的AC和DC电力的全面管理的技术被需求， 以便有效地使用照明工具，增加照明工具的寿命，并减少电能的消耗。

发明内容

本发明提供一种易于安装和拆分的交流（AC）-直流（DC）电力升压器， 该AC-DC电力升压器可以容易地被移动至电力可以被提供来对电力升压器 的电池充电的地方，从而电池可以使用太阳能光能或通过外部充电电路提供 的车辆的电力而被容易地充电，并且包括安装在AC-C电力升压器中的逆变 器从而在紧急事件中向AC家庭电器提供电力。

本发明还提供一种用于AC和DC照明设备的电力控制模块，该电力控 制模块控制AC和DC照明设备的电力以便允许照明设备的有效使用，增加 照明设备的使用寿命以及减少能量消耗。

根据本发明的一个方面，提供一种电力升压器，包括：电磁干扰（EMI） 滤波电路，该EMI滤波电路被包括以将在被施加的AC电力和DC电力之中 的AC电力转换为将被输出的DC电力；功率因数校正（PFC）电路，该PFC 电路被连接至所述EMI滤波电路并且稳定预定的输出电压；以及开关式电 源（SMPS）电路，该SMPS电路被连接至所述PFC电路并通过变压器将PFC 电路的DC电力施加至SMPS电路的漏极，SMPS电路能够同时生成AC和 DC电力；最大功率点跟踪（MPPT）电路，该MPPT电路在开关装置的漏 极和源极之间施加从SMPS电路输出的电压；电池，该电池通过从连接至 MPPT电路的太阳能光能源接收电力而被充电；以及逆变器，该逆变器使用 紧急能源的同步信号作为振荡信号并且使用电池接中收到的电力运行AC家 庭电器。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于AC-DC照明的电力控制模 块，包括：AC-DC光学模块，该AC-DC光学模块通过火线、零线和地线接 收施加的DC电力；电力开关，该电力开关控制火线、零线和地线以及AC-DC 光学模块；远程控制器，该远程控制器运行AC-DC光学模块；以及AC灯 具和发光二极管（LED）灯，该AC灯具和LED灯从AC-DC光学模块接收 DC电力。

附图说明

本发明的上述和其它特征和优势通过结合附图对其示例性实施方式的 详细描述将变得更加明显，其中：

图1示出了根据本发明实施方式的升压器电路的位置；

图2是示出根据本发明实施方式的电力升压器的框图；

图3A至3I是根据本发明实施方式的电力升压器的详细电路图；

图4是示出根据本发明实施方式的用于交流（AC）和直流（DC）照明 的电力控制装置的外围电路图；以及

图5是示出根据本发明实施方式的用于AC和DC照明的电力控制模块 的电路图。

具体实施方式

根据本发明的一个方面的电力升压器包括：电磁干扰（EMI）滤波电路， 该EMI滤波电路被包括以将在被施加的AC电力和DC电力之中的AC电力 转换为将被输出的DC电力；功率因数校正（PFC）电路，该PFC电路被连 接至EMI滤波电路并且稳定预定的输出电压；以及开关式电源（SMPS）电 路，该SMPS电路被连接至PFC电路并通过变压器将PFC电路的DC电力 施加至SMPS电路的漏极，SMPS电路能够同时生成AC和DC电力；最大 功率点跟踪（MPPT）电路，该MPPT电路在开关装置的漏极和源极之间施 加从SMPS电路输出的电压；电池，该电池通过从连接至MPPT电路的太阳 能光能源接收电力而被充电；以及逆变器，该逆变器使用紧急能源的同步信 号作为振荡信号并且使用电池中接收到的电力运行AC家庭电器。

逆变器还可以包括当被充电的DC电力下降至参考值或更低时停止逆变 器和通过使用报警器或发光二极管（LED）灯具通知电池处于低电压状态的 功能。

紧急能源可以包括太阳能光能源、风力发电能源和车辆电力中的一个。

另外，电池可以抵消在SMPS电路的振荡电路中突然产生的噪声。

MPPT电路可以选择电压，并且如果有通过外部输入端子施加的DC电 压，则可以停止SMPS电路的输出来减少电力消耗。

提供电池电力的断熔器开关可以被包括在MPPT电路和逆变器之间。

而且，逆变器可以从逆变器电力单元接收电力。

此外，可以包括允许在逆变器中生成AC的逆变器振荡电路。

另外，AC-DC电力插头可以被连接至EMI滤波电路以开启或关闭电力 升压器，并且AC-DC开关可以被连接至EMI滤波电路。

现在将参照附图更加全面地描述本发明，其中本发明的示例性实施方式 被示出。

图1示出了根据本发明实施方式的升压器电路的位置。图2是根据本发 明实施方式的电力升压器的框图。图3A至3I是根据本发明实施方式的电力 升压器的详细电路图。

参照图1，电力升压器210被放置在AC-DC线和AC-DC输出口230之 间，其中通过该AC-DC线在AC-DC电源系统中提供电力，并且AC电力和 DC电力通过AC-DC线被施加至电力升压器210，并且被施加的AC电力通 过火线L1和零线L2-1被提供至包括在电力升压器210中的电磁干扰（EMI） 滤波电路1。

下面，将参照图2和图3A至3I描述电力升压器210。

图3A的详细电路图示出的EMI滤波器电路1将在下面被描述。

如图1所示，施加的AC-DC电力的AC电力通过火线L1、零线L2-1 和地线GND L3被输入，DC电力通过零线L2-1和地线GND L3被输入但是 被图3A中的电容器CC101阻断，并且RL101/B表示用于电力开关的继电器 开关。

施加至整流二极管BD101的AC电力被转换为DC电力并被输出，并且 该DC电力被施加至功率因数校正（PFC）电路2（见图3B）。

PFC电路2是用于增强电压以提高开关式电源（SMPS）电路3的效率 的升压电路，并且通过图3A中的整流二极管BD101施加的DC电力的正极 （+）电压通过低通滤波器LF102被施加至开关装置Q202的漏极，并且DC 电力的负极（-）电压通过火线端子HOT GND被施加至PFC电路2的内部 电路。

在这里，图3B中所示的集成电路（IC）U201振荡以通过开关装置Q203 和Q204在其输出端运行开关装置Q201和Q202的栅极，从而开启或关闭开 关装置Q201和Q202的栅极和源极之间的电流并且将施加至开关装置Q201 和Q202的漏极的DC电力升压。

二极管D205被包括以对被升高的电压的AC分量整流，二极管D202 是用于充分地提供电流的阻尼二极管。

此外，电阻R214、R215、R216、R217和R218用于分割（divide）电 阻以调整预定的输出电压，并且当重复开启/关闭振荡时，IC U201通过依照 时间常数来稳定预定的输出电压。

SMPS电路3被分为两个部分。

在第一部分（见图3C）中，输入至PFC电路2的DC电力通过变压器 T102被施加至IC U602的漏极。图3C中的IC U602通过图3A的EMI滤波 电路中的二极管D105对AC电力整流以通过连续使用电阻R112、R115和 R116以及电阻R114来降低电压，然后通过使用稳压二极管ZD102和电容 器C103来稳定电压，从而通过开关装置Q104和电阻R113提供软启动电力。

在这里，光耦合器PC103/B通过二极管D102和D103对从变压器T102 的端子3和4输出的AC电压进行操作和整流从而将其稳定为恒电压，并且 向图3B中的IC U201和图3C中的IC U602提供电力。

变压器T102的端子5和7提供5V的集电极电压VCC，光耦合器 PC101/B和PC101/A进行切换以提供5V的稳定电压STB VCC，并且开关 SW501是主电力开关，其开启光耦合器PC102/B以通过光耦合器PC102/A 驱动继电器RLY101A从而开启5V的电力VCC。在电池被过度充电的情况 中，IC U502和稳压二极管ZD501通过停止IC U601来阻断电力。

在第二部分（见图3D），DC电力被施加至PFC电路2中的开关装置 Q601和Q602。在这里，IC U601振荡以输出高电压HVG或者低电压LVG 从而通过电阻R606和R608运行开关装置Q601和Q602的栅极并且通过开 关装置Q602、开关装置Q601以及在IC U601的漏极的电阻R601将施加的 DC电力切换至火地端子HOT GND，并且DC电力被施加至变压器T601的 初级侧。

从变压器T601的端子7、8和9输出的AC电力通过使用二极管D705 和D706被整流以使SMPS电路3运行，并且通过使用光耦合器601/B和光 耦合器601/A来调整IC U601的输出以便稳定地提供从变压器T601的端子 4、5和6输出的电池充电电力。

下面，最大功率点跟踪（MPPT）电路4将参照图3E被描述。

通过图3D中的变压器T601的次级侧端子4、5和6输出的AC电力通 过使用电容器C701、C702、C703、C704和C705被整流和平滑以通过电阻 R701、R702和R703稳定AC电力，并且AC电力被输出至MPPT电路4。

在这里，IC U701和稳压二极管ZD701以及ZD702选择MPPT电路4 的电压VTP1和VTP2并且当有DC电力施加至外部输入端子时停止SMPS 电路3的输出以从而减少标准电力的消耗。

从SMPS电路3输出的电压被施加在开关Q801、Q802、Q803和Q804 的中每个开关装置的漏极和源极之间，并且通过作为外部输入端子的输入端 子PV/EX施加的DC电力，同样通过二极管D801和D802被施加。IC U801 根据关于电阻R803、R804、R805和R806的预定时间常数对连接至负载的 电池充电，并且通过断熔器开关12FB801将DC电力输出提供给AC-DC输 电线。

当对电池11充电时，LED D804被开启，并且当电池充电完成时，LED  D805被开启，而当在充电中发生故障或当发生过度充电时，LED进入睡眠 模式，并且如果不存在电池，则LED D804和D805都被关闭。

下面，将描述逆变器7。

在紧急事件中，用于存放食物、医疗产品或者婴儿用品的AC家庭电器 可以使用电池（该电池使用AC电力的供应而被充电）的电力而被运行。电 池11的DC电力通过地线GND被施加至图3H中的开关装置Q907、Q908、 Q909和Q910的漏极以及通过端子断熔器开关12FB801被施加至逆变器7 （见图3I）的变压器T902。

图3F中所示的逆变器电力单元通过光耦合器PC901向IC U901提供电 力，并使用开关装置Q901进行切换以便得到15V的稳定的恒电压DCC，并 且通过使用IC U902生成5V的电压DCC。关于15V的恒电压DCC和5V 的电压DCC的电力都被提供至逆变器振荡电路6和逆变器7（参照图3G、 3H和3I）的IC U903、IC U904、IC U905和IC U906。

此外，当5V电压STB被输出时，图3F中的光耦合器PC901的电路运 行以阻断提供至逆变器7的电力。5V电压STB的输出指示标准AC电力正 在被提供并因此不需要向逆变器7输出AC电力或者指示充电正在进行。

此外，如在图3H中所示，IC U906将DC电力振荡并输出至输出端子 OUT/A和OUT/B，并且DC电力流经开关装置Q911、Q912、Q913和Q914 以运行开关装置Q907、Q908、Q909和Q910的栅极，并且施加至电池11 的DC电力被切换以被施加在变压器T902的初级侧，并且被升压的AC电 力在变压器T902初级侧通过使用二极管D910、D911、D912和D913而被 整流以及通过使用电容器C912、C913和C914被平滑以被施加至开关装置 Q903、Q904、Q905和Q906的集电极和发射极。

另外，图3G中所示的IC U903被包括以使用晶体振荡器XT901来振荡 以使60Hz或者50Hz的AC信号振荡并通过变压器T901将AC信号施加至 IC U904和IC U905，并且通过变压器T902施加的DC电力分别在IC U904 和IC U905中从在IC U903中振荡的AC信号的正(+)分量被切换。接下来， DC电源被施加至开关装置Q903、Q904、Q905和Q906的栅极。

参照图3I，电流在开关装置Q903的集电极和开关装置Q904的发射极 之间以及开关装置Q905的集电极和开关装置Q906的发射极之间流动，并 且在紧急事件中，120V或220V（60Hz/50Hz)的AC电力在开关装置Q903 的发射极和开关装置Q904的集电极之间以及开关装置Q905的发射极和开 关装置Q906的集电极之间被输出至电力升压器的输出端。

在这里，如果逆变器7被长时间使用而没有充电，电池11的充电电流 被降低并导致电压下降至预定的参考值或更低，并且光耦合器PC902/A运行 以停止IC U906的振荡来运行LED照明设备或电子产品，从而停止逆变器7 的运行。在这里，如在图3I中所示，光耦合器PC902/B运行开关装置Q915 以开启LED D917和警报器BU901环以通知相应的运行状态。

如上所述，当通过断路开关12FB801施加的电池11的DC电力在AC-DC 输电线中被使用时，AC-DC开关13进入AC-DC模式以行使电力升压器的 功能（见图2）。

也就是说，在由输电线中的电阻导致电压降发生处，DC电压通过作为 通常用于标准AC电力的线的火线L1、零线L2-1和地线L3被提供，并且 DC电力被升压以及通过零线L2-1和地线L3被提供。在另一种紧急事件的 情况下，DC电力还可以被用作由灾难而损坏的建筑物的紧急电力，其中在 该建筑物中不使用用于AC-DC电力系统的线路而使用用于标准AC电力的 线路。

同时，伴随着关闭用于标准电力的电力转换的AC-DC开关13，通过 AC-DC开关13进入紧急模式并将其连接至建筑物的出口，各种电器（如LED 灯具、计算机和用于DC电力的逆变器）可以无需用于连接至建筑物中的另 一个出口的额外电线而被使用。

另外，根据本发明的当前实施方式，当在户外使用时，电力可以通过 AC-DC开关13进入AC-DC模式并简地将插头连接至包含在电力升压器210 中的出口而被提供至将在户外使用的负载。

下面，根据本发明实施方式的用于AC和DC照明的电力控制模块将被 描述。

用于AC和DC照明的电力控制模块从同时提供AC和DC电力的电源 模块接收电力，其中该电源模块类似于在韩国专利申请KR10-2012-089039 中公开的AC和DC电源模块。

图4是根据本发明实施方式的用于AC和DC照明的电力控制模块的外 围电路的电路图。图5是根据本发明实施方式的用于AC和DC照明的电力 控制模块的电路图。

参照图4，在用于照明的电力控制模块中，电线被分别针对AC电力和 DC电力布线，并且连接至各自的电线的AC照明和DC照明可以被同时使 用，并且可以通过使用包括驱动红外（IR）传感器的微控制器电路的远程控 制器来对每个照明单独控制。根据传统技术的开关行使主开关的功能。此外， 可选地，因为提供包含用于天花板风扇并被涉及成使用远程控制器可调整的 电源，所以可以消除必须拉用于调整其速度并安装于此的线的不便。

可以通过将12V DC电压用作DC照明（如LED照明）的电力以防止由 高电压导致的火灾或漏电，并且可以通过使用调光器电路在5个级别中调整 照明的亮度。

当开关最初被开启时，亮度起始于第一级别，并且可以根据需要通过向 上移动级别来调整。由于电流循序地增加，不必要的电力消耗可以被降低从 而延长电池电力的使用时间。另外，可以防止开启开关时流动的瞬间的过流， 从而保护照明电路。

用于如辉光灯具或荧光灯具的AC照明装置的电力促使放置开启开关时 生成的瞬间过流，从而节省了能量并且防止了由过流导致的对照明负载的损 害。

参照图5，从AC和DC电源模块施加的AC电力和DC电力被提供至 AC-DC电力输入端子J501。标准AC电力在火线L1100和零线110L2-1之 间被提供，并且12V或者24V的DC电压被输入至零线L2-1和地线L3 120 以便在电力故障或紧急事件中通过使用DC电力开启LED灯具。

AC电力通过火线L1被施加至AC灯具输出端子J502，并且AC电力通 过零线L2-1被施加至开关装置Q502的变压器T2并且通过栅电压被输出至 变压器T1以被输出至AC灯具输出端子J502。

此外，施加至零线L2-1和地线L3的DC电力的电压通过使用IC U401 被降低以提供8V的VCC电压，并且用于控制AC-DC照明电力的电路的5V 电力VCC通过IC U402被提供。LED灯具的电力通过电阻R507被施加至 开关装置Q501的源极。

当5V的电压VCC被施加至用于控制AC-DC照明电力的电路时，LED  D402被点亮以显示有效状态，并且当IC U404通过IC U403接收到远程控 制信号时，LED D401即刻显示接收到了接收信号，并且IC U404通过其每 个端子输出编程信号，并且IC U404的引脚PB1的输出信号被接收以开启IC  U501，引脚PD6的信号被用于依次通过开关装置Q401、Q402和Q403来调 整IC U501的引脚IADJ的电压从而通过使用施加至其源极的DC电力来调 整开关装置Q501的栅极并通过其漏极输出DC电力，从而向AC灯具输出 端子J502和地线GND提供用于LED灯具的电力。

IC U404的引脚PB0的电压被用作开启或关闭AC灯具的信号以调整开 关装置Q502的栅极以及促使AC灯具软启动。

可替代地，当AC电扇被使用时，引脚Int1经过开关装置Q407、Q408 和Q409，并且引脚T1使用远程控制器通过速度转换模块使用开关装置 Q404、Q405和Q406来调整风扇的速度。

根据本发明实施方式的AC-DC电力升压器，在SMPS电路中生成的噪 声被抵消，从而增加了LED灯具的使用寿命。另外，即使在紧急情况中， 稳定的DC电力可以被用于路灯、信号灯和电荷耦合装置（CCD）相机，并 因此，普通器械/装置的运行可以被保障。

而且，根据本发明的实施方式，由于只要将电力升压器连接至外部，电 力即可以被立即使用，不存在对于使用场地限制。此外，电力升压器可以根 据需要被简单地安装或拆分，并且因此可以适合作为在灾难时用于预备标准 电力的措施。此外，电力升压器可以通过使用外部DC能源（如太阳能光能、 车辆电力或通过外部端子的风力发电产生的电力）而被简单地充电。

此外，电力升压器可以方便地被用于经常被移动的临时设施或户外设 施，并且电池可以根据使用目的被串联或并联地配置，从而灵活地与负载容 量对应。因此，电力升压器可以被用在不提供标准电力的中-长期房屋设施 中。

此外，根据本发明实施方式的用于AC和DC照明的电力控制模块，照 明装置的电力可以被控制以有效地使用照明装置，增加照明装置的使用寿 命，以及减少电能消耗。

尽管已经结合示例性实施方式具体地示出和描述了本发明，但是对于本 领域技术人员而言可以理解的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明 的精神和范围的前提下于此可以在形式和细节上进行各种修改。