具有至少一个功率件和至少一个辅助电源的开关电源

摘要

提出一种开关电源(10)，其具有至少一个用于对第一用电器(18，20)进行供电的功率件(14)并且具有至少一个辅助电源(12)，所述至少一个辅助电源用于在第一运行模式中产生经变压器式耦合的第一输出电压(U

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关电源(Schaltnetzteil)，其具有至少一个用于对第一用电器进行供电的功率件并且具有至少一个辅助电源，所述至少一个辅助电源用于在第一运行模式中产生经变压器式耦合的第一输出电压和经变压器式耦合的至少一个另外的输出电压，所述第一输出电压用于开关调节器，所述开关调节器用于控制或者调节所述功率件，所述至少一个另外的输出电压用于至少一个另外的用电器。此外，本发明涉及一种具有相应的开关电源的充电设备。

背景技术

已知在尤其用于充电设备的开关电源中除大的功率件以外还使用小的辅助电源，所述辅助电源产生多个输出电压，以便对各种用于控制或者调节功率件和必要时其他用电器的开关电路或者开关调节器进行供电。这样的开关电路或者用电器例如可以是初级侧开关调节器或开关电源变压器的次级侧上的微处理器。

为了满足节能标准需要的是，开关电源在另外的运行模式——例如节能运行或待机运行中相对于第一运行模式——例如常规运行或正常运行中以明显减小的功率工作。为此，可以关断开关电源的功率件。这到目前为止借助开关逻辑电路实现，所述开关逻辑电路将辅助电源的相应输出电压与开关电路或开关调节器分离。

发明内容

根据本发明提出，至少一个辅助电源的经变压器式耦合的第一输出电压和至少一个另外的输出电压在开关电源的另外的运行模式中相对于第一运行模式是可改变的。由此相对于现有技术得出以下优点：尤其为了满足节能标准在输出电压和与输出电压连接的用电器之间不需要任何其他开关元件，从而可以省去所有通常对于分离用电器和输出电压所需要的开关元件。在电势分离的输出电压的情况下，通过这种方式可以省去通常所需的光电耦合器或变压器，这一方面节省了显著的开销，另一方面也减小了开关电源的结构空间。本发明的另一优点在于功率件的冗余关断的可能性，因为经变压器式耦合的输出电压可自主地由总归存在的关断继电器改变。

在根据本发明的一种扩展方案中提出，所述至少一个另外的输出电压在所述另外的运行模式中相对于所述第一运行模式可如此减小，使得所述至少一个功率件和/或所述第一用电器的功率消耗降低。替代地或补充地可以提出，所述至少一个功率件和/或所述第一用电器关断。通过这种方式能够实现功率件的特别简单的关断。

当所述开关调节器和/或所述第一用电器具有欠电压关断功能时，能够非常安全并且简单地实现功率件的关断。

通过特别简单和节省开销的方式，所述第一运行模式和所述至少一个另外的运行模式之间的切换借助于与所述至少一个另外的输出电压连接的分压器如此进行，使得所述分压器的节点上的最终实际电压影响后续的调节环，所述调节环用于控制作用到辅助电源的输入电压上的初级侧功率开关。微处理器为此改变分压器的分压比用于从所述至少一个另外的运行模式切换到所述第一运行模式，其方式是，所述微处理器将一个电阻与分压器的低边电阻并联连接。相反地，从所述第一运行模式到所述另外的运行模式的切换通过电阻的并联电路的借助通过微处理器控制的开关的分离来实现。

为了保证开关电源的无故障和持久的运行，辅助电源的至少一个另外的输出电压借助于电压调节回路调节到恒定的输出电压上用于对所述微处理器进行供电。

此外提出，辅助电源在所述另外的运行模式中相对于所述第一运行模式如此减小所述至少一个另外的输出电压，使得所述至少一个另外的用电器以减小的功率消耗工作。但替代地或补充地，在所述另外的运行模式中也可以相对于所述第一运行模式设置所述至少一个另外的输出电压的提高，以便允许所述至少一个另外的用电器以增加的功率消耗工作。所述至少一个另外的用电器可以有利地是照明器具、尤其是光电二极管或灯，其在所述另外的运行模式中相对于所述第一运行模式在减小的功率消耗的情况下具有更弱的亮度或强度或者在增加的功率消耗的情况下具有更强的亮度或强度。因此可能的是，直接根据所述另外的经变压器式耦合的输出电压来显示不同的运行模式。

所述开关电源有利地如此设计，使得所述至少一个另外的输出电压相比于所述至少一个第一输出电压提供更高的输出功率。通过这种方式可以实现开关电源的更高的调节精度。

此外，提出一种充电设备，其具有根据本发明的开关电源，其中所述至少一个第一用电器是待由所述充电设备的功率件充电的蓄电池组。恰恰在充电设备中可以特别有利地应用根据本发明的开关电源，因为在此对安全关断和/或对能量模式或者待机模式中的最大消耗值的法律要求特别高。

附图说明

本发明的其他优点通过在从属权利要求中给出的特征以及由附图和下面的描述得出。

下面根据附图1和2示例性地阐述本发明，其中，附图中相同的附图标记标明具有相同功能原理的相同组成部分。

附图示出：

图1以第一概览示图示出根据本发明的开关电源的电路框图，

图2示出包含在根据本发明的开关电源中的辅助电源的示意性视图。

具体实施方式

图1示出用于未详细示出的充电设备的根据本发明的开关电源10的电路框图。对于调节技术和微电子领域的技术人员而言，具有根据权利要求1的前序部分的开关电源的充电设备的结构是已知的，从而在下面将不详细研究这些。

根据本发明的开关电源10也可以应用到其他电网设备中，其中应借助辅助电源安全地且节能地切断功率件。因此，绝对可考虑，将根据本发明的开关电源应用在用于计算机、监视器、娱乐设备等的电源中。

通过经整流的输入电压U_IN向开关电源10供电。输入电压U_IN的整流在图1中未明确示出。所述输入电压可以以已知的方式由交流电压——例如电网电压借助于格雷茨(Graetz)桥和连接在后面的用于平滑的电解质电容器产生。然而，整流的方式对于本发明不重要。

此外，经整流和经平滑的输入电压U_IN在开关电源10内用于对辅助电源12和功率件14进行供电，在附图2中将详细研究所述辅助电源。辅助电源12为开关调节器16提供借助经变压器式耦合的第一输出电压U_OUT1。开关调节器16控制或者调节功率件14，所述功率件在其侧用于对第一用电器18进行供电。对于开关电源10是充电设备的一部分的情况，第一用电器18可以构造为由至少一个蓄电池单元组成的蓄电池组20。但也可考虑，第一用电器18是计算机的、监视器的或娱乐设备等的电路。

附加地，辅助电源12提供经变压器式耦合的至少一个另外的输出电压U_OUT2，该至少一个另外的输出电压用于对另外的用电器22进行供电，所述另外的用电器例如可以构造为照明器具24、尤其构造为LED灯，等。所述至少一个另外的输出电压U_OUT2借助电压调节回路26调节到恒定的输出电压U_P上，所述恒定的输出电压始终小于所述至少一个另外的输出电压U_OUT2。所有输出电压U_OUT1、U_OUT2和U_P涉及具有相对于参考电势-提高的供电电势+的直流电压。此外，所述至少一个另外的输出电压U_OUT2具有比所述第一输出电压U_OUT1更高的输出功率用于实现更好的调节精度。

现在要根据附图2详细描述开关电源10从第一运行模式到另外的运行模式的切换。在此，第一运行模式可以是充电设备的正常充电运行，而另外的运行模式涉及具有相对于所述运行模式降低的能量消耗的节能模式或待机模式。

输入电压U_IN借助辅助电源12的变压器28转换成经变压器式耦合的第一输出电压U_OUT1和经变压器式耦合的至少一个另外的输出电压U_OUT2。功率开关30用于如此对变压器28的初级绕组32进行时钟控制，使得在变压器28内的起锚(gekattet)的输入电压的能量传输到第一次级绕组34和第二次级绕组36上。借助二极管38和电解质电容器40对第一输出电压U_OUT1进行整流和平滑以便对在图1中示出的开关调节器16进行供电。开关调节器相应于上面描述地控制功率件14以用于对构造为蓄电池组20的第一用电器18进行充电。

通过第二次级绕组36提供的另外的输出电压U_OUT2借助另一二极管42和另一电解质电容器44整流和平滑。

现在，借助微处理器46可以在正常运行模式(例如充电运行)与另外的运行模式(例如待机运行或节能运行)之间进行切换。为此，在参考电势-与另外的输出电压U_OUT2的运行电势+之间连接有由至少一个高边电阻48和至少一个低边电阻50组成的分压器52，所述分压器的分压比可借助与低边电阻50可并联连接的电阻54改变。在正常运行模式期间，电阻54借助通过微处理器46控制的开关56与低边电阻50并联连接，从而至少一个另外的输出电压U_OUT2具有例如12V的值并且第一输出电压U_OUT1具有例如9V的值。在分压器52的节点58处量取实际电压U_IS，所述实际电压在调节器60内与参考电压U_REF进行比较。调节器是在反激变换器拓扑中构建的调节环62的一部分，该调节环通过用于电流分离的光电耦合器64以及PWM模块66如此对功率开关30进行时钟控制，使得以所期望的方式借助控制开关调节器16的第一输出电压U_OUT1对蓄电池组20进行充电。充电设备内的这样的调节环62的功能原理对于本领域技术人员是已知的并且因此在此不进一步描述。

现在通过以下方式实现切换到待机运行：微处理器46断开开关56，从而电阻54不再与低边电阻50并联连接。这具有以下结果：实际电压U_IS增大，由此调节器60如此控制PWM模块66，使得其以减小的占空比对功率开关30进行时钟控制。由此，不仅经变压器式耦合的第一输出电压U_OUT1例如减小到约4V，而且经变压器式耦合的至少一个另外的输出电压U_OUT2减小到约6V。如果开关调节器16和/或蓄电池组20具有集成的欠压关断功能，则减小的第一输出电压U_OUT1直接导致功率件14和/或蓄电池组20的关断，而以相对于正常运行模式减小的能量消耗运行另外的用电器22。如果另外的用电器22构造为照明器具24，则通过这种方式可以直接实现充电设备的待机运行的显示，因为照明器具24现在以减小的强度或者亮度照明。

经变压器式耦合的输出电压U_OUT1和U_OUT2遵循所述控制过程，而借助电压调节电路26调节的输出电压U_P恒定地保持在例如3V上，以便保证微处理器46的持久运行。

据此，为了关断功率件14和/或第一用电器18或者为了满足节能标准，在经变压器式耦合的输出电压和与该输出电压连接的用电器之间不再需要其他开关元件，从而可以省去所有通常对于分离用电器和输出电压所需要的构件。在电势分离的输出电压的情况下，通过这种方式可以省去通常所需的光电耦合器或变压器，这一方面节省了显著的开销，另一方面也减小了开关电源的结构空间。

补充地，此外可能的是，在另外的运行模式中相对于第一运行模式提高辅助电源12的变压器式耦合的输出电压U_OUT1和U_OUT2以及必要时经变压器式耦合的另外的输出电压，其中运行模式之间的切换以上述方式方法通过微处理器46和分压器52借助相应地设计的电阻54实现。通过提高另外的输出电压U_OUT2，例如也可能的是，直接以相对于第一运行模式更强的强度或者亮度运行照明器具24，以便通过这种方式显示另外的运行模式。当要相对于充电设备的正常运行特别快地对构造为蓄电池组20的第一用电器18进行充电时，例如可能需要经变压器式耦合的输出电压U_OUT1和U_OUT2的提高。

为了实现多于两种运行模式之间的切换，也可以将多个不同地设计的电阻54通过相应串联连接的开关56与低边电阻50并联连接。此外，应指出，本发明不限于所给出的电压值。所给出的电压值应理解为仅仅示例性的。用于充电设备的所描述的运行也不应理解为限制性的。因此，本发明同样也可以用于计算机、监视器、娱乐设备等中的开关电源，其中期望或要求主电源的安全关断。