Устройство источника питания
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в адаптерах мощности для подачи мощности на переносное устройство. Техническим результатом является обеспечение мощности подачи на различные переносные устройства. Устройство источника питания, представляющего собой адаптер, содержит входную цепь (21) для приема входной мощности электросети, устройство (25) переключателя мощности, силовую катушку индуктивности (24) и выходную цепь (22), соединенную с силовой катушкой индуктивности для обеспечения мощности подачи на переносное устройство, и контроллер (26) для управления устройством переключателя мощности согласно требованию по мощности подачи для переносного устройства. Адаптер имеет измерительную катушку (27) индуктивности, магнитно связанную с силовой катушкой индуктивности, а контроллер содержит вход (28) измерения для обнаружения сигнала измерения, указывающего на магнитное состояние силовой катушки индуктивности. Контроллер обнаруживает требование мощности подачи на основе магнитного состояния в ответ на упомянутое управление устройством переключателя мощности. Переносные устройства можно успешно снабжать подходящим электропитанием. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройству источника питания для адаптации входной мощности сети для подачи мощности на переносное устройство, подключенное к устройству источника питания, причем устройство источника питания содержит входную цепь для приема входной мощности сети и для обеспечения входной мощности подачи, устройство переключателя мощности, связанное с входной мощностью подачи, силовую катушку индуктивности, связанную с устройством переключателя мощности, выходную цепь, связанную с силовой катушкой индуктивности для обеспечения мощности подачи для переносного устройства, и контроллер для управления устройством переключателя мощности согласно требованию по мощности подачи для переносного устройства.
Изобретение относится к области адаптеров мощности, например к настенным адаптерам для адаптации мощности сети с мощностью подачи или мощностью заряда батареи для перезаряжаемых переносных устройств, например мобильных телефонов или бытовых электроприборов, таких как электробритвы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настенные адаптеры для адаптации мощности сети для обеспечения мощности подачи бытовым устройствам и/или мощности заряда батареи перезаряжаемым переносным устройствам хорошо известны. Такие настенные адаптеры используются в течение многих лет для подзарядки мобильных перезаряжаемых устройств, таких как, например, мобильные телефоны или электробритвы. Такие переносные устройства поставляются потребителям вместе с настенными адаптерами, которые подключаются на входной стороне к имеющемуся питанию сети, обычно 110 В или 230 В переменного тока. Выходная сторона адаптера обеспечивает напряжение и/или ток подачи, пригодный для соответствующего переносного устройства, т.е. такой, который соответствует требованию по мощности подачи для переносного устройства. Как правило, такие адаптеры имеют входную цепь для приема входной мощности сети и обеспечения входной мощности подачи сети на схему преобразователя мощности. Такая схема имеет устройство переключателя мощности, связанное с входной мощностью подачи, и силовую катушку индуктивности, связанную с устройством переключателя мощности. Кроме того, выходная цепь связана с силовой катушкой индуктивности для обеспечения мощности подачи для переносного устройства. Контроллер включен для управления устройством переключателя мощности, т.е. для регулярного включения и отключения устройства переключателя мощности при частоте переключения, для генерирования входных импульсов тока в силовой катушке индуктивности. Выходная цепь выводит выходной ток из силовой катушки индуктивности, например, через вторичную катушку индуктивности, имеющую магнитную связь с силовой катушкой индуктивности. Различные компоненты и управление переключением спроектировано согласно требованию по мощности подачи для переносного устройства.
EP 1213823 раскрывает преобразователь постоянного тока. Для управления выходным напряжением схема детектора выходного напряжения содержит СИД, связанный с фототранзистором. Таким образом, преобразователь генерирует предварительно заданное выходное напряжение. Преобразователь также имеет третичную обмотку трансформатора, связанного со схемой определения периода обратимости, для обнаружения нагрузки. Период обратимости сопоставляют с двумя эталонными периодами, для определения того, работает ли преобразователь при нормальной или при легкой нагрузке.
US 2011/0227506 описывает управление мощностью источников света. Нагрузка схем управления мощностью представляет собой предварительно заданный источник света.
US 2010/0176778 описывает источник питания с автоматической идентификацией напряжения. Выходной ток источника питания измеряют при одном или более тестовых напряжениях, в соответствии с предварительно заданной последовательностью, до тех пор, пока изменение измеренного тока не станет стабильным.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Было отмечено, что для обычного пользователя множество переносных приборов повлечет за собой также и множество настенных адаптеров. Хотя, до определенной степени, некоторые требования по выходной мощности могут соответствовать стандартному требованию по мощности подачи, например, USB, на практике в эксплуатации находятся несколько различных адаптеров. Кроме того, адаптеры могут быть снабжены переключателями систем настройки, настраиваемых пользователем до достижения требуемой выходной мощности, или адаптеры мощности могут иметь несколько выходов для подключения к различным переносным устройствам. Однако такие известные адаптеры являются сложными, относительно дорогими и подверженными ошибкам пользователей, при их подключении или неправильной установке, и они даже могут привести к повреждению переносного устройства.
Задачей изобретения является обеспечение единого адаптера, который может обеспечивать мощности подачи на различные переносные устройства.
Для этой цели, согласно первому аспекту изобретения устройство, как описано во вступительном разделе, содержит измерительную катушку индуктивности, магнитно связанную с силовой катушкой индуктивности, а контроллер содержит измерительный вход, связанный с измерительной катушкой индуктивности, для обнаружения сигнала измерения, указывающего на магнитное состояние силовой катушки индуктивности, и при этом контроллер выполнен для обнаружения требования по мощности подачи на основе магнитного состояния в ответ на упомянутое управление устройством переключателя мощности, причем переносное устройство представляет собой один тип из различных типов переносных устройств и содержит вход для подачи мощности, подключаемый к устройству подачи питания, причем данный вход для подачи питания снабжен резистивным элементом, вследствие чего, при обеспечении напряжения типа напряжения измерения на вход для подачи, причем напряжение типа напряжения измерения находится ниже рабочего напряжения, требуемого для электронной схемы переносного устройства, которое находится в эксплуатации, из устройства источника питания протекает ток типа тока измерения, указывающий на требование мощности подачи для переносного устройства, а контроллер выполнен для генерирования напряжения типа напряжения измерения на выходе источника питания выходной цепи и обнаружения тока типа тока измерения, поступающего на переносное устройство, для определения требования по мощности подачи для этого типа переносного устройства.
Эти меры имеют такой эффект, что можно осуществлять мониторинг магнитного состояния силовой катушки индуктивности с помощью контроллера, через измерительную катушку индуктивности. Сигнал измерения генерируется измерительной катушкой индуктивности и обнаруживается контроллером через вход контроллера. Контроллером обнаруживается магнитное состояние силовой катушки индуктивности, в частности магнитное состояние, вызванное магнитным потоком, генерируемым входным током через силовую катушку индуктивности от входной мощности подачи через устройство переключателя мощности, и последующее магнитное состояние, вызванное выходным током, подаваемым на выходную цепь, например, через вторичную катушку индуктивности, имеющую магнитную связь с первичной силовой катушкой индуктивности, образующими трансформатор. Исходя из обнаруженного магнитного состояния, контроллер оценивает потребление мощности, такое как ток и/или напряжение подачи, переносным прибором, который в данный момент подключен. Прибор преимущественно составляет устройство источника питания, пригодное для различных переносных устройств, причем данное устройство источника питания автоматически регулирует управление устройством переключателя мощности для обеспечения соответствующего переносного устройства согласно его обнаруженному требованию по мощности подачи. Например, устройство источника питания может быть пригодно для нескольких различных типов переносных устройств, например для трех различных типов, имеющих соответствующие три различных требования по мощности подачи. Фактический тип устройства обнаруживают, исходя из соответствующего отклика подключенного устройства на активацию выходной цепи, путем его обнаружения через магнитное состояние силовой катушки индуктивности.
Контроллер представляет собой (не обязательно) единую интегральную схему и содержит выход для обеспечения управляющего сигнала для устройства переключателя мощности и процессор, включающий в себя встроенные программно-аппаратные средства для упомянутого обнаружения требования по мощности подачи и управления устройством переключателя мощности согласно обнаруженному требованию по мощности подачи для переносного устройства. Единая интегральная схема облегчает программирование функции устройства источника питания для удовлетворения различным наборам требований по мощности. То же аппаратное обеспечение может быть успешно запрограммировано для определенного набора переносных устройств, содержащих настенный адаптер, который обеспечивает требуемую мощность подачи для различных переносных бытовых приборов в конкретном комплекте.
Магнитное состояние представляет собой размагниченное состояние (не обязательно). Размагниченное состояние достигается после периода намагничивания, из-за включения входного тока, текущего через силовую катушку индуктивности от входной мощности подачи, на протекание через устройство переключателя мощности, и после следующего периода, при котором никакого входного сигнала не обеспечено, но выходной ток генерируется для выходной цепи. При достижении размагниченного состояния, никакой ток больше не протекает.
Контроллер выполнен (не обязательно) для определения времени размагничивания, исходя из размагниченного состояния. Время размагничивания является мерой тока, протекающего со стороны выхода.
Контроллер выполнен (не обязательно) для определения выходного тока, исходя из времени размагничивания и времени включения, в течение которого устройство переключателя мощности включено. Выходной ток, в среднем, генерируют путем включения переключателя мощности на период включения и последующего отключения переключателя мощности на период времени размагничивания.
Контроллер выполнен (не обязательно) для дополнительного определения выходного тока, исходя из дополнительного времени отключения, в течение которого устройство переключателя мощности отключено, причем дополнительное время отключения предусмотрено от конца времени размагничивания до начала времени включения. Выходной ток, в среднем, генерируют путем включения переключателя мощности в течение времени включения и последующего отключения переключателя мощности в течение времени размагничивания, и поддержания отключенного состояния в течение дополнительного времени отключения, перед активацией устройства переключателя мощности на следующий цикл.
Контроллер имеет (не обязательно) вход для обнаружения тока, текущего через силовую катушку индуктивности, и выполнен для определения времени включения, в зависимости от тока через силовую катушку индуктивности в течение времени включения. Ток через силовую катушку индуктивности измеряют через дополнительный измерительный вход контроллера. Например, цифровой измерительный вход может обнаруживать, что предварительно заданный ток достигается, или вход для измерения напряжения может детектировать ток в предварительно заданном диапазоне через измерительную схему.
Контроллер выполнен (не обязательно) для управления преобразователем в пограничном режиме, при котором выходной ток максимизируют путем управления входным током для его повышения до пикового значения тока, и для дополнительного определения выходного тока путем достижения пикового значения тока, в зависимости от соотношения времени включения и времени размагничивания. Преимущественно, регулирование контроллером осуществляется более точно, путем регулирования времени включения или пикового тока, в зависимости от соотношения первичного времени включения и вторичного времени отключения мощности, например времени размагничивания.
Вход для измерений (не обязательно) выполнен для измерения напряжения сигнала измерения, для обеспечения контроллеру возможности оценки отраженного выходного напряжения из выходной цепи. Напряжение измерения имеет известную связь с выходным напряжением, поскольку выходное напряжение отражается от выходной цепи на измерительной катушке индуктивности. Выходное напряжение может быть преимущественно получено при измерении отраженного напряжения. Контроллер выполнен (не обязательно) для определения выходного напряжения, исходя из времени включения устройства переключателя мощности и напряжения измерения. Выходное напряжение задают путем управления временем включения, исходя из напряжения измерения.
Контроллер выполнен (не обязательно) для упомянутого обнаружения требования по мощности подачи, исходя из напряжения измерения.
Контроллер выполнен (не обязательно) для обнаружения тока через силовую катушку индуктивности в течение времени включения для оценки выходного тока, выходящего из выходной цепи, исходя из предварительно заданного соотношения между входным током и выходным током. Предварительно заданное соотношение может быть определено из соотношения первичной и вторичной катушки индуктивности, составляющих трансформатор, и/или из дополнительных компонентов схемы, расположенных между силовой катушкой индуктивности и выходным током.
Контроллер выполнен (не обязательно) для вхождения в режим ожидания за счет, по меньшей мере, одного из следующего: задания частоты переключения мощности на пониженный уровень, вследствие чего напряжение подачи контроллера, которое зависит от частоты переключения мощности, поддерживается на предварительно заданном уровне; предварительно заданного времени включения, в течение которого устройство переключателя мощности является включенным, за которым следует предварительно заданное время отключения, в течение которого устройство переключателя мощности является отключенным. Режим ожидания может быть включен при обнаружении того, что мощность подачи фактически равна нулю, например, ввиду отсутствия подключения какого-либо переносного устройства.
Контроллер выполнен (не обязательно) для установки конца режима подзарядки, в течение которого обеспечена непрерывная подзарядка переносного устройства, исходя, по меньшей мере, из одного из следующего:
- управления таймером, в зависимости от обнаруженного требования по мощности подачи;
- управления выходным напряжением, исходя из сигнала измерения, указывающего на отраженное выходное напряжение из выходной цепи;
- управления выходным током, исходя из сигнала измерения, указывающего на время размагничивания.
Преимущественно, подзарядку активируют, исходя из подходящего механизма управления, который указывает на то, что батарея подключенного переносного устройства больше не нуждается в подзарядке.
Дополнительные предпочтительные варианты воплощения устройства и способа согласно изобретению приведены в формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения станут ясными и будут дополнительно освещены со ссылкой на варианты воплощения, описанные в виде примера в следующем описании, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает настенный адаптер, подключенный к электробритве,
Фиг. 2 показывает схему преобразования мощности для устройства источника питания,
Фиг. 3 показывает первичный и вторичный ток трансформатора для управления постоянного тока,
Фиг. 4 показывает схему преобразования мощности для устройства источника питания, имеющего переключатель запуска.
Чертежи являются лишь схематичными и не приведены в масштабе. На чертежах элементы, которые соответствуют уже описанным элементам, имеют одинаковые номера ссылок.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
Фиг. 1 показывает настенный адаптер, подключенный к электробритве. Фигура показывает устройство 10 источника питания, которое имеет соединитель 12 сети для подключения к розетке, которая обеспечивает электропитание от сети, например, к настенной розетке. Прибор имеет выходную цепь, подключенную через соединитель 11 источника питания для обеспечения мощности подачи на переносное устройство 15, например электробритву. Устройство источника питания предназначено для адаптации входной мощности сети с мощностью подачи для переносного устройства, когда он подключен к устройству источника питания. Устройство источника питания содержит схему для преобразования мощности, например, как описано ниже со ссылкой на фиг. 2.
Настенные адаптеры изготавливают в виде многих различных версий. Например, для электробритв и щеток хорошо известных марок в настоящее время используются три типа настенных адаптеров с различными выходными характеристиками:
Тип 1: выход постоянного тока 70 мА;
Тип 2: выход постоянного напряжения 8 В;
Тип 3: выход постоянного напряжения 15 В.
Выходные характеристики соответствуют требованиям по мощности для соответствующих переносных устройств. Например, для переносных устройств, для которых требуется непосредственная замена батарей, используют версию Типа 1 с постоянным током. Таким образом, внутри прибора никакой дополнительной замены электроники не требуется.
Поскольку соответствующие различные устройства требуют наличия различных выходных характеристик источника питания, ранее использовались три типа настенных адаптеров. Настоящая система предлагает единый универсальный настенный адаптер, который автоматически устанавливает свои выходные характеристики согласно требованию по мощности подключенной нагрузки. Предложена дешевая схема адаптера, которая способна обнаруживать требование по мощности подачи подключенного переносного устройства и соответствующим образом задает выходную мощность, например управляет зарядкой перезаряжаемых батарей. Поэтому с помощью этого универсального адаптера можно снабжать мощностью множество переносных устройств с низким напряжением, таких как электробритвы/щетки.
Адаптер включает в себя входную цепь для приема входной мощности сети и обеспечения входной мощности подачи, а также обратимый преобразователь для преобразования входной мощности подачи в выходную мощность подачи, обычно при низком напряжении. Преобразователь включает в себя устройство переключателя мощности, связанное с входной мощностью подачи, силовую катушку индуктивности, связанную с устройством переключателя мощности, и выходную цепь, связанную с силовой катушкой индуктивности для обеспечения мощности подачи на переносное устройство. В частности, устройство включает в себя контроллер для управления устройством переключателя мощности согласно требованию по мощности подачи для переносного устройства. Контроллер может представлять собой единую интегральную схему, которая содержит выход для обеспечения управляющего сигнала для устройства переключателя мощности, и процессор, включающий в себя программно-аппаратные средства для упомянутого обнаружения требования по мощности подачи, и управление устройством переключателя мощности согласно обнаруженному требованию по мощности подачи для переносного устройства. Такой контроллер может представлять собой недорогой/с малым количеством выводов микроконтроллер, который как управляет обратимым преобразователем, так и задает выходные характеристики преобразователя согласно обнаруженному требованию по мощности, как описано ниже.
Измерительная катушка индуктивности, при наличии магнитной связи с силовой катушкой индуктивности, представляет собой, например, вспомогательную обмотку на трансформаторе, образованном силовой катушкой индуктивности и вторичной катушкой индуктивности, связанной с выходной цепью. Контроллер содержит измерительный вход, связанный с измерительной катушкой индуктивности для обнаружения сигнала измерения, указывающего на магнитное состояние силовой катушки индуктивности. Следует отметить, что функция средства измерения индуктивности также может выполняться за счет части силовой катушки индуктивности или самой силовой катушки индуктивности, когда она надлежащим образом соединена с измерительным входом контроллера. Вспомогательную обмотку на трансформаторе используют для измерения времени размагничивания трансформатора и/или выходного напряжения. При наличии этих параметров, контроллер становится способным:
- отличать друг от друга тип подключенных устройств;
- управлять соответствующими выходными характеристиками;
- обнаруживать подключенный или отключенный бытовой прибор, когда адаптер подключен к сети;
- запускать таймер, исходя из времени размагничивания, при его сопоставлении с пороговым значением времени;
- устанавливать выходную характеристику постоянного тока для непосредственной подзарядки батарей;
- понижать зарядный ток до предварительно заданного уровня, для предотвращения избыточной подзарядки батарей;
- отключать зарядный ток в режиме отсутствия нагрузки/ожидания, для очень низкого энергопотребления;
- управлять сигнализацией СИД с помощью предварительно заданного гибкого сигнального шаблона.
Функция обнаружения подключенных устройств и различения между собой типов подключенных устройств состоит, исходя из параметров выходной мощности, в режиме обнаружения, при котором оценивается потребление мощности подключенного устройства, исходя из измерения напряжения сигнала измерения на измерительной катушке индуктивности, в ответ на установку выходной мощности согласно предварительно заданному шаблону обнаружения. В шаблоне обнаружения выходное напряжение и/или ток устанавливают в зависимости от соответствующих уровней измерения. На каждом уровне измерения выходную цепь приводят в действие путем отключения упомянутого устройства переключателя мощности и его включения на соответствующие предварительно заданные периоды или до обнаружения предварительно заданного входного тока через силовую катушку индуктивности, как подробно описано ниже. Результирующие выходные токи и/или напряжения на каждом уровне измерения обнаруживают при приведении силовой катушки индуктивности в работу при соответствующих уровнях измерения. При отсутствии какого-либо тока, поступающего из выхода, контроллер обнаруживает, что никакое бытовое устройство не подключено.
При обнаружении выходного тока, обнаруживают наличие подключения бытового устройства к адаптеру, а затем оценивают требуемую мощность подключенного устройства, исходя из отклика подключенного устройства для упомянутого шаблона обнаружения. В частности, уровни измерения исходно устанавливают таким образом, чтобы они приводили к низким напряжениям, для предотвращения повреждения подключенного устройства. Последовательность обнаруженных результирующих выходных напряжений и/или токов при соответствующих уровнях измерения сопоставляют с ожидаемыми последовательностями различных других переносных устройств, и конкретный тип устройства, обладающего конкретным требованием по мощности, обнаруживают, когда согласование найдено контроллером. Следует отметить, что упомянутый шаблон обнаружения спроектирован для различения между собой множества различных типов переносных устройств, которые поддерживаются устройством источника питания, например, трех различных типов. Следовательно, когда необходимо различать небольшое количество различных устройств, может оказаться достаточным только один или два уровня измерения, тогда как для различения между собой десяти различных переносных устройств, необходима длительная последовательность уровней измерения. Шаблон обнаружения может включать в себя ответвления к различным подпоследовательностям уровней измерения, в зависимости от обнаруженных откликов, например, для детального различения между собой различных типов перезаряжаемых батарей или для соответствующего изменения уровней подключенной батареи.
Фиг. 2 показывает схему преобразования мощности для устройства источника питания. Схема представляет собой применяемый на практике пример схемы преобразователя, пригодной для автоматического обнаружения нескольких различных требований по мощности, как предложено. Входная цепь 21 обеспечена для приема входной мощности сети на выводах L и N и обеспечивает входную мощность подачи через выпрямительный диод D1, резистор R1 и катушку L1, а также конденсатор C2. Устройство 25 переключателя мощности, транзистор Q2 связаны с входной мощностью подачи через силовую катушку 24 индуктивности и первичную катушку 24. Выходная цепь 22 соединена с силовой катушкой индуктивности через вторичную катушку для обеспечения мощности подачи на переносное устройство, схематически обозначенное в виде перезаряжаемой батареи 23. Контроллер 26 имеет выход 30 для управления устройством 25 переключателя мощности, для генерирования выходной мощности согласно требованию по мощности подачи для переносного устройства.
Схема преобразователя выполнена для обнаружения требования по мощности подачи, исходя из магнитного состояния, в ответ на упомянутое управление устройством переключателя мощности, как описано в настоящей работе. Кроме того, устройство схемы преобразования мощности дополнительно включает в себя измерительную катушку 27 индуктивности, которая имеет магнитную связь с силовой катушкой 24 индуктивности. Контроллер 26 содержит измерительный вход 28, связанный с измерительной катушкой индуктивности для обнаружения сигнала измерения, указывающего на магнитное состояние силовой катушки индуктивности. Контроллер выполнен, например, с программно-аппаратным обеспечением, для обнаружения требования по мощности подачи, исходя из магнитного состояния, в ответ на управление устройством переключателя мощности.
Устройство схемы преобразования мощности дополнительно включает в себя локальную схему питания для обеспечения рабочей мощности на преобразователь. В примере обеспечена дополнительная обмотка на трансформаторе, которая выводит мощность из энергии, генерируемой силовой катушкой индуктивности. Мощность выпрямляют посредством диодов D7 и D6, катушки L5 и конденсатора C3 и максимизируют посредством диода D2 Зенера, для обеспечения подходящего напряжения подачи контроллера Vcc, например, 5 В.
Устройство схемы преобразования мощности может дополнительно включать в себя вход 29 для обнаружения тока, для обнаружения, в силовой катушке индуктивности, тока катушки индуктивности предварительно заданного уровня, посредством измерительного резистора R5 и транзистора Q3. В качестве альтернативы, может быть обеспечена цепь измерения тока, для измерения фактического тока катушки индуктивности в предварительно заданном диапазоне, например, путем обеспечения чувствительного к напряжению входа и подходящего напряжения измерения, связанного с током катушки индуктивности в силовой катушке индуктивности. В таких вариантах воплощения, контроллер устанавливают для определения времени включения, в зависимости от тока через силовую катушку индуктивности в течение времени включения.
В примерной схеме микроконтроллер непосредственно управляет npn-транзистором (Q2) высокого напряжения обратимого преобразователя. Первичный пиковый ток измеряют с помощью R5 и Q3 через вход тока PeakCur 29. После включения Q2, обнаружение пикового тока осуществляют путем запроса входа PeakCur. Если был обнаружен уровень пика, Q2 отключают. Более высокие пиковые токи можно отрегулировать, если предусмотреть задержку срабатывания программного обеспечения между обнаружением и отключением Q2. Устройство переключателя мощности может быть включено после того, как было обнаружено размагничивание. Более низкого среднего тока можно достигнуть, если задействовать дополнительное время отключения, после того как было обнаружено размагничивание; более высокого среднего тока можно достигнуть путем установления более короткого времени отключения, чем обнаруженное время размагничивания. Обнаружение размагничивания осуществляют путем запроса измерительного входа 28, называемого входом DeMag, во время вторичного прогона, т.е. когда устройство переключателя мощности Q2 отключено. Вход DeMag может представлять собой (не обязательно) аналоговый вход микроконтроллера, посредством которого отраженное выходное напряжение можно измерить во время вторичного прогона. С помощью этого параметра, характеристика постоянного выходного напряжения может быть задана путем надлежащего управления устройством переключателя мощности.
Фиг. 3 показывает первичный и вторичный ток трансформатора, для управления постоянным током. На диаграмме кривая 31 первичного тока показывает ток в ходе операции, при обнаружении требования по мощности для постоянного выходного тока, например, когда переносное устройство имеет соединение подачи мощности непосредственно с батареей. В течение первого периода кривой, называемого временем Tp первичного прогона, устройство переключателя мощности включено, и ток в силовой катушке индуктивности возрастает от нуля до значения Ipeak_prim, обозначенного соответствующей пунктирной линией. Затем устройство переключателя мощности отключают на второй период кривой, называемый временем Ts вторичного прогона, и ток во вторичной обмотке, имеющей магнитную связь с силовой катушкой индуктивности, понижается до нуля от максимального значения Ipeak_sec, обозначенного соответствующей пунктирной линией. В данный момент ток достигает нулевого магнитного состояния, рассматриваемого в качестве размагниченного, и период, начинающийся с отключения устройства переключателя мощности и завершающийся достижением размагниченного состояния, называют временем размагничивания.
Следует отметить, что соотношение между первичным током и вторичным током фактически определяют по коэффициенту трансформации. Фактический ток снижается за счет эффекта выходного напряжения на вторичной обмотке в ходе вторичного прогона. Выходное напряжение отражается на дополнительных катушках индуктивности, которые имеют магнитную связь, на такой, как измерительная катушка индуктивности. При обеспечении чувствительного к напряжению входа на контроллере, может быть измерено отраженное напряжение, которое имеет предварительно заданное соотношение с фактическим выходным напряжением, из-за коэффициента трансформации.
Фиг. 3 показывает другую кривую 32, обозначенную пунктирной линией. Кривая указывает на дополнительное управление током, который включает дополнительный период времени, дополнительное время отключения, называемое Toff, наступающее после времени размагничивания, в течение которого переключатель мощности остается отключенным. Контроллер выполнен для дополнительного определения выходного тока, исходя из дополнительного времени отключения. Дополнительное время отключения обеспечено от конца времени размагничивания и до начала времени включения, для снижения среднего выходного тока или для снижения выходного напряжения, что требуется для обнаруженного требования по мощности.
Базовое управление током состоит в управлении преобразователем таким образом, чтобы он находился в пределах так называемого пограничного режима, при котором выходной ток максимизируют за счет управления входным током таким образом, чтобы он возрастал до максимального значения Ipeak. Поскольку Ipeak_sec является постоянным, а Ts будет много больше, чем Tp, выходной ток будет почти независим от напряжения батареи. Регулирование (не обязательно) можно сделать более точным путем создания пикового тока, зависимого до некоторой степени от соотношения Tp/Ts. Это может быть обеспечено в виде программного обеспечения на контроллере. Таким образом, контроллер выполнен для дополнительного определения выходного тока путем создания времени включения, в зависимости от соотношения времени включения и времени размагничивания.
Точный способ регулирования выходной мощности основан на принципе, согласно которому ток можно регулировать при постоянном уровне, соответствующем следущей формуле:
Ipeak: постоянное предварительно заданное значение, или оно может быть настроено для регулирования точки установления тока
n: фиксировано и предварительно задано в конструкции трансформатора,
ts: измерено через измерительный вход контроллера и программное обеспечение,
tp: измерено через измерительный вход контроллера и программное обеспечение,
toff: настроено контроллером, для регулирования тока, для установления зарядного устройства.
Этот способ требует большего времени работы процессора, но обеспечивает наиболее точное управление током.
Кроме того, исходя из соотношения Tp/Ts, также возможно обнаружение нагрузки. Нагрузка будет обладать определенными свойствами при определенных предварительно заданных уровнях напряжения. Путем обнаружения выходного тока, при обеспечении одного или более определенных уровней напряжения, различные типы устройств можно отличить друг от друга.
В устройстве источника питания, как описано выше, контроллер устанавливают (не обязательно) для генерирования напряжения типа напряжения измерения на выходе источника питания выходной цепи, причем данное напряжение типа напряжения измерения находится ниже рабочего напряжения, требуемого для электронной схемы переносного устройства, которое находится в эксплуатации, и обнаружения тока типа тока измерения, поступающего на переносное устройство, для определения требования по мощности подачи для переносного устройства.
Качество обнаружения типа устройства (не обязательно) повышается за счет обеспечения определенных различных значений резистора, параллельного входному подключению устройств различных типов. После обнаружения подключения устройства, контроллер затем сначала задает выходное напряжение на предварительно заданном низком значении упомянутого напряжения типа напряжения измерения. При этом низком выходном напряжении, никакая электроника внутри устройства не будет работать, и поэтому ток нагрузки будет в основном определяться добавочным резистором. При соотношении Tp/Ts, микроконтроллер становится способным различать между собой устройства и устанавливать подходящую выходную характеристику.
Переносные устройства, предназначенные для использования совместно с устройством источника питания, как описано выше, могут быть обеспечены (не обязательно) соответствующими различными характеристиками для обнаружения типа следующим образом. Вход для подачи мощности соответствующего переносного устройства снабжен резистивным элементом, вследствие чего, при обеспечении определенного напряжения типа напряжения измерения на входе для подачи, из устройства источника питания протекает соответствующий ток типа тока измерения, указывающий на требование мощность подачи соответствующего переносного устройства.
Устройство источника питания может обеспечивать (не обязательно) завершение управления зарядкой для перезаряжаемых батарей. Таким образом, помимо управления подачей мощности к преобразователю, контроллер также может обеспечить дополнительное предусмотренное завершение управления зарядом. Для обнаружения или, по меньшей мере, разумного предсказания завершения процесса подзарядки могут быть использованы некоторые принципы.
Процесс завершения подзарядки (не обязательно) управляется таймером. Таймер устанавливают для обеспечения программируемого или предварительно заданного периода подзарядки. При достижении конца периода подзарядки, заданную величину для мощности подачи устанавливают на уровне непрерывной подзарядки. За счет управления временем Toff, зарядный ток понижают до уровня непрерывной подзарядки.
В качестве альтернативы, процесс завершения подзарядки управляется напряжением. Информацию об отраженном напряжении используют для сопоставления с заданной величиной для завершения или снижения зарядного тока.
Кроме того, можно регулировать время вторичного прогона. Информацию о Ts используют для сопоставления со значением заданной величины завершения или снижения зарядного тока.
Кроме того, может быть обеспечен режим ожидания или режим с низким энергопотреблением. В системе в режиме ожидания/отсутствия нагрузки мощность может быть снижена путем снижения частоты переключения до уровня, где поддерживается напряжение только локальной подачи напряжения на контроллер, для надлежащего функционирования. Уровень локальной подачи напряжения может быть обнаружен через дополнительное входное напряжение контроллера, и когда напряжение ниже порогового, обратимый преобразователь приводят в действие для поддержания корректного минимального напряжения подачи на контроллер. В качестве альтернативы, может быть использовано фиксированное время включения/отключения, т.е. относительно длительное время отключения, для поддержания локальной подачи напряжения на контроллер. В обоих случаях контроллер может вводить режим ожидания, для снижения потребления тока до уровня, когда для поддержания надлежащего напряжения на C3 необходим только R3. При таком режиме, информацию о Ts можно регулярно обновлять за счет переключения контроллера на нормальное функционирование на предварительно заданный интервал времени.
На схему преобразователя можно подавать мощность запуска следующим образом. Запуск преобразователя может быть осуществлен путем подачи исходной мощности на линию подачи напряжения на контроллер Vcc через резистор, такой как R3, связанный с буферным конденсатором C3. Затем может быть активирована прямая схема преобразователя (L5, D6 и D7), которая будет обеспечивать достаточный ток питания для дополнительной активации контроллера. Локальная цепь источника питания на Фиг. 2 активируется через D7 в ходе первичного прогона, и, таким образом, локальное питание будет доступно, даже когда выход преобразователя замкнут накоротко.
Фиг. 4 показывает схему преобразования энергии для устройства источника питания, имеющего переключатель запуска. Схема преобразования энергии идентична схеме, описанной на фиг. 2, за исключением дополнительного переключателя запуска SI 41. Переключатель SI подключен между напряжением подачи от конденсатора C3 и подачей напряжения на контроллер Vcc. Диод Зенера D2 согласно Фиг. 2 был заменен непосредственно на диод Зенера 42, связанный с напряжением подачи на контроллер Vcc. Корректный запуск обеспечивают путем использования триггера Шмидта для SI следующим образом. Через R3 заряжают буферный конденсатор C3 до определенного порогового уровня. Когда напряжение превышает некоторый пороговый уровень, напряжение на буферном конденсаторе C3 подключается посредством S1, для подачи напряжения на контакт Vcc. В этом случае контроллер может немедленно начать исполнять свою программу. Гарантируется надлежащий перезапуск, и, кроме того, буферный конденсатор заряжается в достаточной мере, чтобы функционировать в течение короткого периода до или параллельно с работой прямого преобразователя. Подача напряжения будет отключена SI, когда входное напряжение на C3 перейдет через нижний предельный пороговый уровень S1. Таким образом, гарантируется корректное отключение системы. Вышеописанная система обладает преимуществом, состоящим в использовании высокого импеданса R3 и, таким образом, низкого тока ожидания от питающей сети. Значение импеданса будет определять время запуска, а также минимальную мощность в отсутствие нагрузки. Таким образом, устройство источника питания имеет (не обязательно) конденсатор, который заряжается от питающей сети через резистор и переключатель запуска между конденсатором и вход для подачи мощности контроллера, причем переключатель запуска включают, в зависимости от предварительно заданного порогового напряжения. Переключатель запуска встроен (не обязательно) в микроконтроллер.
Хотя изобретение было в основном разъяснено в виде вариантов воплощения, с использованием сети на 100-250В в качестве входного напряжения, изобретение также пригодно и для других входных напряжений, таких как автомобильные преобразователи напряжения для входного напряжения постоянного тока на 6-14 В.
Следует отметить, что изобретение может быть воплощено с аппаратным и/или программным обеспечением, с использованием программируемых компонентов. Способ для воплощения изобретения имеет этапы, соответствующие функциям, заданным для системы, как было описано выше, в частности, для определения требования мощности подачи, исходя из обеспечения одного или более напряжений типа напряжения измерения.
Следует учитывать, что вышеприведенное описание для ясности имеет описанные варианты воплощения изобретения, приведенные со ссылкой на различные функциональные блоки и процессоры. Однако должно быть ясно, что любое подходящее распределение функций между различными функциональными блоками или процессорами может быть использовано без отклонения от изобретения. Например, функция, проиллюстрированная как выполняемая отдельными блоками, процессорами или контроллерами, может быть выполнена одним и тем же элементом, процессором или контроллером. Таким образом, видно, что ссылки на определенные функциональные блоки являются лишь ссылками на подходящие средства для обеспечения описанной функции, а не указанием на строгую логическую или физическую структуру или организацию. Изобретение может быть внедрено в любой пригодной форме, включая аппаратное, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение или любое их сочетание.
Следует отметить, что в данном документе слово «содержит» не исключает наличия других элементов или этапов, отличных от тех, которые были перечислены, а единственное число не исключает множественности элементов, и что никакие ссылочные обозначения не ограничивают объем формулы изобретения. Кроме того, изобретение не ограничено вариантами воплощения и изобретение опирается на каждый и любой новый признак или сочетание признаков, описанных выше или перечисленных в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения.
1. Устройство источника питания для адаптации входной мощности сети для подачи мощности на переносное устройство (23), подключенное к устройству источника питания, причем устройство источника питания содержит
входную цепь (21) для приема входной мощности сети и обеспечения входной мощности подачи,
устройство (25) переключателя мощности, связанное с входным источником подачи,
силовую катушку индуктивности (24), связанную с устройством переключателя мощности,
выходную цепь (22), связанную с силовой катушкой индуктивности, для обеспечения мощности подачи на переносное устройство, и
контроллер (26) для управления устройством переключателя мощности согласно требованию по мощности подачи для переносного устройства,
причем устройство содержит
измерительную катушку (27), магнитно связанную с силовой катушкой индуктивности, и
контроллер, содержащий вход (28) измерения, связанный с измерительной катушкой индуктивности, для обнаружения сигнала измерения, указывающего на магнитное состояние силовой катушки индуктивности, и при этом контроллер выполнен для обнаружения требования по мощности подачи на основе магнитного состояния в ответ на упомянутое управление устройством переключателя мощности,
причем переносное устройство представляет собой один тип из различных типов переносных устройств и содержит вход (11) для подачи мощности, подключаемый к устройству источника питания, причем вход для подачи мощности снабжен резистивным элементом, вследствие чего при обеспечении напряжения типа напряжения измерения на вход для подачи, причем напряжение типа напряжения измерения находится ниже рабочего напряжения, требуемого для электронной схемы переносного устройства, которое находится в эксплуатации, из устройства источника питания протекает ток типа тока измерения, указывающий на требование по мощности подачи для переносного устройства, а контроллер выполнен для
генерирования напряжения типа напряжения измерения на выходе источника питания выходной цепи, и
обнаружения тока типа тока измерения, поступающего на переносное устройство, для определения требования по мощности подачи для этого типа переносного устройства.
2. Устройство источника питания по п. 1, в котором контроллер представляет собой одиночную интегральную схему и содержит
выход для обеспечения управляющего сигнала для устройства переключателя мощности и
процессор, включающий в себя встроенные программно-аппаратные средства для упомянутого обнаружения требования по мощности подачи и управления устройством переключателя мощности согласно обнаруженному требованию мощности подачи для переносного устройства.
3. Устройство источника питания по п. 1, в котором магнитное состояние представляет собой размагниченное состояние, а контроллер выполнен для определения времени размагничивания (Ts) на основе размагниченного состояния.
4. Устройство источника питания по п. 2, в котором контроллер выполнен для определения выходного тока на основе времени размагничивания и времени включения (Tp), в течение которого устройство переключателя мощности является включенным.
5. Устройство источника питания по п. 4, в котором контроллер выполнен для дополнительного определения выходного тока на основе дополнительного времени отключения (Toff), в течение которого устройство переключателя мощности является отключенным, причем дополнительное время отключения предусмотрено от конца времени размагничивания до начала времени включения.
6. Устройство источника питания по п. 4, в котором контроллер имеет вход (29) для обнаружения тока через силовую катушку индуктивности и выполнен для определения времени включения в зависимости от тока через силовую катушку индуктивности в течение времени включения.
7. Устройство источника питания по п. 4, в котором контроллер выполнен для управления преобразователем в пограничном режиме, в котором выходной ток максимизирован путем управления входным током для его повышения до пикового значения тока, и дополнительного определения выходного тока путем достижения пикового значения тока, зависящего от соотношения времени включения и времени размагничивания.
8. Устройство источника питания по п. 1, в котором вход для измерения выполнен для измерения напряжения измерения сигнала измерения для обеспечения контроллеру возможности оценки отраженного выходного напряжения с выходной цепи.
9. Устройство источника питания по п. 8, в котором контроллер выполнен для определения выходного напряжения на основе времени включения устройства переключателя мощности и напряжения измерения.
10. Устройство источника питания по п. 8, в котором контроллер выполнен для упомянутого обнаружения требования мощности подачи на основе напряжения измерения.
11. Устройство источника питания по п. 1, в котором контроллер выполнен для обнаружения тока через силовую катушку индуктивности в течение времени включения для оценки выходного тока из выходной цепи на основе предварительно заданного соотношения между входным током и выходным током.
12. Устройство источника питания по п. 1, в котором контроллер выполнен для вхождения в режим ожидания за счет, по меньшей мере, одного из следующего:
установления частоты переключения мощности на пониженный уровень таким образом, чтобы напряжение подачи на контроллер, которое зависит от частоты переключения мощности, поддерживалось на предварительно заданном уровне;
предварительно заданного времени включения, в течение которого устройство переключателя мощности включено, за которым следует предварительно заданное время отключения, в течение которого устройство переключателя мощности отключено.
13. Устройство источника питания по п. 1, в котором контроллер выполнен для установки конца режима зарядки, в течение которого обеспечена непрерывная подзарядка переносного устройства, на основе, по меньшей мере, из одного из следующего:
управления таймером в зависимости от обнаруженного требования по мощности подачи;
управления выходным напряжением на основе сигнала измерения, указывающего на отраженное выходное напряжение из выходной цепи;
управления выходным током на основе сигнала измерения, указывающего на время размагничивания.
14. Переносное устройство для использования совместно с устройством источника питания по любому из предыдущих пунктов, причем переносное устройство (15) представляет собой один тип из различных типов переносных приборов и содержит вход (11) для подачи мощности, подключаемый к устройству (10) источника питания, причем вход для подачи мощности снабжен резистивным элементом, вследствие чего при обеспечении напряжения типа напряжения измерения на вход для подачи, когда напряжение типа напряжения измерения находится ниже рабочего напряжения, требуемого для электронной схемы переносного устройства, которое находится в эксплуатации, из устройства источника питания протекает ток типа тока измерения, указывающий на требование по мощности подачи для этого типа переносного устройства.
