CN1406406A - 带低备用功耗的电池充电器电路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电池充电器电路。一种根据本发明的电池充电器电路包括与变压器原边线圈串联的开关元件。控制电路使该开关元件在接通期间导通以产生通过该串联布置的电流，而使该开关元件在断开期间不导通。还提供了一种减少电池充电器电路中备用电流的方法。一种根据本发明的方法包括定义与变压器第一线圈串联的电流通路和检测通过该电流通路电流的步骤。该方法还包括当该电流包括负载电流和磁化电流时使该电流流到第一线圈和当该电流只包括磁化电流时阻止该电流流到第一线圈的步骤。

Description

带低备用功耗的电池充电器电路
本发明总体上涉及电池充电器电路，更具体而言，涉及一种减少备用电流的电路布置。
用于电动剃须刀、移动电话、传真机、无绳电话和其它电子设备的电池充电器通常包括一个相对简单、低成本、低频率(即，50/60Hz)的变压器电路。典型地，该变压器电路在次边线圈的输出端有一个简单的二极管整流器。尽管这种类型的变压器电路对于某些应用已经足够，但是这些变压器电路在没有负载耦合到输出端的情况下消耗了相当数量的电能。这种情况通常称为备用。
备用期间的电能消耗是由变压器非理想的输入特征(即磁感应)产生的，在连接到电源时该输入特征允许磁化电流流入变压器电路的原边线圈。该磁化电流流经变压器的原边线圈并且还在变压器的铁心内感应出磁通，这两种情况通常都有功耗。在一种典型的情况下，变压器电路在备用期间的损耗可能超过1瓦特功率。
为了防止这种备用损耗，电池充电器电路已经发展到带通用的高频反向电路。这些电路经常使用能够在备用期间减少功耗的复杂的集成控制电路。但是，这些电池充电器电路是相对较贵的，而且有受限的消费接受程度。
本发明提供了一种相对简单、低成本的电池充电器电路来减少备用期间的功耗。该电池充电器电路控制提供给变压器的电流。该电池充电器电路决定流到变压器原边线圈的电流的数值。当原边电流的值包括负载电流和磁化电流时，电池充电器电路继续向变压器的原边线圈提供电流以便向负载充电。当原边电流的值只包括磁化电流时，该原边电流被阻止流到变压器一段预置的时间或时间间隔。因此，磁化电流只在一段相对短的时间里流到变压器的原边线圈，从而减少了备用期间的功耗。
一种根据本发明的电池充电器电路包括与变压器原边线圈串联的开关元件。控制电路在接通期间使该开关元件导通以产生通过该串联布置的电流，而在断开期间使该开关元件不导通。
另一种根据本发明的电池充电器电路包括可触发电子开关在有负载存在时提供充电电流，而在没有负载时切断该充电电流。
一个阈值检测器耦合到该可触发电子开关，当阈值检测器的电压达到预定义的值时触发该可触发电子开关。
另一种根据本发明的电池充电器电路包括带栅极端子和第一及第二端子的可触发电子开关，通过该端子提供交流电流。该可触发电子开关当有负载时允许电流流到变压器，而当没有负载时阻止电流流到变压器。一个检测元件耦合在可触发电子开关的第二端子和变压器的原边线圈之间，而一个电容性元件耦合到可触发电子开关的第二端子。阈值检测器的一个输入端耦合到可触发电子开关的栅极以便当电容性元件的电压为预定义的值时允许电流流到可触发电子开关的栅极端子。一个负载探测器电路耦合到该传感电阻。一个开关元件使得当第一电流被负载探测电路检测到时电容性元件充电，而当第二电流被负载探测电路检测到时阻止该电容性元件充电。
一种根据本发明的方法包括步骤：提供电流向电容性元件充电，当该电容性元件的电压达到一个预定义的电压时使阈值开关导通以便提供通过阈值开关的闭锁电流，及响应该闭锁电流使可触发电子开关导通以提供原边电流。该方法还包括步骤：按预定义的时间间隔检测原边电流以决定是否有负载，当原边电流的值包括负载电流加磁化电流时保持该可触发电子开关为导通位置，而当原边电流的值仅由磁化电流组成时打开该可触发电子开关以断开原边电流一段预定义的时间间隔。
另一种根据本发明的方法包括步骤：定义与变压器第一线圈串联的电流通路，及检测流经该电流通路的电流。该方法还包括步骤：当该电流包括负载电流和磁化电流时使电流流到第一线圈，而当电流只包括磁化电流时阻止电流流到第一线圈。
应当理解前面的两种总体描述及下面的具体描述都是代表性和解释性的，而且希望能提供对该申请专利发明更深入的解释。
通过参考下面对本发明优选实施例的具体描述并联系相应附图，本发明及其附加的优点将得到最好地理解。
图1是根据本发明一种优选实施例的电池充电器实施例的示意图；及
图2是根据本发明一种优选实施例的电池充电器实施例的示意图。
在详细解释本实施例之前，应当理解本发明并不限于在相应附图和描述中所说明部件的构造和布置细节的应用或使用。应当承认根据本发明的说明性实施例可以在其它实施例、变化或修改中实现或加入，而且可以通过各种不同的方式实现或执行。此外，除非特别指出，在此引用的术语和表达方式是为描述本发明说明性实施例而选择的，是为了读者的方便而不是为了限制。
现在参考附图，更具体而言是参考图1，说明了电池充电器电路的一种实施例10的示意图。电池充电器电路10控制提供的电流来减少备用期间的功耗。电池充电器电路10通常包括输入端子12、14，输出端子16、18，变压器20，可触发电子开关22，检测元件24，负载或电流检测电路26，触发电路28及开关元件30。
电池充电器电路10的输入端子12、14连接到电源或参考源(未示出)。电源向变压器20提供原边或充电电流。该电源可以是带120伏AC线电压和60赫兹频率或230伏AC线电压和50赫兹频率的交流电压源。应当承认该电源可以是任何能够向电池充电器电路10提供电力的合适电源。
电池充电器电路10的变压器20有两个输入端子32、34和两个输出端子36、38。变压器20的输入端子32、34连接到原边线圈或电感性元件40，而输出端子36、38连接到次边线圈或电感性元件42。当电流流经原边线圈40时，在次边线圈42中感应产生一电压来向负载(未示出)，如电池，提供输出电流来充电。变压器的输出端子36、38优选地通过输出整流电路或二极管整流器44耦合到负载输出。负载的正极端子可以连接到充电器电路10的端子16，而负载的负极端子可以连接到充电器电路10的端子18。
电池充电器电路10的可触发电子开关22控制提供给变压器20的电流。例如，当该可触发电子开关在“接通”状态(闭合)或导通状态时，电流将流到变压器20的原边线圈40。当该可触发电子开关在“断开”状态(打开)或不导通状态时，电流将被阻止流到变压器20。可触发电子开关22优选地包括一个双向开关或三端双向可控硅开关元件46，带第一主电极48、第二主电极50和栅极电极52。三端双向可控硅开关元件46的第一主电极48连接到电池充电器电路10的输入端子12，而第二主电极50连接到检测元件24。该三端双向可控硅开关元件的栅极电极52通过触发电路28的一个电阻性元件54连接到输入端子12。
栅极电极52控制三端双向可控硅开关元件46的开关或导通(即，激发)。当提供给栅极电极52的电流达到一个预定义的值(即，闭锁电流)时，三端双向可控硅开关元件46“接通”(闭合)或导通以允许电流流经三端双向可控硅开关元件46到达检测元件24。只要流到栅极电极的电流保持高于一个预定义的值来维持该三端双向可控硅开关元件的导通(即，保持电流)，该三端双向可控硅开关元件就将保持接通。当栅极电极中的电流电平降到低于该保持电流时，该三端双向可控硅开关元件将“断开”(不导通)。激发角，即该三端双向可控硅开关元件首次导通的其值为0到180度的角，可以由触发电路28来调节或控制。
电池充电器电路10的触发电路28在一个任意选定的相导通角触发或激发该三端双向可控硅开关元件。触发电路28优选池包括电阻性元件54、56，阈值设备58及电容性元件60。电阻性元件54的一端连接到电池充电器电路10的输入端子12，而电阻性元件54的另一端连接到三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52。电阻性元件56的一端连接到三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52，而电阻性元件56的另一端连接到电容性元件60。
触发电路28的电容性元件60向三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52提供电流以激发该三端双向可控硅开关元件。优选地，该电容性元件包括一个电容。电容性元件60的一端连接到三端双向可控硅开关元件46的第二主电极50，而该电容性元件的另一端连接到在电阻性元件56和阈值设备58之间形成的节点或接头。当电力提供给电池充电器电路10的输入端子12、14时，电容性元件60通过电阻性元件54和56的串联组合来充电。一旦电容性元件60的电压达到一个预定义的值，阈值设备58就“接通”(闭合)或导通。
触发电路28的阈值设备58通过向三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52提供电流来控制三端双向可控硅开关元件46的触发。阈值设备58的一端连接到三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52，而该阈值设备的另一端连接到在电阻性元件56和电容性元件60之间形成的节点。优选地，阈值元件56是二极管AC开关62。当电容性元件60的电压达到二极管AC开关62的击穿电压时，二极管AC开关62“接通”(闭合)以允许电流(即，闭锁电流)通过二极管AC开关62提供给三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52。
电池充电器电路10的开关元件30控制触发电路28的激活来向变压器20的原边线圈40提供电流。开关元件30优选地包括带发射极、集电极和基极的晶体管64。晶体管64优选地是MOSFET晶体管。晶体管64的集电极连接到检测元件24，晶体管64的发射极连接到在电阻56、可触发元件58及电容性元件60之间形成的节点。晶体管64的栅极连接到负载探测电路26。
电池充电器电路10的负载探测电路26按预定义的时间或时间间隔(即，0.01％占空度)检测或测量流经检测元件24的原边电流的数值来探测是否有负载连接到电池充电器电路10的输出端子16、18。如果原边电流的值包括负载电流加磁化电流，由于探测到有负载被充电，所以负载探测电路26打开开关元件30使可触发电子开关“接通”(闭合)或导通。如果原边电流的值只包括磁化电流，由于没有负载被充电，所以负载探测电路26“接通”(闭合)开关元件30以阻止触发电路28激发或闭合可触发电子开关22。当没有负载时，负载探测电路维持开关元件30为导通位置一段预置的时间间隔。此后，该负载探测电路检测流经检测元件的原边电流的数值并使可触发电子开关导通或不导通来控制流到变压器20的电流。负载探测电路26可以包括电压比较器、电流差探测电路、定时电路和/或其它本领域技术人员熟知的合适电路，用来按预定时间决定流经检测元件24的电流。
电池充电器电路10的工作现在参考图1进行描述。起初，电容性元件60两端的电压假定为0，二极管AC开关62在其“断开”状态(不导通)，因此二极管AC开关62是不工作的。三端双向可控硅开关元件46也是断开的(不导通)，而且没有电流流到变压器20的原边线圈40。开关元件在其“断开”状态(不导通)以允许电容性元件60充电。流经检测元件24的电流被忽略且负载两端的电压最初等于0。
在电源电压的正半波周期中，只要三端双向可控硅开关元件46还没有导通，电流就流经电阻性元件54、56向电容性元件60充电。当电容性元件60的电压达到二极管AC开关62的击穿电压时，该二极管AC开关击穿并切换到其“接通”(闭合)或导通状态。在击穿电压期间，电容性元件60放电，使电流流经二极管AC开关62并进入三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52。提供给栅极电极52的电流使三端双向可控硅开关元件46激发(即，导通)，允许交流电流流经检测元件24并进入变压器20的原边线圈40。
接近或位于正半波周期的末端时，流进三端双向可控硅开关元件46的栅极电极52的电流电平将不足以维持三端双向可控硅开关元件46的导通，所以该三端双向可控硅开关元件“断开”(不导通)。这可以在应用到电池充电器电路10输入端子12、14的交流电压交替出现的半波之间的近似“零交点”时发生。相似的情况发生在负半波周期中，除了电容电压一超过负击穿电压就产生栅极电流。
在正负半波周期中，负载探测电路26可以按预置或预定义的时间间隔检测流经检测元件24的电流。优选地，负载探测电路26按预定义的时间间隔闭合开关元件30并检测电流。当没有负载连接到电池充电器电路10的输出端子16、18时，由负载探测电路26通过检测元件24检测到的电流将只包括磁化电流。因此，负载探测电路26维持开关元件30在“接通”(闭合)状态以阻止二极管AC开关62激发三端双向可控硅开关元件46。这样，该三端双向可控硅开关元件将被切断而且没有电流流到变压器20的原边线圈40。只要开关元件30导通，三端双向可控硅开关元件46就不会被触发。在预置的时间间隔之后，负载探测电路26使开关元件30不导通来允许触发电路激发三端双向可控硅开关元件46并检测流经检测元件24的电流。
当有负载连接到电池充电器电路10的输出端子16、18时，由负载探测电路26通过检测元件24检测到的电流将包括负载电流加磁化电流。因此，负载探测电路26“切断”或使开关元件30不导通来允许触发电路28激发三端双向可控硅开关元件46。只要开关元件30不导通，三端双向可控硅开关元件46就继续被激发。在预定义的时间或时间间隔之后，负载探测电路26闭合该开关元件并检测电流。
图2说明了电池充电器电路的另一种实施例100的示意图。电池充电器电路100控制提供的电流来减少备用期间的功耗。电池充电器电路100包括旁路设备102、检测元件104、变压器106、控制电路108和开关元件110。
电池充电器电路100的开关元件110控制提供给变压器106的电流。当开关元件110在“接通”状态(闭合的)或导通状态时，电流将流到变压器106的原边线圈。当开关元件110在“断开”状态(不导通)或不导通状态时，电流将被阻止流到变压器106。开关元件110可以包括任何合适的开关，如晶体管或三端双向可控硅开关元件。
电池充电器电路100的旁路设备102当开关元件110不导通时激活或向控制电路108提供能量。旁路设备102可以包括电阻、电容、电感或其组合。
控制电路108控制开关元件110的触发。当没有负载时，控制电路108维持开关元件110在导通位置一段预置的时间间隔。此后，控制电路108检测流经检测元件104的原边电流的数值并使开关元件110导通或不导通来控制提供给变压器106的电流。控制电路108优选地包括阈值检测器112、定时电路114和触发设备116。
控制电路108的阈值检测器112检测或测量流经检测元件104的原边电流的数值来探测是否有负载连接到电池充电器电路110。如果原边电流的值包括负载电流加磁化电流，阈值检测器112使触发设备116闭合开关元件110。如果原边电流的值只包括磁化电流，阈值检测器112使触发设备116闭合开关元件110或由于没有负载被充电而阻止开关元件110的闭合。阈值检测器112可以包括带阈值发生器的比较器电路或任何其它合适的集成电路。触发设备116可以包括带电容的二极管AC开关、栅极驱动器或任何其它合适的设备。
定时电路114按预定义的时间间隔触发控制电路108来检验负载电流的存在。该定时电路可以包括R-C时间常量定时电路、数字计数器，或任何其它合适的定时电路。电池充电器电路的检测元件104可以包括电阻、线圈、电阻性元件或轨迹(trace)、合适的集成电路或其它合适的检测元件。
在此描述的电池充电器电路是一种可以减少备用期间功耗的相对简单、低成本的电路。电池充电器电路控制提供给变压器原边线圈的电流。该电池充电器电路可以决定流到变压器原边线圈的电流的数值。当原边电流的值包括负载电流和磁化电流时，该电池充电器电路继续向变压器的原边线圈提供电流以便向负载充电。当原边电流的值只包括磁化电流时，该原边电流被阻止流到变压器一段预置的时间或时间间隔。因此，磁化电流只流到变压器的原边线圈一段相对短的时间，从而减少了备用期间的功耗。
尽管已经通过说明和实例的方式对电池充电器电路进行了详细的描述，应当理解在不以任何方式背离本发明范围和主旨的前提下，可以对上述优选实施例做很多的变化和修改。这样，上述实施例从各方面讲都只是说明性而不是限定性的，因而本发明的范围是由附加的权利要求而不是由前面的描述表示的。所有在与权利要求等价意义和范围之内的变化都包含在其范围之内。

Claims (19)

1.一种用于控制通过变压器(20)原边线圈的电流的电池充电器电路(1)，包括
带栅极端子和第一及第二端子的可触发电子开关(22)，通过该端子提供交流电流，可触发电子开关(22)当有负载时允许电流流到变压器(20)，而当没有负载时阻止电流流到变压器(20)；
耦合在可触发电子开关(22)第二端子和变压器原边线圈之间的检测元件(24)；
耦合到可触发电子开关(22)第二端子的电容性元件(60)；
带输入和输出的阈值检测器(58)，阈值检测器(58)的输入端耦合到可触发电子开关(22)的栅极端子以便在电容性元件(60)为预定义电压时允许电流流到可触发电子开关(22)的栅极端子；
耦合到传感电阻以便检测流经检测元件(24)的电流的负载探测电路(26)；
开关元件(30)，当第一电流被负载探测电路检测到时允许电容性元件(60)充电，而当第二电流被负载探测电路(26)检测到时阻止电容性元件(60)充电。
2.一种电池充电器电路(10、100)，包括：
可触发电子开关(22、110)，当有负载时提供充电电流而当没有负载时切断充电电流；及
耦合到可触发电子开关(22、110)的阈值检测器(26、112)，当阈值检测器的电压达到一个预定义的值时触发该可触发电子开关。
3.一种电池充电器电路(10、100)，包括
与变压器(20、106)原边线圈串联的可触发电子开关(22、110)；及
控制电路(28、108)，用于在接通期间使可触发电子开关(22、110)导通以便产生通过该串联布置的电流，而在断开期间使该可触发电子开关(22、110)不导通。
4.一种对负载充电的电池充电器电路(10)，包括步骤：
提供电流向电容性元件(60)充电；
当电容性元件(60)的电压达到一个预定义的电压时使阈值开关(58)导通以便提供通过阈值开关(58)的闭锁电流；
响应该闭锁电流，使可触发电子开关(22)导通以提供原边电流；
按预定义的时间间隔检测原边电流以决定是否有负载；
当原边电流的值包括负载电流加磁化电流时，维持可触发电子开关(22)在闭合位置；及
当原边电流的值仅由磁化电流组成时，打开可触发电子开关(22)以切断原边电流一段预定义的时间间隔。
5.一种减少备用电流的方法，包括步骤：
定义与变压器(20、106)第一线圈串联的电流通路；
检测流经该电流通路的电流；
当该电流包括负载电流和磁化电流时，允许电流流到第一线圈；及
当该电流只包括磁化电流时，阻止电流流到第一线圈。
6.权利要求1、2、3或4的电池充电器电路，其中可触发电子开关(22、110)包括三端双向可控硅开关元件或双向开关中的一种。
7.权利要求1或2的电池充电器电路(10、100)，其中阈值检测器(58、112)包括二极管AC开关。
8.权利要求1、2、3或4的电池充电器电路(10、100)，其中开关元件(30、110)包括晶体管。
9.权利要求1的电池充电器电路(10)，其中预定义的电压是阈值检测器(58)的击穿电压。
10.权利要求1的电池充电器电路(10)，还包括耦合在可触发电子开关(22、110)的栅极端子和阈值检测器(58)的输出端之间的电阻。
11.权利要求1的电池充电器电路(10)，还包括耦合到可触发电子开关(22、110)的栅极端子和阈值检测器(58)的输入端的电阻。
12.权利要求2的电池充电器电路(10)，还包括耦合到阈值检测器(58)的电容性元件(60)。
13.权利要求2的电池充电器电路(10)，还包括耦合到阈值检测器(58)的开关元件。
14.权利要求2的电池充电器电路(10)，还包括耦合到阈值检测器(58)的负载探测电路(26)。
15.权利要求2、3或4的电池充电器电路(10、110)，还包括耦合到可触发电子开关(22、110)的检测元件(24、104)。
16.权利要求3的电池充电器电路(100)，还包括耦合到控制电路的旁路设备(102)。
17.权利要求3的电池充电器电路(100)，其中控制电路(108)包括阈值检测器。
18.权利要求3的电池充电器电路(100)，其中控制电路(108)包括定时电路(114)。
19.权利要求3的电池充电器电路(100)，其中控制电路(108)包括触发设备(116)。
CN01805641A 2000-12-27 2001-12-12 带低备用功耗的电池充电器电路 Pending CN1406406A (zh)

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