專利名稱：電容性電源和具有電容性電源的電子設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電容性電源。
本發(fā)明進一步涉及具有電容性電源的電子設備。
背景技術(shù)：
由于為使用方便或技術(shù)原因，對于各種家用電器而言，不可能關 掉整個的電器。例如在視頻和音頻設備中，所希望的是該設備保持待 機以使得其能夠接收并處理遠程控制信號?；蛘咴撛O備可以具有永久 活動的控制時鐘，用于在預定時間激活該設備的其他模塊。
然而，由于規(guī)則和綠色電子設計的需要，電器的待機能耗應該被 限制到最小。
電容性電源通常用于為在應該保持永久活動的電器內(nèi)部電子設 備供電。該電器例如可以是咖啡機或洗衣機，其具有用于控制該電器 各種功能的微控制器。電容性電源具有比例如傳統(tǒng)變壓器或開關式電
源的其他電源更低的成本價格。在US2006/0034109A1中，公開了電 容性電源的實例。在電容性電源中，電容起著阻抗的作用，其使得電 壓從主供電電壓降為由所述電器使用的電壓。因為通過所述電容的電 流與跨接在電容上的電壓有90度的相位差，所述電容性電源本身基 本上不耗能。實際上，很難設計所述電容性電源使得相移精確地為 90度，因為必須考慮附加的約束條件。因此設備的啟動電流被限制 在防止電源破壞的值，其中如果所述設備附屬于電源或通過電源開關 接通則所述啟動電流則發(fā)生。此外，必須考慮峰值電壓可能在電源上 出現(xiàn)，其值可達2kV到3kV。必須防止隨著由電容性電源提供的電壓 的變化這種變動波動太大，以及由此可能導致不希望的狀況。在上面 提及的電器中，例如如果所述的由電容性電源提供的電壓的變化損害 微控制器，則這可能發(fā)生。因此通常電容性電源包括啟動電流限制器， 其通常為串聯(lián)電阻的形式降低所述啟動電流。然而，作為負面效應， 這個串聯(lián)電阻耗費電能。期望能夠減少這種損耗。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，電容性電源包括
-輸入部分，具有用于連接到交流電源和電容耦合的第 一和第二 輸入端子，
-整流部分，經(jīng)電容耦合耦接到所述輸入端子， -輸出部分，耦接到所述整流部分，該輸出部分包括 -第一和第二輸出端子，用于提供輸出電壓給負荷， -第一電路，其包括電荷存儲裝置，和 -與所述第一電路并聯(lián)的第二電路，其包括電壓限制裝置， -所述電容性電源進一步包括啟動電流限制裝置， 其中所述第二電路包括直流(DC)導電串聯(lián)阻抗，其電阻值至少 是第一電路電阻值的0. 2倍。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電子設備包括 -功率輸入端，用于連接到主電源，
-根據(jù)先前權(quán)利要求其中之一的電容性電源，耦接到所述功率輸 入端，
-第一功能單元，由所述電容性電源供電。
因為第二電路包括直流(DC)導電串聯(lián)阻抗，其電阻值至少為第 一電路電阻值的0. 2倍，所以施加到電壓限制裝置的壓力被釋放。相 應地，在沒有造成對所述電壓限制裝置的損害的情況下，允許更高的 啟動電流。令人驚訝地，所述DC導電串聯(lián)阻抗的阻抗值可以低于用 于啟動電流限制的電阻值。這就降低了電阻性啟動電流限制，并且由 此實現(xiàn)所述電容性電源的能耗的降低，而不要求電壓限制裝置的更穩(wěn) 健的衡量(dimensioning)。在特定實施例中，DC導電串聯(lián)阻抗的 電阻甚至可以顯著地低于啟動電流限制裝置的電阻，由此使得已降低 的能耗顯著地降低。
在從引用文件中已知的設備中，所述電路包括穩(wěn)壓二極管DZ3和 僅用于控制開關M的串聯(lián)電阻R3。并未公開應該通過旁路 (bypassing)部分所述啟動電流到所述存儲電容器C來釋放這種穩(wěn) 壓二極管的壓力。也沒有公開電阻R3應該必須獲得的值以足夠保護 所述穩(wěn)壓二極管。
實際上，用于電荷存儲裝置的元件可以在它們的內(nèi)電阻上有變化。因此，若DC導電串聯(lián)阻抗(Zdc)的電阻值和內(nèi)電阻的指定值的比 率被選擇為接近O. 2，如果元件的內(nèi)電阻的值高于它們的額定值，則 需拒絕這樣的元件。
優(yōu)選地，因此DC導電串聯(lián)阻抗(Zdc)具有的電阻值R至少是第 一電路的電阻值的10倍。這樣，促進了大規(guī)模制造工藝的應用，其 中實際上元件的特性上發(fā)生變動。
直流(DC)導電串聯(lián)阻抗(Zdc)的最大電阻值依賴于由電容性 電源提供的應用。為了實現(xiàn)能耗的顯著降低，所述最大電阻值應該至 多為啟動電流限制裝置的電阻值。然而，如果由電容性電源供電的應 用在此環(huán)境下需要大的峰值電流用于其工作，那么期望的是最大電阻 值至多為啟動電流限制裝置的電阻值的0. 1倍。所述DC導電串聯(lián)阻 抗可以例如為電阻元件，但是可替代地可以是更復雜的阻抗，例如與 電阻元件串聯(lián)的電感元件。第一電路的電阻值可以由在第一電路中的 明確的串聯(lián)電阻確定，由形成電荷存儲裝置的電容性元件的內(nèi)電阻確 定，或由二者確定。
所述啟動電流限制裝置可以是電阻元件形式的阻抗，但可替代地 可以是更復雜的阻抗，例如與電感元件串聯(lián)的電阻元件。所述阻抗被 設置為在輸入端子和電荷存儲裝置之間的串聯(lián)阻抗。該串聯(lián)阻抗可以 是輸入部分的一部分，例如在耦接到所述輸入端子之一的路徑中，例 如與電容耦合串聯(lián)，但可替代地可以是整流部分的一部分，或可以被 布置在所述整流部分和所述輸出部分之間。所述啟動電流限制裝置不 需要是單個阻抗，而可以包括多個在以上指示的位置上的多個阻抗。 在這種情況下，所述啟動電流限制裝置的電阻是在從第一個輸入端子 經(jīng)所述電荷存儲電容器到第二輸入端子的路徑上串聯(lián)設置的阻抗的 電阻之和。所述電容耦合可以包括從第一輸入端子到整流部分的電路 中、從第二輸入端子到整流部分的電路中，或在這兩個電路中的電容 性串聯(lián)阻抗。


參照附圖將更詳細地描述這些和其他方面。其中
圖1示意性地示出才艮據(jù)本發(fā)明第一實施例的電容性電源，
圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電容性電源，
6圖3示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電容性電源， 圖4示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電容性電源， 圖5示出包括根據(jù)本發(fā)明的電容性電源的電子設備。
具體實施方式
在下面的詳細描述中，將闡述許多具體細節(jié)以提供本發(fā)明的透徹 理解。然而，本領的技術(shù)人員將會理解，在沒有這些具體細節(jié)的情況 下本發(fā)明可以實施。在其他的情況中，已知的方法、步驟和元件并未 詳細描述，以免本發(fā)明的各方面晦澀。
能有利地使用。權(quán)利要求中的任何參考符號不應被解釋為限制其范圍
應該理解，當元件稱為被耦接到其他元件時，它能直接連接到該 其他元件，但是可替代地在所述元件與其他元件之間可能存在插入的 元件。相反，當元件稱為被連接到其他元件時，在所述元件與其他元 件之間不存在插入的元件。整個文件中，同樣的序號代表類似的元件 。這里使用的術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關列表項的任意和所 有組合。
應該理解，雖然術(shù)語第一、第二、第三等在這里可以用于描述各 種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、 層和/或部分不應該被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用于區(qū)別一個元 件、組件、或部分與另一個元件、組件或部分區(qū)域、層或部分。因此， 下面討論的第一元件、組件或部分可以被稱為第二元件、組件或部分， 而不脫離本發(fā)明的教導。
除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學術(shù)語)具 有與本發(fā)明所屬的技術(shù)領域中普通技術(shù)人員的 一般理解相同的意義。 應當進一步理解的是，術(shù)語(比如在普通使用的字典里定義的那些術(shù) 語)應該被解釋為具有與它們在相關技術(shù)背景中的意思相同的意義， 并且不該被解釋為理想化的或太形式的意義，除非在這里明確地定義
圖1示意性地示出電容性電源，其包括輸入部分10、整流部分20和輸出部分30,以及啟動電流限制裝置Rl。
所述輸入部分包括第一和第二輸入端子用于連接到AC主電源 的Line和Neutral,以及電容耦合C1。
所述整流部分20經(jīng)電容耦合凈皮耦接到輸入端子(Line, Neutral: 火線，零線)。所述整流部分20用來為輸出部分30提供整流電流。
耦接到所述整流部分的所述輸出部分30包括第一和第二輸出端 子V+、 V-，其用于向載體提供輸出電壓。所述輸出部分包括第一電 路，其包括電荷存儲裝置C2。所述輸出部分進一步包括與第一電路 并聯(lián)的電壓限制裝置D5。
所述電容性電源進一步包括啟動電流限制裝置Rl。該啟動電流 限制裝置可以例如是與電容耦合串聯(lián)的阻抗，但是也可以;故設置在電 容性電源的其他部分。
所述第二電路包括DC導電串聯(lián)阻抗(Zdc)。該DC導電阻抗的 電阻值R至少是第一電路電阻值Ri的0. 2倍。第一電路的電阻值Ri 可以由第一電路中的明確串聯(lián)電阻確定，由形成電荷存儲裝置的電容 性元件的內(nèi)電阻確定，或由二者共同確定。
圖2更詳細地示出根據(jù)本發(fā)明的電容性電源的實施例。
在所示出的實施例中，第一輸入端子Line (火線)經(jīng)電阻元件 Rl和電容性元件Cl而被耦接到整流部分的第一輸入節(jié)點Nl。電阻元 件Rl作為啟動電流限制裝置，而電容性元件Cl作為在輸入部分10 與整流部分20之間的電容耦合的作用。第二輸入端子Neutral (零 線)可以直接連接到整流部分的第二輸入節(jié)點N2。可替代地，電容 性元件可以設置在第二輸入端子Neutral (零線)與第二輸入節(jié)點N2 之間，或者電容性元件可以設置在從輸入端子到節(jié)點Nl的電路以及 在從其他輸入端子到節(jié)點N2的電路中。電阻元件R2作為放電裝置。 隨著主電源的移除，電容性元件Cl經(jīng)放電裝置R2進行放電。這是與 裝置相關的，其中電容性電源通過插頭耦接到主電源，以防止當電源 與主電源斷開時引起用戶觸電。例如在電容性電源通過固定的連接被 耦接到主電源的情況下，所述放電裝置可以省略。
在所示出的實施例中，整流部分20是全波整流器Dl-D4,如已 知，其具有耦接到所述輸出部分30的輸入節(jié)點N3、 N4的輸出端。
所述輸出部分具有第一電路，其將輸出部分的輸入節(jié)點N3、 N4用電荷存儲裝置C2進行橋接。雖然沒有明確示出，所述電荷存儲裝 置C2將具有內(nèi)部串聯(lián)電阻Ri。
第二電路包括電壓限制裝置D5,并且設置成與第一電路并聯(lián)。 第二電路包括DC導電串聯(lián)阻抗Zdc，其電阻值至少是第一電路電阻 值Ri的0. 2倍。
圖3詳細地示出另一個實施例。在這里所示出的實施例中，整流 部分20是由二極管D1、D2構(gòu)成的半波整流器。在所示出的實施例中， 啟動電流限制裝置是設置在輸入部分10的第一分支中的電阻性阻抗 R1,其與電容耦合C1串聯(lián)?？商娲兀梢员辉O置在耦接到Neutral (零線)的第二分支中，或這些分支中的每一個都具有啟動電流限制 阻抗。所述啟動電流限制裝置不必是輸入部分10的一部分，而可替 換地，例如當其被插入到位置A時可以是整流部分20的一部分，或 者當被插入到位置C時可以是輸出部分30的一部分。啟動電流限制 裝置可以包括在位置A或C的啟動電流限制阻抗與在位置D和/或E 的其它啟動電流限制阻抗的組合，從而也保護整流部分中的整流元件 Dl。在這種情況下，輸入電流限制裝置的電阻值將是阻抗Rl、 A、 C 和B的電阻值的和，所述的阻抗串聯(lián)設置在從第一輸入端子Line(火 線)經(jīng)電荷存儲電容器C2到第二輸入端子Neutral (零線)的路徑 中。
啟動電流限制阻抗可以是電阻元件形式的阻抗，但可替代地可以 是更復雜的阻抗，例如與電感元件串聯(lián)的電阻元件。
圖4示出了圖3實施例的可替代的版本，其中所述整流部分提供 帶有相反極性的電壓。
舉例而言，基于圖4所示的實施例實現(xiàn)了本發(fā)明，這里使用了下 列元件
Dl和D2是2N4007,
Rl是
Cl是470nF
C2是470uF，具有100mQ內(nèi)電阻
D3是BZX84C5V1 ( 5. lv的穩(wěn)、壓二極管)
Zdc=R3=2.
電容性電源的工作與具有OQ的R3電阻的第一傳統(tǒng)電源的工作相比較，以及與第二傳統(tǒng)電源工作相比較，該第二傳統(tǒng)電源缺少DC 導電串聯(lián)阻抗(Zdc)，但其具有啟動電流限制裝置Rl的更高電阻值 270Q。
所述新電路的待機功率為0. 3瓦，相對地第二傳統(tǒng)電路為0. 5瓦 。因此，顯著地降低了能耗。
對于2k伏的電涌(surge)和R3為0Q,在電涌期間，在電源 的輸出端V+、 V-觀測到6. 5v的電壓。例如對于在電路中包括微控制
器的負載，這實際上太高了。
在2kV電涌期間，當R3提高到2. 2Q時輸出電壓僅僅提高到 5.5v,這是所述微控制器可接受的。
因此，DC導電串聯(lián)阻抗(Zdc)具有電阻元件，其電阻值是第一 電路C2的電阻值(100mQ )的0. 2倍。更特別地，DC導電串聯(lián)阻抗 (Zdc)具有電阻值為第一電路C2的電阻值(lOOmQ )的至少10倍 的電阻元件。
在該特定的實施方案中，DC導電串聯(lián)電阻Zdc具有電阻元件R3， 其電阻值至多為啟動電流限制裝置Rl ( 100D )的電阻值。
特別地，DC導電串聯(lián)電阻Zdc具有電阻元件R3，其電阻值至多 為啟動電流限制裝置Rl ( )的電阻值的0. 1倍。
圖5示出一種電子設備，包括用于連接到主電源的功率輸入端子 101、 102: Line (火線)、Netural (零線)。該電子設備具有根據(jù) 本發(fā)明的電容性電源110，其耦接到所述電源輸入端子101、 102。具 有模塊142、 144的第一功能單元140由所述電容性電源110供電。
在所示的實施例中，所述電子設備具有第二電源120,其經(jīng)開關 裝置105耦接到電源輸入端子101、 102。第二功能單元130由電源 120供電。
特別地，第一功能單元140控制所述開關裝置。 在所示的實施例中，所述電子設備是家用電器，這里是咖啡機。 第一功能單元140是永久地活動的用戶接口，包括微控制器142和顯 示器144。當用戶指示所述i殳備時，例如通過按壓按鈕或通過來自遠 程控制160的信號，所述微控制器142使用控制信號Ctrl從而控制 開關105，例如三端雙向可控硅開關元件或其他半導體開關元件，用 于接通第二電源、主電源并由此激活第二功能單元，其例如是咖啡機中的加熱元件。
可替代地，所述電子設備可以是其它消費設備，例如視頻或音頻 設備，其中所述設備的主要功能部分例如錄音或顯示裝置通過永久激 活的開關鐘來激活。
這里使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定實施例的目的，并且不是為 了限制本發(fā)明。如這里所使用的單數(shù)形式"一個"和"這個"的意圖 是也包含復數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指示。將被進一步理解的 是術(shù)語"包括"在本說明書中使用時，具體說明所列舉的特征、整體、 步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除一個或多個其他特 征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合的存在和加入
權(quán)利要求1.電容性電源，包括-輸入部分(10)，其具有用于連接到交流主電源和電容耦合的第一與第二輸入端子，-整流部分(20)，其經(jīng)電容耦合耦接到所述輸入端子(火線，零線)，-輸出部分(30)，其耦接到所述整流部分，該輸出部分包括-第一和第二輸出端子(V+，V-)，用于向負載提供輸出電壓，-第一電路，其包括電荷存儲裝置(C2)，以及-第二電路，其包括電壓限制裝置(D5)，設置為與所述第一電路并聯(lián)，-所述電容性電源進一步包括啟動電流限制裝置(R1)，其中所述第二電路包括直流導電串聯(lián)阻抗(Zdc)，其具有電阻值至少為所述第一電路的電阻值0.2倍的電阻元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的電容性電源，其中所述直流導電阻抗具有電 阻值為所述第一電路電阻值的至少IO倍的電阻元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2的電容性電源，其中所述直流導電阻抗具 有電阻值至多為所述啟動電流限制裝置(Rl)的電阻值的電阻元件.
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的電容性電源，其中所述直流導電阻抗具有電 阻值至多為所述啟動電流限制裝置(Rl)的0. l倍電阻元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的電容性電源，其中所述電壓限制裝置(D5 )被設置為經(jīng)耦接到輸出端子(V+, V-)之一的節(jié)點(N)與直流導 電阻抗(Zdc)串聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的電容性電源，其中所述電容耦合(Cl)被電 阻元件(R2)跨接。
7. —種電子設備，包括-功率輸入端，用于連接到主電源，-根據(jù)前面權(quán)利要求之一的電容性電源，耦合到所述功率輸入，-由所述電容性電源供電的第一功能單元。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的電于設備，還包括，第二電源，其經(jīng)開關裝 置耦接到所述功率輸入端，以及第二功能單元由所述電源供電，
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電子設備，其中所述第一功能單元控制所述 開關裝置。
專利摘要電容性電源，包括輸入部分(10)，其具有用于連接到交流主電源和電容耦合的第一與第二輸入端子(Line，Neutral)；整流部分(20)，其經(jīng)電容耦合耦接到所述輸入端子(Line，Neutral)；輸出部分(30)，其耦接到所述整流部分，該輸出部分包括第一和第二輸出端子(V+，V-)，用于向負載提供輸出電壓；第一電路，其包括電荷存儲裝置(C2)；以及第二電路，其包括電壓限制裝置(D5)，設置為與所述第一電路并聯(lián)；所述電容性電源進一步包括啟動電流限制裝置(R1)，其中所述第二電路包括DC導電串聯(lián)阻抗(Zdc)，其具有電阻值至少為所述第一電路的電阻值0.2倍的電阻元件。
文檔編號H02M7/06GK201378800SQ20082020971
公開日2010年1月6日 申請日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者T·德哈恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司