專(zhuān)利名稱(chēng)：智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)電源裝置，特別是一種智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)追求節(jié)能減排，人們追求低碳生活，粗放式的用電時(shí)代正在結(jié)束，取而代 之的是精準(zhǔn)的節(jié)電生活。過(guò)去人們從不特別關(guān)注家用電器的功率大小，也不怎么關(guān)心照明 電路的效率，可是進(jìn)入LED照明年代，LED的低功耗和高效能將獲得普及應(yīng)用。
由于LED的最佳適用環(huán)境是低壓直流，單個(gè)LED的電壓是3. OV DC 5V DC ；而當(dāng) 前的社會(huì)供電是220VAC，這樣每個(gè)燈頭都需要將220VAC轉(zhuǎn)換成低壓直流(12V DC或24V DC)；但是，大量使用高品質(zhì)功率器件的電源效率雖高，卻很昂貴，很難被商業(yè)用戶和家庭用 戶的接受。于是很多廠商都使用電阻串聯(lián)降壓的線性調(diào)整拓?fù)?，這樣價(jià)格雖低，卻因?yàn)榈托?率(不到50% )而抵消了 LED節(jié)電的優(yōu)勢(shì)，甚至比用日光燈還費(fèi)電。如果多個(gè)低壓直流小功 耗的設(shè)備共同使用一個(gè)高效率的電源，會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題，就是負(fù)載變化很大。譬如用戶全部 開(kāi)燈的時(shí)候，負(fù)載可達(dá)到設(shè)計(jì)的滿負(fù)載300W，白天只開(kāi)書(shū)房燈的時(shí)候，負(fù)載只有IOW左右。 根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)特性，該300W開(kāi)關(guān)電源在[60W 300W](額定功率的20 100% )的 時(shí)候效率可達(dá)到85%左右，可是在負(fù)載為60W(額定功率的20% )以下的時(shí)候效率迅速下 降到80%以下(見(jiàn)圖1)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中負(fù)載變化引起電源效率降低的技 術(shù)問(wèn)題，提供一種能夠根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)選擇合適的功率拓?fù)?，減小負(fù)載變化對(duì)電源效率 的影響、提高電源效率的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置，橋式整流器 的輸出與EMI濾波器的輸入連接，所述EMI濾波器的輸出通過(guò)待機(jī)拓?fù)渑c單片機(jī)連接，并 且所述EMI濾波器的輸出通過(guò)不同的MOSFET開(kāi)關(guān)分別與兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的功率拓?fù)?連接，所述待機(jī)拓?fù)湟来瓮ㄟ^(guò)待機(jī)電流傳感器和負(fù)載檢測(cè)電路與負(fù)載連接，所述功率拓?fù)?分別通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的工作電流傳感器與所述負(fù)載連接，所述待機(jī)電流傳感器的輸出、所述 工作電流傳感器的輸出和所述負(fù)載檢測(cè)電路的輸出分別與所述單片機(jī)的輸入連接，所述單 片機(jī)的輸出與所述MOSFET開(kāi)關(guān)的輸入連接來(lái)控制各個(gè)不同功率拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)狀態(tài)。所述單 片機(jī)通過(guò)所述負(fù)載檢測(cè)電路檢測(cè)到了用戶的負(fù)載后，就接通最大功率的功率拓?fù)渌B接的 MOSFET開(kāi)關(guān)；然后按照負(fù)載電流大小從最大功率的功率拓?fù)渲鸺?jí)向最低功率的功率拓?fù)?來(lái)逐級(jí)匹配，最終固定在可匹配的那個(gè)功率拓?fù)渖希瑢?shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工作狀態(tài)；從而實(shí)現(xiàn)利用所 述單片機(jī)自動(dòng)檢測(cè)所述負(fù)載大小來(lái)并通過(guò)控制各個(gè)功率拓?fù)渌B接的MOSFET開(kāi)關(guān)來(lái)選擇 與所述負(fù)載大小最相適應(yīng)的功率拓?fù)?，以?shí)現(xiàn)變化負(fù)載的用戶環(huán)境中最高的用電效率。各 個(gè)功率拓?fù)涠季邆潆娏飨蘖鞴δ軄?lái)限制電流不超過(guò)最上限，防止損壞功率拓?fù)渲械钠骷?所述單片機(jī)工作在待機(jī)拓?fù)渲校詫?shí)現(xiàn)智能型管理的目的。
上述智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置，所述單片機(jī)的輸出還連接有LED狀態(tài)燈和風(fēng) 扇，溫度感應(yīng)器的輸出與所述單片機(jī)的輸入連接。上述智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置，所述負(fù)載通過(guò)紋波檢測(cè)電路與所述單片機(jī)的 輸入連接。本發(fā)明的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置具有以下有益的技術(shù)效果本發(fā)明引入兩 個(gè)或兩個(gè)以上不同的功率拓?fù)洌ㄟ^(guò)單片機(jī)檢測(cè)實(shí)際的當(dāng)前負(fù)載電流，并通過(guò)單片機(jī)來(lái)計(jì) 算選擇相應(yīng)的最合適功率拓?fù)?，使得本發(fā)明的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置能夠適應(yīng)負(fù)載 的變化，避免低負(fù)載率的時(shí)候電源效率降低。同時(shí)使得掛接在本發(fā)明的智能型多級(jí)變功開(kāi) 關(guān)電源裝置下的負(fù)載可以獲得非常準(zhǔn)確的低壓直流電，紋波很小，遠(yuǎn)比220V AC的波動(dòng)要 小，大大提高了負(fù)載的壽命。例如，燈具受下半夜電網(wǎng)的高壓影響(經(jīng)常達(dá)到240V AC)而 使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論數(shù)值，實(shí)際使用壽命平均不到兩年；而使用本發(fā)明的智能型多級(jí)變 功開(kāi)關(guān)電源裝置可以獲得準(zhǔn)確的直流電，從而大大提高其使用壽命。本發(fā)明可使用于DC-DC 的應(yīng)用中，也可以使用在AC-DC的應(yīng)用中；而且多個(gè)功率拓?fù)淇梢怨灿靡惶浊岸说腁C整流 和EMI電路，并不增加這部分的成本?？梢允沟玫蛪褐绷鞯腖ED得到低成本的普及，多個(gè) LED低壓直流燈共同使用一個(gè)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源裝置，在距離很短的范圍內(nèi)(不到50米，譬 如家用，或者商用的某一部分)，為多個(gè)LED低壓直流燈供電；還可以為低功耗的家用電器 來(lái)提供電源，譬如可以接低壓直流的充電器，臺(tái)燈，豆?jié){機(jī)，家用路由器等。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的負(fù)載一額定功率百分比的電源效率曲線圖；圖2為本發(fā)明三個(gè)額定輸出功率(20W/80W/300W)情況下的電源效率曲線圖；圖3為本發(fā)明智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。1-橋式整流器，2-EMI濾波器，3-待機(jī)拓?fù)洌?_單片機(jī)，5_負(fù)載，6_負(fù)載檢測(cè)電路， 7-待機(jī)電流傳感器，8-LED狀態(tài)燈，9-風(fēng)扇，10-溫度感應(yīng)器，11-紋波檢測(cè)電路，12-第一 MOSFET開(kāi)關(guān)，13-第二 MOSFET開(kāi)關(guān)，14-第三MOSFET開(kāi)關(guān)，15-20W的功率拓?fù)洌?6-80W的功 率拓?fù)洌?7-300W的功率拓?fù)洌?8-第一電流傳感器，19-第二電流傳感器，20-第三電流傳感器。實(shí)施方式如圖3所示，本實(shí)施例的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置，橋式整流器1的輸出與 EMI濾波器2的輸入連接，所述EMI濾波器2的輸出通過(guò)待機(jī)拓?fù)?與單片機(jī)4連接，并且 所述EMI濾波器2的輸出通過(guò)第一 MOSFET開(kāi)關(guān)12與20W的功率拓?fù)?5連接、通過(guò)第二 MOSFET開(kāi)關(guān)13與80W的功率拓?fù)?6連接、通過(guò)第三MOSFET開(kāi)關(guān)14與300W的功率拓?fù)?17連接，所述待機(jī)拓?fù)?依次通過(guò)待機(jī)電流傳感器7和負(fù)載檢測(cè)電路6與負(fù)載5連接，所述 20W的功率拓?fù)?5、所述80W的功率拓?fù)?6、所述300W的功率拓?fù)?7分別通過(guò)所述第一電 流傳感器18、所述第二電流傳感器19、所述第三電流傳感器20與所述負(fù)載5連接，所述待 機(jī)電流傳感器7的輸出、所述工作電流傳感器的輸出和所述負(fù)載檢測(cè)電路6的輸出分別與 所述單片機(jī)4的輸入連接，所述單片機(jī)4的輸出與所述MOSFET開(kāi)關(guān)的輸入連接。所述單片 機(jī)4的輸出還連接有LED狀態(tài)燈8和風(fēng)扇9，溫度感應(yīng)器10的輸出與所述單片機(jī)4的輸入 連接。所述負(fù)載5通過(guò)紋波檢測(cè)電路11與所述單片機(jī)4的輸入連接。所述單片機(jī)4從所述待機(jī)拓?fù)?獲得工作電源，所述單片機(jī)4檢測(cè)負(fù)載電流來(lái)判斷該選擇哪個(gè)功率拓?fù)洌⑼?過(guò)MOSFET開(kāi)關(guān)來(lái)接通該功率拓?fù)?，并關(guān)閉其余的功率拓?fù)?；所述單片機(jī)4接收所述溫度感 應(yīng)器10的數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)前功率拓?fù)?，判斷是否給所述風(fēng)扇9供電并決定所述風(fēng)扇9的轉(zhuǎn)速； 所述單片機(jī)4還可以通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)判斷供電線路的發(fā)熱情況并給出報(bào)警與處理。所述單 片機(jī)4將監(jiān)測(cè)當(dāng)前的電源工作狀態(tài)，控制所述LED狀態(tài)燈8向用戶報(bào)告當(dāng)前的工作狀態(tài)例 如用綠燈指示健康狀態(tài)，即沒(méi)有超過(guò)當(dāng)前功率拓?fù)涞念A(yù)設(shè)計(jì)的電流范圍和電壓范圍，并進(jìn) 入預(yù)設(shè)立的邏輯；還可以用多個(gè)所述LED狀態(tài)燈8指示當(dāng)前的功率拓?fù)?，哪個(gè)功率拓?fù)湓?工作，對(duì)應(yīng)的所述LED狀態(tài)燈8就亮起來(lái)。所述單片機(jī)4監(jiān)測(cè)當(dāng)前拓?fù)涞妮敵鲭妷杭y波，報(bào) 告合理紋波與不合理紋波，并進(jìn)入預(yù)設(shè)立的邏輯；監(jiān)測(cè)當(dāng)前電源的工作溫度，顯示到指示燈 上，并進(jìn)入預(yù)設(shè)立的邏輯。本實(shí)施例的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置的所述橋式整流器1與電源接通以后， 所述待機(jī)拓?fù)?就開(kāi)始工作，為所述單片機(jī)4提供微小的電流，本實(shí)施例輸出36V DC，所述 功率拓?fù)浞謩e為20W的功率拓?fù)?5、80W的功率拓?fù)?6和300W的功率拓?fù)?7。根據(jù)設(shè)計(jì)， 待機(jī)狀態(tài)的電流為0. 014A 0. 020A(僅0. 5W)；所述負(fù)載5為20W時(shí)的臨界狀態(tài)電流是 0. 556A ；所述負(fù)載5為80W時(shí)的臨界狀態(tài)電流是2. 222A ；所述負(fù)載5為300W滿負(fù)載狀態(tài)時(shí) 的電流是8. 333A。剛開(kāi)機(jī)的時(shí)候，所述單片機(jī)4自動(dòng)將所述負(fù)載5掛接到300W的功率拓?fù)?7上； 所述單 片機(jī)4檢測(cè)到所述負(fù)載5的當(dāng)前電流是否在2. 222k與8. 333A之間；若是，就不更 換所述功率拓?fù)?，并?bào)告到所述LED狀態(tài)燈8。若電流下降到了 2. 178A(2. 222A*98 % ) 以下，所述單片機(jī)4就控制所述負(fù)載5跳接到80W的功率拓?fù)?6上。若電流下降到了 0. 545A(0. 556A*98%)以下，所述單片機(jī)4就控制所述負(fù)載5跳接到20W的功率拓?fù)?5上。 若電流下降到了 0. 018A(0. 020A*90% )以下，所述單片機(jī)4就控制所述負(fù)載5進(jìn)入待機(jī)狀 態(tài)，關(guān)閉所有MOSFET開(kāi)關(guān)。反過(guò)來(lái)，若所述單片機(jī)4監(jiān)測(cè)到所述負(fù)載5工作在所述待機(jī)拓 撲3上，所述單片機(jī)4檢測(cè)到電流超過(guò)了 0. 018A，就會(huì)控制所述負(fù)載5跳接到最高功率的 功率拓?fù)渖?；然后再重?fù)上述的往下選擇功率拓?fù)涞倪^(guò)程。若所述單片機(jī)4監(jiān)測(cè)到所述負(fù) 載5工作在20W的功率拓?fù)渖?5，并且所述單片機(jī)4檢測(cè)到電流超過(guò)了 0. 545A，就會(huì)控制 所述負(fù)載5跳接到300W的功率拓?fù)?7上；然后再重復(fù)上述的往下選擇功率拓?fù)涞倪^(guò)程。 每次向上跳接時(shí)都跳接到最大的功率拓?fù)洌缓笸轮鸺?jí)選擇效率最高的功率拓?fù)?。從?dāng) 前的功率拓?fù)湎蚰繕?biāo)功率拓?fù)涮訒r(shí)，所述單片機(jī)4首先控制接通目標(biāo)功率拓?fù)涞腗OSFET 開(kāi)關(guān)，將所述負(fù)載5掛接到目標(biāo)功率拓?fù)渖希缓笤贁嗳ギ?dāng)前功率拓?fù)涞腗OSFET開(kāi)關(guān)。若 所述單片機(jī)4發(fā)現(xiàn)跳接頻率很快，并且上下不斷往返，可判斷是系統(tǒng)故障，而非合理的用戶 負(fù)載變化，所述單片機(jī)4將關(guān)閉所有功率拓?fù)洌⒏婢剿鯨ED狀態(tài)燈8。隨著所述負(fù)載 5功率的變化，電源可一直工作在效率為80%以上的平滑曲線上(見(jiàn)圖2的三個(gè)曲線的頂 部)。本發(fā)明的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置將能為家居LED照明和100平方米以下的 商用LED照明提供完美的電源供應(yīng)。也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)小的LED照明區(qū)域，這樣就可以 為100平方米以上的商用LED照明提供完美的電源供應(yīng)。盡管所述負(fù)載5的功率大幅度變 化了(體現(xiàn)為電流大小變化)，可是電源效率并不會(huì)大幅降低，比對(duì)當(dāng)前的負(fù)載情況來(lái)選擇 擁有最高效率的功率拓?fù)洹?br> 在其它一些實(shí)施例中，根據(jù)具體情況和實(shí)際的需要，所述功率拓?fù)淇梢詾閮蓚€(gè)或 兩個(gè)以上 ，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述發(fā)明目的。
權(quán)利要求
智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于，橋式整流器(1)的輸出與EMI濾波器(2)的輸入連接，所述EMI濾波器(2)的輸出通過(guò)待機(jī)拓?fù)?3)與單片機(jī)(4)連接，并且所述EMI濾波器(2)的輸出通過(guò)不同的MOSFET開(kāi)關(guān)分別與兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的功率拓?fù)溥B接，所述待機(jī)拓?fù)?3)依次通過(guò)待機(jī)電流傳感器(7)和負(fù)載檢測(cè)電路(6)與負(fù)載(5)連接，所述功率拓?fù)浞謩e通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的工作電流傳感器與所述負(fù)載(5)連接，所述待機(jī)電流傳感器(7)的輸出、所述工作電流傳感器的輸出和所述負(fù)載檢測(cè)電路(6)的輸出分別與所述單片機(jī)(4)的輸入連接，所述單片機(jī)(4)的輸出與所述MOSFET開(kāi)關(guān)的輸入連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于，所述單片機(jī)(4) 的輸出還連接有LED狀態(tài)燈(8)和風(fēng)扇(9)，溫度感應(yīng)器(10)的輸出與所述單片機(jī)(4)的 輸入連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于，所述負(fù)載 (5)通過(guò)紋波檢測(cè)電路(11)與所述單片機(jī)(4)的輸入連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置橋式整流器的輸出與EMI濾波器的輸入連接，EMI濾波器的輸出通過(guò)待機(jī)拓?fù)渑c單片機(jī)連接，并且EMI濾波器的輸出通過(guò)不同的MOSFET開(kāi)關(guān)分別與兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的功率拓?fù)溥B接，待機(jī)拓?fù)湟来瓮ㄟ^(guò)待機(jī)電流傳感器和負(fù)載檢測(cè)電路與負(fù)載連接，各個(gè)不同功率拓?fù)浞謩e通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的工作電流傳感器與負(fù)載連接，待機(jī)電流傳感器的輸出、工作電流傳感器的輸出和所述負(fù)載檢測(cè)電路的輸出分別與單片機(jī)的輸入連接，單片機(jī)的輸出與多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的輸入連接來(lái)控制各個(gè)不同功率拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)狀態(tài)。本發(fā)明智能型多級(jí)變功開(kāi)關(guān)電源裝置能夠根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)選擇合適的功率拓?fù)?，減小負(fù)載變化對(duì)電源效率的影響、提高電源效率。
文檔編號(hào)H02M7/217GK101841249SQ20101014760
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者夏竹兵 申請(qǐng)人:聯(lián)動(dòng)光科(北京)集成電路技術(shù)有限公司