專利名稱：用于具有可充電電池的裝置的電源系統(tǒng)和用于這種電源系統(tǒng)的電源單元與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源系統(tǒng)，它包括一個(gè)具有可充電電池的裝置，和一種具有開(kāi)關(guān)型電源的電源單元，其中電源單元能夠與該裝置連接以便給該裝置提供電流。
本發(fā)明也涉及用于這種電源系統(tǒng)的一個(gè)電源單元和一個(gè)具有可充電電池的裝置。
這電源系統(tǒng)是已知的，特別是從美國(guó)專利號(hào)4,77,827中已經(jīng)公知了。在這個(gè)公知的電源系統(tǒng)中，電源單元包括一個(gè)DC-DC變換器，它把整流的主電壓變換成一個(gè)低的直流電壓，利用該低電壓對(duì)一個(gè)裝置的電池進(jìn)行充電。為了獲得更大的設(shè)計(jì)自由度，具有一種趨勢(shì)即把電源單元與裝置之間分開(kāi)設(shè)置，電源單元構(gòu)成一個(gè)適配器，該適配器能夠插入到主電源的墻插座中，可充電裝置通過(guò)一個(gè)導(dǎo)線與該適配器連接。此外，希望電源單元能夠快速地對(duì)裝置的電池進(jìn)行充電。然而，它涉及了這樣的危險(xiǎn)電池會(huì)過(guò)載并且變?yōu)橛腥毕?。為了防止這種過(guò)載，無(wú)論如何該裝置應(yīng)該能夠通知電源單元電池充滿電了和應(yīng)該停止充電以及利用一個(gè)小的安全電流繼續(xù)充電，該小電流也被稱為慢速充電電流。這樣通信需要在裝置與電源單元之間設(shè)置一個(gè)通信信道。這個(gè)通信信道需要在連接導(dǎo)線中設(shè)置附加導(dǎo)線。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種簡(jiǎn)單電源系統(tǒng)，利用該電源系統(tǒng)能夠進(jìn)行供電和通信。為了這個(gè)目的，在開(kāi)始段落中限定的電源系統(tǒng)的特征在于電源單元包括在間斷期間使開(kāi)關(guān)型電源停止供電的裝置，其中在間斷期間沒(méi)有電流提供給裝置；該裝置包括用于在間斷期間檢測(cè)在電流供電中電流間斷的裝置和用于在間斷期間把一個(gè)狀態(tài)信號(hào)傳送給電源單元的裝置；和電源單元包括用于在間斷期間檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)的裝置和用于根據(jù)狀態(tài)信號(hào)改變?cè)撾娏鞯碾娏鲝?qiáng)度的裝置。
在插入的間斷期間進(jìn)行該裝置與電源單元之間的通信，在該間斷期間電源單元不給裝置提供電流。在這些間斷中，該裝置給電源單元傳送一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，所述狀態(tài)信號(hào)的值、形式或內(nèi)容表示電池的充電狀態(tài)。因此，電源單元能夠使充電電流適用于電池的充電狀態(tài)。由于供電和通信在時(shí)間上是隔開(kāi)的，所以借助于相同的導(dǎo)線能夠分別進(jìn)行供電和通信。因此，這個(gè)導(dǎo)線僅需要兩根導(dǎo)線，它具有的優(yōu)點(diǎn)是這樣的導(dǎo)線比三根導(dǎo)線或多根導(dǎo)線更可靠并且更便宜，此外，在裝置側(cè)上具有更多種類的兩導(dǎo)線插頭/插座的結(jié)合。
在電源單元中的開(kāi)關(guān)型電源能夠是任何一種適合的型式。根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例，其特征是開(kāi)關(guān)型電源包括具有一個(gè)變壓器的回掃變換器，該變壓器的一個(gè)次級(jí)繞組能夠通過(guò)一個(gè)整流二極管與至少一個(gè)可充電電池連接。該回掃變換器的結(jié)構(gòu)適合于從主電源獲得比較低的功率。變壓器提供了在比較高的主電壓與比較低的電池電壓之間的匹配，并且在裝置與主電壓之間提供了一種安全的電絕緣。因此，該裝置不再需要履行嚴(yán)格的安全要求，其結(jié)果是獲得了在該裝置的設(shè)計(jì)中更大的自由度。除此之外，如果由于環(huán)境原因法律條款對(duì)它作出了規(guī)定，那么能夠安全地替換可充電電池，而沒(méi)有任何接觸帶電部件的危險(xiǎn)。
為了產(chǎn)生狀態(tài)信號(hào)，根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例，其特征是該裝置包括一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，在間斷期間該電子開(kāi)關(guān)利用狀態(tài)信號(hào)使整流二極管短路以便產(chǎn)生一個(gè)脈沖。在間斷期間，在電源單元中的開(kāi)關(guān)型電源是空載的。當(dāng)在這樣一個(gè)間斷中在利用電子開(kāi)關(guān)使次級(jí)電路中的整流二極管短路時(shí)，電池電壓被提供給次級(jí)繞組。變壓器把電壓脈沖傳送給初級(jí)繞組或傳送給一個(gè)輔助繞組，利用在電源單元中的檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)該電壓脈沖。因此，在間斷期間通過(guò)給電源單元傳送或不傳送一個(gè)脈沖來(lái)進(jìn)行在該裝置與電源單元之間的通信。當(dāng)接收到一個(gè)脈沖時(shí)，電源單元把平均電流的電流強(qiáng)度轉(zhuǎn)換到另一值。如果在一個(gè)間斷期間沒(méi)有接收到脈沖，那么電源單元連續(xù)地提供相同的電流。通過(guò)在兩個(gè)電流強(qiáng)度之間的轉(zhuǎn)換，能夠獲得一個(gè)為電池充電的平均電流。
關(guān)于響應(yīng)狀態(tài)信號(hào)，根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例，其特征是在檢測(cè)到一個(gè)脈沖之后回掃變換器適合于提供一個(gè)比較小的電流，而在沒(méi)有脈沖時(shí)該回掃變換器適合于提供一個(gè)比較大的電流。當(dāng)電池處在完全被放電的情況下，該裝置不能產(chǎn)生一個(gè)脈沖。如果在這種情況下選擇提供一個(gè)比較大的充電電流，那么能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)起動(dòng)電源系統(tǒng)時(shí)，對(duì)一個(gè)無(wú)電電池進(jìn)行快速充電。
為了防止一個(gè)過(guò)充電電流，根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例，其特征是該裝置包括用于檢測(cè)電池的平均電流的裝置和用于當(dāng)平均電流值超過(guò)一個(gè)閾值時(shí)起動(dòng)電子開(kāi)關(guān)的裝置。只要平均電流一旦變得太大，那么在下一個(gè)間斷期間該裝置就起動(dòng)電子開(kāi)關(guān)，并且給電源單元提供一個(gè)脈沖，其結(jié)果是在目前的間斷與下一個(gè)間斷之間的一個(gè)時(shí)間間隔中電源單元轉(zhuǎn)換到一個(gè)小電流。如果在該時(shí)間間隔之后平均電流仍然太大，那么在該時(shí)間間隔之后的間斷中傳送另一個(gè)脈沖。這個(gè)操作持續(xù)地進(jìn)行直到平均電流已經(jīng)變得比閾值小為止，在這之后停止傳送脈沖。然后，電源單元轉(zhuǎn)回到一個(gè)大的充電電流。
為了防止電池被過(guò)充電，根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例，其特征是該裝置包括用于檢測(cè)電池的充電狀態(tài)的裝置和用于當(dāng)達(dá)到一個(gè)充電狀態(tài)的預(yù)定值時(shí)起動(dòng)電子開(kāi)關(guān)的裝置。只要電池一旦被充滿電，就應(yīng)該停止充電，或利用一個(gè)安全的小電流來(lái)連續(xù)地充電。用于檢測(cè)充電狀態(tài)的裝置能夠由例如已知的一個(gè)簡(jiǎn)單電池電壓檢測(cè)裝置或一個(gè)復(fù)雜電池控制系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成，特別是由前面所提到的美國(guó)專利號(hào)4,775,827中的系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成。當(dāng)電池充滿電時(shí)，在每個(gè)間斷中起動(dòng)電子開(kāi)關(guān)并且給電源單元傳送一個(gè)脈沖，因此在每個(gè)間斷之后總是迫使電源單元給電池提供一個(gè)比較小的電流。比較小的電流最好適合于電池的慢速充電，而比較大的電流最好適合于電池的快速充電。
根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)適合于各種具有可充電電池的裝置，該電池由主電源來(lái)進(jìn)行充電。該電源系統(tǒng)特別適合于可充電的剃須刀。另外，目前裝在剃須刀外殼內(nèi)的許多電子部件能夠被轉(zhuǎn)變成適配器，而常規(guī)的兩根導(dǎo)線能夠被保留。
下面結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的這些和其它的方面。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種電源系統(tǒng)的方框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例的電路圖，它包括了一個(gè)電源單元和一個(gè)具有可充電電池的裝置；圖3是表示在圖2所示的實(shí)施例中出現(xiàn)的信號(hào)波形圖；圖4是在圖2中所示的電源系統(tǒng)的電源單元的電路圖；圖5是表示在圖4所示的電源單元中出現(xiàn)的信號(hào)波形圖；圖6是在圖2中所示的具有可充電電池的裝置的電路圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例，其中具有可充電電池的裝置是一個(gè)剃須刀。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種電源系統(tǒng)的方框圖。該電源系統(tǒng)包括一個(gè)電源單元PSU和裝置SVR，其中電源單元PSU包括一個(gè)開(kāi)關(guān)型電源DCC，也被稱為DC-DC變換器，對(duì)于裝置SVR例如是一個(gè)可充電的剃須刀。此后，裝置SVR將被稱為“剃須刀”，但是裝置SVR也可以是任何其它具有可充電電池的裝置。剃須刀SVR包括一個(gè)電池B，例如電池是NiCd(鎳鎘)或NIMH(鎳金屬氫化物)型的電池。該電池B可以包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的電池單元，這取決于所需的容量和電壓。此外裝置SVR還包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)M，該電動(dòng)機(jī)M通過(guò)一個(gè)導(dǎo)通/關(guān)斷開(kāi)關(guān)SW與電池B連接。電源單元PSU與裝置SVR能夠通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)線CRD相互連接起來(lái)，以便借助于電源單元PSU對(duì)電池B進(jìn)行充電，為了充電的目的，把電源單元PSU插入到交流電源的一個(gè)墻插座上。兩個(gè)導(dǎo)線CRD是便宜和可靠的，并且在剃須刀SVR側(cè)上可選擇地設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)線的插頭/插座的接合。在電池B充電期間，一個(gè)充電電流從電源單元PSU通過(guò)導(dǎo)線CRD流入到剃須刀SVR中。為了防止過(guò)充電，當(dāng)電池B被充滿電時(shí)停止電池B的充電。而且，由于某種原因和在充電期間應(yīng)該控制充電電流的幅值。由于電源單元PSU與電池B由兩個(gè)導(dǎo)線CRD相互隔離開(kāi)，所以無(wú)論怎樣這兩個(gè)導(dǎo)線允許從剃須刀SVR到電源單元PSU的信息交換，以便提供關(guān)于電池B的充電程度和充電電流的幅值的信息。根據(jù)本發(fā)明，一種通信方案被設(shè)置，利用把充電電流從電源單元PSU提供給剃須刀SVR使從剃須刀SVR到電源單元PSU的通信被時(shí)分多路。根據(jù)這個(gè)方案，電池B在一段時(shí)間被充電，接著，在一個(gè)間斷期間功率傳送被中斷一段時(shí)間。在該間斷期間進(jìn)行通信，在該間斷之后恢復(fù)功率傳送直到下一個(gè)間斷為止。根據(jù)一個(gè)固定的方式一個(gè)接著一個(gè)地產(chǎn)生間斷，而在兩個(gè)間斷之間，電源單元PSU提供一個(gè)充電電流，該充電電流的幅值取決于一個(gè)在間斷期間由剃須刀SVR傳送給電源單元PSU的狀態(tài)信號(hào)。根據(jù)這個(gè)方案，開(kāi)關(guān)型電源DCC，如將在后面詳細(xì)描述的，包括用于在間斷期間關(guān)斷開(kāi)關(guān)型電源的裝置，在該間斷期間沒(méi)有電流提供給剃須刀SVR。剃須刀SVR還包括用于檢測(cè)電流源間斷的裝置和用于在間斷期間把一個(gè)狀態(tài)信號(hào)傳送給電源單元PSU的裝置。電源單元PSU還包括用于在間斷期間檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)的裝置和用于根據(jù)狀態(tài)信號(hào)改變充電電流的電流強(qiáng)度的裝置。
開(kāi)關(guān)型電源DCC可以是任何所需的類型，像正向(反向)變換器、回掃(反向升壓)變換器和類似變換器這樣類型的開(kāi)關(guān)型電源。當(dāng)電源單元PSU包括一個(gè)變壓器時(shí)，剃須刀SVR不再被認(rèn)為是一個(gè)主要被供電的裝置，對(duì)于剃須刀SVR施加的安全要求將是不重要的或根本不施加要求。這在剃須刀SVR的設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)更大的自由度。因此，變壓器能夠使剃須刀SVR簡(jiǎn)單地滿足這樣的要求利用一種簡(jiǎn)單和安全的方法使可充電電池從剃須刀SVR上拆卸下來(lái)。為了滿足這個(gè)要求，選擇一個(gè)具有變壓器的回掃變換器作為一個(gè)開(kāi)關(guān)型電源DCC。在圖2中示出了這個(gè)變換器的電路圖。下面將參照這個(gè)圖來(lái)描述根據(jù)一個(gè)具有變壓器的回掃變換器的電源系統(tǒng)的基本操作。
在圖2中的電源單元PSU包括一個(gè)主電壓整流器D1和一個(gè)平滑濾波器C1，L1，C2?；貟咦儞Q器把一個(gè)在電容器C2上出現(xiàn)的直流電壓變換成一個(gè)低的直流電壓，該直流電壓用于對(duì)剃須刀SVR中的電池B進(jìn)行充電。該回掃變換器包括一個(gè)變壓器TR，該變壓器TR具有一個(gè)初級(jí)繞組Lp，該初級(jí)繞組Lp借助于一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管跨接電容器C2上的直流電壓。該開(kāi)關(guān)晶體管構(gòu)成了一種型號(hào)為TEA1400的開(kāi)關(guān)型電源(SMPS)集成電路(IC)ICA的一部分電路，它們能夠從PhilipsElectronics得到。變壓器TR具有一個(gè)第一次級(jí)繞組Ls1，該第一次級(jí)繞組Ls1的端子PSA和端子PSB能夠借助于兩個(gè)導(dǎo)線(沒(méi)有示出)與剃須刀SVR的對(duì)應(yīng)端子SVA和SVB偶合。變壓器TR具有一個(gè)第二次級(jí)繞組Ls2，該第二次級(jí)繞組Ls2與第一次級(jí)繞組Ls1具有良好的磁偶合，這種良好磁偶合的結(jié)果是在第一次級(jí)繞組Ls1和第二次級(jí)繞組Ls2上的電壓以一種滿意的方式相互跟蹤。第二次級(jí)繞組Ls2用于(a)產(chǎn)生一個(gè)用于SMPS-IC ICA的操作電壓，為了產(chǎn)生這個(gè)電壓設(shè)置了整流二極管D4和平滑電容器C3；(b)在SMPS-ICICA的端子VAT上產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于在第二次級(jí)繞組Ls2上的電壓變化的指示；和(c)把一個(gè)狀態(tài)信號(hào)STS提供給一個(gè)狀態(tài)檢測(cè)器STD，用于在剃須刀SVR與電源單元PSU之間進(jìn)行通信。SMPS-IC ICA具有一個(gè)用于接收一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)EN的輸入端，借助于該啟動(dòng)信號(hào)EN能夠是回掃變換器停止工作。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)EN是低電平時(shí)，回掃變換器不起作用并且不對(duì)電池B進(jìn)行充電。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)EN是高電平時(shí)，回掃變換器起作用并且利用一個(gè)電流對(duì)電池B進(jìn)行充電，該電流的平均值是由回掃變換器設(shè)計(jì)來(lái)確定。一個(gè)具有相對(duì)高的導(dǎo)通比的啟動(dòng)信號(hào)EN，即一個(gè)比較經(jīng)常地是高電平的信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)具有比較大的平均值的充電電流，利用該充電電流能夠快速地對(duì)電池進(jìn)行充電(快速充電)。一個(gè)具有相對(duì)低的導(dǎo)通比的啟動(dòng)信號(hào)EN，即一個(gè)比較經(jīng)常地是低電平的信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)具有比較小的平均值的充電電流，利用該充電電流能夠相對(duì)慢地對(duì)電池進(jìn)行充電(慢速充電)。假設(shè)一個(gè)回掃變換器的操作是公知的并且關(guān)于SMPS-IC TEA1400的操作更詳細(xì)的說(shuō)明可以參見(jiàn)Philips Electronics的相關(guān)文獻(xiàn)。
剃須刀SVR包括電池B，該電池B通過(guò)一個(gè)電流檢測(cè)電阻器R2和一個(gè)整流二極管D5借助于端子SVA和端子SVB與第一次級(jí)繞組Ls1連接。在整流二極管D5與電阻器R2之間的節(jié)點(diǎn)與剃須刀地點(diǎn)連接。這個(gè)剃須刀地點(diǎn)與電源單元PSU的地點(diǎn)是電絕緣的。利用一個(gè)比較器CMP來(lái)檢測(cè)通過(guò)電池B的電流Is，該比較器CMP對(duì)電阻器R2上的電壓進(jìn)行積分并且把它與一個(gè)由基準(zhǔn)電壓源REF來(lái)的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。比較的結(jié)果被提供給一個(gè)控制單元CTL。如果充電電流Is的平均值太大或如果電池B充滿電，那么控制單元CTL借助于一個(gè)狀態(tài)信號(hào)STS使一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管T瞬時(shí)導(dǎo)通。然而，只有在充電電流Is的間斷期間才允許這個(gè)短路。為了這個(gè)目的，設(shè)置了無(wú)電流檢測(cè)器NCD，該無(wú)電流檢測(cè)器NCD監(jiān)視在端子SVA上的電壓并且當(dāng)回掃變換器是空載時(shí)指示控制單元CTL。當(dāng)回掃變換器操作時(shí)，在端子SVA上的電壓是脈動(dòng)的，而當(dāng)回掃變換器空載時(shí)，在端子SVA上的電壓是恒定的。整流二極管D5的瞬時(shí)短路導(dǎo)致了在第一次級(jí)繞組Ls1上瞬時(shí)出現(xiàn)了電池電壓。由于整流二極管D5的短路的結(jié)果使在第一次級(jí)繞組Ls1上產(chǎn)生的電壓脈沖被傳送給第二次級(jí)繞組，在第二次級(jí)繞組Ls2上借助于狀態(tài)檢測(cè)器STD來(lái)檢測(cè)該電壓脈沖。
圖3中示出了在圖2所示的電源系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些信號(hào)的波形圖。沿著時(shí)間軸已經(jīng)畫(huà)出了間斷，該間斷具有一個(gè)100μs的長(zhǎng)度t0，在該間斷期間，回掃變換器是空載的。兩個(gè)間斷之間的間隔具有一個(gè)900μs的長(zhǎng)度t1，在該時(shí)間間隔期間，回掃變換器能夠操作。明顯地，間斷長(zhǎng)度t0的值和間斷之間的間隔長(zhǎng)度t1的值能夠是不同的；這特別地取決于回掃變換器的一個(gè)振蕩周期。利用在波形IV中所示的啟動(dòng)信號(hào)EN來(lái)確定在一個(gè)間隔t1期間回掃變換器操作多長(zhǎng)時(shí)間或換句話說(shuō)，確定在間隔t1中允許回掃變換器振蕩多少個(gè)周期。波形V示出了回掃變換器二次電流Is。假設(shè)啟動(dòng)信號(hào)EN能夠是下列兩種型式中的一種型式即如在波形I中所示的FST(快速充電)，或如在波形II中所示的SLW(慢速充電)，在下一個(gè)間隔t1選擇兩個(gè)型式中的哪一種型式取決于在前一個(gè)間斷t0中由剃須刀SVR傳送的狀態(tài)信號(hào)STS的值、波形或內(nèi)容。在這個(gè)實(shí)施例中，選擇一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)EN，該啟動(dòng)信號(hào)EN在缺電情況下采取信號(hào)FST的形式，除非在一個(gè)間斷期間狀態(tài)檢測(cè)器STD檢測(cè)到一個(gè)電壓脈沖STS。在這種情況下，為下一個(gè)時(shí)間間隔選擇一個(gè)SLW型式的啟動(dòng)信號(hào)EN。
如果啟動(dòng)信號(hào)EN是FST型式的信號(hào)，那么在時(shí)間間隔t1中適合產(chǎn)生相對(duì)大量的回掃變換器的振蕩周期。為了清楚起見(jiàn)，在波形圖V中只示出了七個(gè)周期，但是實(shí)際上這個(gè)數(shù)字能夠是更大的。因此提供給電池B的平均電流是大的。如果在間斷期間沒(méi)有傳送電壓脈沖，那么在每個(gè)間斷之后的時(shí)間間隔中回掃變換器進(jìn)行操作，在該時(shí)間間隔中回掃變換器提供相對(duì)多的振蕩周期。由于在間斷期間的瞬時(shí)中斷，所以對(duì)多個(gè)時(shí)間間隔t1和間斷t0測(cè)量得到的充電電流的平均值比最大電流小大約百分之十，它占據(jù)了總時(shí)間的百分之十。充電電流的平均值能夠采用這樣的方式，即例如利用1.2A的一個(gè)快速充電電流對(duì)電池B進(jìn)行充電。
如果在一個(gè)間斷期間，檢測(cè)到一個(gè)電壓脈沖STS，那么在下一個(gè)時(shí)間間隔中選擇SLW型的啟動(dòng)信號(hào)EN。在啟動(dòng)信號(hào)EN是高電平的相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)僅能夠提供幾個(gè)回掃變換器的振蕩周期。波形圖V示出了一個(gè)振蕩周期，但是多個(gè)振蕩周期也是可能的。在這個(gè)時(shí)間間隔期間的平均充電電流是非常小的。如果在每個(gè)間斷期間檢測(cè)到一個(gè)電壓脈沖STS，那么在每個(gè)接著的時(shí)間間隔中提供這個(gè)小的平均充電電流。對(duì)多個(gè)時(shí)間間隔t1和間斷t0測(cè)量得到的充電電流的平均值能夠能夠采用這樣的方式，即例如利用25mA的一個(gè)慢速充電電流對(duì)電池B進(jìn)行充電。
利用這個(gè)例子僅給出了用于快速充電電流和用于慢速充電電流的值，在實(shí)際中它們?nèi)Q于電池的容量和類型。為了使該電源系統(tǒng)適合于不同的電池類型，也能夠提高回掃變換器的最大充電電流。積分比較器CMP通過(guò)把電阻器R2上電壓與一個(gè)基準(zhǔn)電壓比較來(lái)監(jiān)視該平均充電電流。如果超過(guò)了該平均充電電流，那么在下一個(gè)間斷期間，控制單元CTL把一個(gè)狀態(tài)信號(hào)STS提供給晶體管T的控制極，其結(jié)果是，一個(gè)電壓脈沖被傳送給電源單元PSU。在后面的時(shí)間間隔中回掃變換器提供一個(gè)小的充電電流。因此，通過(guò)在大的充電電流(快速充電)和小的充電電流(慢速充電)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換能夠控制平均充電電流。
利用電池控制單元BMU發(fā)出電池B充滿狀態(tài)的信號(hào)。在每個(gè)間斷期間，控制單元CTL將給電源單元PSU提供一個(gè)脈沖，其結(jié)果是，利用一個(gè)小的慢速充電電流進(jìn)行充電。在最簡(jiǎn)單的情況下，電池控制單元BMU是一個(gè)比較器，該比較器把電池電壓與一個(gè)基準(zhǔn)電壓比較。然而，為了監(jiān)視電池B的充電程度，也能夠利用基于電流檢測(cè)、時(shí)間檢測(cè)、充電檢測(cè)、具有或沒(méi)有對(duì)溫度和老化進(jìn)行校正和類似檢測(cè)的更復(fù)雜的系統(tǒng)。
由于缺電時(shí)啟動(dòng)信號(hào)是一種FST型式的信號(hào)，所以一個(gè)沒(méi)有電的電池B也將被快速充電。如果SLW已經(jīng)是缺電型式，那么剃須刀必須借助于脈沖來(lái)指示需要轉(zhuǎn)換到快速充電。然而，只要電池B是沒(méi)有電的，就不可能提供脈沖。其結(jié)果是，在一個(gè)沒(méi)電的電池的情況下該系統(tǒng)保持長(zhǎng)時(shí)間的慢速充電方式，這將超過(guò)所需的充電時(shí)間。因此，一個(gè)FST型的缺電啟動(dòng)信號(hào)能夠防止這種情況。
信號(hào)SLW的下降沿與一個(gè)時(shí)間間隔t1末端和一個(gè)間斷t0的開(kāi)始重合。然而，只要在間斷期間不出現(xiàn)信號(hào)SLW的脈沖，對(duì)于電源系統(tǒng)的操作來(lái)說(shuō)它與這個(gè)下降沿在時(shí)間間隔t1之內(nèi)的位置不相關(guān)。
圖4示出了圖2的電源單元PSU的電路圖。參考符號(hào)為R1、D1、C1、L1、C2、C3、Tr、Lp、Ls1、Ls2和ICA的部件與在圖2中對(duì)應(yīng)的參考符號(hào)表示的部件具有相同的功能。利用一個(gè)整流二極管D5和一個(gè)平滑電容器C4對(duì)在第二次級(jí)繞組Ls2上的電壓進(jìn)行整流，在整流二極管D5的陽(yáng)極和電容器C4之間的節(jié)點(diǎn)接地。從SMPS-IC ICA的端子Vin上的整流電壓獲得一個(gè)內(nèi)部供電電壓，該內(nèi)部電壓可用在SMPS-IC ICA的端子VIC上并且由一個(gè)電容器C3來(lái)緩沖。SMPS-IC ICA的端子VAC1與電容器C4連接。如果在回掃變換器的操作期間電容器C4上的電壓是足夠高的，那么從端子VAC1上的電壓來(lái)獲得內(nèi)部供電電壓VIC。借助于一個(gè)串聯(lián)連接的電阻器R3、齊納二極管D7和一個(gè)平滑電容器C8，從端子VIC上的電壓來(lái)獲得用于電源單元PSU的其它電路的供電電壓Vdd。SMPS-IC ICA的內(nèi)部開(kāi)關(guān)晶體管具有與初級(jí)繞組Lp連接的漏極連接端DRN和接地的源極連接端SRC。利用在檢測(cè)端S1與S2之間的檢測(cè)電阻器R4來(lái)監(jiān)視通過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管的電流。
利用一個(gè)六位Schmitt觸發(fā)器CD40106的變換器來(lái)產(chǎn)生信號(hào)FST和SLW。具有電阻器R5和電容器C5的第一變換器作為一個(gè)時(shí)針振蕩器來(lái)操作，利用第二變換器來(lái)緩沖第一變換器的輸出電壓。該時(shí)針信號(hào)的導(dǎo)通比是50％。利用一個(gè)電容器C6和一個(gè)電阻器R6對(duì)信號(hào)SLW的下降沿進(jìn)行微分并且把它提供給一個(gè)第三變換器，以便獲得一個(gè)具有導(dǎo)通比大約2％的信號(hào)SLW。利用一個(gè)電容器C7和一個(gè)電阻器R7對(duì)信號(hào)SLW的下降沿再次進(jìn)行微分并且把它提供給一個(gè)第四變換器，以便獲得一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)是一個(gè)100μS的高電平信號(hào)。利用一個(gè)第五變換器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行變換，該變換器提供一個(gè)信號(hào)FST。因此，間斷直接地跟隨著信號(hào)SLW的下降沿，如在圖3中所示的。產(chǎn)生信號(hào)FST和信號(hào)SLW的方法具有下列優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)通比不取決于供電電壓Vdd并且所使用的部件不損耗大量的電流。
利用一個(gè)型號(hào)為HEF4013的D觸發(fā)器和一個(gè)型號(hào)為HEF4081的AND門電路從信號(hào)SLW和信號(hào)FST中進(jìn)行選擇。利用信號(hào)SLW使D觸發(fā)器復(fù)位并且利用信號(hào)STS使D觸發(fā)器被計(jì)時(shí)。D輸入端與供電電壓Vdd連接而置位輸入端接地。D觸發(fā)器的輸出端QN和信號(hào)FST被提供給AND門電路，該AND門電路把啟動(dòng)信號(hào)EN提供給SMPS-ICICA。圖5所示了信號(hào)FST、SLW、STS、QN和EN的波形圖。
利用六位Schmitt觸發(fā)器的第六變換器和型號(hào)為HEF 4081的AND門電路周圍的部件來(lái)檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)。在間斷期間，在剃須刀中產(chǎn)生的電壓脈沖出現(xiàn)在第二次級(jí)繞組Ls2上并且在第二次級(jí)繞組Ls2與二極管D5之間的節(jié)點(diǎn)上被檢測(cè)。在一個(gè)電阻器R9上能夠得到該脈沖，該電阻器R9借助于一個(gè)電容器C10與該節(jié)點(diǎn)連接。利用齊納二極管D8和D9來(lái)限制電阻器R9上的電壓。在電阻器R9上的電壓被提供給AND門電路的一個(gè)第一輸入端。AND門電路的一個(gè)第二輸入端接收一個(gè)變換的信號(hào)FST，利用一個(gè)電阻器R8、二極管D6和電容器C9來(lái)延遲該信號(hào)的下降沿，以便抑制不希望的任何附加振蕩周期的影響，該附加振蕩周期可能在啟動(dòng)信號(hào)EN變?yōu)?之后產(chǎn)生。當(dāng)信號(hào)FST變?yōu)榈托盘?hào)時(shí)，即在一個(gè)間斷的開(kāi)始時(shí)，電容器C9借助于電阻器R8相對(duì)慢地放電。在間斷結(jié)束時(shí)，信號(hào)FST變?yōu)楦咝盘?hào)并且借助于二極管D6對(duì)電容器C9進(jìn)行相對(duì)快速的充電。
圖6示出了剃須刀SVR的電路圖。借助于一個(gè)開(kāi)關(guān)SW給一個(gè)電動(dòng)機(jī)M供電的電池B與一個(gè)電流檢測(cè)電阻器R5和一個(gè)整流二極管D4串聯(lián)連接并且該串聯(lián)電路借助于端子SVA和端子SVB與電源單元PSU的第一次級(jí)繞組Ls1連接，在電阻器R5與二極管D4的陽(yáng)極之間的節(jié)點(diǎn)形成剃須刀SVR的接地信號(hào)。一個(gè)NMOS晶體管T2與二極管D4并聯(lián)連接并且利用狀態(tài)信號(hào)STS來(lái)驅(qū)動(dòng)它的控制極。利用一個(gè)型號(hào)為HEF4538的可再觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)器U1A來(lái)構(gòu)成圖2的無(wú)電流檢測(cè)器NCD，該單穩(wěn)觸發(fā)器U1A由在輸入端-T上的一個(gè)下降沿來(lái)觸發(fā)。該觸發(fā)信號(hào)是從在二極管D4的陰極與第一次級(jí)繞組Ls1之間的端子SVB上的電壓獲得的。當(dāng)回掃變換器操作時(shí)，該電壓是脈動(dòng)的而當(dāng)回掃變換器空載時(shí)該電壓等于電池B的電壓。利用一個(gè)串聯(lián)電阻器R1、一個(gè)齊納二極管D2和一個(gè)與齊納二極管D2并聯(lián)連接的電容器C1來(lái)限制該脈動(dòng)電壓。利用一個(gè)NPN晶體管T1來(lái)緩沖由齊納二極管D2與容電器C1構(gòu)成的并聯(lián)電路上的電壓，該NPN晶體管T1具有一個(gè)通過(guò)二極管D1與端子SVB連接的集電極，一個(gè)與齊納二極管D2連接的基極，和一個(gè)與緩沖電容器C2連接的發(fā)射極。電容器C2上的電壓起著剃須刀SVR的局部供電電壓Vdd的作用。在一個(gè)下降沿上單穩(wěn)觸發(fā)器U1A的輸出端Q變?yōu)楦唠娖胶洼敵龆薗N變?yōu)榈碗娖讲⑶页掷m(xù)由電阻器R2和電容器C3確定的一個(gè)時(shí)間T，電阻器R2和電容器C3與單穩(wěn)觸發(fā)器的輸入端RC和輸入端CX連接。
利用型號(hào)為TLC252的積分放大器U2A和比較器U2B來(lái)監(jiān)視平均充電電流。利用一個(gè)低通濾波器R6/C6對(duì)電流檢測(cè)電阻器R5上的電壓進(jìn)行濾波并且利用放大器U2A對(duì)濾波的電壓進(jìn)行放大，利用一個(gè)反饋電阻器R14把放大器U2A的放大因數(shù)調(diào)整到一個(gè)適合于電池類型的值。比較器U2B把放大器U2A的輸出電壓與由一個(gè)齊納二極管D5產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，該二極管D5借助于一個(gè)電阻器R9接收從供電電壓Vdd來(lái)的偏流。如果提供的電壓大于基準(zhǔn)電壓，那么該比較器的輸出電壓是高電位。在這種情況下，型號(hào)為HEF4538的第二可再觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器U1B的復(fù)位輸入端R借助于一個(gè)Schottky二極管D7變成高電位。利用電池控制單元BMU來(lái)監(jiān)視電池B的電壓，該電池控制單元BMU發(fā)出一個(gè)關(guān)于電池充滿電的低電平信號(hào)，利用一個(gè)NMOS晶體管T3和一個(gè)與NMOS晶體管T3的漏極串聯(lián)的電阻器R11對(duì)該信號(hào)進(jìn)行變換。在NMOS晶體管T3的漏極上的信號(hào)通過(guò)一個(gè)Schottky二極管D6也提供給單穩(wěn)觸發(fā)器U1B的復(fù)位輸入端。單穩(wěn)觸發(fā)器U1B的輸出端Q驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管T2的控制極，如果一個(gè)電壓脈沖待提供給電源單元，那么在間斷期間利用該晶體管T2使二極管D4被瞬時(shí)地短路。利用與單穩(wěn)觸發(fā)器U1B的輸入端RC和輸入端CX連接的電阻器R3和電容器C4來(lái)確定電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間。只有當(dāng)單穩(wěn)觸發(fā)器U1B的復(fù)位輸入端R是高電位，即只有當(dāng)平均電流太大或只有當(dāng)電池充滿電時(shí)，才產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖。
圖7示出了圖1的剃須刀SVR，它具有驅(qū)動(dòng)剃須頭SH的電動(dòng)機(jī)M。利用開(kāi)關(guān)SW來(lái)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)M，該開(kāi)關(guān)SW把電動(dòng)機(jī)M與可充電電池連接起來(lái)，該開(kāi)關(guān)SW與例如在圖6中所示的其它電子部件一起被設(shè)置在剃須刀SVR中的一個(gè)印刷電路板PCB上。圖7還示出了圖2的電源單元PSU，該電源單元PSU具有一個(gè)成為一體的主插頭PLG和導(dǎo)線CRD，利用一個(gè)電源插座OTL能夠把該電源單元PSU與剃須刀SVR的一個(gè)插口(沒(méi)有示出)連接。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，包括一個(gè)具有可充電電池(B)的裝置(SVR)，和一個(gè)具有開(kāi)關(guān)型電源(DCC)的電源單元(PSU)，電源單元(PSU)能夠與裝置(SVR)連接以便給裝置(SVR)提供電流，其特征是電源單元(PSU)包括在間斷期間使開(kāi)關(guān)型電源(DCC)停止供電的裝置(ICA，EN)，其中在間斷期間沒(méi)有電流提供給裝置(SVR)；裝置(SVR)包括用于在間斷期間檢測(cè)在電流供電中電流間斷的裝置和用于在間斷期間把一個(gè)狀態(tài)信號(hào)(STS)傳送給電源單元(PSU)的裝置(T，CTL)；和電源單元(PSU)包括用于在間斷期間檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)(STS)的裝置(STD)和用于根據(jù)狀態(tài)信號(hào)改變?cè)撾娏鞯碾娏鲝?qiáng)度的裝置(ICA)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源系統(tǒng)，其特征是開(kāi)關(guān)型電源包括具有一個(gè)變壓器(TR)的回掃變換器(ICA)，該變壓器的一個(gè)次級(jí)繞組(Ls1)能夠通過(guò)一個(gè)整流二極管(D5)與至少一個(gè)可充電電池(B)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電源系統(tǒng)，其特征是裝置(SVR)包括一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(T)，在間斷期間該電子開(kāi)關(guān)利用狀態(tài)信號(hào)使整流二極管(D5)短路以便產(chǎn)生一個(gè)脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電源系統(tǒng)，其特征是在檢測(cè)到一個(gè)脈沖之后回掃變換器適合于提供一個(gè)比較小的電流(SLW)，而在沒(méi)有脈沖時(shí)該回掃變換器適合于提供一個(gè)比較大的電流(FST)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電源系統(tǒng)，其特征是裝置(SVR)包括用于檢測(cè)電池(B)的平均電流的裝置(CMP，RDF)和用于當(dāng)平均電流值超過(guò)一個(gè)閾值時(shí)起動(dòng)電子開(kāi)關(guān)(T)的裝置(CTL)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的電源系統(tǒng)，其特征是裝置(SVR)包括用于檢測(cè)電池(B)的充電狀態(tài)的裝置(BMW)和用于當(dāng)達(dá)到一個(gè)充電狀態(tài)的預(yù)定值時(shí)起動(dòng)電子開(kāi)關(guān)(T)的裝置(CTL)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4，5或6的電源系統(tǒng)，其特征是比較小的電流適合于電池(B)的慢速充電。
8.一種具有一個(gè)開(kāi)關(guān)型電源(DCC)的電源單元(PSU)，該電源單元能夠與具有一個(gè)可充電電池(B)的裝置(SVR)連接，以便給裝置(SVR)提供電流，其特征是電源單元(PSU)包括在間斷期間使開(kāi)關(guān)型電源(DCC)停止供電的裝置(ICA，EN)，其中在間斷期間沒(méi)有電流提供給裝置(SVR)；用于在間斷期間檢測(cè)由裝置(SVR)傳送給電源單元(PSU)的一個(gè)狀態(tài)信號(hào)的裝置(STD)和用于根據(jù)狀態(tài)信號(hào)改變?cè)撾娏鞯碾娏鲝?qiáng)度的裝置(ICA)。
9.一種具有一個(gè)可充電電池(B)的裝置(SVR)，該裝置(SVR)能夠與具有一個(gè)開(kāi)關(guān)型電源(DCC)的電源單元(PSU)連接，以便給裝置(SVR)提供電流，其特征是電源單元(PSU)包括在間斷期間使開(kāi)關(guān)型電源(DCC)停止供電的裝置(ICA，EN)，其中在間斷期間沒(méi)有電流提供給裝置(SVR)；裝置(SVR)包括用于檢測(cè)在由電源單元(PSU)提供的供電電流中電流間斷的裝置和用于在間斷期間把一個(gè)狀態(tài)信號(hào)(STS)傳送給電源單元(PSU)的裝置(T，CTL)，以便根據(jù)由電源單元(PSU)接收的狀態(tài)信號(hào)改變由電源單元(PSU)提供的電流的電流強(qiáng)度。
10.一種電子剃須刀(SVR)，包括一個(gè)可充電電池(B)、一個(gè)電動(dòng)機(jī)(M)、一個(gè)用于把電動(dòng)機(jī)(M)與電池(B)連接起來(lái)的開(kāi)關(guān)(SW)、和一個(gè)在前面任一個(gè)權(quán)利要求中所述的電源系統(tǒng)，該電源系統(tǒng)用于對(duì)電池(B)充電和/或給至少電動(dòng)機(jī)(M)供電。
全文摘要
一種用于具有可充電電池(B)的裝置(SVR)的電源系統(tǒng),該電源系統(tǒng)具有利用一個(gè)導(dǎo)線連接(PSA/SVA,PSB/SVB)與裝置(SVR)連接的電源單元(PSU)。電源單元(PSU)包括:一個(gè)具有變壓器(TR)的回掃變換器(DCC),用于給電池(B)提供充電電流。在間斷期間回掃變換器(DCC)周期地被停止,在該間斷中裝置(SVR)通過(guò)連接導(dǎo)線給電源單元提供一個(gè)狀態(tài)信號(hào)(STS)。電源單元通過(guò)一個(gè)狀態(tài)檢測(cè)器(STD)檢測(cè)該狀態(tài)信號(hào)并且根據(jù)該狀態(tài)信號(hào)的意義把該變換器轉(zhuǎn)換到充電電流的另一個(gè)值。當(dāng)電池充滿電時(shí),其中利用一個(gè)電池控制單元BMU來(lái)檢測(cè)電池充滿電,或當(dāng)充電電流太大時(shí),其中利用一個(gè)比較器(CMP)和一個(gè)電流檢測(cè)電阻器(R2)來(lái)檢測(cè)充電電流,能夠從快速充電轉(zhuǎn)換到慢速充電。在電流供電間斷期間,根據(jù)該狀態(tài)信號(hào),裝置(SVR)通過(guò)利用一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管(T)使次級(jí)電路中的一個(gè)整流二極管(D5)瞬時(shí)短路來(lái)給一個(gè)輔助繞組(Ls2)提供一個(gè)電壓脈沖。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1198850SQ97191066
公開(kāi)日1998年11月11日 申請(qǐng)日期1997年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月21日
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