CN108063559A - 一种待机状态超低功耗电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种待机状态超低功耗电源,它包括变压器TA、开关电路、直流电源供电电路、控制单元和共正交流取样电路，控制单元里面设置有负载检测的软件模块是这样运作的：步骤1：当处于空载状态下，开关电路断开变压器TA断电；步骤2：控制单元每隔一个时间段T1发出一个脉冲信号使开关电路导通，共正交流取样电路获得采样信号V1并送到控制单元；步骤3：控制单元将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，表示有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，若空载，返回步骤1。它电路结构简单，体积小，反应灵敏，成本低，功能更加完善。

Description

一种待机状态超低功耗电源
技术领域
本发明涉及一种待机状态超低功耗电源，特别是一种照明灯的控制电路。
背景技术
随着世界各国对能源的保护和利用率要求不断提高，能效标准也随之不断提高，尤其对电子电器产品空载损耗和转换效率要求大大提高。传统变压器内部结构基本均由初级线圈、次级线圈和硅钢片组成，由于自身必然存在铜损和涡流损耗，在通电而没有接入负载的情况下，空载待机功耗都比较大，比如300W变压器待机功耗一般为4-5W，常规控制技术采用继电器控制，主要实现变压器导通与截止，或者定时开关控制，但此类控制技术也无法解决变压器空载功率问题。
另外，目前我司研发的带变压器空载检测功能的电源，需要检测变压器次级线圈的输出，其电路结构负载，体积大，成本高，功能不完善，有待进一步改善。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种待机状态超低功耗电源，能够实现精确的负载检测功能，电路结构简单，体积小，成本低，功能更加完善。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种待机状态超低功耗电源,它包括变压器TA、开关电路、直流电源供电电路、控制单元和共正交流取样电路，交流输入端AC IN1和AC IN2连接直流电源供电电路的输入口，直流电源供电电路的输出口输出直流电压Vcc,直流电源供电电路为控制单元和共正交流取样电路提供直流电，变压器TA的初级线圈与开关电路串联后两端分别连接交流输入端AC IN1和AC IN2，变压器TA的次级线圈的两端为负载提供交流供电，共正交流取样电路的信号输入端B1连接在变压器TA的初级线圈与开关电路串联支路上，共正交流取样电路的信号输出端DETECT连接到控制单元的输入端，控制单元的输出端连接开关电路并控制开关电路闭合或者断开；控制单元里面设置有负载检测的软件模块，软件模块是这样运作的：
步骤1：当处于空载状态下，控制单元停止输出信号到开关电路使开关电路断开，变压器TA断电不工作降低空载能耗；
步骤2：控制单元每隔一个时间段T1发出一个脉冲信号，该脉冲信号使开关电路在一段时间T2内导通，共正交流取样电路在时间T2完成采样，获得采样信号V1，并送到控制单元；
步骤3：控制单元将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，若采样信号V1大于空载阀值V2，表示有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，控制单元输出连续的PWM使开关电路导通为负载供电，若采样信号V1小于空载阀值V2，返回步骤1。
上述所述的步骤3中当有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，控制单元输出连续的PWM使开关电路导通为负载供电的过程中，还连接有步骤4：共正交流取样电路每隔一个时间段T3再次获取采样信号V1，并送到控制单元；控制单元再次将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，若采样信号V1大于空载阀值V2，表示有负载，返回步骤3；若采样信号V1小于空载阀值V2，表示处于空载状态，返回步骤1。
上述所述的共正交流取样电路包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电容C12，三极管Q3的B极与三极管Q4的B极连接，三极管Q3的E极连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接直流电源供电电路的输出口输出的直流电压Vcc和交流输入端AC IN1，三极管Q4的E极连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接直流电源供电电路的输出口输出的直流电压Vcc和交流输入端ACIN1，三极管Q3的C极连接电阻R23后接地，三极管Q4的C极连接电阻R24后接地，电阻R24的两端并联电容C12，三极管Q4的C极与电阻R24之间引出信号输出端DETECT。
上述在电阻R24的两端还并联一个电压钳位回路。
上述所述的控制单元是单片机MCU。
上述所述的控制单元还连接有一个感光检测电路，感光检测电路的输出端连接控制单元的一个输入引脚，控制单元还连接有一个LED指示灯电路，控制单元的一个输出端连接LED指示灯电路。
上述所述的控制单元还连接有一个交流过零检测电路，交流过零检测电路的输入端连接到交流输入端AC IN1和AC IN2，交流过零检测电路的输出端连接到控制单元的输入脚，控制单元根据交流过零检测电路的过零点信号同步输出驱动开关电路的PWM信号，以提高电源效率。
本发明的有益效果是：
1、本发明的采用共正交流取样电路进行交流采样信号，共正交流取样电路的信号输入端B1连接在变压器TA的初级线圈与开关电路串联支路上，电路结构简单，体积小，反应灵敏，成本低；当处于空载状态下，控制单元停止输出信号到开关电路使开关电路断开，变压器TA断电不工作降低空载能耗；控制单元每隔一个时间段T1发出一个脉冲信号，该脉冲信号使开关电路在一段时间T2内导通，共正交流取样电路在时间T2完成采样，获得采样信号V1，并送到控制单元；控制单元将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，若采样信号V1大于空载阀值V2，表示有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，控制单元输出连续的PWM使开关电路导通为负载供电，若采样信号V1小于空载阀值V2，这样的负载检测功能完善，控制简单合理；
2)利用共正交流取样电路同时作为空载检测和PWM信号调制检测的依据，简化电路结构，降低成本。
3)共正交流取样电路有效地运用镜像电路的工作原理，并能够在镜像基本电路架构的基础上引入交流输入信号，使之能够把交流电的正半周与静态工作直流电流叠加，建立采样信号，提高信号的精度，通过镜像电路基本工作原理，串接发射极两电阻的阻值比例关系，使之取样电流进行电流比例放大，再经过电容滤波，以便于输出可变直流电平。直流电平的变化根据负载大小的不同，通过取样电阻R22检测到不同的电流，经RC充电后使得C12得到不同的直流电平。
4、共正交流取样电路的设计采用镜像电流源的基本电路架构，将交流采样信号通过镜像电流源放大输出，能够有效地抑制***温度漂移，输出电平不会随着整机温度的变化而变化，当负载增大，整机温度升高而使内部电路温度升高，而镜像电路自身具备负温度补偿功能，保护电路能使输出电平随着整机的温度变化作轻微的变动，具有温度漂移补偿功能，从而稳定工作点，有效进行实时检测，准确采样保护。
5、在电阻R24的两端还并联一个电压钳位回路，上述所述的电压钳位回路由二极管D6和电阻R27串联而成，避免的共正交流取样电路的信号输出端DETECT的电压过大，起到保护电子器件的作用，同时，避免信号输出端DETECT在空载和过载时输出电压相差过大，不利于检测。
6、交流过零检测电路输出同步信号，可以保证开关电路的双向晶闸管Q1处于ZVS零电压开通，大大提高双向晶闸管Q1使用寿命，瞬态响应脉冲控制以同步信号为时序基准，正负半周交替轮流触发导通，有效确保变压器TA内部电磁能量释放。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例一的电路方框图；
图2是图1对应的具体电路图；
图3是本发明实施例二的电路方框图；
图4是本发明的负载检测的软件控制流程图。
具体实施方式
实施例一：
参照图1一种灯具控制器,包括变压器TA、开关电路、直流电源供电电路、控制单元和共正交流取样电路，交流输入端AC IN1和AC IN2连接直流电源供电电路的输入口，直流电源供电电路的输出口输出直流电压Vcc,直流电源供电电路为控制单元和共正交流取样电路提供直流电，变压器TA的初级线圈与开关电路串联后两端分别连接交流输入端AC IN1和AC IN2，变压器TA的次级线圈的两端为负载提供交流供电，共正交流取样电路的信号输入端B1连接在变压器TA的初级线圈与开关电路串联支路上，共正交流取样电路的信号输出端DETECT连接到控制单元的输入端，控制单元的输出端连接开关电路并控制开关电路闭合或者断开。
如图2所示，所述的共正交流取样电路包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电容C12，三极管Q3的B极与三极管Q4的B极连接，三极管Q3的E极连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接直流电源供电电路的输出口输出的直流电压Vcc和交流输入端AC IN1，三极管Q4的E极连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接直流电源供电电路的输出口输出的直流电压Vcc和交流输入端AC IN1，三极管Q3的C极连接电阻R23后接地，三极管Q4的C极连接电阻R24后接地，电阻R24的两端并联电容C12，三极管Q4的C极与电阻R24之间引出信号输出端DETECT。
开关电路包括双向晶闸管Q1、电阻R2、电位器VR1和电容C18，所述双向晶闸管Q1的T1端和T2端之间连接有电位器VR1，T2端和G端之间连接有电容C18；所述晶闸管Q1的T1端接变压器TA的初级线圈；所述电阻R2的一端接所述双向晶闸管Q1的G端，另一端接控制单元的信号输出引脚；所述晶闸管Q1的T2端连接在三极管Q3的E极与电阻R22之间。
控制单元是单片机MCU，图中主要包括芯片U2，控制单元还连接有一个感光检测电路，感光检测电路的输出端连接控制单元的芯片U2的一个输入引脚2。感光检测电路由光敏二极管LED3、电容C7并联而成，光敏二极管LED3、电容C7并联后两端接Vcc和地。
控制单元还连接有一个LED指示灯电路，控制单元的一个输出端连接LED指示灯电路，LED指示灯电路包括发光二极管D8,、电阻R18、电阻R19，控制单元的芯片U2的一个输出引脚7输出信号控制LED指示灯电路。
直流电源供电电路包括变阻器VR2、整流二极管D2、D3、电阻R4、电容C10、电容C11、电容C1，稳压二极管Z1组成。提供5V的直流供电电压Vcc。
交流过零检测电路包括电阻R5、电阻R6和稳压二极管Z2组成，输出端连接到控制单元的输入脚，以便控制单元输出到开关电路的PWM信号与交流输入同步，可以保证开关电路的双向晶闸管Q1处于ZVS零电压开通，大大提高双向晶闸管Q1使用寿命，瞬态响应脉冲控制以同步信号为时序基准，正负半周交替轮流触发导通，有效确保变压器TA内部电磁能量释放。
本发明的工作原理是：静态工作时，5V直流电Vcc正极经过电阻R22、三极管Q3、电阻R23流到地脚，由于电阻R23阻值很大，因此支路电流很小，流经电阻R2的电流很小，而电阻R22两端电压等于电阻R25两端电压，两者电流成比例关系，因此流经电阻R25的电流也很小。电容C12充得的电量也很小，电容C12两端静态电压很低(远低于2.5V阀值电平)。
当带负载工作时，交流电经过电阻R22、三极管Q1形成通路，使电阻R22叠加后电流增大，根据比例关系，流经电阻R25的电流同样增大，此电流为电容C12充电，电容C12电压的变化根据负载大小的变化而变化，当负载增大时，电容C12的电压升高，当负载减小时，电容C12的电压相应降低，此信号电压输出到控制单元作实时检测，当负载出现异常，如过载或者短路时，电容C12电压增大至超过控制单元允许的阀值电平(2.5V)，而使控制单元输出低电平信号给开关电路，关闭开关电路，从而断开三极管Q1，而实现异常保护的目的。
根据实验检测，空载时的共正交流取样电路的信号输出端DETECT为200mV；负载是5瓦时,共正交流取样电路的信号输出端DETECT为220mV，负载是50瓦(满负载)时,共正交流取样电路的信号输出端DETECT为2V；过载或者短路，共正交流取样电路的信号输出端DETECT为5V，避免信号输出端DETECT在空载和过载时输出电压相差过大，不利于检测。在电阻R24的两端还并联一个电压钳位回路所述的电压钳位回路由二极管D6和电阻R27串联而成，二极管D6的正极连接信号输出端DETECT。即使在过载或者短路时，共正交流取样电路的信号输出端DETECT最多也为2V，避免波动过大。
控制单元是单片机，控制单元里面设置有负载检测的软件模块，如图4所示，软件模块是这样运作的：
步骤1：当处于空载状态下，控制单元停止输出信号到开关电路使开关电路断开，变压器TA断电不工作降低空载能耗；
步骤2：控制单元每隔一个时间段T1发出一个脉冲信号，该脉冲信号使开关电路在一段时间T2内导通，共正交流取样电路在时间T2完成采样，获得采样信号V1，并送到控制单元；实际工作中时间段T1设置为5秒，时间T2可以设定1秒，这些都可以根据具体情况设置的。
步骤3：控制单元将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，若采样信号V1大于空载阀值V2，表示有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，控制单元输出连续的PWM使开关电路导通为负载供电，若采样信号V1小于空载阀值V2，返回步骤1。
步骤3中当有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，控制单元输出连续的PWM使开关电路导通为负载供电的过程中，还连接有步骤4：共正交流取样电路每隔一个时间段T3再次获取采样信号V1，并送到控制单元；控制单元再次将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，若采样信号V1大于空载阀值V2，表示有负载，返回步骤3；若采样信号V1小于空载阀值V2，表示处于空载状态，返回步骤1。时间段T3可设置为3秒，可以根据具体情况自由设置。
空载阀值V2是实验测量或者根据实验数据的一个预估值，她存储在控制单元里面。
当有负载时，控制单元会根据共正交流取样电路的信号输出端DETECT的大小调制不同占用比的PWM信号，以控制双向晶闸管Q1的导通角，使负载获得合适的电能，最大限度节约电能。
如图3所示，本实施例与实施例一的电路结构基本相同，不同点在于：共正交流取样电路的信号输出端DETECT与控制单元的输入端之间增设信号放大电路。因为共正交流取样电路的信号输出端DETECT输出信号的范围在200mV至2V之间，这样可以在信号输出端DETECT输出小电压时也能快速准确检测，提高检测的灵敏度。

Claims (7)

1.一种待机状态超低功耗电源,它包括变压器TA、开关电路、直流电源供电电路、控制单元和共正交流取样电路，交流输入端AC IN1和AC IN2连接直流电源供电电路的输入口，直流电源供电电路的输出口输出直流电压Vcc,直流电源供电电路为控制单元和共正交流取样电路提供直流电，变压器TA的初级线圈与开关电路串联后两端分别连接交流输入端ACIN1和AC IN2，变压器TA的次级线圈的两端为负载提供交流供电，共正交流取样电路的信号输入端B1连接在变压器TA的初级线圈与开关电路串联支路上，共正交流取样电路的信号输出端DETECT连接到控制单元的输入端，控制单元的输出端连接开关电路并控制开关电路闭合或者断开；其特征在于：控制单元里面设置有负载检测的软件模块，软件模块是这样运作的：
步骤1：当处于空载状态下，控制单元停止输出信号到开关电路使开关电路断开，变压器TA断电不工作降低空载能耗；
步骤2：控制单元每隔一个时间段T1发出一个脉冲信号，该脉冲信号使开关电路在一段时间T2内导通，共正交流取样电路在时间T2完成采样，获得采样信号V1，并送到控制单元；
步骤3：控制单元将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，若采样信号V1大于空载阀值V2，表示有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，控制单元输出连续的PWM使开关电路导通为负载供电，若采样信号V1小于空载阀值V2，返回步骤1。
2.根据权利要求1所述的一种待机状态超低功耗电源，其特征在于：步骤3中当有负载，控制单元根据采样信号V1的大小调制PWM信号，控制单元输出连续的PWM使开关电路导通为负载供电的过程中，还连接有步骤4：共正交流取样电路每隔一个时间段T3再次获取采样信号V1，并送到控制单元；控制单元再次将采样信号V1与预存的空载阀值V2进行比较，若采样信号V1大于空载阀值V2，表示有负载，返回步骤3；若采样信号V1小于空载阀值V2，表示处于空载状态，返回步骤1。
3.根据权利要求1或2所述的一种待机状态超低功耗电源,其特征在于：所述的共正交流取样电路包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电容C12，三极管Q3的B极与三极管Q4的B极连接，三极管Q3的E极连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接直流电源供电电路的输出口输出的直流电压Vcc和交流输入端ACIN1，三极管Q4的E极连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接直流电源供电电路的输出口输出的直流电压Vcc和交流输入端AC IN1，三极管Q3的C极连接电阻R23后接地，三极管Q4的C极连接电阻R24后接地，电阻R24的两端并联电容C12，三极管Q4的C极与电阻R24之间引出信号输出端DETECT。
4.根据权利要求3所述的一种待机状态超低功耗电源,其特在于：在电阻R24的两端还并联一个电压钳位回路。
5.根据权利要求4所述的一种待机状态超低功耗电源,其特征在于：控制单元是单片机MCU。
6.根据权利要求5所述的一种待机状态超低功耗电源,其特征在于：控制单元还连接有一个感光检测电路，感光检测电路的输出端连接控制单元的一个输入引脚，控制单元还连接有一个LED指示灯电路，控制单元的一个输出端连接LED指示灯电路。
7.根据权利要求6所述的一种待机状态超低功耗电源,其特征在于：控制单元还连接有一个交流过零检测电路，交流过零检测电路的输入端连接到交流输入端AC IN1和AC IN2，交流过零检测电路的输出端连接到控制单元的输入脚，控制单元根据交流过零检测电路的过零点信号同步输出驱动开关电路的PWM信号，以提高电源效率。
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