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)，它包括一個具有可充電電池的裝置，和一種具有開關(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)的一個電源單元和一個具有可充電電池的裝置。
這電源系統(tǒng)是已知的，特別是從美國專利號4,77,827中已經(jīng)公知了。在這個公知的電源系統(tǒng)中，電源單元包括一個DC-DC變換器，它把整流的主電壓變換成一個低的直流電壓，利用該低電壓對一個裝置的電池進(jìn)行充電。為了獲得更大的設(shè)計自由度，具有一種趨勢即把電源單元與裝置之間分開設(shè)置，電源單元構(gòu)成一個適配器，該適配器能夠插入到主電源的墻插座中，可充電裝置通過一個導(dǎo)線與該適配器連接。此外，希望電源單元能夠快速地對裝置的電池進(jìn)行充電。然而，它涉及了這樣的危險電池會過載并且變?yōu)橛腥毕?。為了防止這種過載，無論如何該裝置應(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)置一個通信信道。這個通信信道需要在連接導(dǎo)線中設(shè)置附加導(dǎo)線。
本發(fā)明的一個目的是提供一種簡單電源系統(tǒng)，利用該電源系統(tǒng)能夠進(jìn)行供電和通信。為了這個目的，在開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關(guān)型電源停止供電的裝置，其中在間斷期間沒有電流提供給裝置；該裝置包括用于在間斷期間檢測在電流供電中電流間斷的裝置和用于在間斷期間把一個狀態(tài)信號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狀態(tài)信號的裝置和用于根據(jù)狀態(tài)信號改變該電流的電流強(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狀態(tài)信號，所述狀態(tài)信號的值、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間上是隔開的，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，其特征是開關(guān)型電源包括具有一個變壓器的回掃變換器，該變壓器的一個次級繞組能夠通過一個整流二極管與至少一個可充電電池連接。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)境原因法律條款對它作出了規(guī)定，那么能夠安全地替換可充電電池，而沒有任何接觸帶電部件的危險。
為了產(chǎn)生狀態(tài)信號，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電子開關(guān)，在間斷期間該電子開關(guān)利用狀態(tài)信號使整流二極管短路以便產(chǎn)生一個脈沖。在間斷期間，在電源單元中的開關(guān)型電源是空載的。當(dāng)在這樣一個間斷中在利用電子開關(guān)使次級電路中的整流二極管短路時，電池電壓被提供給次級繞組。變壓器把電壓脈沖傳送給初級繞組或傳送給一個輔助繞組，利用在電源單元中的檢測裝置來檢測該電壓脈沖。因此，在間斷期間通過給電源單元傳送或不傳送一個脈沖來進(jìn)行在該裝置與電源單元之間的通信。當(dāng)接收到一個脈沖時，電源單元把平均電流的電流強(qiáng)度轉(zhuǎn)換到另一值。如果在一個間斷期間沒有接收到脈沖，那么電源單元連續(xù)地提供相同的電流。通過在兩個電流強(qiáng)度之間的轉(zhuǎn)換，能夠獲得一個為電池充電的平均電流。
關(guān)于響應(yīng)狀態(tài)信號，根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例，其特征是在檢測到一個脈沖之后回掃變換器適合于提供一個比較小的電流，而在沒有脈沖時該回掃變換器適合于提供一個比較大的電流。當(dāng)電池處在完全被放電的情況下，該裝置不能產(chǎn)生一個脈沖。如果在這種情況下選擇提供一個比較大的充電電流，那么能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)起動電源系統(tǒng)時，對一個無電電池進(jìn)行快速充電。
為了防止一個過充電電流，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電池的平均電流的裝置和用于當(dāng)平均電流值超過一個閾值時起動電子開關(guān)的裝置。只要平均電流一旦變得太大，那么在下一個間斷期間該裝置就起動電子開關(guān)，并且給電源單元提供一個脈沖，其結(jié)果是在目前的間斷與下一個間斷之間的一個時間間隔中電源單元轉(zhuǎn)換到一個小電流。如果在該時間間隔之后平均電流仍然太大，那么在該時間間隔之后的間斷中傳送另一個脈沖。這個操作持續(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)回到一個大的充電電流。
為了防止電池被過充電，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電池的充電狀態(tài)的裝置和用于當(dāng)達(dá)到一個充電狀態(tài)的預(yù)定值時起動電子開關(guān)的裝置。只要電池一旦被充滿電，就應(yīng)該停止充電，或利用一個安全的小電流來連續(xù)地充電。用于檢測充電狀態(tài)的裝置能夠由例如已知的一個簡單電池電壓檢測裝置或一個復(fù)雜電池控制系統(tǒng)來構(gòu)成，特別是由前面所提到的美國專利號4,775,827中的系統(tǒng)來構(gòu)成。當(dāng)電池充滿電時，在每個間斷中起動電子開關(guān)并且給電源單元傳送一個脈沖，因此在每個間斷之后總是迫使電源單元給電池提供一個比較小的電流。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，它包括了一個電源單元和一個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)包括一個電源單元PSU和裝置SVR，其中電源單元PSU包括一個開關(guān)型電源DCC，也被稱為DC-DC變換器，對于裝置SVR例如是一個可充電的剃須刀。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可以包括一個或多個串聯(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還包括一個電動機(jī)M，該電動機(jī)M通過一個導(dǎo)通/關(guān)斷開關(guān)SW與電池B連接。電源單元PSU與裝置SVR能夠通過兩個導(dǎo)線CRD相互連接起來，以便借助于電源單元PSU對電池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墻插座上。兩個導(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)置兩個導(dǎo)線的插頭/插座的接合。在電池B充電期間，一個充電電流從電源單元PSU通過導(dǎo)線CRD流入到剃須刀SVR中。為了防止過充電，當(dāng)電池B被充滿電時停止電池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由兩個導(dǎo)線CRD相互隔離開，所以無論怎樣這兩個導(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的通信被時分多路。根據(jù)這個方案，電池B在一段時間被充電，接著，在一個間斷期間功率傳送被中斷一段時間。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間斷為止。根據(jù)一個固定的方式一個接著一個地產(chǎn)生間斷，而在兩個間斷之間，電源單元PSU提供一個充電電流，該充電電流的幅值取決于一個在間斷期間由剃須刀SVR傳送給電源單元PSU的狀態(tài)信號。根據(jù)這個方案，開關(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)斷開關(guān)型電源的裝置，在該間斷期間沒有電流提供給剃須刀SVR。剃須刀SVR還包括用于檢測電流源間斷的裝置和用于在間斷期間把一個狀態(tài)信號傳送給電源單元PSU的裝置。電源單元PSU還包括用于在間斷期間檢測狀態(tài)信號的裝置和用于根據(jù)狀態(tài)信號改變充電電流的電流強(qiáng)度的裝置。
開關(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關(guān)型電源。當(dāng)電源單元PSU包括一個變壓器時，剃須刀SVR不再被認(rèn)為是一個主要被供電的裝置，對于剃須刀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)計中提供了一個更大的自由度。因此，變壓器能夠使剃須刀SVR簡單地滿足這樣的要求利用一種簡單和安全的方法使可充電電池從剃須刀SVR上拆卸下來。為了滿足這個要求，選擇一個具有變壓器的回掃變換器作為一個開關(guān)型電源DCC。在圖2中示出了這個變換器的電路圖。下面將參照這個圖來描述根據(jù)一個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包括一個主電壓整流器D1和一個平滑濾波器C1，L1，C2?；貟咦儞Q器把一個在電容器C2上出現(xiàn)的直流電壓變換成一個低的直流電壓，該直流電壓用于對剃須刀SVR中的電池B進(jìn)行充電。該回掃變換器包括一個變壓器TR，該變壓器TR具有一個初級繞組Lp，該初級繞組Lp借助于一個開關(guān)晶體管跨接電容器C2上的直流電壓。該開關(guān)晶體管構(gòu)成了一種型號為TEA1400的開關(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具有一個第一次級繞組Ls1，該第一次級繞組Ls1的端子PSA和端子PSB能夠借助于兩個導(dǎo)線(沒有示出)與剃須刀SVR的對應(yīng)端子SVA和SVB偶合。變壓器TR具有一個第二次級繞組Ls2，該第二次級繞組Ls2與第一次級繞組Ls1具有良好的磁偶合，這種良好磁偶合的結(jié)果是在第一次級繞組Ls1和第二次級繞組Ls2上的電壓以一種滿意的方式相互跟蹤。第二次級繞組Ls2用于(a)產(chǎn)生一個用于SMPS-IC ICA的操作電壓，為了產(chǎn)生這個電壓設(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)生一個關(guān)于在第二次級繞組Ls2上的電壓變化的指示；和(c)把一個狀態(tài)信號STS提供給一個狀態(tài)檢測器STD，用于在剃須刀SVR與電源單元PSU之間進(jìn)行通信。SMPS-IC ICA具有一個用于接收一個啟動信號EN的輸入端，借助于該啟動信號EN能夠是回掃變換器停止工作。當(dāng)啟動信號EN是低電平時，回掃變換器不起作用并且不對電池B進(jìn)行充電。當(dāng)啟動信號EN是高電平時，回掃變換器起作用并且利用一個電流對電池B進(jìn)行充電，該電流的平均值是由回掃變換器設(shè)計來確定。一個具有相對高的導(dǎo)通比的啟動信號EN，即一個比較經(jīng)常地是高電平的信號，產(chǎn)生一個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電池進(jìn)行充電(快速充電)。一個具有相對低的導(dǎo)通比的啟動信號EN，即一個比較經(jīng)常地是低電平的信號，產(chǎn)生一個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慢地對電池進(jìn)行充電(慢速充電)。假設(shè)一個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)的說明可以參見Philips Electronics的相關(guān)文獻(xiàn)。
剃須刀SVR包括電池B，該電池B通過一個電流檢測電阻器R2和一個整流二極管D5借助于端子SVA和端子SVB與第一次級繞組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。利用一個比較器CMP來檢測通過電池B的電流Is，該比較器CMP對電阻器R2上的電壓進(jìn)行積分并且把它與一個由基準(zhǔn)電壓源REF來的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。比較的結(jié)果被提供給一個控制單元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借助于一個狀態(tài)信號STS使一個開關(guān)晶體管T瞬時導(dǎo)通。然而，只有在充電電流Is的間斷期間才允許這個短路。為了這個目的，設(shè)置了無電流檢測器NCD，該無電流檢測器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指示控制單元CTL。當(dāng)回掃變換器操作時，在端子SVA上的電壓是脈動的，而當(dāng)回掃變換器空載時，在端子SVA上的電壓是恒定的。整流二極管D5的瞬時短路導(dǎo)致了在第一次級繞組Ls1上瞬時出現(xiàn)了電池電壓。由于整流二極管D5的短路的結(jié)果使在第一次級繞組Ls1上產(chǎn)生的電壓脈沖被傳送給第二次級繞組，在第二次級繞組Ls2上借助于狀態(tài)檢測器STD來檢測該電壓脈沖。
圖3中示出了在圖2所示的電源系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些信號的波形圖。沿著時間軸已經(jīng)畫出了間斷，該間斷具有一個100μs的長度t0，在該間斷期間，回掃變換器是空載的。兩個間斷之間的間隔具有一個900μs的長度t1，在該時間間隔期間，回掃變換器能夠操作。明顯地，間斷長度t0的值和間斷之間的間隔長度t1的值能夠是不同的；這特別地取決于回掃變換器的一個振蕩周期。利用在波形IV中所示的啟動信號EN來確定在一個間隔t1期間回掃變換器操作多長時間或換句話說，確定在間隔t1中允許回掃變換器振蕩多少個周期。波形V示出了回掃變換器二次電流Is。假設(shè)啟動信號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)，在下一個間隔t1選擇兩個型式中的哪一種型式取決于在前一個間斷t0中由剃須刀SVR傳送的狀態(tài)信號STS的值、波形或內(nèi)容。在這個實(shí)施例中，選擇一個啟動信號EN，該啟動信號EN在缺電情況下采取信號FST的形式，除非在一個間斷期間狀態(tài)檢測器STD檢測到一個電壓脈沖STS。在這種情況下，為下一個時間間隔選擇一個SLW型式的啟動信號EN。
如果啟動信號EN是FST型式的信號，那么在時間間隔t1中適合產(chǎn)生相對大量的回掃變換器的振蕩周期。為了清楚起見，在波形圖V中只示出了七個周期，但是實(shí)際上這個數(shù)字能夠是更大的。因此提供給電池B的平均電流是大的。如果在間斷期間沒有傳送電壓脈沖，那么在每個間斷之后的時間間隔中回掃變換器進(jìn)行操作，在該時間間隔中回掃變換器提供相對多的振蕩周期。由于在間斷期間的瞬時中斷，所以對多個時間間隔t1和間斷t0測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的一個快速充電電流對電池B進(jìn)行充電。
如果在一個間斷期間，檢測到一個電壓脈沖STS，那么在下一個時間間隔中選擇SLW型的啟動信號EN。在啟動信號EN是高電平的相對短的時間內(nèi)僅能夠提供幾個回掃變換器的振蕩周期。波形圖V示出了一個振蕩周期，但是多個振蕩周期也是可能的。在這個時間間隔期間的平均充電電流是非常小的。如果在每個間斷期間檢測到一個電壓脈沖STS，那么在每個接著的時間間隔中提供這個小的平均充電電流。對多個時間間隔t1和間斷t0測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的一個慢速充電電流對電池B進(jìn)行充電。
利用這個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通過把電阻器R2上電壓與一個基準(zhǔn)電壓比較來監(jiān)視該平均充電電流。如果超過了該平均充電電流，那么在下一個間斷期間，控制單元CTL把一個狀態(tài)信號STS提供給晶體管T的控制極，其結(jié)果是，一個電壓脈沖被傳送給電源單元PSU。在后面的時間間隔中回掃變換器提供一個小的充電電流。因此，通過在大的充電電流(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。在每個間斷期間，控制單元CTL將給電源單元PSU提供一個脈沖，其結(jié)果是，利用一個小的慢速充電電流進(jìn)行充電。在最簡單的情況下，電池控制單元BMU是一個比較器，該比較器把電池電壓與一個基準(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、時間檢測、充電檢測、具有或沒有對溫度和老化進(jìn)行校正和類似檢測的更復(fù)雜的系統(tǒng)。
由于缺電時啟動信號是一種FST型式的信號，所以一個沒有電的電池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指示需要轉(zhuǎn)換到快速充電。然而，只要電池B是沒有電的，就不可能提供脈沖。其結(jié)果是，在一個沒電的電池的情況下該系統(tǒng)保持長時間的慢速充電方式，這將超過所需的充電時間。因此，一個FST型的缺電啟動信號能夠防止這種情況。
信號SLW的下降沿與一個時間間隔t1末端和一個間斷t0的開始重合。然而，只要在間斷期間不出現(xiàn)信號SLW的脈沖，對于電源系統(tǒng)的操作來說它與這個下降沿在時間間隔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。參考符號為R1、D1、C1、L1、C2、C3、Tr、Lp、Ls1、Ls2和ICA的部件與在圖2中對應(yīng)的參考符號表示的部件具有相同的功能。利用一個整流二極管D5和一個平滑電容器C4對在第二次級繞組Ls2上的電壓進(jìn)行整流，在整流二極管D5的陽極和電容器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上并且由一個電容器C3來緩沖。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上的電壓來獲得內(nèi)部供電電壓VIC。借助于一個串聯(lián)連接的電阻器R3、齊納二極管D7和一個平滑電容器C8，從端子VIC上的電壓來獲得用于電源單元PSU的其它電路的供電電壓Vdd。SMPS-IC ICA的內(nèi)部開關(guān)晶體管具有與初級繞組Lp連接的漏極連接端DRN和接地的源極連接端SRC。利用在檢測端S1與S2之間的檢測電阻器R4來監(jiān)視通過開關(guān)晶體管的電流。
利用一個六位Schmitt觸發(fā)器CD40106的變換器來產(chǎn)生信號FST和SLW。具有電阻器R5和電容器C5的第一變換器作為一個時針振蕩器來操作，利用第二變換器來緩沖第一變換器的輸出電壓。該時針信號的導(dǎo)通比是50％。利用一個電容器C6和一個電阻器R6對信號SLW的下降沿進(jìn)行微分并且把它提供給一個第三變換器，以便獲得一個具有導(dǎo)通比大約2％的信號SLW。利用一個電容器C7和一個電阻器R7對信號SLW的下降沿再次進(jìn)行微分并且把它提供給一個第四變換器，以便獲得一個信號，該信號是一個100μS的高電平信號。利用一個第五變換器對該信號進(jìn)行變換，該變換器提供一個信號FST。因此，間斷直接地跟隨著信號SLW的下降沿，如在圖3中所示的。產(chǎn)生信號FST和信號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。
利用一個型號為HEF4013的D觸發(fā)器和一個型號為HEF4081的AND門電路從信號SLW和信號FST中進(jìn)行選擇。利用信號SLW使D觸發(fā)器復(fù)位并且利用信號STS使D觸發(fā)器被計時。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FST被提供給AND門電路，該AND門電路把啟動信號EN提供給SMPS-ICICA。圖5所示了信號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為HEF 4081的AND門電路周圍的部件來檢測狀態(tài)信號。在間斷期間，在剃須刀中產(chǎn)生的電壓脈沖出現(xiàn)在第二次級繞組Ls2上并且在第二次級繞組Ls2與二極管D5之間的節(jié)點(diǎn)上被檢測。在一個電阻器R9上能夠得到該脈沖，該電阻器R9借助于一個電容器C10與該節(jié)點(diǎn)連接。利用齊納二極管D8和D9來限制電阻器R9上的電壓。在電阻器R9上的電壓被提供給AND門電路的一個第一輸入端。AND門電路的一個第二輸入端接收一個變換的信號FST，利用一個電阻器R8、二極管D6和電容器C9來延遲該信號的下降沿，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信號EN變?yōu)?之后產(chǎn)生。當(dāng)信號FST變?yōu)榈托盘枙r，即在一個間斷的開始時，電容器C9借助于電阻器R8相對慢地放電。在間斷結(jié)束時，信號FST變?yōu)楦咝盘柌⑶医柚诙O管D6對電容器C9進(jìn)行相對快速的充電。
圖6示出了剃須刀SVR的電路圖。借助于一個開關(guān)SW給一個電動機(jī)M供電的電池B與一個電流檢測電阻器R5和一個整流二極管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的第一次級繞組Ls1連接，在電阻器R5與二極管D4的陽極之間的節(jié)點(diǎn)形成剃須刀SVR的接地信號。一個NMOS晶體管T2與二極管D4并聯(lián)連接并且利用狀態(tài)信號STS來驅(qū)動它的控制極。利用一個型號為HEF4538的可再觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)器U1A來構(gòu)成圖2的無電流檢測器NCD，該單穩(wěn)觸發(fā)器U1A由在輸入端-T上的一個下降沿來觸發(fā)。該觸發(fā)信號是從在二極管D4的陰極與第一次級繞組Ls1之間的端子SVB上的電壓獲得的。當(dāng)回掃變換器操作時，該電壓是脈動的而當(dāng)回掃變換器空載時該電壓等于電池B的電壓。利用一個串聯(lián)電阻器R1、一個齊納二極管D2和一個與齊納二極管D2并聯(lián)連接的電容器C1來限制該脈動電壓。利用一個NPN晶體管T1來緩沖由齊納二極管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具有一個通過二極管D1與端子SVB連接的集電極，一個與齊納二極管D2連接的基極，和一個與緩沖電容器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確定的一個時間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。
利用型號為TLC252的積分放大器U2A和比較器U2B來監(jiān)視平均充電電流。利用一個低通濾波器R6/C6對電流檢測電阻器R5上的電壓進(jìn)行濾波并且利用放大器U2A對濾波的電壓進(jìn)行放大，利用一個反饋電阻器R14把放大器U2A的放大因數(shù)調(diào)整到一個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借助于一個電阻器R9接收從供電電壓Vdd來的偏流。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Schottky二極管D7變成高電位。利用電池控制單元BMU來監(jiān)視電池B的電壓，該電池控制單元BMU發(fā)出一個關(guān)于電池充滿電的低電平信號，利用一個NMOS晶體管T3和一個與NMOS晶體管T3的漏極串聯(lián)的電阻器R11對該信號進(jìn)行變換。在NMOS晶體管T3的漏極上的信號通過一個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NMOS晶體管T2的控制極，如果一個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來確定電壓脈沖的持續(xù)時間。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，才產(chǎn)生一個電壓脈沖。
圖7示出了圖1的剃須刀SVR，它具有驅(qū)動剃須頭SH的電動機(jī)M。利用開關(guān)SW來起動電動機(jī)M，該開關(guān)SW把電動機(jī)M與可充電電池連接起來，該開關(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具有一個成為一體的主插頭PLG和導(dǎo)線CRD，利用一個電源插座OTL能夠把該電源單元PSU與剃須刀SVR的一個插口(沒有示出)連接。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，包括一個具有可充電電池(B)的裝置(SVR)，和一個具有開關(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關(guān)型電源(DCC)停止供電的裝置(ICA，EN)，其中在間斷期間沒有電流提供給裝置(SVR)；裝置(SVR)包括用于在間斷期間檢測在電流供電中電流間斷的裝置和用于在間斷期間把一個狀態(tài)信號(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狀態(tài)信號(STS)的裝置(STD)和用于根據(jù)狀態(tài)信號改變該電流的電流強(qiáng)度的裝置(ICA)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源系統(tǒng)，其特征是開關(guān)型電源包括具有一個變壓器(TR)的回掃變換器(ICA)，該變壓器的一個次級繞組(Ls1)能夠通過一個整流二極管(D5)與至少一個可充電電池(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)包括一個電子開關(guān)(T)，在間斷期間該電子開關(guān)利用狀態(tài)信號使整流二極管(D5)短路以便產(chǎn)生一個脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電源系統(tǒng)，其特征是在檢測到一個脈沖之后回掃變換器適合于提供一個比較小的電流(SLW)，而在沒有脈沖時該回掃變換器適合于提供一個比較大的電流(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)平均電流值超過一個閾值時起動電子開關(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)包括用于檢測電池(B)的充電狀態(tài)的裝置(BMW)和用于當(dāng)達(dá)到一個充電狀態(tài)的預(yù)定值時起動電子開關(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。
8.一種具有一個開關(guān)型電源(DCC)的電源單元(PSU)，該電源單元能夠與具有一個可充電電池(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關(guān)型電源(DCC)停止供電的裝置(ICA，EN)，其中在間斷期間沒有電流提供給裝置(SVR)；用于在間斷期間檢測由裝置(SVR)傳送給電源單元(PSU)的一個狀態(tài)信號的裝置(STD)和用于根據(jù)狀態(tài)信號改變該電流的電流強(qiáng)度的裝置(ICA)。
9.一種具有一個可充電電池(B)的裝置(SVR)，該裝置(SVR)能夠與具有一個開關(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關(guān)型電源(DCC)停止供電的裝置(ICA，EN)，其中在間斷期間沒有電流提供給裝置(SVR)；裝置(SVR)包括用于檢測在由電源單元(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狀態(tài)信號(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)，包括一個可充電電池(B)、一個電動機(jī)(M)、一個用于把電動機(jī)(M)與電池(B)連接起來的開關(guān)(SW)、和一個在前面任一個權(quán)利要求中所述的電源系統(tǒng)，該電源系統(tǒng)用于對電池(B)充電和/或給至少電動機(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)通過連接導(dǎo)線給電源單元提供一個狀態(tài)信號(STS)。電源單元通過一個狀態(tài)檢測器(STD)檢測該狀態(tài)信號并且根據(jù)該狀態(tài)信號的意義把該變換器轉(zhuǎn)換到充電電流的另一個值。當(dāng)電池充滿電時,其中利用一個電池控制單元BMU來檢測電池充滿電,或當(dāng)充電電流太大時,其中利用一個比較器(CMP)和一個電流檢測電阻器(R2)來檢測充電電流,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,裝置(SVR)通過利用一個開關(guān)晶體管(T)使次級電路中的一個整流二極管(D5)瞬時短路來給一個輔助繞組(Ls2)提供一個電壓脈沖。
文檔編號H02J7/00GK1198850SQ97191066
公開日1998年11月11日 申請日期1997年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月21日
發(fā)明者W·G·M·埃特埃斯 申請人:菲利浦電子有限公司