專利名稱：電源電路的制作方法
本申請基于日本專利申請No.10-191430，其公開內容在此轉引，以資參考。
本發明涉及一種電源電路，更具體地說，涉及一種通過兩個DC-DC(直流-直流)轉換器向控制電氣裝置的控制電路供給電壓的電源電路。
眾所周知，根據電氣裝置的類型，其電路系統要求有多個電源。例如，對房間等一類空間進行空氣調節的的空調器要有控制電源，以便向包括控制器在內控制空調器的控制電路系統供電；要有執行裝置電源，以向繼電器和步進電機等致動或執行裝置供電；還要有驅動風扇馬達的驅動電源。這些電源供給不同的直流(DC)電壓，以適應不同電氣部件和機構的要求。例如，控制電源要提供5V的直流電壓，執行裝置電源要提供12V的直流電壓，而驅動電源要供給0-40V的可變直流電壓。
圖3表示已有技術用于空調器控制系統電路和風扇馬達的電源電路。在這種已有電源電路技術中，交流電源插座9的交流電壓被整流電路11進行整流，整流電路11整流后的直流電壓通過DC-DC轉換器15轉換成固定的輸出電壓V’1和可變的輸出電壓V’2。DC-DC轉換器15的固定輸出電壓V’1(12V)不僅用作執行裝置的電源，而且經調壓器17調整為穩定的預定電壓(5V)后輸出作為控制電源。另一方面，DC-DC轉換器15的可變輸出電壓V’2被逆變器19轉換成三相交流電壓，然后供給風扇馬達21。可變輸出電壓V’2的值由來自控制器16的控制信號進行控制。
調壓器17產生的功率損失Wloss由下式表示Wloss＝I(Vin-Vout)………(1)其中I為控制電路系統的消耗電流，即控制電路系統所需要的電流；Vin為調壓器17的輸入電壓(即DC-DC轉換器15的固定輸出電壓V’1)；Vout為調壓器17的輸出電壓。
由于控制電路系統的消耗電流I和調壓器17的輸出電壓Vout為常數，由方程式(1)可見，調壓器17的功率損失Wloss隨DC-DC轉換器15的固定輸出電壓值V’1的減小而減少。
當空調器處于待機狀態時，風扇馬達不轉，不需要可變輸出電壓V’2，但需要有固定輸出電路V’1使控制系統電路處于工作狀態。但按已有電源電路技術，在待機狀態下，相當于工作狀態的高電壓(12V)同樣輸出給調壓器17，使后者可提供控制系統電路所需要的電壓，同時調壓器17還需要一個低電壓(例如，6V)，以產生驅動控制系統電路所需的電壓(5V)。因此在已有技術的電路中，由方程式(1)可見，調壓器17會產生功率損耗，從而增加了電源電路的功率消耗。
本發明旨在解決上述問題，提供一種在電氣裝置待機狀態可減少功率消耗的電源電路，例如適用于空調器的電源電路。
按本發明的第一方面，所提供的電源電路包括一控制器、一個第一電壓轉換器和一個第二電壓轉換器。控制器對電氣裝置進行控制。第一電壓轉換器將來自直流電源的直流電壓至少轉換成一個固定電壓并將其輸出。第一電壓轉換器包括一個控制固定電壓轉換器輸出的固定電壓控制器。第二電壓轉換將來自第一電壓轉換器的固定電壓轉換成一預定電壓，并將此預定電路供給控制器。第一電壓轉換器的固定電壓控制器判斷電氣裝置是否處于待機狀態。當判定電氣裝備處于待機狀態時，固定電壓控制器使固定電壓降低至低于電氣裝置工作狀態輸出電壓的水平。
在這種電源電路中，在電氣裝置處于待機狀態時，控制器可向第一電壓轉換器輸出一個表明處于待機狀態的待機信號，第一電壓轉換器的固定電壓控制器可以接收來自該控制器的待機信號，并根據所接收的待機信號判斷電氣裝置是否處于待機狀態。在這種情況下，控制器在電氣裝置處于待機狀態時可激活待機狀態信號；而固定電壓控制器在待機狀態信號激活時可判斷出電氣裝置處于待機狀態。另一方面，控制器也可在電氣裝置處于工作狀態時向第一電壓轉換器輸出待機狀態信號，并且在電氣裝置處于待機狀態時不輸出待機狀態信號而使待機狀態信號不確定。這樣，固定電壓控制器接收待機狀態信號并在待機狀態信號不確定時判斷電氣裝置處于待機狀態。當電氣裝置由待機狀態轉換為工作狀態時，控制器自狀態變換起經預定時間之后對工作狀態開始實施預定控制。
按本發明的第二方面，所提供的電源電路包括一控制器、一個第一電壓轉換器、一個第二電壓轉換器和一個逆變器。控制器對電氣裝置實施控制。第一電壓轉換器將直流電源的直流電壓轉換成至少一個固定電壓和一個可變電壓，并將其輸出。第一電壓轉換器包括一個控制固定電壓輸出的固定電壓控制器和一個根據控制器控制信號控制可變電壓數值的可變電壓控制器。第二電壓轉換器將來自第一電壓轉換器的固定電壓轉換成一預定電壓值，并將其輸出供給控制器。逆變器由控制器控制，用于將來自第一電壓轉換器的可變電壓變換為交流電壓。
第一電壓轉換器的固定電壓控制器接收控制器用于控制可變電壓值的控制信號。當固定電壓控制器沒有接收到來自控制器的用于控制可變電壓數值的控制信號時，固定電壓控制器判定電氣裝置處于待機狀態，并將固定電壓降低至低于工作狀態時的輸出電壓的一電壓，以將減小了的固定電壓輸出給第二電壓轉換器。
在電源電路中，在待機狀態當工作裝態固定電壓需輸出到的第二電壓轉換器時，控制器可輸出控制信號和阻止逆變器的工作。控制信號可以是脈寬調制信號，控制器可使待機狀態輸出的控制信號的占空比小于工作狀態時的占空比。當電氣裝置由待機狀態轉變為工作狀態時，控制器自狀態改變起經預定時間之后對工作狀態開始實施預定控制。
按本發明的第一方面，在電氣裝置處于待機狀態時，由第一電壓轉換器輸入到第二電壓轉換器的電壓被抑制在驅動控制器所需電壓范圍內一個較低的值，從而不僅減少了第二電壓轉換器的功率消耗，而且減少了電氣裝置的功率消耗。同時，控制器輸出一個表明待機狀態的信號，根據控制器的這一信號可判斷是否為待機狀態并實施前面所述的待機狀態操作，從而實現所要求的待機狀態控制和常年減少能源消耗。此外，控制器在工作狀態時激活待機狀態信號而在待機狀態時使信號不確定，從而可實現待機狀態下的停機，進一步減少了功率消耗。
按本發明的第二方面，待機狀態的檢測是依據用于控制第一電壓轉換器的可變電壓的控制信號的存在和不存在。這樣，利用已有的信號便可檢測待機狀態，而不需要控制器另備檢測待機狀態的專門端口。按本發明的第二電源單元，當在待機狀態需要有用于工作狀態的輸出電壓時，控制器在抑制逆變器工作的同時輸出一個控制信號，從而即使在待機狀態也可獲得工作狀態所需的輸出電壓。在這種情況下，通過盡量減少控制信號的占空比，可使第一電壓轉換器的損耗得到抑制。
此外，按本發明的電源電路，當待機狀態轉換為工作狀態時，控制器自狀態改變起經過特定的時間之后對正常工作開始實施特定的控制。由于各種控制都是在第一電壓轉換器的輸出穩定之后才開始實施的，所以可以實現電氣設備和裝置的穩定運轉。
參閱附圖及以下描述和權利要求，將會更清楚地了解本發明的其它目標和特點，附圖包括
圖1為按本發明第一至第四最佳實施例的用于空調器的電源電路的原理圖；圖2為按本發明第五最佳實施例的用于空調器的電源電路的原理圖；及圖3是已有技術的用于空調器的電源電路的原理圖。
以下將參照附圖描述本發明最佳實施例中的電源電路。這些實施例中的每個電源電路都是用于空調器的電源電路，并包括一個DC-DC轉換器，用于產生至少一個直流電壓以驅動空調器各驅動機構；以及一個調壓器，用于從DC-DC轉換器的輸出電壓中產生一電壓以驅動空調器控制系統。在空調器處于待機狀態時，電源電路可將DC-DC轉換器輸入到調壓器的電壓值降低到低于空調器正常工作所需電壓。結果，待機狀態下調壓器的功率損失可以壓低，從而使空調器的功率消耗降低。以下將詳細描述其運行情況。第一實施例圖1示出了本發明第一實施例的空調器電源電路。如圖1所示，該電源電路包括一個用于對來自交流電源9的交流電壓進行整流的整流電路11，一個接收整流電壓并將其轉換成固定直流電壓V1和可變直流電路V2的DC-DC轉換器15，一個將來自DC-DC轉換器15的固定電路V1轉換為特定直流電壓以輸出一穩定電壓的調壓器17，以及一個將DC-DC轉換器15的可變電壓V2轉換為三相交流電壓以驅動空調器室內熱交換單元風扇馬達21的逆變器19。控制器16控制空調器電源電路和其它電路的各種操作。例如，可通過采用一微處理器來實施控制16的功能。
DC-DC轉換器15包括一個變壓器31，一個控制變壓器31初級側輸入電壓的初級側開關器件33，一個驅動初級側開關器件33的初級側控制器35，一個用于產生DC-DC轉換器15可變電壓V2的次級側開關器件37，一個控制次級側開關器件37開關操作的可變輸出控制器39，以及一個固定輸出控制器41，用于控制初級側開關器件33開關操作從而控制固定電壓V1。
下將描述電源電路的工作過程。電源電路通過整流電路11對交流電源9輸入的電壓進行整流，將整流后的直流電壓轉換成一個12V的恒定電壓(以后稱之為“固定輸出電壓”)V1和可在0-40V范圍內變化的電壓(以后稱之為“可變輸出電壓”)V2，并將V1和V2進行輸出。來自DC-DC轉換器15的可變輸出電壓V2由逆變器19變換成三相交流電壓，被提供給風扇馬達21以驅動風扇馬達21。同時，來自DC-DC轉換器15的固定輸出電壓V1由調壓器17轉換成特定的低電壓(例如5V)，并被提供到包括控制器16在內的控制系統電路作為執行裝置電源。此外，來自DC-DC轉換器15的固定輸出電壓V1還被直接饋送至空調器的各種驅動機構(執行機構等)，以作為驅動它們的執行機構電源。
DC-DC轉換器15的可變輸出電壓V2的值由可變輸出控制器39根據控制器16的控制信號驅動開關器件37來進行控制。控制信號為特定占空比的脈寬調制信號，可變輸出電壓V2的數值即根據這一占空比進行控制。
在對輸出電壓進行檢測的同時，對應于固定輸出電壓V1，固定輸出控制器41通過初級側控制器35控制開關器件33的開關操作，從而獲得一個固定的電壓。
在本實施例中，在從空調器接通電源到搖控裝置發出空調器開始工作的指令之間的時段，固定輸出控制器41判定空調器處于“待機狀態”。在待機時段，固定輸出控制器41向初級側控制器35輸出一個將固定輸出電壓V1降低至特定低值的控制信號。在固定輸出控制器41中，通過檢測DC-DC轉換器15的可變輸出電壓V2等方法，可判斷空調器是否已開始工作。在本例中，特定的低壓應盡量取在這樣一個范圍內的最小值(如6V)，該范圍需要保證調壓器17的輸出電壓(本例中為5V)能使控制器16正常工作。初級側控制器35接收這一控制信號，并對開關器件33的開關操作進行控制。
如上所述，在空調器接通電源到開始工作的這段時間，本實施例的電源電路可判斷空調器處于待機狀態，并控制待機狀態的固定輸出電壓V1為低于工作狀態的固定輸出電壓值(12V)的一電壓值(6V)(以后將這種控制稱為“待機狀態電源控制”)。結果減少了調壓器17在待機狀態時的功率損失和空調器運行的電源消耗。第二實施例以下描述另一實施例中待機狀態空調器電源電路的運作情況。本實施例中電源電路的結構和運作與第一實施例中的情況基本相同。
在第一實施例中，待機狀態僅指接通電源至開始工作的時段，待機狀態電源控制是針對這一時段而安排實施的。在本實施例中，控制器16輸出一個表明空調器是否處于待機狀態的待機狀態信號，待機狀態電源控制根據這一待機狀態信號進行。更具體地說，控制器16在待機狀態時使待機狀態信號“激活”，而在工作狀態時使待機狀態信號“失效”。由控制器16接收待機狀態信號后，固定輸出控制器41根據待機狀態信號是否有效而判斷空調器是否處于待機狀態，從而進行待機狀態電源控制。
按照這種設置，不僅在電源接通時而且在任何時間，例如在空調器暫時中斷工作時，都能判斷其運行狀態(待機狀態或工作狀態)。因此，待機狀態電源控制可根據需要實現，從而降低全年的電源損耗。第三實施例以下描述第三實施例中待機狀態空調器電源電路的運作。本實施例中電源電路的結構和運作同第二實施例中的情況基本相同。在第二實施例中，不管空調器處于待機狀態或工作狀態，控制器16都要輸出一個待機狀態信號，即控制器16在待機狀態時也要工作。因此，即使在待機狀態下，控制器16也要消耗電源。
在本實施例的電源電路中，控制器16被設計為在待機狀態時不輸出待機狀態信號。在這種安排下，控制器16可處于不工作狀態，從而可減少其功率消耗。這樣，進一步降低了待機狀態下的電源消耗。
更具體地說，控制器16僅在工作狀態時才輸出待機狀態信號(待機狀態信號保持為“有效”)，而在待機狀態時不輸出待機狀態信號。這意味著待機狀態信號在待機狀態時為不確定的。這樣，在待機狀態信號為不確定時判定空調器處于待機狀態，固定輸出控制器41將固定輸出電壓V1控制在低于工作狀態的一電壓值(6V)。第四實施例以下描述第四實施例中待機狀態空調器電源電路的運作。
在本實施例中，當空調器運行狀態由待機轉變為工作時，如上例所述電源電路中的控制器16經過一個預定的時間間隔之后開始對正常工作狀態進行預定控制(控制執行機構等)。所述預定時間間隔可設定為大于自狀態轉變開始到DC-DC轉換器的固定輸出電壓V1穩定為止所需的時段。原因在于固定輸出控制器41從中止待機狀態控制到將固定輸出電壓V1由6V提高到12V并使其穩定在12V為止，需要經過特定的時間。因此，要等固定輸出電壓V1穩定之后對執行機構等的控制才有效，以保證驅動機制的穩定運行。第五實施例在空調器工作狀態下，需要輸出一可變電壓以驅動風扇馬達21。為此目的，在工作狀態控制器16輸出一個控制可變電壓的控制信號。而空調器處于待機狀態時，風扇馬達21不工作，因此不需要提供控制信號。因而在本實施例中，根據工作控制信號的有無來判斷空調器是否處于待機狀態，從而減少待機狀態下的電源消耗。
圖2示出本實施例的空調器電源電路。本實施例中的電源電路同第一實施例中的電路類似，不同之處在于固定輸出控制器41控制可變輸出電壓V2的控制信號是從控制器16輸入。
更具體地說，本實施例中的固定輸出控制器41根據控制工作信號的有無來判斷是否處于待機狀態，當固定輸出控制器41接收不到控制工作信號時，固定輸出控制器41判斷空調器處于待機狀態，并將固定輸出電路V1控制為低于工作狀態的電壓值(6V)。同樣，通過參照固定輸出控制器41的控制工作信號來判斷是否處于待機狀態，控制器16用于輸出待機狀態信號的端口可以省掉。第六實施例在第五實施例中，在風扇馬達21不工作的某些情況下，空調器的一些驅動機構也需處于工作狀態(例如，用于改變氣流方向的氣窗葉片在重新設置時變換方向角度)，因此需要向電源系統電路提供電源(12V)。但在第五實施例的電源電路中，固定輸出控制器41將固定輸出電壓V1控制為一電壓(6V)，使得電源系統電路得不到充分的電源供給，因為在風扇馬達21停止工作時沒有控制工作信號輸出。
因此，本實施例中的控制器16具有以下功能，從而可使固定輸出電壓V1即使在風扇停止工作時也可達到12V1)輸出控制工作信號，2)同時中止逆變器19的工作，從而在風扇馬達21停止工作期間需要向電源系統電路提供所需的電源時，禁止對風扇馬達21的驅動。
在本實施例中，最好將控制工作信號的占空比設定為最小值，只要使固定輸出控制器41能夠識別即可。這是因為DC-DC轉換器15的功率損失隨控制信號占空比的增加而增大。
此外，在第五和第六實施例中，當狀態由待機狀態轉變為工作狀態時，控制器16也應如第四實施例所述那樣，經過一預定的時間間隔直到固定輸出電壓V1穩定后對執行機構等開始實施預定控制。
以上描述了用于空調器的電源電路的各種最佳實施例。但這并不排除本發明在其它電氣裝置中的可能應用，只要電氣裝置包括有控制部分和兩個DC-DC電壓轉換裝置，并且電壓是通過兩個電壓轉換裝置而提供給控制部分的。
雖然參閱附圖并結合其最佳實施例對本發明進行了詳細描述，但對具有本項技術專門知識和技能的人來說，顯然還可對此做出各種修正和改進。這些修正和改進應被理解為包括在所附權利要求規定的本發明的范圍之內，除非它們與此毫不相關。
權利要求
1.一種電源電路，其特征在于包括一個用于控制電氣裝置的控制器；一個用于將直流電源的直流電壓轉換成至少一種固定電壓并將其輸出的第一電壓轉換器，所述電壓轉換器包括一個用于控制所述固定電壓輸出的固定電壓控制器；以及一個將所述第一電壓轉換器的固定電壓轉換成預定電壓并將其供給所述控制器的第二電壓轉換器，其中所述固定電壓控制器判斷電氣裝置是否處于待機狀態，當確定電氣裝置處于待機狀態后，所述固定電壓控制器將固定電壓降低至低于工作狀態時輸出電壓的一電壓，并將降低的固定電壓供給所述第二電壓轉換器。
2.根據權利要求1所述的電源電路，其特征在于所述控制器在電氣裝置處于待機狀態時向所述第一電壓轉換器輸出一個表明待機狀態的待機信號；所述第一電壓轉換器的固定電壓控制器接收來自所述控制器的待機信號，并根據所接收的待機信號判斷電氣裝置是否處于待機狀態。
3.根據權利要求2所述的電源電路，其特征在于所述控制器在電氣裝置處于待機狀態時使所述待機信號激活為有效；而所述固定電壓控制器在所述待機信號有效時判定電氣裝置處于待機狀態。
4.根據權利要求2所述的電源電路，其特征在于所述控制器在電氣裝置處于工作狀態時向所述第一電壓轉換器輸出所述待機狀態信號，當電氣裝置處于待機狀態時不輸出待機狀態信號以使所述待機狀態信號不確定，所述第一電壓轉換器的固定電壓控制器接收所述待機信號，并在所述待機狀態信號不確定時判定電氣裝置處于待機狀態。
5.一種電源電路，其特征在于包括一個用于控制電氣裝置的控制器；一個用于將直流電源的直流電壓轉換成至少一種固定電壓和一個可變電壓并將它們輸出的第一電壓轉換器，所述第一電壓轉換器包括一個控制固定電壓輸出的固定電壓控制器和一個根據來自所述控制器的控制信號用于控制可變電壓值的可變電壓控制器；一個將所述第一電壓轉換器的固定電壓轉換成預定電壓并將其供給所述控制器的第二電壓轉換器；一個由所述控制器控制并將所述第一電壓轉換器的可變電壓轉變為交流電壓的逆變器，其中所述第一電壓轉換器的固定電壓控制器接收來自所述控制器的用于控制可變電壓值的控制信號，當所述固定電壓控制器沒有接收到來自所述控制器的用于控制可變電壓值的控制信號時，所述固定電壓控制器判斷電氣裝置是處于待機狀態，并將所述固定電壓降低至低于工作狀態時輸出電壓的一電壓，并將降低的固定電壓輸出至所述第二電壓轉換器。
6.根據權利要求5所述的電源電路，其特征在于在待機狀態當需要將用于工作狀態的固定電壓提供給所述第二電壓轉換器時，控制器輸出控制信號并制止所述逆變器的工作。
7.根據權利要求6所述的電源電路，其特征在于所述控制信號為脈寬調制信號，且所述控制器使待機狀態輸出的控制信號的占空比小于工作狀態時的占空比。
8.根據權利要求1所述的電源電路，其特征在于當電氣裝置由待機狀態轉變為工作狀態時，在狀態變化起經過預定的時間間隔后，所述控制器開始工作狀態的預定控制。
9.根據權利要求5所述的電源電路，其特征在于當電氣裝置由待機狀態轉變為工作狀態時，在狀態變化起經過預定的時間間隔后，所述控制器開始工作狀態的預定控制。
10.根據權利要求1所述的電源電路，其特征在于所述電氣裝置包括空調器。
11.根據權利要求5所述的電源電路，其特征在于所述電氣裝置包括空調器。
全文摘要
一種能夠降低電氣裝置待機狀態電源消耗的電源電路,用于向電氣裝置供給電壓以驅動和控制電氣裝置,包括:控制電氣裝置運行的控制器,輸出固定電壓V
文檔編號H02M3/335GK1240953SQ99109618
公開日2000年1月12日 申請日期1999年7月1日 優先權日1998年7月7日
發明者上島敬人, 奧田秀憲, 奧田勇, 宇野貴士, 增沢敏一 申請人:松下電器產業株式會社