專(zhuān)利名稱(chēng)：供電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電設(shè)備(power supply)，更特別地涉及具有用于 將市電(mains)功率轉(zhuǎn)化成AC或DC功率的變壓器的供電設(shè)備。
背景技術(shù)：
典型的供電設(shè)備包括變壓器。變壓器是當(dāng)電負(fù)載加到次級(jí)線圈時(shí) 通過(guò)時(shí)變磁場(chǎng)將電能從初級(jí)線圈轉(zhuǎn)移到次級(jí)線圏的電氣裝置。變壓器 用于各種各樣的應(yīng)用中，例如用于電子設(shè)備和兒童玩具的市電功率傳 遞，且出現(xiàn)有非常大到微小的各種不同的尺寸。
傳統(tǒng)的變壓器包括芯，該芯由鐵或某些其它含鐵材料制成，其具 有環(huán)的形狀。在芯的一側(cè)，電線盤(pán)繞在4^芯的周?chē)?，且?yīng)用初級(jí)電壓 或市電電壓。芯的這側(cè)稱(chēng)為初級(jí)。初級(jí)的對(duì)面是稱(chēng)為次級(jí)的類(lèi)似布置。 通過(guò)變化線圏中電線的匝凄t，更明確地變化初級(jí)與次級(jí)的匝凄t比，電 壓可根據(jù)所需的用途和應(yīng)用到次級(jí)的負(fù)載升壓或降壓。
使用鐵芯的變壓器的一個(gè)不足是為獲得必要的性能，該芯不得 不為實(shí)質(zhì)的尺寸和必要的重量。這就導(dǎo)致變壓器體積龐大并難以包 裝。在許多情況中，這些體積龐大的變壓器浪費(fèi)了寶貴的空間，例如 那些直接嵌在市電插頭中的變壓器，使得變壓器妨礙了其它出口，這 與電源板(power strip)或壁裝電源出口 (wall outlet)中的情況一樣。 由于傳統(tǒng)變壓器的重量，必需花費(fèi)額外的努力以便確保該變壓器外殼 適度強(qiáng)硬，以便抵擋正常使用期間可能發(fā)生的電壓降。如果變壓器是 墻式安裝的，由于過(guò)度的重量布置在墻式安裝上，某些應(yīng)用可能是不 適合的。
此外，傳統(tǒng)變壓器中鐵的成本也是不利因素。除了鐵或其它含鐵金屬的直接材料成本之外，傳統(tǒng)變壓器必需制造得更大以容納大的線 圏，迫使使用額外的其它材料(例如塑料)從而增加成本。銅線或其它 導(dǎo)電性材料廣泛地用來(lái)形成初級(jí)和次級(jí)線圈，^v而進(jìn)一步增加傳統(tǒng)的 變壓器成本。
此外，鐵芯固有地保留相當(dāng)大的能量緩沖器，其能夠通過(guò)短路放 電。因?yàn)橐坏┌l(fā)生短路能量就存儲(chǔ)在鐵芯中，這可能需要能量花費(fèi)大 量時(shí)間從系統(tǒng)中耗散，進(jìn)而引起破壞。另外，變壓器可持續(xù)地提供功 率，直到市電功率斷路器跳閘或變壓器本身失效或短路去除為止。
傳統(tǒng)的變壓器供電設(shè)備是不可調(diào)低的，原因是它們固定匝數(shù)的電 線僅對(duì)于設(shè)定輸出電壓來(lái)升壓或降壓輸入電壓。因此，如果需要調(diào)低， 帶有變壓器的供電設(shè)備不是供電設(shè)備的理想選擇。例如，在照明情況 下，在許多應(yīng)用中不是總是需要滿光強(qiáng)度，比如在安全照明的情況下。 安全照明可設(shè)置成以小于正常運(yùn)行的全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，然后如果連接到系 統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)傳感器探測(cè)到例如運(yùn)動(dòng)就切換到全功率。此操作將保存能 量，同時(shí)還為出現(xiàn)和安全提供照明。不幸地是，帶有傳統(tǒng)變壓器的供 電設(shè)備在本申請(qǐng)中不可用。
經(jīng)過(guò)一段距離的電壓降困擾帶有傳統(tǒng)變壓器的供電設(shè)備。以景觀 照明作為示例，變壓器位于市電電源附近，且供電線路與其連接。線 路自供電設(shè)備延伸，直到它終止于某距離外，例如50英尺。燈提供 成使用連接器(其穿入電線以形成電連接)而夾牢到供電線路。這樣 一來(lái)，燈的位置就可根據(jù)特別景觀應(yīng)用而變化。與任何電線一樣，供 電線路具有某電阻。因此在供電線路末端測(cè)量的電壓將比位于鄰近變 壓器的點(diǎn)低。由于具有傳統(tǒng)變壓器的供電設(shè)備，操作指南推薦將燈置 于沿供電線路稍微相等的距離處，以便補(bǔ)償電線的電阻影響。然而， 特別景觀應(yīng)用可要求多數(shù)或所有燈向著供電線路的末端安裝。帶有傳 統(tǒng)變壓器的供電設(shè)備可能很難充分地為燈供電，并且在非常末端的燈 可能昏暗或根本未能照明。這種情形是不合需要并將不必要的限制設(shè) 置在景觀照明或其它應(yīng)用上。鐵芯變壓器的另 一個(gè)缺點(diǎn)是不能補(bǔ)償市電電壓的波動(dòng)。如果有功 率尖峰或下跌，鐵芯變壓器就不能配備用來(lái)保護(hù)它正在供電的器件， 這可能導(dǎo)致永久性損傷。在帶有傳統(tǒng)的變壓器的供電設(shè)備中不存在探 測(cè)功率波動(dòng)的邏輯或電路。由于許多現(xiàn)代電子器件對(duì)這種功率波動(dòng)敏

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明才是供具有共振空心變壓器(resonant air core transformer) 的供電設(shè)備，該變壓器克服傳統(tǒng)鐵芯變壓器的多個(gè)缺點(diǎn)，同時(shí)提供額 外的先前不可獲得的特征。在一個(gè)實(shí)施例中，變壓器包括無(wú)芯式并被 不具有任何鐵芯的氣隙所分開(kāi)的成對(duì)初級(jí)和次級(jí)線圈。
在一個(gè)實(shí)施例中，供電設(shè)備包括獨(dú)立的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)電路。通 過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圏之間的電感耦合提供功率的無(wú)線傳輸，并且通 過(guò)隔離電路提供控制信號(hào)的無(wú)線傳輸。在一個(gè)實(shí)施例中，隔離電路包 括一個(gè)或多個(gè)光耦合器或光隔離器。
在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)側(cè)電路產(chǎn)生AC輸出。在此實(shí)施例中，次 級(jí)側(cè)電路可包括用于整流變壓器輸出的電路和用于產(chǎn)生處于期望頻 率和電壓的AC輸出的開(kāi)關(guān)電路。次級(jí)側(cè)電路可包括用于測(cè)量次級(jí)側(cè) 開(kāi)關(guān)電路的輸出電壓并調(diào)節(jié)次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的占空比以控制平均電 壓的電i 各。
在一個(gè)實(shí)施例中，初級(jí)側(cè)控制電3各可通過(guò)隔離電if各調(diào)節(jié)次級(jí)側(cè)開(kāi) 關(guān)電路的占空比。在此實(shí)施例中，次級(jí)側(cè)電路可包括測(cè)量電路，該測(cè) 量電路測(cè)量次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路輸出的電壓和/或電流并將相應(yīng)信號(hào)發(fā)送 給初級(jí)側(cè)電路中的控制電路。這信號(hào)可送到隔離電路。初級(jí)側(cè)控制電 路可按測(cè)量電壓和/或電流的函數(shù)來(lái)控制次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的占空比。控 制電3各還可監(jiān)一見(jiàn)自測(cè)量電鴻4妄收的測(cè)量電流以尋找過(guò)流情況的存在。 控制電路可以重置、停用或以其它方式響應(yīng)過(guò)流情況的存在。
在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)側(cè)電路產(chǎn)生DC輸出。在此實(shí)施例中，次級(jí)側(cè)電路可包括用于整流次級(jí)線圈的AC輸出的整流器。整流器的輸
出可被傳遞過(guò)過(guò)濾電路和/或穩(wěn)壓器。
在DC輸出實(shí)施例中，次級(jí)側(cè)電路可包括測(cè)量電路，該測(cè)量電路 測(cè)量次級(jí)側(cè)輸出的電壓和/或電流并通過(guò)隔離電路將相應(yīng)信號(hào)發(fā)送給 初級(jí)側(cè)電路中的控制電路。初級(jí)側(cè)控制電路可控制作為測(cè)量電壓和/ 或電流函數(shù)的初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路(例如，頻率或占空比)。控制電路還可 監(jiān)視自測(cè)量電路接收的測(cè)量電流以尋找過(guò)流情況?？刂齐娐房梢灾?置、停用或其它方式響應(yīng)過(guò)流情況的存在。
在AC-和DC-輸出實(shí)施例中，控制電路可被編程為用來(lái)保持次級(jí) 側(cè)輸出在特定電壓設(shè)定點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可包括具有一個(gè) 或多個(gè)遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器的供電設(shè)備調(diào)諧系統(tǒng)，該電壓監(jiān)視器允許電壓
設(shè)定點(diǎn)被調(diào)節(jié)以補(bǔ)償從次級(jí)側(cè)輸出到負(fù)載延伸的供電線路的電阻變 化，這些調(diào)節(jié)可在安裝或其它時(shí)候期間作出。遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器可以是 無(wú)線的，并將無(wú)線信號(hào)提供給收集信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)上的控 制軟件的基站(base)。軟件可提供表示因供電線路所造成的功率損耗的 信息，以允許電壓設(shè)定點(diǎn)被調(diào)節(jié)以補(bǔ)償損耗。例如，在景觀照明應(yīng)用 中，多個(gè)燈沿供電線路安裝， 一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程電壓監(jiān)-見(jiàn)器可用來(lái)測(cè)量 各燈處的電壓。在相當(dāng)大功率損耗被發(fā)現(xiàn)的情況下，供電設(shè)備的電壓 設(shè)定點(diǎn)可按測(cè)量功率損耗的函數(shù)而增加，以提供在多個(gè)燈之間產(chǎn)生期 望平衡的電壓。
空心變壓器不以與有芯變壓器相同的方式存儲(chǔ)能量。因此如果一 旦發(fā)生短路，感應(yīng)線圏的初級(jí)側(cè)可比鐵芯變壓器反應(yīng)快得多，并且保 留在空心變壓器感應(yīng)線圈的次級(jí)側(cè)中的能量迅速地消散。在傳統(tǒng)鐵芯 變壓器中，這種故障探測(cè)能力和快速恢復(fù)是不存在的。因此，如果短 路發(fā)生，傳統(tǒng)變壓器可繼續(xù)提供功率直到線路斷路器跳閘或短路的起 因被去除為止。這種情況是不合需要的同時(shí)也是潛在危險(xiǎn)的。在許多 應(yīng)用中，傳統(tǒng)變壓器用于更具有短路可能性的應(yīng)用中。例如，在戶(hù)外 照明應(yīng)用中，接線的燈通過(guò)變壓器供電。供電電線埋置在景觀內(nèi)，但暴露于水和元素中。由于在景觀區(qū)域中燈的位置，供電電線更可能處 于銳利工具(用于照料臨近植物)的危險(xiǎn)?？梢韵氲降氖牵J利工具 能剪或破壞供電電線從而導(dǎo)致短路情況。由于本文所公開(kāi)的空心變壓 器的快速響應(yīng)，要是這種事件發(fā)生，線路上的電壓就會(huì)相當(dāng)迅速地被 停止。
共振空心變壓器的另一個(gè)特征是供電設(shè)備補(bǔ)償引入電線電壓降 的能力。使用集成到空心變壓器的電路，電壓降得以補(bǔ)償，以允許負(fù) 載離供電設(shè)備一段距離的設(shè)置。電路通過(guò)檢測(cè)置于其上的負(fù)載(包括供 電線路的電阻因素)確定最佳頻率。因此，相對(duì)于供電線路上遠(yuǎn)離變壓 器而群聚的那些負(fù)載，供電設(shè)備能將同樣的功率提供給變壓器附近群 聚的負(fù)載。
共振空心變壓器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠迅速地調(diào)節(jié)和補(bǔ)償市電 電壓的波動(dòng)。如果發(fā)生功率尖峰或下跌，供電設(shè)備容易探測(cè)并調(diào)整次 級(jí)側(cè)電壓以防止不足或過(guò)電壓狀況。供電設(shè)備的邏輯或電路檢測(cè)市電 電壓的變化并適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)努力以保護(hù)任何拉著負(fù)載的附加器件。因 此，共振空心變壓器幫助保護(hù)器件避免由于市電功率不正常而破壞。
供電設(shè)備的另 一個(gè)特征是它能夠使用控制電路進(jìn)行軟啟動(dòng)，以減 少電子器件上的啟動(dòng)壓力。軟啟動(dòng)是爬升或'隻慢增加供給器件的功率 以便避免破壞它的能力。許多靈敏的現(xiàn)代設(shè)備需要或從軟啟動(dòng)中得到 好處，并且如果不使用軟啟動(dòng)可能會(huì)被破壞。另外，軟啟動(dòng)可通過(guò)施 加較少的壓力在通電元件上來(lái)延長(zhǎng)許多器件的使用壽命。
供電設(shè)備的另一個(gè)特征是它的調(diào)低能力。由于控制電路，即便電 線臣數(shù)比固定，輸出電壓也是可調(diào)整的。因此，例如在照明應(yīng)用中， 連接到空心變壓器的燈可從全亮度調(diào)暗到完全不點(diǎn)亮。
空心變壓器還可在比傳統(tǒng)變壓器更高的環(huán)境溫度下運(yùn)行。傳統(tǒng)的 鐵芯變壓器不能在明顯超出環(huán)境室溫的溫度下運(yùn)行。由于空心變壓器 的自加熱功效，它缺乏大的導(dǎo)電鐵芯，當(dāng)相比較傳統(tǒng)變壓器時(shí)，運(yùn)行 溫度顯著地降低到接近某些實(shí)施例中的環(huán)境溫度。此溫度降低是有利的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)變壓器的額外熱是浪費(fèi)的能量，并在暴露在傳統(tǒng)變壓器 的高運(yùn)行溫度時(shí)，可對(duì)位于附近的電子器件或其它產(chǎn)品施加有害的影 響。此外，鐵芯變壓器必須設(shè)計(jì)成容納其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所伴隨的熱，這就增 加了成本。
供電設(shè)備還可包括過(guò)流保護(hù)電路，這有助于保護(hù)它自身和任何吸 取功率的器件。如果發(fā)生過(guò)流情況，例如增加太多的景觀燈到供電線 路，當(dāng)脈寬調(diào)制占空比到達(dá)預(yù)定水平時(shí)，變壓器可瞬間地停止之后軟 啟動(dòng)開(kāi)始。在此示例中，燈將在減少的功率輸出下閃爍，直到過(guò)電流 狀況解決。在其它情況下，可使用其它信令方式，例如可聽(tīng)音調(diào)或如 應(yīng)用所需的其它指示物。
為了更好地理解本發(fā)明，連同其它和進(jìn)一步特征以及其優(yōu)點(diǎn)，可 結(jié)合附圖參考下列描述，并且本公開(kāi)內(nèi)容的范圍將在權(quán)利要求中提 出。
容易理解的是，如本文圖形所大概描述和圖示的一樣，本公開(kāi)的 元件可布置和設(shè)計(jì)在很多種的不同配置中。因此，下文的本公開(kāi)的裝 置、系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的更具體描述(如在附圖中表示的 一樣)不是 意圖限制如權(quán)利要求的本公開(kāi)的范圍，而僅僅是本公開(kāi)所選實(shí)施例的 代表。
整個(gè)說(shuō)明書(shū)提及的"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例"(或類(lèi)似的)表示 與實(shí)施例有關(guān)的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本公開(kāi)至少一個(gè)實(shí)施例 中。因此，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中多個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)"在一個(gè)實(shí)施例中" 或"在實(shí)施例中"并不必然全指相同的實(shí)施例。
此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的方式結(jié)合到一 個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。在下列描述中，提供了許多詳細(xì)細(xì)節(jié)(例如示例) 以提供全面了解本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 本^Hf可在不需要一個(gè)或多個(gè)這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施，或者在需 要其它方法、元件、材料等的情況下實(shí)施。在其它情況中，為避免模 糊本公開(kāi)的方面，眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作就不再示出或加以詳細(xì)地描述。
通過(guò)參考附圖將最好地理解本公開(kāi)圖示的實(shí)施例，其中，全部中 相同的元件用相同的數(shù)字或其它標(biāo)簽表示。下列描述僅僅是意在通過(guò) 示例方式，并簡(jiǎn)單地圖示了與本文所權(quán)利要求的公開(kāi)內(nèi)容一致的器 件、系統(tǒng)和過(guò)程的某些選擇實(shí)施例。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的供電設(shè)備的框圖2是空心變壓器的分解透^L圖3是空心變壓器的橫斷面視圖4是適于提供DC功率輸出的備選供電設(shè)備的框圖5是用于供電設(shè)備軟件的主對(duì)話視窗的示意圖6是用于供電設(shè)備軟件的EEPOM配置對(duì)話視窗的示意圖7是具有遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器的備選實(shí)施例的框圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的供電設(shè)備的電路圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有空心變壓器20 的供電設(shè)備10的圖。供電設(shè)備10 —般地包括初級(jí)側(cè)電路12和次級(jí) 側(cè)電路14。如圖2中可能最佳示出，初級(jí)側(cè)電路12包括初級(jí)線圈16， 次級(jí)側(cè)電3各14包括次級(jí)線圈18。初級(jí)線圈16和次級(jí)線圈18協(xié)力以 形成變壓器20。變壓器20可以是無(wú)芯的。初級(jí)側(cè)電路12—4殳地還包 括控制器22、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24和開(kāi)關(guān)電路26?？刂齐娐?2控制開(kāi)關(guān) 驅(qū)動(dòng)器24的運(yùn)行，其反過(guò)來(lái)控制功率到初級(jí)線圏16的應(yīng)用。次級(jí)側(cè) 電路14一般地包括整流器28、開(kāi)關(guān)電路30、測(cè)量電路32、隔離電路 34和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器36。次級(jí)側(cè)電路14的輸出可應(yīng)用到負(fù)載L。次級(jí)側(cè) 電路14的輸出由控制電路22控制。測(cè)量電路32通過(guò)隔離電路34將 關(guān)于到次級(jí)側(cè)電路14的輸出的信息提供給控制電路22?？刂齐娐?2分析測(cè)量電路32所提供的信息，并通過(guò)隔離電路34控制開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器 36的操作。
圖1的實(shí)施例現(xiàn)在將關(guān)于供電設(shè)備10的運(yùn)行概況作更詳細(xì)地描 述。通常范圍內(nèi)(例如80-270 VAC)的線路市電電壓供應(yīng)到線路濾波器 和AC市電整流器37。為了^^開(kāi)的目的，本發(fā)明關(guān)于在80-270 VAC 的線路市電電壓上運(yùn)行的供電設(shè)備進(jìn)行描述。本發(fā)明可輕易地適于提 供來(lái)自很多種備選AC和DC電源的AC或DC功率。線路濾波器去 除任何不想要的可能存在于市電電壓上的電噪聲，并有助于防止電噪 聲自變壓器發(fā)出，并且整流器將VAC轉(zhuǎn)變?yōu)閂DC。很多種濾波電路 和整流電路對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的，因此特定的線路濾波器 /AC市電整流器電路將不再進(jìn)行詳細(xì)地描述。只要圖示實(shí)施例的線路 濾波器/AC市電整流器37本質(zhì)上是能對(duì)進(jìn)來(lái)的線路市電功率提供期 望濾波和整流的任何線路濾波和整流電路就夠了 。
在圖示的實(shí)施例中，DC電壓在用于兩個(gè)元件一開(kāi)關(guān)電源38和半 橋開(kāi)關(guān)電路26—的大約113-382 VDC處離開(kāi)線路濾波器/AC電源整流 器37。開(kāi)關(guān)電源38接收113-382 VDC并處理它到期望水平，例如13 VDC。很多種開(kāi)關(guān)電源對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的，因此圖示實(shí) 施例的開(kāi)關(guān)電源將不再進(jìn)行詳細(xì)描述。開(kāi)關(guān)電源38本質(zhì)上可以是任 何開(kāi)關(guān)電源或其它電路元件，該電路元件能夠自線路濾波器/AC市電 整流器37的輸出產(chǎn)生用于開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24和控制電路22的DC功率。
控制電路22由開(kāi)關(guān)電源38產(chǎn)生的VDC供電，并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形， 該驅(qū)動(dòng)波形被發(fā)送到開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24并發(fā)送到隔離電路34。在一個(gè)實(shí) 施例中，控制電路22包括能產(chǎn)生初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)波形的微控制 器35(見(jiàn)圖8)。在圖示的實(shí)施例中，微控制器35被編程以用來(lái)實(shí)現(xiàn)本 文描述的各種特征和功能。如果需要話，微控制器35的特定特征和 功能可備選地在模擬電路元件中實(shí)現(xiàn)。然后開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24放大自控 制電路22發(fā)送來(lái)的驅(qū)動(dòng)波形，并將這些新放大的波形發(fā)送給半橋開(kāi) 關(guān)電路26。在圖示實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24可為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)成起驅(qū)動(dòng)器作用的微處理器?？蓚溥x地，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24實(shí)質(zhì)上是任何能夠充 分放大驅(qū)動(dòng)波形并將其應(yīng)用到初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路26的電路。
初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電3各26可包括具有第 一場(chǎng)效應(yīng)管(FET)和第二 FET的 半橋開(kāi)關(guān)電路，該第一FET具有連接到高壓軌的漏極和連接到儲(chǔ)能電 路21的源極，該第二FET具有連接到儲(chǔ)能電路21的漏極和接地的源 極。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24連接到兩個(gè)FET的柵極，以根據(jù)驅(qū)動(dòng)波形選擇性 地將儲(chǔ)能電路連接到高壓軌和地。
圖示實(shí)施例的儲(chǔ)能電路21是串聯(lián)共振儲(chǔ)能電路，該儲(chǔ)能電路一 般地包括初級(jí)線圏16和電容器17?？蛇x擇初級(jí)線圈16和電容器17, 使得儲(chǔ)能電路21在預(yù)期頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)大致處于共振。如果需要 的話，電容器17可以是可變電容器和/或初級(jí)線圈16可以是可變指示 器，以為儲(chǔ)能電路21提供可調(diào)共振頻率。盡管關(guān)于串聯(lián)共振儲(chǔ)能電 路進(jìn)行了描述，電源10可包括備選儲(chǔ)能電路，例如并聯(lián)共振儲(chǔ)能電 路。
在操作中，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24可交替地閉合和斷開(kāi)半橋開(kāi)關(guān)電路26 的第一和第二FET,以交替地連接串聯(lián)共振初級(jí)線圏16和電容器(電 感耦合線圏的"初級(jí)，，半部)在高壓DC (113-382 VDC)軌和地之間。 所得交流電(AC)流入感應(yīng)線圈的初級(jí)部分。通過(guò)使用半橋26的電路 元件，發(fā)送給初級(jí)線圈16的驅(qū)動(dòng)波形可使用頻率或占空比調(diào)制來(lái)調(diào) 節(jié)。
感應(yīng)線圏的第二半(在這實(shí)施例中是次級(jí)中心抽頭線圈18)放置在 初級(jí)線圏16所創(chuàng)建的磁場(chǎng)內(nèi)。 一旦次級(jí)線圈18在范圍內(nèi)(但不直接電 接觸)，電感耦合被獲得并且功率自初級(jí)線圏16傳送到次級(jí)線圏18, 在線圈之間不存在芯或直接的電氣連接，因此與提供的市電電隔離。
從初級(jí)線圏16接收的AC電流從次級(jí)線圈18傳遞到全波整流器 28。盡管可使用半波整流器，但全波整流器更有效率，因?yàn)锳C波形 的兩個(gè)分量變換為DC。然而，變換的DC電壓不是常數(shù)，并且為了 得到恒定DC電壓需要進(jìn)一步的處理。通過(guò)使用線性調(diào)整器40，離開(kāi)
14整流器28的變換DC電壓穩(wěn)定到常量12 VDC。線性調(diào)整器對(duì)本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言是已知的，因此不作詳細(xì)地描述。只要線性調(diào)整器40 本質(zhì)上可選自任何線性調(diào)整器電路或能提供期望調(diào)整水平的其它電 路就夠了。
來(lái)自線性調(diào)整器40的該恒定12 VDC用來(lái)對(duì)變壓器次級(jí)側(cè)上的 隔離電路34、測(cè)量電路32和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器36供電?？刂齐娐?2由來(lái) 自開(kāi)關(guān)電源38的13 VDC供電并將驅(qū)動(dòng)波形提供給開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24， 該控制電路22還將驅(qū)動(dòng)波形提供給隔離電路34。然后，隔離電路34 將這些隔離的驅(qū)動(dòng)波形傳遞給開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器36,在這里它們被放大。隔 離電路34可以是本質(zhì)上任何能將來(lái)自次級(jí)側(cè)電路14的信號(hào)傳遞給初 級(jí)側(cè)電路12而沒(méi)有直接電氣連接的電路或電路元件。在圖示的實(shí)施 例中，隔離電路34包括兩個(gè)光耦合器(或光隔離器)，其中， 一個(gè)將來(lái) 自測(cè)量電路32的信號(hào)傳遞給控制電路22， 一個(gè)將來(lái)自控制電路22的 驅(qū)動(dòng)波形傳遞給次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器36。
現(xiàn)已放大的驅(qū)動(dòng)波形使開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器36交替地連接全H橋開(kāi)關(guān)電 路30，該開(kāi)關(guān)電路30調(diào)制未經(jīng)調(diào)整(非恒定)的自全波整流器28供回 到低壓AC調(diào)整波形的DC電壓。測(cè)量電路32監(jiān)視和報(bào)告來(lái)自全H 橋開(kāi)關(guān)電路30的低壓AC輸出。測(cè)量電路32可包括電壓傳感器(未示 出)和電流傳感器(未示出)。測(cè)量電路32的電壓傳感器的輸出由控制 電路22處理，并用來(lái)確定待發(fā)送給全H橋開(kāi)關(guān)電路30的波形。在圖 示的實(shí)施例中，控制電路22被編程為試圖將供電設(shè)備10輸出保持在 固定電壓。此電壓以電壓設(shè)定點(diǎn)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果測(cè)量電路32 所測(cè)量的電壓比電壓設(shè)定點(diǎn)高，控制電路22將減少應(yīng)用到次級(jí)側(cè)開(kāi) 關(guān)驅(qū)動(dòng)器36的驅(qū)動(dòng)波形的占空比。占空比的減少反過(guò)來(lái)將減少輸出 電壓。類(lèi)似地，如果測(cè)量電路32所測(cè)量的電壓低于電壓設(shè)定點(diǎn)，控 制電路22將增加應(yīng)用到次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器36的驅(qū)動(dòng)波形的占空比。 測(cè)量電路32的電流傳感器的輸出由控制電路22處理以確定次級(jí)側(cè)輸 出是否處于過(guò)流或不足電流(undercurrent)狀態(tài)。如果這樣，控制電路22可采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)，比如切斷或重置供電設(shè)備。可備選地，控 制電路22也可或者備選地可以激活過(guò)流或不足電流信號(hào)，例如警示 燈(LED)或聲音報(bào)警信號(hào)。
控制電路22可被編程以用來(lái)提供額外的如期望的功能。例如， 控制電路22可被編程為有選擇地按比例增加或按比例減少供電設(shè)備 10的輸出電壓或輸出功率。為了完成此功能，控制電路22可調(diào)節(jié)應(yīng) 用到初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電i 各中之一或二者的驅(qū)動(dòng)波形，例如通過(guò)變 化頻率和/或其一或二者驅(qū)動(dòng)波形的占空比。在景觀照明應(yīng)用的情況 下，此項(xiàng)功能允許景觀燈可被選擇性地調(diào)暗。此項(xiàng)功能允許在其它應(yīng) 用中交替控制操作。例如，此項(xiàng)功能可用來(lái)控制應(yīng)用中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， 其中，負(fù)載包括電動(dòng)機(jī)。此外，此項(xiàng)功能允許電源具有"軟啟動(dòng)，，， 其中給負(fù)載L的功率慢慢地爬升。
變壓器20的設(shè)計(jì)和配置可隨不同的應(yīng)用而變化。然而，在圖示 的實(shí)施例中，變壓器20是具有夾在分裂次級(jí)線圈(split secondary coil) 18之間的初級(jí)線圈16的空心變壓器。圖2是此實(shí)施例的變壓器20的 分解圖，其示出了具有位于初級(jí)線圈16對(duì)立側(cè)上的第一線圈段18a 和第二線圏段18b的次級(jí)線圈18。第一線圈段18a可電連接到第二線 圈段18b，如以連接點(diǎn)A到點(diǎn)A，的虛線表示?，F(xiàn)在參考圖3，其示出 了一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)線圏的橫斷面。如圖所示，圖示的感應(yīng)線圈構(gòu)建 在層中，并在很大程度上與具有相似內(nèi)徑和外徑的線圈彼此共同延 伸。在這實(shí)施例中，初級(jí)線圈16是260 x 38絞合電線的螺旋纏繞， 并夾在分裂的次級(jí)螺旋線圈段18a和18b之間，在這實(shí)施例中，線圈 段18a和18b由弁20 AWG磁導(dǎo)線制成。盡管圖示的實(shí)施例包括夾在分 裂的次級(jí)線圈段18a和18b之間的初級(jí)線圈16，但備選地初級(jí)線圈16 也可被分裂。例如，次級(jí)線圈18可包括夾在初級(jí)線圈的分裂的線圏 段之間的單線圈。然而，初級(jí)線圈16或次級(jí)線圈18不必要被分裂。
初級(jí)線圈和次級(jí)線圈16和18各自^皮此鄰近地布置，或它們可交 織，但由小的間隙隔開(kāi)并保持在環(huán)氧基粘合劑中，或印制在電路板中。盡管線圏之間的空間或氣隙可以非常小，仍然具有足夠的空間以允許 如本文所公開(kāi)的隔離保護(hù)，這與傳統(tǒng)的鐵或金屬芯變壓器相反。如果 需要的話，線圈可依賴(lài)于用以提供期望電隔離所必需的間隙的絕緣而 彼此直接緊靠設(shè)置。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的供電設(shè)備的電路圖。不同的支電路一 起成組并用與圖1中的實(shí)施例描述相一致的參考數(shù)字標(biāo)識(shí)。如圖所示，
電路圖包括線路濾波器/AC市電整流器37、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24、初級(jí)側(cè)開(kāi) 關(guān)電路26、具有初級(jí)線圏16和并聯(lián)電容器17的儲(chǔ)能電路21、次級(jí) 線圈16、整流器28、開(kāi)關(guān)電路30、測(cè)量電路32、隔離電路34a和34b、 次級(jí)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器36和線性調(diào)整器40。然而圖8的實(shí)施例不同，因?yàn)?測(cè)量電路32并未經(jīng)由隔離電路32連接到控制電路22。相反地，測(cè)量 電路32直接連接到控制電路22。這在圖1中以虛線D表示。測(cè)量電 路32可通過(guò)在測(cè)量電路32和控制電路22之間添加隔離器(例如光耦 合器或光隔離器)與控制電路22隔離。此外，圖8的元件34a和34b 可起電平位移器的作用。
現(xiàn)在參考圖4,示出了空心變壓器的備選實(shí)施例的圖。在這實(shí)施 例中，AC市電電壓通過(guò)供電設(shè)備IO，轉(zhuǎn)變到調(diào)整的DC電壓。以DC 電壓作為輸出對(duì)于某些應(yīng)用是理想的，例如用于太陽(yáng)能電池和它們的 蓄電池、任何類(lèi)型的電池、汽車(chē)應(yīng)用、電話和其它通信設(shè)備、燃料電 池和運(yùn)輸系統(tǒng)(例如地鐵或其它電動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng))。此實(shí)施例中的許多元 件與圖l中的實(shí)施例類(lèi)似。因此，相同的元件將用相同的參考數(shù)字來(lái) 標(biāo)識(shí)，僅有那些不相似的元件將得到詳細(xì)地描述。
對(duì)于太陽(yáng)能電池應(yīng)用，變壓器可集成到增補(bǔ)太陽(yáng)能電池蓄電池的 系統(tǒng)中。用于太陽(yáng)能系統(tǒng)中的蓄電池一般是DC,但如果使用AC蓄 電系統(tǒng)，則可以替換本文所公開(kāi)的AC共振空心變壓器。功率需求在 時(shí)間段期間變化，這就意味著電功率的成本也變化。照這樣，共振空 心變壓器可用來(lái)在非峰值和/或非需求量階段(例如早晨時(shí)間)再充電太 陽(yáng)能系統(tǒng)蓄電池。其它再充電階段可基于成本或電網(wǎng)容量決定。照這樣，以DC或AC形式的共振空心變壓器能增強(qiáng)太陽(yáng)能電池系統(tǒng)。
對(duì)于運(yùn)輸系統(tǒng)，其中許多是在DC功率上運(yùn)轉(zhuǎn)，但某些也使用 AC，共振空心變壓器也非常適合將電功率提供給這些運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng) 部分、車(chē)載蓄電池和系統(tǒng)。按比例增加空心變壓器，和包括策略性布 置在地鐵或輕軌系統(tǒng)周?chē)亩鄠€(gè)變壓器，例如，電力可提供給運(yùn)輸車(chē) 輛電動(dòng)機(jī)、燈、溫度控制和其它具有上述公開(kāi)屬性的系統(tǒng)。如此一來(lái)， 共振空心變壓器的緊密度，例如，是一個(gè)考慮了較小的運(yùn)輸支持占地 面積的優(yōu)點(diǎn)。在市區(qū)，空間是非常寶貴的，為變壓器留出大的空間(以 及它們需要的安全區(qū)域)通過(guò)共振空心變壓器而被避免。
現(xiàn)在將關(guān)于供電設(shè)備IO，的運(yùn)行概況描述圖4中的實(shí)施例。通常 范圍(例如80-270 VAC)內(nèi)的線路市電電壓供應(yīng)到線路濾波器和AC市 電整流器37，。線路濾波器去除任何可能存在于市電電壓上的不想要 電噪聲，并有助于阻止電噪聲自變壓器發(fā)出，并且整流器將VAC變 換為VDC。
DC電壓為兩個(gè)元件一開(kāi)關(guān)電源38，和半橋開(kāi)關(guān)電路26，一在大約 113-382 VDC處離開(kāi)線路濾波器/AC市電整流器37，。開(kāi)關(guān)電源38，接 收113-382 VDC并處理它到期望水平，例如13 VDC。
控制電路22，由開(kāi)關(guān)電源38，產(chǎn)生的VDC供電，并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形， 該驅(qū)動(dòng)波形被發(fā)送到開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24，。然后開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器24，使用來(lái)自開(kāi) 關(guān)電源38，的電力放大驅(qū)動(dòng)波形，并將這些新放大的波形發(fā)送到半橋 開(kāi)關(guān)電路26'。
半橋的開(kāi)關(guān)電路交替地連接儲(chǔ)能電路21，(例如，串聯(lián)共振初級(jí)線 圈和電容器)在高壓DC (113-382 VDC)軌和地之間。所得交流電流(AC) 流入感應(yīng)線圈的初級(jí)部分。使用半橋的電路元件，發(fā)送到初級(jí)線圈16， 的驅(qū)動(dòng)波形可^f吏用頻率或占空比調(diào)制來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
感應(yīng)線圏的第二半(在本實(shí)施例中是次級(jí)中心抽頭線圏18')放置 在初級(jí)線圏16，所創(chuàng)建的磁場(chǎng)內(nèi)。 一旦次級(jí)線圏18，在范圍內(nèi)(但不直 接電接觸)，獲得電感耦合并且功率自初級(jí)線圏16，傳送到次級(jí)線圈
1818，，在圖示的實(shí)施例中的之間留下"空心"。
>^人初級(jí)線圈16，接收的AC電流從次級(jí)線圈18，傳遞到全波整流器 28，。盡管可以使用半波整流器，但全波整流器卻更有效率，因?yàn)锳C 波形的兩個(gè)分量被變換為DC。然而，變換的DC電壓不是常數(shù)，并 且為了恒定DC電壓需要進(jìn)一步的處理而受益。次級(jí)側(cè)電路14，可包 括線性調(diào)整器40，以穩(wěn)定變換的DC電壓并提供12 VDC。來(lái)自線性調(diào) 整器40，的恒定12 VDC用來(lái)給變壓器20，的次級(jí)側(cè)上的隔離電路34， 和測(cè)量電路32'供電。
未調(diào)整的DC電壓可連接到可選電壓調(diào)整器31',該調(diào)整器31'將 輸入DC電壓調(diào)整到期望DC輸出電壓。各種電壓調(diào)節(jié)器對(duì)本領(lǐng)域技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。電壓調(diào)整器31'實(shí)質(zhì)上可為任何適于在預(yù)期輸入 和輸出功率特性下運(yùn)行的電壓調(diào)整器。如果需要的話，次級(jí)側(cè)電路14， 可包括額外的濾波和修整電路(未示出)以產(chǎn)生用于負(fù)載L的電力。例 如，傳統(tǒng)的過(guò)濾和修整電路可包括在整流器28，和次級(jí)側(cè)輸出之間。 在某些應(yīng)用中，整流器28，所產(chǎn)生的DC功率足能給負(fù)載L供電而無(wú) 需進(jìn)一步修整、濾波或其它處理。在這種應(yīng)用中，可以刪除可選電壓 調(diào)整器31'。
測(cè)量電路32，分析DC輸出電壓，并將數(shù)據(jù)作為電壓和電流反饋 信號(hào)提供給隔離電路34，。這些信號(hào)通過(guò)隔離電路34，傳遞給控制電路 22，以用于分析，并作為對(duì)供應(yīng)在初級(jí)線圈側(cè)上的電流的持續(xù)(或備選 地、周期性的)控制。在一個(gè)實(shí)施例中，控制電路22，監(jiān)視過(guò)流和不足 電流狀況。在此實(shí)施例中，測(cè)量電路32，可包括測(cè)量或以其它方式確 定次級(jí)側(cè)輸出的電流的電流傳感器電路。如果過(guò)電流或不足電流狀況 產(chǎn)生，控制電路22，可采取上文關(guān)于圖1中的實(shí)施例所描述的適當(dāng)活 動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制電^各22，可備選地或另外監(jiān)^L次級(jí)側(cè)輸 出的電壓。如果電壓太高或太低，控制電路22'可采取補(bǔ)救行動(dòng)。例 如，如果電壓太低，控制電路22，可改變應(yīng)用到初級(jí)線圏16的驅(qū)動(dòng)波 形。這可包括改變驅(qū)動(dòng)波形的占空比或頻率。更具體地，如果測(cè)量電壓太低，控制電路22，可增加占空比和/或應(yīng)用到初級(jí)線圈16的驅(qū)動(dòng)波 形的頻率，并且如果測(cè)量電壓太高，控制電路22，可減少占空比和/或 應(yīng)用到初級(jí)線圈16的驅(qū)動(dòng)波形的頻率。
供電設(shè)備10和IO，可包括簡(jiǎn)單的集成用戶(hù)界面，該用戶(hù)界面允許 用戶(hù)搡作供電設(shè)備10和IO，而無(wú)需任何額外的元件輔助。盡管用戶(hù)界 面可在不同的應(yīng)用中變化，在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)界面包括按鈕和發(fā) 光二級(jí)管(LED)。按鈕和LED用來(lái)設(shè)置多種運(yùn)行參數(shù)。使用如以前的 景觀照明示例，當(dāng)用戶(hù)通過(guò)供電電纜將多個(gè)燈連接到空心變壓器時(shí)， 并將變壓器連接到市電電力時(shí)，用戶(hù)界面可使用如下。
供電設(shè)備可選地配備有光電池或其它光測(cè)量器件，其用來(lái)(在這 個(gè)示例中)控制燈何時(shí)應(yīng)當(dāng)被通電和斷電以節(jié)省電流。用戶(hù)通過(guò)接合按 鈕或通過(guò)將供電設(shè)備連接到市電電力而給供電設(shè)備加電。光電池或類(lèi) 似設(shè)備開(kāi)始測(cè)量環(huán)境光水平，并且如果校準(zhǔn)光電池到達(dá)足夠水平的環(huán) 境光時(shí)關(guān)斷這些燈(停止供應(yīng)電力)。
如果用戶(hù)想要開(kāi)啟供電設(shè)備和它所連接的燈，用戶(hù)接合供電設(shè)備 上的按鈕，這將導(dǎo)致供電設(shè)備進(jìn)入配置模式。在此示例中，四個(gè)設(shè)置 是可能的-高(光亮度)、中、低和關(guān)。按鈕的每次按下將引起供電設(shè)備 在下一設(shè)置運(yùn)行。按鈕的第五個(gè)按下將導(dǎo)致返回到第一個(gè)，從而創(chuàng)建 了循環(huán)。因此，如果按紐被壓下三次，電流設(shè)置將低(光亮度)。如果 在白天將設(shè)置設(shè)為所選擇的設(shè)置(如果其中一個(gè)燈處于某強(qiáng)度)，燈將 在白天期間保持被點(diǎn)亮直至緊接的晚上，燈將在第二天在充足的環(huán)境 光時(shí)熄滅。
為了永久地將圖示的實(shí)施例中的供電設(shè)備設(shè)置，在這示例中，通 過(guò)按按紐并維持5秒或更多秒而進(jìn)入開(kāi)啟模式。LED將在50%的占空 比慢慢閃爍以表示開(kāi)啟模式已經(jīng)進(jìn)入。 一旦LED已經(jīng)開(kāi)始閃爍，用戶(hù) 釋放按紐。在這點(diǎn)上，僅在這種開(kāi)啟模式中，按紐以如上方式操作， 該選擇存儲(chǔ)在供電設(shè)備的電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)中。 如果用戶(hù)在5秒內(nèi)不選擇操作模式，供電設(shè)備將缺省到預(yù)定模式(例如高)。然而，如果用戶(hù)在5秒窗口內(nèi)已經(jīng)選擇操作模式，該模式存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器中，并對(duì)于該供電設(shè)備的每一次隨后的激活(每晚)而執(zhí)行該模 式。
如果供電設(shè)備探測(cè)到過(guò)度的電流量(短路)經(jīng)過(guò)該供電設(shè)備線路而 同時(shí)在自動(dòng)(已被編程)模式中，供電設(shè)備將自動(dòng)地去激活這些燈，
并使用LED指示錯(cuò)誤。在此示例中，這種指示是使用系列LED閃爍， 例如頻繁的閃爍之后暫停和另一組頻繁的LED閃爍。
如果供電設(shè)備探測(cè)開(kāi)路(不足電流狀況)，供電設(shè)備將再次去激活， 并使用LED顯示這種狀況的存在。在不足電流情況下，例如顯示單個(gè) LED閃爍之后是長(zhǎng)暫停、重復(fù)。
在正常運(yùn)行中，LED保持被點(diǎn)亮以對(duì)用戶(hù)指示供電設(shè)備正在按所 編程的運(yùn)行，并且沒(méi)有運(yùn)行故障出現(xiàn)。
具有圖形用戶(hù)界面的計(jì)算機(jī)軟件(見(jiàn)圖5和6)可另外或備選地用 來(lái)編程該供電設(shè)備10或IO，以執(zhí)行診斷。供電設(shè)備10或IO，可包括有 線或無(wú)線編程端口 50或50'。該供電設(shè)備可選地裝配有無(wú)線或有線的 啟用與例如便攜式計(jì)算機(jī)或其它類(lèi)似設(shè)備通信的通信連接裝置50。這 種軟件允許空心變壓器的高級(jí)維護(hù)、修補(bǔ)或安裝，并提供更多的有關(guān) 變壓器性能和運(yùn)行狀況的詳細(xì)信息和參數(shù)。
在便攜式計(jì)算機(jī)上， 一旦已經(jīng)建立連接，計(jì)算機(jī)軟件的主要顯示 窗口出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)軟件的一個(gè)實(shí)施例的主要顯示窗口 IOO在圖5中示 出。用戶(hù)可獲得關(guān)于電源的信息并通過(guò)與主要顯示窗口交互而控制它 的運(yùn)4亍參H如才既述如下
串行端口 102—允許用戶(hù)選擇用于通信的端口，在這種情況下， 使用串行計(jì)算機(jī)端口。
狀態(tài)輪詢(xún)間隔104—變壓器用于狀態(tài)信息的輪詢(xún)之間的以毫秒計(jì) 的間隔的顯示。數(shù)字越小，顯示窗口將更新得越快。
連接到器件/從器件按紐106斷開(kāi)連接一該按紐允許用戶(hù)通過(guò)撥 動(dòng)顯示窗口按紐而連接或從變壓器斷開(kāi)連接。輸出頻率108 —示出變壓器的當(dāng)前輸出頻率。
新頻率110—允許用戶(hù)手動(dòng)進(jìn)入變壓器的新頻率的可編輯區(qū)域 (field)。
未變換的ISEC A/D 112—示出了用于校準(zhǔn)目的次級(jí)線圈電流檢 測(cè)峰值探測(cè)器的原始A/D返回的區(qū)域。
次級(jí)電流114一示出了原始A/D值變換為安培(Amps)的結(jié)果 的區(qū)域。
光電池電壓116—給出CdS電池所^探測(cè)的環(huán)境光水平的指示。通 常低電壓指示較多亮，高電壓指示低光。
激活/去激活輸出按紐118—允許用戶(hù)撥動(dòng)變壓器的輸出狀態(tài)。
提交頻率按紐120—發(fā)送新頻率區(qū)域的值給變壓器，并將它指定 為有效頻率。然后輸出頻率區(qū)域更新以顯示新的值。
EEPROM配置4安紐122—發(fā)動(dòng)EEPROM配置對(duì)話框。
現(xiàn)在參考圖6， EEPROM配置對(duì)話框200允許用戶(hù)來(lái)設(shè)置管理變 壓器運(yùn)行的不同參數(shù)。 一些參數(shù)列表如下
電流變換因數(shù)202—用于原始A/D值和估計(jì)的次級(jí)電流(以安培 計(jì))之間的變換的值。
電流偏移量204—用于原始A/D值和估計(jì)的次級(jí)電流(以安培計(jì)) 之間的變換的值。
最大次級(jí)電流206—在去激活和指示短路狀況之前變壓器提供給 次級(jí)線圏的最大電流(以安培計(jì))。
最小次級(jí)電流208—在去激活和指示開(kāi)路狀況之前變壓器提供的 最小電流(以安培計(jì))。
用于自動(dòng)激活的光電池電壓210—如果光電池電壓保持該值長(zhǎng)達(dá) 最小光電池水平堅(jiān)持時(shí)間，變壓器將激活并給燈供電。
用于自動(dòng)切斷的光電池電壓212—上述的反面。通過(guò)將開(kāi)和關(guān)光 電壓水平分成兩個(gè)值，可相對(duì)于光水平開(kāi)發(fā)有用的滯后量，提供期望 光操作。最小光電池水平堅(jiān)持時(shí)間214—在變壓器改變運(yùn)行狀態(tài)之前光電 池電壓必需在自動(dòng)激活閾值之上或在自動(dòng)切斷閾值之下的時(shí)間量。這 考慮了在不干涉變壓器標(biāo)準(zhǔn)操作的情況下環(huán)境光的瞬間變化。例如， 如果過(guò)往車(chē)輛的光引起環(huán)境光的瞬間增加，變壓器將繼續(xù)為燈供電。
頻率上界216—最大頻率，即使在手動(dòng)控制(使用按鈕)下變壓器 在該最大頻率給燈供電。 設(shè)置在安全運(yùn)行水平。 頻率下界218—同上，但是用于下界。
用于高設(shè)置的頻率220—變壓器編程成以該頻率高水平輸出。 用于中設(shè)置的頻率222—用于中等變壓器輸出的頻率。 用于低設(shè)置的頻率224—用于低變壓器輸出的頻率。 活動(dòng)設(shè)置226—示出了變壓器的當(dāng)前運(yùn)行設(shè)置。 在備選實(shí)施例中，本發(fā)明可包括供電調(diào)諧系統(tǒng)300，該調(diào)諧系統(tǒng) 300在調(diào)節(jié)電壓設(shè)置點(diǎn)或供電設(shè)備10或10'的其它運(yùn)行特性方面是有 用的，以便補(bǔ)償沿供電設(shè)備10或10'供電的供電線路的功率損耗。調(diào) 諧系統(tǒng)300 —般地包括基站302、 一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304和 計(jì)算機(jī)306或其它類(lèi)似裝置。在圖示的實(shí)施例中，基站302可配置成 接收來(lái)自遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304的電壓測(cè)量。遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304可用 來(lái)測(cè)量沿供電線路的各個(gè)位置處的電壓，并將所測(cè)量的線路電壓傳送 給基站302。基站302通過(guò)USB連接器連接到計(jì)算機(jī)306，例如便攜 式計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)306運(yùn)行配置成與基站302接口的軟件，并提供指 示從遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304接收的電壓測(cè)量的輸出。軟件可在各個(gè)遠(yuǎn)程 電壓監(jiān)視器304顯示電壓或電壓損耗。通過(guò)查看軟件的輸出，安裝者 能確定沿供電線路的電壓損耗，并改變電壓設(shè)定點(diǎn)以將最佳電壓提供 給負(fù)載。如果需要的話，軟件可編程成評(píng)估電壓損耗，并提供最佳的 電壓設(shè)定點(diǎn)。遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304可用來(lái)在安裝期間或其它時(shí)候期間 測(cè)量電壓損耗。遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304是可移除的或它們可集成到負(fù)載 中。在一個(gè)實(shí)施例中，基站302能夠編程供電設(shè)備10或10，，例如用 以指派該電壓設(shè)定點(diǎn)。在這個(gè)實(shí)施例中系統(tǒng)300包括編程器模組308, 其配置成與供電控制電路22或22'接口，并與基站302通信。編程器 模組308可包括允許編程器模組308與基站302無(wú)線通信的收發(fā)器。 在備選實(shí)施例中，編程器模組308可通過(guò)有線連接耦合到基站302或 計(jì)算機(jī)306。無(wú)論這樣或那樣，運(yùn)行在計(jì)算機(jī)306上的軟件可包括允 許計(jì)算機(jī)306直接或通過(guò)基站302設(shè)置供電設(shè)備10或IO，的電壓設(shè)定 點(diǎn)的功能。盡管關(guān)于供電設(shè)備電壓設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)進(jìn)行了描迷，如果需 要的話，系統(tǒng)300可用來(lái)改變供電設(shè)備IO或IO，的其它運(yùn)行參數(shù)。
在圖示的實(shí)施例中，各遠(yuǎn)程電壓監(jiān)^L器304包括真實(shí)RMS電壓 表以測(cè)量線路電壓，并當(dāng)輪詢(xún)時(shí)能夠?qū)y(cè)量的電壓才艮告給基站302。 例如，遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304和基站302各自可包括RF收發(fā)器。在包 括多個(gè)遠(yuǎn)程電壓監(jiān)-見(jiàn)器304的應(yīng)用中，各電壓監(jiān)一見(jiàn)器304可以唯一的 地址來(lái)標(biāo)記以避免在與基站302的RF鏈路上發(fā)生碰撞。在圖示的實(shí) 施例中，各遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304具有由電路板上一 系列雙列直插式開(kāi) 關(guān)所設(shè)置的地址。在運(yùn)行中，基站302可輪詢(xún)各遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器304 以確定監(jiān)視器304處的線路電壓。盡管圖示實(shí)施例的遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器 304包括無(wú)線通信系統(tǒng)，它們可備選地使用有線連接。
在景觀照明應(yīng)用中，其中多個(gè)燈沿供電線路安裝， 一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn) 程電壓監(jiān)視器304可用來(lái)測(cè)量各燈L的電壓。在其中沿供電線路發(fā)現(xiàn) 明顯功率損耗的情況中，供電設(shè)備的電壓設(shè)定點(diǎn)能按所測(cè)量的電壓的 函數(shù)來(lái)增加，以提供在多個(gè)燈L之間產(chǎn)生最適當(dāng)平衡的電壓設(shè)定點(diǎn)。
如果本文沒(méi)有另外規(guī)定，假定所有專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)、專(zhuān)利出版或 本文提及和引用的其它出版(包括基于網(wǎng)絡(luò)的出版)，其全文通過(guò)引用 結(jié)合于本文中，就好像在本文中對(duì)它們?nèi)闹嘘U述一樣。
盡管本文已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本^^開(kāi)的圖示實(shí)施例進(jìn)行了描述，應(yīng)該 明白的是，本公開(kāi)不限于那些確切的實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 在不脫離如權(quán)利要求所限定的本公開(kāi)的范圍或精神下，可作用到不同的其它變化和修改。權(quán)利要求應(yīng)根據(jù)專(zhuān)利法的原則包括等效原理進(jìn)行 解釋。任何以單數(shù)形式聲稱(chēng)的元件，例如使用冠詞"一"、"一個(gè)，，、 "該"或"所述"，不應(yīng)解釋為將元件限制為單數(shù)形式。
權(quán)利要求
1.一種供電設(shè)備，包括具有控制電路和初級(jí)的初級(jí)側(cè)電路，所述控制電路控制所述供電設(shè)備的運(yùn)行；具有次級(jí)和測(cè)量電路的次級(jí)側(cè)電路；耦合所述初級(jí)側(cè)電路和所述次級(jí)側(cè)電路的隔離電路，所述隔離電路在所述測(cè)量電路和所述控制器之間提供通信，所述控制器配置成用于響應(yīng)來(lái)自所述測(cè)量電路的通信而調(diào)節(jié)所述供電設(shè)備的運(yùn)行。
2. 如權(quán)利要求1所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述初級(jí)和所 述次級(jí)經(jīng)由空心線圈電感耦合。
3. 如權(quán)利要求1所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述初級(jí)側(cè)電 路包括串聯(lián)共振儲(chǔ)能電路，所述儲(chǔ)能電路包括所述初級(jí)和電容器。
4. 如權(quán)利要求1所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè)電 路包括電連接到所述次級(jí)的整流器，所述整流器整流所述次級(jí)中感應(yīng) 產(chǎn)生的功率。
5. 如權(quán)利要求1所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè)電 路包括開(kāi)關(guān)電路。
6. 如權(quán)利要求5所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述控制電路 配置成用于按來(lái)自所述測(cè)量電路的所述通信的函數(shù)而產(chǎn)生對(duì)于所述 次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電^^的驅(qū)動(dòng)波形。
7. 如權(quán)利要求5所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量電路 包括電壓傳感器，所述測(cè)量電路通過(guò)所述隔離電路將測(cè)量電壓傳送給所述控制電路，所述控制電路配置成按所述測(cè)量電壓的函數(shù)而改變對(duì) 于所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的所述驅(qū)動(dòng)波形的占空比。
8. 如權(quán)利要求5所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量電路 包括電流傳感器，所述測(cè)量電路通過(guò)所述隔離電路將測(cè)量電流傳送給 所述控制電^各，所述控制電路配置成如果所述測(cè)量電流表示過(guò)電流或不足電流狀況則采取補(bǔ)救行為。
9. 如權(quán)利要求7所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè)電 流包括電連接到所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，所迷控制電路通 過(guò)所述隔離電路耦合到所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，由此所述控制電路將對(duì)于所 述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的所述驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)用到所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路。
10. 如權(quán)利要求7所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè)電 路包括電連接到所述次級(jí)側(cè)整流器的線性調(diào)整器，所述線性整流器將 功率供給所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、所述測(cè)量電路和所述隔離電路中的至少一 個(gè)。
11. 如權(quán)利要求10所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述初級(jí)和 所述次級(jí)中的至少一個(gè)為分裂線圈，所述分裂線圈包括將所述初級(jí)和 所述次級(jí)中的另 一個(gè)夾在中間的兩個(gè)線圈#殳。
12. —種供電設(shè)備，包括具有控制電路和初級(jí)的初級(jí)側(cè)電路，所述控制電路控制所述供電 設(shè)備的運(yùn)行；具有次級(jí)和開(kāi)關(guān)電路的次級(jí)側(cè)電^各，所述初級(jí)和所述次級(jí)經(jīng)由空 心而電感井禹合；以及耦合所述初級(jí)側(cè)電路和所述次級(jí)側(cè)電路的隔離電路，所述隔離電 路在所述初級(jí)側(cè)電路和所述次級(jí)側(cè)電路之間提供通信，所述控制電路 適于通過(guò)所述隔離電路為所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路提供驅(qū)動(dòng)波形。
13. 如權(quán)利要求12所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè) 電路包括電連接到所述次級(jí)的整流器，所述整流器整流所述次級(jí)中感 應(yīng)產(chǎn)生的功率以產(chǎn)生基本上DC輸出。
14. 如權(quán)利要求13所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè) 開(kāi)關(guān)電路耦合到所述整流器，所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路可操作以自所述 DC輸出產(chǎn)生AC輸出。
15. 如權(quán)利要求14所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè) 開(kāi)關(guān)電路為全H橋開(kāi)關(guān)電路。
16. 如權(quán)利要求15所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè) 電路包含耦合到所述全H橋開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。
17. 如權(quán)利要求16所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)側(cè) 電路包括具有電壓傳感器的測(cè)量電路，所述測(cè)量電路通過(guò)所述隔離電 路將測(cè)量電壓傳送給所述控制電路，所述控制電路配置成按所述測(cè)量 電壓的函數(shù)來(lái)改變對(duì)于所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的所述驅(qū)動(dòng)波形的占空比。
18. 如權(quán)利要求17所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量電 路包括電流傳感器，所述測(cè)量電路通過(guò)所述隔離電路將測(cè)量電流傳送 給所述控制電路，所述控制電路配置成如果所述測(cè)量電流表示過(guò)電流 或不足電流狀況則采取補(bǔ)救行為。
19. 如權(quán)利要求18所述的供電設(shè)備，其特征在于，所述控制電 路通過(guò)所述隔離電路耦合到所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，由此，所述控制電路將 對(duì)于所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的所述驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)用到所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)驅(qū) 動(dòng)器。
20. —種電感耦合器，包括 第一線圏；第二線圈，所述第二線圈包括第一和第二線圈^a，所述第一線圈段和所述第二線圈段置于所述第一線圈的對(duì)立側(cè)上，由此，所述第一 線圏夾在所述第 一線圈段和所述第二線圏段之間。
21. 如權(quán)利要求20所述的電感耦合器，其特征在于，所述第一 線圏、所述第一線圏段和所述第二線圈段基本上共同延伸。
22. 如權(quán)利要求20所述的電感耦合器，其特征在于，所述第一 線圈具有內(nèi)直徑和外直徑，所述第 一線圏段和所述第二線圏段各具有 內(nèi)直徑和外直徑；以及其中，所述第一線圏內(nèi)直徑、所述第一線圏^a內(nèi)直徑和所述第二 線圈段內(nèi)直徑基本上相等，并且所述第一線圈外直徑、所述第一線圈 段外直徑和所述第二線圈段外直徑基本上相等。
23. —種用于建立供電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的方法，所述供電設(shè)備用于 將功率應(yīng)用到供電線路，所述方法包括如下步驟將一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器連接到該供電線路；將來(lái)自該一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器的測(cè)量電壓傳送給基站； 分析該測(cè)量電壓以確定沿該供電線路的功率損耗；以及設(shè)定該供電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以補(bǔ)償該功率損耗。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，所述傳送步驟進(jìn)一步限定為將 來(lái)自該一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器的測(cè)量電壓無(wú)線傳送給該基站。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括步驟將該遠(yuǎn)程電 壓監(jiān)視器引入到負(fù)載，由此該遠(yuǎn)程電源監(jiān)視器與該負(fù)載一起保持耦合 到該供電線路。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括步驟將該基站耦 合到計(jì)算機(jī)運(yùn)行軟件以使該基站和該計(jì)算機(jī)接口 。
27. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述供電設(shè)備進(jìn) 一步限定為用于景觀照明的供電設(shè)備，并且該供電線路進(jìn)一步限定為 用于多個(gè)景觀燈的供電線路；以及其中，所述連接步驟進(jìn)一步限定為在大約至少一個(gè)景觀燈的位 置處將遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器連接到該供電線路。
28. 如權(quán)利要求23所述的方法，所述供電設(shè)備進(jìn)一步限定為用于 景觀照明的供電設(shè)備，并且該供電線路進(jìn)一 步限定為用于多個(gè)景觀燈 的供電線路；以及其中所述連接步驟進(jìn)一步限定為在大約離所述供電設(shè)備最遠(yuǎn)的 景觀燈的位置處將遠(yuǎn)程電壓監(jiān)視器連接到該供電線路。
全文摘要
一種將電能提供給一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的供電設(shè)備。供電設(shè)備可包括共振空心變壓器以將可調(diào)節(jié)的、可適應(yīng)的電源提供給電子器件。供電設(shè)備可包括隔離的初級(jí)側(cè)電路和次級(jí)側(cè)電路。初級(jí)側(cè)電路可包括為初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路提供驅(qū)動(dòng)波形以及其他的控制電路。在配置成產(chǎn)生AC輸出的實(shí)施例中，次級(jí)側(cè)電路還可包括開(kāi)關(guān)電路。初級(jí)側(cè)控制電路可提供對(duì)于次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)波形。次級(jí)側(cè)電路可包括測(cè)量輸出的電流和/或電壓并通過(guò)隔離電路將這些測(cè)量提供給控制電路的測(cè)量電路?？刂齐娐房砂礈y(cè)量值的函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)于初級(jí)側(cè)和/或次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)波形。
文檔編號(hào)G05F1/70GK101641655SQ200880009097
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者D·W·巴曼, J·B·泰勒, J·J·洛德, J·K·施萬(wàn)內(nèi)克, W·J·巴赫曼 申請(qǐng)人:捷通國(guó)際有限公司