專利名稱：電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，其包括機(jī)械分離的電池包和具有某一應(yīng)用的 供電電路。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用在電源系統(tǒng)中的電池包以及用在電源系 統(tǒng)中的供電電路。
背景技術(shù)：
在眾多的應(yīng)用中，應(yīng)用到與需要電源輸出電壓的應(yīng)用可機(jī)械分離的電源。該應(yīng)用例如是膝上型電腦、噴墨打印機(jī)、LCD監(jiān)視器或移動(dòng)手持 裝置等。該機(jī)械分離的電源(也指電池包)將AC電源電壓轉(zhuǎn)換為單個(gè) 或多個(gè)具有電源頻率的低AC電壓，或者轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)DC電壓。對(duì)約100瓦以下的應(yīng)用，如果電和熱的方面被合適地設(shè)計(jì)，這些現(xiàn) 存的電池包可較容易地解決它們的散熱。對(duì)在100和160瓦之間的應(yīng) 用，則必須采用大量的特殊措施以解決散熱。對(duì)160瓦以上的應(yīng)用，沒(méi) 有有用的電池包設(shè)計(jì)可以滿足極端散熱。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有較低散熱的電池包。 本發(fā)明的第一方面提供了如權(quán)利要求l所述的電源系統(tǒng)。本發(fā)明的 第二方面提供了如權(quán)利要求9所述的用在機(jī)械分離電源系統(tǒng)中的電池 包。本發(fā)明的笫三方面提供了如權(quán)利要求10所述的用在機(jī)械分離電源 系統(tǒng)中并包括變壓器和整流器的供電電路。在從屬權(quán)利要求中定義了有 利的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明第一方面的電源系統(tǒng)包括電池包以及供電電路和某一 應(yīng)用的組合。該電池包和組合被配置在機(jī)械分離的外殼中。線纜將電池 包的AC輸出電壓傳遞到供電電路。電源包包括變換器，該變換器用于 將AC電源輸入電壓轉(zhuǎn)換為具有比AC電源輸入電壓頻率高的AC輸出電 壓。例如，具有50Hz (或60Hz )頻率的AC電源輸入電壓被轉(zhuǎn)換為具有 頻率范圍在kHz或MHz的AC輸出電壓。供電電路包括整流電路，其用 于對(duì)AC輸出電壓進(jìn)行整流并向應(yīng)用提供DC輸出電壓。美國(guó)專利US-A-5, 737， 203公開了 一種功率轉(zhuǎn)換電路，其從單個(gè)電 源提供多個(gè)調(diào)節(jié)輸出。包括半橋或全橋的電源開關(guān)平臺(tái)，將DC輸入電壓
轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)方波的AC輸出電壓。供電電路接收AC輸出電壓，并包括提供 三種電源電壓的三個(gè)功率變換器。三個(gè)功率變換器中的每一個(gè)都包括變 壓器，它的初級(jí)繞組被配置為與諧振電容串聯(lián)。初級(jí)繞組和電容的串聯(lián) 配置被連接用于接收AC輸出電壓。變壓器的二級(jí)繞組與整流器相連， 用于獲得DC輸出電壓。過(guò)濾器過(guò)濾DC輸出電壓以獲得電源電壓。然而， 由于供電電路中高的散熱，所有這些電路和應(yīng)用都存在于相對(duì)較大的相 同外殼中。通過(guò)將整個(gè)電源和應(yīng)用機(jī)械分離以減小應(yīng)用的外殼體積是眾所周 知的。整個(gè)電源被放入單獨(dú)的外殼，整個(gè)電源指電池包。應(yīng)用從電池包 接收所需的DC電壓。電池包通過(guò)線纜向應(yīng)用提供電源電壓。在本發(fā)明 中，只有電源開關(guān)平臺(tái)和相關(guān)的變壓器被從應(yīng)用的外殼中取出，而整流 器仍留在應(yīng)用的外殼中。優(yōu)選地，在電池包的變壓器中提供電源隔離。 如果電池包的AC輸出電壓必須被變換為另一振幅，這將允許在應(yīng)用中 使用不需要電源隔離的小HF變壓器。小HF變壓器和整流器的組合稱為 供電電路。電池包現(xiàn)在向供電電路提供AC電壓，供電電路產(chǎn)生應(yīng)用所 需的DC電壓。供電電路和應(yīng)用存在于相同的外殼中。繼而，電池包中 的散熱將被降低，電池包的外殼可以減小，或者如果采用相同的外殼， 電池包可以提供更高的功率。要指出的是，供電電路和應(yīng)用指分立的單 元，而通常應(yīng)用也可以被認(rèn)為包括供電電路。在本文件中，應(yīng)用指除供 電電路以外的應(yīng)用單元，使得供電電路被定義為用于向應(yīng)用單元提供電 源電壓的單元。在如權(quán)利要求2所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，變換器包括半橋或 全橋式變換器，用于將AC電源電壓轉(zhuǎn)換為具有更高頻率的AC輸出電 壓。在如權(quán)利要求3所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，功率變換器提供具 有振幅比AC電源電壓低的AC輸出電壓，以防止接觸時(shí)不安全狀況的發(fā) 生。在如權(quán)利要求4所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，功率變換器被電源 隔離，以防止接觸時(shí)不安全狀況的發(fā)生。在如權(quán)利要求5所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，功率變換器包括整 流器，其對(duì)AC電源輸入電壓進(jìn)行整流，用于獲得DC電源輸入電壓。預(yù) 處理器接收DC電源輸入電壓并在它的輸出端提供預(yù)處理電壓。LLC變
換器將預(yù)處理電壓轉(zhuǎn)換為電源隔離的AC輸出電壓。在從電源引出的諧 頻最小化時(shí)，該預(yù)處理器和LLC變換器的串聯(lián)配置可以將AC電源輸入 電壓高效地轉(zhuǎn)換為AC輸出電壓。LLC變換器是一種基于半橋式或全橋 式開關(guān)平臺(tái)的變換器，其中負(fù)載與串聯(lián)配置的第一電感和第一電容相串 聯(lián)。笫二電感被配置為與負(fù)載并聯(lián)。 一共需要兩個(gè)電感和一個(gè)電容，從 而簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)LC。在如權(quán)利要求6所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，供電電路包括變壓 器，用于將AC輸出電壓轉(zhuǎn)換為具有預(yù)定輸出振幅的變壓AC輸出電壓。 整流電路整流變壓的AC輸出電壓，以獲得DC輸出電壓。該變壓器可以 將高頻AC輸出電壓轉(zhuǎn)換為所需的電平。如果所選的高頻AC輸出電壓的 頻率足夠的高，則變壓器的尺寸將相對(duì)很小。在如權(quán)利要求7所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，變換器提供具有頻 率至少比AC電源電壓高一百倍的AC輸出電壓。這將允許采用相對(duì)很小 的高頻變壓器。在如權(quán)利要求8所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，供電電路和應(yīng)用構(gòu) 成下列單元中的一個(gè)單元移動(dòng)手持裝置、噴墨打印機(jī)、膝上型電腦、 包括陰極射線管或矩陣顯示的監(jiān)視器或電視機(jī)等。更一般地，本發(fā)明特 別適合于其中電池包的尺寸應(yīng)該極小的應(yīng)用?；蛘邠Q一種說(shuō)法，其中，對(duì)電池包的規(guī)定尺寸，本發(fā)明提供的電池包可以提供盡可能大的輸出功率。下面將參照實(shí)施例_沈明本發(fā)明的這些和其他方面。


附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的實(shí)施例，該電源系統(tǒng)包括電池包 以及配置在單獨(dú)的外殼中的供電電路和某一應(yīng)用的組合， 圖2示出電池包的功率變換器的實(shí)施例的方框圖， 圖3示出電池包的功率變換器的另一實(shí)施例的方框圖，以及 圖4示出電源系統(tǒng)的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
在不同圖中相同的附圖標(biāo)記指具有相同含義或相同作用的相同項(xiàng) 目。由其后跟有索引i的大寫字母組合所指的項(xiàng)目用于指由大寫字母所 指的項(xiàng)目中的任意一個(gè)。這些項(xiàng)目中的特定一個(gè)由其后跟有數(shù)字的相同 大寫字母組合指明。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的實(shí)施例，該電源系統(tǒng)包括電池包 以及配置在單獨(dú)的外殼中的供電電路和某一應(yīng)用的組合。電池包3包括包含功率變換器30的外殼2。功率變換器30從電源 4接收AC電源輸入電壓VM并提供AC輸出電壓V0。功率變換器30將具 有相對(duì)較低的50或60Hz頻率AC電源輸入電壓VM轉(zhuǎn)換為具有比AC電 源輸入電壓VM更高頻率的AC輸出電壓VO。另一外殼6，其與外殼2機(jī)械分離，包括供電電路7和應(yīng)用8。供 電電路7通過(guò)線纜5接收來(lái)自電池包3的AC輸出電壓VO。供電電路7 向應(yīng)用8提供DC電壓PVi。在圖1中所示的示例中，供電電路7向應(yīng) 用8提供五個(gè)DC電壓PV1到PV5。盡管為了易于闡明，供電電路7和 應(yīng)用8被示為分立的項(xiàng)目，但實(shí)際上供電電路7和應(yīng)用8通常一起被看 作應(yīng)用。整流電路RE2通過(guò)濾波電容C2整流AC輸出電壓VO,以獲得DC電 壓PV2。 DC輸出電壓PV2的電平大約和AC輸出電壓VO的峰值相同。當(dāng) 然，由于在該電源輸出上的應(yīng)用負(fù)栽引出的電流，DC輸出電壓PV2的 實(shí)際電平通常多少低于這個(gè)峰值。整流器RE2被示為全橋式整流器， 但備選地，可以采用單個(gè)整流器元件。然而，該單個(gè)整流器會(huì)在電池包 3上引起不對(duì)稱的負(fù)載。變壓器Tl通過(guò)初級(jí)繞組接收AC輸出電壓VO，并通過(guò)二級(jí)繞組將 AC輸出電壓VO轉(zhuǎn)換為變壓的AC輸出電壓VT1。變壓的AC輸出電壓VT1 被饋送入整流電路RE1。整流電路TE1通過(guò)濾波電容C1整流電壓VT1, 產(chǎn)生DC輸出電壓PV1。因?yàn)樽儔浩鱐1的初級(jí)繞組和二級(jí)繞組的繞組數(shù) 目比可以被隨意選擇，所以能隨意選擇DC輸出電壓PV1的電平。只是 作為示例，整流電路RE1包括全橋式整流器。整流器REl被示作全橋式 整流器，但備選地，可以采用單個(gè)整流器元件。然而，再次，該單個(gè)整 流器仍會(huì)在電池包3上引起不對(duì)稱的負(fù)載。變壓器T2通過(guò)初級(jí)繞組接收AC輸出電壓V0，并通過(guò)二級(jí)繞組將 AC輸出電壓VO轉(zhuǎn)換為變壓的AC輸出電壓VT2。變壓的AC輸出電壓VT2 被饋送入整流電路RE3，其分別通過(guò)濾波電容C3和C4整流電壓VT2， 以產(chǎn)生DC輸出電壓PV4和PV5。整流電路RE3包括兩個(gè)反并聯(lián)配置的 二極管。 一個(gè)二極管向電容C3提供第一極性的整流電壓，同時(shí)另一個(gè)
二極管向電容C4提供與第一極性相反的第二極性的整流電壓。因?yàn)樽?壓器T2的初級(jí)繞組和二級(jí)繞組的繞組數(shù)目比仍可以被隨意選擇，所以 能隨意選擇DC輸出電壓PV4和PV5的電平。作為示例，整流電路RE3 包括兩個(gè)用于單相整流的整流二極管。如果需要對(duì)稱的正負(fù)電源，例如 對(duì)音頻放大器，該布局被優(yōu)選采用。DC-DC變換器9接收DC輸出電壓PV1 ，并通過(guò)濾波電容C5提供DC 輸出電壓PV3。如果所需的DC輸出電壓PV3的精度高于直接整流AC輸 出電壓VO可能獲得的精度，則該DC-DC變換器具有特別的優(yōu)勢(shì)。如果 需要孤立的DC輸出電壓PVi或某一電壓低于或高于直接整流AC輸出電 壓VO可能獲得的電平，則變壓器T1、 T2具有特別的優(yōu)勢(shì)。DC-DC變換 器9可以是上變換器或下變換器，變壓器Tl、 T2可以將AC輸出電壓V0轉(zhuǎn)換為更低或更高的振幅。電池包3的外殼2可以相對(duì)很小，因?yàn)樵谡髌鱎Ei中的散熱不再 對(duì)電池包3的升溫產(chǎn)生影響。進(jìn)一步，當(dāng)然，這些包括它們的散熱裝置 (如果需要)的整流器REi不需要在電池包3中占有空間。在外殼6中 所需的額外的空間是非常有限的，因?yàn)檎髌鱎Ei很小。變壓器Tl、 T2也很小，因?yàn)锳C輸出電壓V0的頻率高于AC電源輸入電壓的頻率。 選擇變換器30的頻率比電源4的頻率高得多是有利的，這樣使得變壓 器T1、 T2是高頻變壓器，與必須變換電源電壓VM的變壓器相比，它們 是非常小的。優(yōu)選地，變換器的頻率被選為至少比電源的頻率高100倍。圖2示出電池包的功率變換器的實(shí)施例的方框圖。功率變換器30 包括整流器和緩沖電容31，其用于整流和緩沖AC電源電壓VM，以獲得 整流和緩沖的電源電壓VR。半橋式或全橋式變換器32將整流電源電壓 VR轉(zhuǎn)換為具有頻率比AC電源VM高的AC輸出電壓V0。半橋式或全橋式 變換器32同樣在該技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。備選地，單個(gè)晶體管諧振 變換器可被用于獲得高頻AC輸出電壓。對(duì)于發(fā)射機(jī)應(yīng)用以及用于小熒 光燈的電子驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，這些所謂的E類變換器同樣是眾所周知的。圖3示出電池包的功率變換器的另一實(shí)施例的方框圖。功率變換器 30包括整流器31，其整流AC電源輸入電壓VM，以獲得整流的電源輸 入電壓VR。預(yù)處理器33接收DC電源輸入電壓VR，用于提供預(yù)處理輸 出電壓VP, LLC變換器34將預(yù)處理輸出電壓VP轉(zhuǎn)換為電源隔離的AC 輸出電壓VO。這種預(yù)處理器和LLC變換器的串聯(lián)配置同樣在該技術(shù)領(lǐng)
域是眾所周知的。圖4示出電源系統(tǒng)的另一實(shí)施例。該電源系統(tǒng)是基于圖1所示的電 源系統(tǒng)?，F(xiàn)在，所示的備選是用于產(chǎn)生DC輸出電壓PV1和PV4、 PV5。變壓器Tl現(xiàn)在包括兩個(gè)串聯(lián)配置的二級(jí)繞組，其中間點(diǎn)與通常接 地的參考電壓相連。整流電路RE1現(xiàn)在包括代替全橋式整流器的兩個(gè)單 個(gè)整流器(通常為二極管)。所述二極管極性相同并在濾波電容Cl處 相互連接。電池包3的對(duì)稱負(fù)載仍可獲得。變壓器T2通過(guò)初級(jí)繞組接收AC輸出電壓V0，現(xiàn)通過(guò)各自的二級(jí) 繞組將AC輸出電壓V0轉(zhuǎn)換為兩個(gè)變壓的AC輸出電壓VT2和VT3。該 二級(jí)繞組被串聯(lián)配置，它們的結(jié)合處與參考電壓相連。變壓的AC輸出 電壓VT2和VT3被饋送向整流電路RE3，其通過(guò)濾波電容C3和C4分別 整流電壓VT2和VT3以產(chǎn)生DC輸出電壓PV4和PV5。因?yàn)樽儔浩鱐2的 初級(jí)繞組和二級(jí)繞組的繞組數(shù)目比仍可以被隨意選擇，所以能隨意選擇 DC輸出電壓PV4和PV5的電平。整流電路RE3現(xiàn)在包括全橋式整流器， 該全橋式整流器的輸入通過(guò)二級(jí)繞組的串聯(lián)配置相連，輸出通過(guò)濾波電 容C3和C4的串聯(lián)配置設(shè)置。電容C3和C4的結(jié)合處與參考電壓相連。 如果需要對(duì)稱的正負(fù)電源，例如對(duì)音頻放大器，需要獲得電池包的對(duì)稱 負(fù)載，則該布局可優(yōu)選采用。要指出的是，上述實(shí)施例是用于闡明而不是限制本發(fā)明，在沒(méi)有偏 離所附權(quán)利要求的范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以設(shè)計(jì)眾多的備選實(shí)施 例。例如，變壓器T1、 T2可以是自動(dòng)變壓器。該變壓器比具有初次和 二級(jí)繞組的變壓器更小。所示的整流器配置只是示例，例如，也可以采 用電壓倍增整流電路。在權(quán)利要求中，任何在圓括號(hào)內(nèi)的參考符號(hào)都不應(yīng)該被認(rèn)為是限制 權(quán)利要求。術(shù)語(yǔ)"包括"的使用不排除除了在權(quán)利要求中列出的那些之 外存在其它的元件或步驟。元件之前的詞"一個(gè)"不排除存在復(fù)數(shù)個(gè)這 樣的元件。本發(fā)明可以通過(guò)包括幾個(gè)不同元件的硬件以及合適編程的計(jì) 算機(jī)實(shí)施。在列舉了幾種方法的裝置權(quán)利要求中，這些方法中的幾個(gè)可 以通過(guò)硬件的一個(gè)以及相同項(xiàng)目得以實(shí)施。在相互不同的從屬權(quán)利要求 中闡述了某些方法，此并非指無(wú)法采用這些方法的組合。
權(quán)利要求
1.電源系統(tǒng)(1)，包括電池包(3)，包括第一外殼(2)以及用于將AC電源輸入電壓(VM)轉(zhuǎn)換為具有比AC電源輸入電壓(VM)更高頻率的AC輸出電壓(VO)的功率變換器(30)；供電電路(7)，用于向應(yīng)用(8)提供DC電壓(PVi)，所述供電電路(7)和所述應(yīng)用(8)都被配置在與所述第一外殼(2)機(jī)械分離的第二外殼(6)中；以及線纜(5)，所述線纜(5)將所述電池包(3)和所述供電電路(7)互連，用于向所述供電電路(7)提供所述AC輸出電壓(VO)，其中所述供電電路(7)包括用于整流所述AC輸出電壓(VO)以向所述應(yīng)用(8)提供所述DC電壓(PVi)的整流電路(RE1、RE2、RE3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的電源系統(tǒng)(1)，其中所述功率變換器(30)包括用于整流所述AC電源電壓(VM)以獲 得整流的電源電壓(VR)的整流器(31)，以及用于將整流的電源電壓 (VR)轉(zhuǎn)換為具有比AC電源電壓(VM)更高頻率的AC輸出電壓(V0) 的半橋式或全橋式變換器(32)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的電源系統(tǒng)(1)，其中所述功率變換器(30)配置為提供具有振幅比所述AC電源電壓 (VM)低的所述AC輸出電壓(V0)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的電源系統(tǒng)(1)，其中 所述功率變換器(30)配置為提供電源隔離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的電源系統(tǒng)(1)，其中所述功率變換器(30) 包括整流器(31)，用于整流所述AC電源輸入電壓(VM)以獲得DC 電源輸入電壓(VR);預(yù)處理器(33)，用于接收所述DC電源輸入電壓(VR)以提供預(yù) 處理電壓(VP)，以及LLC變換器(34)，用于將所述預(yù)處理電壓(VP)轉(zhuǎn)換為電源隔離 的所述AC輸出電壓(VO)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的電源系統(tǒng)(1)，其中所述供電電路(7)包括變壓器(Tl、 T2)，所述變壓器(Tl、 T2) 用于轉(zhuǎn)換所述AC輸出電壓(V0)以獲得具有所需輸出振幅的變壓AC輸 出電壓(VT1; VT2、 VT3)，以及其中所述整流電路(RE1; RE3 )被配 置用于整流所述的變壓AC輸出電壓(VT1; VT2、 VT3 )以獲得所述的 DC輸出電壓(PV1; PV4、 PV5)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6的電源系統(tǒng)(1)，其中 所述功率變換器(30)配置為提供具有頻率比所述AC電源電壓(VM)至少高IOO倍的所述AC輸出電壓(V0)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的電源系統(tǒng)(1)，其中所述供電電路(7)和所述應(yīng)用(8)構(gòu)成下列單元中的一個(gè)單元 移動(dòng)手持裝置、噴墨打印機(jī)、膝上型電腦、包括陰極射線管或矩陣顯示 的監(jiān)視器或電視機(jī)或電子驅(qū)動(dòng)的氣體放電燈。
9. 電池包(3)，用在根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械分離的電源系統(tǒng) (1 )中，并包括所述變換器(30 )，所述變換器(30 )用于提供具有比所述AC電源輸入電壓(VM)更高頻率的所述AC輸出電壓(V0)。
10. 供電電路(7)，用在根據(jù)權(quán)利要求6所述的電源系統(tǒng)(1)中， 并包括所述變壓器(Tl、 T2)以及所述整流電路(RE1、 RE3)。
全文摘要
電源系統(tǒng)(1)包括電池包(3)，該電池包(3)包括配置在第一外殼(2)中的功率變換器(30)。功率變換器(30)將AC電源輸入電壓(VM)轉(zhuǎn)換為具有比AC電源輸入電壓(VM)更高頻率的AC輸出電壓(V0)。供電電路(7)向應(yīng)用(8)提供DC電壓(PVi)。供電電路(7)和應(yīng)用(8)都被配置在與第一外殼(2)機(jī)械分離的第二外殼(6)中。線纜(5)將電池包(3)和供電電路(7)互連，以向供電電路(7)提供AC輸出電壓(V0)。供電電路(7)包括用于整流AC輸出電壓(V0)以向應(yīng)用(8)提供DC電壓(PVi)的整流電路(RE1、RE2、RE3)。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101120502SQ200680002716
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者A·C·布洛姆 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司