[发明专利]小型化AC/DC电源及电池充电器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2000年4月6日提交的60/195034号以及2000年4月11日提交的60/196537号临时专利申请的部分继续，这里引用这两个申请的外部内容作为参考。

有关联邦政府资助研究的声明

不适用

技术领域

本发明涉及小型化电源及电池充电器。尤其是，本申请揭示了一种允许制造较小且成本较低的AC/DC电源和电池充电器的独创性变压器和独创性控制元件。

背景技术

使用平面变压器在本领域内是公知的。例如参见以下专利：

US 5502430

US 5754088；

US 5949321；

US 6069548；

US 6144276；

US 6208531。

有关小型变压器及小型电源和电池充电器的专利在本领域内也是公知的。例如参见以下专利：

US 5534839，以及

US 6100664。

US 6208531涉及一种具有电磁耦合控制的电力变换器。

现有技术都不能提供这样的电源/电池充电器，即具有可接受10-30 VDC之间的DC输入或85 VAC到265 VAC以及50-60Hz之间的AC输入的通用输入并提供经调节的DC输出电压或电流；它利用平面变压器；提供允许装置以任何电池的化学性质以及诸如太阳能电池等可变电源进行工作的可编程控制；不需要庞大的编程(hold up)电容器；使电压的阻抗与负载的阻抗匹配；以及可通过磁性隔离进行电气隔离。

为了揭示的目的，这里完整地引用所参考的所有美国专利和专利申请及所有其他出版物作为参考。

发明内容

申请人已发明了具有通用输入的小型电源及电池充电器，从而使它起到通用电源模块的作用。此独创性装置连到一电源(可以是AC或DC)，该电源连到一变压器，该变压器由初级线圈、次级线圈和磁心构成，次级线圈构成提供经调节的DC输出电压和/或电流。一控制电路电气连接到该电源，以控制电气连接到该控制电路的第一和第二FET，第一FET电气连接到初级线圈的上部，从而在第一FET被触发时，使变压器只利用初级线圈的上部，第二FET电气连接到初级线圈的下部，从而在第二FET被触发时，使变压器利用整个初级线圈。一控制电路构成检测电源的输入电压，在其超过预定阈值电压时触发第二FET，从而使电源模块作为高电压输入转换器来运行，在低于预定阈值电压时触发第一FET，从而电源模块作为低电压输入转换器来运行。

独创性通用电源模块利用有助于其尺寸小型化的独创性平面变压器设计。独创性平面变压器包括形成一平面线圈的三重(triple)绝缘的初级绕组以及在一印刷电路板(PCB)上形成的次级绕组。将此三重绝缘初级绕组和次级绕组夹在上下磁心材料之间，此三重绝缘初级绕组和次级绕组实际相互接触。使用三重绝缘初级绕组提供了安全的隔离。

控制元件包括由主控制电路构成的电池模块电路以及用于监测和保持二次电池上的电荷的DC/DC转换器。主控制电路调节输入功率，且连接到一DC/DC转换器，该DC/DC转换器产生用来对电池充电的经调节的DC电流。主控制电路有三条输入线，用以编程主控制电路，而DC/DC转换器具有三条输入线，用以编程DC/DC转换器。可使用少到单条线来进行编程，但三条线符合使用JTAG标准的标准。

控制电路还可包括由一独创性电路构成的开关模式电源，以跟踪AC输入源的整流循环的电压。这使得可消除庞大的保持电容器，从而有助于装置的小型化。

控制电路还可包括一独创性源阻抗匹配电路(它包括电气连接到一电源和一电池的充电器)以及使来自电源的电流斜升直到充电器的负载阻抗与电源的阻抗匹配的控制电路。

还可如此可编程地构成和配置该控制电路，从而可由用户可编程地设定通用电源模块的DC输出电压和/或电流。这使得装置在空中(on the fly)可利用不同类型的电池。

使用连到变压器的次级线圈的高电流低损耗二极管使得可进一步小型化。此高电流低损耗的二极管包括电气连接在输入和输出之间的第一和第二高电流低导通电阻的功率MOSFET。一控制电路电气连接到此第一和第二MOSFET，此控制电路在输出上的电压高于输入上的电压时断开第一和第二MOSFET，并在输入上的电压高于输出上的电压时则接通第一和第二MOSFET。