[发明专利]功率转换设备

说明书

本发明涉及配置为在输入端(42、44)接收高压交流(AC)信号并据此从输出级(58、60)提供低压直流(DC)信号的功率转换设备(40)。功率转换设备(40)包括主要通路，其包括与输入端串联的高压电容器(46)。功率转换设备(40)还包括第一通路，其可操作以在高压交流信号的正走向部分和负走向部分的至少之一中承载主要通路所承载的电流，以及第二通路，其可操作以在高压交流信号的正走向部分和负走向部分承载主要通路所承载的电流。功率转换设备还包括第一和第二开关(52、54)，其可操作以确定相应的第一和第二通路之一何时承载电流。在功率转换设备中，输出级(58、60)接收在第一通路中流动的电流，并且第一和第二开关(52、54)的至少之一能够依据从低压直流信号得到的控制信号来操作。

技术领域

本发明涉及功率转换设备，该设备配置成在输入端接收交流信号并据此从输出级提供直流信号。本发明也涉及包括多个这样的功率转换设备的功率转换布置。

背景技术

电子设备通常从市电电源获得供电。这样的电子设备包括功率转换设备，其可操作以将高压交流(AC)电源转换为低压直流(DC)电源。根据功率转换设备是否包括变压器可以认为功率转换设备属于两种不同类型之一。变压器提供隔离和相对无损的电压电平转换以及其它作用，但另一方面它们通常是大、重而贵的。无变压器的功率转换设备相对便宜而小，但是限制于低功率应用并且通常限制为小于40mW的直流输出功率。目前无变压器的功率转换设备主要用于可在市电侧操作的AC供电的应用中，例如在量电计、剩余电流检测器、家用控制和监控、PIR控制的外部灯和火警报警器中。

可以认为无变压器的功率转换设备属于两种类型之一，即电阻式的无变压器的功率转换设备和电容式的无变压器的功率转换设备。电阻式的无变压器的功率转换设备通常浪费功率，因而仅限于少数低功率应用。电容式的无变压器的功率转换设备比电阻式的无变压器的功率转换设备浪费功率少，但仍可能浪费输出功率的十到二十倍的功率。

图1中示出了电容式的无变压器的功率转换设备10的一个简单表示。功率转换设备10包括分别连接到例如240V AC电源的电力供应的火线和零线导体的火线连接12和零线连接14。第一电容器16和电阻器18与火线连接串联。第一电容器16是为了保障电源电压电平的安全而设计的X型电容器。电阻器18是为了在功率转换设备在市电周期上并非过零点的一点或者在市电涌浪(surge)事件中连接到市电时限制到第一电容器16的浪涌(inrush)电流而存在。功率转换设备10还包括与第一电容器16和电阻器18串联的二极管20，二极管20被定向为使得其阳极与电阻器18电连接。功率转换设备10还包括齐纳(Zener)二极管22和保持电容器24。齐纳二极管22的阴极电连接在电阻器18和二极管20之间，而齐纳二极管22的阳极电连接到零线连接14。保持电容器24电连接在二极管20的阴极和零线连接之间。功率转换设备10还包括在保持电容器24靠二极管20一侧的正电压输出连接26以及在保持电容器24靠零线一侧的低电压输出连接28。正电压输出连接和低电压输出连接26、28构成从功率转换设备10的输出。齐纳二极管22的击穿电压减去在二极管20两端的压降决定了保持电容器24两端之间的电压以及由此决定了从功率转换设备10的输出电压。

本发明人认识到图1中的功率转换设备中的齐纳二极管22无论功率转换设备的功率输出如何均带来相同的功率消耗。这是由于消耗的功率包括被齐纳管分流而未被负载使用的功率。当功率转换设备在满负载条件下操作时获得最大功率转换效率，同时随着负载降低功率转换效率逐渐降低。本发明人也认识到功率转换设备的功率转换效率受到浪涌电流限制电阻器18所消耗的功率和齐纳二极管22两端无论负载条件如何都有的压降的连累。电阻器18消耗的功率是第一电容器16的电抗和电阻器18的电阻的函数。

已在上述认识的启示下构想了本发明。因此本发明的目的是提供配置成在输入端接收高压交流信号并据此从输出级提供低压直流信号的改进的功率转换设备。本发明的进一步目的是提供包括多个这样的功率转换设备的改进的功率转换布置。

发明内容