用于具有電池和dc至dc轉換器的電器的電源電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于小電器的供電電壓電路，所述小電器包含電池、電動馬達、可控開關、控制電路和DC至DC轉換器，其中電動馬達通過可控開關連接到電池，并且DC至DC轉換器從所述電池為控制電路供電?？刂齐娐钒慈缦路绞絹砜刂瓶煽亻_關：用脈沖電壓來運行電動馬達，其中所述脈沖電壓具有脈沖暫停比率，所述脈沖電壓的暫停使得DC至DC轉換器甚至將為控制電路供電（如果其僅在所述暫停期間運行）。
【專利說明】用于具有電池和DC至DC轉換器的電器的電源電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電池供電的小電器的電源電路，所述小電器包括具有相對高功耗的第一負荷、可控開關、具有相對低功耗的至少第二負荷和DC至DC轉換器，其中第一負荷經(jīng)由可控開關連接到電池，并且DC至DC轉換器將電池電力提供給第二負荷。此類電源電路例如用于電池供電的電動牙刷或剃刀，它們的電池僅由一個電池單元組成。術語“電池”是指可再充電電池(蓄電池)和不可再充電電池這兩種。本發(fā)明還涉及一種用于此類小電器的電力提供方法。
【背景技術】
[0002]W002/15374A1描述了一種用于電動小電器的電源電路，所述小電器為電池供電的并通過微控制器來控制。該電源電路包括DC至DC轉換器，所述轉換器將電池的電壓增加至足夠用于微控制器的水平。所述DC至DC轉換器為升壓轉換器，其扼流線圈由電動馬達形成。電動馬達由具有脈沖寬度調(diào)制電壓的微控制器來控制，以便一方面使得馬達能夠以所期望的速度運行，并且另一方面使得升壓轉換器能夠提供足夠的電壓。然而，該電源電路具有如下缺點:當電動馬達的速度減小-例如當斷開馬達時，升壓轉換器不提供電壓。
[0003]EP O 875 978 BI描述了一種用于電動小電器的電源電路,所述小電器由蓄電池供電并通過微控制器來控制。該電源電路包括DC至DC轉換器，所述轉換器將蓄電池的電壓增加至足夠用于微控制器的水平。如果蓄電池是足夠地充電的，則微控制器由DC至DC轉換器和蓄電池供電。如果蓄電池不是足夠地充電的，則經(jīng)由電容器向微控制器供電，同時通過充電器對蓄電池進行充電，然而蓄電池的充電過程被間歇地短期中斷以便對電容器再充電。
[0004]典型的DC至DC轉換器包含內(nèi)部電路，每當供電電壓降至低于例如0.95V的最小電壓時，所述內(nèi)部電路就停用DC至DC轉換器。如果DC至DC轉換器為包含僅一個電池單元(例如具有1.2V標稱電壓的NiMH電池)的電池和電動馬達的小電器的控制電路供電，則電動馬達的起始電流(例如7A)可能至少暫時導致電池電壓的下降，所述下降足以使DC至DC轉換器停用并且停止向控制電路提供電力，甚至在具有充分充電的電池時也是如此。這可能發(fā)生于具有相對高內(nèi)阻(例如50mΩ )的舊電池中。
[0005]本發(fā)明的目的
[0006]本發(fā)明的目的在于描述了一種簡單電路和向如上所述的小電器提供電力的方法，所述方法更好地利用了電池中仍然殘留的任何電量。
_7] 根據(jù)本發(fā)明的解決方案
[0008]該目的通過如下電源電路來實現(xiàn)，其中具有相對高功耗的負荷由具有脈沖暫停比率的脈沖電壓供電，并且其中至少在所述暫停期間，DC至DC轉換器為具有相對低功耗的負荷供電。
[0009]該電源電路具有如下優(yōu)點:當電池具有高內(nèi)部(例如與老化相關的)電阻時，甚至能夠用一個單電池的電量為小電器供電相對長的一段時間。由于具有相對高功耗的負荷例如電動馬達是由脈沖電壓供電的，并且在所述暫停期間電池電壓超過了脈沖期間所存在的電壓，因此DC至DC轉換器至少在所述暫停期間運行并對以通常方式連接在其輸出端子處的電容器進行充電，所述電容器為具有相對低功耗的負荷例如控制電路供電，所述控制電路控制小電器的功能。這樣，電池電量能夠幾乎被完全使用-雖然在較舊的電池中是以相對低的電壓使用的。脈沖電壓優(yōu)選地具有脈沖暫停比率，所述脈沖電壓的暫停按如下方式調(diào)節(jié):DC至DC轉換器能夠足夠地為第二負荷供電，甚至當僅在所述暫停期間運行時也是如此。
[0010]如果DC至DC轉換器表現(xiàn)出控制端口，當控制端口承載足夠的電壓時DC至DC轉換器被啟動，這是尤其有利的。控制端口連接到控制電路，所述控制電路能夠接通和斷開DC至DC轉換器。該電源電路優(yōu)選地也包含與充電器或充電線圈的連接部以對蓄電池進行充電，前者也連接到DC至DC轉換器的控制端口。只要充電器或充電線圈提供足夠的電壓，或只要控制電路保持DC至DC轉換器的運行，DC至DC轉換器因此就在運行。控制電路因此能夠防止DC至DC轉換器在低電池電壓期間以通常方式自動斷開。有利的是，例如，使控制電路確保DC至DC轉換器在由于接通了馬達而引起的短期電壓下降期間保持運行。DC至DC轉換器可仍然表現(xiàn)出通常的內(nèi)部電路，當供電電壓降至低于最小電壓時，所述內(nèi)部電路斷開DC至DC轉換器，由此該最小電壓優(yōu)選地被設定為相對低的值，所述值確保電池將不被DC至DC轉換器深度放電。
[0011]該電源電路尤其適用于電池供電的小電器，諸如電動牙刷或剃刀，其電池僅由一個電池單元組成，并且其電池電壓(例如1.2V)必須由DC至DC轉換器增加至適用于控制電路的電壓(例如3V)。
[0012]下文通過附圖所示的實施例來示例性地說明本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖所示的電源電路包含充電線圈LI，所述充電線圈經(jīng)由二極管Dl和第一可控開關SI連接到電池B，其中充電線圈LI的一端連接到二極管Dl的陽極，并且充電線圈LI的另一端連接到電池B的負極(基準電位)。第一電容器Cl和由電動馬達M和第二可控開關S2構成的串聯(lián)連接部與電池B并聯(lián)連接。電池B也連接到DC至DC轉換器DC/DC。DC至DC轉換器DC/DC還表現(xiàn)出控制輸入端和輸出端子，第二電容器C3的一端連接到所述輸出端子。第二電容器C3的另一端連接到電池B的負極?？刂齐娐穟C具有用于其電源的兩個端子，其中之一連接到DC至DC連接器DC/DC的輸出端口，另一個連接到基準電位.?？刂齐娐穟C還表現(xiàn)出輸入端以及三個輸出端，所述輸入端連接到電池B的正極，并且所述三個輸出端之一連接到第一可控開關SI，其中的第二個連接到第二可控開關S2，并且其中的第三個連接到DC至DC轉換器DC/DC的控制輸入端并連接到電阻器R4的一端。電阻器R4的另一端連接到二極管Dl的陰極、第一可控開關S1、和第二電阻器R3的一端，所述第二電阻器的另一端連接到基準電位。僅示意性地表示了第一可控開關SI。其可例如由如下電子電路組成，當充電線圈施加足夠的電壓以便對電池進行充電時，所述電子電路將自動啟用。
[0014]下文說明該電源電路運行所根據(jù)的方法，初始時假設DC至DC轉換器DC/DC不是運行的。因此，DC至DC轉換器的輸出端口處的第二電容器C3被放電，因此也使得控制電路uC不起作用因而使第一 SI和第二 S2可控開關均斷開。如果要接通具有該類型的電源電路的小電器(例如，如果要使馬達M運行)，則小電器必須與附圖中未示出的充電器連接，以便使充電線圈LI經(jīng)由二極管Dl和電阻器R4向DC至DC轉換器的控制輸入端提供電壓。如果控制輸入端的電壓足夠高，則DC至DC轉換器接通并對連接到其輸出端的第二電容器C3進行充電(例如，充電至3V的電壓)。然而，DC至DC轉換器需要最小電壓以便提供電力，因此,如果該電池(例如具有1.2V標稱電壓的NiMH蓄電池)處的或第一電容器Cl處的電壓低于所述最小電壓，則將不提供電力(盡管在其控制輸入端存在足夠高的電壓)。
[0015]如果第二電容器C3處的電壓足夠高，則控制電路uC接通并控制包括馬達M的小電器(經(jīng)由可控開關S2)，DC至DC轉換器DC/DC和電池充電過程(具體地，當電池達到完全充電狀況時，通過斷開可控開關SI來終止充電過程)以及附圖未示出的附加負荷(如果需要)，諸如顯示器。對小電器的控制取決于電池電壓或第一電容器Cl處的電壓，所述電壓由控制電路連續(xù)地監(jiān)測。如果在馬達的啟動期間通過施加相應的信號給DC至DC轉換器的控制輸入端來使控制電路保持DC至DC轉換器處于運行狀態(tài)，則是尤其有利的。如果第一電容器Cl處的電壓暫時下降至低于DC至DC轉換器的最小電壓，由于施加給控制輸入端的信號的緣故，一旦再次達到最小電壓，DC至DC轉換器將立即重新開始供電。
[0016]控制電路UC用脈沖電壓為馬達M供電，所述脈沖電壓優(yōu)選地表現(xiàn)出固定頻率(固定循環(huán)時間)和固定脈沖暫停比率?？刂齐娐钒慈缦路绞絹砜刂频诙煽亻_關S2:其在所述循環(huán)的95 - 99%期間將被接通，并且僅在所述循環(huán)的1- 5%期間停用。其優(yōu)選地以250Hz的頻率運行，并且在所述循環(huán)時間的大約98%期間被接通，同時馬達M仍然在運行。脈沖電壓的暫停時長、DC至DC轉換器的特性、第二電容器C3的大小(例如10 μ F)、和控制電路uC(例如TI MSP430)的功耗為最佳配合的以便使控制電路接收足夠的電源，甚至當DC至DC轉換器僅在所述暫停期間對第二電容器C3進行充電時也是如此。當電池電壓相對較低時，即，電池幾乎耗盡、和/或馬達M具有尤其高的電力要求-例如在啟動期間，可能發(fā)生這種情況。如果電池電壓相對較高，則DC至DC轉換器可在整個循環(huán)時長期間運行，因而提供足夠的電流從而不僅為控制電路uC供電,而且也為其它負荷供電。在具有中等電池電壓和運行著的馬達M的情況下，可發(fā)生如下狀況:第一電容器Cl處的電壓在半個循環(huán)之后降至低于DC至DC轉換器的最小電壓，并且因此將停止提供電力。然后控制電路將暫時斷開其它負荷，并且在剩余的循環(huán)時間中將從第二電容器C3汲取電力，同時DC至DC轉換器在所述暫停期間將對第二電容器C31再充電(如果在斷開了馬達之后再次達到了 DC至DC轉換器的最小電壓)。
[0017]小電器的上述電源電路因此根據(jù)如下方法來運行，其中具有相對高功耗的負荷由具有脈沖暫停比率的脈沖電壓供電，并且具有相對低功耗的負荷至少在所述暫停期間由DC至DC轉換器供電。所述暫停優(yōu)選地被調(diào)節(jié)成使得具有相對低功耗的負荷將接收足夠的電力，甚至其中DC至DC轉換器僅在所述暫停期間運行。如果電池電壓高于所確定的最小電壓，則DC至DC轉換器將為第二負荷和其它負荷供電，甚至在脈沖期間也是如此。此外，控制電路還提供對電池電壓的連續(xù)監(jiān)測，并且每當必要時就斷開小電器。例如，如果電池電壓在斷開了馬達之后直接低于第一閾值，或電池電壓在馬達的運行期間低于第二閾值，則控制電路優(yōu)選地首先斷開馬達，然后斷開其它負荷，并且最后斷開DC至DC轉換器。一旦第二電容器C3處的電壓因此下降，控制電路uC也將被斷開。這樣，就能夠避免電池的深度放電。然后僅能夠通過對電池B進行充電來使小電器重新進入運行狀態(tài)。[0018]控制電路UC優(yōu)選地被實現(xiàn)為微控制器。
[0019]本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴格地限于所述的精確值。相反，除非另外指明，每個這樣的量綱旨在表示所引用的值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，公開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。
【權利要求】
1.用于小電器的電源電路，所述小電器包含電池、具有相對高功耗的第一負荷、可控開關、具有相對低功耗的至少第二負荷、和DC至DC轉換器，其中所述第一負荷經(jīng)由所述可控開關連接到所述電池，并且所述DC至DC控制器從所述電池提供電力給所述第二負荷，其特征在于所述可控開關向所述第一負荷提供具有脈沖暫停比率的脈沖電壓，并且特征在于所述DC至DC轉換器至少在所述暫停期間為所述第二負荷供電。
2.根據(jù)權利要求1所述的電源電路，其中所述第一負荷為電動馬達，并且所述第二負荷為控制電路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電源電路，其中所述脈沖電壓具有脈沖暫停比率，所述脈沖電壓的暫停按如下方式調(diào)節(jié):所述DC至DC轉換器能夠足夠地為所述第二負荷供電，甚至當僅在所述暫停期間運行時也是如此。
4.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的電源電路，其中所述DC至DC轉換器表現(xiàn)出控制輸入端，并且能夠通過向所述控制輸入端施加適當?shù)碾妷憾唤油ê蛿嚅_。
5.根據(jù)權利要求4所述的電源電路，其中所述電源電路還包括充電線圈，并且其中所述DC至DC轉換器能夠由所述充電線圈通過向所述控制輸入端施加電壓而被啟用。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的電源電路，其中所述DC至DC轉換器的控制輸入端連接到所述控制電路。
7.小電器例如電動牙刷或剃刀，其具有根據(jù)前述權利要求中的一項所述的電源電路。
8.向小電器提供電力的方法，所述小電器包含電池、具有相對高功耗的第一負荷、可控開關、具有相對低功耗的至少第二負荷、和DC至DC轉換器，其中所述第一負荷經(jīng)由所述可控開關連接到所述電池，并且所述DC至DC控制器從所述電池提供電力給所述第二負荷，其特征在于所述第一負荷由脈沖電壓供電，所述脈沖電壓具有脈沖暫停比率，并且特征在于所述DC至DC轉換器至少在所述暫停期間為所述第二負荷供電。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中當所述脈沖期間的所述電池電壓高于確定的最小電壓時，所述DC至DC轉換器為所述第二負荷和可能的另外的負荷供電，甚至在所述脈沖期間也是如此。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的方法，其中所述脈沖電壓具有脈沖暫停比率，所述脈沖電壓的暫停按如下方式調(diào)節(jié):所述DC至DC轉換器能夠足夠地為所述第二負荷供電，甚至當僅在所述暫停期間運行時也是如此。
11.根據(jù)權利要求8、9或10所述的方法，其中所述第一負荷為電動馬達，并且所述第二負荷為控制電路，所述控制電路控制所述小電器的功能。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述控制電路監(jiān)測所述電池電壓，并且當所述電池電壓在所述電動馬達不運行的情況下降至低于第一電壓時，或所述電池電壓在所述電動馬達仍然運行的情況下降至低于第二電壓時，所述控制電路斷開所述小電器。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述控制電路在斷開所述小電器時僅在所述電動馬達或其它負荷之后斷開所述DC至DC轉換器。
【文檔編號】H02J7/02GK103828179SQ201280044268
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月13日 優(yōu)先權日:2011年9月16日
【發(fā)明者】T·凱勒曼, L·法蘭達 申請人:博朗有限公司