CN1650483A - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明说明书披露了一种带有内设开关模式电源的插头装置。这种插头装置设有一块印刷电路板(24)，电路板上设置了一个高频变压器(32)、一个低压电容器(28)、以及一些其它元件，它们构成了开关模式电源。一个第一隔离屏障(36)从外壳(26)中伸出，并穿进高频变压器(32)和低压电容器(28)之间。一个第三隔离屏障(46)从外壳(26)中伸出，并穿进在印刷电路板(24)中的一个第一槽(48)内，一个第四隔离屏障(48)从上述外壳(26)中伸出，并穿进在印刷电路板(24)中的一个第二槽(44)内。这些槽子(42、44)在高频变压器(32)的高压接线端子和低压接线端子之间。一个第二隔离屏障(38)从上述外壳(26)中伸出，穿进高频变压器(32)和印刷电路板(24)之间，并且位于高频变压器(32)底下。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及一种带有内设开关模式电源的插头装置(开关模式电源式(SMPS type))，即一种设有一块印刷电路板(PCB)，而在电路板上设置了一个高频变压器、一个低压电容器和其它元件的电源装置。这种电源装置还包括一个外壳，以及至少两个输入连接器，可适配插入例如墙壁插座之类的电源插座内。

世界各地存在各种不同的电子器件标准，尽管有些地方的标准的要求要比其它地方的标准的要求要低；但是交流/直流适配器必须符合这些标准的要求。其中一组这类标准是国际电工技术委员会IEC标准。IEC60950标准为电气设备规定了关于对在不同电压条件下的隔离，以及元件之间的距离的最低要求。IEC 61000标准规定了关于电磁兼容性(EMC)的最低要求。通常，有些标准还规定了电气/电子器件的形状。在插头装置的情形中，欧洲标准EN 50075作了相应的规定，并适用于在欧洲使用的插头装置。这种规格的插头会被称为欧洲式插头。

这种插头装置的物理尺寸比较小，因而需要特别注意元件的合理安排，以保证符合IEC标准的要求。这是因为电容器的外表面通常采用诸如铝之类的金属制成，而金属会被某些塑料或陶瓷材料完全或部分地覆盖。这种材料具有绝缘的特性，但不符合任何特定的标准，因而电容器的表面必须被视作一种导电表面。这一点也适用于高频变压器的磁芯。高频变压器磁芯通常是采用铁氧体制成的。铁氧体的导电性比较低，然而，却未能低到成为一种绝缘体。因此，变压器的磁芯也必须被视作一种导电表面。

背景技术

一段时间以来，已经有多项发明致力于把交流/直流适配器集成为用于电网电源的电源插头。这些适配器非常有用，因为许多电子器件需要一种电压较低的电源(通常是3至15伏)，以及较低的功率消耗(1至20瓦)。外部电源还有助于降低整体成本，从而电子器件可能根据需要设计成只使用一种电压。然后让外部电源适配，以便把不同的电压和频率变换为规定的直流5伏。然而，后一种设想只是以一种欧洲式的插头装置在某种程度上得以实现，这主要是由于先前的变换电路的物理尺寸通常都比较大和笨重。

目前，大多数的低功率交流/直流适配器都使用一种线性型技术。线性型变换器由一个能把电压降低到合适水平的变压器组成，可以有选择地设置一个或四个用于对电压进行整流的二极管，并且设有一个用于平滑电压的电容器。作为任选件，还可以设置一个或多个用于限制最大输出电压的元件。大多数元件都是无源的，这种结构会导致输出电压的质量依赖于负载。这还会导致由于采用额定值较大的元件引起的某种程度的过补偿。使用一个变压器还可以在电压和输出电压之间提供直流隔离。在大多数情形中，使用的还是线性型变换器，这使得交流/直流适配器具有一种类似插头的开关，可以插到一个墙壁插座内，适宜用于诸如移动电话之类的电子设备。

美国专利US4273406描述了一个设置在一个插头装置内部的交流/直流适配器。在这个适配器中，一个线性型的变压器装设在一个使用螺钉固定的两件组合式的圆筒形外壳内。由于使用了较大的线性型变压器，这种发明有几个缺点。最严重的缺点是外壳又大又笨重。此外，其插头不容易与欧洲型插座很好配合。

与此相仿，欧洲专利EP0493080描述了一种带有一个线性型变压器的插头。该插头装置是专门用于医疗设备的，因而使用了一种构形非常特别的输入连接器(插头和插座有编码)。因而，这些输入连接器很容易适配于欧洲式的插座。欧洲专利EP0493080和美国专利US4273406之间唯一的区别在于，该插头装置由于其元件内部布局的特点，是“又长又薄的”，而不是“又短又肥的”。尽管几个插头可以容易地插进布置紧凑的插座内，插头的体积并没有任何明显的改变。

国际专利WO01/08270描述了类似于美国专利US4273406的一种类型的交流/直流适配器。基于国际专利WO01/08270的发明可以插到欧洲式插座内。然而，这种插接配合是通过设置一个带有适宜于插进该种插座内的输入连接器的部件来实现的。其余的元件装设在一个附装到这个部件上的大盒内。

目前，交/直流适配器的变换电路技术也用于其它更新式的，采用调频开关技术的变换器。与线性型比较，变换技术提供了许多好处。这些好处包括尺寸、重量、和效率。此外，还可以生产出具有“万用”输入的交流/直流适配器，这意味着这种适配器可以在多种不同的电压和电压范围工作，例如电压范围可以从80伏到250伏，频率范围可以从40赫芝到70赫芝。

尽管开关模式技术有这些明显的优点，然而，即使在今天，旧式的线性功率电源仍然在统治着功率低于10瓦的交流/直流适配器市场(请参阅美国专利US5469334)。出现这种情况的原因是，开关模式电源适配器的生产成本仍然比可比较的同一功率级别的线性电源的生产成本高得多。此外，线性电源还以非常大的数量生产，导致其生产成本比较低。把生产成本记在心里，结合考虑今天的开关模式电源设计形式(其尺寸通常不到线性电源适配器的一半)，就会更清楚地理解为什么开关技术至今未能大量地应用于小功率交流/直流适配器。

由于逆向变换器使用了高频变压器，逆向变换器成了开关模式电源的首选型式，因为高频变压器提供了直流隔离。也可以使用其它类型的开关模式电源。晶体管的开关通常是由某种脉冲宽调制(PWM)控制的，这种调制包括用于稳定电压的某些调节手段。感应器/变压器和电容器的尺寸是以所需要的负载和晶体管开关频率(每个周期的能量)为依据的。因此，使用高频率可导致元件变小，因为每个周期要传递的能量较少。

在上面提及的所有技术当中，逆向变换器是首选的，因为它在电源电压和输出电压之间提供了直流隔离。逆向变换器还允许有多种不同的输出电压，每种输出电压都与其它输出电压直流隔离。至于那些没有内设直流隔离的开关的那些类型的开关模式电源，可以采用一个隔离变压器来实现直流隔离。然而，这种解决办法既增加了额外的元件，又进一步增加了与线性型变换器有关的缺点。

在“机器设计”第9，62期(1990年)中描述了一个插头装置。这项发明的特点是在一个电源插头中设置了开关模式电源，该开关模式电源把电网的交流电压变换为低压直流。这项发明使用了一个集成电路(IC)，该集成电路把一个高压金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和一个起开关作用的数字电路结合起来。用于适配器的所有电子元件都安排在一个插头内部的单块印刷电路板上，该电路板垂直于两个输入连接器。所描述的插头装置具有一个开关模式电源式的交流/直流适配器，装设到一个插头装置的空间之内。然而，这篇文章并没有为与小尺寸相关的问题提供任何解决办法。

国际专利WO94/06177，或与之等效的德国实用新型专利G9320893U1，描述了一种欧洲式的带有内设电源的插头。所描述的开关模式电源是一种逆向变换器。然而，这份出版物并没有说明该开关模式电源怎样才能安排在插头装置内部，而又能同时保证符合相关标准的要求的。国际专利WO94/06177使用了一块专用的承载板，让印刷电路板安装在该承载板上。该印刷电路板的特点是基本呈六角形，与插头装置的内轮廓相配合。此外，该印刷电路板安排在该承载板的顶上，并且容纳了适配器的所有元件。

采用先前的工艺技术制成的交流/直流适配器未能够既利用开关技术的优点，又与此同时具有能够到欧洲式电源插头内的紧凑的设计特点。两个主要的原因是，随着尺寸缩小，由于所需要的初级端与次级端的隔离引起了一组新的问题，以及由于开关技术引起了一些与电磁兼容性相关的问题。在不同的技术领域中的几个问题将需要同时解决，以便构造出一种具有小尺寸，最好是欧洲式尺寸的插头装置，或尺寸更小的插头装置。

这种类型的开关模式电源所碰到的问题之一是，漏电距离和间隙距离必须大约等于5毫米，以便让产品符合安全标准的要求。一个解决办法是，利用一种类似宏观熔融或灌注的技术把电子元件封装起来。宏观熔融物以一种液体或半液体的形态注入插头内，随后硬化，或继续以半液体的形式存在，在元件之间形成绝缘的屏障。这种方法可以让元件非常紧密地安排在一起。这是一种用于隔离元件的昂贵的方法，而且难于保证不会在液体分隔初级电路和次级电路的地方出现气穴。这种宏观熔融方法也可以显著地改变元件的散热方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够装设到一个插头装置内，类似于欧洲式插头，用作电源适配器的电源装置。此外，一个交流/直流电源必须满足上文提到过的各个标准和各种安全规程和电磁兼容性规程的要求，以便能获得认可。通过利用隔离屏障，可以生产出一种配有内设的开关模式电源式适配器的插头装置，可以装设到一个欧洲式的插头的容积之内，与此同时，还符合这种类型的装置的各种标准。本发明的装置甚至可以使用标准元件。如果有可能，即使其相对于目前市场上的其它开关模式电源产品的产品成本的微小增加也应当避免，因为开关模式电源交流/直流适配器将要与旧式的线性适配器以及采用开关模式电源的其它交流/直流适配器展开竞争。因此，价格将会成为一个重要的因素。这意味着，如果有可能，应当避免采用例如Oscon电容器、多层陶瓷电容器(MLCC)、或钽电容器之类的昂贵的新型元件。对于价格敏感的电子产品的经验规则是，应当使用多数供应商普遍提供的旧式元件，而不是采用代表当前水平的最新技术。这一规则同样适用于市场上有大量标准生产机械可供利用的生产工艺。然而，使用“新”技术会有利于本发明，而且因而有可能制作出体积甚至更小的交流/直流适配器，或制作出其物理尺寸相同，而具有较大功率的交流/直流适配器。

基于本发明的第一个方面，提供了一个包括下列结构的电源装置：

一个规定了前端和后端的外壳；

一对插销，用于与电源插座配合工作，并且是从外壳的前端处的前端壁垂直伸出的；

一条低压塞绳，或一个低压连接器，从外壳的后端伸出；

一个开关模式电源电路，包括一块用于把电源电压变换为一种低压的电路板；

该印刷电路板安装在外壳内部，沿着大体平行于前端壁的方向定位，并且设有连接到印刷电路板一侧的插销，还设有连接至印刷电路板的该一侧或最好是其相对侧的低压塞绳或低压连接器，而外壳本身在前端和后端之间具有一种横截面构型，这种构型大体上相当于并且不超出符合EN50075号欧洲标准的欧洲插头的前端壁的横截面构型。

根据本发明的基本原理，开关模式电源电路与外壳的组合尺寸不超过符合EN50075号欧洲标准的欧洲插头的尺寸。开关模式电源电路与外壳的这种集成是通过在一个平行于外壳的前端壁的位置上使用印刷电路板来实现的，这与采用先前的工艺技术的电源装置明显不同：在先前的电源装置中，印刷电路板是平行于用于与电源插座建立导电连接的那对插销定位的。

基于本发明的第二个方面，提供了一个包括下列结构的电源装置：

一个规定了前端和后端的外壳；

一对插销，用于与电源插座配合工作，并且是从外壳的前端处的前端壁垂直伸出的；

一条低压塞绳，或一个低压连接器，从外壳的后端伸出；

一个开关模式电源电路，包括一块用于把电源电压变换为一种低压的电路板；以及

该印刷电路板安装在外壳内部，沿着大体平行于该前端壁的方向定位，并且设有连接到该印刷电路板一侧的插销，还设有连接至该印刷电路板的该一侧或最好是其相对侧的上述低压塞绳或低压连接器。

在基于本发明的电源装置的目前这个首选具体实施方案中，开关模式电源装置包括一个第一整流器或电网电源整流器，用于接受电源电压，并且用于把电源电压变换为一个第一直流电压，此电压从这个第一整流器的一对输出端子输出；一个第一储能电容器跨接到第一整流器的两个输出端子，用于平滑第一直流电压；一个高频振荡器或高频开关上设有一对输入端子，用于接受来自电容器的第一直流电压，并且用于把一种高频振荡电压从一对输出端子输出到一个高频变压器，以便把该高频振荡电压降低到一个变压器输出低电压；该高频变压器还设有一对输入端子和一对输出端子，该高频变压器的该对输入端子连接到高频振荡器的输出端子，而高频变压器的该对输出端子则连接到另一个整流器，用于对变压器的输出低电压进行整流，并且设有一对整流器输出端子，用于连接到另一个储能电容器，再连接到一条低压塞绳或低压连接器。

本发明的一个独特的特点涉及为该对插销提供与印刷电路板的接触。按照本发明的这个独特的特点，用于建立对电源插座的导电连接的该对插销中的一个，是通过一个保险丝元件来连接到包含开关模式电源电路的印刷电路板上的，该保险丝元件最好由一个电阻器构成。

按照另一个特点，另一个插销通过一个弹簧加载的触点被连接到该印刷电路板上，以建立从该插销到该开关模式电源电路的导电连接。

本发明的一个特定的方面涉及上面提及的隔离问题，按照本发明的原理，高频变压器定位在位于印刷电路板上的两个电容器之间，朝着离开那对插销的方向。

相关的标准要求高压侧和低压侧以有效的方式被隔离，以防止在高压侧和低压侧之间出现故障放电。如国际电工技术委员会标准IEC 60950所述，这要求在这两侧之间穿过空气和穿过隔离有一段规定的最小距离。通过在高频变压器和低压电容器之间插入一个隔离屏障，可以让这两个元件之间要求的最小距离变得更小。

如上文所述，另一个需要考虑的问题是漏电。漏电是指电荷蠕动经过某一绝缘体的表面，从而把电荷移动到一个非预定的位置。在高频变压器和低压电容器之间安排一个第一隔离屏障，从而增加该高频变压器和该低压电容器之间的表面距离，并且减小蠕动距离。

如上文所述，开关模式电源存在几个不同的布局方式。为了能够把一个开关模式电源装设到一个插头装置的容积之内，必须预先考虑一些设计特点。首选的开关模式电源布局方式是逆向变换器，但许多(如果不是大多数的话)关于隔离的考虑可能转移到其它布局方式。例如，如果使用一个Buck-变换器来控制电压，则可以使用一个隔离变压器来把电压降低到合适的水平，并且提供直流隔离。

在基于本发明的一种插头装置的头一个首选的具体实施方式中，一条低压输出塞绳被装接到该插头装置，并且适配用于把该插头装置连接到一个用电器，第一隔离屏障也从该高频变压器和该低压塞绳之间伸出。插头装置的功能要求把内设的适配器连接到一个外部用电器。通过伸展第一隔离屏障，有可能把一条低压塞绳装接到该插头装置中比较接近高压的位置，在不是采用本发明的方法的其它类似的插头装置中，这些位置明显太靠近高压侧，因而是不允许的。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个第三隔离屏障从外壳伸出，并且穿进印刷电路板的一个第一槽子，一个第四隔离屏障从该外壳中伸出，并且穿进印刷电路板的一个第二槽子，而第一道和第二道槽子是设置在该高频变压器的高压连接端子和低压连接端子之间的。通过把隔离屏障设置在高压连接端子和低压连接端子之间，有可能把它们安排得彼此更靠近，从而有可能使用一个其线圈形状更窄，其连接端子安排得彼此更加靠近的高频变压器。此外，通过把该隔离屏障设置在该印刷电路板一个槽子之内，当该高频变压器是利用通孔装设在印刷电路板上时，有可能使用两面的印刷电路板。在不是采用本发明的方法的其它类似的插头装置中，使用通孔可能是有问题的，因为连接端子从该印刷电路板的对侧伸出。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个光耦合器装设在上述印刷电路板上，位于上述第一槽子和第二槽子之间，在上述高频变压器底下，并且和该高频变压器一样在上述印刷电路板的同一侧。这种安排允许利用在该印刷电路板上原来预定被某一元件占用的区域，这一区域从高压侧跨到低压侧，类似于高频变压器。如果该光耦合器不是安排在高频变压器底下的话，就不得不占用另一块印刷电路板了。因此，上述安排节省了印刷电路板上的空间，而使得该印刷电路板的要求空间可以小一些。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个光耦合器装设在上述印刷电路板上，位于上述第一槽子和第二槽子之间，在上述高频变压器底下，并且和该高频变压器一样在上述印刷电路板的同一侧。这种安排允许使用一种表面安装器件式(SMD type)高频变压器。光耦合器在隔离方面以同样的方式起作用，不管它是否被安排在印刷电路板上相对于上述高频变压器的相反一侧，而不安装在高压侧和低压侧之间。然而，它并有能节省印刷电路板上的空间。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个第二隔离屏障从该外壳中伸出，并且穿进高频变压器和印刷电路板之间，而任何其它元件都安排在上述印刷电路板上，在高频变压器底下，或近似在高频变压器底下。靠近上述高频变压器或位于其底下的元件均带有高压电位或低压电位。如上文所述，高频变压器的磁芯必须被视作一种导电表面。这种把第二隔离屏障放置在该高频变压器和印刷电路板之间，而任何其它元件则安排在该印刷电路板上，在高频变压器底下或近似在高频变压器底下的做法，屏蔽了上述高频变压器的磁芯。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个第五隔离屏障从该外壳中伸出，并且全部或部分地环绕着一个装接在上述至少两个输入连接器中的一个和上述印刷电路板之间的一个保险丝元件。这个保险丝元件可以在上述印刷电路板之间连接，并且在上述输入连接器的任何一个之间连接。取决于在上述插头装置内部的印刷电路板的具体布局，该保险丝元件可以非常靠近包含开关模式电源的元件。通过这种让第五隔离屏障完全地或部分地环绕上述保险丝元件的安排，在上述保险丝元件和上述包含该开关模式电源之间获得了一个较紧密的空间。如果该第五隔离屏障和该保险丝元件进一步以一种相对于上述印刷电路板的中心线偏置的方式安排，则在该印刷电路板上还可以为元件提供更多的空间。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方案中，该壳体和隔离屏障是整体模制的。把该壳体和该隔离屏障作为一个整体模制的做法，为生产带有所有上述隔离屏障的壳体提供了一种简易的方法。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，该壳体包括两个或多个单独的零件，它们适合于装接成为一个较大的元件。把该壳体分割成两件或多件，可以更方便地关闭围绕上述印刷电路板，并围绕包括上述开关模式电源在内的元件关闭上述壳体。此外，还可以提供一种可以让输入连接器装接在其上的独立元件。把这些独立零件装接在一起的一个方法是，使用粘合方法或超声波焊接方法把它们结合在一起。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个或多个隔离屏障是壳体内部的一些独立零件，它们装接到壳体上，或被壳体固定在规定的位置上。采用隔离屏障与壳体分开制作的方法，可以使用形状比较复杂的隔离屏障，如果这些隔离屏障与壳体做成一个整体，则要使用形状这样复杂的屏障是十分困难的。这些隔离屏障可以利用例如粘合的方法或把它们位置固定的方法来装接到壳体上，例如利用在壳体上设置的槽子或凹口就可以固定它们的位置。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，上述壳体和隔离屏障是使用具有彼此不同的特性的材料制成的。通过使用与制作上述壳体不同的材料来制作上述隔离屏障，可以选择不同部分的隔离特性。壳体可以具有良好的电磁兼容性屏蔽特性，而与此同时，隔离屏障则只需要具有良好的电气绝缘特性。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，在上述印刷电路板中的上述槽子一直延伸通过印刷电路板。这样做，可以生产出一种高压电路和一个低压电路，然后根据其后的具体安排来作出决定。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个或多个隔离屏障是装接到上述印刷电路板上，或被印刷电路板固定在规定的位置上；而不是装接到壳体上或被壳体固定在规定的位置上的。这种做法也提供了和采用由壳体来把上述隔离屏障固定在规定位置时所具有的同样的优点。但对于那种需要在某一特定的位置上进行隔离，并因此导致把这些隔离屏障装接到该外壳上有困难的元件，这种做法还为这种元件的安排增加了自由度。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方案中，一个或多个隔离屏障与上述印刷电路板形成一个整体，而不是与上述壳体形成一个整体。在上述隔离屏障当中，例如第三隔离屏障和第四隔离屏障，可以成为该印刷电路板整体的一个组成部分。该印刷电路板已经具有良好的电气绝缘特性，并且可以作为在一块用户定制的印刷电路板上的一个隔离屏障起作用。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，一个或多个隔离屏障装接到上述印刷电路板上的上述元件之一上，或被该元件固定在规定位置，而不是装接到上述壳体上或被壳体固定在规定位置，或直接装接到印刷电路板上，这样做，可以采用一种合适的方式把各个元件装设在上述印刷电路上，而同样采用这种方式，难以把这些隔离屏障装接到上述印刷电路板上或上述壳体上。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，使用了一个信号变压器来代替光耦合器。该光耦合器的作用是在提供直流隔离的同时，从低压侧向高压侧发送一个信号。

在基于本发明的一种插头装置的另一个首选的具体实施方式中，该信号变压器被集成到高频变压器内。采用这种方式，只使用了一个磁芯来构成一个有双重用途的元件，从而节省了空间。

把印刷电路垂直于输入连接器，并垂直于插头装置的侧面放置的做法，具有一些优点，因而是优先采用的。这并不是一种直截了当的解决方案，因为这种取向导致印刷电路板的表面积比其它类型的取向要小一些。这种印刷电路板的安排允许使用辐射式电容器，它们通常是圆柱形的，而且在元件的同一端有两个连接器，因而在印刷电路板上占用较小的空间。两端都有连接器的电容器也可以使用，但它们没有那么方便。

通过使用上面描述的隔离屏障，并且采用上述印刷电路板的首选安排，可以生产出一种欧洲式尺寸的插头装置，这种装置具有内设的开关模式电源式适配器，符合国际电工技术委员会IEC标准关于这种类型的装置的要求。在仍然维持在一种欧洲式的插头装置的容积范围之内的前提下，还可以使用标准型的电容器和其它元器件。

附图说明

图1说明了一种采用先前的工艺技术的墙壁适配器，带有一个线性型适配器。

图2说明了一种采用先前的工艺技术的墙壁适配器，带有开关模式电源式适配器。

图3说明了一种采用先前的工艺技术的带有开关模式电源式适配器的墙壁适配器的内部安排。

图4.1说明了一种基于本发明的欧洲式插头的第一种布局。

图4.2说明了一种基于本发明的欧洲式插头的第二种布局。

图4.3说明了一种基于本发明的欧洲式插头的第三种布局。

图5说明了基于本发明的一种印刷电路板，采用了其最大元件包括了一种开关模式电源的布局。

图6说明了基于本发明的设有槽子的印刷电路板。

图7说明了基于本发明的，其最大元件包括了一种设置在插头装置外壳内部的开关模式电源的印刷电路板的剖视图。

图8说明了基于本发明的从外壳中伸出的隔离屏障。

图9给出了基于本发明的输入连接器装置、保险丝元件、以及保险丝元件的隔离屏障的剖视图。

图10给出了一种普通的逆向开关模式电源电路示意图。

图11给出了一种适用于提供3瓦功率的逆向开关模式电源电路示意图。

图12给出了一种适用于提供3瓦功率的逆向开关模式电源电路示意图。

图13给出了一种适用于提供5瓦功率的逆向开关模式电源电路示意图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，除非另有特别规定，否则，同样的参考号应适用于同样的元件。

在图1中给出的采用先前的工艺技术制造的墙壁适配器10，是用于移动电话和类似设备的大多数墙壁适配器的粗略示意图。这个墙壁适配器10使用了线性技术。输入连接器12和14装接到连接体16上。该连接体采用了欧洲式插头的形状。一个主体19封装了变压器、二极管、电容器和其它必要的元件。如图所示，墙壁适配器10的主体18是比较大的，会容易对一个或多个相仿的墙壁插座构成障碍。在某些墙壁适配器中，主体18制成相对于连接体16偏置，这样可以使它能够让相邻的插座能够插上其它插头。

图2说明了采用先前的工艺技术制造的墙壁适配器20，该适配器采用了开关模式电源式变换技术。如图1中所示的墙壁适配器10那样，其输入连接器12和14被装接到一个连接体16，该连接体具有一种欧洲式插头的形状，并有一个主体22。其开关模式电源装设在墙壁适配器20的主体22内部。所有元件都装设以主体22内的一块印刷电路板24上，如图3所示。而输入连接器12和14则连接到在主体22内或在连接体16(图中没有画出)内的印刷电路板24上。使用开关模式电源技术的主体22的尺寸通常小于在图1中示出的墙壁适配器10的主体18的尺寸，但通常仍然人比欧洲式的插头的尺寸大些。

正如上文解释的那样，本发明涉及一个具有欧洲式插头尺寸的一个插头装置，设有开关模式电源式的内设电源。这种类型的一个插头装置30包括装接到一个外壳26上的输入连接器12和14，该外壳具有大约相当于欧洲式插头尺寸或图1和图2中所连接体16的尺寸。为了能够把一个电源安排在一个这种类型的插头装置内，需要为包括该电源在内的印刷电路板24和各元件提供空间。图4.1、4.2、和4.3说明了在插头装置30的外壳26内部的一块印刷电路板的三种可能的取向。

那些必须安排在印刷电路板24上的元件可以粗略地分成两组：控制元件，它们通常都比较小；还有功率元件，它们通常比较大。这些元件都必须以一种合适的方式装设在印刷电路板24上，以保证电路的功能可以按预期执行，并且与此同时，确保其能够满足关于隔离和电磁兼容性的相关标准的要求。如图5所示，高压电容器34、高频变压器32和低压电容器28是体积比较大的元件，被安排在印刷电路板24的同一侧，而电容器28和34则安装在每一端，高频变压器安装在它们之间。采用这种方式，可以把印刷电路板24划分为一个高压部分和一个低压部分。高频变压器32被装设在高压电容器34的位置，并且在其与低压电容器28之间留出一个小间隙。正因为在高频变压器32和低压电容器28之间留出了这个间隙，使得有可能在它们之间插入一个第一隔离屏障36。这个第一隔离屏障36取L形的形状，使得其一只脚可以伸出到高频变压器32的顶上，使它能够在高频变压器32上实现低压连接，并且在此同时维持所要求的隔离。如图所示，还有第二个隔离屏障38在高频变压器32和印刷电路板24之间延伸。采用这种方式，第二个隔离屏障38屏蔽了光耦合器40。如图所示，光耦合器从高频变压器32的磁芯的导电表面装设到高频变压器32底下，或大约在高频变压器32底下。

正是由于插入了这些隔离屏障，使得在高压侧和低压侧之间的隔离能够符合各相关标准的要求。为了更方便插入隔离屏障，如图6所示，在印刷电路板24上做出了槽子42和44。在印刷电路板24上，是在高频变压器32的连接器之间的一个位置留出槽子42和44的，并且借此把印刷电路板24划分为一人高压部分和一个低压部分。第三个障壁46和第四个障壁48插进印刷电路板24的一个槽子内，从而增大了高压侧和低压侧之间的间隙距离。这些屏障还有助于增大漏电距离，因为高压侧和低压侧之间的表面距离变得更长。

如图7所示，光耦合器40被装设在槽子42和44之间，并且在高频变压器32底下，因而跨接于高压侧和低压侧之间的间隙的仅有的两个元件就是高频变压器32和光耦合器40。如果把光耦合器40装设在高频变压器32的同一侧上有困难，也可以把其安装在相对的一侧。

为了保证示图清晰易读，图8只画出了外壳26的一半。有一些隔离屏障从该外壳26中伸出。这些隔离屏障或者构成外壳整体的一个组成部分，或者被装接到外壳上。不把这些隔离屏障装接到外壳上的好处是，隔离屏障可以使用不同于制造外壳的材料来制造，从而可以具有与外壳26不同的隔离特性。图中画出的隔离屏障相应于参照图5、图6和图7描述的那些隔离屏障。这两个隔离屏障36和38可以任选地被制成两个较短的隔离屏障，从外壳26的每一侧伸出，并且在中间互相交叠，从而形成一个完整的隔离屏障。如果是后一种情形，在图8中示出的外壳26的那一半，以及没有在图中画出的另外的一半，可以构成一个彼此的近似的镜像。而在另一种情形中，从没有在图8中画出的那半个外壳26伸出的唯一的隔离屏障产是四个隔离屏障48。

图9说明了第五个隔离屏障52是如何安排与一个保险丝元件50连接的。插头装置和印刷电路板24一起画出，其安排与图4.1所示相同。保险丝元件50被连接到两个输入连接器12和14当中的一个与印刷电路板24之间。如图所示，第五个隔离屏障52围绕着保险丝元件50部分地伸出，从而把它与包括开关模式在内的其它元件隔离。另一种替代做法是，可以让隔离屏障52围绕保险丝元件50一直伸出。再一种替代做法是，相对于印刷电路板24的中心线带偏置地安排保险丝元件，从而为面和保险丝元件50的各个元件在印刷电路板24上的安排留出更多的空间。外壳26还设有一条低压输出塞绳，并附有一个应变消除元件54。

在图10中，给出了一个普通的逆向开关模式电源电路的示意图。图中的电路包括一个安全保险丝、一个整流器、一个储能滤波部分、一个箝位电路部分、一个变压器、一个开关控制器、一个安全电容器、一个反馈光耦合器、一个整流器部分、以及一个次级储能电容器。

图11、图12和图13是图10中的普通逆向开关模式电源电路的三个设计原型的显示图，这三个原型分别适配于产生3瓦、3瓦和5瓦的输出功率。图11和图13说明了基于光耦合器反馈的逆向开关模式电源电路。图12说明了一个基于变压器反馈的逆向开关模式电源电路。为装配这些设计原型所使用的元件在例一、例二和例三中列出。

在本发明的说明中，已经举出了一个欧洲式插头作为例子。然而，本发明很容易改换成例如采用不同形状的输入连接器，比如美国或英国的插头装置。

上文已经说明了在本发明中，在什么地方把开关模式电源装设到一个插头装置的内部。然而，由于本发明涉及一个具有小尺寸的开关模式电源，因而可以在本发明的概念的范围内，作出大量变动。作为一个例子，可以把第二套连接器装接到外壳上，作为低压输出。然后可以把插头装置配合到例如在一块印刷电路板上，或在一个器件内的一个插座内，从而成为一个低压电源。另一个例子是当输出连接器被适配于其它种类的连接的情形，而插头装置可以充当例如剃须刀、灯泡、自行车灯和类似器具中的电源。

例一：

在实际构造在图11所示的一个电源电路的设计原型时，使用了下列元件和部件。

一个电容器34，6.8微法，400伏，由Rubycon公司提供。

一个电容器56，MLCC SMD 0603，由Phycomp公司提供。

一个电容器28，1000微法，10伏，由Luxon公司提供。

一个电容器60，33微法，10伏，由Luxon公司提供。

一个电容器58，56纳法，1000伏，由Johanson公司提供。

一个电容器62，MLCC SMD 0603，由AVX公司提供。

一个电容器64，MLCC SMD 1206，100纳法，100伏，由Phycomp公司提供。

一个齐纳二极管66，由安森美半导体公司(ON Semiconductor)提供。

一个肖特基二极管68，2安，40伏，0.3伏，100皮法，由安森美半导体公司提供。

一个整流器电桥70，由Diotec公司提供。

一个二极管72，600伏_RRM，0.5安，由Diotec公司提供。

一个10欧2瓦的线绕式可熔电阻器74，由Token公司提供。

一个射频扼流圈76，1000微亨，130毫安，由Epcos公司提供。

一个片式电感器78，1微亨，1000毫安，由Murata公司提供。

一个光耦合器40，由NEC公司提供。

三个电阻器80、82、84，SMD 0603，0.063瓦，50伏，由Phycomp公司提供。

两个电阻器86、88，SMD 0402，0.05毫瓦，由Phycomp公司提供。一个开关元件90，由Power Integrations公司提供。

一个变压器32，EF 12.6，TEX-E线，用户定制。

一个电容器92，330皮法，250伏，4000伏，由BC Components提供。一块1毫米厚的双层印刷电路板，用户定制。

一个塑料下壳体，重2.8克，用户定制。

一个塑料上壳体，重2.9克，用户定制。

两根黄铜销，每根重1.3克。

一个低型面的弹簧加载接触件，由Preci Dip公司提供。

例二：

上面的部件也可以装配构成一个基于变压器的逆向开关模式电源电路，从例一的列表中省去一些部件。在图12中，参考数字对应于例一中列出的部件。

例三：

在实际构造在图13所示的一个电源电路的设计原型时，使用了下列元件和部件。

一个电容器34，6.8微法，400伏，由Rubycon公司提供。

一个电容器94，MLCC，1纳法，200伏，×7R，由AVX公司提供。

一个电容器96，MLCC，100纳法，50伏，由Phycomp AVX公司提供。

一个电容器28，1000微法，10伏，由Luxon公司提供。

一个电容器60，33微法，10伏，由Luxon公司提供。

一个电容器58，56纳法，1000伏，由Johanson公司提供。

一个电容器62，MLCC SMD 0603，由AVX公司提供。

一个电容器64，MLCC SMD 1206，100纳法，100伏，由Phycomp公司提供。

一个齐纳二极管66，由安森美半导体公司(ON Semiconductor)提供。

一个肖特基二极管68，2安，40伏，0.3伏，100皮法，由安森美半导体公司提供。

一个整流器电桥70，由Diotec公司提供。

一个二极管72，600伏_RRM，0.5安，由Diotec公司提供。

一个10欧2瓦的线绕式可熔电阻器74，由Token公司提供。

一个射频扼流圈76，1000微亨，130毫安，由Epcos公司提供。

一个片式电感器78，1微亨，1000毫安，由Murata公司提供。

一个光耦合器40，由NEC公司提供。

两个电阻器98、100，SMD 0805，0.125毫瓦，150伏，由Phycomp公司提供。

五个电阻器86、88、102、104、106，SMD 0402，0.05毫瓦，由Phycomp公司提供。

一个开关元件90，由Power Integrations公司提供。

一个变压器32，EF 12.6，TEX-E线，用户定制。

一个电容器92，330皮法，250伏，4000伏，由BC Components提供。

一个运算放大器108，0.9至7伏，由由安森美半导体公司提供。

一个电阻器112，两兆欧。

一个电阻器110，0.047欧。

一块1毫米厚的双层印刷电路板，用户定制。

一个塑料下壳体，重2.8克，用户定制。

一个塑料上壳体，重2.9克，用户定制。

两根黄铜销，每根重1.3克。

一个低型面的弹簧加载接触件，由Preci Dip公司提供。

此外，本发明还具有如下特点：

1.带有一个开关模式电源式的内设电源的插头装置设有一块印刷电路板(24)，在该电路板上装设以一个高频变压器(32)、一个低压电容器(28)、和一些其它部件，该插头装置还进一步设有一个外壳(26)、以及至少两个输入连接器(12、14)，适配用于插入一个墙壁插座内。这种插头装置具有这样的特点：一个第一隔离屏障(36)从上述外壳(26)中伸出，穿进上述高频变压器(32)和上述低压电容器(28)之间。

2.基于第1点的插头装置，在这个装置上装接了一条低压输出塞绳(54)，适配用于把该插头装置连接至一个用电器。这种插头装置具有这样的特点：上述第一隔离屏障(36)也在上述高频变压器(32)和上述低压塞绳(54)之间延伸。

3.基于第1点的插头装置具有这样的特点：一个第三隔离屏障(46)从上述外壳(26)中伸出，并且穿进位于上述印刷电路板(24)中的一个第一槽子(42)内，而一个第四隔离屏障(48)从上述外壳(26)中伸出，并且穿进位于上述印刷电路板(24)中的一个第二槽子(44)内，而且上述第一和第二槽子(42、44)设置在上述高频变压器(32)的高压连接端子和低压连接端子之间。

4.基于第1点的插头装置具有这样的特点：一个光耦合器(40)装设在上述印刷电路板(24)上，在第一和第二槽子(42和44)之间，在上述高频变压器(32)底下，并且在印刷电路板(24)上位于上述高频变压器(32)的同一侧。

5.基于第1点的插头装置具有这样的特点：一个光耦合器(40)装设在上述印刷电路板(24)上，在第一和第二槽子(42和44)之间，在上述高频变压器(32)底下，并且在印刷电路板(24)上位于与上述高频变压器(32)相对的一侧。

6.基于第1点、第4点或第5点的插头装置，该装置具有这样的特点：一个第二隔离屏障(38)从上述外壳(26)中伸出，并且穿进上述高频变压器(32)和上述印刷电路板(24)之间，并且任何其它部件都装设在该印刷电路板(24)上，在上述高频变压器(32)底下，或近似在该高频变压器底下。

7.基于前面任何一项专利权限的插头装置，在该插头装置上，一个保险丝元件(50)装接在上述至少两个输入连接器(12和14)当中的一个与上述印刷电路板之间。这种插头装置具有这样的特点：一个第五隔离屏障(52)从上述外壳(26)中伸出，并且完全地或部分地环绕上述保险丝元件(50)。

8.基于前面任何一项专利权限的插头装置，该装置具有这样的特点：上述外壳(26)和上述隔离屏障(36、38、46、48、52)是模制成一个整体的。

9.基于前面任何一项专利权限的插头装置，该装置具有这样的特点：上述外壳(26)是由两个或多个独立件组成的，它们适配于互相装接起来，成为一个大的构件。

10.基于第9点的插头装置，该装置具有这样的特点：一个或多个隔离屏障(36、38、46、48、52)是与上述外壳(26)分开的独立部件，它们被装接到该外壳(26)上，或被该外壳(26)固定在规定的位置。

11.基于第10点的插头装置，该装置具有这样的特点：上述外壳(26)和上述隔离屏障(36、38、46、48、52)是分别采用具有不同材料特性的材料制成的。

12.基于第3点、第4点或第5点的插头装置，该装置具有这样的特点：位于印刷电路板(24)上的上述槽子(42和44)一直延伸跨过整块印刷电路板(24)，把电路板分成两个部分。

13.基于前面任何一项专利权限的插头装置，该装置具有这样的特点：一个或多个隔离屏障(36、38、46、48、52)被装接到上述印刷电路板(24)或被该印刷电路板固定在规定的位置，而不是被装接到上述外壳(26)上，也不是被该外壳(26)固定在规定的位置。

14.基于前面任何一项专利权限的插头装置，该装置具有这样的特点：一个或多个隔离屏障(36、38、46、48、52)是上述印刷电路板(24)的整体组成部分，而不是上述外壳(26)的整体组成部分。

15.基于前面任何一项专利权限的插头装置，该装置具有这样的特点：一个或多个隔离屏障(36、38、46、48、52)被装接到上述印刷电路板(24)上的一个部件，或被这样一个部分固定在规定的位置，而不是被装接到上述外壳(26)上，也不是被该外壳(26)固定在规定的位置。

16.基于前面任何一项专利权限的插头装置，该装置具有这样的特点：使用了一个信号变压器来取代光耦合器。

17.基于第15点的插头装置，该装置具有这样的特点：上述信号变压器被集成到上述高频变压器(32)中。

Claims (10)

1.一种电源装置，其特征在于：包含有如下各个结构：

一个规定了前端和后端的外壳；

一对插销，用于与电源插座配合工作，并且是从上述外壳的上述前端处的前端壁垂直伸出的；

一条低压塞绳，或一个低压连接器，从上述外壳的上述后端伸出；

一个开关模式电源电路，包括一块用于把电源电压变换为一种低压的电路板；

上述印刷电路板安装在外壳内部，沿着大体平行于前端壁的方向定位，并且设有上述连接到印刷电路板一侧的插销，还设有连接至上述印刷电路板的该一侧或最好是其相对侧的上述低压塞绳或低压连接器，

而上述外壳本身在上述前端和上述后端之间具有一种横截面构型，大体上相当于并且不超出符合EN 50075号欧洲标准的欧洲插头的前端壁的横截面构型。

2.根据权利要求1所述的一种电源装置，其特征在于：所述开关模式电源电路包括一个第一整流器或电网电源整流器，用于接受所述电网电源电压，并且用于把电网电源电压变换为一个用于从该第一整流器的一对输出端子输出的第一直流电压；该电路还包括一个跨接在上述第一整流器的两个输出端子上的第一储能电容器，用于平滑该第一直流电压；该电路还包括一个高频振荡器或高频开关，其设有一对输入端子，用于接受来自所述储能电容器的所述第一直流电压，并用于从一对输出端子把一个高频振荡电压输出到一个高频变压器，该高频变压器用于把上述高频振荡电压降低到一个较低的变压器输出电压，并且设有一对输出端子和一对输出端子，这些输入被连接到上述高频振荡器事高频开关的所述输出端子，而所述高频变压器的输出端子被连接到另一个用于对所述变压器的输出电压进行整流的整流器，该整流器还设有至整流器输出端子，用于连接到另一个储能电容器，而该储能电容器则连接到所述低压塞绳或连接器。

3.根据权利要求1或2所述一种电源装置，其特征在于：所述开关模式电源电路还包括一个输入保险丝元件，该元件建立了从所述插销之一与所述印刷电路板之间的连接。

4.根据权利要求1、2或3所述一种电源装置，其特征在于：所述插销之一被连接到所述印刷电路板上的一个弹簧加载的接触元件，以建立从该插销到上述开关模式电源电路之间的导电连接。

5.根据权利要求1至4所述一种电源装置，其特征在于：所述高频变压器被定位在位于所述印刷电路板上的所述两个电容器之间，朝向离开该对插销的方向。

6.根据权利要求1至5所述一种电源装置，其特征在于：所述外壳还设有一个内部凸出的第一隔离屏障，从该外壳延伸到在该外壳内的一个规定的空间之内，并且延伸穿进到所述高频变压器和所述低压电容器之间。

7.根据权利要求6所述一种电源装置，其特征在于：所述第一隔离屏障还在所述高频变压器和所述低压或低压连接器之间延伸。

8.根据权利要求6和7所述的一种电源装置，其特征在于：所述外壳还包括一个内部凸出的隔离屏障，延伸穿进到所述外壳内部的规定的内部空间之内，并且延伸穿进到位于该印刷电路板中的一个槽子之内。

9.根据权利要求1至8所述的一种电源装置，其特征在于：所述一个隔离屏障或多个隔离屏障与所述外壳被模制成一个整体，或者(作为一种替代的做法)所述外壳被充填某种填充隔离物质。

10.根据权利要求1至9所述的一种电源装置，其特征在于：所述印刷电路板设有一个或多个贯通小孔，部分地或完全地把所述印刷电路板分割成两个部分或多个部分。

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