(57)【要約】本発明は、電気機器（２）のための入力回路（１）であって、第１のラインフィルタ（４）を有する共有電気経路（１８）と、共有電気経路と直列に接続され、第２のラインフィルタ（８）を有する第１の電気経路（６）と、共有電気経路と直列に接続され、第１の電気経路と並列に接続される第２の電気経路（７）とを有する入力回路に関する。入力回路は、第１の電気経路を開放する第１のスイッチング素子（５）を有する。電気機器の高電力消費を有する第１の動作モード（Ｚ１）において、第１のスイッチング素子は閉じられ、動作電流のフィルタリングが第１及び第２のラインフィルタによって行われ、電気機器の電力消費が減る第２の動作モード（Ｚ２）において、第１のスイッチング素子は開き、フィルタリングは第１のラインフィルタのみによって行われる。更に、本発明は、スイッチング電源ユニットにおける入力回路の使用と、入力回路を有する電気機器とに関する。
2013502895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器のための入力回路であって、
第１の本線供給フィルタを有する共有電気経路と、
前記共有電気経路と直列に接続され、第２の本線供給フィルタを有する第１の電気経路と、
前記共有電気経路と直列に接続され、前記第１の電気経路と並列に接続される第２の電気経路と、
前記第１の電気経路を開放する第１のスイッチング素子と、
制御回路による前記第１のスイッチング素子の作動のための制御入力部と
を有し、
前記第１のスイッチング素子は、前記電気機器の高電力消費を有する第１の動作モードにおいて閉じられ、その結果として、前記第１の本線供給フィルタ及び前記第２の本線供給フィルタによって動作電流がフィルタリングされ、
前記第１のスイッチング素子は、前記第１の動作モードと比較して前記電気機器の電力消費が少ない第２の動作モードにおいて開き、その結果として、前記動作電流は前記第１の本線供給フィルタによってのみフィルタリングされる、
入力回路。
【請求項２】
前記第１のスイッチング素子は、リレー、特に単安定リレーの形をとる
ことを特徴とする、請求項１に記載の入力回路。
【請求項３】
前記第２の電気経路は、電流制限素子、特にＮＴＣサーミスタを含む
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の入力回路。
【請求項４】
前記第２の電気経路を絶縁する第２のスイッチング素子を更に有し、
前記制御回路は、第３の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の両方を開くようセットアップされ、それにより、当該入力回路は、前記電気機器に動作電流を供給するために使用されない
ことを特徴とする、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の入力回路。
【請求項５】
前記第２のスイッチング素子は、半導体スイッチング素子、特にサイリスタの形をとる
ことを特徴とする、請求項４に記載の入力回路。
【請求項６】
前記第１の本線供給フィルタは、Ｘキャパシタを有さず、又は１００ｎＦよりも大きくないキャパシタンスを有するＸキャパシタを有し、
前記第２の本線供給フィルタは、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有するＸキャパシタを有する
ことを特徴とする、請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の入力回路。
【請求項７】
力率補正のための回路を更に有し、
前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて前記力率補正のための回路をアクティブにし、前記第２の動作モードにおいて前記力率補正のための回路を非アクティブにするようセットアップされる
ことを特徴とする、請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の入力回路。
【請求項８】
前記電気機器のための供給電圧をバッファリングするために、第１のキャパシタンスを有する第１の保持キャパシタと、前記第１のキャパシタンスよりも低い第２のキャパシタンスを有する第２の保持キャパシタとを有し、
前記第１の保持キャパシタは、前記第１の電気経路において配置される
ことを特徴とする、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の入力回路。
【請求項９】
スイッチモード電源ユニットにおける請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の入力回路の使用。
【請求項１０】
電気機器であって、
当該電気機器を電源システムに接続する本線入力部と、
請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の入力回路であって、前記本線入力部に電気接続され、少なくとも１つの第１のスイッチング素子を有する入力回路と、
前記入力回路に結合され、第１の供給電圧を第２の供給電圧に変換する少なくとも１つのスイッチモードコンバータと、
より高い電力消費を有する第１の動作モード又は該第１の動作モードと比較して電力消費が少ない第２の動作モードへ当該電気機器を選択的に切り替える制御回路と
を有し、
前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子が閉じられ、前記第２の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子が開くように前記入力回路を作動させるようセットアップされる、
電気機器。
【請求項１１】
前記制御回路は、更に、前記入力回路が前記少なくとも１つのスイッチモードコンバータを前記本線入力部から電気的に絶縁する第３の動作モードへ当該電気機器を選択的に切り替えるようセットアップされ、
当該電気機器は、前記第３の動作モードにおいて少なくとも間欠的に前記制御回路に動作電力を供給するようセットアップされる少なくとも１つの内部電源を有する
ことを特徴とする、請求項１０に記載の電気機器。
【請求項１２】
メインコンバータ及び補助コンバータを更に有し、
前記第１の動作モードにおいては前記メインコンバータが、前記第２の動作モードにおいて前記補助コンバータが、当該電気機器のための動作電圧を生成するよう動作する
ことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本線供給（mains）フィルタを備え、高電力消費の第１の動作モードと電力消費が少ない第２の動作モードとにおいて動作する電気機器のための入力回路に関する。また、本発明は、スイッチモード電源ユニットにおけるそのような入力回路の使用と、そのような入力回路を有する電気機器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
本線供給フィルタ及び異なった電力消費を有する電気機器は、広く知られている。特に、情報テクノロジ及びコンシューマ・エレクトロニクス機器は、しばしば、通常の、完全にスイッチオンした動作モードのみならず、スタンバイ動作モードとして知られているものも有し、スタンバイ動作モードでは、比較的低い電力しか電源システムから引き込まれない。そのようなスタンバイ動作モードは、とりわけ、電気機器が遠隔又は時間制御の下で再び完全にスイッチオンした動作状態に入ることを可能にする。
【０００３】
そのような電気機器の欠点は、それらが、スタンバイ動作モードにおいてさえ、常に電源システムから低電力を引き込むことである。更に、電気機器に電力を供給するために使用される電源ユニット及びそれらの構成要素は、通常、通常動作のために設計される電力範囲におけるよりもスタンバイ動作モードにおいて低い効率を示す。
【０００４】
そのような構成要素の例は本線供給フィルタ及び力率補正回路であり、それらは、特に、出力の大きいスイッチモード電源ユニットが使用される場合に、その電源ユニットにおいて起こる電圧及び電流スパイクを減らすために使用される。
【０００５】
図２は、電気機器のための本線供給フィルタを備える入力回路１を有する従来の配置を示す。回路配置１は、位相入力Ｌｉｎｅ及び中性線Ｎｅｕｔｒａｌの形で本線入力部３を有し、位相入力Ｌｉｎｅ及び中性線Ｎｅｕｔｒａｌは、ブリッジ整流器ＢＤ１の形をした整流器回路へ本線入力フィルタを介して結合されている。本線入力フィルタは、位相入力Ｌｉｎｅと中性線Ｎｅｕｔｒａｌとの間に配置されるＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２と、位相接続Ｌｉｎｅ又は中性線Ｎｅｕｔｒａｌと接地との間に配置されるｙキャパシタＣｙ１、Ｃｙ２、Ｃｙ３及びＣｙ４と、位相ラインＬｉｎｅ及び中性線Ｎｅｕｔｒａｌにおいて夫々配置される干渉抑制コイルＬ１及びＬ２と、位相ラインＬｉｎｅと中性線Ｎｅｕｔｒａｌとの間に配置される放電抵抗Ｒｘとを有する。ブリッジ整流器ＢＤ１は４つのダイオードを有し、それらのダイオードは、グレーツ（Ｇｒａｅｔｚ）ブリッジとして知られているものにおいて配置され、接続４及び３における交流電圧を接続１及び２におけるパルス直流電圧に変換する。実際の電源ユニットは、図２には図示されていない。図２の回路配置１においては、それは、Ｃｂによって表される保持キャパシタと並列に接続されている。
【０００６】
電源ユニットが位相ラインＬｉｎｅにおけるスイッチＳｗによってオンされるときに大きな充電電流を回避するために、整流器ＢＤ１及び保持キャパシタＣｂは、ＮＴＣサーミスタＲｎｔｃの形でそれらの間に接続されている電流制限素子を有する。ＮＴＣサーミスタは、本線ケーブルがオンされる又はプラグで接続される場合に、キャパシタＣｂにおける充電電流を制限する。回路配置１の動作の間ＮＴＣサーミスタＲｎｔｃの寄生負荷を回避するために、単安定リレーＲｅｌが設けられる。例えば、リレーＲｅｌの制御接続Ａ及びＢの間に１２ボルトの電圧を印加することによって、電流制限素子Ｒｎｔｃを短絡することが可能である。
【０００７】
図２に示される回路配置１の欠点は、スイッチＳｗが閉じられるときに本線入力フィルタ及び保持キャパシタＣｂが常に電源システムに接続されることである。従って、たとえ電源ユニットが保持キャパシタＣｂから電荷を引き込むべきでないとしても、本線入力フィルタは回路配置１による皮相電力及び電力損失を生じさせる。また、本線入力フィルタにおける放電抵抗Ｒｘは、回路配置１における電力損失に寄与する。それは、例えば本線からの絶縁時に制御された態様において、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有する本線入力フィルタにおける本線側ＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２を放電するために、安全上の理由から必要とされる。関連規定、例えば、ＶＤＥスタンダード“Einrichtungen  der  Informationstechnik  -  Sicherheit”［情報テクノロジ装置−安全性］ＤＩＮ  ＥＮ  ６０９５０−１に従って、本線供給フィルタにおけるＸキャパシタは、１秒未満の時間内に初期値の３７％未満にまで放電されなければならない。代替的に、全てのＸキャパシタの総キャパシタンスは、１００ｎＦよりも大きくない値に制限されなければならない。これは、特に、低減された電力消費を有する動作モードにおいて、電気機器の効率が低下することをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、低減された電力消費を有する動作状態における電気機器の効率を改善する、電気機器のための入力回路を記載することを目的とする。特に、入力回路に存在する電気保線供給フィルタ又は力率補正回路からの電力損失を減らすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、電気機器のための入力回路であって、第１の本線供給フィルタを有する共有電気経路と、前記共有電気経路と直列に接続され、第２の本線供給フィルタを有する第１の電気経路と、前記共有電気経路と直列に接続され、前記第１の電気経路と並列に接続される第２の電気経路とを有する入力回路、によって達成される。本発明は、前記第１の電気経路を開放する第１のスイッチング素子と、制御回路による前記第１のスイッチング素子の作動のための制御入力部とを設け、前記第１のスイッチング素子は、前記電気機器の高電力消費を有する第１の動作モードにおいて閉じられ、その結果として、前記第１の本線供給フィルタ及び前記第２の本線供給フィルタによって動作電流がフィルタリングされ、前記第１のスイッチング素子は、前記第１の動作モードと比較して前記電気機器の電力消費が少ない第２の動作モードにおいて開き、その結果として、前記動作電流は前記第１の本線供給フィルタによってのみフィルタリングされる。
【００１０】
第１の本線供給フィルタ及び第２の本線供給フィルタへの本線供給フィルタの分割と、第１の電気経路における前記第２の本線供給フィルタの配置とは、該第２の本線供給フィルタが、高電力消費を有する第１の動作モードにおいて第１のスイッチング素子によって選択的に接続されることを可能にし、且つ、前記第２の本線供給フィルタが、低減された電力消費を有する第２の動作モードにおいて第２の電気経路によってバイパスされることを可能にする。このように、電気機器の第１及び第２の動作モードの需要に合うようカスタマイズされた第１及び第２の本線供給フィルタにより、電気機器の異なる動作モードごとに、異なる設計の本線供給フィルタを選択することが可能である。その結果、電気機器におけるより高い効率、従って、より少ない電力損失が、達成される。
【００１１】
１つの有利な改良に従って、前記第１のスイッチング素子は、リレー、特に単安定リレーの形をとる。スイッチング素子としてのリレーの使用は、前記第２の本線供給フィルタが、当該入力回路の前記第１の電気経路から容易に且つ安全に絶縁されることを可能にし、同時に、例えば、当該電気機器へ接続される周辺装置のための、スイッチング出力の供給を可能にする。
【００１２】
更なる有利な改良に従って、前記第２の電気経路は電流制限素子を含む。前記第２の電気経路における電流制限素子の配置は、当該入力回路が電源システムに接続される場合に、スイッチオン時の電流突入を防ぐ。高電力消費を有する前記第１の動作モードにおいて、前記電流制限素子は、前記第１の電気経路によって短絡され得る。その結果として、前記第１の動作モードにおいて、前記電流制限素子では、電力損失が起こらない。
【００１３】
更なる有利な改良に従って、当該入力回路は、前記第２の電気経路を絶縁する第２のスイッチング素子を更に有する。この改良において、前記制御回路は、第３の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の両方を開くようセットアップされ、それにより、当該入力回路は、電源システムから前記電気機器に動作電流を供給するために使用されない。前記第２の電気経路を開放するための第２のスイッチング素子の使用も、前記電気機器が完全に電源システムから絶縁されることを可能にし、その結果として、電源システムからは全く更なる電力が引き込まれない。特に、スタンバイモードを必要としない、又は先と同じく電気機器を電子的に起動するための内部電源を有する機器に関し、このように、電気機器の電力消費を零にまで低減することが可能である。
【００１４】
１つの有利な改良に従って、前記第２のスイッチング素子は、半導体スイッチング素子、特にサイリスタの形をとる。前記第２のスイッチング素子の使用は、前記電気機器を前記第２の動作モードに切り替えるために、前記電気機器における内部電源による当該入力回路の単準動作を可能にする。
【００１５】
更なる有利な改良に従って、前記第１の本線供給フィルタは、Ｘキャパシタを有さず、又は１００ｎＦよりも大きくないキャパシタンスを有するＸキャパシタを有し、前記第２の本線供給フィルタは、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有するＸキャパシタを有する。Ｘキャパシタを有さない、又は１００ｎＦ未満のキャパシタンスの比較的小さなＸキャパシタを有する第１の本線供給フィルタの使用は、例えば、該第１の本線供給フィルタにおけるＸキャパシタを放電するための放電抵抗として知られているものの使用が、免除されることを可能にする。従って、前記第１の本線供給フィルタは、当該入力回路が持続的に電源システムに接続される場合でさえ電力損失を引き起こさないように設計され得る。
【００１６】
更なる有利な改良に従って、当該入力回路は、力率補正のための回路を更に有し、前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて前記力率補正のための回路をアクティブにし、前記第２の動作モードにおいて前記力率補正のための回路を非アクティブにするようセットアップされる。前記力率補正のための回路の選択的な作動は、前記第２の動作モードにおいて前記電気機器に給電するための、力率補正を有さない簡単な効率的な回路の使用と、前記第１の動作モードにおける必要な力率補正を有する特に出力大きい回路の使用とを可能にする。
【００１７】
更なる有利な改良に従って、当該入力回路は、前記電気機器のための供給電圧をバッファリングするために、第１のキャパシタンスを有する第１の保持キャパシタと、前記第１のキャパシタンスよりも低い第２のキャパシタンスを有する第２の保持キャパシタとを有し、前記第１の保持キャパシタは、前記第１の電気経路において配置される。第１又は第２の動作モードにおいて供給電圧をバッファリングするための異なる保持キャパシタの使用は、前記第２の動作モードにおける当該入力回路の効率の更なる改善をもたらす。
【００１８】
上記の入力回路は、スイッチモード電源ユニットにおける使用、例えば、コンシューマ・エレクトロニクス又は情報テクノロジ機器への給電のために、特に適している。
【００１９】
本発明の更なる態様に従って、電気機器は、当該電気機器を電源システムに接続する本線入力部と、前記本線入力部に電気接続され、少なくとも１つの第１のスイッチング素子を有する入力回路と、前記入力回路に結合され、第１の供給電圧を第２の供給電圧に変換する少なくとも１つのスイッチモードコンバータとを有する。当該電気機器は、更に、高電力消費を有する第１の動作モード又は該第１の動作モードと比較して電力消費が少ない第２の動作モードへ当該電気機器を選択的に切り替える制御回路を有し、前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子が閉じられ、前記第２の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子が開くように前記入力回路を作動させるようセットアップされる。
【００２０】
１つの有利な改良に従って、前記制御回路は、更に、前記入力回路が前記少なくとも１つのスイッチモードコンバータを前記本線入力部から電気的に絶縁する第３の動作モードへ当該電気機器を選択的に切り替えるようセットアップされ、当該電気機器は、前記第３の動作モードにおいて少なくとも間欠的に前記制御回路に動作電力を供給するようセットアップされる少なくとも１つの内部電源を有する。当該電気機器の前記スイッチモードコンバータが電源システムから完全に絶縁される第３の動作モードを提供することによって、当該電気機器が電子的に再びオンされることを可能にする電源による前記制御回路への電力供給を有しながら、完全に電源システムからの当該電気機器による電力消費を回避することが可能である。
【００２１】
更なる有利な改良に従って、当該電気機器は、メインコンバータ及び補助コンバータを更に有し、前記第１の動作モードにおいては前記メインコンバータが、前記第２の動作モードにおいて前記補助コンバータが、当該電気機器のための動作電圧を生成するよう動作する。第１及び第２の動作モードのための異なるコンバータ回路の使用は、動作モードに対する夫々のコンバータの最適なカスタマイズ、従って、夫々の動作モードにおける当該電気機器の効率的な動作、を可能にする。
【００２２】
本発明の更なる有利な改良は、以下の詳細な記載において及び添付の特許請求の範囲によって開示される。
【００２３】
以下、本発明は、図面を参照して様々な実施例を用いて記載される。図面において、同じ参照符号は、同じ又は類似する機能を有する機能要素について使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に従う入力回路を備える電気機器の概略図を示す。
【図２】電気機器の従来の入力回路を示す。
【図３】本発明の第１の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図４】本発明の第２の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図５】本発明の第３の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図６】本発明の第４の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図７】本発明の第５の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図８】電気機器の様々な動作モードの間の交番のための状態図及びフローチャートの組み合わせを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、入力回路１を有する電気機器２の概略図を示す。一例として、電気機器２は、例となるスイッチモード電源ユニットを有するポータブル型コンピュータであってよく、又は内部電源回路を有する固定式のコンシューマ・エレクトロニクス機器であってよい。
【００２６】
図示されている実施形態において、入力回路１は、電気機器２を電源システムに接続する本線入力部３を有する。本線入力部３の下流のエネルギフローの方向において、共有電気経路１８は、電気機器２によって引き起こされる干渉を電源システムから、又は電源システムを介して伝えられる干渉を電気機器２から離す第１の本線供給フィルタ４を含む。
【００２７】
第１の本線供給フィルタ４の下流には、第１のスイッチング素子５が配置されている。第１のスイッチング素子５は、電気機器２に給電するための第１の電気経路６及び／又は第２の電気経路７の選択を可能にする。従って、動作電圧を電気機器２に供給するために利用可能な２つの異なる電気経路が存在し、それらの電気経路は、選択される動作モードに合うよう入力回路１をカスタマイズするために、電気機器２の選択される動作モードに基づき選択され得る。
【００２８】
第１の電気経路６は、第２の本線供給フィルタ８及びメインコンバータ９を含む。第１の電気経路６がスイッチング素子５によって本線入力部３に接続される場合、本線入力部３によって供給される本線電圧は、第１の本線供給フィルタ４及び第２の本線供給フィルタ８によってフィルタリングされ、入力回路１の第１の供給出力部１０で供給される。供給出力部１０は、メインコンバータ９に接続されている。この場合に、メインコンバータ９は、第１の動作モードにおいて電気機器２を動作させるための供給電圧を生成する。
【００２９】
第２の電気経路７は、補助コンバータ１１を含む。第１の電気経路６が絶縁されるようにスイッチング素子５が作動する場合に、電流は第２の電気経路７及び入力回路１の第２の供給出力部１２を介して補助コンバータ１１に流れ込む。補助コンバータ１１は、第２の動作モードにおいて電気機器２を動作させるための供給電圧を生成する。
【００３０】
メインコンバータ９からの供給電圧及び補助コンバータ１１からの補助電圧は、夫々、電気機器２の同じ又は異なるコンポーネント１３に供給され得る。また、電力消費が異なる動作モードにおいて動作することができる共有コンバータが設けられてもよい。一例として、任意の力率補正を有するスイッチモードコンバータが設けられてよく、力率補正は、７５Ｗよりも大きい電力を有する第１の動作モードにおいてアクティブにされ、７５Ｗよりも小さい電力を有する第２の動作モードにおいて非アクティブにされる。代替的に、第２の本線供給フィルタ８の下流に経路６及び７を接続し、メインコンバータ９及び補助コンバータ１１を互いに並列に共有供給出力部１０に接続することも可能である。この場合に、メインコンバータ９は、一例として、電力遮断器がもはや電力消費が少ない第２の動作モードにおいて動作しないので、非アクティブにされ得る。
【００３１】
更に、電気機器２は、制御回路１４を有する。制御回路１４は、制御入力部１７を介してスイッチング素子５を作動させるために使用される。図１に示される実施例においては、制御回路１４は、補助コンバータ１１又はメインコンバータ９を介して選択的に動作電圧を供給される。また、制御回路１４は、メインコンバータ９及び／又は補助コンバータ１１をレギュレートすることができる。
【００３２】
図３は、比較的な簡単な設計を有する本発明の第１の改良の回路図を示す。それは、基本的に、本線入力部３の範囲にある第１の受動型本線供給フィルタ４と、第１のスイッチング素子５として動作する単安定リレーＲｅｌと、第２の受動型本線供給フィルタ８と、ブリッジ整流器ＢＤ１と、力率補正回路の形をとる能動型本線供給フィルタ（以下、ＰＦＣ回路１５）と、保持キャパシタＣｂとを有する。第１のスイッチング素子５、第２の本線供給フィルタ８及びＰＦＣ回路１５と並列に、電流制限素子Ｒｎｔｃ及び２つのダイオードＤ３、Ｄ４を有する第２の電気経路７が接続されている。第２の電気経路７は、同様に、保持キャパシタＣｂを充電するために使用され得る。保持キャパシタＣｂにかかる電圧は、電気機器２へ給電するために、入力回路１の供給出力部１０からタップオフされ得る。実施例において、メインコンバータ９及び補助コンバータ１１は両方とも、供給出力部１０で並列に接続され、その結果として、それらは、選択される経路６又は７に関わらず一次直流電圧を供給され得る。しかし、これは、明りょうさのために図３には図示されていない。更に、外部の周辺装置（例えば、モニタ）のためのスイッチング出力部２０が、電気的にリレーＲｅｌの下流に設けられている。
【００３３】
通常動作モードと呼ばれる第１の動作モードにおいて、リレーＲｅｌは、制御入力部１７で供給電圧を供給することによって閉じられ、その結果として、電流は、本線供給フィルタ８から第１の本線供給フィルタ４、リレーＲｅｌ、第２の本線供給フィルタ８を介してＰＦＣ回路１５へ、そしてそこから保持キャパシタＣｂへ流れる。保持キャパシタＣｂにかかる電圧は、電気機器２に給電するために、入力回路１の供給出力部１０からタップオフされ得る。この動作モードでは、ＰＦＣ回路１５が保持キャパシタＣｂを本線電圧を上回って充電するので、供給電流は第１の電気経路６を介して流れ、その結果として、ダイオードＤ３及びＤ４はオフされる。第１の電気経路６は、第２の電気経路７とは対照的に、電流制限素子Ｒｎｔｃを有さない。これは、電流制限素子Ｒｎｔｃも通常動作の間電力損失を引き起こさないことを意味する。従って、図示されている実施例において、リレーＲｅｌは、経路６を選択するためのみならず、同時に、通常動作モードにおいて電流制限素子Ｒｎｔｃを短絡するためにも使用される。スイッチオン後に電流制限素子Ｒｎｔｃを非アクティブにするための更なるスイッチング素子の使用は、従って不必要である。供給出力部１０でＰＦＣ回路１５によって供給される電力は、この第１の動作モードにおいては比較的高い。一例として、２５０ワットの電力が供給される。
【００３４】
第１の本線供給フィルタ４、第２の本線供給フィルタ８及びＰＦＣ回路１５は、電気機器２、特に、入力回路１の下流に接続されるメインコンバータ９によって引き起こされる干渉をフィルタリングするために、この第１の動作モードにおいて相互に作用する。この目的を達成するために、第２の本線供給フィルタ８は、特に、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有する比較的大きい寸法の２つのＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２を有する。適切な法的基準を満たすために、及び電気的な安全性のために、放電抵抗Ｒｘ及び過電圧抵抗ＶＤＲが設けられ、これらは、所定時間期間内にＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２において存在する残留電荷を放電し、又はＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２夫々にかかる過電圧を防ぐ。更に、７５ワットよりも大きい総電力のために、ＰＦＣ回路１５の制御接続１６を正確に作動させることによって力率補正が実行されることが、規定される。電気的信頼性に関連する何らかの既存の規定に依存して、第２の本線供給フィルタ８の個々の構成要素は、また、第１のスイッチング素子５の上流に配置されてもよい。一例として、過電圧抵抗ＶＤＲの代わりに、又はそれに加えて、他の過電圧保護部品が本線入力部３に直接設けられてよい。望ましくは、電源システムに接続された状態で電力損失を引き起こさないような部品（例えば、ガス放電バルブ）がこの場合に使用されるべきである。
【００３５】
スタンバイ動作モードと呼ばれる第２の動作モードにおいて、リレーＲｅｌは開き、供給電流は、本線入力部３から第１の本線供給フィルタ４、電流制限素子Ｒｎｔｃ及びダイオードＤ３、Ｄ４を介してＰＦＣ回路１５の下流に保持キャパシタＣｂへと流れる。位相ラインＬｉｎｅにおける正の半サイクルの間、電流はコイルＬ１、電流制限素子Ｒｎｔｃ、ダイオードＤ４を介して保持キャパシタＣｂへ、そしてそこから接続１及び３の間のブリッジ整流器ＢＤ１の左下のダイオード、コイルＬ２’及びコイルＬ１’を介して中性線Ｎｅｕｔｒａｌへ流れる。位相ラインＬｉｎｅにおける負の半サイクルの間、供給電流は中性線ＮｅｕｔｒａｌからインダクタコイルＬ１’、インダクタコイルＬ２’、接続３及び２の間のブリッジ整流器ＢＤ１の右下のダイオード、インダクタＬ及びダイオードＤを介して保持キャパシタＣｂへ、そしてそこからダイオードＤ３、電流制限素子Ｒｎｔｃ及びインダクタコイルＬ１を介して位相入力Ｌｉｎｅへ流れる。従って、第２の電気経路７は、通常のブリッジ整流器の機能を作り出すために使用される。供給出力部１０で入力回路１によって供給される電力は、この第２の動作モードにおいては比較的低い。一例として、５ワットより小さい、望ましくは１ワットよりも小さい電力が供給される。
【００３６】
この動作モードにおいて、電流は、第２の本線供給フィルタ８の放電抵抗Ｅｘを介しては流れない。ＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２は充電されない。更に、ＰＦＣ回路１５のＭＯＳＦＥＴトランジスタＱは、力率補正のために制御接続１６を介して作動しない。フィルタリングは、Ｘキャパシタも放電抵抗も有さない第１の受動型本線供給フィルタ４によってのみ行われ、従って、全く電力損失は生じず、あったとしても僅かである。
【００３７】
図４は、入力回路１の第２の改良を示す。図３に示される解決法と比較して、図４に示される入力回路１の効率は更に改善されている。図４に示される回路配置は、図３に示される回路配置と大部分は一致する。加えて、保持キャパシタＣｂよりも小さい寸法を有する補助キャパシタＣｓｂが、供給出力部１０の範囲において設けられている。第２のスタンバイ動作モードにおいて、補助キャパシタＣｓｂは、第２の供給出力部１２からタップオフされ得る動作電圧へと第２の電気経路７を介して充電される。
【００３８】
同じく存在する保持キャパシタＣｂは、この動作モードにおいて、追加のダイオードＤ５及びＤ６によって補助キャパシタＣｓｂから電気的に切り離される。従って、保持キャパシタＣｂは、第２の動作モードにおいては充電されない。これは、ＰＦＣ回路１５の正確な動作のための帰還信号ＰＦＣ−Ｆｅｅｄｂａｃｋを供給するのに必要な、図４において象徴的に示されている抵抗Ｒｐｆｃ１及びＲｏｆｃ２における電力損失を解消する。
【００３９】
第１の動作モードにおいて、すなわち、リレーＲｅｌが閉じられる場合に、保持キャパシタＣｂは、第２の本個呼びＰＦＣ回路１５を介して、第１の供給出力部１０で供給される動作電圧に充電される。加えて、ダイオードＤ６及びＤ５は、また、動作電圧により補助キャパシタＣｓｂを使用するために使用され、その結果として、下流に接続されてよい補助電源ユニットの供給電圧は、第２の供給出力部１２でも供給される。
【００４０】
図５は、本発明の第３の改良に従う更に改善された入力回路１を示す。図５に示される入力回路は、先と同じく、共有電気経路１８における第１の本線供給フィルタ４と、第１の電気経路６における第２の本線供給フィルタ８とを設ける。第１の電気経路６は、リレーＲｅｌによって本線入力部３から切り離され得る。第１の電気経路６は、図３に示される実施例に従う第１の電気経路６と同様に設計される。
【００４１】
更に、入力回路１は、リレーＲｅｌ、第２の本線供給フィルタ８及びＰＦＣ回路１５と並列に配置される第２の電気経路７を有する。図３及び図４に示される実施例とは対照的に、第２の電気経路７は、第２のスイッチング素子１９として動作する２つのサイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２を有する。サイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２の制御入力部は、夫々、２つの変圧器Ｔ１及びＴ２によって作動する。変圧器Ｔ１及びＴ２は、サイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２をトリガするために、従って、電気機器２が第２の動作モードにおいて第２の電気経路７を介して電力を供給されることを可能にするために、電気機器２における制御回路１４から適切な制御パルスを供給するよう使用され得る。
【００４２】
リレーＲｅｌもサイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２も適切な制御信号によって作動しない場合に、入力回路１の供給出力部１０は、完全に電気的に本線入力部３から絶縁される。従って、電流は入力回路１を流れず、電気機器２は、零ワット動作モードと呼ばれる第３の動作モードにある。この動作モードにおいては、第１の本線供給フィルタ４のみが本線入力部３に結合される。第１の本線供給フィルタ４はＸキャパシタもＸキャパシタのための放電抵抗も有さないので、第１の本線供給フィルタ４は、零ワット動作モードにおいて電源システムから電力を引き込まない。
【００４３】
図６は、入力回路１の第４の実施例を示す。図５に示される改良と比較して、第２のスイッチング素子１９の作動は更に簡単化されている。この実施例では、使用される第２のスイッチング素子１９は、単一のサイリスタＳＣＲだけである。第２の電気経路７を通るフロー電流を切り替えるために本線入力部３での供給電圧の正の半サイクル及び負の半サイクルの両方においてサイリスタＳＣＲを使用することができるために、４つのダイオードＤ１乃至Ｄ４が設けられる。正の半サイクルの間、電流は位相ラインＬｉｎｅからインダクタコイルＬ１、電流制限素子Ｒｎｔｃ、ダイオードＤ１、サイリスタＳＣＲ及びダイオードＤ４を介して保持キャパシタＣｂへと流れる。そこから、電流は、接続１及び３の間のブリッジ整流器ＢＤ１の左下のダイオード、インダクタコイルＬ２’及びインダクタコイルＬ１’を介して中性線Ｎｅｕｔｒａｌへと流れる。負の半サイクルの間、電流は中性線ＮｅｕｔｒａｌからインダクタコイルＬ１’、インダクタコイルＬ２’、接続３及び２の間のブリッジ整流器ＢＤ１の右下のダイオード、保持コイルＬ１及びダイオードＤを介して保持キャパシタＣｂへと流れる。そこから、電流は、ダイオードＤ３、サイリスタＳＣＲ、ダイオードＤ２、電流制限素子Ｒｎｔｃ及びインダクタコイルＬ１を介して位相ラインＬｉｎｅへと流れる。
【００４４】
図６に示される回路は、このとき、第２のスイッチング素子１９として単一のサイリスタＳＣＲしか含まないので、その作動のためには、変圧器Ｔも１つで十分である。従って、入力回路１の作動は、図５に示される回路と比較して、更に簡単化される。
【００４５】
図７は、本発明に従う入力回路１の第５の実施例を示す。入力回路１は、大部分は、図６に示される改良に対応する。特に、共有電気経路１８及び第２の電気経路７は、同じように設計される。第１の動作モードにおける入力回路１の効率を更に高めるためにも、並列に動作する２つのＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂが、単一の下流ＰＦＣ回路１５とともにブリッジ整流器ＢＤ１に代えて使用されている。ＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂは、夫々、ステップアップコンバータ（ブーストコンバータ）である。しかし、先行技術から知られている、力率補正を有する他の回路を使用することも、可能である。
【００４６】
リレーＲｅｌが閉じられる場合に、ダイオードＢＲ１は、本線電圧の正の半サイクルの間オンであり、ダイオードＢＲ２は、負の半サイクル間オンである。従って、第１のＰＦＣ回路１５ａは、正の半サイクルの間アクティブであり、第２のＰＦＣ回路１５ｂは、負の半サイクルの間アクティブである。ＭＯＳＦＥＴＱａ又はＱｂが、適切な制御信号ＰＦＣ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌ１又はＰＦＣ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌ２を印加することによってオンされる場合に、第１のＰＦＣ回路１５ａの保持インダクタＬａ又は第２のＰＦＣ回路１５ｂの保持インダクタＬｂは充電される。ＭＯＳＦＥＴＱａ又はＱｂがオフであるとき、第１の保持インダクタＬａはダイオードＤａを介して放電され、又は第２の保持インダクタＬｂはダイオードＤｂを介して放電される。
【００４７】
供給電圧の正又は負の半サイクルの間の動作のための並列なＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂを有する図７の回路は、第１の動作モードにおいて入力回路１における電力損失の低減をもたらす。それは、図７に示される回路がもはやブリッジ整流器ＢＤ１を必要としないためである。これは、電圧が、動作の間、１つのダイオード順方向電圧によってのみ下げられ、一方、第１乃至第４の実施例に従う回路においては、２つの夫々のダイオード順方向電圧がブリッジ整流器ＢＤ１の両端で下がる。
【００４８】
図８は、本発明の様々な改良に従う入力回路１の作動のための状態図及びフローチャートの組み合わせを示す。第２の電気経路７において第２のスイッチング素子１９を有さない図３及び図４に示される改良は、単に、電気機器２の通常の電力消費を有する第１の動作状態Ｚ１と、電気機器２の低減された電力消費を有する第２の動作モードＺ２とを有する。第２の電気経路７において第２のスイッチング素子１９を有する図５乃至７に示される改良は、更に、電気機器２が完全に電源システムから絶縁される第３の動作モードＺ３を有する。従って、更なる動作モードＺ３、及び第２の動作モードＺ２へ変化するためのステップ６１、６２は、図８において破線で示されている。
【００４９】
図８に示される状態図及びフローチャートの組み合わせは、図６に示される回路を参照して記載される。最初に、電気機器２は、零ワット動作モードとして知られるモードＺ３にある。この状態では、リレーＲｅｌもサイリスタＳＣＲも、それらに印加される制御電圧を有さない。これは、本線入力部３が供給出力部１０から電気的に切り離されることを意味する。電気機器２が、オンされるよう、又は少なくともスタンバイ動作モードに入るよう意図される場合に、制御パルスは接続ＳＣＲ−Ｐｕｌｓ１及びＳＣＲ−Ｐｕｌｓ２を介して変圧器Ｔに供給される。一例として、コンピュータにおけるＢＩＯＳバッテリとして知られるものによって給電されるディスクリート制御回路、又は特に低い電力消費を有するバッテリ駆動のマイクロコントローラは、４０ｍｓの期間内に２０個の単一パルスの列を変圧器Ｔへ供給することができ、一方、そうするために本線電圧を必要としない。変圧器Ｔは、ステップ６１でサイリスタＳＣＲをトリガするために、供給される制御パルスを必要な電圧に変圧する。
【００５０】
サイリスタＳＣＲがトリガされるとき、電流は、保持キャパシタＣｂを充電するために、図６を参照して上述されたように、第２の電気経路７において電流制限素子Ｒｎｔｃを介して流れる。この場合に、電流制限素子Ｒｎｔｃは、供給電圧における過度に急速な立ち上がり及び付随する干渉を制限する。キャパシタＣｂが充電されているとき、供給出力部１０に接続される補助コンバータ１１は、例えば、ステップ６２において起動する。その後、サイリスタＳＣＲは、より高いパルス列により作動することができ、電力は補助コンバータ１１を介して供給され得る。その場合、電気機器２は、大いに低減された電力消費を有して、スタンバイ動作と表記される第２の動作モードＺ２にある。
【００５１】
機器２が通常動作モードＺ１に入るよう意図される場合、一例として、補助コンバータ１１によって生成される１２ボルトの制御電圧を制御入力部１７を介してリレーＲｅｌに供給することが可能である。次いで、ステップ６３で、第１のスイッチング素子５が閉じられる。
【００５２】
所定の時間期間内に、制御信号は、ＰＦＣ回路１５におけるＭＯＳＦＥＴＱを作動させるために、同じように供給される。これはステップ６４で実行される。
【００５３】
次に、ステップ６５で、供給出力部１０に同じように接続されるメインコンバータ９が起動され得、比較的高い電力を電源システムから第１の本線供給フィルタ４及び第２の本線供給フィルタ８を介して引き込む。この場合に、第１の本線供給フィルタ４、第２の本線供給フィルタ８及び力率補正回路１５は、比較的出力の大きいメインコンバータ９によって引き起こされる干渉が電源システムに悪影響を及ぼさないことを確かにする。メインコンバータが起動された場合に、電気機器２は、通常モードと呼ばれる第１の動作モードＺ１にある。
【００５４】
上記の回路の全てにおいて、第１のスイッチング素子５は、第２の動作モードにおける電源システムからの第２の本線供給フィルタ８の絶縁のみならず、本線入力部３空のスイッチング出力部２０の分離も促すために使用されることが可能である。これは、単一のリレーＲｅｌが、電気機器２の入力回路１自体における電力損失及び電気機器２に接続される周辺装置（例えば、モニタ又はプリンタ）における電力損失の両方を減らすために使用されることを可能にする。
【００５５】
図示されていない実施例において、第３の本線供給フィルタが第２の電気経路７において設けられる。これは、時々、第２の本線供給フィルタ８の大きさが、電磁放射がスイッチング出力部２０に接続される周辺装置を介して放射されることを防ぐのに十分であるように、共有電気経路１８における第１の本線供給フィルタ４と第１の電気経路６における第２の本線供給フィルタ８との間の比が選択される場合に、有利である。このために、第２の本線供給フィルタ８は、場合により大きくされてよく、第１の本線供給フィルタ４は小さくされてよい。次いで、第１の本線供給フィルタ４がもはや、第２の動作モードにおける電気機器において干渉を抑制するのに十分でない場合、第２の電気経路７は、第３の本線供給フィルタ、例えば更なるコイルを設けられるべきである。第２の電気経路７におけるコイルは、動作中に比較的小さな電流（例えば、１００ｍＡ）しか伝えず、相応して薄コイル巻線を有することができる。
【００５６】
上記の入力回路１に対する多くの更なる変更が可能である。一例として、第１のスイッチング素子５及び第２のスイッチング素子１９の代わりに、切替リレーを使用することが可能である。しかし、これは、本線入力部３からの供給出力部１０の完全な分離、従って、更に、零ワット動作モードがその場合に可能でないという決定を有する。更に、保持キャパシタＣｂの大きさは、電力が、リレーの切替期間の間、供給出力部１０の下流に接続される補助コンバータ１１に供給されることを確かにするほど十分に大きいよう、選択される必要がある。
【００５７】
更に、共有電気経路１８並びに並列に配置される第１及び第２の電気経路６及び７の位置は、交換されてよい。しかし、電気機器２における最善の干渉抑制の観点からすれば、可能な限り本線入力部３の近くに第１の本線供給フィルタ４を配置することが有利である。
【００５８】
更に、当然に、ほぼ任意に個々の実施例において開示される特徴の全てを組み合わせることが可能である。特に、図７に示される２つの並列なＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂの配置は、図３乃至６に示される他の回路においても使用され得る。
【符号の説明】
【００５９】
１    入力回路
２    電気機器
３    本線入力部
４    第１の本線供給フィルタ
５    第１のスイッチング素子
６    第１の電気経路
７    第２の電気経路
８    第２の本線供給フィルタ
９    メインコンバータ
１０  第１の供給出力部
１１  補助コンバータ
１２  第２の供給出力部
１３  コンポーネント
１４  制御回路
１５  ＰＦＣ回路
１６  制御接続
１７  制御入力部
１８  共有電気経路
１９  第２のスイッチング素子
２０  スイッチング出力部
Ｚ１  第１の動作モード（通常動作モード）
Ｚ２  第２の動作モード（スタンバイ動作モード）
Ｚ３  第３の動作モード（零ワット動作モード）
【図１】
2013502895.tif 000003
【図２】
2013502895.tif 000004
【図３】
2013502895.tif 000005
【図４】
2013502895.tif 000006
【図５】
2013502895.tif 000007
【図６】
2013502895.tif 000008
【図７】
2013502895.tif 000009
【図８】
2013502895.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月21日(2012.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器のための入力回路であって、
第１の本線供給フィルタを有する共有電気経路と、
前記共有電気経路と直列に接続され、第２の本線供給フィルタを有する第１の電気経路と、
前記共有電気経路と直列に接続され、前記第１の電気経路と並列に接続される第２の電気経路と、
前記第１の電気経路を開放する第１のスイッチング素子と、
制御回路による前記第１のスイッチング素子の作動のための制御入力部と
を有し、
前記第１のスイッチング素子は、前記電気機器の高電力消費を有する第１の動作モードにおいて閉じられ、その結果として、前記第１の本線供給フィルタ及び前記第２の本線供給フィルタによって動作電流がフィルタリングされ、
前記第１のスイッチング素子は、前記第１の動作モードと比較して前記電気機器の電力消費が少ない第２の動作モードにおいて開き、その結果として、前記動作電流は前記第１の本線供給フィルタによってのみフィルタリングされる、
入力回路。
【請求項２】
前記第２の電気経路は、電流制限素子、特にＮＴＣサーミスタを含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の入力回路。
【請求項３】
前記第２の電気経路を絶縁する第２のスイッチング素子を更に有し、
前記制御回路は、第３の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の両方を開くようセットアップされ、それにより、当該入力回路は、前記電気機器に動作電流を供給するために使用されない
ことを特徴とする、請求項１に記載の入力回路。
【請求項４】
前記第１の本線供給フィルタは、Ｘキャパシタを有さず、又は１００ｎＦよりも大きくないキャパシタンスを有するＸキャパシタを有し、
前記第２の本線供給フィルタは、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有するＸキャパシタを有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の入力回路。
【請求項５】
力率補正のための回路を更に有し、
前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて前記力率補正のための回路をアクティブにし、前記第２の動作モードにおいて前記力率補正のための回路を非アクティブにするようセットアップされる
ことを特徴とする、請求項１に記載の入力回路。
【請求項６】
前記電気機器のための供給電圧をバッファリングするために、第１のキャパシタンスを有する第１の保持キャパシタと、前記第１のキャパシタンスよりも低い第２のキャパシタンスを有する第２の保持キャパシタとを有し、
前記第１の保持キャパシタは、前記第１の電気経路において配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の入力回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本線供給（mains）フィルタを備え、高電力消費の第１の動作モードと電力消費が少ない第２の動作モードとにおいて動作する電気機器のための入力回路に関する。また、本発明は、スイッチモード電源ユニットにおけるそのような入力回路の使用と、そのような入力回路を有する電気機器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
本線供給フィルタ及び異なった電力消費を有する電気機器は、広く知られている。特に、情報テクノロジ及びコンシューマ・エレクトロニクス機器は、しばしば、通常の、完全にスイッチオンした動作モードのみならず、スタンバイ動作モードとして知られているものも有し、スタンバイ動作モードでは、比較的低い電力しか電源システムから引き込まれない。そのようなスタンバイ動作モードは、とりわけ、電気機器が遠隔又は時間制御の下で再び完全にスイッチオンした動作状態に入ることを可能にする。
【０００３】
そのような電気機器の欠点は、それらが、スタンバイ動作モードにおいてさえ、常に電源システムから低電力を引き込むことである。更に、電気機器に電力を供給するために使用される電源ユニット及びそれらの構成要素は、通常、通常動作のために設計される電力範囲におけるよりもスタンバイ動作モードにおいて低い効率を示す。
【０００４】
そのような構成要素の例は本線供給フィルタ及び力率補正回路であり、それらは、特に、出力の大きいスイッチモード電源ユニットが使用される場合に、その電源ユニットにおいて起こる電圧及び電流スパイクを減らすために使用される。
【０００５】
図２は、電気機器のための本線供給フィルタを備える入力回路１を有する従来の配置を示す。回路配置１は、位相入力Ｌｉｎｅ及び中性線Ｎｅｕｔｒａｌの形で本線入力部３を有し、位相入力Ｌｉｎｅ及び中性線Ｎｅｕｔｒａｌは、ブリッジ整流器ＢＤ１の形をした整流器回路へ本線入力フィルタを介して結合されている。本線入力フィルタは、位相入力Ｌｉｎｅと中性線Ｎｅｕｔｒａｌとの間に配置されるＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２と、位相接続Ｌｉｎｅ又は中性線Ｎｅｕｔｒａｌと接地との間に配置されるｙキャパシタＣｙ１、Ｃｙ２、Ｃｙ３及びＣｙ４と、位相ラインＬｉｎｅ及び中性線Ｎｅｕｔｒａｌにおいて夫々配置される干渉抑制コイルＬ１及びＬ２と、位相ラインＬｉｎｅと中性線Ｎｅｕｔｒａｌとの間に配置される放電抵抗Ｒｘとを有する。ブリッジ整流器ＢＤ１は４つのダイオードを有し、それらのダイオードは、グレーツ（Ｇｒａｅｔｚ）ブリッジとして知られているものにおいて配置され、接続４及び３における交流電圧を接続１及び２におけるパルス直流電圧に変換する。実際の電源ユニットは、図２には図示されていない。図２の回路配置１においては、それは、Ｃｂによって表される保持キャパシタと並列に接続されている。
【０００６】
電源ユニットが位相ラインＬｉｎｅにおけるスイッチＳｗによってオンされるときに大きな充電電流を回避するために、整流器ＢＤ１及び保持キャパシタＣｂは、ＮＴＣサーミスタＲｎｔｃの形でそれらの間に接続されている電流制限素子を有する。ＮＴＣサーミスタは、本線ケーブルがオンされる又はプラグで接続される場合に、キャパシタＣｂにおける充電電流を制限する。回路配置１の動作の間ＮＴＣサーミスタＲｎｔｃの寄生負荷を回避するために、単安定リレーＲｅｌが設けられる。例えば、リレーＲｅｌの制御接続Ａ及びＢの間に１２ボルトの電圧を印加することによって、電流制限素子Ｒｎｔｃを短絡することが可能である。
【０００７】
図２に示される回路配置１の欠点は、スイッチＳｗが閉じられるときに本線入力フィルタ及び保持キャパシタＣｂが常に電源システムに接続されることである。従って、たとえ電源ユニットが保持キャパシタＣｂから電荷を引き込むべきでないとしても、本線入力フィルタは回路配置１による皮相電力及び電力損失を生じさせる。また、本線入力フィルタにおける放電抵抗Ｒｘは、回路配置１における電力損失に寄与する。それは、例えば本線からの絶縁時に制御された態様において、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有する本線入力フィルタにおける本線側ＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２を放電するために、安全上の理由から必要とされる。関連規定、例えば、ＶＤＥスタンダード“Einrichtungen  der  Informationstechnik  −  Sicherheit”［情報テクノロジ装置−安全性］ＤＩＮ  ＥＮ  ６０９５０−１に従って、本線供給フィルタにおけるＸキャパシタは、１秒未満の時間内に初期値の３７％未満にまで放電されなければならない。代替的に、全てのＸキャパシタの総キャパシタンスは、１００ｎＦよりも大きくない値に制限されなければならない。これは、特に、低減された電力消費を有する動作モードにおいて、電気機器の効率が低下することをもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１０６１３２号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１７８３８８７号明細書
【特許文献３】特開平０２−１３３８０８号公報
【特許文献４】特開昭５８−２１２３６９号公報
【特許文献５】特開昭６２−２３３８１５号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２００２／０１２２５８号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／０２９１５２２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００８／０８４７１８号明細書
【特許文献９】米国特許第５６５０９２４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５７７７８６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、低減された電力消費を有する動作状態における電気機器の効率を改善する、電気機器のための入力回路を記載することを目的とする。特に、入力回路に存在する電気保線供給フィルタ又は力率補正回路からの電力損失を減らすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、電気機器のための入力回路であって、第１の本線供給フィルタを有する共有電気経路と、前記共有電気経路と直列に接続され、第２の本線供給フィルタを有する第１の電気経路と、前記共有電気経路と直列に接続され、前記第１の電気経路と並列に接続される第２の電気経路とを有する入力回路、によって達成される。本発明は、前記第１の電気経路を開放する第１のスイッチング素子と、制御回路による前記第１のスイッチング素子の作動のための制御入力部とを設け、前記第１のスイッチング素子は、前記電気機器の高電力消費を有する第１の動作モードにおいて閉じられ、その結果として、前記第１の本線供給フィルタ及び前記第２の本線供給フィルタによって動作電流がフィルタリングされ、前記第１のスイッチング素子は、前記第１の動作モードと比較して前記電気機器の電力消費が少ない第２の動作モードにおいて開き、その結果として、前記動作電流は前記第１の本線供給フィルタによってのみフィルタリングされる。
【００１１】
第１の本線供給フィルタ及び第２の本線供給フィルタへの本線供給フィルタの分割と、第１の電気経路における前記第２の本線供給フィルタの配置とは、該第２の本線供給フィルタが、高電力消費を有する第１の動作モードにおいて第１のスイッチング素子によって選択的に接続されることを可能にし、且つ、前記第２の本線供給フィルタが、低減された電力消費を有する第２の動作モードにおいて第２の電気経路によってバイパスされることを可能にする。このように、電気機器の第１及び第２の動作モードの需要に合うようカスタマイズされた第１及び第２の本線供給フィルタにより、電気機器の異なる動作モードごとに、異なる設計の本線供給フィルタを選択することが可能である。その結果、電気機器におけるより高い効率、従って、より少ない電力損失が、達成される。
【００１２】
１つの有利な改良に従って、前記第１のスイッチング素子は、リレー、特に単安定リレーの形をとる。スイッチング素子としてのリレーの使用は、前記第２の本線供給フィルタが、当該入力回路の前記第１の電気経路から容易に且つ安全に絶縁されることを可能にし、同時に、例えば、当該電気機器へ接続される周辺装置のための、スイッチング出力の供給を可能にする。
【００１３】
更なる有利な改良に従って、前記第２の電気経路は電流制限素子を含む。前記第２の電気経路における電流制限素子の配置は、当該入力回路が電源システムに接続される場合に、スイッチオン時の電流突入を防ぐ。高電力消費を有する前記第１の動作モードにおいて、前記電流制限素子は、前記第１の電気経路によって短絡され得る。その結果として、前記第１の動作モードにおいて、前記電流制限素子では、電力損失が起こらない。
【００１４】
更なる有利な改良に従って、当該入力回路は、前記第２の電気経路を絶縁する第２のスイッチング素子を更に有する。この改良において、前記制御回路は、第３の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の両方を開くようセットアップされ、それにより、当該入力回路は、電源システムから前記電気機器に動作電流を供給するために使用されない。前記第２の電気経路を開放するための第２のスイッチング素子の使用も、前記電気機器が完全に電源システムから絶縁されることを可能にし、その結果として、電源システムからは全く更なる電力が引き込まれない。特に、スタンバイモードを必要としない、又は先と同じく電気機器を電子的に起動するための内部電源を有する機器に関し、このように、電気機器の電力消費を零にまで低減することが可能である。
【００１５】
１つの有利な改良に従って、前記第２のスイッチング素子は、半導体スイッチング素子、特にサイリスタの形をとる。前記第２のスイッチング素子の使用は、前記電気機器を前記第２の動作モードに切り替えるために、前記電気機器における内部電源による当該入力回路の単準動作を可能にする。
【００１６】
更なる有利な改良に従って、前記第１の本線供給フィルタは、Ｘキャパシタを有さず、又は１００ｎＦよりも大きくないキャパシタンスを有するＸキャパシタを有し、前記第２の本線供給フィルタは、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有するＸキャパシタを有する。Ｘキャパシタを有さない、又は１００ｎＦ未満のキャパシタンスの比較的小さなＸキャパシタを有する第１の本線供給フィルタの使用は、例えば、該第１の本線供給フィルタにおけるＸキャパシタを放電するための放電抵抗として知られているものの使用が、免除されることを可能にする。従って、前記第１の本線供給フィルタは、当該入力回路が持続的に電源システムに接続される場合でさえ電力損失を引き起こさないように設計され得る。
【００１７】
更なる有利な改良に従って、当該入力回路は、力率補正のための回路を更に有し、前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて前記力率補正のための回路をアクティブにし、前記第２の動作モードにおいて前記力率補正のための回路を非アクティブにするようセットアップされる。前記力率補正のための回路の選択的な作動は、前記第２の動作モードにおいて前記電気機器に給電するための、力率補正を有さない簡単な効率的な回路の使用と、前記第１の動作モードにおける必要な力率補正を有する特に出力大きい回路の使用とを可能にする。
【００１８】
更なる有利な改良に従って、当該入力回路は、前記電気機器のための供給電圧をバッファリングするために、第１のキャパシタンスを有する第１の保持キャパシタと、前記第１のキャパシタンスよりも低い第２のキャパシタンスを有する第２の保持キャパシタとを有し、前記第１の保持キャパシタは、前記第１の電気経路において配置される。第１又は第２の動作モードにおいて供給電圧をバッファリングするための異なる保持キャパシタの使用は、前記第２の動作モードにおける当該入力回路の効率の更なる改善をもたらす。
【００１９】
上記の入力回路は、スイッチモード電源ユニットにおける使用、例えば、コンシューマ・エレクトロニクス又は情報テクノロジ機器への給電のために、特に適している。
【００２０】
本発明の更なる態様に従って、電気機器は、当該電気機器を電源システムに接続する本線入力部と、前記本線入力部に電気接続され、少なくとも１つの第１のスイッチング素子を有する入力回路と、前記入力回路に結合され、第１の供給電圧を第２の供給電圧に変換する少なくとも１つのスイッチモードコンバータとを有する。当該電気機器は、更に、高電力消費を有する第１の動作モード又は該第１の動作モードと比較して電力消費が少ない第２の動作モードへ当該電気機器を選択的に切り替える制御回路を有し、前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子が閉じられ、前記第２の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子が開くように前記入力回路を作動させるようセットアップされる。
【００２１】
１つの有利な改良に従って、前記制御回路は、更に、前記入力回路が前記少なくとも１つのスイッチモードコンバータを前記本線入力部から電気的に絶縁する第３の動作モードへ当該電気機器を選択的に切り替えるようセットアップされ、当該電気機器は、前記第３の動作モードにおいて少なくとも間欠的に前記制御回路に動作電力を供給するようセットアップされる少なくとも１つの内部電源を有する。当該電気機器の前記スイッチモードコンバータが電源システムから完全に絶縁される第３の動作モードを提供することによって、当該電気機器が電子的に再びオンされることを可能にする電源による前記制御回路への電力供給を有しながら、完全に電源システムからの当該電気機器による電力消費を回避することが可能である。
【００２２】
更なる有利な改良に従って、当該電気機器は、メインコンバータ及び補助コンバータを更に有し、前記第１の動作モードにおいては前記メインコンバータが、前記第２の動作モードにおいて前記補助コンバータが、当該電気機器のための動作電圧を生成するよう動作する。第１及び第２の動作モードのための異なるコンバータ回路の使用は、動作モードに対する夫々のコンバータの最適なカスタマイズ、従って、夫々の動作モードにおける当該電気機器の効率的な動作、を可能にする。
【００２３】
本発明の更なる有利な改良は、以下の詳細な記載において及び添付の特許請求の範囲によって開示される。
【００２４】
以下、本発明は、図面を参照して様々な実施例を用いて記載される。図面において、同じ参照符号は、同じ又は類似する機能を有する機能要素について使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に従う入力回路を備える電気機器の概略図を示す。
【図２】電気機器の従来の入力回路を示す。
【図３】本発明の第１の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図４】本発明の第２の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図５】本発明の第３の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図６】本発明の第４の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図７】本発明の第５の改良に従う入力回路の回路図を示す。
【図８】電気機器の様々な動作モードの間の交番のための状態図及びフローチャートの組み合わせを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、入力回路１を有する電気機器２の概略図を示す。一例として、電気機器２は、例となるスイッチモード電源ユニットを有するポータブル型コンピュータであってよく、又は内部電源回路を有する固定式のコンシューマ・エレクトロニクス機器であってよい。
【００２７】
図示されている実施形態において、入力回路１は、電気機器２を電源システムに接続する本線入力部３を有する。本線入力部３の下流のエネルギフローの方向において、共有電気経路１８は、電気機器２によって引き起こされる干渉を電源システムから、又は電源システムを介して伝えられる干渉を電気機器２から離す第１の本線供給フィルタ４を含む。
【００２８】
第１の本線供給フィルタ４の下流には、第１のスイッチング素子５が配置されている。第１のスイッチング素子５は、電気機器２に給電するための第１の電気経路６及び／又は第２の電気経路７の選択を可能にする。従って、動作電圧を電気機器２に供給するために利用可能な２つの異なる電気経路が存在し、それらの電気経路は、選択される動作モードに合うよう入力回路１をカスタマイズするために、電気機器２の選択される動作モードに基づき選択され得る。
【００２９】
第１の電気経路６は、第２の本線供給フィルタ８及びメインコンバータ９を含む。第１の電気経路６がスイッチング素子５によって本線入力部３に接続される場合、本線入力部３によって供給される本線電圧は、第１の本線供給フィルタ４及び第２の本線供給フィルタ８によってフィルタリングされ、入力回路１の第１の供給出力部１０で供給される。供給出力部１０は、メインコンバータ９に接続されている。この場合に、メインコンバータ９は、第１の動作モードにおいて電気機器２を動作させるための供給電圧を生成する。
【００３０】
第２の電気経路７は、補助コンバータ１１を含む。第１の電気経路６が絶縁されるようにスイッチング素子５が作動する場合に、電流は第２の電気経路７及び入力回路１の第２の供給出力部１２を介して補助コンバータ１１に流れ込む。補助コンバータ１１は、第２の動作モードにおいて電気機器２を動作させるための供給電圧を生成する。
【００３１】
メインコンバータ９からの供給電圧及び補助コンバータ１１からの補助電圧は、夫々、電気機器２の同じ又は異なるコンポーネント１３に供給され得る。また、電力消費が異なる動作モードにおいて動作することができる共有コンバータが設けられてもよい。一例として、任意の力率補正を有するスイッチモードコンバータが設けられてよく、力率補正は、７５Ｗよりも大きい電力を有する第１の動作モードにおいてアクティブにされ、７５Ｗよりも小さい電力を有する第２の動作モードにおいて非アクティブにされる。代替的に、第２の本線供給フィルタ８の下流に経路６及び７を接続し、メインコンバータ９及び補助コンバータ１１を互いに並列に共有供給出力部１０に接続することも可能である。この場合に、メインコンバータ９は、一例として、電力遮断器がもはや電力消費が少ない第２の動作モードにおいて動作しないので、非アクティブにされ得る。
【００３２】
更に、電気機器２は、制御回路１４を有する。制御回路１４は、制御入力部１７を介してスイッチング素子５を作動させるために使用される。図１に示される実施例においては、制御回路１４は、補助コンバータ１１又はメインコンバータ９を介して選択的に動作電圧を供給される。また、制御回路１４は、メインコンバータ９及び／又は補助コンバータ１１をレギュレートすることができる。
【００３３】
図３は、比較的な簡単な設計を有する本発明の第１の改良の回路図を示す。それは、基本的に、本線入力部３の範囲にある第１の受動型本線供給フィルタ４と、第１のスイッチング素子５として動作する単安定リレーＲｅｌと、第２の受動型本線供給フィルタ８と、ブリッジ整流器ＢＤ１と、力率補正回路の形をとる能動型本線供給フィルタ（以下、ＰＦＣ回路１５）と、保持キャパシタＣｂとを有する。第１のスイッチング素子５、第２の本線供給フィルタ８及びＰＦＣ回路１５と並列に、電流制限素子Ｒｎｔｃ及び２つのダイオードＤ３、Ｄ４を有する第２の電気経路７が接続されている。第２の電気経路７は、同様に、保持キャパシタＣｂを充電するために使用され得る。保持キャパシタＣｂにかかる電圧は、電気機器２へ給電するために、入力回路１の供給出力部１０からタップオフされ得る。実施例において、メインコンバータ９及び補助コンバータ１１は両方とも、供給出力部１０で並列に接続され、その結果として、それらは、選択される経路６又は７に関わらず一次直流電圧を供給され得る。しかし、これは、明りょうさのために図３には図示されていない。更に、外部の周辺装置（例えば、モニタ）のためのスイッチング出力部２０が、電気的にリレーＲｅｌの下流に設けられている。
【００３４】
通常動作モードと呼ばれる第１の動作モードにおいて、リレーＲｅｌは、制御入力部１７で供給電圧を供給することによって閉じられ、その結果として、電流は、本線供給フィルタ８から第１の本線供給フィルタ４、リレーＲｅｌ、第２の本線供給フィルタ８を介してＰＦＣ回路１５へ、そしてそこから保持キャパシタＣｂへ流れる。保持キャパシタＣｂにかかる電圧は、電気機器２に給電するために、入力回路１の供給出力部１０からタップオフされ得る。この動作モードでは、ＰＦＣ回路１５が保持キャパシタＣｂを本線電圧を上回って充電するので、供給電流は第１の電気経路６を介して流れ、その結果として、ダイオードＤ３及びＤ４はオフされる。第１の電気経路６は、第２の電気経路７とは対照的に、電流制限素子Ｒｎｔｃを有さない。これは、電流制限素子Ｒｎｔｃも通常動作の間電力損失を引き起こさないことを意味する。従って、図示されている実施例において、リレーＲｅｌは、経路６を選択するためのみならず、同時に、通常動作モードにおいて電流制限素子Ｒｎｔｃを短絡するためにも使用される。スイッチオン後に電流制限素子Ｒｎｔｃを非アクティブにするための更なるスイッチング素子の使用は、従って不必要である。供給出力部１０でＰＦＣ回路１５によって供給される電力は、この第１の動作モードにおいては比較的高い。一例として、２５０ワットの電力が供給される。
【００３５】
第１の本線供給フィルタ４、第２の本線供給フィルタ８及びＰＦＣ回路１５は、電気機器２、特に、入力回路１の下流に接続されるメインコンバータ９によって引き起こされる干渉をフィルタリングするために、この第１の動作モードにおいて相互に作用する。この目的を達成するために、第２の本線供給フィルタ８は、特に、１００ｎＦよりも大きいキャパシタンスを有する比較的大きい寸法の２つのＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２を有する。適切な法的基準を満たすために、及び電気的な安全性のために、放電抵抗Ｒｘ及び過電圧抵抗ＶＤＲが設けられ、これらは、所定時間期間内にＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２において存在する残留電荷を放電し、又はＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２夫々にかかる過電圧を防ぐ。更に、７５ワットよりも大きい総電力のために、ＰＦＣ回路１５の制御接続１６を正確に作動させることによって力率補正が実行されることが、規定される。電気的信頼性に関連する何らかの既存の規定に依存して、第２の本線供給フィルタ８の個々の構成要素は、また、第１のスイッチング素子５の上流に配置されてもよい。一例として、過電圧抵抗ＶＤＲの代わりに、又はそれに加えて、他の過電圧保護部品が本線入力部３に直接設けられてよい。望ましくは、電源システムに接続された状態で電力損失を引き起こさないような部品（例えば、ガス放電バルブ）がこの場合に使用されるべきである。
【００３６】
スタンバイ動作モードと呼ばれる第２の動作モードにおいて、リレーＲｅｌは開き、供給電流は、本線入力部３から第１の本線供給フィルタ４、電流制限素子Ｒｎｔｃ及びダイオードＤ３、Ｄ４を介してＰＦＣ回路１５の下流に保持キャパシタＣｂへと流れる。位相ラインＬｉｎｅにおける正の半サイクルの間、電流はコイルＬ１、電流制限素子Ｒｎｔｃ、ダイオードＤ４を介して保持キャパシタＣｂへ、そしてそこから接続１及び３の間のブリッジ整流器ＢＤ１の左下のダイオード、コイルＬ２’及びコイルＬ１’を介して中性線Ｎｅｕｔｒａｌへ流れる。位相ラインＬｉｎｅにおける負の半サイクルの間、供給電流は中性線ＮｅｕｔｒａｌからインダクタコイルＬ１’、インダクタコイルＬ２’、接続３及び２の間のブリッジ整流器ＢＤ１の右下のダイオード、インダクタＬ及びダイオードＤを介して保持キャパシタＣｂへ、そしてそこからダイオードＤ３、電流制限素子Ｒｎｔｃ及びインダクタコイルＬ１を介して位相入力Ｌｉｎｅへ流れる。従って、第２の電気経路７は、通常のブリッジ整流器の機能を作り出すために使用される。供給出力部１０で入力回路１によって供給される電力は、この第２の動作モードにおいては比較的低い。一例として、５ワットより小さい、望ましくは１ワットよりも小さい電力が供給される。
【００３７】
この動作モードにおいて、電流は、第２の本線供給フィルタ８の放電抵抗Ｅｘを介しては流れない。ＸキャパシタＣｘ１及びＣｘ２は充電されない。更に、ＰＦＣ回路１５のＭＯＳＦＥＴトランジスタＱは、力率補正のために制御接続１６を介して作動しない。フィルタリングは、Ｘキャパシタも放電抵抗も有さない第１の受動型本線供給フィルタ４によってのみ行われ、従って、全く電力損失は生じず、あったとしても僅かである。
【００３８】
図４は、入力回路１の第２の改良を示す。図３に示される解決法と比較して、図４に示される入力回路１の効率は更に改善されている。図４に示される回路配置は、図３に示される回路配置と大部分は一致する。加えて、保持キャパシタＣｂよりも小さい寸法を有する補助キャパシタＣｓｂが、供給出力部１０の範囲において設けられている。第２のスタンバイ動作モードにおいて、補助キャパシタＣｓｂは、第２の供給出力部１２からタップオフされ得る動作電圧へと第２の電気経路７を介して充電される。
【００３９】
同じく存在する保持キャパシタＣｂは、この動作モードにおいて、追加のダイオードＤ５及びＤ６によって補助キャパシタＣｓｂから電気的に切り離される。従って、保持キャパシタＣｂは、第２の動作モードにおいては充電されない。これは、ＰＦＣ回路１５の正確な動作のための帰還信号ＰＦＣ−Ｆｅｅｄｂａｃｋを供給するのに必要な、図４において象徴的に示されている抵抗Ｒｐｆｃ１及びＲｏｆｃ２における電力損失を解消する。
【００４０】
第１の動作モードにおいて、すなわち、リレーＲｅｌが閉じられる場合に、保持キャパシタＣｂは、第２の本個呼びＰＦＣ回路１５を介して、第１の供給出力部１０で供給される動作電圧に充電される。加えて、ダイオードＤ６及びＤ５は、また、動作電圧により補助キャパシタＣｓｂを使用するために使用され、その結果として、下流に接続されてよい補助電源ユニットの供給電圧は、第２の供給出力部１２でも供給される。
【００４１】
図５は、本発明の第３の改良に従う更に改善された入力回路１を示す。図５に示される入力回路は、先と同じく、共有電気経路１８における第１の本線供給フィルタ４と、第１の電気経路６における第２の本線供給フィルタ８とを設ける。第１の電気経路６は、リレーＲｅｌによって本線入力部３から切り離され得る。第１の電気経路６は、図３に示される実施例に従う第１の電気経路６と同様に設計される。
【００４２】
更に、入力回路１は、リレーＲｅｌ、第２の本線供給フィルタ８及びＰＦＣ回路１５と並列に配置される第２の電気経路７を有する。図３及び図４に示される実施例とは対照的に、第２の電気経路７は、第２のスイッチング素子１９として動作する２つのサイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２を有する。サイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２の制御入力部は、夫々、２つの変圧器Ｔ１及びＴ２によって作動する。変圧器Ｔ１及びＴ２は、サイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２をトリガするために、従って、電気機器２が第２の動作モードにおいて第２の電気経路７を介して電力を供給されることを可能にするために、電気機器２における制御回路１４から適切な制御パルスを供給するよう使用され得る。
【００４３】
リレーＲｅｌもサイリスタＳＣＲ１及びＳＣＲ２も適切な制御信号によって作動しない場合に、入力回路１の供給出力部１０は、完全に電気的に本線入力部３から絶縁される。従って、電流は入力回路１を流れず、電気機器２は、零ワット動作モードと呼ばれる第３の動作モードにある。この動作モードにおいては、第１の本線供給フィルタ４のみが本線入力部３に結合される。第１の本線供給フィルタ４はＸキャパシタもＸキャパシタのための放電抵抗も有さないので、第１の本線供給フィルタ４は、零ワット動作モードにおいて電源システムから電力を引き込まない。
【００４４】
図６は、入力回路１の第４の実施例を示す。図５に示される改良と比較して、第２のスイッチング素子１９の作動は更に簡単化されている。この実施例では、使用される第２のスイッチング素子１９は、単一のサイリスタＳＣＲだけである。第２の電気経路７を通るフロー電流を切り替えるために本線入力部３での供給電圧の正の半サイクル及び負の半サイクルの両方においてサイリスタＳＣＲを使用することができるために、４つのダイオードＤ１乃至Ｄ４が設けられる。正の半サイクルの間、電流は位相ラインＬｉｎｅからインダクタコイルＬ１、電流制限素子Ｒｎｔｃ、ダイオードＤ１、サイリスタＳＣＲ及びダイオードＤ４を介して保持キャパシタＣｂへと流れる。そこから、電流は、接続１及び３の間のブリッジ整流器ＢＤ１の左下のダイオード、インダクタコイルＬ２’及びインダクタコイルＬ１’を介して中性線Ｎｅｕｔｒａｌへと流れる。負の半サイクルの間、電流は中性線ＮｅｕｔｒａｌからインダクタコイルＬ１’、インダクタコイルＬ２’、接続３及び２の間のブリッジ整流器ＢＤ１の右下のダイオード、保持コイルＬ１及びダイオードＤを介して保持キャパシタＣｂへと流れる。そこから、電流は、ダイオードＤ３、サイリスタＳＣＲ、ダイオードＤ２、電流制限素子Ｒｎｔｃ及びインダクタコイルＬ１を介して位相ラインＬｉｎｅへと流れる。
【００４５】
図６に示される回路は、このとき、第２のスイッチング素子１９として単一のサイリスタＳＣＲしか含まないので、その作動のためには、変圧器Ｔも１つで十分である。従って、入力回路１の作動は、図５に示される回路と比較して、更に簡単化される。
【００４６】
図７は、本発明に従う入力回路１の第５の実施例を示す。入力回路１は、大部分は、図６に示される改良に対応する。特に、共有電気経路１８及び第２の電気経路７は、同じように設計される。第１の動作モードにおける入力回路１の効率を更に高めるためにも、並列に動作する２つのＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂが、単一の下流ＰＦＣ回路１５とともにブリッジ整流器ＢＤ１に代えて使用されている。ＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂは、夫々、ステップアップコンバータ（ブーストコンバータ）である。しかし、先行技術から知られている、力率補正を有する他の回路を使用することも、可能である。
【００４７】
リレーＲｅｌが閉じられる場合に、ダイオードＢＲ１は、本線電圧の正の半サイクルの間オンであり、ダイオードＢＲ２は、負の半サイクル間オンである。従って、第１のＰＦＣ回路１５ａは、正の半サイクルの間アクティブであり、第２のＰＦＣ回路１５ｂは、負の半サイクルの間アクティブである。ＭＯＳＦＥＴＱａ又はＱｂが、適切な制御信号ＰＦＣ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌ１又はＰＦＣ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌ２を印加することによってオンされる場合に、第１のＰＦＣ回路１５ａの保持インダクタＬａ又は第２のＰＦＣ回路１５ｂの保持インダクタＬｂは充電される。ＭＯＳＦＥＴＱａ又はＱｂがオフであるとき、第１の保持インダクタＬａはダイオードＤａを介して放電され、又は第２の保持インダクタＬｂはダイオードＤｂを介して放電される。
【００４８】
供給電圧の正又は負の半サイクルの間の動作のための並列なＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂを有する図７の回路は、第１の動作モードにおいて入力回路１における電力損失の低減をもたらす。それは、図７に示される回路がもはやブリッジ整流器ＢＤ１を必要としないためである。これは、電圧が、動作の間、１つのダイオード順方向電圧によってのみ下げられ、一方、第１乃至第４の実施例に従う回路においては、２つの夫々のダイオード順方向電圧がブリッジ整流器ＢＤ１の両端で下がる。
【００４９】
図８は、本発明の様々な改良に従う入力回路１の作動のための状態図及びフローチャートの組み合わせを示す。第２の電気経路７において第２のスイッチング素子１９を有さない図３及び図４に示される改良は、単に、電気機器２の通常の電力消費を有する第１の動作状態Ｚ１と、電気機器２の低減された電力消費を有する第２の動作モードＺ２とを有する。第２の電気経路７において第２のスイッチング素子１９を有する図５乃至７に示される改良は、更に、電気機器２が完全に電源システムから絶縁される第３の動作モードＺ３を有する。従って、更なる動作モードＺ３、及び第２の動作モードＺ２へ変化するためのステップ６１、６２は、図８において破線で示されている。
【００５０】
図８に示される状態図及びフローチャートの組み合わせは、図６に示される回路を参照して記載される。最初に、電気機器２は、零ワット動作モードとして知られるモードＺ３にある。この状態では、リレーＲｅｌもサイリスタＳＣＲも、それらに印加される制御電圧を有さない。これは、本線入力部３が供給出力部１０から電気的に切り離されることを意味する。電気機器２が、オンされるよう、又は少なくともスタンバイ動作モードに入るよう意図される場合に、制御パルスは接続ＳＣＲ−Ｐｕｌｓ１及びＳＣＲ−Ｐｕｌｓ２を介して変圧器Ｔに供給される。一例として、コンピュータにおけるＢＩＯＳバッテリとして知られるものによって給電されるディスクリート制御回路、又は特に低い電力消費を有するバッテリ駆動のマイクロコントローラは、４０ｍｓの期間内に２０個の単一パルスの列を変圧器Ｔへ供給することができ、一方、そうするために本線電圧を必要としない。変圧器Ｔは、ステップ６１でサイリスタＳＣＲをトリガするために、供給される制御パルスを必要な電圧に変圧する。
【００５１】
サイリスタＳＣＲがトリガされるとき、電流は、保持キャパシタＣｂを充電するために、図６を参照して上述されたように、第２の電気経路７において電流制限素子Ｒｎｔｃを介して流れる。この場合に、電流制限素子Ｒｎｔｃは、供給電圧における過度に急速な立ち上がり及び付随する干渉を制限する。キャパシタＣｂが充電されているとき、供給出力部１０に接続される補助コンバータ１１は、例えば、ステップ６２において起動する。その後、サイリスタＳＣＲは、より高いパルス列により作動することができ、電力は補助コンバータ１１を介して供給され得る。その場合、電気機器２は、大いに低減された電力消費を有して、スタンバイ動作と表記される第２の動作モードＺ２にある。
【００５２】
機器２が通常動作モードＺ１に入るよう意図される場合、一例として、補助コンバータ１１によって生成される１２ボルトの制御電圧を制御入力部１７を介してリレーＲｅｌに供給することが可能である。次いで、ステップ６３で、第１のスイッチング素子５が閉じられる。
【００５３】
所定の時間期間内に、制御信号は、ＰＦＣ回路１５におけるＭＯＳＦＥＴＱを作動させるために、同じように供給される。これはステップ６４で実行される。
【００５４】
次に、ステップ６５で、供給出力部１０に同じように接続されるメインコンバータ９が起動され得、比較的高い電力を電源システムから第１の本線供給フィルタ４及び第２の本線供給フィルタ８を介して引き込む。この場合に、第１の本線供給フィルタ４、第２の本線供給フィルタ８及び力率補正回路１５は、比較的出力の大きいメインコンバータ９によって引き起こされる干渉が電源システムに悪影響を及ぼさないことを確かにする。メインコンバータが起動された場合に、電気機器２は、通常モードと呼ばれる第１の動作モードＺ１にある。
【００５５】
上記の回路の全てにおいて、第１のスイッチング素子５は、第２の動作モードにおける電源システムからの第２の本線供給フィルタ８の絶縁のみならず、本線入力部３空のスイッチング出力部２０の分離も促すために使用されることが可能である。これは、単一のリレーＲｅｌが、電気機器２の入力回路１自体における電力損失及び電気機器２に接続される周辺装置（例えば、モニタ又はプリンタ）における電力損失の両方を減らすために使用されることを可能にする。
【００５６】
図示されていない実施例において、第３の本線供給フィルタが第２の電気経路７において設けられる。これは、時々、第２の本線供給フィルタ８の大きさが、電磁放射がスイッチング出力部２０に接続される周辺装置を介して放射されることを防ぐのに十分であるように、共有電気経路１８における第１の本線供給フィルタ４と第１の電気経路６における第２の本線供給フィルタ８との間の比が選択される場合に、有利である。このために、第２の本線供給フィルタ８は、場合により大きくされてよく、第１の本線供給フィルタ４は小さくされてよい。次いで、第１の本線供給フィルタ４がもはや、第２の動作モードにおける電気機器において干渉を抑制するのに十分でない場合、第２の電気経路７は、第３の本線供給フィルタ、例えば更なるコイルを設けられるべきである。第２の電気経路７におけるコイルは、動作中に比較的小さな電流（例えば、１００ｍＡ）しか伝えず、相応して薄コイル巻線を有することができる。
【００５７】
上記の入力回路１に対する多くの更なる変更が可能である。一例として、第１のスイッチング素子５及び第２のスイッチング素子１９の代わりに、切替リレーを使用することが可能である。しかし、これは、本線入力部３からの供給出力部１０の完全な分離、従って、更に、零ワット動作モードがその場合に可能でないという決定を有する。更に、保持キャパシタＣｂの大きさは、電力が、リレーの切替期間の間、供給出力部１０の下流に接続される補助コンバータ１１に供給されることを確かにするほど十分に大きいよう、選択される必要がある。
【００５８】
更に、共有電気経路１８並びに並列に配置される第１及び第２の電気経路６及び７の位置は、交換されてよい。しかし、電気機器２における最善の干渉抑制の観点からすれば、可能な限り本線入力部３の近くに第１の本線供給フィルタ４を配置することが有利である。
【００５９】
更に、当然に、ほぼ任意に個々の実施例において開示される特徴の全てを組み合わせることが可能である。特に、図７に示される２つの並列なＰＦＣ回路１５ａ及び１５ｂの配置は、図３乃至６に示される他の回路においても使用され得る。
【符号の説明】
【００６０】
１    入力回路
２    電気機器
３    本線入力部
４    第１の本線供給フィルタ
５    第１のスイッチング素子
６    第１の電気経路
７    第２の電気経路
８    第２の本線供給フィルタ
９    メインコンバータ
１０  第１の供給出力部
１１  補助コンバータ
１２  第２の供給出力部
１３  コンポーネント
１４  制御回路
１５  ＰＦＣ回路
１６  制御接続
１７  制御入力部
１８  共有電気経路
１９  第２のスイッチング素子
２０  スイッチング出力部
Ｚ１  第１の動作モード（通常動作モード）
Ｚ２  第２の動作モード（スタンバイ動作モード）
Ｚ３  第３の動作モード（零ワット動作モード）
【国際調査報告】
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