BR112012020458B1

BR112012020458B1 - sistema de fonte de alimentação, dispositivo eletrônico e controlador

Info

Publication number: BR112012020458B1
Application number: BR112012020458A
Authority: BR
Inventors: Adrianus Cornelis Maria Schoofs Franciscus; Veenstra Hugo; Van Langevelde Ronald; Ettes Wilhelmus
Original assignee: Koninl Philips Electronics Nv; Koninklijke Philips Nv
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2019-12-10
Also published as: PL2537243T3; BR112012020458A2; WO2011101779A2; EP2537243B1; ES2745126T3; WO2011101779A3; US9136777B2; CN102971955A; US20130128639A1; CN102971955B; EP2537243A2; RU2012139826A; JP5960611B2; JP2013520153A; RU2556700C2

Abstract

sistema de fonte de alimentação, dispositivo eletrônico e controlador um sistema de fonte de alimentação (200) é provido e compreende uma primeira entrada (206), uma saída (218), um conversor dc-dc (204), um circuito retificador (212) e um limitador de tensão (214). uma tensão ac é recebida pela primeira entrada. a energia é fornecida a uma carga (216) através da saída. o conversor dc-dc compreende uma segunda entrada (203) que é capacitivamente acoplada à primeira entrada, e o conversor dc-dc provê energia à saída. o circuito retificador é capacitivamente acoplado à primeira entrada e está disposto entre a primeira entrada e a saída. o circuito retificador provê uma tensão de saída retificada à saída. o limitador de tensão é acoplado à saída e limita a tensão retificada a uma tensão predefinida.

Description

SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO, DISPOSITIVO ELETRÔNICO E CONTROLADOR

CAMPO DA INVENÇÃO A invenção se refere ao campo de sistemas de fonte de alimentação capacitivamente acoplados.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Eletrodomésticos geralmente têm um controlador que requer uma baixa tensão de alimentação e uma plataforma de energia que é alimentada da tensão da rede. 0 controlador liga e desliga a plataforma de energia e controla a operação desta. A plataforma de energia realiza a função primária do eletrodoméstico. 0 controlador responde, por exemplo, a um botão ou um sinal de um dispositivo de controle remoto para ligar e desligar a plataforma de energia. Quando o eletrodoméstico está conectado à tensão da rede, o controlador apenas monitora os sinais que podem indicar que o eletrodoméstico deve ser ligado. O modo em que a plataforma de energia é desligada é chamado de modo de espera. No modo de espera apenas uma pequena quantidade de energia a uma baixa tensão é consumida para manter o controlador e/ou um sensor de controle remoto opcional acordado. Quando um sinal é recebido para ligar o aparelho, o controlador entra no modo operacional. A plataforma de energia é ligada e o controlador começa a controlar a plataforma de energia. Ainda, o controlador pode ligar uma interface do usuário para receber a entrada adicional do usuário e/ou para prover retorno ao usuário. A interface do usuário é energizada em geral com a baixa tensão de alimentação também. No modo operacional mais energia do que a energia de espera é consumida pelos circuitos de baixa tensão de alimentação.

Um exemplo de tal eletrodoméstico é uma máquina de café que pode ser ligada e desligada por meios de um botão. Quando a máquina de café é ligada pressionando o botão liga/desliga, o controlador alterna a máquina de café ao modo operacional em que, dependendo dos diferentes estágios de mistura de café, a operação do elemento de calor e, por exemplo, a operação da bomba de água é controlada. Ao ligar/desligar o botão é pressionada mais uma vez, o controlador desliga o elemento de calor e/ou a bomba de água e entra no modo de espera no qual apenas os sinais do botão são monitorados. A baixa tensão de alimentação é geralmente alimentada por uma fonte de alimentação capacitiva. A fonte de alimentação capacitiva tem um capacitor que provê um acoplamento capacitivo a uma tensão de rede AC e age como uma bomba de carga. Um circuito retificador é utilizado para obter uma tensão DC que é geralmente limitada a uma baixa tensão por um diodo zener. Dependendo da configuração específica do circuito retificador apenas metade da onda da tensão de rede AC é convertida para a baixa tensão de alimentação DC, ou, se a retificação de onda total for implementada, toda a onda de tensão de rede AC é convertida. Geralmente, um resistor de sobretensão é acoplado em série com o capacitor e geralmente um resistor de sangria é acoplado paralelo ao capacitor. O resistor de sobretensão protege a fonte de alimentação contra os picos de tensão de rede e o resistor de sangria descarrega o capacitor quando a fonte de alimentação é desconectada da tensão de rede. A fonte de alimentação capacitiva é uma fonte de alimentação relativamente eficiente, pois o capacitor não dissipa a energia. Entretanto, a fonte de alimentação capacitiva pode fornecer uma quantidade limitada de energia apenas, pois a corrente máxima que pode ser gerada é limitada pela impedância do capacitor na frequência da tensão de rede. A fonte de alimentação capacitiva é dimensionada para a quantidade máxima de energia que deve ser gerada em um modo operacional do eletrodoméstico. Se, entretanto, menos energia for consumida pelo aparelho, a fonte de alimentação capacitiva dissipa a energia em excesso. Especialmente no modo de espera muita energia é dissipada pelo diodo zener, pois a energia que foi gerada ao aparelho no modo operacional é dissipada pelo diodo zener no modo de espera. Adicionalmente, o resistor de sobretensão e o resistor de sangria dissipam a energia no modo operacional bem como no modo de espera. A dissipação da energia, especialmente, no modo de espera é muito alta e desse modo a eficiência da fonte de alimentação capacitiva é muito baixa no modo de espera. A dissipação da energia no resistor de sobretensão, no resistor de sangria e no diodo zener tem uma relação linear ou quadrática com a capacitâncía do capacitor. Um capacitor menor resulta em perdas menores de energia. A redução da capacitâncía do capacitor não é geralmente possível, pois a energia máxima que pode ser gerada tem uma relação linear com a capacitâncía do capacitor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção tem o objetivo de prover um sistema de fonte de alimentação mais eficiente.

Um primeiro aspecto da invenção provê um sistema de fonte de alimentação de acordo com a reivindicação 1. Um segundo aspecto da invenção provê um dispositivo eletrônico de acordo com a reivindicação 13. Um terceiro aspecto da invenção provê um dispositivo eletrônico de acordo com a reivindicação 14. Um quarto aspecto da invenção provê um controlador de acordo com a reivindicação 15. As realizações vantajosas são definidas nas reivindicações dependentes.

Um sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, compreende uma primeira entrada para receber uma tensão AC e uma saída para fornecer energia a uma carga. 0 sistema de fonte de alimentação ainda compreende um conversor DC-DC, um circuito retificador e um limitador de tensão. O conversor DC-DC fornece energia à saída do sistema de fonte de alimentação e compreende uma segunda entrada que é capacitivamente acoplada à primeira entrada. 0 circuito retificador é capacitivamente acoplado à primeira entrada e está disposto entre a primeira entrada e a saída. 0 circuito retificador fornece uma tensão de saída retificada à saída. 0 limitador de tensão é acoplado à saída e limita a tensão de saída retificada a uma tensão predefinida. A energia que é consumida pela carga é provida através de duas partes do sistema de fonte de alimentação. Uma parte é o circuito retificador que é capacitivamente acoplado à tensão de rede. O circuito retificador provê uma tensão retificada através da saída à carga. A tensão retificada na saída do sistema de fonte de alimentação é limitada pelo limitador de tensão à tensão predefinida. A quantidade de energia que pode ser gerada através do circuito retificador é limitada pela capacitância de um capacitor que acopla o circuito retificador à primeira entrada do sistema de fonte de alimentação. Entretanto, a tensão de saída tende a aumentar se nem toda a energia que pode ser gerada através do circuito retificador é consumida pela carga. Se a tensão de saída aumentar muito, o limitador de tensão impede o aumento acima da tensão predefinida pela dissipação de uma parte da energia recebida do circuito retificador.

Outra parte do sistema de fonte de alimentação é o conversor DC-DC. 0 conversor DC-DC tem uma segunda entrada que é capacitivamente acoplada à tensão de rede. O conversor DC-DC converte uma primeira tensão recebida pela segunda entrada em uma segunda tensão e provê energia à saída do sistema de fonte de alimentação.

No modo de espera de um aparelho compreendendo o sistema de fonte de alimentação a carga não consume muita energia. A energia de espera pode ser provida através do circuito retificador. No modo operacional a carga consome mais energia e a energia adicional pode ser provida pelo conversor DC-DC. Assim, o circuito retificador e o capacitor que acopla capacitivamente o circuito retificador à primeira entrada podem ser dimensionados com base nas exigências de energia do modo de espera apenas. Correspondendo à capacitâncía do acoplamento capacitivo do circuito retificador ao uso de energia no modo de espera impede a dissipação de muita energia que é provida através do circuito retificador pelo circuito limitador de tensão no modo de espera. Assim, o sistema de fonte de alimentação opera de forma mais eficiente no modo de espera. 0 conversor DC-DC e o capacitor que provê o acoplamento capacitivo do conversor DC-DC, pode ser dimensionado para o uso de energia esperada da carga no modo operacional. Se não for consumida muita energia pela carga, o conversor DC-DC não converte qualquer, ou apenas uma pequena quantidade de energia. Sabe-se que os conversores DC-DC também dissipam certa energia, entretanto, eles são relativamente eficientes. Assim, no modo de espera uma possível pequena dissipação de energia no conversor DC-DC não excedem o peso da redução relativamente grande da dissipação de energia no limitador de tensão.

Ainda, um conversor DC-DC geralmente requer um circuito de filtro de forma que o conversor DC-DC é compatível Eletromagnético. Foi visto pelos inventores que o conversor DC-DC do sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, não requer tal circuito de filtro para prover um sistema de fonte de alimentação que é compatível Eletromagnético. A tensão AC que é recebida pela entrada do sistema de fonte de alimentação pode ser a tensão de rede, mas também pode ser outra tensão AC. Deve ser observado que a tensão AC não necessariamente significa que o nível de tensão da tensão AC alterna entre uma tensão positiva e uma tensão negativa. O nível de tensão também pode alternar entre duas tensões positivas diferentes ou entre duas tensões negativas diferentes. O acoplamento capacitivo do circuito retificador e o conversor DC-DC à tensão AC podem ser providos por um capacitor compartilhado ou por uma pluralidade de capacitores onde cada capacitor específico é usado pelo conversor DC-DC ou pelo circuito retificador. Por causa do acoplamento capacitivo, o circuito tem um comportamento da bomba de carga. O circuito retificador pode ser circuito retificador de meia-onda que apenas conduz uma corrente quando a tensão AC aumenta ou quando a tensão AC diminui. O circuito retificador pode ser um circuito retificador de onda completa que conduz uma corrente quando a tensão AC aumenta e quando a tensão AC diminui. O conversor DC-DC pode receber a energia de uma metade da onda AC da entrada tensão AC, por exemplo, apenas uma parte de aumento de tensão da onda AC, e o circuito retificador apenas retifica a outra metade da onda AC, por exemplo, apenas uma parte de redução de tensão da onda AC. Ainda, o conversor DC-DC não é limitado a um tipo específico do conversor DC-DC. 0 limitador de tensão pode ser um diodo zener, ou um circuito integrado, que limita ou estabiliza a tensão da saída.

Deve ser observado que o circuito retificador provê uma tensão retificada que é uma tensão que não alterna entre positiva e negativa, mas pode alternar entre um valor máximo e um valor mínimo, que pode ser um valor substancialmente igual a zero. 0 valor mínimo e o valor máximo têm o mesmo sinal, por exemplo, eles são ambos positivos. Em uma realização prática a tensão retificada é provida a um armazenamento de energia, como um capacitor de armazenamento, para obter uma tensão retificada mais suave sendo uma tensão DC substancialmente estável.

Em uma realização, o sistema de fonte de alimentação compreende adicionalmente um circuito retificador adicional e um limitador de tensão adicional. O circuito retificador adicional é capacitivamente acoplado à primeira entrada e provê outra tensão retificada à segunda entrada. 0 limitador de tensão adicional é acoplado à segunda entrada e limita a outra tensão retificada da segunda entrada à outra tensão predefinida. O capacitor do acoplamento capacitivo age como uma fonte da corrente. O dimensionamento do capacitor e a tensão predefinida adicional determinam a energia que pode ser recebida pelo conversor DC-DC e que pode ser convertida pelo conversor DC-DC. O dimensionamento pode ser realizado de forma que a melhor quantidade seja encontrada entre a dissipação de energia no limitador de tensão adicional, especialmente em um modo de espera, e a quantidade de energia que pode ser convertida pelo conversor DC-DC. Assim, o sistema de fonte de alimentação pode operar de forma mais eficiente. A tensão AC na entrada é geralmente a tensão de rede. Os componentes do sistema de fonte de alimentação que recebem ou podem receber tal alta tensão devem ser dimensionados para suportar a alta tensão. Especialmente no conversor DC-DC vários componentes, como um interruptor controlável e possivelmente um controlador, devem ser fabricados com um processo de alta tensão que resulta em componentes muito mais caros do conversor DC-DC. Limitando a tensão predefinida adicional a uma baixa tensão, os componentes do conversor DC-DC podem ser fabricados a um preço inferior.

Basicamente, o sistema de fonte de alimentação da realização pode ser um fornecimento capacitivo de onda completa com duas tensões de saída das quais as tensões de saída são convertidas na outra tensão de saída pelo conversor DC-DC. As fontes de alimentação de onda completa conhecidas têm geralmente uma primeira tensão de saída, um terminal de saída neutra e uma segunda tensão de saída cujo valor absoluto é o mesmo que o valor absoluto da primeira tensão e o sinal da segunda tensão de saída difere do sinal da primeira tensão de saída. Se, entretanto, com tal fonte de alimentação de onda completa apenas uma tensão deve ser fornecida, a primeira tensão e a segunda tensão devem ser reduzidas de forma que uma tensão possa ser obtida conectando a carga entre os terminais de saída com a primeira e a segunda tensão de saída. Mas, a redução da tensão de saída resulta no aumento da capacitâncía do capacitor ou dos capacitores do acoplamento capacitivo quando a energia de saída total necessária deve permanecer a mesma. Consequentemente, uma perda maior de energia de espera é introduzida. Com o sistema de fonte de alimentação, de acordo com a realização, a tensão de saída não deve ser reduzida, pois a primeira tensão é convertida na segunda tensão. Assim, a capacitâncía do capacitor ou dos capacitores do acoplamento capacitivo não deve ser aumentada e um aumento das perdas de energia no modo de espera é impedido.

Em outra realização, o valor absoluto da tensão predefinida adicional é maior do que o valor absoluto da tensão predefinida. Várias perdas de energia no sistema de fonte de alimentação têm uma relação linear ou quadrática com a capacitâncía do capacitor. Especialmente, a dissipação de energia no limitador de tensão ou no limitador de tensão adicional tem uma relação linear com a capacitância do capacitor. Ainda, em uma realização prática do sistema de fonte de alimentação o acoplamento capacitivo compreende um resistor de sangria e resistor de sobretensão que também dissipam a energia e sua dissipação tem uma relação linear e quadrática, respectivamente, com a capacitância do capacitor. A tensão predefinida é determinada pelas exigências da carga. A energia que é consumida pela carga, por exemplo, no modo de espera pode ser provida através do circuito retificador e depende da corrente que pode ser provida através do acoplamento capacitivo do circuito retificador. A capacitância do capacitor que provê o acoplamento capacitivo ao circuito retificador pode ser reduzida para o modo de espera. Desse modo, as perdas de energia são reduzidas em uma primeira ramificação do sistema de fonte de alimentação que compreende o circuito retificador.

Uma segunda ramificação do sistema de fonte de alimentação, que compreende o circuito retificador adicional e o conversor DC-DC, pode prover outra quantidade de energia à saída que é limitada pela capacitância do capacitor e o valor da tensão predefinida adicional. A capacitância do capacitor determina a corrente máxima que pode ser provida à segunda entrada do conversor DC-DC. Pelo aumento da tensão predefinida adicional na mesma corrente, a quantidade de energia que pode ser provida através da segunda ramificação é aumentada sem aumentar a capacitância do capacitor que provê o acoplamento capacitivo da segunda ramificação. Assim, uma quantidade de energia relativamente baixa pode ser dissipada no limitador de tensão adicional e/ou pode ser dissipada no resistor de sangria e de sobretensão do acoplamento capacitivo da segunda ramificação.

Assim, a dissipação de energia na primeira ramificação e a segunda ramificação é limitada e, desse modo, o sistema de fonte de alimentação opera de forma mais eficiente. 0 conversor DC-DC opera relativamente de forma eficiente e dissipa apenas uma pequena quantidade de energia enquanto converte a tensão na segunda entrada à energia que é provida à saída do sistema de fonte de alimentação. As perdas de tensão no conversor DC-DC são muito menores do que a redução de perdas de tensão no limitador de tensão adicional e no acoplamento capacitivo. 0 acoplamento capacitivo da primeira ramificação pode ser provido através de outro capacitor do que o capacitor da segunda ramificação. Deve ser observado que ainda apenas um capacitor pode ser utilizado para prover o acoplamento capacitivo de ambos os circuitos retificadores à entrada do sistema de fonte de alimentação. Especialmente quando a primeira ramificação utiliza apenas a energia de uma meia-onda da onda de entrada AC e quando a segunda ramificação utiliza a energia da outra meia-onda da onda de entrada AC, apenas um capacitor deve ser utilizado e é vantajoso com relação aos custos do sistema de fonte de alimentação. Isto resulta em um sistema de fonte de alimentação onde durante uma metade da onda de entrada AC o capacitor provê uma corrente à primeira ramificação, e durante a outra meia-onda o capacitor provê uma corrente à segunda ramificação. A capacitância do capacitor determina o valor da corrente. Escolhendo uma tensão predefinida específica e uma tensão predefinida específica adicional, a quantidade de energia que pode ser gerada através da primeira ramificação e da segunda ramificação pode ser dimensionada, enquanto as perdas de tensão são principalmente determinadas pela capacitância do capacitor.

Em outra realização, o sistema de fonte de alimentação opera tanto em um modo de espera quanto em um modo operacional. No modo operacional, a energia operacional é provida à carga e no modo de espera a energia de espera é provida na saída do sistema de fonte de alimentação. 0 sistema de fonte de alimentação compreende adicionalmente um interruptor controlável que está disposto paralelo ao limitador de tensão adicional. Fechando o interruptor controlável o limitador de tensão adicional sofre curto-circuito. 0 sistema de fonte de alimentação compreende adicionalmente um controlador para fechar o interruptor controlável no modo de espera. Ou, o sistema de fonte de alimentação compreende outro interruptor controlável de curto-circuito disposto entre um nó compartilhado pelo acoplamento capacitivo e o circuito retificador adicional e um nó do sistema de fonte de alimentação tendo uma tensão neutra, e compreende o controlador para fechar outro interruptor controlável de curto-circuito no modo de espera. 0 fechamento do interruptor controlável reduz a tensão pelo limitador de tensão adicional a zero, que impede a dissipação de energia no limitador de tensão adicional. Efetivamente, no modo de espera, o capacitor do acoplamento capacitivo entre o circuito retificador adicional e a entrada está conectado paralelo à tensão AC da entrada. Um capacitor paralelo em uma tensão AC não dissipa a energia. Ainda, o fechamento do interruptor reduz a tensão da segunda entrada a zero que resulta no desligamento do conversor DC-DC. Assim, o conversor DC-DC não pode dissipar a energia no modo de espera. Assim, o fechamento do interruptor resulta em uma fonte de alimentação no modo de espera mais eficiente.

Deve ser observado que a quantidade de energia de espera que pode ser provida pelo sistema de fonte de alimentação é menor do que a quantidade de energia operacional. Ainda, deve ser observado que no modo de espera bem como no modo operacional o sistema de fonte de alimentação consome mais energia da tensão AC na primeira entrada do que a quantidade de energia que é consumida pela carga por causa das perdas de energia no sistema de fonte de alimentação. Por exemplo, no modo de espera o consumo total de energia pelo sistema de fonte de alimentação é a adição da dissipação de energia pelo sistema de fonte de alimentação no modo de espera e o consumo de energia pela carga no modo de espera.

Em uma realização, o valor absoluto da tensão predefinida adicional está em uma faixa tendo um limite inferior do valor absoluto da tensão predefinida e tendo um limite superior sendo um valor que é 20 vezes maior do que o valor absoluto da tensão predefinida.

Conforme discutido em outra realização, visto que a tensão predefinida adicional é maior do que a tensão predefinida, uma ramificação do sistema de fonte de alimentação compreendendo o conversor DC-DC e o circuito retificador adicional pode prover mais energia. Por outro lado, se ainda a mesma quantidade de energia deve ser gerada, a capacitância do capacitor provendo o acoplamento capacitivo da ramificação pode ser reduzida e, desse modo, as perdas de tensão na ramificação são reduzidas. O limite superior da tensão predefinida adicional é principalmente limitado pelos custos de produção de componentes do conversor DC-DC. Por exemplo, quando a tensão predefinida adicional é, por exemplo, 2,5 volts, o limite superior para a tensão predefinida adicional é 50 volts, que ainda permite usar apenas os componentes de baixa tensão no conversor DC-DC. Em geral, um componente de baixa tensão não é fabricado para suportar a tensão mais alta do que 100 volts. Assim, o limite superior para a tensão predefinida adicional pode ser 100 volts, entretanto, uma margem de segurança de um fator 2 resulta em um sistema de fonte de alimentação mais confiável.

Em outra realização, a tensão predefinida é -5 volts e a tensão predefinida adicional está em uma faixa de 5 a 50 volts. A tensão predefinida de -5 volts é vantajosa para uso em eletrodomésticos se um triac no circuito elétrico do aparelho for comutado por um controlador que recebe sua energia da saída do sistema de fonte de alimentação. O triac consome menos energia do sinal de comutação por triac de baixa tensão quando o sinal de comutação por triac é uma tensão negativa.

Em outra realização, a tensão predefinida é substancialmente igual a -3,3 volts, e a tensão predefinida adicional está em uma faixa de 3,3 a 33 volts. A tensão predefinida adicional é uma tensão positiva, enquanto a tensão predefinida é uma tensão negativa. Isto é vantajoso, pois permite, por exemplo, a geração da tensão predefinida com base na parte de redução de tensão da onda de tensão de entrada AC e permite a geração da tensão predefinida adicional com base na parte de aumento de tensão da onda de entrada AC e, conforme discutido em outra realização isto pode resultar em uma capacitância inferior do capacitor ou capacitores que provêm o acoplamento capacitivo à tensão de entrada AC. A faixa de 5 a 50 volts para a tensão predefinida adicional tem um limite inferior que é o mesmo valor absoluto que da tensão predefinida e tem um limite superior que está bem dentro da faixa de baixa tensão, de forma que nenhum componente de alta tensão precise ser usado no conversor DC-DC.

Deve ser observado que, se o limitador de tensão for um diodo zener, um valor prático para a tensão predefinida é -4,7 volts por causa da disponibilidade dos diodos zener de uma tensão específica. Se este for o caso, a tensão predefinida adicional pode ter um valor absoluto na faixa de 4,7 a 50 volts.

Em outra realização, o sistema de fonte de alimentação está disposto para operar tanto em um modo de espera para prover energia de espera à carga quanto para operar em um modo operacional para prover energia operacional à carga. O conversor DC-DC compreende um conversor buck-boost que compreende um interruptor controlável. No modo operacional, o interruptor controlável modula uma corrente através de uma indutância. O sistema de fonte de alimentação compreende adicionalmente um controlador para controlar o interruptor controlável. O interruptor é fechado permanentemente no modo de espera do sistema de fonte de alimentação de forma que o limitador de tensão adicional sofra curto-circuito através da indutância. O interruptor alterna entre um estado aberto e um estado fechado no modo operacional do sistema de fonte de alimentação para controlar o armazenamento de energia na indutância e para controlar a liberação de energia da indutância. O conversor buck-boost é um conversor DC-DC relativamente barato com uma topologia relativamente simples e uma pequena quantidade de componentes. Os conversores buck-boost têm o interruptor controlável em série com a indutância. A disposição em série do interruptor controlável e a indutância é acoplada entre a segunda entrada e o nível de tensão neutra do conversor buck-boost. Assim, fechando o interruptor permanentemente, a segunda entrada é conectada permanentemente ao nível de tensão neutra e o limitador de tensão adicional sofre curto-circuito efetivamente. Conforme discutido em outra realização isto pode ser vantajoso no modo de espera, pois reduz as perdas de energia de espera no limitador de tensão adicional. Ainda, o fechamento permanente do interruptor desliga o conversor DC-DC, pois a tensão da segunda entrada é reduzida a zero efetivamente. Se o interruptor controlável for controlado para alternar entre o estado aberto e o estado fechado, uma indutância pode armazenar energia elétrica quando o interruptor estiver fechado, e pode liberar a energia quando o interruptor estiver aberto assim provendo uma corrente à saída do sistema de fonte de alimentação. Assim, o controlador e o interruptor controlável, que estão disponíveis em todos os conversores buck-boost, têm a função adicional de sofrer curto-circuito no limitador de tensão adicional no modo de espera de forma que perdas de tensão no limitador de tensão adicional são impedidas. Assim, nenhum componente adicional é necessário e mais energia é economizada.

Em outra realização, o sistema de fonte de alimentação está disposto para operar tanto em um modo de espera para prover energia de espera à carga quanto para operar em um modo operacional para prover energia operacional à carga. 0 sistema de fonte de alimentação compreende um controlador para controlar um interruptor controlável para desconectar a segunda entrada do conversor DC-DC do acoplamento capacitivo à entrada no modo de espera.

Desconectar a segunda entrada do acoplamento capacitivo à entrada efetivamente resulta no desligamento do conversor DC-DC. O desligamento do conversor DC-DC impede as perdas de tensão no conversor DC-DC durante o modo de espera. Uma ramificação do sistema de fonte de alimentação compreendendo o circuito retificador e o limitador de tensão provê energia de espera e pode ser dimensionada de forma ideal para o modo de espera e no modo operacional o conversor DC-DC pode prover energia adicional à saída.

Em uma realização, a tensão AC recebida pela primeira entrada compreende uma parte de aumento de tensão da onda de tensão AC e compreende uma parte de redução de tensão da onda de tensão AC. O circuito retificador retifica apenas uma da parte de aumento de tensão ou da parte de redução de tensão e o circuito retificador adicional retifica a outra uma da parte de aumento de tensão ou parte de redução de tensão. A parte de aumento de tensão é a parte da onda de tensão AC na qual o nível de tensão aumenta. A parte de redução de tensão é a parte da onda de tensão AC na qual o nível de tensão diminui. A realização permite o uso de um capacitor para o acoplamento capacitivo em que o capacitor provê uma corrente ao circuito retificador quando a tensão AC está tanto na parte de redução de tensão ou na parte de aumento de tensão e o capacitor provê a corrente ao circuito retificador adicional na outra parte. Assim, uma quantidade mínima de componentes é necessária para o acoplamento capacitivo.

Em uma realização, o sistema de fonte de alimentação compreende um acoplamento capacitivo acoplado entre a primeira entrada e o circuito retificador e sendo acoplado entre a primeira entrada e o circuito retificador adicional. 0 acoplamento capacitivo compreende um capacitor para prover o acoplamento capacitivo.

Tendo um acoplamento capacitivo permite o uso de um capacitor. Assim, uma quantidade mínima de componentes é necessária para o acoplamento capacitivo.

Em uma realização, o limitador de tensão adicional compreende uma proteção de sobretensão e um interruptor controlável de limitação de tensão. A primeira entrada da proteção de sobretensão é acoplada à segunda entrada e a segunda entrada da proteção de sobretensão é acoplada a uma tensão de referência predefinida. Uma saída da proteção de sobretensão é acoplada ao interruptor controlável de limitação de tensão para controlar o interruptor controlável de limitação de tensão para estar em um modo condutor ou em um modo não condutor. O interruptor controlável de limitação de tensão é acoplado a um nó compartilhado pelo acoplamento capacitivo e o circuito retificador adicional e é acoplado a uma tensão neutra do sistema de fonte de alimentação. A proteção de sobretensão é em uma realização prática um comparador com histerese. Se a tensão da segunda entrada for muito alta, a proteção de sobretensão controla o interruptor controlável de limitação de tensão em um modo condutor, e nenhuma corrente é gerada através do circuito retificador adicional à segunda entrada, e desse modo o nível de tensão da segunda entrada pode reduzir. Se a tensão da segunda entrada for muito baixa, a proteção de sobretensão controla o interruptor controlável de limitação de tensão em um modo não condutor, e uma corrente pode ser gerada através do circuito retificador adicional à segunda entrada, e desse modo o nível de tensão da segunda entrada pode aumentar. Ainda, quando o interruptor controlável de limitação de tensão está fechado, o acoplamento capacitivo é acoplado paralelo à tensão AC, e desse modo nenhuma energia é dissipada no acoplamento capacitivo, que reduz as perdas de tensão do sistema de fonte de alimentação.

Em outra realização, o limitador de tensão compreende uma proteção de sobretensão para detectar a tensão de saída retificada sendo muito alta e muito baixa com relação à tensão predefinida. 0 limitador de tensão adicional compreende um interruptor controlável de limitação de tensão. O interruptor controlável de limitação de tensão é acoplado a um nó compartilhado pelo acoplamento capacitivo e pelo circuito retificador adicional e é acoplado a uma tensão neutra do sistema de fonte de alimentação. O interruptor controlável de limitação de tensão é controlado pela proteção de sobretensão para estar no estado condutor se o valor absoluto da tensão de saída retificada for muito alto, e estiver no estado não condutor se o valor absoluto da tensão de saída retificada for muito baixo. A realização controla o nível de tensão da tensão de saída retificada adicional com base nos desvios da tensão de saída retificada da tensão predefinida. Se o interruptor controlável de limitação de tensão for controlado no estado condutor, o nível de tensão da tensão de saída retificada adicional reduz e a quantidade de energia gerada pelo conversor DC-DC à saída reduz e desse modo o nível de tensão da tensão de saída retificada reduz. Se o interruptor controlável de limitação de tensão for controlado no estado não condutor, o nível de tensão da tensão de saída retificada adicional aumenta e a quantidade de energia gerada pelo conversor DC-DC à saída aumenta e desse modo o nível de tensão da tensão de saída retificada aumenta. Assim, com uma quantidade de componentes relativamente pequena, o nível de tensão da tensão de saída retificada pode ser controlado à tensão predefinida sem reduzir a quantidade de energia que pode ser gerada pelo sistema de fonte de alimentação.

Em uma realização, o sistema de fonte de alimentação compreende um primeiro acoplamento capacitivo e um segundo acoplamento capacitivo. 0 primeiro acoplamento capacitivo é acoplado entre a primeira entrada e o circuito retificador e o segundo acoplamento capacitivo é acoplado entre a primeira entrada e o circuito retificador adicional. 0 primeiro acoplamento capacitivo e o segundo acoplamento capacitivo compreendem um capacitor para prover o acoplamento capacitivo.

Tendo os acoplamentos capacitivos separados para o circuito retificador e o circuito retificador adicional permite a otimização da capacitância dos capacitores de cada um dos meios de acoplamento capacitivo para as exigências específicas de energia de ramificações específicas dos sistemas de fonte de alimentação. Desse modo, provê uma variável adicional que pode ser ajustada a perdas menores de tensão.

Em outra realização, o acoplamento capacitivo, o primeiro acoplamento capacitivo e/ou o segundo acoplamento capacitivo compreende (i) um resistor de sobretensão acoplado em série com o capacitor e/ou (ii) um resistor de sangria acoplado paralelo ao capacitor. 0 resistor de sobretensão protege o sistema de fonte de alimentação contra mudanças repentinas na tensão AC e o resistor de sangria descarrega o capacitor quando a tensão AC estiver ausente.

Em outra realização, o sistema de fonte de alimentação compreende um circuito integrado que compreende pelo menos um do grupo de: pelo menos uma parte do conversor DC-DC, o limitador de tensão, o limitador de tensão adicional, o interruptor controlável de curto-circuito, o controlador para controlar o interruptor controlável de curto-circuito, pelo menos uma parte do conversor buck-boost, o interruptor controlável do conversor buck-boost, um diodo do conversor buck-boost, outro diodo do conversor buck-boost para prover energia a outro trilho de energia, o controlador para controlar o interruptor controlável do conversor buck-boost, um circuito limitador de corrente para limitar a corrente através do limitador de tensão e outro circuito limitador de corrente para limitar a corrente através do limitador de tensão adicional. A integração de uma grande parte do sistema de fonte de alimentação no circuito integrado (Cl) leva a, quando o Cl é fabricado em grandes quantidades, um sistema de fonte de alimentação relativamente barato. Ainda, é relativamente barato integrar um mecanismo de controle mais avançado para o conversor buck-boost no Cl sem aumentar muito os custos. Outra vantagem do Cl é que o Cl tem dimensões físicas relativamente pequenas.

Em outra realização do sistema de fonte de alimentação, o limitador de tensão compreende um regulador de desvio com um loop de controle formado por uma disposição em série de dois resistores e/ou o limitador de tensão adicional compreende outro regulador de desvio com um loop de controle formado por outra disposição em série de dois resistores. A integração do regulador de desvio com o loop de controle e o outro regulador de desvio com o loop de controle no Cl é relativamente fácil e relativamente barato. Por exemplo, os diodos zener não estão tipicamente disponíveis na tecnologia de Cl e um regulador de desvio com um loop de controle é então uma alternativa vantajosa para um diodo zener.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, um dispositivo eletrônico é provido que compreende um sistema de fonte de alimentação de acordo com o primeiro aspecto da invenção. 0 dispositivo eletrônico provê os mesmos benefícios que o sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, e tem realizações semelhantes com efeitos semelhantes que as realizações correspondentes do sistema.

De acordo com um terceiro aspecto da invenção, um dispositivo eletrônico é provido que compreende um dispositivo controlador para controlar uma operação do dispositivo eletrônico para controlar o dispositivo eletrônico para estar em um modo de espera ou em um modo operacional. 0 dispositivo eletrônico compreende adicionalmente um sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, que está disposto para operar tanto em um modo de espera para prover energia de espera a uma carga de tensão baixa quanto para operar em um modo operacional para prover energia operacional à carga de tensão baixa. 0 conversor DC-DC do sistema de fonte de alimentação compreende um conversor buck-boost que compreende um interruptor controlável. O interruptor controlável modula uma corrente através de uma indutância. O sistema de fonte de alimentação compreende adicionalmente um controlador da fonte de alimentação para controlar o interruptor controlável. O controlador da fonte de alimentação está disposto para controlar o interruptor controlável. O interruptor é permanentemente fechado no modo de espera do sistema de fonte de alimentação de forma que o limitador de tensão adicional sofra curto-circuito através da indutância. 0 interruptor alterna entre um estado aberto e um estado fechado no modo operacional do sistema de fonte de alimentação para controlar o armazenamento de energia na indutância e para controlar a liberação de energia da indutância. O dispositivo controlador e o controlador da fonte de alimentação do sistema de fonte de alimentação são integrados em um controlador. O dispositivo eletrônico provê os mesmos benefícios que o sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, e tem realizações semelhantes com efeitos semelhantes que as realizações correspondentes do sistema. Combinando o controlador do dispositivo eletrônico e o sistema de fonte de alimentação uma vantagem adicional do uso de menos componentes no dispositivo eletrônico é obtida que reduz a complexidade e custos.

De acordo com um quarto aspecto da invenção, um controlador é provido para uso no sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, ou para uso em um dispositivo eletrônico de acordo com o terceiro aspecto da invenção.

Estes e outros aspectos da invenção são aparentes e serão esclarecidos com referência às realizações descritas a seguir.

Será observado pelos técnicos no assunto que duas ou mais das realizações mencionadas acima, implementações e/ou aspectos da invenção podem ser combinadas em qualquer forma considerada útil.

As modificações e variações do sistema e/ou do dispositivo que correspondem às modificações e variações descritas do sistema podem ser realizadas por um técnico no assunto com base na descrição presente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos: A figura 1 mostra esquematicamente um fornecimento capacitivo de onda completa, A figura 2 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação de acordo com o primeiro aspecto da invenção, A figura 3 mostra esquematicamente outra realização do sistema de fonte de alimentação, de acordo com a invenção, A figura 4 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um conversor buck-boost, A figura 5 apresenta um gráfico das perdas de espera como uma função da tensão predefinida adicional, A figura 6a mostra esquematicamente uma realização específica do sistema de fonte de alimentação de acordo com a invenção, A figura 6b mostra esquematicamente em um gráfico certos sinais da realização específica da figura 6a, A figura 7 mostra esquematicamente outra realização específica do sistema de fonte de alimentação de acordo com a invenção, A figura 8 mostra esquematicamente um dispositivo eletrônico compreendendo o sistema de fonte de alimentação da invenção, A figura 9a mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl, A figura 9b mostra esquematicamente uma realização de um regulador de desvio, A figura 10 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl que compreende um circuito limitador de corrente, A figura 11 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl que compreende um interruptor controlável de limitação de tensão, A figura 12 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl, A figura 13 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl que compreende um mecanismo de controle de tonelada fixa para o conversor buck-boost, A figura 14 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl que compreende outro mecanismo de controle para o conversor buck-boost, A figura 15 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl que compreende um controle de outro nível de tensão retificada na dependência do nível de tensão da tensão de saída retificada, A figura 16 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl que tem um transistor MOS em vez de um diodo do conversor buck-boost, e A figura 17 mostra esquematicamente uma realização do sistema de fonte de alimentação compreendendo um Cl que provê energia a um trilho de energia adicional.

Deve ser observado que os itens pelos mesmos numerais de referência em diferentes figuras têm as mesmas características estruturais e as mesmas funções, ou são os mesmos sinais. Onde a função e/ou estrutura de tal item foi explicado, não hã necessidade para explicação repetida deste na descrição detalhada.

Os valores dos componentes eletrônicos mostrados nas figuras são apenas exemplos das realizações apresentadas. Se o circuito mostrado deve operar diferentemente, os valores podem ser mudados de acordo.

DESCRIÇÃO DETALHADA A figura 1 mostra uma fonte de alimentação de onda completa capacitiva conhecida 100. A entrada 102 recebe uma tensão AC de rede de 230 volts. 0 resistor Rsurge θ usado para tornar o circuito menos sensível aos distúrbios da tensão de rede como surtos e curvas de tensão. O capacitor Ccap provê um acoplamento capacitivo entre a tensão de rede e a fonte de alimentação. O resistor Rbieed é utilizado para descarregar o Ccap quando a fonte de alimentação de onda completa capacitiva 100 é desconectada da tensão de rede e desse modo a constante de tempo RbieedCcap está limitada a um valor máximo e tipicamente mantida constante. O diodo D2 conduz uma corrente quando o nível de tensão da entrada onda AC aumenta e carrega o capacitor C2b. A tensão pelo capacitor C2b é provida através de um resistor de sobretensão adicional R5b em uma primeira saída 106. O diodo zener D3b limita a tensão de saída da primeira saída 106. O diodo Dl conduz uma corrente quando o nível de tensão da entrada onda AC diminui e carrega o capacitor C2a. A tensão pelo capacitor C2a é provida através de outro resistor de sobretensão adicional R5a à segunda saída 108 e o diodo zener D3a limita a tensão de saída da segunda saída 108. A tensão de saída da primeira saída 106 é substancialmente igual a +5 volts, e a tensão de saída da segunda saída 108 é substancialmente igual a -5 volts. A fonte de alimentação de onda completa capacitiva conhecida 100 é geralmente usada em um dispositivo eletrônico cuja operação primária é controlada por um controlador 104. 0 controlador 104, por exemplo, controla um triac que conecta ou desconecta o circuito da tensão de rede do dispositivo eletrônico ou da tensão de rede. O triac requer menos corrente de portão se o controlador 104 executar em uma tensão negativa conforme mostrado na figura. 0 controlador 104 pode ainda ser utilizado para comutar o modo do dispositivo eletrônico entre um modo de espera e um modo operacional. No modo de espera o controlador 104 é apenas utilizado para detectar um assim denominado sinal ligado que pode ser recebido de um botão ou um controle remoto. Se tal sinal é recebido pelo controlador 104, outras partes do dispositivo eletrônico são comutadas pelo controlador 104 em um modo operacional. A corrente que pode ser gerada através da primeira saída 106 é: (1) e a energia de saída que pode ser gerada através da primeira saída 106 é: (2) A energia que pode ser gerada através da segunda saída 108 também é substancialmente igual a (2) . No modo de espera nenhuma carga é conectada à primeira saída 106 e apenas uma corrente muito pequena é atraída pelo controlador 104 da segunda saída 108. Entretanto, a fonte de alimentação de onda completa 100 consome mais energia do que o consumo de energia do controlador. A energia de espera da fonte de alimentação capacitiva de onda completa 100 é substancialmente igual a (assim negligenciando a dissipação de energia em diodos Di e D2 e resistores de sobretensão R5a e R5b): (3) (4) (5) (6) Observe que, no modo de espera, a energia de saída máxima Pouti + POut2 é simplesmente dissipada nos diodos zener D3a, D3b. Ainda, deve ser observado que a dissipação de energia no resistor de sobretensão RSUrge e a disposição em série dos resistores de sangria Rbieed têm uma relação linear e quadrática, respectivamente, com a capacitâncía do capacitor Ccap· Deve ser observado que o controlador 104 da figura 1 extrai a energia da segunda saída 108. Outros componentes do dispositivo eletrônico podem extrair a energia da primeira saída 106 e/ou da segunda saída 108. Em casos onde apenas uma saída é necessária com a diferença de tensão de, por exemplo, 5 volts, a tensão de saída da primeira saída 106 e a tensão de saída da segunda tensão podem ser reduzidas a 2,5 e -2,5 volts, respectivamente, e o controlador 104 e a carga do dispositivo eletrônico devem ser conectados entre os dois terminais de saída com estas respectivas tensões. Entretanto, isto requer um aumento da capacitâncía do capacitor Ccap, pois uma corrente mais alta deve ser gerada quando a quantidade total de energia que pode ser gerada precisar permanecer a mesma. Desse modo, isto leva a perdas mais altas de energia de espera. A figura 2 mostra uma realização de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Um sistema de fonte de alimentação 200 é mostrado. O sistema de fonte de alimentação 200 compreende uma primeira entrada 206 que recebe uma tensão AC e compreende uma saída 218 que provê uma tensão de saída em uma carga 216. O sistema de fonte de alimentação 200 compreende adicionalmente um conversor DC-DC 204, que compreende uma segunda entrada 203, um circuito retificador 212 e um limitador de tensão 214. 0 circuito retificador 212 é capacitivamente acoplado à primeira entrada e provê uma tensão retificada à saída 218. O limitador de tensão 214 é acoplado à saída 218 e limita a tensão de saída a uma tensão predefinida. A segunda entrada 203 do conversor DC-DC é capacitivamente acoplada à primeira entrada 206 e provê energia à saída 218. O acoplamento capacitivo é provido por meios capacitivos de acoplamento separados 202 e 210, ou por um meio de acoplamento capacitivo compartilhado 208.

Conforme discutido na figura 1, se apenas uma tensão de saída precisar ser provida à saída da fonte de alimentação de onda completa capacitiva conhecida 100 com a mesma energia de saída, a capacitância do capacitor deve ser aumentada. Isto não é necessário com o sistema de fonte de alimentação da figura 2. Se, por exemplo, a tensão predefinida for -5 volts e na segunda entrada 203 outra tensão é recebida, o conversor DC-DC pode converter a energia disponível na sua segunda entrada 203 a uma energia que corresponde às exigências da saída 218. Desse modo, a capacitância do capacitor(es) do acoplamento capacitivo não deve ser aumentada. Assim, as perdas de energia de espera não devem ser aumentadas. Assim, o sistema de fonte de alimentação 200 opera de forma eficiente, especialmente no modo de espera.

Em uma realização prática do sistema da figura 2 um reservatório de energia 213 é acoplado à saída. O circuito retificador 212 provê energia ao reservatório de energia de forma que uma tensão DC substancialmente estável é obtida na saída. Em outra realização prática da figura 2 outro reservatório de energia 222 é acoplado à segunda entrada 203 e um circuito retificador adicional 220 é acoplado entre o acoplamento capacitivo 202 ou 208 e a primeira entrada para prover outra tensão retificada à segunda entrada 203. A figura 3 mostra outra realização de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Um sistema de fonte de alimentação 300 é mostrado e compreende além dos elementos do sistema de fonte de alimentação 200, um circuito retificador adicional 302, um limitador de tensão adicional 304, um interruptor controlável opcional 306 e outro interruptor controlável opcional 307. O circuito retificador adicional 302 é capacitivamente acoplado à tensão AC que é recebido pela entrada 206 e provê uma tensão retificada à segunda entrada 203. Um limitador de tensão adicional 304 também é acoplado à segunda entrada 203 e limita a tensão da segunda entrada 203 à outra tensão predefinida. O interruptor controlável 306 é acoplado à segunda entrada 203 e está disposto paralelo ao limitador de tensão adicional 304 para criar o curto-circuito no limitador de tensão adicional 304 em um modo de espera do sistema de fonte de alimentação 300. Em um modo de espera o sistema de fonte de alimentação 300 provê energia de espera à carga 216 através da saída 218. Em um modo operacional o sistema de fonte de alimentação 300 provê energia operacional à carga 216.

Se o interruptor controlável 306 estiver aberto, a tensão na segunda entrada 203 do conversor DC-DC 204 é limitada pelo limitador de tensão adicional 304. A energia que pode ser gerada através do conversor DC-DC à saída 218 substancialmente igual ■^out I ^2ndinput íAC ^AC ^furtherpredefinedvoltage ^cap (7) em que Ccap representa uma capacitâncía do capacitor que provê o acoplamento capacitivo do circuito retificador adicional 302 à entrada 206. Como pode ser visto na fórmula (7) , a capacitâncía do capacitor pode ser reduzida quando a tensão predefinida adicional for aumentada. Conforme discutido na figura 1, todas as perdas de energia de espera têm uma relação linear ou quadrática com a capacitâncía do capacitor. Assim, aumentando a tensão predefinida adicional, o capacitor do capacitor do acoplamento capacitivo pode ser reduzido, e desse modo as perdas de energia de espera são reduzidas.

Outra redução das perdas de espera pode ser obtida fazendo o curto-circuito no limitador de tensão adicional com o interruptor controlável 306. Efetivamente isto resulta no acoplamento do capacitor do acoplamento capacitivo paralelo à entrada tensão AC. Um capacitor paralelo a uma tensão AC não dissipa qualquer energia. Além disso, o limitador de tensão adicional 3 04 não pode dissipar a energia, pois ambos os terminais do limitador de tensão adicional 304 recebem a mesma tensão. Assim, como pode ser visto na fórmula (3) , a energia de espera reduz com a quantidade de energia que seria dissipada no limitador de tensão adicional 304. Ainda, pelo fechamento do interruptor controlável 306 a tensão da segunda entrada 203 é efetivamente reduzida a zero. Assim, o conversor DC-DC 204 é efetivamente desligado e não pode dissipar qualquer energia.

Em outra realização, a segunda entrada 203 do conversor DC-DC 204 pode ser desconectada do circuito retificador adicional 302 por meios de outro interruptor controlável 307. Desconectar a segunda entrada 203 do conversor DC-DC 204 resulta no desligamento do conversor DC-DC 204 que reduz possíveis perdas de tensão no conversor DC-DC 2 04. Especialmente no modo de espera do sistema de fonte de alimentação 300 o outro interruptor controlável 307 deve ser aberto. Em uma realização alternativa, o conversor DC-DC 204 compreende um meio para desligar o conversor DC-DC 204. Os conversores DC-DC comercialmente disponíveis têm tais meios.

Em uma realização prática do sistema da figura 3 um reservatório de energia 213 está acoplado à saída tendo a mesma função que o reservatório de energia 213 da figura 2, e outro reservatório de energia 303 está acoplado a um nó que o circuito retificador adicional provê a tensão retificada, de forma que outro reservatório de energia possa armazenar energia para obter uma tensão DC substancialmente estável.

Em outra realização do sistema da figura 3 um interruptor controlável 301 é provido e é acoplado entre a tensão neutra e um nó entre o acoplamento capacitivo e o circuito retificador adicional 302. A energia de espera também pode ser reduzida pelo fechamento do interruptor controlável 301 no modo de espera, pois resulta na conexão do capacitor do acoplamento capacitivo paralelo à tensão AC.

Na figura 4, outra realização do sistema de fonte de alimentação 400 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. 0 sistema de fonte de alimentação 400 compreende uma entrada 206 para receber uma tensão de rede e compreende uma saída 218 para prover uma tensão DC de saída Vout em um circuito de baixa tensão de, por exemplo, um dispositivo eletrônico. O sistema de fonte de alimentação 400 compreende um meio de acoplamento capacitivo 402 que compreende um capacitor Ccap, um resistor de sobretensão Rsurge disposto em série com o capacitor Ccap θ um resistor de sangria Rbieed disposto paralelo ao capacitor Ccap. 0 diodo D2 conduz uma corrente quando o nível de tensão da onda de tensão de entrada da rede elétrica aumenta e armazena a energia elétrica no capacitor Cx. Um diodo zener Dzeneri é conectado paralelo ao capacitor Cx e limita a tensão pelo capacitor Ci à tensão predefinida Vx. A tensão limitada é provida a uma segunda entrada 203, que é uma entrada de um conversor DC-DC 404. 0 conversor DC-DC 404 do sistema de fonte de alimentação 400 é um conversor buck-boost que compreende um interruptor controlável Sx, uma indutância Llz um diodo de rotação livre D3 e um controlador 406. 0 sistema de fonte de alimentação 400 compreende adicionalmente um diodo Dx que conduz uma corrente quando o nível de tensão da onda de tensão de entrada da rede elétrica diminui e armazena energia elétrica no capacitor C2. 0 capacitor C2 provê uma tensão de saída Vout à saída 218. A tensão de saída está limitada à tensão de saída predefinida Vout por um diodo zener Dzener2 que é acoplado paralelo ao capacitor C2. O conversor buck-boost 404 converte a tensão Vx em tensão Vout. 0 interruptor controlável Sx pode ser controlado em um estado aberto e um estado fechado. O controlador 406 controla o interruptor controlável Sx para alternar entre o estado aberto e fechado. A uma frequência específica e com uma tensão do ciclo de tarefa específica Vx é convertida em Vout· Quando o interruptor Sx está fechado uma corrente através da indutância Lx gradualmente aumenta. 0 interruptor Si é aberto quando energia suficiente é armazenada na indutância. Quando o interruptor Sx está aberto, a energia armazenada na indutância Li faz com que uma corrente através do diodo D3 diminua gradualmente. Por exemplo, quando a corrente através do diodo D3 é substancialmente igual a zero, o interruptor Sx pode ser fechado e o ciclo de abertura e fechamento do interruptor é repetido. 0 controlador 406 pode adicionalmente ser utilizado para controlar o sistema de fonte de alimentação 400 para operar em um modo de espera ou em um modo operacional. No modo de espera interruptor controlável Si é fechado permanentemente, e no modo operacional o interruptor controlável Si é controlado para alternar entre o estado aberto e o estado fechado. O interruptor Sx do conversor buck-boost 404 é utilizado para criar o curto-circuito do diodo zener Dzeneri no modo de espera. Se o interruptor SI estiver permanentemente fechado, o diodo zener Dzeneri sofre curto-circuito através da indutância Lx. Conforme discutido antes, criar o curto-circuito do diodo zener Dzeneri impede perdas de tensão no diodo zener Dzeneri no modo de espera. Em outra realização, o controlador 406 pode ser um controlador programável de finalidade geral que também pode controlar um dispositivo eletrônico que compreende o sistema de fonte de alimentação 400, por exemplo, para controlar a operação primária do dispositivo eletrônico.

Em uma realização do sistema de fonte de alimentação 400 a tensão predefinida Vx é mais alta do que a tensão de saída predefinida Vout· Se Vx for mais alta as perdas de espera podem ser impedidas por causa da possibilidade de utilizar um capacitor Ccap com uma capacitância menor para o acoplamento capacitivo. Isto resulta na redução de perdas no resistor de sobretensão RSUrge< o resistor de sangria Rbieed θ/ dependendo do estado do interruptor controlável Sx, no diodo zener Dzeneri· Na figura 5, um gráfico é apresentado, no qual a relação entre a tensão predefinida Vx e a dissipação de energia de espera, se o sistema de fonte de alimentação 400 for dimensionado para uma quantidade de energia de saída máxima fixa específica. Como pode ser visto, as perdas de espera reduzem dramaticamente em uma faixa, indicada com o número de referência 502, de 0 a aproximadamente 50 volts. Em outra faixa, indicada com o número de referência 504, acima de 50 volts as perdas podem ainda reduzir, entretanto, se o conversor buck-boost 404 receber uma tensão na segunda entrada 203 que é mais alta do que 50 volts, pelo menos o interruptor controlável Si deve ser fabricado com um processo de alta tensão de forma que o interruptor controlável Si possa suportar tensões mais altas. Outros componentes, como a indutância Li, podem se tornar mais caros também. Assim, a tensão predefinida Vi na faixa 502 até 50 volts provê benefícios. Um limite inferior para a tensão predefinida Vi é a tensão de saída Vout que é definida pela tensão do diodo zener Dzener2. A figura 6a mostra uma realização específica do sistema de fonte de alimentação de acordo com o primeiro aspecto da invenção. O sistema de fonte de alimentação 600 mostrado é dimensionado para prover uma tensão de saída de -4,7 volts a uma corrente de saída máxima de -27,5 mA, assim a energia de saída máxima é Pout=129 mW. A função de RSUrgez Rbleed, ccap, Dl, D2, C2a, C2b, D3a, D3b, Li e D5 foi discutida previamente no contexto da realização da figura 4. O diodo zener D3a limita a tensão de saída a -4,7 volts, e o diodo zener D3b limita a tensão que é provida ao conversor buck-boost a 35 volts. Os resistores de sobretensão adicionais R5b e R5a são adicionados para proteger os diodos zener D3a e D3b para mudanças repentinas nas tensões pelos capacitores C2a e C2b, respectivamente. No sistema de fonte de alimentação 600 o conversor buck-boost tem um controlador diferente 602 e uma topologia diferente ao redor do interruptor controlável Mx comparado à realização da figura 4. O interruptor controlável Mx, que é realizado com um transistor-P MOS, modula a corrente através da indutância Li. Ainda, o interruptor controlável Mi é utilizado para criar o curto-circuito do diodo zener D3b através da indutância Lx no modo de espera. 0 interruptor controlável Mx é controlado pelo controlador 602. O controlador tem dois nós de saída, chamados SB e HF. No modo de espera, os sinais dos nós de saída SB e HF são altos. O sinal SB alto comuta o interruptor controlável M2, que é realizado como um transistor-N MOS, em um estado condutor, e consequentemente comuta o interruptor controlável Mx ao estado condutor também. Mx está conduzindo, pois a porta do Mx é conectada a -5 volts que é pelo menos 5 volts mais baixa do que a tensão de alimentação de Mx. O diodo zener D4 certifica~se que, se a diferença de tensão entre a tensão de alimentação de Mx e a porta de Mx for mais alta do que 4,7 volts, e se M2 estiver no estado condutor, uma corrente através do diodo zener D4 descarrega o capacitor C2b até que a tensão de alimentação de Mx seja 4,7 volts mais alta do que a tensão da porta de Mx. No modo operacional do sistema de fonte de alimentação 600, o sinal SB é baixo, e o sinal HF alterna entre baixo e alto. Assim, no modo de operação, o interruptor controlável M2 está no estado não condutor. Para comutar o interruptor controlável Mx ao estado não condutor no modo de operação, a tensão na porta de Mx deve ser igual a, ou mais alta do que, a tensão da fonte de Mi. Inicialmente, logo após a comutação de M2 ao estado não condutor, o resistor R6 faz a diferença de tensão entre a fonte e a porta de Mx menor, de forma que Mx comute ao estado não condutor.

Para comutar o interruptor controlável Mx ao estado condutor no modo operacional, a tensão na porta de Mx deve ser menor do que a tensão da fonte de Mx. O controlador pode apenas gerar uma tensão entre -5 e 0 volts em seu nó de saída HF, e desse modo a porta de Mx não pode ser acionada diretamente do controlador 602, pois uma direta entre o nó de saída HF e a porta do interruptor controlável Mx resulta em um interruptor controlável Mx permanentemente fechado. Para acionar o interruptor controlável Mx, um circuito da bomba de carga é adicionado com o capacitor C3 e o diodo zener D4. O circuito tem como base o fato de que a tensão pelo capacitor C3 não pode mudar em um período curto de tempo. Para ligar o interruptor controlável MX/ o nó de saída HF do controlador 602 fica baixo e como uma consequência a tensão na porta de Mi fica inferior à tensão de alimentação. Quando o nó de saída HF do controlador 602 fica alto, a tensão da porta de Mi aumenta até, ou a um nível acima, da tensão na fonte de Mi. Em outras palavras, o capacitor C3 é utilizado para compensar as diferenças de tensão entre a tensão de entrada do conversor buck-boost (entre 0 e 35 volts) e a tensão que pode ser gerada pelo controlador 602 (entre -5 e 0 volts) . Deve ser observado que a constante de tempo definida pelo resistor R6 e C3 deve ser grande o suficiente para impedir a comutação muito precoce de Mx ao estado não condutor como um resultado de uma corrente através de R6 que reduz a diferença de tensão entre a porta e a fonte de Mx.

Na figura 6b os sinais de SB e HF são extraídos como uma função de tempo. O intervalo de tempo indicado com o número de referência 604 representa o modo de espera do sistema de fonte de alimentação 600. O intervalo de tempo indicado com o número de referência 606 representa o modo operacional. Ainda, o gráfico mostra a tensão pelo capacitor C2b e a corrente através da indutância Lx como uma função de tempo. No modo de espera, os sinais SB e HF são altos e consequentemente os interruptores controláveis Mx e M2 estão no modo condutor. Assim, o capacitor C2b é completamente descarregado através da indutância Li resultando em uma tensão pelo C2b que é substancialmente igual a zero. Quando o sistema de fonte de alimentação 600 entra no modo operacional, o sinal SB fica baixo. Consequentemente, o interruptor controlável M2 abre e como o resultado da corrente através de R6, o interruptor controlável Mx também abre. Assim, a tensão pelo C2b começa a aumentar. Quando, subsequentemente, o sinal HF é reduzido à tensão inferior, o interruptor controlável Mx comuta ao estado condutor e, desse modo, um aumento na corrente começa a fluir através de Lx e a energia é armazenada na indutância Lx. Assim que o sinal HF fica alto, o interruptor controlável Mx é comutado ao estado não condutor, e a energia armazenada na indutância extrai uma corrente através de D3. Consequentemente, a energia armazenada na indutância Lx reduz e, desse modo, a corrente através da indutância Lx reduz. Durante os primeiros ciclos de abertura e fechamento do interruptor controlável Mx a tensão pelo capacitor C2b não atinge seu nível máximo. Desse modo, a corrente através da indutância Lx não atinge seu máximo. Entretanto, a partir do momento que a tensão pelo capacitor C2b atinge um nível estável, como um resultado do efeito de limitação de tensão do diodo zener D3b, o conversor buck-boost atinge uma operação estável em que a tensão de entrada do conversor buck-boost é convertida em tensão de saída. A figura 7 apresenta outra realização do sistema de fonte de alimentação de acordo com o primeiro aspecto da invenção. 0 sistema de fonte de alimentação 700 é semelhante ao sistema de fonte de alimentação 600, entretanto, o controle do interruptor controlável Mx pelo controlador 702 é diferente. O controlador 702 tem apenas um nó de saída provendo um sinal HF. Em vez do interruptor controlável M2 do sistema de fonte de alimentação 600, o resistor Re é provido. A corrente através de R6 reduz a diferença de tensão entre a porta de Mi e a saída de -5 volts de forma que a tensão da porta do interruptor controlável Mx seja inferior à sua tensão de alimentação. Se o sinal de saída HF for estável por algum tempo, a tensão da porta do interruptor controlável Mx será menor do que a tensão de alimentação de Mx e, desse modo, o interruptor controlável Mx entra no estado condutor após algum tempo. Assim, no modo de espera o sinal HF é estável por algum tempo. No modo operacional o sinal HF deve aumentar de forma que a tensão na porta de Mx aumente também e o interruptor controlável Mx entre no estado não condutor. Subsequentemente, R6 aumenta gradualmente a diferença de tensão entre a porta de Mx e sua fonte e, consequentemente, Mx pode comutar ao estado condutor automaticamente após um período de tempo que depende de uma constante de tempo definida por R6 e C3, ou por causa do sinal HF que reduz a um valor de forma inferior cuja tensão na porta de Mx reduz no instante que o sinal HF cai. A figura 8 mostra um dispositivo eletrônico 800 de acordo com o segundo e/ou o terceiro aspecto da invenção. O dispositivo eletrônico 800 tem uma entrada 810 para receber a tensão de rede. Uma parte do dispositivo eletrônico opera com a tensão de rede, que é chamada de circuito da tensão de rede 808. O circuito da tensão de rede 808 é conectado e desconectado da entrada 810 por um triac 802. A tensão de rede também é recebida por um sistema de fonte de alimentação 812 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. O sistema de fonte de alimentação 812 provê energia em uma baixa tensão 815 a um dispositivo eletrônico controlador 818 e opcional a um circuito de baixa tensão 824, que provê, por exemplo, uma interface do usuário ao usuário do dispositivo eletrônico 800. O sistema de fonte de alimentação 812 pode compreender um controlador da fonte de alimentação 814 ou pode ser controlado por um sinal de controle 816 recebido do dispositivo controlador 818. O dispositivo controlador 818 é ainda conectado para ligar/desligar o dispositivo 820 que detecta se o usuário provê um comando para ligar ou um comando para desligar. O comando do usuário pode ser recebido por um botão, um detector de controle remoto ou outro meio para receber a entrada do usuário. Em resposta ao comando detectado para ligar ou em resposta ao comando detectado para desligar o triac 802 é controlado com um sinal de controle do triac 804 ao estado condutor ou estado não condutor, respectivamente, é o circuito de baixa energia controlado com um sinal de controle de circuito de baixa energia 822 para estar no estado ligado ou desligado, respectivamente, e o sistema de fonte de alimentação 812 é opcionalmente controlado para estar no modo de espera ou no modo operacional pelo sinal de controle 816. Ainda, quando o dispositivo eletrônico 800 é ligado, o controlador 818 controla a operação primária do circuito da tensão de rede 808 por meios de um sinal de controle do circuito de alta tensão 806. Deve ser observado que em vez de um triac 802 outros meios de comutação da tensão de rede podem ser utilizados em vez de triac 802 - um exemplo é o relé.

Outra realização do sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, é apresentada na figura 9a. O sistema de fonte de alimentação 900 é semelhante ao sistema de fonte de alimentação 700 da figura 7. A função e operação do microcontrolador 908 são semelhantes à função e operação do controlador 702 da figura 7. O microcontrolador 908 pode ainda ser utilizado para controlar a operação (primária) do dispositivo no qual o sistema de fonte de alimentação 900 é empregado. 0 sistema de fonte de alimentação 900 compreende um circuito integrado (Cl) 902 no qual uma parte do sistema de fonte de alimentação 700 é implementada. Os diodos zener D3b e D3a não são compreendidos no Cl 902 devido à disponibilidade dos diodos zener em um Cl ser limitada. Em vez do diodo zener D3b um regulador de desvio 904 com um loop de controle compreendendo resistores R9 e R10 é implementado no Cl 902. Em vez do diodo zener R3a outro regulador de desvio 906 com outro loop de controle compreendendo resistores Rn e R12 θ implementado no Cl 902. A configuração do regulador de desvio 904 inclusive o loop de controle compreendendo resistores R9 e Rxo é apresentada na figura 9b. 0 regulador de desvio 904 compreende uma fonte de tensão PTAT para criar uma tensão de referência que é provida à entrada negativa de um amplificador operacional (opamp) Ux. Os resistores R9 e RXo formam um circuito de divisão de tensão que provê uma tensão dividida à entrada positiva do opamp Ux. A saída do opamp Ux é provida através de um resistor Rx com base em um transistor paralelo Q1 que é acoplado entre os dois terminais do regulador de desvio 904. Se a tensão dividida for maior do que a tensão de referência, o transistor começa a conduzir o que causa uma diferença de tensão menor entre os dois terminais do regulador de desvio. O circuito de divisão de tensão em combinação com a tensão provida da fonte de tensão PTAT determina nesta tensão a tensão é limitada pelo regulador de desvio.

Outra realização do sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, é apresentada na figura 10. O sistema de fonte de alimentação 10 00 é semelhante ao sistema de fonte de alimentação 90 0 da figura 9a, entretanto, o resistor de sobretensão R5b é substituído por um circuito limitador de corrente ativo 1004 que é implementado no Cl 1002 e disposto em série com o regulador de desvio 904.

Outra realização do sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, é apresentada na figura 11. A realização mostrada é semelhante ao sistema de fonte de alimentação 900 da figura 9a e compreende um interruptor controlável 1108 que é semelhante ao interruptor controlável 301 da figura 3. O Cl 1102 não compreende o regulador de desvio 904 com um loop de controle conforme discutido no contexto do sistema de fonte de alimentação 900 da figura 9a. Entretanto, o Cl 1102 compreende o interruptor controlável 1108 e um loop de controle compreendendo uma proteção de sobretensão (OVP) 1106 para controlar a tensão pelo capacitor C2b. Ainda, um circuito limitador de corrente, conforme discutido no contexto da figura 10, está disposto em série com o interruptor controlável 1108. O Cl 1102 compreende a OVP 1106 que compara a tensão pelo capacitor C2b com uma tensão de referência Vref. Em uma realização prática a OVP 1106 é um comparador com histerese. A saída da OVP 1106 é provida ao interruptor controlável para fechar o interruptor quando a tensão pelo capacitor C2b for muito alta. Conforme discutido previamente, uma tensão de referência Vref pode ser gerada com uma implementação do Cl de uma fonte de tensão PTAT. Quando o interruptor controlável 1108 é um interruptor bidirecional, um assim denominado circuito zero-x 1110 é necessário para controlar quando o interruptor controlável 1108 pode ser fechado por um período de tempo de forma que o capacitor C2b não seja carregado ainda mais. O interruptor controlável 1108 pode apenas ser fechado quando a corrente de entrada AC for positiva, que significa que a tensão de entrada AC está aumentando. O circuito zero-x 1110 deve medir a corrente AC e compreende uma rede diferenciadora que é relativamente complexa. Em vez de um interruptor bidirecional controlável 1108 e o circuito zero-x 1110 uma disposição em série 1112 de um transistor-N MOS S2 e um diodo D5 podem ser utilizados. A figura 12 mostra outra realização de um sistema de fonte de alimentação 1200. O sistema de fonte de alimentação 1200 é semelhante ao sistema de fonte de alimentação 1100 da figura 11. O sistema de fonte de alimentação 1200 compreende um Cl 1202 que compreende, em vez da combinação de diodo D4, resistor R6 e capacitor C3 da figura 11, um circuito de comutação de nível 1204 que transforma uma tensão no domínio de tensão que energiza o microcontrolador 908 ao domínio de tensão no qual o interruptor controlável S3 opera. As implementações do Cl dos circuitos de alternação de nível são bem conhecidas na técnica. Embora uma quantidade de componentes relativamente grande deva ser utilizada no Cl 1202 para implementar o circuito de comutação de nível 1204, isto ainda pode ser feito relativamente de forma eficiente comparado ao uso de um capacitor externo adicional C3.

Na realização previamente discutida, o microcontrolador 908 controla quando o interruptor controlável SI do conversor buck-boost é fechado. Para realizar esta função, o microcontrolador 908 deve ter um temporizador, que geralmente não está disponível nos microcontroladores relativamente baratos. O uso de um conversor buck-boost de auto-oscilação é uma solução para não exigir um temporizador no microcontrolador 908. Isto é mostrado na figura 13.

Um sistema de fonte de alimentação 1300 compreende um circuito integrado 13 02 que é semelhante ao Cl 12 02 da figura 12. O sistema de fonte de alimentação 1300 ainda compreende um microcontrolador 1310 que é comparável ao microcontrolador 908 das realizações anteriores, entretanto, o sinal de permissão EN do microcontrolador 908 que é provido ao circuito integrado 1302 apenas indica se o conversor DC-DC deve operar. No sistema de fonte de alimentação 1300 o conversor DC-DC é um conversor buck-boost formado por um interruptor controlável S3, um diodo D3, um indutor Li e um controlador buck-boost 1306. Na realização o controlador buck-boost 1306 é um controlador chamado MLP SOPS, que significa, um controlador de Auto-oscilação da Modulação por Largura de Pulso da Fonte de Alimentação. Tais controladores são conhecidos na técnica. 0 controlador buck-boost 1306 gera um sinal de controle que é utilizado para controlar o estado condutor e o estado não condutor do interruptor controlável Si. 0 sinal de controle é provido a um circuito de comutação de nível 13 04 para gerar o nível correto de tensão que é necessário para acionar o interruptor controlável Si. O controlador buck-boost 1306 é energizado pela tensão de alimentação neutra N e pela tensão negativa de alimentação Vneg. O controlador buck-boost 13 06 ainda recebe o sinal de permissão EN do microcontrolador 1310 que indica se o conversor buck-boost deve operar. Basicamente, as soluções diferentes são possíveis para operar o conversor buck-boost de auto-oscilação. Na figura 13 o controlador buck-boost 1306 é conectado a um assim denominado circuito de tonelada fixa 130 8 e tem uma conexão com o nó compartilhado entre o interruptor controlável Sj, o indutor Li e o diodo D3. A conexão ao nó compartilhado é utilizada para monitorar a corrente através do diodo D3. O circuito de tonelada fixa 1308 e o controlador buck-boost 1306 provêm um assim denominado controle de tonelada fixa do conversor buck-boost. Isto significa que o interruptor controlável S3 é controlado em um estado condutor por um período de tempo fixo. Após controlar o interruptor controlável Si em um estado não condutor e quando a corrente através do diodo D3 for substancialmente igual a zero, o interruptor controlável S3 é controlado no estado condutor por um período de tempo fixo. Uma vantagem de um controle de tonelada fixa de um conversor buck-boost é que a frequência na qual o conversor buck-boost é operado é substancialmente constante. Uma desvantagem é que a energia máxima do conversor buck-boost depende da margem do valor de Li. Ainda, se Vpos se tornar, por exemplo, temporariamente inferior ao nível de tensão no qual o interruptor controlável 1108 e a proteção de sobretensão 1106 tentam regular VpoS/ a corrente de entrada diminui, e a energia máxima do conversor buck-boost também diminui. Isto pode ser impedido com o mecanismo de controle que é discutido com a figura 14. A figura 14 apresenta uma realização de um sistema de fonte de alimentação 1400. Um resistor Rsense está disposto em série com o indutor Lx para medir a corrente através do indutor Lx. A tensão do nó compartilhado pelo resistor Rsense e pelo indutor Lx, é provida a um Cl 14 02 que é semelhante ao Cl 1302 da figura 13, entretanto, o Cl 1402 compreende o controlador buck-boost 1406 que não controla o interruptor controlável Sx com base em um mecanismo de controle de tonelada fixa, mas com base na medição da quantidade de energia que é armazenada no indutor Lx. Quando o interruptor controlável Sx é controlado no estado condutor, a corrente através Li aumenta e o controlador buck-boost sente o valor da corrente através da porta de entrada Rs do circuito integrado 1402. Quando a corrente máxima Ipeak através Lx foi atingida, determinada pelo valor do resistor Rsense, o interruptor controlável Sx será controlado no estado não condutor até que a corrente através do diodo D3 se torne substancialmente igual a zero. Quando a corrente através do diodo D3 for substancialmente igual a zero, o interruptor controlável é controlado no estado condutor. Uma vantagem deste mecanismo de controle é que a margem do valor do indutor Lx pode ser neutralizada. A desvantagem é que, quando a corrente máxima Ipeak fica muito alta, mais energia é necessária do que pode ser gerada através da fonte de alimentação positiva e desse modo o nível de tensão Vpos diminui. A figura 15 apresenta outra realização de um sistema de fonte de alimentação. 0 sistema de fonte de alimentação 1500 é semelhante ao sistema de fonte de alimentação 1300 da figura 13, e compreende, por exemplo, para o controle do conversor buck-boost um mecanismo de controle de tonelada fixa por meios do controlador buck-boost 1306 e o circuito de tonelada fixa 1308. Em um Cl 1502 da figura 15, o nível de tensão negativa Vneg é controlado pelo controle proporcional do nível de tensão positiva Vpos. A tensão pelo capacitor C2b não é mais mantida constante, mas a tensão pelo capacitor C2b controlada na dependência do consumo de energia da carga que é energizado pela tensão negativa Vneg. Através da proteção de sobretensão (OVP) 1504 a tensão negativa é comparada com uma tensão de referência Vref. Em uma realização prática, a OVP 1504 é um comparador com histerese. Se o valor absoluto do nível de tensão negativa Vneg for muito baixo, o interruptor controlável 1108 é controlado para permitir um aumento da tensão pelo capacitor C2b, e se o valor absoluto do nível de tensão negativa Vneg for muito alto, o interruptor controlável 1108 é controlado para permitir uma redução da tensão pelo capacitor C2b. O resultado do controle é que exatamente a quantidade correta de energia é provida ao conversor buck-boost. Este tipo de controle, sendo o controle do nível de tensão positiva Vpos na dependência do nível de tensão negativa Vneg, coopera bem com o controle de tonelada fixa do conversor buck-boost. Ainda, em uma realização, o microcontrolador 1310 não tem o sinal de saída de permissão EN, e assim, o Cl 1502 não tem um pino de entrada para receber o sinal de permissão EN: se a quantidade de energia consumida for baixa, o interruptor controlável 1108 é continuamente fechado, e, conforme discutido na realização anterior (por exemplo, no contexto da figura 3) , as perdas de espera são mantidas baixas mantendo a tensão pelo capacitor C2b substancialmente igual a zero e assim regulando o conversor buck-boost em um estado não operacional.

Deve ser observado que, o interruptor controlável 1108 deve ser um interruptor bidirecional. O controle do nível de tensão negativa Vneg com o circuito da figura 15 apenas realiza bem quando a corrente através do interruptor controlável pode ser negativa ou positiva. O interruptor controlável 1108 não pode ser substituído pela disposição em série 1112 da figura 11. Ainda, o interruptor controlável SI é extraído como um transistor-P MOS. O interruptor controlável Si também pode ser implementado como um PNP, NPN ou transistor-N MOS. Entretanto, é vantajoso utilizar um transistor-P MOS em sistemas de fonte de alimentação como sistema 1500, pois a quantidade de energia convertida é relativamente baixa.

Na figura 16, outra realização de um sistema de fonte de alimentação, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, é provida. O sistema de fonte de alimentação 1600 compreende um circuito integrado (Cl) 1602 que é semelhante ao Cl 1302 da figura 13, entretanto, o diodo D3 é substituído por um interruptor controlável S3, que é extraído na figura 16 como um transistor N MOS. O controlador buck-boost 1606 controla o interruptor controlável S3 para obter uma funcionalidade retificadora síncrona com o interruptor controlável S3. Uma substituição do diodo D3 por um transistor N MOS e um circuito de controle para o transistor N MOS pode facilmente ser obtido em uma implementação do Cl, mas não quando o conversor buck-boost for implementado em componentes separados.

Na figura 17 apresenta outra realização de um sistema de fonte de alimentação. O sistema de fonte de alimentação 1700 compreende um circuito integrado (Cl) 1702 que é semelhante ao Cl 1302 da realização da figura 13. Além do diodo D3 um diodo D4 é utilizado para prover energia a um trilho de energia adicional Vaux. O trilho de energia Vaux tem um capacitor C4 para temporariamente armazenar energia, e o trilho de energia Vaux é utilizado para prover energia, por exemplo, em todos os LEDs do dispositivo no qual o sistema de fonte de alimentação é utilizado. Uma vantagem da configuração com um trilho de energia adicional Vaux é que, quando, em vez de medidas de segurança, o trilho de energia Vaux sofre curto-circuito, o sistema de fonte de alimentação 1700 ainda provê energia ao microcontrolador 1310 através do trilho de tensão negativa Vneg. Assim, a operação do microcontrolador 1310 não é interrompida pelos problemas em circuitos que são energizados através do trilho de energia Vaux · Deve ser observado que as realizações mencionadas acima ilustram em vez de limitar a invenção, e que os técnicos no assunto poderão projetar muitas realizações alternativas sem sair do escopo das reivindicações anexas.

Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser interpretados como limitativos da reivindicação. O uso do verbo "compreender" e suas conjugações não exclui a presença de elementos ou etapas que não sejam as mencionadas em uma reivindicação. 0 artigo "um" ou "uma" antes de um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. A invenção pode ser implementada por meios de hardware compreendendo vários elementos distintos, e por meios de um computador adequadamente programado. Na reivindicação do dispositivo que enumera vários meios, vários destes meios podem ser produzidos por um e o mesmo item de hardware. Os meros fatos de que certas medidas são mencionadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indicam que uma combinação destas medidas não pode ser utilizada como vantagem.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700), caracterizado por compreender: - uma primeira entrada (206) para receber uma tensão AC, - uma saída (218) para fornecer energia a uma carga (216, RL), - um conversor DC-DC (204, 404) compreendendo uma segunda entrada (203) sendo capacitivamente acoplada à primeira entrada (206), e sendo disposta para fornecer energia à saída (218), - um circuito retificador (212, D1) sendo capacitivamente acoplado à primeira entrada (206) e estando disposto entre a primeira entrada (206) e a saída (218) para fornecer uma tensão de saída retificada à saída (218), e - um limitador de tensão (214, Dzener2, D3a) sendo acoplado à saída (218) para limitar a tensão de saída retificada a uma tensão predefinida, e - um circuito retificador adicional (302, D2) capacitivamente acoplado à primeira entrada (206) para prover outra tensão retificada à segunda entrada (203).

2. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender: - um limitador de tensão adicional (304, Dzener1, D3b) acoplada à segunda entrada (203) e disposto para limitar a outra tensão retificada da segunda entrada (203) em outra tensão predefinida.

3. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo valor absoluto da outra tensão predefinida ser maior do que o valor absoluto da tensão predefinida.

4. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ser configurado para operar em um modo de espera para prover energia de espera à carga (216, RL) ou em um modo operacional para prover energia operacional à carga (216, RL), o sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812) compreende um interruptor controlável de curto-circuito (306) disposto paralelo ao limitador de tensão adicional (304, Dzener1, D3b) para criar o curto-circuito do limitador de tensão adicional (304, D zener1, D3b) e um controlador (406, 602, 702, 814) para fechar o interruptor controlável de curto-circuito (306) no modo de espera, ou o sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700) compreende outro interruptor controlável de curto-circuito (301) disposto entre um nó compartilhado por um acoplamento capacitivo (208, Ccap) e o circuito retificador adicional (302, D2) e um nó do sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700) tendo uma tensão neutra (N), e compreende o controlador (406, 602, 702, 814) para fechar o outro interruptor controlável de curto-circuito (301) no modo de espera.

5. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ser configurado para operar tanto em um modo de espera para prover energia de espera à carga (216, RL) quanto em um modo operacional para prover energia operacional à carga (216, RL), em que o conversor DC-DC (204, 404) compreende um conversor buck-boost que compreende um interruptor controlável (S1, M1) para modular uma corrente através de uma indutância (L1), em que o sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812) compreende um controlador (406, 602, 702, 814) para controlar o interruptor controlável (S1, M1), em que o controlador (406, 602, 702, 814) está disposto para (i) controlar o interruptor controlável (S1, M1) a estar permanentemente em um estado fechado no modo de espera do sistema de fonte de alimentação para criar o curto-circuito do limitador de tensão adicional (304, Dzener1, D3b) através da indutância (L1), e (ii) que controla o interruptor controlável (S1, M1) para alternar entre um estado aberto e o estado fechado no modo operacional do sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812) para controlar o armazenamento e liberação de energia e pela indutância (L1).

6. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser configurado para operar tanto em um modo de espera para prover energia de espera à carga (216, RL) quanto em um modo operacional para prover energia operacional à carga (216, RL), e compreende um controlador para controlar um interruptor controlável de desconexão (307) para desconectar a segunda entrada do conversor DC-DC do acoplamento capacitivo à entrada no modo de espera.

7. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pela tensão AC recebida pela primeira entrada (206) compreender uma parte de aumento de tensão da onda de tensão AC e compreende uma parte de redução de tensão da onda de tensão AC, em que o circuito retificador (212, D1) está disposto para retificar apenas uma parte de aumento de tensão ou a parte de redução de tensão, e o circuito retificador adicional (302, D2) está disposto para retificar a outra parte de aumento de tensão ou a parte de redução de tensão.

8. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por: - ao se referir à reivindicação 1, o sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812) compreende um único acoplamento capacitivo (208, Ccap) compreendendo pelo menos um capacitor, ou - ao se referir à reivindicação 2, o sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812) compreende um único acoplamento capacitivo (208, Ccap) sendo acoplado entre a primeira entrada (206) e o circuito retificador (212, D1) e sendo acoplado entre a primeira entrada (206) e o circuito retificador adicional (302, D2), em que o único acoplamento capacitivo (208, Ccap) compreende um capacitor para prover o acoplamento capacitivo, ou - ao se referir à reivindicação 2, o sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812) compreende um primeiro acoplamento capacitivo (202) sendo acoplado entre a primeira entrada (206) e o circuito retificador (212, D1), e compreende um segundo acoplamento capacitivo (210) sendo acoplado entre a primeira entrada (206) e o circuito retificador adicional (302, D2), em que o primeiro acoplamento capacitivo (202) e o segundo acoplamento capacitivo (210) compreende um capacitor para prover o acoplamento capacitivo.

9. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo limitador de tensão adicional compreender uma proteção de sobretensão (1106) e um interruptor controlável de limitação de tensão (1108), em que uma primeira entrada da proteção de sobretensão (1106) é acoplada à segunda entrada e uma segunda entrada da proteção de sobretensão (1106) está acoplada a uma tensão de referência predefinida, uma saída da proteção de sobretensão (1106) está acoplada ao interruptor controlável de limitação de tensão (1108) para controlar o interruptor controlável de limitação de tensão (1108) para estar em um modo condutor ou em um modo não condutor, e em que o interruptor controlável de limitação de tensão (1108) está acoplado a um nó compartilhado pelo acoplamento capacitivo (208, Ccap) e o circuito retificador adicional (302, D2) e está acoplado a uma tensão neutra (N) do sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700).

10. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por: - o limitador de tensão (214, Dzener2, D3a) compreende uma proteção de sobretensão (1504) para detectar a tensão de saída retificada sendo muito alta e muito baixa com relação à tensão predefinida, - o limitador de tensão adicional (304, Dzener1, D3b) compreende um interruptor controlável de limitação de tensão (1108) sendo acoplado a um nó compartilhado pelo acoplamento capacitivo (208, Ccap) e o circuito retificador adicional (302, D2) e é acoplado a uma tensão neutra (N) do sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700), o interruptor controlável de limitação de tensão (1108) sendo controlado pela proteção de sobretensão (1504) para estar no estado condutor se o valor absoluto da tensão de saída retificada for muito alto, e para estar no estado não condutor se o valor absoluto da tensão de saída retificada for muito baixo.

11. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 4 ou 5, caracterizado pelo sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700) compreender um circuito integrado (902, 1002, 1102, 1202, 1302, 1402, 1502, 1602, 1702) que compreende pelo menos um do grupo de: pelo menos uma parte do conversor DC-DC (204, 404), o limitador de tensão (214, Dzener2, D3a), o limitador de tensão adicional (304, Dzener1, D3b), o interruptor controlável de curto-circuito (306), o controlador (406, 602, 702, 814) para controlar o interruptor controlável de curto-circuito (306), pelo menos uma parte do conversor buck-boost, o interruptor controlável (M1, S1) do conversor buck-boost, um diodo (D3) do conversor buck-boost, outro diodo (D4) do conversor buck-boost para prover energia a outro trilho de energia (Vaux), o controlador (702, 1204, 1306, 1406) para controlar o interruptor controlável (M1, S1) do conversor buck-boost, um circuito limitador de corrente (1004) para limitar a corrente através do limitador de tensão (214, Dzener2, D3a).

12. SISTEMA DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (200, 300, 400, 600, 700, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por: - o limitador de tensão (214, Dzener2, D3a) compreende um regulador de desvio (904, 910) com um loop de controle formado por uma disposição em série de dois resistores (R9, R10), ou - o limitador de tensão adicional (304, Dzener1, D3b) compreende outro regulador de desvio (906) com um loop de controle formado por outra disposição em série de dois resistores (R11, R12), ou - o limitador de tensão (214, Dzener2, D3a) compreende um regulador de desvio (904, 910) com um loop de controle formado por uma disposição em série de dois resistores (R9, R10) e o limitador de tensão adicional (304, Dzeneri, D3b) compreende outro regulador de desvio (906) com um loop de controle formado por outra disposição em série de dois resistores (R11, R12).

13. DISPOSITIVO ELETRÔNICO (800), caracterizado por compreender um sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812), conforme definido na reivindicação 1.

14. DISPOSITIVO ELETRÔNICO (800), caracterizado por compreender: - um dispositivo controlador (406, 602, 702, 814) para controlar uma operação do dispositivo eletrônico (800) para controlar o dispositivo eletrônico (800) a estar em um modo de espera ou em um modo operacional, - um sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812), de acordo com a reivindicação 7, em que o controlador (406, 602, 702, 814) do sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812) é integrado com o dispositivo controlador (406, 602, 702, 814).

15. CONTROLADOR (406, 602, 702, 814), caracterizado por ser para uso no sistema de fonte de alimentação (200, 300, 400, 600, 700, 812), conforme definido na reivindicação 7, ou para ser utilizado no dispositivo eletrônico (800), conforme definido na reivindicação 14.