BRPI0822317B1

BRPI0822317B1 - capacitor amortecedor para geração de uma voltagem auxiliar em fonte de alimentação

Info

Publication number: BRPI0822317B1
Application number: BRPI0822317A
Authority: BR
Inventors: Werner Keller Anton
Original assignee: Thomson Licensing
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2018-10-09
Also published as: US20110013426A1; EP2258039A1; CN101981796A; BRPI0822317A2; KR101403544B1; KR20100132957A; JP5400131B2; WO2009118576A1; EP2258039B1; US8422252B2; CN101981796B; JP2011516020A

Description

(54) Título: CAPACITOR AMORTECEDOR PARA GERAÇÃO DE UMA VOLTAGEM AUXILIAR EM

FONTE DE ALIMENTAÇÃO (51) lnt.CI.: H02M 3/335; H02M 1/34 (73) Titular(es): THOMSON LICENSING (72) Inventor(es): ANTON WERNER KELLER (85) Data do Início da Fase Nacional: 26/08/2010 “CAPACITOR AMORTECEDOR PARA GERAÇÃO DE UMA VOLTAGEM AUXILIAR EM FONTE DE ALIMENTAÇÃO”

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção está relacionada a um baixo abastecimento de energia para a energização de um circuito eletrônico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Um abastecimento com comutação de energia, por exemplo, um abastecimento de energia modulada com largura de pulso pode incluir um estágio de liberação apresentando um enrolamento primário de um transformador de isolamento. O enrolamento primário do transformador é acoplado junto a uma voltagem principal de abastecimento de uma maneira não-isolada. Gera-se uma voltagem de abastecimento de energia isolada produzida a partir de uma voltagem desenvolvida em um enrolamento secundário do transformador de isolamento. Tipicamente, um capacitor amortecedor é acoplado junto ao enrolamento primário para a redução da taxa de mudança de uma porção de voltagem de retorno de uma voltagem desenvolvida junto ao enrolamento primário.

Um circuito integrado (IC) formando um modulador de largura de pulso faz o controle da operação de comutação do estágio de liberação. Para esta operação, este IC necessita de ser energizado através de uma voltagem auxiliar de abastecimento de energia nãoisolada. A voltagem de abastecimento de energia não-isolada pode ser produzida em um abastecimento de energia que necessite de fornecer uma energia relativamente baixa. Pode ser desejável se produzir uma voltagem de abastecimento de energia não-isolada a partir de uma voltagem não-isolada já gerada no enrolamento primário do transformador.

Na condução de um aspecto da invenção, o capacitor amortecedor acoplado junto ao enrolamento primário é utilizado para a produção de uma corrente com carga capacitiva acoplada. A corrente com carga capacitiva acoplada é acoplada junto a um filtro ou a um segundo capacitor com estocagem de carga para a produção neste segundo capacitor de uma primeira porção da voltagem de abastecimento de energia não-isolada para a energização do IC.

Na condução de outro aspecto da invenção, durante uma porção de um ciclo de comutação do estágio de liberação, o capacitor amortecedor é acoplado junto a um indutor para formar um circuito de ressonância. O circuito de ressonância produz no segundo capacitor uma segunda porção da voltagem de abastecimento de energia não-isolada para a energização do IC.

Na condução de uma característica adicional inventiva, um transistor de derivação, comutador faz a regulagem da voltagem de abastecimento de energia a baixa voltagem promovendo a interrupção seletiva de uma corrente que por alguma razão viesse a carregar o segundo capacitor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Tem-se uma fonte de alimentação, incorporando uma característica inventiva, incluindo uma fonte de uma voltagem de abastecimento de entrada acoplada junto a um primeiro enrolamento de um transformador. Um transistor de comutação de saída atua em função de um primeiro sinal de controle de comutação, sendo acoplado junto ao primeiro enrolamento para a produção de uma corrente no primeiro enrolamento que consiste no transformador acoplado junto ao segundo enrolamento do transformador para a produção de uma primeira voltagem de abastecimento de saída que energiza um primeiro circuito de carga. O transistor de comutação de saída interrompe a primeira corrente no enrolamento, durante uma primeira porção de um ciclo do primeiro sinal de controle de comutação, e produz uma voltagem de retorno no primeiro enrolamento. Um primeiro capacitor é acoplado junto ao primeiro enrolamento e junto a um segundo capacitor para a formação de uma rede de capacitância amortecedora que reduz a taxa de mudança da voltagem de retorno e gera uma corrente capacitiva em cada um dos capacitores, o primeiro e o segundo. A corrente capacitiva estoca uma carga correspondente em cada um dos capacitores, o primeiro e o segundo, vindo a desenvolver no segundo capacitor uma primeira porção de uma segunda voltagem de abastecimento. A segunda voltagem de abastecimento é acoplada junto ao segundo circuito de carga. Um indutor é acoplado junto ao primeiro capacitor através de uma operação do transistor de comutação de saída, durante uma segunda porção do ciclo, formando com o primeiro capacitor um circuito ressonante para a geração a partir da carga estocada no primeiro capacitor de uma corrente ressonante. A corrente ressonante é acoplada junto ao segundo capacitor. A corrente ressonante estoca uma carga no segundo capacitor para o desenvolvimento de uma segunda porção da segunda voltagem de abastecimento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 apresenta uma fonte de alimentação 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção;

As Figuras 2a, 2b e 2c ilustram formas de ondas associadas com a operação do circuito 100 da Figura 1; e as Figuras 3a,3b e 3c ilustram as mesmas formas de ondas conforme aquelas apresentadas nas Figuras 2a, 2b e 2c, respectivamente, mas via uma escala temporal expandida.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A Figura 1 descreve uma fonte de alimentação 100 incorporando um aspecto da invenção. Uma voltagem de abastecimento de entrada de corrente direta DC gerada a partir de uma voltagem de bastecimento principal, não mostrada, é desenvolvida em um capacitor de filtro principal Cl, sendo aplicada entre um terminal de entrada 101 de um enrolamento primário W1 de um transformador de isolamento T1 e um potencial de referência isolada no lado primário GND. Um segundo terminal 102 de enrolamento W1 apresenta-se acoplado junto a um terminal de drenagem de um transistor de comutação de saída Q1. Um terminal de geração 103 do transistor Q1 é acoplado junto a um resistor de amostragem de corrente R1 gerando um sinal de amostragem de corrente CS, que é indicativo de uma corrente fluindo no transistor Q1. O resistor R1 é acoplado entre o terminal 103 e o potencial de referência no lado primário GND.

O sinal CS é acoplado junto a um circuito integrado de modulador de ciclo de trabalho convencional (IC) U1. O IC U1 opera em um controle de modo de corrente que é acoplado junto a um terminal de ponte do transistor Q1. O transistor Q1 e o transformador T1 produzem uma primeira voltagem de abastecimento de saída Vout em uma maneira convencional a partir de uma voltagem que compreende do transformador acoplado a partir do enrolamento W1. A voltagem Vout é isolada do potencial de referência do lado primário GND e é referenciada junto a um potencial de referência isolado no lado secundário GND-ISOLADO. A voltagem de abastecimento de saída Vout é controlada de acordo com o sinal de controle modulado do ciclo de trabalho Drv de uma maneira convencional.

Um sinal de alimentação FB, gerado em um capacitor C3, é referenciado junto ao potencial de referência do lado primário GND. Sendo o sinal FB produzido em um acoplador-opto U2 de um modo convencional. O sinal FB é indicativo de uma magnitude da primeira voltagem de abastecimento de saída Vout. O sinal de alimentação FB produz variações no ciclo de trabalho do sinal de controle modulado do ciclo de trabalho Drv de um modo convencional por alimentação negativa. A voltagem de abastecimento DC de entrada é ainda acoplada via um resistor de inicialização R3 junto ao IC U1 produzindo uma voltagem de inicialização HV para dar início a operação de um modo convencional.

As Figuras 2a, 2b e 2c ilustram as formas de ondas da voltagem ou corrente associadas com a operação do circuito 100 da Figura 1. As Figuras 3a, 3b e 3c ilustram formas de ondas da mesma corrente ou voltagem conforme apresentado nas Figuras 2a, 2b e 2c, respectivamente, mas via uma escala temporal expandida. Numerais e símbolos similares presentes nas Figuras 2a,2b e 2c, 3a, 3b e 3c e 1 indicam itens ou funções idênticas.

No procedimento de uma característica inventiva, um capacitor amortecedor C4 da Figura 1 é acoplado via um diodo D1 junto a um capacitor de abastecimento de filtro bem maior C2. Quando o transistor Q1 é desligado, em um tempo t2 da Figura 3a ou 3b, o fluxo de uma corrente IW1 no enrolamento W1 da Figura 1 é interrompido. Consequentemente, gera-se uma porção de retorno periódica V102-FB de uma voltagem de drenagem V102 das Figuras 1 e 3a e 2a com um período T da Figura 2a junto ao terminal 102 da Figura 1, levando a uma corrente ID1 das Figuras 1,3c e 2c a fluir nos capacitores C4, diodo D1 e no capacitor C2 da Figura 1. Desse modo, os capacitores C2 e C4 formam um divisor de voltagem capacitivo com respeito a voltagem de drenagem V102. A corrente ID1 carrega cada um dos capacitores C2 e C4. Desse modo, vantajosamente, uma primeira porção de uma voltagem de abastecimento Vcc é gerada no capacitor C2.

Na condução de outra característica inventiva, os capacitores C2 e C4 são inclusos em uma rede amortecedora 104. A capacitância dos capacitores acoplados em série C2 e C4 é determinada significativamente mais através do valor da capacitância do capacitor C4 do que em relação ao valor do capacitor C2. Quando se desliga o transistor Q1, a rede amortecedora 104 reduz, de maneira convencional, a taxa de mudança da porção de retorno de tensão ascendente V102-FB da Figura 3a. A rede amortecedora 104 da Figura 1 pode incluir, de maneira convencional, outros componentes que sejam identificados coletivamente por um elemento 104a. Um indutor L1 é acoplado entre o capacitor amortecedor C4 e o potencial de referência do lado primário GND.

No tempo tO das Figuras 2a e 3a, o transistor Q1 da Figura 1 é acionado produzindo uma corrente de tensão ascendente IW1 no enrolamento W1. A corrente IW1 ascende linearmente e estoca a energia magnética na indutância do enrolamento W1. Simultaneamente, o indutor L1 é acoplado em paralelo com o capacitor C4 para formar um circuito de ressonância. Uma corrente ressonante IL1 no indutor L1 gera junto a um terminal 102a do capacitor C4 uma voltagem que, no tempo t1 das Figuras 3b e 3a excede a voltagem de saída Vcc da Figura 1. Isto faz com que o diodo D1 torne-se condutivo. Após ter-se tornado condutivo, o diodo D1 gera uma porção de tensão descendente ID1a de uma corrente ID1 da Figura 3c no capacitor C2 da Figura 1. De modo vantajoso, a porção de tensão descendente ID1a desenvolve uma segunda porção de voltagem Vcc no capacitor C2. Quando o diodo D1 realiza a condução, ele aplica a voltagem Vcc através do enrolamento L1 para gerar uma porção de tensão descendente correspondente IL1 a na corrente IL1 da Figura 3b.

De maneira vantajosa, a carga ou a energia estocada no capacitor amortecedor C4 não é desperdiçada, mas utilizada para produção da segunda porção da voltagem Vcc. Mais ainda, de maneira vantajosa, a voltagem Vcc é gerada sem a necessidade por um enrolamento adicional no transformador T1.

Na condução de uma característica inventiva adicional, o par de terminais de condução da corrente principal de um transistor de comutação de regulagem Q3 apresenta-se acoplado ao longo do indutor L1 junto a um terminal 102a e junto ao potencial de referência GND, respectivamente. A voltagem Vcc é acoplada via um resistor R3 junto a um terminal catódico 110 de um diodo zener D3 para a geração de uma voltagem de referência básica VB de um transistor para comparação de voltagem. O outro terminal do diodo zener D3 é acoplado junto ao potencial de referência do lado primário GND. Um terminal emissor do transistor Q2 é acoplado junto ao capacitor C2, aonde faz-se o desenvolvimento da voltagem Vcc. O coletor do transistor Q2 é acoplado tanto junto a um terminal de ponte do transistor Q3 quanto junto a um resistor de carga R4.

Quando a voltagem Vcc torna-se excessiva, uma diferença entre a voltagem Vcc e uma voltagem Zener desenvolvida junto ao terminal 110 excede um limite para a voltagem adiante entre a base e o emissor do transistor Q2. Consequentemente, o transistor Q2 torna-se condutivo e leva a que o transistor Q3 seja ligado. Desta maneira, o transistor Q2 faz o desarme seletivo ou então, reduz de forma significativa a corrente de carga ID1. Ainda, o indutor L1 de corrente IL1 é derivado através do transistor Q3. Resultando em que aquela voltagem Vcc é regulada, de maneira vantajosa. Uma modalidade alternativa para a regulagem da voltagem pode ser obtida através do emprego de um diodo regulador em derivação D4 acoplado em paralelo com o capacitor C2 via um condutor apresentado na linha ponti10 lhada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Fonte de alimentação (100), compreendendo:

uma fonte (DCin) de uma tensão de abastecimento de entrada acoplada junto a um primeiro enrolamento (W1) de um transformador (T1);

5 um transistor de comutação de saída (Q1) responsivo a um primeiro sinal de controle de comutação (Drv) e acoplado junto ao referido primeiro enrolamento (W1) para a geração de uma corrente no referido primeiro enrolamento (W1) que é acoplado por transformador junto a um segundo enrolamento do referido transformador (T1) para geração de uma primeira tensão de abastecimento de saída (Vout) que energiza um primeiro circuito de car10 ga, o referido transistor de comutação de saída (Q1) interrompendo corrente no referido primeiro enrolamento (W1), durante uma primeira porção de um ciclo do referido primeiro sinal de controle de comutação, e gerando uma tensão de retorno no referido primeiro enrolamento (W1);

CARACTERIZADA por compreender ainda:

15 um primeiro capacitor (C4) acoplado junto ao referido primeiro enrolamento (W1) e em série a um segundo capacitor (C2) através de um diodo (D1) para formar, durante a referida primeira porção do referido ciclo, uma rede amortecedora divisora de tensão de capacitância que reduz uma taxa de mudança da referida tensão de retorno e gera uma corrente capacitiva em cada um dos referidos primeiro (C4) e segundo (C2) capacitores, a referida

20 corrente capacitiva armazenando uma carga correspondente em cada um dos referidos primeiro (C4) e segundo (C2) capacitores que desenvolve no referido segundo capacitor (C2) uma primeira porção de uma segunda tensão de abastecimento (Vcc), a referida segunda tensão de abastecimento sendo acoplada junto a um segundo circuito de carga; e um indutor (L1) acoplado junto ao referido primeiro capacitor (C4) para formar, du25 rante uma segunda porção do referido ciclo, quando o referido transistor de comutação de saída (Q1) apresenta-se condutivo, um circuito de ressonância de referido indutor (L1) com o referido primeiro capacitor (C4) para a geração, a partir da carga armazenada no referido primeiro capacitor (C4), de uma corrente ressonante que é acoplada junto ao referido segundo capacitor (C2), a referida corrente ressonante armazenando uma carga no referido

30 segundo capacitor (C2) para desenvolvimento de uma segunda porção da referida segunda tensão de abastecimento (Vcc).
2. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender ainda um segundo transistor de comutação controlável para interrupção seletiva de pelo menos uma das correntes que armazenam as correspondentes cargas

35 no referido segundo capacitor de modo a regular a referida segunda tensão de abastecimento.
3. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo

Petição 870180058974, de 08/07/2018, pág. 11/13 fato de compreender ainda um comparador responsivo à referida segunda tensão de abastecimento e acoplado junto a um terminal de controle do referido segundo transistor de comutação controlável para a alteração de um estado de condução do referido segundo transistor de comutação controlável quando a referida segunda tensão de abastecimento encon5 tra-se fora de uma faixa de valores.
4. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato do referido segundo transistor de comutação ser acoplado em paralelo com o referido indutor (L1).
5. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo 10 fato do referido segundo transistor de comutação ser acoplado junto a um terminal de junção entre cada referido indutor (L1) e referido primeiro capacitor (C4).
6. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender ainda um retificador acoplado entre os referidos primeiro (C4) e segundo (C2) capacitores para viabilização da corrente correspondente que carrega o referido

15 segundo capacitor (C2) para fluir em uma primeira direção e para impedir que a corrente flua no referido segundo capacitor (c2) em uma direção oposta.
7. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da referida primeira tensão de saída ser gerada em um segundo enrolamento de referido transformador (T1) que isola a referida primeira tensão de abastecimento de saída a par20 tir da referida segunda tensão de abastecimento de saída.
8. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato dos referidos primeiro (C4) e segundo (C2) capacitores serem acoplados em série.
9. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do referido segundo capacitor (C2) ser maior do que o referido primeiro capacitor (C4).

25 10. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do referido transistor de comutação de saída (Q1) acoplar o referido indutor (L1) em paralelo com o referido segundo capacitor (C2) para formar o referido circuito de ressonância.

11. Fonte de alimentação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pe30 Io fato de compreender ainda um modulador de ciclo de trabalho para a geração de referido primeiro sinal de controle de comutação em que a referida segunda tensão de abastecimento é acoplada junto ao referido modulador de ciclo de trabalho para energização de referido modulador de ciclo de trabalho.

12. Fonte de alimentação (100), compreendendo:

35 uma fonte (DCin) de uma tensão de abastecimento de entrada acoplada junto a um primeiro enrolamento (W1) de um transformador (T1);

um transistor de comutação de saída (Q1) responsivo a um primeiro sinal de controPetição 870180058974, de 08/07/2018, pág. 12/13 le de comutação (Drv) e acoplado junto ao referido primeiro enrolamento (W1) para a geração de uma corrente no referido primeiro enrolamento (W1) que é acoplado por transformador junto a um segundo enrolamento do referido transformador (T1) para geração de uma primeira tensão de abastecimento de saída (Vout) que energiza um primeiro circuito de car5 ga, o referido transistor de comutação de saída (Q1) interrompendo corrente no referido primeiro enrolamento (W1), durante uma primeira porção de um ciclo do referido primeiro sinal de controle de comutação, e produzindo uma tensão de retorno no referido primeiro enrolamento (W1);

CARACTERIZADA pelo fato de compreender ainda:
10 um primeiro capacitor (C4) acoplado junto ao referido primeiro enrolamento (W1) e acoplado em série junto a um segundo capacitor (C2) através de um diodo (D1) para formar, durante a referida primeira porção do referido ciclo, uma rede amortecedora divisora de tensão de capacitância que reduz uma taxa de mudança da referida tensão de retorno e gera uma corrente capacitiva em cada um dos primeiro (C4) e segundo (C2) capacitores, a referi15 da corrente capacitiva armazenando uma carga correspondente em cada um dos referidos primeiro (C4) e segundo (C2) capacitores que desenvolve no referido segundo capacitor (C2) uma primeira porção de uma segunda tensão de abastecimento (Vcc), a referida segunda tensão de abastecimento (Vcc) sendo acoplada junto a um segundo circuito de carga (U1);e

20 um indutor (L1) acoplado junto ao referido primeiro capacitor (C4) através de uma operação do referido transistor de comutação de saída (Q1), durante uma segunda porção de referido ciclo, para formar com o referido primeiro capacitor (C4) um circuito de ressonância para geração a partir da carga armazenada no referido primeiro capacitor (C4) de uma corrente ressonante que é acoplada junto ao referido segundo capacitor (C2), a referida

25 corrente ressonante armazenando uma carga no referido segundo capacitor (C2) para desenvolvimento de uma segunda porção da referida segunda tensão de abastecimento (Vcc).

Petição 870180058974, de 08/07/2018, pág. 13/13 có φ 50μ

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