[发明专利]具有减小的功率损失的电源系统、电子设备以及控制器

说明书

技术领域

本发明涉及电容性耦合的电源系统的领域。

背景技术

家用电器常常具有需要低供电电压的控制器以及从市电电压馈电的功率级。控制器接通及关断功率级并且控制其操作。功率级施行家用电器的主要功能。控制器例如对来自遥控设备的按钮或信号做出响应，以便接通及关断功率级。当家用电器连接到市电电压时，所述控制器仅仅监测可以表明必须接通家用电器的信号。其中将功率级关断的模式被称作待机模式。在待机模式下，只在低电压下消耗少量功率，以便将所述控制器和/或可选的遥控传感器保持苏醒。当接收到要接通电器的信号时，控制器进入操作模式。功率级被接通，并且控制器开始控制功率级。此外，控制器还可以接通用户接口以便接收来自用户的附加输入和/或向用户提供反馈。用户接口通常也是由低供电电压来供电的。在操作模式下，低供电电压电路所消耗的功率多于待机功率。

这样的家用电器的一个例子是咖啡机，其可以通过按钮来接通及关断。当通过按下通/断按钮接通咖啡机时，控制器将咖啡机切换到操作模式，其中取决于咖啡煮泡的不同阶段，例如控制加热元件的操作以及水泵的操作。当再一次按下通/断按钮时，控制器关断加热元件和/或水泵，并且进入待机模式，其间只监测来自所述按钮的信号。

所述低供电电压常常由电容性电源提供。电容性电源具有电容器，其提供去到AC市电电压的电容性耦合并且充当电荷泵。使用整流电路获得DC电压，其常常通过齐纳二极管被限制到低电压。取决于整流电路的具体配置，AC市电电压波的仅仅一半被转换到低DC电压，或者如果实施了全波整流的话，则整个AC市电电压波都被转换。常常将浪涌电阻器与所述电容器串联耦合，并且常常将泄漏电阻器与所述电容器并联耦合。浪涌电阻器保护所述电源免受市电电压峰值的影响，并且泄漏电阻器则在所述电源与市电电压断开时对所述电容器进行放电。

所述电容性电源是相对高效的电源，这是因为电容器不会耗散功率。但是电容性电源只能提供有限数量的功率，这是因为所能递送的最大电流受限于电容器在市电电压频率下的阻抗。电容性电源的规格是针对必须在家用电器的操作模式下递送的最大功率数量来规定的。但是如果设备所消耗的功率较少，则电容性电源会耗散过剩的能量。特别在待机模式下，齐纳二极管所耗散的功率过多，这是因为在操作模式下递送到设备的功率在待机模式下被齐纳二极管耗散。此外，浪涌电阻器和泄漏电阻器在操作模式以及在待机模式下都会耗散功率。特别在待机模式下的功率耗散过高，因此电容性电源的效率在待机模式下过低。

浪涌电阻器、泄漏电阻器和齐纳二极管中的功率耗散与电容器的电容成线性或二次关系。较小的电容器导致较小的功率损失。减小电容器的电容常常是不可能的，这是因为最大可递送功率也与电容器的电容成线性关系。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种更加高效的电源系统。

本发明的第一方面提供如权利要求1所述的电源系统。本发明的第二方面提供如权利要求13所述的电子设备。本发明的第三方面提供如权利要求14所述的电子设备。本发明的第四方面提供如权利要求15所述的控制器。在从属权利要求中限定了有利实施例。

根据本发明的第一方面的电源系统包括用以接收AC电压的第一输入以及用以向负载提供功率的输出。所述电源系统还包括DC-DC转换器、整流电路以及电压限制器。DC-DC转换器向电源系统的输出提供功率，并且包括电容性耦合到第一输入的第二输入。整流电路电容性耦合到第一输入，并且被设置在第一输入与输出之间。整流电路向输出提供经过整流的输出电压。电压限制器耦合到输出，并且将经过整流的输出电压限制到预定义电压。

通过所述电源系统的两个部分提供由负载消耗的功率。一个部分是电容性耦合到市电电压的整流电路。整流电路通过输出向负载提供经过整流的电压。电源系统的输出处的经过整流的电压被电压限制器限制到预定义电压。通过整流电路所能递送的功率数量受限于将整流电路耦合到电源系统的第一输入的电容器的电容。但是如果通过整流电路所能递送的功率不全是由负载消耗的，则输出电压往往会增大。如果输出电压增大得过多，则电压限制器会通过耗散接收自整流电路的一部分功率来防止增大到所述预定义电压以上。

所述电源系统的另一部分是DC-DC转换器。DC-DC转换器具有电容性耦合到市电电压的第二输入。DC-DC转换器将通过第二输入接收到的第一电压转换到第二电压，并且向电源系统的输出提供功率。