Система электропитания с пониженными потерями мощности, электронное устройство и контроллер

Система электропитания с пониженными потерями мощности, электронное устройство и контроллер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области систем электропитания с емкостной связью.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бытовые электроприборы часто содержат контроллер, который требует низкого напряжения питания, и силовой каскад, который запитывается от напряжения сети. Контроллер включает и выключает силовой каскад и управляет его работой. Силовой каскад выполняет основную функцию бытового электроприбора. Контроллер реагирует, например, на кнопочный переключатель или сигнал от устройства дистанционного управления для включения и выключения силового каскада. При подключении бытового прибора к напряжению сети контроллер лишь контролирует сигналы, которые могут свидетельствовать о том, что бытовой прибор необходимо включить. Режим, в котором силовой каскад выключен, называется режимом готовности. В режиме готовности потребляется лишь незначительная мощность при низком напряжении для поддержания контроллера и/или дополнительного датчика системы дистанционного управления в рабочем состоянии. При приеме сигнала на включение бытового прибора контроллер переходит в рабочий режим. Включается силовой каскад, и контроллер начинает управление силовым каскадом. Кроме того, контроллер может включать пользовательский интерфейс для приема от пользователя дополнительных входных данных и/или обеспечения обратной связи с пользователем. Пользовательский интерфейс, как правило, также снабжается низким напряжением питания. В рабочем режиме низковольтными цепями питания потребляется больше мощности, чем в режиме готовности.

Примером такого бытового прибора является кофеварка, которая может включаться и выключаться кнопочным переключателем. При включении кофеварки нажатием кнопочного переключателя включения/выключения контроллер переключает кофеварку в рабочий режим, в котором в зависимости от различных этапов приготовления кофе осуществляется управление работой нагревательного элемента и, например, работой водяного насоса. При повторном нажатии кнопочного переключателя включения/выключения контроллер выключает нагревательный элемент и/или водяной насос и переходит в режим готовности, во время которого контролируются только сигналы от кнопочного переключателя.

Низкое напряжение питания часто подается с емкостного источника питания. В емкостном источнике питания имеется конденсатор, который обеспечивает емкостную связь с сетью переменного тока и действует как генератор подкачки заряда. Выпрямительная схема используется для получения напряжения постоянного тока, которое часто ограничивается низким напряжением с помощью полупроводникового стабилитрона. В зависимости от конкретной конфигурации выпрямительной схемы лишь половина волны напряжения сети переменного тока преобразуется в низкое напряжение питания постоянного тока, либо, при использовании двухполупериодного выпрямления, преобразуется полная волна напряжения сети переменного тока. Часто резистор для защиты от перенапряжений последовательно соединяется с конденсатором, и часто разряжающий резистор соединяется параллельно конденсатору. Резистор для защиты от перенапряжений защищает источник питания от скачков сетевого напряжения, а разряжающий резистор разряжает конденсатор при отключении источника питания от сетевого напряжения.

Емкостный источник питания является относительно эффективным источником питания, поскольку конденсатор не рассеивает мощность. Однако емкостный источник питания может обеспечивать лишь ограниченную мощность, поскольку максимальный ток, который может выдаваться, ограничивается импедансом конденсатора и частотой напряжения сети. Емкостный источник питания рассчитан на максимальную мощность, которая должна выдаваться в рабочем режиме бытового электроприбора. Если же устройством потребляется меньшая мощность, емкостный источник питания рассеивает избыточную энергию. В частности в режиме готовности, слишком много мощности рассеивается полупроводниковым стабилитроном, поскольку мощность, которая поступала на устройство в рабочем режиме, в режиме готовности рассеивается полупроводниковым стабилитроном. Кроме того, резистор для защиты от перенапряжений и разряжающий резистор рассеивают мощность в рабочем режиме, а также в режиме готовности. Рассеяние мощности, особенно, в режиме готовности слишком велико, и в связи с этим эффективность емкостного источника питания в режиме готовности слишком мала.

Рассеяние мощности в резисторе для защиты от перенапряжений, разряжающем резисторе и полупроводниковом стабилитроне имеет линейную или квадратичную зависимость от емкости конденсатора. Меньший конденсатор вызывает меньшие потери мощности. Уменьшение емкости конденсатора часто невозможно, поскольку максимальная отдаваемая мощность также имеет линейную зависимость от емкости конденсатора.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание более эффективной системы электропитания.

В первом аспекте изобретения предлагается система электропитания по п. 1. Во втором аспекте изобретения предлагается электронное устройство по п. 13. В третьем аспекте изобретения предлагается электронное устройство по п. 14. В четвертом аспекте изобретения предлагается контроллер по п. 15. Предпочтительные варианты осуществления предлагаются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Система электропитания в соответствии с первым аспектом изобретения содержит первый вход для приема напряжения переменного тока и выход для подачи мощности в нагрузку. Система электропитания дополнительно содержит преобразователь постоянного тока в постоянный ток, выпрямительную схему и ограничитель напряжения. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток подает питание на выход системы электропитания и содержит второй вход, который связан емкостной связью с первым входом. Выпрямительная схема связана емкостной связью с первым входом и размещена между первым входом и выходом. Выпрямительная схема подает выпрямленное выходное напряжение на выход. Ограничитель напряжения связан с выходом и ограничивает выпрямленное выходное напряжение предварительно определенным напряжением.

Мощность, потребляемая нагрузкой, обеспечивается посредством двух частей системы электропитания. Одной частью является выпрямительная схема, которая связана емкостной связью с напряжением сети. Выпрямительная схема подает выпрямленное напряжение через выход на нагрузку. Выпрямленное напряжение на выходе системы электропитания ограничивается предварительно определенным напряжением с помощью ограничителя напряжения. Величина мощности, которая может подаваться через выпрямительную схему, ограничивается емкостью конденсатора, который связывает выпрямительную схему с первым выходом системы электропитания. Однако выходное напряжение стремится увеличиться, если нагрузкой потребляется не вся мощность, которая может передаваться через выпрямительную схему. Если выходное напряжение чрезмерно увеличивается, ограничитель напряжения предотвращает увеличение выше предварительно определенного напряжения, рассеивая часть мощности, получаемой от выпрямительной схемы.

Другой частью системы электропитания является преобразователь постоянного тока в постоянный ток. В преобразователе постоянного тока в постоянный ток имеется второй вход, который связан емкостной связью с напряжением сети. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток преобразует первое напряжение, принимаемое вторым входом, во второе напряжение и обеспечивает мощность на выход системы электропитания.

В режиме готовности устройства, содержащего систему электропитания, нагрузка не потребляет значительной мощности. Режим готовности может обеспечиваться посредством выпрямительной схемы. В рабочем режиме нагрузка потребляет больше мощности, и дополнительная мощность может обеспечиваться преобразователем постоянного тока в постоянный ток. Таким образом, выпрямительная схема и конденсатор, который емкостно связывает выпрямительную схему с первым входом, могут быть рассчитаны исходя только из требуемой мощности, потребляемой в режиме готовности. Согласование емкости емкостной связи выпрямительной схемы с потреблением мощности, потребляемой в режиме готовности, предотвращает рассеяние значительной мощности, что обеспечивается через выпрямительную схему с помощью схемы ограничения напряжения в режиме готовности. Таким образом, в режиме готовности система электропитания работает эффективнее.

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток и конденсатор, который обеспечивает емкостную связь преобразователя постоянного тока в постоянный ток, могут быть рассчитаны на ожидаемое потребление мощности нагрузкой в рабочем режиме. Если нагрузкой не потребляется значительная мощность, преобразователь постоянного тока в постоянный ток не преобразует мощность или преобразует лишь ее незначительную величину. Известно, что преобразователи постоянного тока в постоянный ток также рассеивают некоторую мощность, тем не менее, являются относительно эффективными. Таким образом, в режиме готовности возможное небольшое рассеяние мощности в преобразователе постоянного тока в постоянный ток не перевешивает относительно большое снижение рассеяния мощности в ограничителе напряжения.

Кроме того, преобразователю постоянного тока в постоянный ток часто требуется схема фильтра, чтобы преобразователь постоянного тока в постоянный ток был электромагнитно совместимым. Авторы изобретения выяснили, что преобразователю постоянного тока в постоянный ток системы электропитания в соответствии с первым аспектом изобретения не требуется такой фильтрующий контур для обеспечения системы электропитания, которая обладает электромагнитной совместимостью.

Напряжением переменного тока, которое принимается на входе системы электропитания, может быть напряжение сети, но может быть также и другое напряжение переменного тока. Следует отметить, что напряжение переменного тока не обязательно означает, что уровень напряжения переменного тока колеблется между положительным напряжением и отрицательным. Уровень напряжения может также колебаться между двумя различными положительными напряжениями или между двумя различными отрицательным напряжениями. Емкостная связь выпрямительной схемы и преобразователя постоянного тока в постоянный ток с напряжением переменного тока может обеспечиваться одним общим конденсатором или множеством конденсаторов, из которых каждый отдельный конденсатор используется либо преобразователем постоянного тока в постоянный ток, либо выпрямительной схемой. Ввиду емкостной связи данная схема имеет свойства генератора подкачки заряда. Выпрямительная схема может быть однополупериодной выпрямительной схемой, которая проводит ток лишь в тех случаях, когда напряжение переменного тока либо повышается, либо понижается. Выпрямительная схема может быть двухполупериодной выпрямительной схемой, которая проводит ток и когда напряжение переменного тока повышается, и когда оно понижается. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток может принимать мощность полуволны переменного тока входного напряжения переменного тока, например, только участка возрастающего напряжения волны переменного тока, а выпрямительная схема выпрямляет лишь другую половину волны переменного тока, например, только участок убывающего напряжения волны переменного тока. Дополнительно, преобразователь постоянного тока в постоянный ток не ограничивается конкретным типом преобразователя постоянного тока в постоянный ток. Ограничителем напряжения может быть полупроводниковый стабилитрон или интегральная схема, которые ограничивают или стабилизируют напряжение на выходе.

Следует отметить, что выпрямительная схема обеспечивает выпрямленное напряжение, представляющее собой напряжение, которое не колеблется между положительным и отрицательным, но может колебаться между максимальным значением и минимальным значением, которым может быть значение, практически равное нулю. Минимальное и максимальное значения имеют один и тот же знак, например оба они являются положительными. При практическом осуществлении выпрямленное напряжение подается в накопитель энергии, такой как накопительный конденсатор, для получения более сглаженного выпрямленного напряжения, являющегося по существу стабильным напряжением постоянного тока.

В одном варианте осуществления система электропитания дополнительно содержит дополнительную выпрямительную схему и дополнительный ограничитель напряжения. Дополнительная выпрямительная схема связана емкостной связью с первым входом и подает дополнительное выпрямленное напряжение на второй вход. Дополнительный ограничитель напряжения связан со вторым входом и ограничивает дополнительное выпрямленное напряжение второго входа дополнительным предварительно определенным напряжением.

Конденсатор емкостной связи действует как источник тока. Подбор параметров конденсатора и дополнительного предварительно определенного напряжения определяет мощность, которая может быть принята преобразователем постоянного тока в постоянный ток и которая может быть преобразована преобразователем постоянного тока в постоянный ток. Подбор параметров может выполняться таким образом, чтобы обеспечить оптимум между рассеянием мощности в дополнительном ограничителе напряжения, в частности, в режиме готовности и величиной мощности, которая может быть преобразована преобразователем постоянного тока в постоянный ток. Таким образом, система электропитания может работать эффективнее.

Напряжением переменного тока на входе часто является напряжение сети. Компоненты системы электропитания, которые принимают или могут принимать такое высокое напряжение, должны подбираться таким образом, чтобы они выдерживали высокое напряжение. В частности, в преобразователе постоянного тока в постоянный ток несколько компонентов, таких как управляемый переключатель и, возможно, контроллер, должны изготавливаться с использованием технологии высоковольтных микросхем, что влечет за собой значительно более дорогие компоненты преобразователя постоянного тока в постоянный ток. За счет ограничения дополнительного предварительно определенного напряжения низким напряжением компоненты преобразователя постоянного тока в постоянный ток могут изготавливаться при более низкой стоимости.

В принципе, система электропитания данного варианта осуществления может являться емкостным источником питания с двухполупериодным выпрямителем с двумя выходными напряжениями, одно из которых преобразуется в другое выходное напряжение с помощью преобразователя постоянного тока в постоянный ток. Известные источники питания с двухполупериодным выпрямителем часто имеют первое выходное напряжение, нейтральный вывод и второе выходное напряжение, абсолютное значение которого является таким же, как и абсолютное значение первого напряжения, а знак второго выходного напряжения отличается от знака первого выходного напряжения. Если же при использовании такого источника питания с двухполупериодным выпрямителем должно подаваться только одно напряжение, первое напряжение и второе напряжение должны понижаться таким образом, что одно напряжение может быть получено подключением нагрузки между выводами с первым и вторым выходным напряжением. С другой стороны, снижение выходного напряжения приводит к увеличению емкости конденсатора или конденсаторов емкостной связи в том случае, если полная требуемая выходная мощность должна оставаться той же. Следовательно, вносятся более высокие потери мощности в режиме готовности. При использовании системы электропитания в соответствии с данным вариантом осуществления выходное напряжение снижать не обязательно, поскольку первое напряжение преобразуется во второе напряжение. Поэтому емкость конденсатора или конденсаторов емкостной связи увеличивать не обязательно, при этом предотвращается возрастание потерь мощности в резервном режиме.

Еще в одном варианте осуществления абсолютное значение дополнительного предварительно определенного напряжения больше абсолютного значения предварительно определенного напряжения.

Различные потери мощности в системе электропитания имеют линейную или квадратичную зависимость от емкости конденсатора. В частности, рассеяние мощности в ограничителе напряжения или в дополнительном ограничителе напряжения имеет линейную зависимость от емкости конденсатора. Дополнительно, при практическом осуществлении системы электропитания емкостная связь содержит разряжающий резистор и резистор для защиты от перенапряжений, которые также рассеивают мощность, и их рассеяние имеет, соответственно, квадратичную и линейную зависимость от емкости конденсатора.

Предварительно определенное напряжение определяется требованиями к нагрузке. Мощность, которая потребляется нагрузкой, например, в режиме готовности может подаваться через выпрямительную схему и зависит от тока, который может подаваться через емкостную связь выпрямительной схемы. Емкость конденсатора, который обеспечивает емкостную связь с выпрямительной схемой, для режима готовности может быть минимизирована. В связи с этим потери мощности минимизируются в первой ветви системы электропитания, которая содержит выпрямительную схему.

Вторая ветвь системы электропитания, которая содержит дополнительную выпрямительную схему и преобразователь постоянного тока в постоянный ток, может выдавать на выход дополнительную мощность, которая ограничивается емкостью конденсатора и величиной дополнительного предварительно определенного напряжения. Емкость конденсатора определяет максимальный ток, который может подаваться на второй вход преобразователя постоянного тока в постоянный ток. За счет увеличения дополнительного предварительно определенного напряжения при том же токе величина мощности, которая может подаваться через вторую ветвь, возрастает без увеличения емкости конденсатора, который обеспечивает емкостную связь второй ветви. Таким образом, относительно небольшая величина мощности может рассеиваться в дополнительном ограничителе напряжения и/или может рассеиваться в разряжающем резисторе и резисторе для защиты от перенапряжений емкостной связи второй ветви.

Таким образом, рассеяние мощности в первой ветви и второй ветви ограничивается, и вследствие этого система электропитания работает эффективнее.

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток работает относительно эффективно и рассеивает лишь небольшую величину мощности, в то же время преобразуя напряжение на втором входе в мощность, которая подается на выход системы электропитания. Потери мощности в преобразователе постоянного тока в постоянный ток значительно меньше, чем снижение потерь мощности в дополнительном ограничителе напряжения и емкостной связи.

Емкостная связь первой ветви может обеспечиваться через иной конденсатор, чем конденсатор второй ветви. Необходимо также отметить, что также только один конденсатор может использоваться для обеспечения емкостной связи обеих выпрямительных схем с входом системы электропитания. В частности, когда первая ветвь использует лишь мощность одной полуволны входной волны переменного тока и когда вторая ветвь использует мощность другой полуволны входной волны переменного тока, должен использоваться лишь один конденсатор, что является предпочтительным с точки зрения стоимости системы электропитания. Результатом является система электропитания, в которой во время одной входной полуволны переменного тока конденсатор подает ток в первую ветвь, а во время другой полуволны конденсатор подает ток во вторую ветвь. Емкость конденсатора определяет величину тока. За счет выбора конкретного предварительно определенного напряжения и конкретного дополнительного предварительно определенного напряжения можно подобрать величину мощности, которая может передаваться через первую ветвь и вторую ветвь, в то время как потери мощности определяются, главным образом, емкостью конденсатора.

В дополнительном варианте осуществления система электропитания работает либо в режиме готовности, либо в рабочем режиме. В рабочем режиме рабочая мощность подается в нагрузку, а в режиме готовности мощность, потребляемая в режиме готовности, подается на выход системы электропитания. Система электропитания дополнительно содержит управляемый переключатель, который размещается параллельно дополнительному ограничителю напряжения. При замыкании управляемого переключателя дополнительный ограничитель напряжения закорачивается. Система электропитания дополнительно содержит контроллер для замыкания управляемого переключателя в режиме готовности. Или же система электропитания содержит дополнительный закорачивающий управляемый переключатель, размещаемый между узлом, общим для емкостной связи и дополнительной выпрямительной схемы, и узлом системы электропитания, имеющим нейтральное напряжение, и содержит контроллер для замыкания дополнительного закорачивающего управляемого переключателя в режиме готовности.

Замыкание управляемого переключателя уменьшает напряжение на дополнительном ограничителе напряжения до нуля, что предотвращает рассеяние мощности в дополнительном ограничителе напряжения. Фактически, в режиме готовности конденсатор емкостной связи между дополнительной выпрямительной схемой и входом подключается параллельно напряжению переменного тока входа. Конденсатор, параллельный напряжению переменного тока, не рассеивает энергии. Дополнительно, замыкание переключателя уменьшает напряжение второго входа до нуля, что приводит к выключению преобразователя постоянного тока в постоянный ток. Следовательно, преобразователь постоянного тока в постоянный ток не может рассеивать энергию в режиме готовности. Таким образом, замыкание переключателя имеет своим результатом более эффективный источник питания в режиме готовности.

Следует отметить, что величина мощности, потребляемой в режиме готовности, которая может обеспечиваться системой электропитания, меньше, чем величина рабочей мощности. Дополнительно, следует отметить, что в режиме готовности, а также в рабочем режиме система электропитания потребляет больше энергии напряжения переменного тока на первом входе, чем величина мощности, которая потребляется нагрузкой, из-за потерь энергии в системе электропитания. Например, в режиме готовности общая потребляемая мощность системы электропитания является суммой рассеяния мощности системой электропитания в режиме готовности и потребляемой мощности нагрузки в режиме готовности.

В одном варианте осуществления абсолютное значение дополнительного предварительно определенного напряжения находится в диапазоне, нижняя граница которого является абсолютным значением предварительно определенного напряжения, а верхняя граница является величиной, в 20 раз превышающей абсолютное значение предварительно определенного напряжения.

Как было указано в другом варианте осуществления, так как дополнительное предварительно определенное напряжение больше предварительно определенного напряжения, ветвь системы электропитания, содержащая преобразователь постоянного тока в постоянный ток и дополнительную выпрямительную схему, способна обеспечивать более высокую мощность. С другой стороны, если должна выдаваться та же величина мощности, емкость конденсатора емкостной связи ветви может быть снижена, и в связи с этим потери мощности в ветви уменьшаются. Верхняя граница дополнительного предварительно определенного напряжения, главным образом, ограничивается стоимостью изготовления компонентов преобразователя постоянного тока в постоянный ток. Например, в случае, если дополнительное предварительно определенное напряжение составляет, например, 2,5 В, верхний предел дополнительного предварительно определенного напряжения составляет 50 В, то это, тем не менее, позволяет использовать в преобразователе постоянного тока в постоянный ток только низковольтные компоненты. Как правило, низковольтный компонент не изготавливается таким образом, чтобы он выдерживал напряжение выше 100 В. Таким образом, верхняя граница дополнительного предварительно определенного напряжения может составлять 100 В, однако коэффициент запаса величиной 2 дает в результате более надежную систему электропитания.

В другом варианте осуществления предварительно определенное напряжение составляет -5 В, а дополнительное предварительно определенное напряжение находится в диапазоне от 5 до 50 В.

Предварительно определенное напряжение величиной -5 В предпочтительно для использования в бытовых электроприборах, если симистор в силовой схеме должен переключаться контроллером, который принимает питание с выхода системы электропитания. Симистор потребляет меньше мощности от переключающего симистора низковольтного сигнала в случае, если переключающий симистор сигнал имеет отрицательное напряжение.

В другом варианте осуществления предварительно определенное напряжение практически равно -3,3 В, а дополнительное предварительно определенное напряжение находится в диапазоне от 3,3 до 33 В.

Дополнительное предварительно определенное напряжение является положительным напряжением, а предварительно определенное напряжение является отрицательным напряжением. Это предпочтительно, поскольку позволяет, например, генерировать предварительно определенное напряжение на основе участка убывающего напряжения волны входного напряжения переменного тока и позволяет генерировать дополнительное предварительно определенное напряжение на основе участка возрастающего напряжения волны входного напряжения переменного тока и, как указано в другом варианте осуществления, это может приводить к меньшей емкости конденсатора или конденсаторов, которые обеспечивают емкостную связь с входным напряжением переменного тока.

Диапазон от 5 до 50 В для дополнительного предварительно определенного напряжения имеет нижнюю границу, которая имеет то же абсолютное значение, что и предварительно определенное напряжение, и имеет верхнюю границу, которая полностью находится в пределах диапазона низких напряжений, чтобы не было необходимости использовать в преобразователе постоянного тока в постоянный ток высоковольтные компоненты.

Следует отметить, что если ограничителем напряжения является полупроводниковый стабилитрон, практически осуществимая величина предварительно определенного напряжения составляет -4,7 В ввиду наличия полупроводниковых стабилитронов с конкретным напряжением. В этом случае дополнительное предварительно определенное напряжение может иметь абсолютное значение в диапазоне от 4,7 до 50 В.

В другом варианте осуществления система электропитания выполнена с возможностью работать либо в резервном режиме для подачи мощности, потребляемой в резервном режиме, на нагрузку, либо в рабочем режиме для подачи рабочей мощности на нагрузку. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток содержит промежуточный вольтодобавочный преобразователь, который содержит управляемый переключатель. В рабочем режиме управляемый переключатель модулирует ток через катушку индуктивности. Система электропитания дополнительно содержит контроллер для управления управляемым переключателем. Переключатель постоянно замкнут в режиме готовности системы электропитания таким образом, что дополнительный ограничитель напряжения закорачивается через катушку индуктивности. Переключатель поочередно изменяет свое состояние между замкнутым и разомкнутым в рабочем режиме системы электропитания для управления сохранением энергии в катушку индуктивности и для управления освобождением энергии из катушки индуктивности.

Промежуточный вольтодобавочный преобразователь является относительно недорогим преобразователем постоянного тока в постоянный ток с относительно простой топологией и небольшим числом компонентов. В промежуточных вольтодобавочных преобразователях последовательно катушке индуктивности имеется управляемый переключатель. Последовательная компоновка управляемого переключателя и катушки индуктивности осуществляется между вторым входом и уровнем нейтрального напряжения промежуточного вольтодобавочного преобразователя. Таким образом, при постоянном замыкании переключателя второй вход постоянно подключается к уровню нейтрального напряжения, при этом дополнительный ограничитель напряжения по существу закорачивается. Как указано в другом варианте осуществления, это может быть предпочтительным в режиме готовности, поскольку снижает потери мощности в режиме готовности в дополнительном ограничителе напряжения. Дополнительно, постоянное замыкание переключателя выключает преобразователь постоянного тока в постоянный ток, поскольку напряжение второго входа по существу снижается до нуля. Если осуществляется управление управляемым переключателем для изменения состояния между разомкнутым и замкнутым, катушка индуктивности может сохранять электрическую энергию, когда переключатель замкнут и может высвобождать энергию, когда переключатель разомкнут, тем самым выдавая ток на выход системы электропитания. Таким образом, контроллер и управляемый переключатель, которые имеются во всех промежуточных вольтодобавочных преобразователях, имеют дополнительную функцию закорачивания дополнительного ограничителя напряжения в режиме готовности таким образом, что потери мощности в дополнительном ограничителе напряжения предотвращаются. Таким образом, дополнительные компоненты не требуются, и экономится больше энергии.

В другом варианте осуществления система электропитания выполнена с возможностью работать либо в режиме готовности для подачи мощности, потребляемой в режиме готовности, на нагрузку, либо в рабочем режиме для подачи рабочей мощности на нагрузку. Система электропитания содержит контроллер для управления управляемым переключателем с целью отключения второго входа преобразователя постоянного тока в постоянный ток от емкостной связи с входом в режиме готовности.

Отключение второго входа от емкостной связи с входом по существу приводит к выключению преобразователя постоянного тока в постоянный ток. Отключение преобразователя постоянного тока в постоянный ток предотвращает потери мощности в преобразователе постоянного тока в постоянный ток во время режима готовности. Ветвь системы электропитания, содержащая выпрямительную схему и ограничитель напряжения, обеспечивает мощность, потребляемую в режиме готовности, и может быть оптимально рассчитана на режим готовности, а в рабочем режиме преобразователь постоянного тока в постоянный ток может обеспечивать дополнительную мощность на выход.

В одном варианте осуществления напряжение переменного тока, принятое на первом входе, включает в себя участок возрастающего напряжения волны напряжения переменного тока и содержит участок убывающего напряжения волны напряжения переменного тока. Выпрямительная схема выпрямляет только один из участков - участок возрастающего напряжения или участок убывающего напряжения, а дополнительная выпрямительная схема выпрямляет другой из участков - участок возрастающего напряжения или участок убывающего напряжения.

Участок возрастающего напряжения - это участок волны напряжения переменного тока, на котором уровень напряжения возрастает. Участок убывающего напряжения - это участок волны напряжения переменного тока, на котором уровень напряжения убывает. Данный вариант осуществления позволяет использовать один конденсатор на емкостную связь, в которой конденсатор подает ток в выпрямительную схему, когда напряжение переменного тока находится либо на участке убывающего напряжения, либо на участке возрастающего напряжения, при этом конденсатор подает ток на дополнительную выпрямительную схему на другом участке. Таким образом, для емкостной связи требуется минимальное число компонентов.

В одном варианте осуществления система электропитания содержит емкостную связь, предусматриваемую между первым входом и выпрямительной схемой и предусматриваемую между первым входом и дополнительной выпрямительной схемой. Емкостная связь содержит конденсатор для обеспечения емкостной связи.

Наличие емкостной связи позволяет использовать один конденсатор. Таким образом, для емкостной связи требуется минимальное число компонентов.

В одном варианте осуществления дополнительный ограничитель напряжения содержит защиту от перенапряжений и управляемый переключатель ограничения напряжения. Первый вход защиты от перенапряжений связан со вторым входом, а второй вход защиты от перенапряжений связан с предварительно определенным опорным напряжением. Выход защиты от перенапряжений связан с управляемым переключателем ограничения напряжения для управления нахождением управляемого переключателя ограничения напряжения либо в проводящем режиме, либо в непроводящем режиме. Управляемый переключатель ограничения напряжения связан с узлом, являющимся общим для емкостной связи и дополнительной выпрямительной схемы и связан с нейтральным напряжением системы электропитания.

Защита от перенапряжений в практическом варианте осуществления является компаратором с гистерезисом. Если напряжение второго входа является слишком высоким, защита от перенапряжений управляет управляемым переключателем ограничения напряжения в проводящем режиме, при этом ток не передается на второй вход через дополнительную выпрямительную схему, вследствие чего уровень напряжения второго входа может понизиться. Если напряжение второго входа является слишком низким, защита от перенапряжений управляет управляемым переключателем ограничения напряжения в непроводящем режиме, при этом ток может передаваться на второй вход через дополнительную выпрямительную схему, вследствие чего уровень напряжения второго входа может повыситься. Дополнительно, при замкнутом управляемом переключателе ограничения напряжения емкостная связь осуществляется параллельно напряжению переменного тока, вследствие чего мощность в емкостной связи не рассеивается, что снижает потери мощности системы электропитания.

В дополнительном варианте осуществления ограничитель напряжения содержит защиту от перенапряжений для детектирования выпрямленного выходного напряжения, являющегося слишком высоким и слишком низким относительно предварительно определенного напряжения. Дополнительный ограничитель напряжения содержит управляемый переключатель ограничения напряжения. Управляемый переключатель ограничения напряжения связан с узлом, являющимся общим для емкостной связи и дополнительной выпрямительной схемы, и связан с нейтральным напряжением системы электропитания. Управляемый переключатель ограничения напряжения управляется защитой от перенапряжений с переходом в проводящее состояние, если абсолютное значение выпрямленного выходного напряжения является слишком высоким, и с переходом в непроводящее состояние, если абсолютное значение выпрямленного выходного напряжения является слишком низким.

В данном варианте осуществления управление уровнем дополнительного выпрямленного выходного напряжения производится на основе отклонений выпрямленного выходного напряжения от предварительно определенного напряжения. Если управление управляемым переключателем ограничения напряжения осуществляется в проводящем состоянии, уровень дополнительного выпрямленного выходного напряжения снижается, при этом величина мощности, передаваемой преобразователем постоянного тока в постоянный ток на выход, уменьшается, вследствие чего уровень выпрямленного выходного напряжения снижается. Если управление управляемым переключателем ограничения напряжения осуществляет