MINICONVERTIDOR DE TENSIÓN MONOLÍTICO DE MUY BAJA TENSIÓN DE ENTRADA.

Dispositivo de conversión de tensión continua que comprende medios (2) que forman un convertidor de DC/DC, medios

(7) que forman un depósito de energía capacitados para alimentar medios (4), caracterizado porque los medios que forman el depósito de energía son detectores de umbral para proporcionar una señal de disparo para la puesta en marcha del convertidor, muestreando los medios detectores de umbral una señal de entrada (Ve) y detectando la aparición de una tensión de la señal de entrada utilizable por el convertidor, habilitando los medios detectores de umbral el suministro de una señal de arranque al convertidor cuando la señal de entrada es superior a un umbral, siendo suministrada la señal de entrada por una fuente de energía diferente de los medios que forman el depósito de energía.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2005/050568.

Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: BATIMENT "LE PONANT D" 25, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: CONDEMINE,Cyril, DURET,Denis, LHERMET,Hélène.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 11 de Julio de 2005.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Detalles de aparatos para transformación > H02M1/36 (Medios para arrancar o parar convertidores)

Clasificación PCT:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Detalles de aparatos para transformación > H02M1/36 (Medios para arrancar o parar convertidores)

Clasificación antigua:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > H02M1/00 (Detalles de aparatos para transformación)

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.

PDF original: ES-2371443_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Miniconvertidor de tensión monolítico de muy baja tensión de entrada Sector técnico y técnica anterior La invención concierne al dominio de los convertidores de baja tensión de entrada, de baja potencia. La invención concierne igualmente al sector de los circuitos integrados monolíticos analógicos para electrónica, y más en particular al de los convertidores de tensión conocidos como de corte: éstos son dispositivos que, conectados a una fuente de tensión variable a través de una gama amplia, por ejemplo de 0,5 V a 15 V, son capaces de generar una tensión regulada fija, por ejemplo de 3,3 V, para alimentar circuitos electrónicos. Las aplicaciones de los convertidores de baja tensión son, en particular, la alimentación eléctrica de los objetos llamados comunicantes y de los objetos nómadas. Un dispositivo de ese tipo se encuentra descrito en el documento US 2004/080304 y constituye la técnica anterior más cercana a la invención en la que está basado el preámbulo de la reivindicación 1. Estos convertidores permiten obtener tensiones apropiadas para la alimentación de circuitos electrónicos a partir de diferentes configuraciones de pilas o de baterías. Los catálogos de diferentes fabricantes especializados suministradores de convertidores de tensión describen tales dispositivos. Se puede citar, en particular, el SII-IC (véase http://www.sii-ic.com/). Otro fabricante es MAXIM (http://www.maxim-ic.com). La nota de aplicación AN 710 de este fabricante explica el funcionamiento de este tipo de dispositivo (véase http://www.maxim-ic.com/appnotes número/710). El mejor de estos dispositivos conocidos no puede convertir más que tensiones a partir de 0,9 V aproximadamente. Teniendo en cuenta el desarrollo de dispositivos electrónicos itinerantes y la disminución de su consumo, se plantea el problema de encontrar otras fuentes de energía distintas de las pilas habituales, como la clásica R3 de 1,5 V. Otro problema consiste en poder utilizar estas fuentes hasta una descarga casi completa, y en cualquier caso inferior a 0,9 V. Existe por tanto un interés técnico y económico en cuanto a disponer de un circuito que permita utilizar fuentes de tensión más baja que 0,9 V, típicamente de hasta algunas decenas de mV. La tensión de umbral para el funcionamiento de los convertidores conocidos deriva de la física de los dispositivos activos implantados en los circuitos integrados (transistores de tipo MOF). Se pretende disponer de dispositivos de tensión de entrada más baja. Exposición de la invención La invención concierne a un dispositivo de conversión de tensión continua tal como el definido en la reivindicación 1. La tensión de este depósito de energía puede ser acoplada a medios, por ejemplo una arquitectura electrónica, que permiten arrancar el convertidor. El convertidor puede recargar, a su vez, tras el arranque, el depósito de energía merced a su tensión de salida superior a la tensión del depósito de energía. De ese modo, es posible utilizar bajas tensiones de entrada, por ejemplo comprendidas entre 10 mV y 0,1 V o 0,5 V para poder arrancar un convertidor, siendo estas bajas tensiones de entrada compensadas por el aporte del depósito de energía o de medios de aporte complementarios en cuento a energía. El convertidor va a poder generar, a su vez, una tensión regulada fija, por ejemplo de 3,3 V, para la alimentación de circuitos electrónicos. La invención propone igualmente un circuito de vigilancia que incluye medios de comparación de una tensión de entrada con un valor de umbral, medios de activación de los medios de comparación, y medios de mantenimiento del nivel del resultado de la comparación cuando los medios de comparación son desactivados. El circuito de vigilancia tiene, con preferencia, un consumo extremadamente bajo, para el caso de que el convertidor 2   deba permanecer en posición de espera durante largo tiempo. Breve descripción de las figuras La figura 1 representa un dispositivo según la invención, la figura 2 representa una realización de medios de vigilancia, la figura 3 representa una realización de medios convertidores y de regulación de carga, las figuras 4A 4D y 5A 5C ilustran un ejemplo de realización de la invención, la figura 6 representa un ejemplo de micro-batería. Exposición detallada de modos de realización particulares La figura 1 representa un modo de realización de la invención. El bloque 2 de convertidor de dc/dc comprende un filtro elevador (up-converter), por ejemplo por modulación de impulsos. Los medios 4 forman un circuito de vigilancia para una detección de umbral. Se trata de un circuito, con preferencia de muy bajo consumo, cuya misión es la de muestrear, por ejemplo periódicamente, una tensión de entrada Ve para detectar la aparición de una fuente utilizable por el convertidor. Tras la detección de esta fuente, se dispara un circuito de reloj 6. Si no es así, se utilizan los medios 7 internos de alimentación, o que forman el depósito de energía, por ejemplo una batería o una micro-batería interna. Estos medios 7 permiten hacer que arranque el convertidor 2 cuando la tensión de entrada Ve es insuficiente. En la figura 1, la mención Vbatt o Vdd indica que el convertidor 2 está alimentado ya sea por los medios 7 ya sea por Vdd, realizándose la selección con la ayuda de medios de conmutación. Tras el arranque del convertidor, éste suministra una tensión Vout utilizable en el exterior por parte de un circuito electrónico externo. Esta tensión suministrada por el convertidor puede ser utilizada internamente, por ejemplo para recargar los medios 7 con vistas a su próxima utilización, en particular si los mismos han sido descargados durante el arranque del convertidor 2. Esta recarga puede ser realizada con la ayuda de medios 8 de regulación de carga. Se pueden añadir otras mejoras, tal como un circuito externo para desconectar la micro-batería o un circuito de recarga interior al regulador. Un modo de realización de los medios 4 de circuito de vigilancia ha sido ilustrado en la figura 2. Estos medios están alimentados por la tensión de entrada suministrada por los medios 7 o por la tensión de salida Vdd. Éstos permiten detectar, por ejemplo mediante comparación de la tensión de entrada Ve con un umbral S1 de tensión de referencia, cuándo esta tensión de entrada es suficientemente elevada, o superior al umbral S1, para poder arrancar el convertidor 2. Este umbral constituye la tensión mínima de funcionamiento (40 mV por ejemplo). Si este circuito 4 no existiera, se podría encontrar una situación en la que se descargaran por completo los medios 7 (el depósito de energía) y el sistema no podría entonces arrancar más que para tensiones Ve de entrada superiores a, por ejemplo, 0,8 V. Con el fin de limitar el consumo del circuito de vigilancia, el mantenimiento de la tensión de entrada puede ser llevado a cabo de forma escalonada o periódica. Según se ha ilustrado en la figura 2, el circuito de vigilancia incluye por ejemplo medios 12 que permiten la comparación, con la ayuda de un comparador 121, de la tensión de entrada Ve con una tensión de referencia VREF 3   suministrada por medios 120 que generan tal tensión de referencia. Esta comparación puede ser activada periódicamente por medio de una señal de activación ACT. Si la tensión de entrada Ve es superior al valor de umbral de tensión, los medios 4 producen una señal S de disparo del convertidor 2, por ejemplo mediante el comando del reloj 6 (figura 1). El convertidor 2 es entonces alimentado directamente por la reserva de tensión 7. Los medios 4 no habilitan al depósito 7 a suministrar su tensión más que cuando la tensión de entrada Ve es superior a este valor de umbral. El cruce del valor de umbral indica un incremento de la tensión de entrada, criterio según el cual se puede iniciar razonablemente la alimentación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Dispositivo de conversión de tensión continua que comprende medios (2) que forman un convertidor de DC/DC, medios (7) que forman un depósito de energía capacitados para alimentar medios (4), caracterizado porque los medios que forman el depósito de energía son detectores de umbral para proporcionar una señal de disparo para la puesta en marcha del convertidor, muestreando los medios detectores de umbral una señal de entrada (Ve) y detectando la aparición de una tensión de la señal de entrada utilizable por el convertidor, habilitando los medios detectores de umbral el suministro de una señal de arranque al convertidor cuando la señal de entrada es superior a un umbral, siendo suministrada la señal de entrada por una fuente de energía diferente de los medios que forman el depósito de energía. 2.- Dispositivo según la reivindicación 1, incluyendo los medios (4) unos medios (12) para comparar la tensión de entrada (Ve) con una tensión de referencia (VREF). 3.- Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, incluyendo los medios (4) detectores de umbral medios (10) para muestrear la tensión de entrada de forma periódica. 4.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que un circuito de reloj (6) se dispara cuando una tensión de entrada es superior a un valor de umbral, enviando el citado circuito un impulso para hacer que se ponga en marcha el convertidor (2). 5.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, que incluye además medios (4, 8) para recargar los medios que forman el depósito de energía cuando funcionan los medios que forman el convertidor. 6.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, que incluye medios (22) de regulación por modulación de impulso asociados a un control de tipo PID. 7.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, que incluye además medios para desconectar los medios que forman el depósito de energía, de tal modo que los mismos no alimenten ya el convertidor, cuando la tensión generada por el convertidor supera un valor de umbral. 8.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye medios (20) que forman un filtro elevador y medios (22) de regulación. 9.- Dispositivos según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que los medios (7) que forman el depósito de energía incluyen una micro-batería. 10.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los medios (7) que forman el depósito de energía incluyen un convertidor mecánico. 7   8   9     11   12   13