ES2225415T3 - Convertidor reductor de tension. - Google Patents

Abstract

Convertidor reductor de tensión para la conversión de una tensión continua de entrada (UE) en una tensión continua de salida (UA), en el que está previsto, en una derivación longitudinal, el circuito en serie de un conmutador controlado (S, T1) en el sensor de corriente (F, R1) y de una inductividad (L) y, en una derivación transversal, entre el conmutador y la inductividad está previsto un diodo de marcha libre (DF) y, en el lado de salida, está previsto un condensador de alisamiento (Cg) y el conmutador está activado para la abertura y el cierre periódicos desde un transistor de control (T2) de un circuito de activación (AST) en función de la corriente longitudinal (IL), caracterizado porque el conmutador controlado está configurado como transistor de conmutación (T1) autoconductor, al que se alimenta una tensión de bloqueo generada en la derivación longitudinal a través de un diodo Zener (D1) con un condensador (C1) conectado en paralelo con él, a partir de la consecución de un valor máximo de la corriente longitudinal (I) detectado a través del sensor de corriente (F, R1).

Description

Convertidor reductor de tensión.

La invención se refiere a un convertidor reductor de tensión para la conversión de una tensión continua de entrada en una tensión continua de salida, en el que está previsto, en una derivación longitudinal, el circuito en serie de un conmutador controlado y de una inductividad y, en la derivación transversal, entre el conmutador y la inductividad está previsto un diodo de marcha libre y, en el lado de salida, está previsto un condensador de alisamiento y el conmutador está activado para la abertura y el cierre periódicos desde un circuito de activación en función de la corriente longitudinal. Se conoce a partir del documento JP10014127 un convertidor reductor de corriente con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Se conocen convertidores reductores de tensión de este tipo en una pluralidad de variaciones. Se utilizan, por ejemplo, para cargar acumuladores, para alimentar diodos luminosos o para alimentar circuitos primarios de activación desde fuentes de alimentación de modo conmutado.

Se conoce a partir del documento WO 99/13559 un convertidor reductor de DC/DC con un regulador de conmutación. El regulador de conmutación presenta medios de conmutación para la conmutación de la tensión de entrada DC no regulada, un amplificador detector de corriente para la activación de los medios de conmutación, un generador de histéresis para la activación del amplificador detector de corriente así como un circuito de salida para la generación de una señal DC regulada para la fase de salida.

Si se quiere utilizar el convertidor reductor de tensión del tipo indicado sin circuito intermedio de una transformación en una red doméstica habitual con 230 voltios de tensión alternas -o bien después de la rectificación aproximadamente 325 voltios-, entonces se plantea el problema de que no sólo el conmutador controlado debe presentar la resistencia correspondiente a la tensión, sino también el circuito de activación correspondiente. Puesto que después de la conexión, además de la alta tensión de entrada mencionada, no está presente otra fuente de tensión, hay que acceder a la alta tensión de entrada. Para bloquear uno de los transistores de efecto de campo que se bloquean por sí mismos, utilizados habitualmente, la puerta debe desconectar de nuevo la tensión, de manera que se encuentra aquí toda la tensión de entrada. Además, debe preverse un circuito de protección para la puerta contra tensiones excesivamente altas, lo que eleva el gasto de componentes.

Otra variante consiste en que la puerta no desconecte la tensión y en cerrar brevemente la puerta. En este caso, no existen, en efecto, requerimientos de tensión especiales para el elemento de conmutación utilizado, pero debe generarse la alimentación de la tensión para la puerta siempre a partir de la alta tensión de entrada, a cuyo fin se utiliza una resistencia previa, que conduce de nuevo a una potencia de pérdida alta no deseada. Una resistencia previa de este tipo debe dimensionarse para la alta tensión de entrada y para una potencia más elevada, y de ello se deriva como consecuencia que en el caso de una resistencia previa optimizada en la potencia, se suprime el intervalo de tensión de entrada amplio deseado en sí de un convertidor reductor de tensión de este tipo.

El cometido de la invención consiste en crear un convertidor reductor de tensión, que se puede realizar, en el caso de un intervalo de tensión de entrada alto, con gasto reducido y con la potencia de pérdida más reducida posible.

Este cometido se soluciona según la invención con un convertidor reductor de tensión del tipo mencionado al principio porque el conmutador controlado está configurado como transistor de conmutación autoconductor, que está activado por un transistor de control, al que se alimenta una tensión de bloqueo generada en la derivación longitudinal a través de un diodo Zener con un condensador conectado en paralelo con él, a partir de la consecución de un valor máximo de la corriente longitudinal detectado a través del sensor de corriente.

Por medio de la utilización de un transistor de conmutación autoconductor, se puede realizar el circuito de activación o bien el elemento de conmutación necesario para la activación con una resistencia de la tensión esencialmente reducida y, por lo tanto, con un coste más favorable. No son necesarias resistencias previas para la alimentación de la activación, de manera que se suprime un gasto de potencia en este sentido.

Es ventajoso que en paralelo con el diodo Zener está conectado un condensador, puesto que de esta manera se mantiene una tensión de bloqueo para el transistor de efecto de campo, aunque no fluya ya corriente.

Además, es conveniente que el transistor de conmutación sea un FET de depleción, en el que la puerta y el drenaje están unidos entre sí a través de una resistencia de puerta y drenaje.

Una forma de realización de coste favorable y sencillo se caracteriza porque el sensor de corriente está configurado en la derivación longitudinal como resistencia de detección, pudiendo ser alimentada la caída de la tensión que aparece en esta resistencia al trayecto de base - emisor del transistor de control, que es conducida con su colector hacia la puerta del transistor de conmutación. En este caso, de una manera más conveniente, la resistencia de detección se encuentra en la derivación longitudinal entre el diodo Zener y la inductividad.

Para la mejora del comportamiento de conmutación es ventajoso que esté previsto un transistor de descarga, cuyo trayecto de colector - emisor en serie con una resistencia de descarga puentea el trayecto de puerta - fuente del transistor de conmutación, en el que se puede alimentar al trayecto de base - emisor del transistor de descarga la caída de la tensión en otra resistencia de detección en la derivación longitudinal.

Para impedir un deterioro del condensador de alisamiento en el caso de interrupción de la carga, es conveniente que la tensión de salida en el condensador de alisamiento esté limitada por medio de un limitador de tensión, como un diodo Zener.

A continuación se explica en detalle la invención junto con otras ventajas con referencia al dibujo. En éste:

La figura 1 muestra el circuito de principio de un convertidor reductor de tensión también según la invención.

La figura 2 muestra un diagrama simplificado de un convertidor reductor de tensión según la invención, y

La figura 3 muestra un circuito que corresponde a la figura 2, pero con un transistor de descarga y con una limitación de la tensión en la salida.

Un convertidor reductor de tensión presenta, según la figura 1, en una derivación longitudinal, un conmutador S controlado, que se abre y se cierra, respectivamente, a través de un circuito de activación AST, en función de una corriente medida a través de un sensor F en la derivación longitudinal. En la derivación longitudinal se encuentra, además, detrás del conmutador controlado una inductividad L, a través de la cual puede fluir una corriente IL hacia una resistencia de carga RL o bien hacia un condensador de alisamiento CG que se encuentra en paralelo con ella. Para configurar el circuito capaz de funcionar, debe preverse todavía un diodo de marcha libre DF, que se encuentra de la manera mostrada en la derivación transversal entre el conmutador S controlado y la inductividad L, de manera que la energía almacenada en la inductividad L puede ser cedida al consumidor. Se supone que se conoce el modo de funcionamiento de un circuito de este tipo, que convierte una tensión continua de entrada UE de la magnitud, por ejemplo, de 50 a 350 voltios, en una tensión continua de salida UA, por ejemplo de 12 voltios.

La figura 2 muestra ahora un circuito según la invención, en el que el conmutador controlado está configurado como transistor FET del tipo de depleción o del tipo de empobrecimiento. Un transistor FET de este tipo es autoconductor. La fuente y la puerta del transistor T1 están conectadas entre sí a través de una resistencia de fuente-puerta R3. En la derivación longitudinal, a continuación del transistor T1 sigue un diodo Zener D1 con una tensión Zener en el intervalo de algunos voltios, por ejemplo 6 voltios, estando puenteado el diodo Zener D1 a través de un condensador C1. Además, en la derivación longitudinal sigue una resistencia de detección R1 y a continuación una inductividad L, que conduce hacia la salida con el condensador de alisamiento CG y la carga, representada aquí como resistencia RL. Entre la resistencia de detección R1 y el diodo Zener D1 en la derivación longitudinal, una resistencia R2 conduce hacia el diodo de marcha libre DF, siendo detectada la caída de la tensión en la resistencia R1, de acuerdo con la corriente I_{L} a través de un transistor de control T2, es decir, se alimenta a su trayecto de base - emisor. El emisor del transistor de control D2 se encuentra en la derivación longitudinal entre la resistencia de detección R1 y la inductividad L, en cambio su colector está conducido hacia la puerta del transistor FET T1.

A continuación se explica brevemente el modo de funcionamiento del circuito: tan pronto como aparece una tensión de entrada UE, fluye una corriente a través del transistor FET T1, en primer lugar a través de C1, a través de R1 y a través de la inductividad L y RL, realizándose esencialmente una subida lineal de la tensión, hasta que la caída de la tensión, de acuerdo con el aumento de la corriente IL en R1 es tan grande que el transistor D2 es conmutado y la caída esencial de la tensión en el diodo Zener D1 llega como tensión de bloqueo a la puerta del transistor FET T1, de manera que éste se bloquea. Ahora se produce la reducción de la energía desde la inductividad L, fluyendo una corriente a través de la resistencia R1, la resistencia R2 y el diodo de marcha libre DF. En este caso, el transistor de control T2 permanece conductor, y el transistor FET T1 permanece bloqueado. A medida que se reduce la corriente en esta fase de descarga de la inductividad L, se reduce la corriente de base a través del transistor de control T2, de manera que finalmente el transistor FET T1 se vuelve de nuevo conductor. Hay que mencionar que el condensador C1, que se encuentra paralelo al diodo Zener D1 en la derivación longitudinal, es muy esencial durante la fase de bloqueo del transistor FET, puesto que mantiene una tensión de bloqueo, aunque no fluye ya ninguna corriente.

En la figura 3 se muestra cómo se puede mejorar el comportamiento de desconexión del transistor de efecto de campo a través de un transistor de descarga T3. En la derivación longitudinal según la figura 3, entre el transistor FET T1 y el diodo Zener D1 se encuentra otra resistencia R6, siendo alimentada la tensión que cae en esta resistencia al emisor o bien a la base del transistor de descarga T3, en cambio el colector de este transistor está conducido a través de una resistencia R5 hacia la puerta del transistor FET T1. El valor de la resistencia del colector R5 es en la práctica, por ejemplo, aproximadamente 1/10 del valor de la resistencia de puerta - fuente R3. Cuando el transistor FET T1 comienza de nuevo a conducir, entonces aparece una tensión en la resistencia R6 y fluye una corriente a la base del transistor de descarga T3, que es conmutado ahora, de manera que la carga de la puerta puede ser disipada rápidamente a través de la resistencia R5 de impedancia comparativamente baja.

La invención crea una alimentación de corriente que ahorra energía y de coste favorable para consumidores, especialmente de poca potencia, que deben ser alimentados directamente desde la red, por ejemplo la red doméstica de 230 voltios, suprimiendo una resistencia con desarrollo de calor correspondiente y consumo de energía innecesario, así como también, por ejemplo, un transformador pequeño. Hay que indicar que el circuito es, por una parte, resistente a cortocircuito, siendo determinada la corriente máxima, es decir, la "corriente de carga" de la inductividad L sobre todo a través de la resistencia R1. En cambio, el valor de la resistencia R2, junto con el valor de la resistencia R1, determinan la corriente de descarga de la inductividad L. A través del dimensionado correspondiente de las resistencias R1 y R2 se puede realizar una adaptación de la potencia a los consumidores respectivos. Puesto que la corriente de carga es aproximadamente constante sobre zonas amplias, la potencia consumida o bien emitida depende de la tensión de partida UA, que está limitada, en la forma de realización según la figura 3, a través de un diodo Zener D3, por ejemplo a 12 voltios, puesto que sin una limitación de este tipo, en el caso de supresión de la carga (RL = \infty), la tensión adoptaría en el condensador de alisamiento CG, en principio, el valor de la tensión de entrada UE.

Aunque el circuito según la figura 3 es especialmente recomendable, hay que indicar que el transistor de descarga T3 no es necesario cuando la potencia o bien la corriente del convertidor reductor de tensión es pequeña, lo que conduce al circuito según la figura 2, en el que, naturalmente, podría estar presente igualmente un diodo Zener D3 para la limitación de la tensión de salida.

Claims (6)

1. Convertidor reductor de tensión para la conversión de una tensión continua de entrada (U_{E}) en una tensión continua de salida (U_{A}), en el que está previsto, en una derivación longitudinal, el circuito en serie de un conmutador controlado (S, T1) en el sensor de corriente (F, R_{1}) y de una inductividad (L) y, en una derivación transversal, entre el conmutador y la inductividad está previsto un diodo de marcha libre (D_{F}) y, en el lado de salida, está previsto un condensador de alisamiento (C_{g}) y el conmutador está activado para la abertura y el cierre periódicos desde un transistor de control (T2) de un circuito de activación (AST) en función de la corriente longitudinal (I_{L}), caracterizado porque el conmutador controlado está configurado como transistor de conmutación (T1) autoconductor, al que se alimenta una tensión de bloqueo generada en la derivación longitudinal a través de un diodo Zener (D1) con un condensador (C1) conectado en paralelo con él, a partir de la consecución de un valor máximo de la corriente longitudinal (I) detectado a través del sensor de corriente (F, R_{1}).

2. Convertidor reductor de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque el transistor de conmutación (T1) es un FET de depleción, en el que la puerta y la fuente están conectadas entre sí por medio de una resistencia (R3) de puerta y fuente.

3. Convertidor reductor de tensión según la reivindicación 2, caracterizado porque el sensor de corriente está configurado en la derivación longitudinal como resistencia de detección (R1), pudiendo ser alimentada la caída de la tensión que aparece en esta resistencia al trayecto de base - emisor del transistor de control (T2), que es conducida con su colector hacia la puerta del transistor de conmutación (T1).

4. Convertidor reductor de tensión según la reivindicación 3, caracterizado porque la resistencia de detección (R1) se encuentra en la derivación longitudinal entre el diodo Zener (D1) y la inductividad.

5. Convertidor reductor de tensión según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque está previsto un transistor de descarga (T3), cuyo trayecto de colector - emisor en serie con una resistencia de descarga (R5) puentea el trayecto de puerta - fuente del transistor de conmutación (T1), en el que se puede alimentar al trayecto de base - emisor del transistor de descarga la caída de la tensión en otra resistencia de detección (R6) en la derivación longitudinal.

6. Convertidor reductor de tensión según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la tensión de salida está limitada en el condensador de alisamiento (C_{g}) por medio de un diodo Zener (D3).