ES2235614A1 - Circuito de control seguro ante fallos para aparatos electrodomesticos. - Google Patents
Circuito de control seguro ante fallos para aparatos electrodomesticos.Info
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Abstract
Circuito de control seguro ante fallos para aparatos electrodomésticos mediante el cual se activa al menos una carga eléctrica (10). El circuito de control comprende medios lógicos de control (1), medios interruptores de maniobra (8) y medios interruptores de seguridad (9) conectados en serie con la carga eléctrica (10), y medios (6, 7) mediante los cuales se activan dichos medios interruptores (8, 9) en función de señales de comando (4, 5) enviadas por los medios lógicos de control (1), de tal manera que dicho circuito de control es seguro ante el fallo de cualquiera de sus componentes, incluidos los propios medios lógicos de control (1).
Description
Circuito de control seguro ante fallos para
aparatos electrodomésticos.
La presente invención se relaciona con circuitos
de control mediante los que se activan las cargas eléctricas de los
aparatos electrodomésticos.
Son conocidos sistemas de control para la
activación de cargas eléctricas en aparatos electrodomésticos que
comprenden un circuito electrónico que incluye medios lógicos de
control tales como un microprocesador. En este tipo de sistemas de
control, es importante garantizar la seguridad ante fallos del
propio circuito electrónico, y particularmente ante fallos de los
medios lógicos de control.
US 5,175,413 describe un sistema de control
seguro ante fallos que actúa sobre un relé de potencia mediante el
que se alimenta un elemento resistivo de calentamiento en un
aparato de cocción. El sistema de control comprende un circuito
lógico, tal como un microprocesador, con una salida conectada con
una primera rama que actúa sobre un primer transistor y una segunda
rama que actúa sobre un segundo transistor. El primer y segundo
transistor están ambos en serie, estando a su vez en serie con el
relé de potencia. La primera rama, que comprende un amplificador
operacional, actúa sobre el primer transistor sólo si recibe pulsos
desde la salida del microprocesador, con lo cual se consigue no
alimentar el relé de potencia si falla el microprocesador. La
segunda rama, que comprende también un amplificador operacional,
actúa sobre el segundo transistor en función de las instrucciones
del usuario.
El principal inconveniente del sistema de control
descrito es que no es seguro ante el pegado de los contactos del
relé de potencia que maniobra la carga, ya que dicho pegado haría
que dicha carga quedase encendida de forma ininterrumpida.
Por otra parte, en dicho sistema de control es
necesario emplear transistores con gran capacidad contra la segunda
ruptura, ya que en el caso de que se produjese un fallo en el diodo
volante del relé de potencia, quedando éste en circuito abierto, la
sobretensión que se produciría en dichos transistores al
interrumpir la corriente de la bobina del relé de potencia sería muy
elevada. Si se produjese avalancha en dichos transistores por
efecto de la sobretensión generada por la bobina del relé de
potencia, los transistores se cortocircuitarían, haciendo que, con
un único fallo, los contactos del relé de potencia quedasen
cerrados.
Además, es necesario que los dos amplificadores
operacionales no estén integrados en un mismo circuito integrado ya
que, por ejemplo, con un único fallo como la desconexión de masa de
dicho circuito integrado, ambas salidas quedarían simultáneamente a
nivel alto, provocando la circulación de corriente por la bobina
del relé de potencia, quedando la carga alimentada de forma
ininterrumpida.
El principal objeto de la invención es el de
proporcionar un circuito de control para aparatos electrodomésticos
que sea seguro ante fallos. Un segundo objeto de la invención es el
de proporcionar un circuito de control seguro ante fallos que sea
de gran simplicidad y fiabilidad y de bajo coste.
El circuito de control de la invención, mediante
el cual se activa al menos una carga eléctrica, comprende medios
lógicos de control, unos medios interruptores de maniobra entre
dicha carga eléctrica y una tensión de alimentación, y un primer
circuito excitador que recibe una primera señal de comando de los
medios lógicos de control, actuando dicho primer circuito excitador
sobre dichos medios interruptores de maniobra.
Comprende también medios interruptores de
seguridad entre la carga eléctrica y la tensión de alimentación, y
un segundo circuito excitador que recibe una segunda señal de
comando de los medios lógicos de control, actuando dicho segundo
circuito excitador sobre los medios interruptores de seguridad de
tal manera que cierra dichos medios interruptores de seguridad sólo
si dicha segunda señal de comando es una señal de pulsos.
La principal ventaja del circuito de control de
la invención es que es seguro ante el fallo de cualquiera de sus
componentes, incluido el fallo de los propios medios lógicos de
control y el fallo de los medios interruptores de maniobra o los
medios interruptores de seguridad. Ello implica que, ante el fallo
de uno cualquiera de dichos componentes, no existirá el riesgo de
que la carga eléctrica quede alimentada de forma ininterrumpida,
proporcionando así seguridad a los usuarios.
Por otro lado, otra ventaja importante del
circuito de control de la invención es su gran simplicidad y, como
consecuencia de ello, su fiabilidad, ya que se reduce el número de
fallos potenciales a considerar. Para ello, se emplean circuitos
sencillos en los que se prescinde de elementos tales como
amplificadores operacionales. Evidentemente, la simplicidad del
circuito de control tiene también como consecuencia la reducción
del coste del mismo.
Estos y otros objetos, ventajas y características
de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de
la descripción detallada de la misma.
La Fig. 1 representa un esquema general de la
configuración básica de la invención.
La Fig. 2 muestra un esquema en detalle de una
primera realización de la configuración de la Fig. 1.
La Fig. 3 representa las principales señales
involucradas en la realización de la Fig. 2.
La Fig. 4 representa las señales relativas al
circuito de excitación de los medios interruptores de seguridad de
la Fig. 2.
La Fig. 5 muestra una segunda realización del
circuito de excitación de los medios interruptores de seguridad de
la Fig. 2.
La Fig. 6 muestra una tercera realización del
circuito de excitación de los medios interruptores de seguridad de
la Fig. 2.
La Fig. 7 representa un esquema general de la
configuración básica de la Fig. 1 para el caso de una pluralidad de
cargas eléctricas con medios interruptores de seguridad comunes para
todas ellas.
La Fig. 8 representa un esquema general de la
configuración básica de la Fig. 1 para el caso de una pluralidad de
cargas eléctricas con medios interruptores de seguridad
independientes para cada una de ellas.
La Fig. 9 representa un esquema general de una
segunda configuración de la invención a partir de la configuración
básica de la Fig. 1.
La Fig. 10 muestra un esquema en detalle de una
realización de la configuración de la Fig. 9.
Con referencia a la figura 1, el circuito de
control de la invención comprende, para el caso de una única carga
eléctrica 10, medios lógicos de control 1, unos medios
interruptores de maniobra 8 entre dicha carga eléctrica 10 y una
tensión de alimentación V, y un primer circuito excitador 6 que
recibe una primera señal de comando 4 de los medios lógicos de
control 1, actuando dicho primer circuito excitador 6 sobre dichos
medios interruptores de maniobra 8.
Comprende también medios interruptores de
seguridad 9 entre la carga eléctrica 10 y la tensión de
alimentación V, y un segundo circuito excitador 7 que recibe una
segunda señal de comando 5 de los medios lógicos de control 1,
actuando dicho segundo circuito excitador 7 sobre los medios
interruptores de seguridad 9 en función de dicha segunda señal de
comando 5.
El segundo circuito excitador 7 cierra los medios
interruptores de seguridad 9 sólo si la segunda señal de comando 5
es una señal de pulsos. Así, se asegura que no se alimente la carga
eléctrica 10 cuando los medios lógicos de control 1 fallen, en cuyo
caso el segundo circuito excitador 7 dejaría de recibir la señal de
pulsos esperada desde los medios lógicos de control 1.
Los medios lógicos de control 1 comprenden, en la
realización preferente, un microprocesador. Dicho procesador recibe
las señales de consigna 2 del usuario y, en función de dichas
señales de consigna 2, genera las señales de estado 3 y también las
señales de comando 4 y 5. El circuito de la invención, además de ser
seguro ante el fallo del propio microprocesador y de los medios
interruptores 8 ó 9, es seguro también ante el fallo del terminal
de salida del microprocesador que genera la señal de comando 4 y
ante el fallo del terminal de salida de dicho microprocesador que
genera la señal de comando 5.
En la realización de la figura 2, los medios
interruptores de seguridad 9 comprenden un relé de potencia con una
bobina K2, y el circuito excitador 7 comprende un circuito
monoestable que actúa sobre dicha bobina K2. Dicho circuito
monoestable permite que fluya corriente por la bobina K2 de los
medios interruptores de seguridad 9 sólo si la segunda señal de
comando 5 es una señal de pulsos a una frecuencia superior a una
frecuencia mínima determinada.
El circuito monoestable comprende un transistor
bipolar T2 conectado en serie con la bobina K2 y un condensador Cl
que filtra la segunda señal de comando 5 antes de que llegue a
dicho transistor bipolar T2. Dicho circuito monoestable se completa
con las resistencias R3 y R4 y el diodo D3. La bobina K2 está
conectada en paralelo con un diodo volante D2.
En una segunda realización del circuito
monoestable, el transistor bipolar T2 se sustituye, tal como se
muestra en la figura 5, por dos transistores bipolares en
configuración Darlington. Esta realización será la adecuada en los
casos en los que la corriente nominal de la bobina K2 sea de un
valor elevado ya que, como al menos uno de los dos transistores
funciona en la zona lineal, la corriente de base necesaria
disminuye drásticamente.
En una tercera realización del circuito
monoestable, el transistor bipolar T2 se sustituye, tal como se
muestra en la figura 6, por un transistor FET. De este modo, dado
que la corriente de puerta necesaria es prácticamente despreciable,
se disminuyen notablemente los requerimientos de corriente sobre el
microprocesador y el valor de la capacidad del condensador C1.
Según se muestra en la figura 2, los medios
interruptores de maniobra 8 comprenden un relé de potencia con una
bobina K1, y el circuito excitador 6 comprende un transistor T1
conectado en serie con dicha bobina K1. Dicho circuito excitador 6
se completa con las resistencias R1 y R2. La bobina K1 está
conectada en paralelo con un diodo volante D1.
En una realización preferente, la primera señal
de comando 4 es también una señal de pulsos. Con referencia a la
figura 3, cuando el microprocesador recibe una señal de consigna 2
que implica la activación de la carga eléctrica 10, el
microprocesador genera las señales de comando 4 y 5. Como se muestra
en dicha figura 3, en esta realización ambas señales de comando 4 y
5 son señales de pulsos que tienen dos partes: un pulso inicial de
enganche, t1 y t3 respectivamente, y una señal de pulsos de
mantenimiento con un periodo t2 y t4 respectivamente.
La duración de los pulsos iniciales t1 y t3 es
tal que se asegura que se cierren los contactos de los dos relés de
potencia. Una vez superadas las inercias de dichos relés de
potencia para que cierren sus respectivos contactos, se puede
reducir la energía que se aporta a las bobinas K1 y K2 con tal de
que dichos contactos se mantengan cerrados. En la figura 3 se ha
representado una reducción al 50% del valor nominal, pero son
posibles valores inferiores, con lo que se reduciría aun más el
consumo de la fuente de alimentación V2.
Como se observa en la figura 3, existe un desfase
entre la primera señal de comando 4 y la segunda señal de comando
5. Dicho desfase hace que el solape entre ambas señales de comando
4 y 5 se reduzca, por lo que el solape en la energía que se aporta
a las bobinas K1 y K2 de los relés de potencia también se reduce,
reduciéndose así la corriente media que debe ser capaz de
suministrar la fuente de alimentación V2. En la figura 3 dicho
solape se ha reducido al mínimo haciendo que haya un desfase de un
semiperiodo entre las señales de comando 4 y 5.
La figura 4 muestra las señales relacionadas con
el funcionamiento del circuito excitador 7, siendo iC1 la corriente
en el condensador C1, siendo iBT2 la corriente de base del
transistor T2 y siendo iD3 la corriente que fluye a través del diodo
D3.
En una realización alternativa, los medios
interruptores de maniobra 8 comprenden, en lugar de un relé de
potencia, un triac. De esta forma, se consigue una solución más
barata para cargas eléctricas 10 de menor potencia y una solución
de control más fino de la potencia a suministrar a la carga
eléctrica 10 de una forma variable, pudiendo ser dicho control de
fase, tren de pulsos, etcétera. Por otra parte, es posible también
hacer que los medios interruptores de seguridad 9 comprendan un
triac en lugar de un relé de potencia. Por último, otra posible
realización es aquella en la que tanto los medios interruptores de
maniobra 8 como los medios interruptores de seguridad 9 comprenden
un triac.
Para el caso más habitual en el que hay una
pluralidad de cargas eléctricas 10a,... 10n en lugar de una única
carga eléctrica 10, la realización descrita se generaliza para
dicha pluralidad de cargas eléctricas 10a,... 10n tal como se
muestra en la figura 7. Para ello se emplean señales de comando
4a,... 4n, circuitos excitadores 6a,... 6n, y medios interruptores
de maniobra 8a,... 8n, y medios interruptores de seguridad 9. Si la
potencia de la pluralidad de cargas eléctricas 10a,... 10n es tal
que se sobrepasa la corriente máxima de los medios interruptores de
seguridad 9, el circuito de la invención se configura de tal manera
que se utiliza una pluralidad de medios interruptores de seguridad
9a,... 9m, tal como se muestra en la figura 8. Así por ejemplo, los
medios interruptores 9a se conectan con las cargas eléctricas
10a,... 10h, y los medios interruptores 9m se conectan con las
cargas eléctricas 10p,... 10y.
A partir de la configuración básica ya descrita
de la invención, la figura 9 muestra una segunda configuración de
la invención en la que el circuito de control comprende también
medios interruptores de seguridad 13 entre el primer y segundo
circuitos excitadores 6 y 7 y su tensión de alimentación V2, y
comprende un tercer circuito excitador 12 que recibe una tercera
señal de comando 11. Dicho circuito excitador 12 cierra dichos
medios interruptores de seguridad 13 sólo si la tercera señal de
comando 11 es una señal de pulsos.
Esta segunda configuración es segura ante el
fallo simultáneo de los medios interruptores de maniobra 8 o los
medios interruptores de seguridad 9 y cualquiera de los demás
elementos del circuito de control, así como ante el fallo
simultáneo de dos de dichos elementos del circuito de control.
En una realización preferente de esta segunda
configuración, el circuito excitador 12 comprende un circuito
monoestable que tiene dos transistores T3 y T4, un condensador C2,
resistencias R5, R6 y R7, y un diodo D4.
En una realización preferente de la invención, se
fija un tiempo máximo de funcionamiento a partir del cual se deja
de alimentar la carga eléctrica 10. Esto aumenta la seguridad del
circuito de control de la invención, protegiéndolo por ejemplo ante
una situación en la que el usuario haya olvidado desactivar la
carga eléctrica. Así pues, una vez transcurrido dicho tiempo máximo
de funcionamiento, los medios lógicos de control 1 harán que se
abran tanto los medios interruptores de maniobra 8 como los medios
interruptores de seguridad 9.
Preferiblemente, el tiempo máximo de
funcionamiento se determina en función de la potencia que se está
suministrando a la carga eléctrica 10, siendo dicho tiempo máximo
de funcionamiento menor cuanto mayor sea dicha potencia.
Claims (11)
1. Circuito de control seguro ante fallos para
aparatos electrodomésticos mediante el cual se activa al menos una
carga eléctrica (10), comprendiendo el circuito de control medios
lógicos de control (1), unos medios interruptores de maniobra (8)
entre dicha carga eléctrica (10) y una tensión de alimentación (V),
y un primer circuito excitador (6) que recibe una primera señal de
comando (4) de los medios lógicos de control (1), actuando dicho
primer circuito excitador (6) sobre dichos medios interruptores de
maniobra (8), caracterizado porque comprende también medios
interruptores de seguridad (9) entre la carga eléctrica (10) y la
tensión de alimentación (V), y un segundo circuito excitador (7) que
recibe una segunda señal de comando (5) de los medios lógicos de
control (1), actuando dicho segundo circuito excitador (7) sobre los
medios interruptores de seguridad (9) de tal manera que cierra
dichos medios interruptores de seguridad (9) sólo si dicha segunda
señal de comando (5) es una señal de pulsos.
2. Circuito de control según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios interruptores de seguridad
(9) comprenden un relé de potencia con una bobina (K2), y el
circuito excitador (7) comprende un circuito monoestable que actúa
sobre dicha bobina (K2), de tal manera que permite que fluya
corriente por la bobina (K2) de los medios interruptores de
seguridad (9) sólo si la segunda señal de comando (5) es una señal
de pulsos a una frecuencia superior a una frecuencia mínima
determinada.
3. Circuito de control según la reivindicación 2,
caracterizado porque el circuito monoestable comprende un
transistor conectado en serie con la bobina (K2) y un condensador
(C1) que filtra la segunda señal de comando (5) antes de que llegue
a dicho transistor.
4. Circuito de control según las reivindicaciones
2 ó 3, caracterizado porque los medios interruptores de
maniobra (8) comprenden un relé de potencia con una bobina (K1), y
el circuito excitador (6) comprende un transistor (T1) conectado en
serie con dicha bobina (K1).
5. Circuito de control según la reivindicación 4,
caracterizado porque la primera señal de comando (4) es
también una señal de pulsos.
6. Circuito de control según la reivindicación 5,
caracterizada porque existe un desfase entre la primera señal
de comando (4) y la segunda señal de comando (5), de tal manera que
se reduce el solape de la energía que ha de aportarse a la bobina
(K1) y a la bobina (K2).
7. Circuito de control según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios
interruptores de maniobra (8) comprenden un triac.
8. Circuito de control según la reivindicación 1,
caracterizado porque al menos uno de los medios interruptores
(8,9) comprende un triac.
9. Circuito de control según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
también medios interruptores de seguridad (13) entre el primer y
segundo circuitos excitadores (6,7) y su tensión de alimentación
(V2), y comprende un tercer circuito excitador (12) que recibe una
tercera señal de comando (11), de tal manera que dicho circuito
excitador (12) cierra dichos medios interruptores de seguridad (13)
sólo si la tercera señal de comando (11) es una señal de pulsos.
10. Circuito de control según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se fija un
tiempo máximo de funcionamiento a partir del cual se deja de
alimentar la carga eléctrica (10).
11. Circuito de control según la reivindicación
10, caracterizado porque el tiempo máximo de funcionamiento
se determina en función de la potencia que se está suministrando a
la carga eléctrica (10).
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