ES2299986T3 - Disposicion de proteccion frente a sobrecarga para convertidores electronicos, por ejemplo para lamparas halogenas. - Google Patents
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Abstract
Una disposición de circuito para proteger frente a sobrecargas un convertidor electrónico, la disposición incluyendo: - un trayecto de baja impedancia (R7, T1) activable selectivamente para impedir el encendido del mencionado convertidor electrónico, el mencionado trayecto de baja impedancia (R7, T1) incluyendo un conmutador electrónico (T1), - un condensador de control (C2) cuya tensión de carga controla el mencionado conmutador electrónico (T1), mediante lo que es activado el mencionado conmutador electrónico (T1) para impedir el encendido del mencionado convertidor electrónico, si la tensión de carga (Vc2) del mencionado condensador de control (C2) está por encima de un umbral dado, - un primer generador (V+) para cargar el mencionado condensador de control (C2), el mencionado primer generador (V+) siendo activable en el caso de una primera condición de sobrecarga de corriente del mencionado convertidor electrónico, y - un segundo generador (V-) para cargar adicionalmente el mencionado condensador de control (C2), el mencionado segundo generador (V-) siendo activable en el caso de una segunda condición de sobrecarga del mencionado convertidor electrónico, la mencionada segunda condición de sobrecarga siendo más severa que la mencionada primera condición de sobrecarga, caracterizada porque la disposición incluye condensadores de acoplamiento (Ca, Cb) para el mencionado convertidor electrónico, los mencionados condensadores de acoplamiento (Ca, Cb) teniendo un punto intermedio entre ambos, así como respectivos diodos (Da, Db) acoplados a los mencionados condensadores de acoplamiento (Ca, Cb) para controlar la tensión en el mencionado punto intermedio, mediante lo que la mencionada tensión está afectada por una ondulación modulada en amplitud y en frecuencia, la disposición incluyendo un conjunto de circuitos (C1, R1, R2) para manejar el mencionado generador (V+) en función de la mencionada ondulación, el mencionado conjunto de circuitos (C1, R1, R2) para manejar el mencionado primer generador (V+) incluye una red de paso alto (C1, R2 y R3) para bloquear la parte de baja frecuencia de la mencionada ondulación.
Description
Disposición de protección frente a sobrecarga
para convertidores electrónicos, por ejemplo para lámparas
halógenas.
La presente invención se refiere a disposiciones
para proteger convertidores electrónicos frente a sobrecargas de
corriente, y fue desarrollada prestando especial atención al posible
uso para proteger, frente a sobrecargas de corriente, convertidores
electrónicos para lámparas halógenas.
Los convertidores electrónicos (utilizados
típicamente para alimentar lámparas halógenas de 12 V) tienen que
cumplir con normas y/o regulaciones que hacen necesario asegurar un
funcionamiento seguro incluso en presencia de condiciones de trabajo
anómalas, tales como por ejemplo una carga de corriente de salida
superior a la carga nominal. Además, es necesario el reinicio
automático después de condiciones anómalas de trabajo.
Un convertidor electrónico está concebido
esencialmente como un convertidor AC/AC que proporciona, por medio
de un circuito electrónico, una baja tensión aislada, a alta
frecuencia, utilizada para alimentar lámparas halógenas de 12 V.
Cuando se contempla condiciones operativas anómalas en ausencia de
protección alguna, debe utilizarse componentes sobredimensionados al
objeto de evitar daños graves, resultantes del sobrecalentamiento
y/o de las sobrecargas de corriente. De lo contrario puede no haber
compatibilidad con los requisitos de seguridad y/o
funcionamiento.
Una disposición común de protección adoptada en
la tecnología, implica detectar cualquier flujo de sobrecarga de
corriente en los componentes activos, dentro del denominado equipo
de control electrónico (ECG, Electronic Control Gear) del
convertidor. La topología usada de forma más general para estos
dispositivos, es un medio puente auto-oscilante con
dos transistores bipolares de unión (BJT, Bipolar Junction
Transistor). Una resistencia de detección aplicada entre el emisor y
tierra, del transistor del lado bajo, representa una típica solución
que proporciona una tensión proporcionada a la corriente del
transistor del lado bajo, representa una típica solución que
entrega una tensión proporcional a la corriente del transistor del
lado bajo (que a su vez es proporcional a la mitad de la corriente
de carga). De ese modo, puede detectarse condiciones de
funcionamiento anómalo del dispositivo. Se carga un condensador con
la tensión generada con la resistencia de detección, y cuando esta
tensión excede un valor umbral, un elemento activo "desconecta"
el dispositivo hasta que la descarga subsiguiente del condensador
devuelve la tensión a valores inferiores al umbral. El tiempo de
descarga puede ser muy largo (por lo menos de varios cientos de ms),
haciendo así prácticamente obligatorio el uso de condensadores
electrolíticos o de tantalio, que pueden tener como resultado una
notable limitación en la vida útil del ECG.
Adicionalmente, tal disposición exhibe fuertes
limitaciones cuando la potencia nominal del ECG está el rango
medio-alto (más de 100 W). Utilizar una resistencia
de detección de valor alto conduciría a pérdidas excesivas en la
propia resistencia de detección (lo que a su vez implicaría una
pérdida de eficiencia), y a unas dimensiones indeseablemente
grandes. A su vez, esto hace imposible detectar condiciones de
sobrecarga leve (es decir, moderada) de corriente, es decir aquellos
casos en los que la carga permanece entre el valor nominal y el
doble de este valor.
En disposiciones de protección más complicadas,
se dedica dos diferentes etapas a detectar respectivamente
condiciones de sobrecarga leve y condiciones de sobrecarga de
corriente importante (más del doble de la carga de corriente
nominal, hasta el cortocircuito). En estas disposiciones se genera
esencialmente dos señales, y estas son utilizadas para cargar dos
condensadores diferentes que pueden activar dos elementos separados
de protección activa.
El documento
EP-A-0 647 084, en el que se basa el
preámbulo de la reivindicación 1, revela una disposición de
circuito eléctrico para manejar lámparas de filamento halógeno de
baja tensión, que comprende un filtro de entrada, una disposición
de rectificador, un iniciador, un convertidor de medio puente con un
transformador de control, un transformador de potencia, y un
circuito sensor para detección de sobrecarga o cortocircuito. Este
último comprende un diodo detector y una resistencia detectora en
serie, paralela al condensador del puente. En el punto de conexión
entre el diodo detección y la resistencia de detección, se deriva
una señal de detección que activa el elemento de desconexión. El
segundo circuito de detección, opcional, comprende un bobinado
secundario del transformador de control y un bobinado adicional, y
genera una señal del sensor. Esto permite la detección diferenciada
de condiciones de sobrecarga y cortocircuito, con un comportamiento
de desconexión correspondientemente optimizado.
Se conoce una disposición algo parecida, por
ejemplo partir de la publicación
DE-A-42 01 744.
El documento
EP-A-0 800 334 revela una
disposición de circuito para manejar lámparas eléctricas, con un
sensor de temperatura (NTC) como componente en un circuito de
protección frente a sobrecalentamiento, y al menos un componente
térmico adicional. En caso de sobrecarga, este es cruzado por una
corriente que tiene una intensidad superior que en el caso de
funcionamiento normal, de tal modo que se calienta. El componente
térmico (por ejemplo, una o más resistencias de calentamiento) está
acoplado térmicamente al sensor de temperatura (NTC); como
resultado, en el caso de una sobrecarga se dispara también el
circuito de protección frente a sobrecalentamiento.
El documento
EP-A-0 825 806 revela una
disposición de circuito para manejar bombillas eléctricas
incandescentes, en particular bombillas incandescentes halógenas de
baja tensión. El circuito comprende un inversor con un circuito en
medio puente y un circuito detector de sobrecarga. Incluye un
transformador de corriente-tensión, por ejemplo una
resistencia, que está conectado en serie entre un primer condensador
de medio puente y el potencial de tierra. El transformador de
corriente-tensión controla un circuito de
acondicionamiento de señal y corte. Preferentemente, el
transformador de corriente-tensión del circuito
detector de sobrecarga es un componente de un circuito de
adaptación de frecuencia, que se opone a una disminución en la
frecuencia del inversor, en el rango de conexión de potencia
superior. Esta variante es especialmente favorable en coste, puesto
que en este caso no se requiere un componente adicional para el
circuito detector.
Finalmente, el documento "Electromagnetic
compatibility (EMC) requirements for rectifier installations" by
W. Sammet et al., publicado en Elektrie, año 2000, volumen
54, número 7-9, páginas 258-63,
discute en general los requisitos EMC para accionamientos por motor
eléctrico de velocidad variable, haciendo énfasis en los requisitos
para las placas de advertencia de interferencia RF. Este documento
también trata de elementos de protección frente a sobrecarga,
basados en termistor NTC. Se presenta las características del
circuito termistor, y se presenta las ventajas de los termistores
NTC para conseguir al arranque suave para motores, así como
distorsión reducida en la forma de onda de la red eléctrica, y una
baja emisión de RF. Se proporciona detalles para un rango de
elementos de termistor, en relación con aplicaciones en reguladores
de conmutación, controles del motor, accionadores de lámparas
fluorescentes, y en la protección de transformadores.
Si bien las disposiciones reveladas en los
últimos documentos citados abordan eficazmente los diversos
problemas esbozados más arriba, se sigue percibiendo la necesidad de
disposiciones mejoradas.
Así, el objetivo de la presente invención es
proporcionar una disposición de protección para convertidor,
adaptada para cumplir de forma totalmente satisfactoria los
requisitos enunciados más arriba.
De acuerdo con la presente invención, tal
objetivo se consigue por medio de una disposición que tiene las
características enunciadas en las reivindicaciones que siguen. Las
reivindicaciones forman una parte integral de la revelación de la
invención proporcionada.
Así, una realización preferida de la invención
es una disposición de circuito para proteger un convertidor
electrónico frente a sobrecargas, incluyendo:
- -
- un trayecto de baja impedancia, activable selectivamente para impedir el encendido del convertidor electrónico, trayecto de baja impedancia incluyendo un conmutador electrónico,
- -
- un condensador de control cuya tensión de carga controla el conmutador electrónico, mediante lo que se activa el conmutador electrónico para impedir el encendido del convertidor electrónico, si la tensión de carga del condensador de control está por encima de un umbral dado,
- -
- un primer generador para cargar el condensador de control, activable en el caso de una primera condición de sobrecarga de corriente del convertidor electrónico, y
- -
- un segundo generador para recargar el condensador de control, activable en el caso de una segunda condición de sobre la red del convertidor electrónico, la segunda condición de sobrecarga siendo más severa (por ejemplo involucrando una corriente superior) que la primera condición de sobrecarga.
Típicamente, el primer generador y el segundo
generador están configurados para cargar el condensador de control
siempre que el convertidor electrónico esté encendido. En el caso de
la segunda condición de sobrecarga, la tensión de carga del
condensador de control alcanza así un nivel superior, y permanece
por encima del umbral dado durante un tiempo más largo que en el
caso de la primera condición de sobrecarga. En el caso de la
segunda condición de sobrecarga, el conmutador electrónico que
controla el encendido del convertidor es así activado, para impedir
el encendido del convertidor electrónico durante un tiempo más largo
que en el caso de la primera condición de sobrecarga.
Preferentemente, el convertidor electrónico está
sometido a encendido en cada semiciclo de una respectiva señal de
alimentación. El conmutador electrónico es activable para impedir el
encendido del convertidor electrónico, durante un semiciclo dado de
la señal de alimentación, si la tensión de carga del condensador
está por encima del mencionado umbral dado en el comienzo del
mencionado semiciclo dado.
Las disposiciones aludidas en lo anterior,
evitan que pueda alcanzarse temperaturas demasiado elevadas en los
componentes activos dentro del equipo de control electrónico (ECG),
cuando a su salida es aplicado un cortocircuito, o en general una
sobrecarga de corriente, por ejemplo debido a una instalación
incorrecta. Además, en el caso de una sobrecarga de corriente, un
brillo intermitente en las lámparas permite al usuario conocer la
existencia de condiciones anómalas. De esta forma, puede tomar
conocimiento del problema y eliminar su causa.
Esencialmente, la disposición aquí descrita
sirve para la integración en una sola etapa, de una pluralidad de
diferentes etapas que hacen posible distinguir una condición anómala
severa o una sobrecarga leve de corriente. En una realización
especialmente preferida dos señales, procedentes de un punto
intermedio de los condensadores de acoplamiento y de un diodo en
paralelo con los condensadores, cooperan para cargar solo un
condensador cuya tensión activa, a su vez, activa solo un elemento
activo para desconectar (es decir, apagar) el ECG. El elemento
activo puede tener una alta impedancia de entrada, mediante lo que
puede reducirse el valor de la capacidad. Esto hace posible evitar
el uso de condensadores electrolíticos o de tantalio, y tiene la
clara ventaja de ahorrar en espacio y en número de componentes.
Adicionalmente, se evita cualquier límite en la vida útil del ECG
probablemente derivado del uso de estos tipos de condensadores.
En una realización particularmente preferida, se
detecta una condición de sobrecarga de corriente
baja-moderada por medio de medir la ondulación de la
tensión en un punto intermedio de los condensadores de acoplamiento,
mientras que se detecta una sobrecarga de corriente superior cuando
comienza a conducir el diodo en paralelo con el condensador de
acoplamiento del lado bajo.
Se describirá ahora la invención, solo a modo de
ejemplo, con referencia a los dibujos anexos en los cuales:
- la figura 1 es un primer diagrama de bloques a
modo de ejemplo, del principio básico de la invención,
- la figura 2 es un diagrama representativo del
comportamiento temporal de una señal generada dentro del circuito
del diagrama de bloques de la figura 1, y
- la figura 3 es otro diagrama de bloques más
detallado, a modo de ejemplo, de una posible realización práctica
de la invención.
La figura 1 muestra la estructura básica de un
convertidor electrónico como el que aquí se describe.
En la realización ejemplar mostrada, el
convertidor se utiliza para alimentar una o más lámparas halógenas L
de 12 V, mediante un bobinado secundario de un transformador TR. Tal
convertidor electrónico para lámparas halógenas de 12 V está basado
en el uso de conmutador semiconductor controlado, tal como por
ejemplo un DIAC (diodo para corriente alterna), al que normalmente
se alimenta con la tensión de línea de AC (es decir, el voltaje de
la red) por medio de un filtro de línea LF y un rectificador de
puente BF, que proporciona alimentación a un medio puente oscilante
que consta típicamente de dos conmutadores eléctricos, tales como
los transistores bipolares Ta y Tb.
El mayor detalle, el punto de conexión del
emisor del transistor del lado alto Ta y el colector del transistor
del lado bajo Tb, se utiliza para manejar el bobinado primario del
transformador TR.
El DIAC se interpone entre la base del
transistor del lado bajo Tb y el ánodo de un diodo Dx, cuyo ánodo
está conectado a un punto de conexión del emisor del transistor del
lado alto Ta y el colector del transistor del lado bajo Tb.
La y Lb son representativos de impedancias por
lo general asociadas con i) la línea entre la base del transistor
del lado alto Ta y el punto de conexión del emisor del transistor
del lado alto Ta y el colector del transistor del lado bajo Tb, y
ii) la línea entre la base y el emisor del transistor del lado bajo
Tb. Lc representa un pequeño transformador de corriente que maneja
los transistores Ta y Tb, y controla así el transformador de
potencia TR.
Finalmente, Ca y Cb son condensadores de
acoplamiento del medio puente, que comprenden la recién descrita
topología clásica del ECG.
Se apreciará que la disposición de las piezas
descritas hasta aquí, es por sí misma convencional en el arte,
haciendo así innecesario proporcionar aquí una descripción más
detallada.
Las disposiciones del tipo recién revelado no
incluyen grandes valores de capacidad después del rectificador de
puente. Por lo tanto, necesitan un re-encendido
después del cruce por cero de la tensión de alimentación.
Esta acción de re-encendido se
lleva a cabo por medio de una red RC conectada a la puerta del DIAC.
La red RC en cuestión incluye una resistencia Rs que carga un
condensador Cs hasta que su tensión alcanza el umbral del DIAC; a
continuación el medio puente está encendido, y sigue funcionando
hasta que se produce el siguiente cruce por cero de la tensión de
alimentación.
Conectada en paralelo con el condensador Cs, hay
una resistencia térmica de coeficiente de temperatura negativo NTC,
que proporciona la protección térmica normal requerida en los
convertidores electrónicos para lámparas halógenas de 12 V. El
encendido del DIAC puede impedirse cortocircuitando el condensador
Cs por medio de un trayecto de baja impedancia, que incluye una
resistencia R7 y un transistor (típicamente un transistor MOSFET) T1
que actúa como conmutador electrónico. Siempre que el transistor T1
está activado (es decir, el conmutador cerrado haciendo que el
transistor T1 conduzca o esté saturado), la resistencia R7 -que
tiene un valor generalmente bajo, tal como en torno a 1 kOhm por
ejemplo- está cortocircuitada a tierra y hace posible que la tensión
de carga a través del condensador Cs alcance el nivel de 32 V
necesario para encender el DIAC, con lo que el ECG mostrado sigue
apagado.
Las referencias V+ y V- indican dos generadores
de tensión que contribuyen juntos a cargar el condensador C2.
Específicamente, el generador V+ está conectado
en serie con una resistencia R4 y un diodo D2. El generador V- está,
a su vez, conectado en serie con una resistencia R5 y un condensador
C2. Como se muestra en la figura 1, las dos ramas del circuito
incluyen los generadores de tensión V+ y V- estando dispuestos en
paralelo entre sí, y además en paralelo con una resistencia R6 y un
diodo D3 conectado entre la puerta del DIAC y tierra.
Los diodos D2 y D3 tienen sus cátodos conectados
(a saber, descendiendo) a la puerta del DIAC.
Tal como se detalla mejor en lo que sigue, el
generador V- será activado en presencia de condiciones anómalas
severas como un cortocircuito, o por ejemplo una corriente de salida
superior al doble de la carga nominal.
A la inversa, el generador V+ estará ya activado
en presencia de una carga de corriente ligeramente superior a la
carga de corriente nominal.
En este caso, el generador V+ cargará el
condensador C2 a través de la resistencia R4 y el diodo D2, y si la
tensión resultante través de la resistencia R6 que excede el umbral
del transistor T1, el transistor T1 será activado.
Este supuesto provocará la desconexión del ECG
hasta que el condensador de control C2 se descargue (esencialmente,
esto ocurrirá solo a través de la resistencia R6 debido a la
presencia de los diodos D2 y D3) hasta el punto en que su tensión de
carga caiga por debajo del umbral del transistor T1. A continuación,
el ECG se activará de nuevo tras el corte del transistor T1.
Si la sobrecarga de corriente que conduce a la
activación del generador V+ no desaparece, el condensador C2 está
siempre recargado y se inicia un nuevo ciclo. Debido a la alta
impedancia exhibida por el transistor T1, la capacidad del
condensador C2 puede mantenerse en un valor que hace posible
utilizar condensadores de película normales.
Adicionalmente, este comportamiento con
re-encendidos cortos seguidos de largas
interrupciones en el funcionamiento oscilatorio del ECG, conduce a
que las temperaturas de los componentes de potencia activos
permanezcan bajas; esto evita posibles daños debidos a
sobrecalentamiento. Además este comportamiento se hace evidente
mediante un centelleo (parpadeo) de las lámparas, que permite
advertir al usuario de que está produciéndose una situación
anómala.
Cuando la sobrecarga de corriente, es decir la
intensidad de corriente de salida, es demasiado elevada, (hasta el
cortocircuito) se hace necesario tener un tiempo más largo entre el
re-encendido del ECG, para evitar el
sobrecalentamiento de los componentes de potencia; por lo tanto es
necesaria una carga superior del condensador C2.
Con comportamientos anómalos más severos,
también es activado el generador V- y fluye más carga el condensador
C2 a través del bucle formado por la resistencia R5 y el diodo D3.
De esta forma, aparece una tensión superior a través del condensador
de control C2, y es necesario un tiempo mayor para descargarlos
durante la interrupción del funcionamiento.
El proceso de carga del condensador de control
C2 puede comprenderse mejor en referencia al diagrama de tiempo de
la figura 2. Este muestra el típico comportamiento temporal de la
señal de tensión suministrada al medio puente comprendido por los
transistores Ta y Tb.
Si aparece una sobrecarga de corriente durante
un semiperíodo S1, por ejemplo en el momento tx, el generador (o
generadores) -concretamente V+, o bien tanto V+ como V-, dependiendo
de la naturaleza de la sobrecarga- comenzarán a cargar el
condensador C2 a través de la resistencia R4 (o de ambas
resistencias R4 y R5).
Asumiendo que al término del semiperíodo S1 la
tensión de carga Vc2 sobre el condensador C2 (para ser más preciso,
la tensión a través de la resistencia R6) sigue siendo inferior a la
tensión umbral Vth del MOSFET T1, el medio puente reiniciará su
funcionamiento (es decir, proporcionará una señal de salida
diferente de cero) al comienzo del semiperíodo S2, y además fluirá
carga al condensador C2.
Esto puede conducir, al término del semiperíodo
S2, a que la tensión a través de la resistencia R6 (y por tanto
esencialmente la tensión de carga Vc2 del condensador C2) supere la
tensión umbral Vth del MOSFET T1, mediante lo que se activa el
MOSFET T1.
En este caso se provoca la desconexión del ECG,
de modo que durante el semiperíodo S3 la tensión de carga Vc2 del C2
comenzará a disminuir, según se descargue el condensador C2. Como se
ha indicado, esencialmente esto ocurre solo a través de la
resistencia R6, debido a la presencia de los diodos D2 y D3. La
tensión de carga Vc2 sobre el condensador C2, disminuirá entonces
bajando del umbral del MOSFET T1. A continuación, el ECG se activará
de nuevo desde el semiperíodo subsiguiente.
Las personas de cualificación ordinaria en el
arte apreciarán inmediatamente que la tensión de carga Vc2 sobre el
condensador C2, y la tensión a través de la resistencia R6, están
relacionadas entre sí simplemente por un factor de escala. Por este
motivo se puede aludir indistintamente a estas dos tensiones, como
la entidad que controla la activación/desactivación del MOSFET
T1.
Dicho de otra forma, en la disposición mostrada,
el comportamiento del ECG (operativo o desconectado) sobre un
semiperíodo entero vendrá dictado en función de si la tensión de
carga Vc2 sobre el condensador C2 (es decir, la tensión a través de
la resistencia R6) es menor o mayor que el umbral del MOSFET T1 al
comienzo (es decir, el cruce inicial por cero) del semiperíodo en
cuestión.
Por ejemplo, el ECG trabajará a través de un
semiperíodo completo, incluso aunque entretanto la tensión a través
de R6 haya alcanzado la tensión umbral del transistor T1, por
ejemplo durante exactamente ese semiperíodo. De hecho, el ECG será
desconectado solo al término de tal semiperíodo. Como consecuencia
de esto, la tensión sobre C2 está en posición de incrementarse
adicionalmente hasta una cantidad definida en función de si está
activado solo V+, o conjuntamente V+ y V-. Así, el tiempo durante el
que estará desactivado el ECG dependerá (también) de la cantidad de
sobrecarga de corriente, y por lo tanto representa una indicación de
tal sobrecarga y de su naturaleza.
En otras palabras, en la realización mostrada el
primer generador V+ y el segundo generador V- están configurados
para cargar el condensador de control C2 siempre que el convertidor
electrónico esté encendido. Como consecuencia, el condensador de
control C2 alcanzará diferentes niveles de tensión de carga Vc2 en
presencia de una primera condición de sobrecarga moderada, y de una
segunda condición de sobrecarga más severa, respectivamente.
En concreto, en la realización mostrada el
convertidor eléctrico es sometido a encendido en cada semiciclo (S1,
S2, S3) de la respectiva señal de alimentación
semi-rectificada, y el MOSFET T1 es activable para
impedir el encendido del convertidor electrónico durante un
semiciclo dado de la señal de alimentación, si la tensión de carga
Vc2 del condensador de control Cs está por encima del umbral dado al
comienzo (es decir, en el punto del cruce inicial por cero) del
semiciclo.
La constante de tiempo introducida por R4 y R5
durante la carga de C2, es necesaria para tener en cuenta la
sobrecarga de corriente (transitoria) provocada por la muy baja
resistencia de filamento, de las lámparas halógenas durante su
encendido cuando el filamento está frío, lo que tiene como resultado
una corriente que tiene un valor mayor que el valor nominal
esperado. Este retardo introducido en la carga de C2 hace posible
activar el ECG también con la carga nominal.
El diagrama de bloques de la figura 3 detalla en
mayor medida una posible realización práctica, de la disposición ya
descrita en relación con la figura 1. Ciertos elementos mostrados en
la figura 1 han sido omitidos en la figura 3, por claridad en la
presentación.
Esencialmente, el diagrama de bloques de la
figura 3 detalla posibles realizaciones de los generadores V+ y V-.
Por tal motivo los componentes, piezas o elementos idénticos o
equivalentes a los ya descritos en relación con la figura 1, se han
designado en la figura 2 con las mismas referencias y no serán
descritos de nuevo.
Hay dos diodos Da y Db típicamente acoplados a
los condensadores Ca y Cb, para evitar que la tensión en el punto
intermedio entre los condensadores Ca y Cb se incremente o disminuya
demasiado, cuando el medio puente empieza a resonar en presencia de
una resistencia demasiado baja a la salida, lo que significa una
carga aplicada demasiado alta.
De hecho, en los convertidores electrónicos para
lámparas halógenas del tipo aquí ejemplificado, el comportamiento de
la tensión en el punto intermedio de los condensadores de
acoplamiento Ca y Cb es muy dependiente de la carga de salida.
Esta tensión está afectada por ondulaciones de
alta frecuencia moduladas en amplitud y en frecuencia, que dependen
tanto de la amplitud de la tensión de alimentación, como de la carga
aplicada a la salida. Esta dependencia puede utilizarse para manejar
el generador V+.
Si la sobrecarga de corriente es muy elevada
(hasta el cortocircuito) en términos de la corriente de salida, la
tensión en el punto intermedio de los condensadores de acoplamiento
Ca y Cb puede alcanzar cero, y en este caso el diodo Db empezará a
conducir, lo que provoca que aparezca una tensión negativa a través
de una resistencia R1 conectada en serie con el diodo Db. Esta
dependencia puede utilizarse para manejar el generador V-.
La medida de la tensión en el punto intermedio
de los condensadores de acoplamiento Ca y Cb para manejar el
generador V+, se realiza por medio de una red de paso alto formada
por un condensador C1 y las resistencias R2 y R3.
Esencialmente, el condensador C1 y las dos
resistencias R2 y R3 están conectados al punto intermedio de los
condensadores de acoplamiento Ca y Cb en la forma de un divisor de
tensión, del cual el condensador C1 más la resistencia R2 y la
resistencia R3 forman respectivamente las ramas superior e
inferior.
Una primera función del condensador C1, es
bloquear la componente de baja frecuencia de la ondulación, en el
punto intermedio de los condensadores de acoplamiento Ca y Cb; de
esta forma, la tensión a través de la serie de R2 y R3 incluye solo
la ondulación de alta frecuencia. Así, las dos resistencias R2 y R3
actúan como un divisor de tensión para poner a escala la tensión
aplicada a un diodo Zener D1, que de hecho actúa como la fuente de
tensión para el generador de tensión V+.
La impedancia (reactancia) de C1 es dependiente
de la frecuencia, y por tanto la señal a través de R3 puede depender
de la frecuencia de funcionamiento del dispositivo.
De hecho, el modulador de la tensión a través de
R3 es igual a:
|VR3| = |Vcb|
* \frac{\omega * C1 * R3}{\sqrt{1 + \omega^{2} * C1^{2} * (R2 +
R3)^{2}}},
donde \omega = 2 * \pi * f, y f
es la
frecuencia.
Si el término \omega * C1 * (R2 + R3) es mucho
menor que 1, la fórmula dependerá directamente de la frecuencia. Una
disminución de \omega = 2 * \pi * f debida a una mayor corriente
de sobrecarga, compensará el valor mayor de la ondulación Vcb.
Puesto que cuanto mayor es la carga de corriente menor es la
frecuencia, la tensión a través de R3 podría ser incluso menor
cuando la sobrecarga de corriente se hace mayor.
Es posible evitar este fenómeno mediante
concebir las características de la red RC compuesta por el
condensador C1 y las resistencias R2 y R3, mediante localizar el
polo con la frecuencia característica Fp = \frac{1}{2 * \pi *
C_{1} * (R_{2} + R_{3})}
{}\hskip17cm entre la baja frecuencia de modulación, y la mucho mayor frecuencia de trabajo, que normalmente es de más de
30 - 40 kHz.
{}\hskip17cm entre la baja frecuencia de modulación, y la mucho mayor frecuencia de trabajo, que normalmente es de más de
30 - 40 kHz.
De ese modo, el condensador C1 se convierte solo
en un condensador de acoplamiento que bloquea la parte de baja
frecuencia de la señal, pero no tiene efecto sobre la señal de alta
frecuencia aplicada a través de R3. De hecho, la red constituida por
C1, R2 y R3 forma un filtro de paso alto con la frecuencia
característica Fp. Puesto que la frecuencia de funcionamiento es
mayor que Fp, no hay atenuación de la señal procedente del
condensador Cb.
Independientemente de la frecuencia de trabajo,
cuando la carga es demasiado alta la tensión a través de R3 supera
la tensión umbral del diodo Zener D1. En este punto, el diodo Zener
D1 empieza a funcionar como una fuente de tensión ideal, y el
condensador C2 se carga hasta que su tensión alcanza el umbral del
transistor T1. El ECG se apaga hasta que la descarga de C2 devuelve
su tensión por debajo del umbral de T1.
Si durante este intervalo no desaparece la
condición de sobrecarga de corriente, el ECG se conecta durante un
corto periodo y después se desconecta de nuevo.
Según crece la sobrecarga de corriente, la
ondulación en el punto intermedio de los condensadores Ca y Cb se
hace más significativa, provocando que la tensión a través de los
condensadores de acoplamiento Da y Db llegue a cero y/o a la tensión
de alimentación actual.
Cuando se alcanza tal condición, los diodos de
acoplamiento Da y Db comienzan a conducir, y la ondulación a través
de la resistencia R3 no puede incrementarse aunque se requiera más
potencia a la salida. Esto significa que la red que consta de C1,
R2, R3 y D1 no puede asegurar la protección completamente
satisfactoria en condiciones de sobrecarga de alta corriente.
En la situación que se acaba de esbozar, los
diodos Da y Db empiezan a conducir. Cuando el diodo Db empieza a
conducir en paralelo con el condensador de acoplamiento del lado
bajo Cb, aparece una tensión negativa a través de la resistencia
R1.
Por tanto la resistencia R1 juega el papel del
generador de tensión V- descrito anteriormente. Así, puede fluir
carga adicional al condensador C2, incrementando su tensión de
carga, tal como se ha descrito previamente. Esto prolonga las pausas
entre los re-encendidos del dispositivo, y permite
evitar posibles daños debidos al sobrecalentamiento de los
componentes activos.
Sin perjudicar los principios subyacentes de la
invención, los detalles y las realizaciones pueden variar con
respecto a lo que se ha descrito y mostrado, solo a modo de ejemplo,
sin apartarse del alcance de la invención tal como se define
mediante las reivindicaciones anexas.
\newpage
La lista de referencias citadas por el
solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del
documento de Patente Europea. Incluso aunque se ha tomado especial
cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u
omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este
respecto.
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(7-9), 258-63 [0011].
Claims (10)
1. Una disposición de circuito para proteger
frente a sobrecargas un convertidor electrónico, la disposición
incluyendo:
- -
- un trayecto de baja impedancia (R7, T1) activable selectivamente para impedir el encendido del mencionado convertidor electrónico, el mencionado trayecto de baja impedancia (R7, T1) incluyendo un conmutador electrónico (T1),
- -
- un condensador de control (C2) cuya tensión de carga controla el mencionado conmutador electrónico (T1), mediante lo que es activado el mencionado conmutador electrónico (T1) para impedir el encendido del mencionado convertidor electrónico, si la tensión de carga (Vc2) del mencionado condensador de control (C2) está por encima de un umbral dado,
- -
- un primer generador (V+) para cargar el mencionado condensador de control (C2), el mencionado primer generador (V+) siendo activable en el caso de una primera condición de sobrecarga de corriente del mencionado convertidor electrónico, y
- -
- un segundo generador (V-) para cargar adicionalmente el mencionado condensador de control (C2), el mencionado segundo generador (V-) siendo activable en el caso de una segunda condición de sobrecarga del mencionado convertidor electrónico, la mencionada segunda condición de sobrecarga siendo más severa que la mencionada primera condición de sobrecarga, caracterizada porque la disposición incluye condensadores de acoplamiento (Ca, Cb) para el mencionado convertidor electrónico, los mencionados condensadores de acoplamiento (Ca, Cb) teniendo un punto intermedio entre ambos, así como respectivos diodos (Da, Db) acoplados a los mencionados condensadores de acoplamiento (Ca, Cb) para controlar la tensión en el mencionado punto intermedio, mediante lo que la mencionada tensión está afectada por una ondulación modulada en amplitud y en frecuencia, la disposición incluyendo un conjunto de circuitos (C1, R1, R2) para manejar el mencionado generador (V+) en función de la mencionada ondulación, el mencionado conjunto de circuitos (C1, R1, R2) para manejar el mencionado primer generador (V+) incluye una red de paso alto (C1, R2 y R3) para bloquear la parte de baja frecuencia de la mencionada ondulación.
2. La disposición de la reivindicación 1,
caracterizada porque:
- -
- el mencionado convertidor electrónico está sometido a encendido en cada semiciclo (S1, S2, S3) de una respectiva señal de alimentación,
- -
- el mencionado conmutador electrónico (T1) es activable para impedir el encendido del mencionado convertidor electrónico durante un semiciclo dado de la mencionada señal de alimentación, si la tensión de carga (Vc2) del mencionado condensador de control (Cs) está por encima del mencionado umbral dado al comienzo del mencionado semiciclo dado.
3. La disposición de la reivindicación 2,
caracterizada porque el mencionado primer generador (V+) y el
mencionado segundo generador (V-) son activables para cargar el
mencionado condensador de control (C2) siempre que el mencionado
convertidor electrónico esté encendido, mediante lo que, en el caso
de la mencionada segunda condición de sobrecarga, la tensión de
carga (Vc2) del mencionado condensador de control (C2) alcanza un
nivel superior y permanece por encima del mencionado umbral dado,
manteniendo así activado el mencionado conmutador electrónico (T1)
para impedir el encendido del mencionado convertidor electrónico,
durante un tiempo mayor que en el caso de la mencionada primera
condición de sobrecarga.
4. La disposición de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el mencionado
trayecto de baja impedancia (R7, T1) incluye una resistencia de
cortocircuito (R7), para ser cortocircuitada selectivamente mediante
el mencionado conmutador electrónico (T1).
5. La disposición de cualquiera de las
reivindicaciones previas, caracterizada porque el mencionado
conmutador electrónico (T1) incluye un transistor, tal como un
transistor MOSFET (T1).
6. La disposición de cualquiera de las
reivindicaciones previas, caracterizada porque el mencionado
primer generador (V+) y el mencionado segundo generador (V-) están
acoplados a las respectivas resistencias (R4, R5), para retardar la
carga del mencionado condensador de control (C2) durante el
encendido inicial en frío del mencionado convertidor
electrónico.
7. La disposición de cualquiera de las
reivindicaciones previas, caracterizada porque el mencionado
conjunto de circuitos (C1, R1, R2) para manejar el mencionado primer
generador (V+), incluye un divisor de tensión (R2, R3) para poner a
escala la tensión aplicada al mencionado primer generador (V+).
\newpage
8. La disposición de cualquiera de las
reivindicaciones previas, caracterizada porque el mencionado
primer generador (V+) incluye un diodo Zener (D1) conectado, por
medio del mencionado conjunto de circuitos (C1, R1, R2), al
mencionado punto intermedio entre los mencionados condensadores de
acoplamiento (Ca, Cb).
9. La disposición de cualquiera de las
reivindicaciones previas, caracterizada porque incluye
condensadores de acoplamiento (Ca, Cb) con el mencionado convertidor
electrónico, los mencionados condensadores de acoplamiento (Ca, Cb)
teniendo un punto intermedio entre ambos, así como respectivos
diodos (Da, Db) acoplados a los mencionados condensadores de
acoplamiento (Ca, Cb) para controlar la tensión en el mencionado
punto intermedio, donde uno (Db) de los mencionados diodos tiene
asociada una resistencia de detección (R1), donde la tensión a
través de la mencionada resistencia de detección (R1) conduce el
mencionado segundo generador (V-).
10. La disposición de la reivindicación 9,
caracterizada porque la mencionada resistencia de detección
(R1) está conectada entre tierra, y el ánodo de uno de los
mencionados diodos acoplados con el condensador del lado bajo, de
los mencionados condensadores de acoplamiento (Ca, Cb), de modo que
en el caso de la mencionada condición de sobrecarga aparece una
tensión negativa a través de la mencionada resistencia de detección
(R1), la mencionada resistencia de detección (R1) comprendiendo así
el mencionado segundo generador (V-).
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