MXPA06009968A - Suministro de energia para uso en un medidor electronico de energia. - Google Patents

Abstract

Un medidor electronico de electricidad de tres frases que incluye un circuito de suministro de energia operable para crear una salida de voltaje constante cuando se recibe una alimentacion de voltaje variable (24). El circuito de suministro de energia del medidor de electricidad recibe un voltaje de linea de tres fases variable y convierte el voltaje de linea de tres fases a una salida constante de CD (26). El circuito de suministro de energia incluya un circuito limitador de corriente (44) para suspender la operacion del convertidor de energia cuando la corriente excede un valor seleccionado. El circuito de suministro de energia incluye una proteccion de sobre voltaje (46) que limite el voltaje maximo aplicado al componente de conmutacion del circuito de suministro de energia. Tanto el circuito de proteccion de sobre voltaje como el circuito limitante de corriente suspenden la operacion del convertidor de energia para evitar el dano a los componentes operativos del circuito de suministro de energia.

Description

SUMINISTRO DE ENERGÍA PARA USO EN UN MEDIDOR ELECTRÓNICO DE ENERGÍA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general al campo de medidores electrónicos de electricidad. Más específicamente, la presente invención se refiere a un suministro de energía que proporciona energía para operar los circuitos de monitoreo electrónico contenidos dentro de un medidor electrónico de electricidad. Un sistema de medición de electricidad monitorea las líneas eléctricas para producir representaciones polifásicas de entrada de voltaje y corriente. Debido a que los usos eléctricos por consumidores diferentes pueden variar significativamente, una utilidad típica que los proveedores requieren son medidores diferentes para monitorear voltajes primarios diversos. Actualmente, los medidores disponibles existen que utilizan tanto circuitos electro-mecánicos como circuitos electrónicos para monitorear el voltaje y el consumo actual. Se ha reconocido que un medidor de estado sólido electrónico de electricidad proporciona un dispositivo más dinámico y una medida más precisa del consumo de energía. Sin embargo, el sistema de circuitos se monitoreo con base en microprocesador usado dentro de los medidores electrónicos de electricidad requiere se proporcionen uno o más voltajes de suministro para operar los circuitos de supervisión. Los suministros internos de energía que son capaces de generar un voltaje de CD relativamente constante del voltaje de la corriente alterna trifásica de la línea monitoreada han sido usados con este propósito. Ya que las compañías de electricidad requieren medidores para una variedad de voltajes primarios diferentes de la línea de corriente alterna, ha sido necesario proporcionar suministros de energía que tienen componentes individualizados para generar los voltajes de suministro del microprocesador de la variedad de voltajes primarios. Se han desarrollado diversos diseños de circuitos, tales como los mostrados en la Patente de los E.U.A. Número 5,621 ,629, para proporcionar un solo medidor que sea capaz de medir la energía eléctrica asociada con los voltajes primarios que varían en un amplio rango. Aunque los suministros eléctricos de interruptores y divisores de voltaje se conocen para uso en un medidor electrónico de electricidad, existen desventajas con los suministros eléctricos actualmente disponibles. Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un suministro de energía para un medidor electrónico de electricidad que está dirigido los problemas asociados con los suministros eléctricos actualmente disponibles. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN [0004] La presente invención involucra un método y aparato para proporcionar un suministro de energía para operar los componentes electrónicos contenidos con un medidor electrónico de electricidad, en el cual el medidor electrónico de electricidad es capaz de medir el consumo de energía eléctrica en un amplio rango de voltaje de entrada utilizando un solo medidor. El circuito del suministro de energía de la invención compensa el amplio rango de voltaje de entrada y crea un suministro de voltaje CD generalmente constante, usado para dar energía al circuito electrónico dentro del medidor electrónico de electricidad. El suministro de energía incluye un transformador que tiene un devanado primario que recibe el voltaje de línea y un devanado secundario, donde la energía almacenada del devanado primario se descarga al devanado secundario. El devanado secundario del transformador crea y proporciona el voltaje de salida para el suministro de energía. Un interruptor se conecta al devanado primario del transformador para permitir selectivamente y prevenir el flujo de corriente a través del devanado primario. Cuando la corriente fluye a través del devanado primario, el núcleo del transformador se magnetiza y no fluye energía al devanado secundario. Cuando la corriente fluye a través del devanado primario se rompe, se evita que la corriente fluya a través del devanado primario y la energía almacenada en el devanado primario se transfiere al devanado secundario del transformador para crear un voltaje de salida. El valor del voltaje de salida se determina al controlar la cantidad de tiempo que se permite para que la corriente fluya a través del devanado primario. El tiempo de encendido y apagado del interruptor conectado al devanador primario por lo tanto controla el voltaje de salida en el devanado secundario. Un circuito de control se acopla al interruptor para proporcionar una señal de control para que el interruptor controle la operación cíclica del interruptor entre las posiciones de encendido y apagado. De preferencia, el circuito de control es un cronómetro que tiene tiempos de ciclo de encendido y apagado que son controlables con precisión. De esta manera, la señal de control de la unidad de control controla el tiempo de ciclo de un interruptor, y así el voltaje de salida del suministro de energía. En una modalidad de la invención, un circuito de sobrevoltaje se coloca para recibir el voltaje de línea de la semionda rectificada. El circuito de sobrevoltaje compara el voltaje de línea rectificada con un límite de voltaje superior.

Si el valor del voltaje de línea rectificada excede el límite de voltaje superior, el circuito de sobrevoltaje desactiva la generación de la señal de control desde la unidad de control al interruptor. Cuando se desactiva la señal de control, el trayecto de la corriente a través del devanado primario del transformador permanece abierto de tal manera que la corriente no pueda fluir a través del transformador. Cuando se evita que la corriente fluya a través del transformador, la energía no es inducida al devanado secundario del transformador. Ya que la energía no es reflejada desde el devanado secundario, no se presenta un voltaje de reflejo adicional en el devanado primario, de ese modo se reduce el voltaje total como se ve en el interruptor del circuito del suministro de energía. De esta manera, el circuito de sobrevoltaje limita el voltaje presente en el interruptor para proteger el interruptor del circuito de suministro de energía. En la modalidad preferida de la invención, el circuito de sobrevoltaje incluye histéresis para que el circuito de sobrevoltaje genere la señal de sobrevoltaje cuando el voltaje de la barra colectora de CD excede el límite de voltaje superior.

Una vez que el voltaje de la barra colectora CD cae debajo del límite de voltaje superior, el circuito de sobrevoltaje no terminará la señal de sobrevoltaje hasta que ei voltaje de la barra colectora CD caiga debajo de un límite ajustado de voltaje superior, que es menos que el límite de voltaje superior. En otra modalidad de la invención, el circuito del suministro de energía incluye un circuito limitador de corriente que compara el flujo de corriente a través del devanado primario del transformador con un límite de corriente superior.

Si la corriente que fluye a través del devanado primario del transformador excede el límite de corriente, el circuito limitador de corriente desactiva la generación de la señal de control desde la unidad de control, así previniendo más flujo de corriente a través del devanado primario del transformador. De preferencia, el circuito limitador de corriente incluye un circuito de cronómetro para que la operación de! transformador se desactive por un tiempo seleccionado después de que la corriente vuelva a estar bajo el límite de corriente.

El circuito de control del suministro de energía genera una señal de control que tiene un tiempo de apagado constante y tiempo de encendido controlable variable. El tiempo de encendido de la señal de control es inversamente proporcional al valor del voltaje de línea. De esta manera, la señal de control disminuye el tiempo de encendido del transformador para tensiones de voltaje altas e incrementa el tiempo de encendido cuando el voltaje de línea tiene un valor menor. Esta característica permite al circuito de control mantener de manera más precisa un voltaje de salida constante para tensiones de línea variables. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos ilustran el mejor modo contemplado actualmente para llevar a cabo la invención. En los dibujos: La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un medidor electrónico de electricidad trifásico que incluye el suministro de energía de la presente invención; La Fig. 2 es un diagrama de bloques del circuito de suministro de energía de la presente invención; La Fig. 3 es un diagrama parcial del circuito del circuito del suministro de energía de la presente invención; y La Fig. 4 es un diagrama parcial del circuito del suministro de energía de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Fig. 1 ilustra un medidor electrónico de electricidad trifásico 10 construido de acuerdo con la presente invención. El medidor de electricidad 10 incluye un alojamiento cerrado del medidor que comprende un miembro de cubierta 12 montado en una base del miembro 14. El miembro de cubierta 12 incluye una superficie de frente o carátula generalmente libre que permite que un exhibidor digital 18 sea leído desde el exterior del medidor de electricidad 10. El miembro de cubierta 12 y el miembro base 14 se unen entre sí de una manera convencional de tal manera que el miembro base 14 y el miembro de cubierta 16 definen un alojamiento del medidor sellado, circunscrito. El alojamiento del medidor evita que la humedad y otros contaminantes ambientales alcancen los circuitos internos contenidos dentro del medidor electrónico de electricidad trifásica 10. En la presente invención, un circuito de operación y medida se contiene dentro del alojamiento del medidor que opera para medir el consumo de energía y controla el visualizador digital 18. Los detalles específicos del circuito de medición no se describirán en detalle, ya que el circuito de medición no forma parte de la presente invención. Sin embargo, deberá entenderse que el circuito de medición contenido en el alojamiento del medidor incluye componentes electrónicos, incluyendo un circuito de monitoreo de corriente y procesador, que requieren un voltaje CD constante para operar. Como puede verse en la Figura 1 , el medidor de electricidad 10 incluye una pluralidad de cuchillas 20 que proporcionan un punto de conexión entre el medidor electrónico de electricidad 10 de la presente invención y el suministro de energía eléctrica que es monitoreado. Ahora con referencia a la Fig. 2, se muestra un circuito de suministro de energía 22 para usar en el medidor electrónico de electricidad. El circuito del suministro de energía 22 generalmente recibe un voltaje de línea CA trifásico 24 y convierte el voltaje de línea CA en un voltaje de salida constante CD 26 que se usa para darle energía a los circuitos de operación interna contenidos en el medidor electrónico de electricidad. En la modalidad de la invención ilustrada, el voltaje de salida 26 es de 12 volts CD constante. Los 12 volts de CD constantes del voltaje de salida 26 pueden ser disminuidos o incrementados a cualquier otro voltaje CD requerido por el circuito interno dentro del medidor electrónico de electricidad de una manera conocida. Como se describió anteriormente, el voltaje de línea de CA 24 que se recibe en el medidor electrónico de electricidad está típicamente en el rango de entre 96 y 630 volts de CA. El circuito del suministro de energía 22 de la presente invención convierte el voltaje de línea de entrada variable 24 en un voltaje de salida 26 de 12 volts CD constante. Como se ilustra en la Figura 2, el voltaje de línea trifásica 24 es una semionda rectificada por el circuito rectificador 28 para crear un voltaje CD de barra colectora 30. El voltaje CD de barra colectora 30 se suministra a un convertidor de corriente principal 32. En la modalidad de la invención mostrada en la Figura 2, el convertidor de energía principal 32 es un transformador que tiene un devanado primario 34 y un devanado secundario 36. Los devanados primarios y secundarios del convertidor de energía principal 32 se describirán con mayor detalle a continuación. [0022] Como se muestra en la Figura 2, un interruptor 38 se conecta al devanado primario 34 del convertidor de energía 32. El interruptor 38 se opera selectivamente para permitir y prevenir el flujo de corriente a través del devanado primario 34. El interruptor 38 se opera en respuesta a una señal de control generada por el circuito de control 40. Cuando el interruptor 38 se enciende, se hace una conexión a tierra a través del devanado primario 34 y la corriente fluye a través del devanado primario para energizar el núcleo magnético del devanado primario 34. Cuando el interruptor 38 está en la posición de apagado, la conexión del devanado primario 34 a tierra se rompe y la energía magnética almacenada del devanado primario 34 del transformador se transfiere al devanado secundario 36. El devanado secundario 36 del transformador se conecta a un circuito estabilizador para generar un voltaje de salida 26. El valor del voltaje de salida 26 puede ser regulado al controlar la proporción de tiempos de encendido y apagado del interruptor 38. Como se muestra, la operación del interruptor 38 entre las posiciones de encendido y apagado se controla por una señal de control desde el circuito de control 40. El circuito de suministro de energía 22 incluye un circuito de retroalimentación de voltaje 42 colocado entre el voltaje de salida 26 y el circuito de control 40. El circuito de retroalimentación de voltaje 42 compara el voltaje de salida 26 con un voltaje de referencia deseado y genera una señal para inhibir la operación del circuito de control 40 si el voltaje de salida excede el voltaje deseado. Si el voltaje de salida 26 cae bajo el voltaje de referencia deseado, la unidad de control 40 puede generar la señal de control para el interruptor. Si el voltaje de salida 28 excede el voltaje deseado, el circuito de retroalimentación de voltaje inhibe la generación de la señal de control hasta que el voltaje de salida cae bajo el voltaje deseado. En la modalidad de la invención ilustrada en la Figura 2, el circuito de suministro de energía 22 también incluye un circuito de limitación de corriente 44. El circuito de limitación de corriente 44 es particularmente deseable para evitar daños al circuito de suministro de energía 22 en caso de una avería lateral secundaria del convertidor de energía 32. En general, el circuito de límite de corriente 44 monitorea la corriente en el devanado primario 34 del convertidor de energía 32. Si la corriente en el devanado primario 34 excede un límite superior de corriente, el circuito de límite de corriente 44 inhibe la generación de la señal de control desde el circuito de control 40, el cual interrumpe la operación del convertidor de energía 32 por un periodo de interrupción. El circuito de límite de corriente 44 es particularmente importante en el arranque/encendido, cuando la corriente primaria del transformador se hace continua mientras que el voltaje de salida se eleva. Además de limitar la corriente a través del transformador 32, el circuito del suministro de energía 22 de la presente invención también incluye un circuito de protección de sobre voltaje 46. En la modalidad de la invención ilustrada en la Figura 2, el interruptor 38 tiene un régimen de trabajo de voltaje máximo. Como ejemplo, el interruptor 38 en la presente invención es un transistor calibrado con régimen de trabajo de 1 ,000 volts. Durante la descarga del devanado primario 34 al devanado secundario 36, 200 volts adicionales de voltaje secundario reflejado pueden aparecer en el devanado primario 34. De esta manera, durante la descarga del devanado primario, el interruptor 38 ve la combinación del voltaje CD de barra colectora 30 y el voltaje reflejado desde el devanado secundario 36. Si el interruptor 38 se calibra a 1,000 volts, esto permite una operación segura hasta un voltaje CD de barra colectora de aproximadamente 800 volts. En el extremo superior del rango de entrada del suministro de energía, el pico del voltaje CD de barra colectora 30 alcanzará aproximadamente 814 volts. Para evitar daño al interruptor 38, el circuito de sobrevoltaje 46 evita la operación del convertidor de energía 32 para voltajes de entrada sobre el límite de voltaje superior. En la modalidad de la invención, el circuito de sobrevoltaje 46 opera para evitar la operación del convertidor de energía 32 para voltajes de entrada sobre 700 volts. Cuando el convertidor de energía 32 se interrumpe, el interruptor 38 ve únicamente el voltaje CD de barra colectora 30. Como se ilustra en la Figura 2, el circuito de sobrevoltaje 46 monitorea el voltaje en la barra colectora CD 30 e interrumpe la generación de la señal de control desde el circuito de control 40 cuando el voltaje de la barra colectora excede el voltaje superior. Cuando el voltaje de barra colectora excede el voltaje superior, se evita el flujo de corriente a través del devanado primario 34. El circuito del suministro de energía 22 incluye un circuito de arranque 48 que se conecta al voltaje CD de barra colectora 30. El circuito de arranque 48 incluye una fuente de corriente que carga un capacitor. Una vez que el capacitor alcanza un umbral de voltaje menor, el circuito de arranque 48 señala al circuito de control 40 para empezar la operación del convertidor de energía 32. Como puede entenderse de la descripción anterior, el circuito de suministro de energía 22 de la presente invención deshabilita la operación del convertidor de energía 32 cuando el voltaje de línea rectificada excede el límite de voltaje superior. Además, el circuito del suministro de energía 22 de la presente invención proporciona un circuito de limitación de corriente para evitar daño al interruptor de energía 38. Ahora con referencia a las Figuras 3 y 4, ahí se muestra el esquema del circuito detallado que incorpora el diagrama de bloques de la Figura 2. Aunque un circuito esquemático detallado se muestra en las Figuras 3 y 4 para proporcionar una modalidad preferida del circuito de suministro de energía 22, deberá entenderse que otras modalidades de la invención pueden crearse mientras operen dentro del alcance de la presente invención. Como se muestra en la Figura 3, los voltajes de línea trifásica de CA 24 se conectan a la entrada del circuito rectificador 28. El circuito rectificador 28 incluye diodos 50, 52 y 54 cada uno conectado a una fase de voltaje de línea. Una serie de capacitores 56, 58 y 60 también se conectan a cada fase de voltaje de línea 24. Un par de capacitores 62 y 64 se incluyen en el circuito por razones de EMC de tal manera que el circuito rectificador 28 crea una semionda rectificada del voltaje CD de barra colectora en la línea 30. Como se describió anteriormente, el voltaje de línea trifásica de CA 24 puede variar de entre 96 y 630 volts CA. Como se ilustra en la Figura 3, el voltaje CD de barra colectora 30 se aplica al devanado primario 34 del transformador 33, el cual funciona como el transformador de energía, en la. modalidad ilustrada de la invención, el devanado primario 34 incluye una primer bobina 66 y una segunda bobina 68 conectadas en serie. El devanado secundario 36 del transformador 33 también incluye una primer bobina 70 y una segunda bobina 72 conectadas en paralelo. [0033] En la modalidad mostrada de la invención, el interruptor de energía principal 38 es un transistor colocado entre el voltaje CD de barra colectora y el suelo. Cuando el interruptor de energía principal 38 se enciende, se crea un paso de corriente a través del diodo 74, transistor 73 y los resistores 76, 78 y 80 al piso. Cuando el transistor 73 se enciende y se crea un paso de corriente, se genera energía eléctrica en el devanado primario 34 del transformador 33. El interruptor de energía 38 recibe una señal de control a lo largo de la línea 82. La línea 82 se acopla a la base de los transistores 81 y 83, los cuales también están acoplados con el transistor 73 a través de los resistores 85 y 87. La línea 82 también se acopla a la terminal de salida 84 del circuito de control de tiempo 40 mostrado en la Figura 4. En la modalidad ilustrada de la invención, el circuito de control de tiempo 40 es un cronómetro convencional 555 que genera una señal periódica de control que oscila entre cero y cinco volts en la terminal de salida 84. La señal de control tiene un tiempo de apagado preestablecido y un tiempo de encendido que se controla por una alimentación al cronómetro 555. La salida en la terminal 84 se acopla a un circuito de cambio de nivel 86 que convierte la señal de control de cinco volts del circuito de control 40 a un nivel más adecuado para dirigir el transistor 73 que forma el interruptor 38. El circuito de cambio de nivel 86 es un circuito generalmente convencional, cuyos detalles no forman parte de la presente invención. Con referencia de nuevo a la Figura 3, cuando la señal en la línea 82 enciende el interruptor 38, el devanado primario 34 se carga. Cuando la señal de la línea 82 apaga el interruptor 38, el paso de corriente a través del interruptor 38 se interrumpe. Cuando el paso de corriente se interrumpe, la energía almacenada en el devanado primario 34 del transformador 33 se transfiere a los devanados secundarios 36. La energía transferida fluye a través del diodo 88 y en el par de capacitores paralelos 90, 92 y finalmente a la carga conectada en el punto 94. Como se describió previamente, los tiempos de encendido y apagado del interruptor 38 se regulan por la señal de control del circuito de control 40 de tal manera que el voltaje de salida 26 se mantiene en aproximadamente 12 volts de CD. Durante la transferencia de energía desde el devanado primario 34 al devanado secundario 36 cuando el interruptor 38 está apagado, el devanado primario 34 del transformador 33 ve un voltaje secundario reflejado. Durante condiciones de operación normales, el voltaje reflejado es de aproximadamente 200 volts. Cualquier energía adicional almacenada en la auto-inductancia del transformador 33 se disipa en el circuito amortiguador formado por diodos 96 y 98 los cuales fijan el voltaje secundario reflejado en aproximadamente 224 volts. Así, en el apagado del Interruptor 38, el interruptor 38 será expuesto a la suma del voltaje CD de barra colectora en la línea 30, que puede variar hasta aproximadamente 800 volts, más hasta 224 volts adicionales del voltaje reflejados del devanado secundario 36.

En la modalidad ilustrada de la invención, el transistor 73 que forma el interruptor 38 está disponible calibrado hasta aproximadamente 1,000 volts. Como puede entenderse por la descripción anterior, el interruptor 38 puede someterse hasta a 1,024 volts durante los valores pico de voltaje y voltaje de reflejo pico del devanado secundario 36. Como se describirá a continuación, un circuito de sobrevoltaje se utiliza como parte del circuito del suministro de energía de la presente invención para limitar el voltaje que aparece en el interruptor 38. En la Figura 3, los resistores 100, 102, en combinación con el diodo 74, forman un amortiguador que ayuda a amortiguar el tanque de resonancia parásita formado por los capacitores de la fuente de desagüe del transistor 73 y la inductancia primaria del transformador. Ahora con referencia con la Figura 4, el circuito de control de cronómetro 40 se configura para producir una forma de onda de salida en la terminal 84 que tiene un tiempo de apagado constante y un tiempo de encendido inversamente proporcional al voltaje en la barra colectora CD 30. Así, mientras el voltaje CD de barra colectora aumenta, el tiempo de encendido de la señal de control disminuye y la cantidad de tiempo que la corriente fluye a través del devanado primario disminuye. Igualmente, si el voltaje de la barra colectora CD disminuye, el tiempo de encendido de la señal de control se incrementa. Así, la señal de control funciona para mantener voltaje de salida CD generalmente constante sobre una línea de voltaje CA de rango variable. El voltaje en la barra colectora de CD 30 se alimenta al circuito de control 40 desde la línea 104. El voltaje en la barra colectora de CD se alimenta a través de una red de resistores 106 al transistor 108. El transistor 108 tiene su base 110 conectada a un voltaje de cinco volts de referencia en la línea 112. El transistor 108 está conectado al capacitor 114 y controla el tiempo de carga del capacitor 114. Un diodo 116 proporciona un sujetador máximo a tiempo para el circuito de control de cronómetro 40. En la modalidad ilustrada de la invención, el diodo 116 proporciona un sujetador máximo a tiempo de aproximadamente 6 µs. Como se ilustra en la Figura 4, el circuito 118 se conecta al voltaje de salida de 12 volts y genera la señal de referencia de cinco volts en la línea 112. La señal de referencia de cinco volts se usa a lo largo del circuito del suministro de energía en la manera como se describirá a continuación. Como puede entenderse de la combinación de las Figuras 3 y 4, el voltaje de salida 26 se aplica a lo largo de la línea 120 al circuito de retroalimentación de voltaje 42. El circuito de retroalimentación de voltaje 42 incluye un comparador 122, que compara el voltaje de salida en la línea 120 con un voltaje de referencia creado en 124 por la combinación de los resistores 128 y 192. El voltaje de salida en la línea 120 se alimenta a través de una red divisora de resistores que incluye los resistores 126 y 130. La red divisora de resistores se selecciona en base al voltaje de salida deseado para el circuito, en la modalidad mostrada de la invención, el voltaje de referencia en 124 es de aproximadamente 2.5 volts. Para regular el voltaje de salida a 12 volts, el resistor 126 se selecciona para ser de 9,100 ohms y el resistor 130 se selecciona para ser de 2,400 ohms. Para poder reducir la susceptibilidad al ruido, se añade aproximadamente 200 mV de histéresis al comparador 122. Para proporcionar la histéresís deseada, un resistor de retroalimentación 134 se incluye en el circuito. Un resistor de salida 136 se proporciona en la salida del comparador 122. Cuando el voltaje de salida en la línea 120 está por debajo del voltaje de salida deseado, el comparador 122 genera una señal baja en su salida, que es recibida en el transistor 138. El transistor 138 se acopla a la terminal de reconexión 140 del circuito de control 40 a través del diodo 139. Mientras que el voltaje de salida en la línea 120 esté por debajo del voltaje de salida deseado, el circuito de control 40 puede generar una señal de control para que el interruptor 38 active el transformador 33. Si el voltaje de salida en la línea 120 está por arriba del voltaje deseado, el comparador 122 produce un valor alto al transistor 138, que es recibido en la compuerta del transistor. Como se ilustra, la fuente del transistor 138 recibe la señal de control presente en la terminal de salida 84 del circuito de control 40. Cuando la señal de control de la terminal 84 pasa a bajo, el transistor 138 lleva la terminal de reconexión 140 hacia abajo a través del diodo 139. Cuando la terminal de reconexión 140 es baja, la terminal de salida 84 del circuito de control se mantiene hacia abajo y el interruptor 38 se mantiene abierto para que no pueda seguir fluyendo la corriente a través del devanado primario 34. Una vez que el voltaje de salida cae por debajo del voltaje deseado, la salida del comparador 122 baja y el circuito de control puede operar para generar la señal de control en la terminal 84. El uso del circuito de retroalimentación de voltaje 42 permite control sobre un rango excesivamente grande de la línea y las condiciones de carga sin los problemas asociados de ciclos de desempeño muy pequeños o grandes. Esto es importante debido a que el circuito de la presente invención no incluye capacitores de carga en el riel de alto voltaje CD y el transistor deberá ser capaz de recorrer el ciclo de línea por completo. De nuevo con referencia a la Figura 3, se ha descrito previamente que el interruptor de energía principal preferido 38 es un transistor 73 calibrado a hasta 1,000 volts. Debido a que 200 volts adicionales de voltaje secundario reflejado pueden ser vistos por el interruptor 38 en combinación con el voltaje CD de barra colectora 30 de hasta 800 volts, se proporciona un circuito de desactivación de sobrevoltaje 46. De acuerdo con la modalidad preferida de la invención, para prevenir daño al interruptor 38, se evita que el transformador 33 transfiera energía desde la bobina primaria 34 a la bobina secundaria 36 para voltajes presentes en la barra colectora CD de más de 700 volts. El límite de voltaje superior a 700 volts puede modificarse dependiendo de la capacidad del transistor 73. Cuando el transformador 33 no está funcionando, el interruptor 38 solo ve el voltaje CD de barra colectora 30. El voltaje de la barra colectora 30 se alimenta a través de un divisor de voltaje, incluyendo una serie de resistores 142 y el resistor 132, a la terminal de entrada 144 de un comparador 146 del circuito de sobre voltaje 46, como se muestra en la Figura 4. La segunda terminal de entrada 148 del comparador 146 se conecta al voltaje de referencia presente en la línea 124. Como puede entenderse, la red de resistores 142 y el resistor 132 se seleccionan para que el voltaje en la terminal 144 exceda el voltaje de referencia en la línea 124 cuando el voltaje de línea CD exceda 700 volts. Si un límite de voltaje superior diferente se desea, los valores de los resistores de la red divisora de resistores se pueden modificar, como es bien conocido. Cuando el voltaje de la barra colectora CD está por debajo de los 700 volts, el comparador 146 produce un valor bajo que es recibido en el transistor a través del resistor 151. El bajo valor en el transistor 150 mantiene el transistor 150 en un estado apagado, que permite la operación del circuito de control de tiempo 40 y la generación de la señal de control en la terminal de salida 84.

Cuando el voltaje de la barra colectora CD excede 700 volts, el comparador 146 produce una señal alta al transistor 150, que es recibida en la compuerta del transistor. Como se ilustra, la fuente del transistor 150 recibe la señal de control presente en la terminal de salida 84 del circuito de control 40. Cuando la señal de control de la terminal 84 es baja, el transistor 150 jala la terminal de reconexión 140 hacia abajo a través del diodo 139. Cuando la terminal de reconexión 140 está baja, la salida del circuito de control se mantiene hacia abajo y el interruptor 38 se mantiene abierto de tal manera que no pueda seguir fluyendo la corriente a través del devanado primario 34 del transformador. Cuando la terminal de salida 84 se desactiva, el transformador también se desactiva lo que ocasiona que el interruptor de energía 38 sólo vea el voltaje CD de barra colectora y no el voltaje reflejado del devanado secundario 36. El comparador 146 incluye un resistor de retroalimentación 153 que se emplea para introducir histéresis en el circuito de sobrevoltaje 46. En la modalidad ilustrada de la invención, los valores del resistor se seleccionan de tal manera que la operación del transformador se inhibe inicialmente cuando el voltaje CD de barra colectora excede los 695 volts. La introducción de histéresis en el circuito permite al transformador solo ser reactivado cuando el voltaje CD de barra colectora cae por debajo de un límite voltaje superior ajustado o 679 volts. La inclusión de la histéresis en el circuito asegura que el circuito de protección de sobrevoltaje 46 inicialmente interrumpe la operación cuando el voltaje CD de barra colectora se aproxima a 700 volts y continua suspendiendo la operación hasta que el voltaje de barra colectora cae a un nivel aceptable mucho más bajo que el máximo de 700 volts.

Una vez que el voltaje CD de barra colectora cae por debajo del límite superior de voltaje de 700 volts, la salida del comparador 146 baja y el circuito de control puede operar para generar la señal de control en la terminal 84. Además de incluir un circuito de desactivación de sobrevoltaje, el circuito del suministro de energía 22 de la presente invención incluye un circuito limitador de corriente 44. El circuito limitador de corriente 44 incluye una entrada 152. La entrada 152 detecta el flujo de corriente a través del devanado primario del transformador, como se representa por el voltaje a través de los resistores en serie 76, 78 y 80 (Figura 3). El flujo de corriente a través de los resistores en serie es el mismo flujo de corriente a través del devanado primario 34 del transformador 33. El voltaje en la entrada 152 se alimenta a través de un resistor 164 a la terminal de entrada 154 del comparador 156. La segunda terminal 158 se alimenta por el voltaje de referencia 112 después de haber pasado a través de un divisor de voltaje que consiste de los resistores 160 y 162. Cuando el voltaje en la terminal de entrada 154 excede el límite superior de corriente establecido por los resistores 160, 162, el comparador 156 produce una señal baja a la base del transistor 166. Cuando la base del transistor 166 es baja, la terminal de reconexión 140 del circuito de control 40 es inmediatamente jalada hacia abajo para evitar la generación de la señal de control en la terminal 84. Cuando la señal de control no está más presente, la operación del transformador 33 se evita. Como la base del transistor 166 es jalada hacia abajo, el capacitor 168 se descarga. Una vez que la corriente detectada a través del transformador cae bajo el límite superior de corriente, el comparador 156 produce de nuevo una señal alta a la base del transistor 166. Sin embargo, la terminal de reconexión 140 del circuito de control 40 no sube hasta que el capacitor 168 se carga. Así, la operación del transformador 33 se interrumpe por un periodo de tiempo preseleccionado determinado por el capacitor 168 y el resistor 170 aún después de que el valor de la corriente caiga más abajo que el límite superior de corriente. De nuevo en referencia a la Figura 4, el circuito del suministro de energía de la presente invención también incluye el circuito de encendido 48. El circuito de encendido 48 incluye una fuente de corriente formada por los transistores 172, 174 y 176. Los transistores 172, 174 y 176 proporcionan una carga lenta a través del resistor 178 y el diodo 180 al capacitor 182. El voltaje a través del capacitor 182 se alimenta a través del resistor 184 a la terminal 186 del comparador de bajo voltaje 188. La terminal 190 del comparador 188 recibe un voltaje de referencia definido por el divisor de voltaje que incluye los resistores 192 y 128. El comparador de bajo voltaje 188 incluye un resistor de retroalimentación 194 y un resistor de tierra 196. Los resistores se seleccionan de tal manera que el comparador produce una señal alta a aproximadamente 15 volts y se apaga cuando el voltaje a través del capacitor 182 cae a aproximadamente 8 volts. Cuando el comparador 188 se apaga, se libera la exclusión de voltaje menor y la fuente de corriente proporcionada por los transistores en serie 172, 174 y 176 se deshabilita para minimizar la disipación de calor. En la modalidad específica de la invención mostrada en los diagramas de circuito de las Figuras 3 y 4, los valores específicos para muchos de los elementos de circuito no se muestran ya que los valores de estos componentes son un asunto de elección de diseño como puede reconocerse por aquellos con destreza en la técnica. Más aún, aunque las configuraciones de diseño específicas se muestran para los diversos componentes operativos en el circuito del suministro de energía, deberá de entenderse que otros diseños de circuitos pueden utilizarse mientras que operen dentro del alcance de la presente invención.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES 1. Un suministro de energía para usarse en un medidor electrónico de electricidad, operable para recibir y supervisar una línea de voltaje trifásica, el suministro de energía comprende: un rectificador de voltaje colocado para recibir tensión de línea y generar un voltaje CD de barra colectora; un transformador que tiene un devanado primario y un devanado secundario, en donde el voltaje CD de barra colectora se aplica al devanado primario de tal forma que la corriente fluya a través del devanado primario, en donde el devanado primario descarga al devanado secundario para definir un voltaje de salida del suministro de energía; un interruptor conectado al devanado primario para permitir selectivamente y evitar que el flujo de corriente a través del devanado primario, cuando se evita que la corriente fluya a través del devanado primario, el devanado primario descarga al devanado secundario; un circuito de control acopla al interruptor para proporcionar una señal de control al interruptor para controlar la operación del interruptor entre las posiciones de encendido y apagado; un circuito de sobrevoltaje se coloca para recibir un voltaje CD de barra colectora y se acopla al circuito de control, en donde el circuito de sobrevoltaje se opera para generar una señal de sobrevoltaje para evitar el flujo de corriente a través del devanado primario cuando el voltaje CD de barra colectora excede un límite superior de voltaje.
2. 2. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende un circuito limitador de corriente que se opera para comparar el flujo de corriente a través del devanado primario a un límite superior de corriente, en donde el circuito limitador de corriente genera una señal de sobre corriente para evitar el flujo de corriente a través del devanado primario cuando la corriente detectada exceda el límite superior de corriente.
3. 3. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito limitador de corriente incluye un circuito de cronómetro que controla la duración de la señal de sobre corriente.
4. 4. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la señal de sobrevoltaje evita la generación de la señal de control por el circuito de control.
5. 5. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de sobre voltaje incluye histéresis de tal manera que el circuito de sobrevoltaje compara el voltaje CD de barra colectora con un límite superior de voltaje seleccionado y genera la señal de sobrevoltaje cuando el voltaje CD de barra colectora excede el límite superior de voltaje y elimina la señal de sobrevoltaje cuando el voltaje de barra colectora CD cae debajo del límite superior de voltaje ajustado menos que el límite superior de voltaje.
6. 6. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un circuito de retroalimentación de voltaje colocado para recibir el voltaje de salida desde el devanado secundario del transformador y operable para comparar el voltaje de salida con un voltaje de referencia deseado, en donde el circuito de retroalimentación de voltaje evita el flujo de corriente a través del devanado primario cuando el voltaje de salida excede el voltaje de referencia deseado.
7. 7. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el voltaje de línea recibido por el rectificador de voltaje es uno de una amplia variedad de voltajes de servicio suministrado por un proveedor de servicio eléctrico y en donde el voltaje de salida del suministro de energía es independiente del voltaje de línea.
8. 8. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el devanado primario incluye una primer bobina y una segunda bobina conectadas en serie.
9. 9. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el devanado secundario del transformador incluye una primer bobina y una segunda bobina conectadas en paralelo.
10. 10. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de control generada por el circuito de control es una señal periódica que tiene pulsos repetidos cada uno separado por un tiempo de apagado, cada pulso tiene un tiempo de duración de encendido, en donde el tiempo de duración de encendido se determina en base al valor del voltaje de barra colectora CD.
11. 11. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el tiempo de duración de encendido disminuye mientras el valor del voltaje CD de barra colectora aumenta y el tiempo de duración de encendido se incrementa mientras el voltaje de barra colectora disminuye.
12. 12. Un suministro de energía para usarse en un medidor electrónico de electricidad que se opera para recibir y supervisar un voltaje de línea trifásica, el suministro de energía comprende: un rectificador de voltaje colocado para recibir el voltaje de línea y generar un voltaje CD de barra colectora; un transformador que tiene un devanado primario y un devanado secundario, en donde el voltaje CD de barra colectora se aplica al devanado primario de tal manera que la corriente fluya a través del devanado primario, en donde el devanado primario se descarga al devanado secundario para definir un voltaje de salida del suministro de energía; un interruptor conectado al devanado primario para permitir selectivamente y evitar el flujo de corriente a través del devanado primario, cuando se evita que la corriente fluya a través del devanado primario, el devanado primario se descarga al devanado secundario y un circuito de control acoplado al interruptor para proporcionar una señal de control al interruptor para controlar la operación del interruptor entre las posiciones de encendido y apagado, en donde la señal de control que se genera por _ el circuito de control es una señal periódica que tiene pulsos repetitivos cada uno separado por un tiempo de apagado, cada pulso tiene un tiempo de duración de encendido, en donde el tiempo de duración de encendido se determina en base al valor del voltaje CD de barra colectora.
13. 13. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el tiempo de duración de encendido disminuye mientras el valor del voltaje CD de barra colectora incrementa y el tiempo de duración de encendido se incrementa cuando el voltaje CD de barra colectora disminuye.
14. 14. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende un circuito de sobrevoltaje colocado para recibir el voltaje CD de barra colectora y se acopla al circuito de control, en donde el circuito de sobrevoltaje se opera para generar una señal de sobrevoltaje para evitar la generación de la señal de control cuando el voltaje CD de barra colectora excede el límite superior de voltaje.
15. 15. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además comprende un circuito limitador de corriente que se opera para comparar el flujo de corriente a través del devanado primario a un límite superior de corriente, en donde el circuito limitador de corriente genera una señal de sobre corriente para evitar la generación de la señal de control cuando la corriente detectada excede el límite superior de corriente.
16. 16. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el circuito limitador de corriente incluye un circuito de cronómetro que controla la duración de la señal de sobre corriente.
17. 17. El suministro de energía de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el circuito de sobrevoltaje incluye histéresis de tal manera que el circuito de sobrevoltaje compara el voltaje CD de barra colectora con el límite superior de voltaje y genera la señal de sobrevoltaje cuando el voltaje CD de barra colectora excede el límite superior de voltaje y elimina la señal de sobrevoltaje cuando el voltaje CD de barra colectora cae por debajo de un límite superior de voltaje ajustado menos que el límite superior de voltaje.
18. 18. El método para suministrar energía a los componentes que operan en un medidor electrónico de electricidad que mide energía eléctrica, la energía tiene un voltaje de línea variable, el método comprende las etapas de: rectificar el voltaje de línea para generar un voltaje CD de barra colectora; proporcionar un transformador que tiene un devanado primario y devanado secundario; proporcionar el voltaje CD de barra colectora al devanado primario del transformador; proporcionar un interruptor que selectivamente permite y evita el flujo de corriente a través del devanado primario, en donde el devanado primario descarga en el devanado secundario para evitar el flujo de corriente a través del devanado primario; proporcionar un circuito de control que controla la operación del interruptor; comparar el valor del voltaje CD de barra colectora a un límite superior de voltaje y generar una señal de sobrevoltaje para el circuito de control, cuando el voltaje de barra colectora excede el límite superior de corriente; y operar el circuito de control para evitar el flujo de corriente a través del devanado primario al recibir la señal de sobrevoltaje en el circuito de control.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque además comprende la etapa de: comparar el flujo de corriente a través del devanado primario del transformador a un límite superior de corriente; y generar una señal de sobre corriente para la unidad de control cuando el flujo de corriente a través del devanado primario excede el límite superior de corriente.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el circuito de control evita la descarga del devanado primario al recibir la señal de sobre corriente.