ES1075909U - Sistema para descargar rápidamente un relé de corriente continua - Google Patents

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Abstract

1. Circuito para descargar una bobina (218) relé de corriente continua, caracterizado porque comprende:un primer circuito (212, 214) de supresión acoplado a través de una fuente (208) de alimentación;un conmutador (216);una bobina (218) relé en serie con el conmutador, en el que la bobina relé y el conmutador están acoplados a través de la fuente (208) de alimentación; yun segundo circuito (220, 222) de supresión acoplado a través de la bobina (218) relé.2. El circuito de la reivindicación 1, caracterizado porque el primer circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo.3. El circuito de la reivindicación 2, caracterizado porque el segundo circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo.4. El circuito de la reivindicación 1 caracterizado porque:el segundo circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo;yun ánodo del diodo está acoplado con un ánodo del diodo zener.5. El circuito de la reivindicación 1 caracterizado porque:el segundo circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo;el conmutador tiene un límite de voltaje preseleccionado; yel diodo zener tiene un voltaje de caída menor que el límite de voltaje preseleccionado del conmutador.6. El circuito de la reivindicación 5, caracterizado porque el conmutador es un conmutador MOSFET.7. El circuito de la reivindicación 1 caracterizado porque:el segundo circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo;un cátodo del diodo está acoplado con un cátodo del diodo zener.

Description

Circuito para descargar una bobina relé de corriente continua.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, en general, a un circuito para descargar rápidamente un relé de corriente continua (CC). Más específicamente, la presente invención se refiere a un circuito para minimizar la cantidad de tiempo empleada para descargar una bobina relé de corriente continua (CC) usando una fuente de alimentación de corriente CC.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las bobinas relé son inductoras y se oponen a los cambios en el flujo de la corriente. Las bobinas de corriente CC se usan a menudo dentro de un relé de corriente CC para generar una fuerza de conmutación capaz de activar uno o más conmutadores de carga. En tal caso, un voltaje de corriente CC se aplica a una bobina de corriente CC que almacena la energía aplicada y genera la fuerza de conmutación. Una vez que se ha alcanzado un umbral de voltaje o energía, los conmutadores de carga son activados por la fuerza de conmutación de la bobina de corriente CC. Según se corta el voltaje de alimentación a la bobina, se generan altos voltajes, debido a la energía almacenada en la bobina. Tales altos voltajes pueden dañar la lógica de control, las fuentes de alimentación y los contactos de conmutación. La energía almacenada en la bobina de corriente CC se disipa durante un cierto periodo de tiempo. Sin embargo, ese periodo de tiempo puede ser significativo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Ciertos aspectos de la invención se refieren a un circuito para descargar rápidamente un relé de corriente CC. En una realización, la invención se refiere a un circuito para descargar una bobina relé, incluyendo el circuito un primer circuito de supresión acoplado a través de una fuente de alimentación, un conmutador, una bobina relé en serie con el conmutador, en donde la bobina relé y el conmutador están acoplados a través de la fuente de alimentación, y un segundo circuito de supresión acoplado a través de la bobina relé, en donde la bobina relé está configurada para activar al menos un conmutador de carga cuando está suficientemente dotada de energía por la fuente de alimentación, en donde el primer circuito de supresión está configurado para descargar energía almacenada en la bobina relé, y en donde el segundo circuito de supresión está configurado para descargar energía almacenada en la bobina relé.
En otra realización, la invención se refiere a un circuito para descargar una bobina relé, incluyendo el circuito una fuente de alimentación, un primer conmutador en serie con la fuente de alimentación, un primer subcircuito paralelo en paralelo con la fuente de alimentación y el primer conmutador, incluyendo el primer subcircuito paralelo un primer diodo en serie con un primer diodo zener, un segundo subcircuito paralelo en paralelo con la fuente de alimentación y el primer conmutador, incluyendo el segundo subcircuito paralelo un conmutador MOSFET en serie con una bobina relé, y un tercer subcircuito paralelo en paralelo con la bobina relé, incluyendo el tercer subcircuito paralelo un segundo diodo en serie con un segundo diodo zener, en donde la bobina relé está configurada para activar al menos un conmutador de carga cuando está lo suficientemente dotada de energía por la fuente de alimentación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es un diagrama de bloques esquemático de un circuito de control de alimentación que incluye un circuito relé de corriente CC de acuerdo a una realización de la presente invención.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un circuito relé de corriente CC que incluye un circuito de liberación rápida, de acuerdo a una realización de la presente invención.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático de un circuito relé de corriente CC que incluye un circuito de liberación rápida con un conmutador MOSFET, de acuerdo a una realización de la presente invención.
La FIG. 4 es una tabla que ilustra características de prestaciones asociadas al uso de un circuito de liberación rápida, de acuerdo a una realización de la presente invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Pasando ahora a los dibujos, se ilustran realizaciones de circuitos para descargar rápidamente un relé de corriente CC. Los relés de corriente CC incluyen generalmente bobinas de corriente CC que proporcionan una fuerza de conmutación para activar uno o más conmutadores de carga cuando el suficiente voltaje es aplicado por una fuente de alimentación de control de corriente CC. Cuando la fuente de alimentación se corta para devolver los conmutadores de carga a sus posiciones originales de conmutación, los circuitos de liberación rápida aíslan las bobinas de corriente CC y disipan rápidamente la energía almacenada en las bobinas de corriente CC. En varias realizaciones, el circuito de liberación rápida incluye un conmutador en serie con la bobina de corriente CC y un circuito de supresión que incluye un diodo convencional en serie con un diodo zener, donde el circuito de supresión está acoplado en paralelo a través de la bobina de corriente CC.
En algunas realizaciones, los circuitos de liberación rápida se usan conjuntamente con circuitos tipo Legacy diseñados para disipar energía almacenada en una bobina de corriente CC. Sin embargo, dichos circuitos Legacy se diseñan a menudo sin consideración hacia el periodo de tiempo desde la retirada del voltaje proporcionado por una fuente de alimentación de control de corriente CC hasta la activación de uno o más conmutadores de carga (p. ej., el tiempo de liberación). En algunas realizaciones, los circuitos Legacy incluyen un diodo en serie con un diodo zener. En muchas realizaciones, el funcionamiento de los circuitos Legacy da como resultado un tiempo de liberación que es demasiado largo para cierto número de aplicaciones. En particular, las aplicaciones que implican conmutar sistemas de distribución de energía en un avión pueden requerir un tiempo de liberación muy corto, o mínimo. En algunos casos, los tiempos de liberación excesivos pueden dar como resultado un fallo del sistema dentro de un avión. En una realización, por ejemplo, un tiempo de liberación de 20 milisegundos (ms) o más es demasiado largo. Usando el circuito de liberación rápida, el tiempo de liberación puede reducirse significativamente. En una realización, por ejemplo, el tiempo de liberación puede reducirse a 10 ms, o menos. En algunas realizaciones, el tiempo de liberación se reduce hasta un 50 por ciento.
En varias realizaciones, los relés de corriente CC con un circuito de liberación rápida pueden usarse para controlar la distribución de energía en un sistema eléctrico de aeronave. La energía puede distribuirse usando sistemas de corriente CC o AC (monofásica, bifásica o trifásica), o combinaciones de los mismos. En un cierto número de realizaciones, el relé de corriente CC tiene un conmutador de carga que conmuta una fuente de alimentación de corriente AC o CC. En varias realizaciones, las fuentes de alimentación de corriente CC funcionan con 28 voltios, 26 voltios o 270 voltios. En una realización, las fuentes de alimentación de corriente CC funcionan entre 11 y 28 voltios. En otras realizaciones, el relé de corriente CC incluye tres conmutadores de carga que conmutan distintas fases de una fuente de alimentación de corriente AC. En una realización, la fuente de alimentación de corriente AC funciona con 115 voltios y con una frecuencia de 400 hertz. En otras realizaciones, los relés de corriente CC con un circuito de liberación rápida tienen más de un único conmutador de carga, donde cada conmutador de carga puede conmutar una fuente de alimentación de corriente CC o una sola fase de una fuente de alimentación de corriente AC. En otras realizaciones, las fuentes de alimentación funcionan con otros voltajes y otras frecuencias. En una realización, las fuentes de alimentación de corriente CC pueden incluir baterías, unidades auxiliares de energía y / o fuentes externas de alimentación de corriente CC. En una realización, las fuentes de alimentación de corriente AC pueden incluir generadores, turbinas de presión dinámica y / o fuentes externas de alimentación de corriente AC.
Un circuito afín de liberación rápida se describe en la solicitud de patente estadounidense con número 12 / 431.682, presentada el 28 de abril de 2009, titulada “SYSTEM AND METHOD FOR QUICKLY DISCHARGING AN AC RELAY” [“SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA DESCARGAR RÁPIDAMENTE UN RELÉ DE CORRIENTE CA”], cuyo contenido se incorpora en su totalidad al presente documento por referencia.
La FIG. 1 es un diagrama de bloques esquemático de un circuito 100 de control de energía que incluye un circuito 104 relé de corriente CC según una realización de la presente invención. El circuito 100 de control de energía incluye una fuente 102 de alimentación acoplada con el circuito 104 relé. El circuito 104 relé también está acoplado con una carga 106 y un circuito 108 de control.
En funcionamiento, el circuito 104 relé controla el flujo de corriente desde la fuente 102 de alimentación hasta la carga 106, en base a la entrada recibida desde el circuito 108 de control. En una realización, la fuente de alimentación es una fuente de alimentación de corriente AC usada en una aeronave. En tal caso, la carga es una carga de aeronave tal como, por ejemplo, sistemas de iluminación de aeronave o de calefacción y refrigeración de la aeronave. En varias realizaciones, el circuito 104 relé incluye una bobina de corriente CC y un circuito de liberación rápida. El circuito de liberación rápida puede aislar la bobina de corriente CC y disipar rápidamente la energía almacenada en la bobina de corriente CC cuando la energía suministrada desde el circuito 108 de control se corta o se retira.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un circuito 200 relé de corriente CC que incluye un circuito de liberación rápida, según una realización de la presente invención. El circuito relé de corriente CC incluye adicionalmente una fuente 202 de alimentación acoplada con un conmutador 204 de carga. La posición del conmutador 204 de carga está controlada por una fuerza de conmutación generada en una bobina 218 de corriente CC. El conmutador 204 de carga también está acoplado con una carga 206.
Una fuente 208 de alimentación de control de corriente CC está acoplada, por un primer conmutador 210, con circuito de supresión heredado que incluye un diodo zener 212 en serie con un diodo 214. El cátodo del diodo zener 212 está acoplado con el primer conmutador 210, mientras que el ánodo del diodo zener 212 está acoplado con el ánodo del diodo 214. Así, el diodo zener 212 y el diodo 214 están efectivamente en una configuración contigua. Un circuito de liberación rápida está acoplado en paralelo con el circuito heredado. El circuito de liberación rápida incluye un segundo conmutador 216 en serie con la bobina 218 de corriente CC y un segundo circuito de supresión que incluye un segundo diodo 220 en serie con un segundo diodo zener 222. El segundo circuito de supresión está en paralelo con la bobina 218 de corriente CC. En la realización ilustrada, el segundo diodo 220 y el diodo zener 222 están en una configuración contigua (p. ej., los ánodos de cada diodo están acoplados entre sí). En otra realización, el segundo diodo 220 y el diodo zener 222 están en otra configuración (p. ej., los cátodos de cada diodo están acoplados entre sí). El segundo conmutador 216 está en serie con la bobina 218 de corriente CC. El segundo conmutador 216 está acoplado con el primer conmutador 210, y la bobina 218 de corriente CC está acoplada con la fuente 208 de alimentación de control de corriente CC. El segundo diodo 220 también está acoplado con la fuente 208 de alimentación de control de corriente CC.
En funcionamiento, el primer conmutador 210 y el segundo conmutador 216 están cerrados y la bobina 218 de corriente CC está cargada por la fuente 208 de control de corriente CC. Una vez que la bobina de corriente CC está suficientemente cargada, genera una fuerza de conmutación para activar el conmutador 204 de carga. El primer conmutador 210 puede abrirse entonces para cortar la fuente de control de corriente CC. El segundo conmutador puede abrirse para aislar la bobina de corriente CC del circuito heredado y de la fuente de control de corriente CC. La bobina de corriente CC genera una fuerza electromotriz inversa (EMF) que se disipa en el segundo circuito de supresión que incluye el diodo zener 222 y el diodo 220.
Cuando la EMF inversa alcanza un nivel predeterminado, el diodo zener 222 permite que la corriente fluya en dirección inversa a través del diodo zener y, por ello, también a través del diodo 220. En tal caso, ambos diodos disipan energía según la corriente fluye a través de ambos diodos y vuelve a la bobina de corriente CC. Este ciclo de disipación puede repetirse hasta que la bobina de corriente CC esté totalmente descargada. En algunas realizaciones, la bobina de corriente CC se descarga en un único ciclo. En varias realizaciones, el valor del diodo zener, el voltaje zener o de caída, se escoge para habilitar un tiempo específico de liberación.
En una realización, el primer diodo zener tiene un voltaje de caída, o zener, de 39 voltios. En una realización, el segundo diodo zener tiene un voltaje de caída de 200 voltios. En varias realizaciones, el primer conmutador está diseñado para asimilar un voltaje de 28 voltios. En tal caso, las EMF inversa mayores que 28 voltios pueden causar la formación de arcos a través del primer conmutador. En una realización, el segundo conmutador está diseñado para asimilar un voltaje de hasta 500 voltios. En tal caso, las EMF inversa mayores de 500 voltios pueden causar la formación de arcos a través del conmutador. En cierto número de realizaciones, el valor del segundo diodo zener se selecciona de forma tal que sea menor que voltaje de formación de arcos del segundo conmutador. En un caso así, el segundo diodo zener tiene un valor de 200 voltios, mientras que el segundo conmutador tiene un voltaje de formación de arcos de 500 voltios. En otras realizaciones, pueden usarse otros valores del voltaje de avance, para los diodos zener y los conmutadores con otras características del voltaje de formación de arcos.
En una realización, el circuito de liberación rápida no está aislado con la bobina de corriente CC, y tanto el circuito de supresión heredado como el circuito de liberación rápida funcionan para descargar la energía almacenada en la bobina de corriente CC. En tal caso, el circuito relé actúa, en efecto, en una modalidad de liberación no rápida. En este caso, la mayoría de, o toda, la energía almacenada en la bobina se disipará en el circuito heredado, ya que a menudo tiene un diodo zener con un voltaje de caída inferior. Así, el diodo zener del circuito heredado conduciría antes de que la EMF inversa aumente hasta el nivel en el cual conduciría el diodo zener de liberación rápida.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático de un circuito 300 relé de corriente CC que incluye un circuito de liberación rápida con un conmutador MOSFET S2, según una realización de la presente invención. Los componentes del circuito 300 relé de corriente CC son los mismos que los ilustrados en la FIG. 2 y anteriormente descritos, excepto que el segundo conmutador S2 está reemplazado por un conmutador MOSFET. El conmutador MOSFET S2, la fuente de control de corriente CC y el primer conmutador pueden ser controlados por un circuito externo de control (no ilustrado). En varias realizaciones, el circuito relé de corriente CC y el circuito de liberación rápida funcionan según lo anteriormente descrito para la FIG. 2.
En la realización ilustrada en la FIG. 2, el circuito de liberación rápida incluye el diodo y el diodo zener, en la configuración contigua. En cierto número de realizaciones, si la EMF inversa generada por la bobina de corriente CC es mayor que el voltaje de caída del diodo zener, el diodo zener funciona en una modalidad polarización inversa y permite que una cantidad controlada de corriente fluya a través del diodo zener y, por ello, a través del diodo convencional. En tal caso, ambos diodos disipan energía según la corriente fluye a través de ambos diodos y vuelve a la bobina de corriente
CC. Este ciclo de disipación puede repetirse hasta que la bobina de corriente CC esté totalmente descargada. En algunas realizaciones, la bobina de corriente CC se descarga en un único ciclo. En varias realizaciones, el valor del diodo zener, el voltaje zener o de caída, se escoge para permitir un tiempo de liberación específico. Por ejemplo, en una realización, el uso de un diodo zener de 200 voltios para el segundo diodo zener da como resultado un tiempo de liberación de menos de 10 ms.
La FIG. 4 es una tabla que ilustra características de prestaciones asociadas al uso de un circuito de liberación rápida, según una realización de la presente invención. La tabla ilustra cierta variedad de relés, tanto de tipo CC como AC, con circuitos de liberación rápida. La tabla también ilustra tiempos de liberación para relés convencionales que no tienen un circuito de liberación rápida. Para los relés de corriente CC con el circuito de liberación rápida, el tiempo de liberación puede mejorarse (p. ej., reducirse) hasta en un 50 por ciento. Para los relés de corriente AC con el circuito de liberación rápida, el tiempo de liberación puede mejorarse (p. ej., reducirse) hasta en un 500 por ciento.
En un número de realizaciones, las características adicionales de un relé de corriente CC con un circuito de liberación rápida se diseñan para asimilar una específica EMF inversa deseada. Por ejemplo, en varias realizaciones, la
5 separación de trazos sobre una placa de circuitos impresos del relé de corriente CC se implementa de forma tal que se impida la formación de arcos entre los trazos con la EMF inversa deseada. En otras realizaciones, el material y el espesor del revestimiento, o revestimientos, aplicado(s) se seleccionan de forma tal que se impida la formación de arcos entre devanados con la EMF inversa deseada y / o el daño a los revestimientos, en base a la magnitud de la EMF inversa.
Si bien la descripción anterior contiene muchas realizaciones específicas de la invención, estas no deberían
10 interpretarse como limitaciones del alcance de la invención, sino más bien como ejemplos de realizaciones específicas de la misma. En consecuencia, el alcance de la invención deberá determinarse no por las realizaciones ilustradas, sino por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Circuito para descargar una bobina (218) relé de corriente continua, caracterizado porque comprende: un primer circuito (212, 214) de supresión acoplado a través de una fuente (208) de alimentación; un conmutador (216); una bobina (218) relé en serie con el conmutador, en el que la bobina relé y el conmutador están acoplados a
    5 través de la fuente (208) de alimentación; y un segundo circuito (220, 222) de supresión acoplado a través de la bobina (218) relé.
  2. 2. El circuito de la reivindicación 1, caracterizado porque el primer circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo.
  3. 3. El circuito de la reivindicación 2, caracterizado porque el segundo circuito de supresión comprende un diodo 10 zener en serie con un diodo.
  4. 4.
    El circuito de la reivindicación 1 caracterizado porque: el segundo circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo; y un ánodo del diodo está acoplado con un ánodo del diodo zener.
  5. 5.
    El circuito de la reivindicación 1 caracterizado porque:
    15 el segundo circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo; el conmutador tiene un límite de voltaje preseleccionado; y el diodo zener tiene un voltaje de caída menor que el límite de voltaje preseleccionado del conmutador.
  6. 6.
    El circuito de la reivindicación 5, caracterizado porque el conmutador es un conmutador MOSFET.
  7. 7.
    El circuito de la reivindicación 1 caracterizado porque:
    20 el segundo circuito de supresión comprende un diodo zener en serie con un diodo; y un cátodo del diodo está acoplado con un cátodo del diodo zener.
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