ES2201479T3 - Circuito de alimentacion de corriente. - Google Patents
Circuito de alimentacion de corriente.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN CIRCUITO (10) DE SUMINISTRO DE CORRIENTE QUE PREVE UN VOLTAJE OBTENIDO A PARTIR AL MENOS DE DOS FUENTES (12A,12B) DE TENSION DE ENTRADA. UN EQUILIBRADOR (15A,15B) DE CORRIENTE ESTA CONECTADO A CADA FUENTE (12A,12B) DE TENSION DE ENTRADA. LOS INDICADOS EQUILIBRADORES DE CORRIENTE SUMINISTRAN CORRIENTE ELECTRICA A UNA ENTRADA (17,27A,27B) DE CONTROL DE UN TRANSISTOR (14,26A,26B) DE SALIDA. DE ACUERDO CON LA PRIMERA INCORPORACION PREVISTA, ESTA INCLUIDO UN TRANSISTOR (14) DE SALIDA COMUN CONECTADO A LAS FUENTES (12A,12B) DE TENSION DE ENTRADA POR MEDIO DE DIODOS (13A,13B) DE DESACOPLADO. DE ACUERDO CON OTRA INCORPORACION, ESTA GARANTIZADO EL ACOPLAMIENTO DE LAS FUENTES (12A,12B) DE TENSION DE ENTRADA MEDIANTE TRANSISTORES (26A,26B) DE SALIDA QUE SON INTERCONECTADOS A LA SALIDA (11). LA MAYOR VENTAJA OFRECIDA MEDIANTE EL CIRCUITO DE SUMINISTRO DE CORRIENTE DE ACUERDO CON LA INVENCION ES QUE SE DISPONE DE UN VOLTAJE DIFERENCIAL BAJO ENTRE LA SALIDA (11) DEL CIRCUITO(10) DE SUMINISTRO DE CORRIENTE Y LA TENSION DE LA FUENTE (12A,12B) DE ENTRADA PRINCIPAL.
Description
Circuito de alimentación de corriente.
La invención parte de un circuito de alimentación
de corriente según el tipo de las reivindicaciones independientes.
El circuito de alimentación de corriente debe hacerse funcionar con
varias fuentes de tensión de entrada que puedan presentar tensiones
diferentes. Las fuentes de tensión de entrada no pueden
interconectarse directamente. Por ello, una medida habitual prevé
la utilización de diodos de desacoplamiento, de manera que la
fuente de tensión de entrada que presenta la tensión más alta está
conectada al siguiente circuito, mientras que la fuente de tensión
de entrada con la tensión más baja está desacoplada. Una desventaja
de esta solución conocida es que la diferencia de tensión que
aparece al menos entre una salida del circuito de alimentación de
corriente y la fuente de tensión de entrada se amplía el valor de
la tensión de flujo de un diodo en adición a la diferencia de
tensión que aparece de por sí en el circuito de alimentación de
corriente.
La invención se basa en la tarea de indicar un
circuito de alimentación de corriente que pueda alimentarse de al
menos dos fuentes de tensión de entrada diferentes, con lo que debe
aparecer una diferencia de tensión lo más pequeña posible entre la
salida del circuito de alimentación de corriente y la fuente de
tensión de entrada con la tensión más alta.
La tarea se soluciona mediante las
características indicadas en las dos reivindicaciones
independientes.
Las diferentes configuraciones del circuito de
alimentación de corriente según la invención tienen en común que un
espejo de corriente está conectado a cada fuente de tensión de
entrada, el cual suministra la corriente proporcionada por una
fuente de corriente a la entrada de control de un transistor de
salida. Con esta medida, la tensión de control del transistor de
salida puede llegar a aproximarse a la tensión de la fuente de
tensión de entrada en cuestión. La diferencia de tensión sólo puede
estar en el intervalo de 0,1 a 0,3 voltios, que corresponde a la
tensión de saturación del tramo colector-emisor de
un transistor contenido en el espejo de corriente.
Los espejos de corriente a los que se hace
referencia a continuación están descritos detalladamente en la
literatura básica, por ejemplo, en el libro especializado de U.
Tietze y Ch. Schenk "Halbleiter - Schaltungstechnik", 5ª
edición, 1980, páginas 55 - 56. Un espejo de corriente
proporciona a una conexión de corriente de salida una corriente
máxima, que se fija en una conexión de corriente de entrada. El
factor de transformación puede elegirse libremente. Una ventaja
esencial consiste en que entre la corriente que entra en la
conexión de corriente de entrada y la corriente que sale de la
conexión de corriente de salida puede haber una diferencia de
potencial. El espejo de corriente debe conectarse a una conexión de
alimentación de corriente que debe ser capaz de proporcionar las
corrientes que aparecen en el espejo de corriente, con lo que la
tensión en la conexión de alimentación de corriente determina las
relaciones de potencial.
Según una primera configuración del circuito
según la invención, las al menos dos fuentes de tensión de entrada
están interconectadas a un transistor de salida a través de los
diodos de desacoplamiento conocidos a partir del estado de la
técnica. Sin embargo, se produce una reducción de la caída de
tensión que aparece, por medio de la conexión del espejo de
corriente directamente a la fuente de tensión de entrada, de manera
que además de la caída de tensión que aparece en los diodos de
desacoplamiento, sólo hay que considerar una pequeña caída de
tensión en el transistor de salida. La caída de tensión en el
transistor de salida está determinada por su tensión de saturación
del tramo colector-emisor.
Según otra realización del circuito de
alimentación de corriente según la invención, a cada fuente de
tensión de entrada está asignada un transistor de salida. Los
transistores de salida están interconectados a la salida del
circuito de alimentación de corriente. Los transistores de salida
se encargan del desacoplamiento necesario de las fuentes de tensión
de entrada. El circuito de alimentación de corriente según la
invención de acuerdo con esta realización hace posible una
diferencia de tensión especialmente pequeña entre la tensión que
hay a la salida del circuito de alimentación de corriente y la
fuente de tensión de entrada con la tensión más alta. Con la
eliminación de los diodos de desacoplamiento, la diferencia de
tensión mínima se reduce a la tensión de flujo de los transistores
de salida.
Perfeccionamientos y configuraciones ventajosas
de los circuitos de alimentación de corriente según la invención se
producen a partir de las reivindicaciones dependientes. Una primera
configuración ventajosa prevé que una única fuente de corriente esté
incluida en el circuito de alimentación de corriente según la
invención, la cual proporciona al espejo de corriente una corriente
dada. Con esta medida es posible una realización de bajo coste.
Además, la corriente máxima que puede suministrar el circuito de
alimentación de corriente según la invención está determinada por
la corriente proporcionada por la fuente de corriente, por el
factor de transformación de corriente del espejo de corriente así
como por el factor de amplificación de la corriente del transistor
de salida. El circuito de alimentación de corriente puede
protegerse frente a cortocircuitos mediante medidas de la técnica
de circuitos. Para ello, generalmente se registra la corriente. Si
la corriente supera un valor máximo dado, una parte adicional del
circuito reduce la corriente a la salida del espejo de corriente.
La toma de corriente es independiente del número de fuentes de
tensión de entrada conectadas realmente.
Otra configuración ventajosa prevé que la tensión
de salida esté fijada en un valor dado. Es posible una
estabilización sencilla de la tensión de salida mediante un
acotamiento de la entrada de control del transistor de salida a un
potencial dado. Resulta adecuado un diodo limitador
preferiblemente. Un perfeccionamiento ventajoso de esta medida prevé
un circuito regulador cerrado que compara la tensión de salida con
una tensión de referencia. Con esta medida puede conseguirse una
tensión de salida estable.
Los diodos de desacoplamiento necesarios según la
primera realización del circuito de alimentación de corriente según
la invención están realizados preferiblemente como diodos
bipolares, que presentan una alta fiabilidad. Otra configuración
consiste en la realización de los transistores de salida, que
presentan preferiblemente una estructura NPN. Con esta medida es
posible una integración sencilla de los transistores de salida con
los otros componentes electrónicos sobre un chip de silicio.
Una aplicación preferida del circuito de
alimentación de corriente según la invención se encuentra en un
vehículo automóvil. Por un lado, existen esfuerzos por prever
varias tensiones diferentes de la red de alimentación eléctrica del
vehículo, en lugar de una única tensión de alimentación eléctrica,
que normalmente tiene un valor de 12 V ó 14 V. Por otro lado,
en un vehículo automóvil moderno hay instalados numerosos aparatos
electrónicos que ya contienen circuitos de alimentación de corriente
que pueden ser utilizados como fuentes de tensión de entrada en el
caso presente.
Otras configuraciones y perfeccionamientos
ventajosos del circuito de alimentación de corriente según la
invención resultan de otras reivindicaciones dependientes y de la
siguiente descripción.
Las figuras 1 a 4 muestran esquemas de conexión
de diferentes ejemplos de realización de un circuito de
alimentación de corriente según la invención.
La figura 1 muestra un circuito 10 de
alimentación de corriente que proporciona una tensión de salida en
una salida 11. La tensión de entrada del circuito 10 de
alimentación de corriente se proporciona por distintas fuentes de
tensión de entrada. En el ejemplo de realización mostrado, se
muestra una primera fuente 12a de tensión de entrada y una segunda
fuente 12b de tensión de entrada que están reunidas en un transistor
14 de salida común a través de un primer diodo 13a de
desacoplamiento y un segundo diodo 13b de desacoplamiento. El
transistor 14 de salida común está conectado a la salida 11. Un
primer espejo 15a de corriente, cuya conexión 16a de alimentación de
corriente está conectada con la primera fuente 12a de tensión de
entrada, proporciona una corriente a una entrada 17 de control del
transistor 14 de salida común que viene dada por una fuente 18 de
corriente. Por ello, el primer espejo 15a de corriente está
conectado con su conexión 19a de salida de corriente a la entrada
17 de control.
La entrada 17 de control del transistor 14 de
salida común está conectada además a una conexión 19b de salida de
corriente de un segundo espejo 15b de corriente cuya conexión 16b
de alimentación de corriente está conectada a la segunda fuente 12b
de tensión de entrada.
Ambos espejos 15a, 15b de corriente están
conectados con sus conexiones 20a, 20b de entrada de corriente, en
cada caso, a la fuente 18 de corriente.
La entrada 17 de control del transistor 14 de
salida común está conectada a una masa 22 de conexión a través de
un limitador 21 de tensión común.
El circuito 10 de alimentación de corriente
mostrado en la figura 1 funciona de la siguiente manera:
El circuito 10 de alimentación de corriente
proporciona a la salida 10 una tensión que se obtiene de la primera
fuente 12a o de la segunda fuente 12b de tensión de entrada. Ambas
fuentes 12a, 12b de tensión de entrada están interconectadas al
transistor 14 de salida común a través de los dos diodos 13a, 13b
de desacoplamiento y forman un circuito analógico O. Por ello, está
conectada al transistor 14 de salida aquella fuente 12a, 12b de
tensión de entrada que proporcione la mayor tensión para la
polaridad de los diodos 13a, 13b de desacoplamiento que aparece en
la figura 1.
Para la activación del transistor 14 de salida
común está previsto un espejo 15a, 15b de corriente. Cada fuente
12a, 12b de tensión de entrada está conectada a un espejo 15a, 15b
de corriente independiente a través de la correspondiente conexión
16a, 16b de entrada de corriente. El espejo 15a, 15b de corriente
proporciona una corriente a la entrada 17 de control del transistor
14 de salida común, que viene dada por la fuente 18 de corriente.
El espejo 15a, 15b de corriente, cuya realización de conexión
detallada puede deducirse de la publicación mencionada
anteriormente, refleja la corriente que entra al espejo 15a, 15b de
corriente a través de la conexión 20a, 20b de entrada de corriente
en la conexión 19a, 19b de salida de corriente, pudiendo elegirse
libremente el factor de transformación. Por ello, la corriente
máxima que puede entrar a la entrada 17 de control del transistor
14 de salida común está determinada por la corriente de la fuente 18
de corriente así como por el factor de transformación fijado. La
corriente máxima que puede suministrarse a la salida 11 queda
determinada dependiendo del factor de amplificación de corriente del
transistor 14 de salida común. El circuito 10 de alimentación de
corriente según la invención está protegido contra
cortocircuitos.
La ventaja esencial que supone la activación del
transistor 14 de salida común con el espejo 15a, 15b de corriente
consiste en que la corriente proporcionada a la entrada 17 de
control del transistor 14 de salida común puede presentar un
potencial diferente al de la corriente que suministra la fuente 18
de corriente. Mediante la conexión del espejo 15a, 15b de corriente
a la fuente 12a, 12b de tensión de entrada a través de su conexión
16a, 16b de alimentación de corriente, el potencial en la entrada 17
de control del transistor 14 de salida común se sitúa sólo
ligeramente por debajo de la tensión de la fuente 12a, 12b de
tensión de entrada. La diferencia de tensión depende de la
realización técnica de conexión del espejo 15a, 15b de corriente.
En el caso de una realización según la publicación mencionada
anteriormente, la diferencia de tensión corresponde a una tensión de
saturación de un tramo colector-emisor de un
transistor, que puede encontrarse en el intervalo de 0,1 V a 0,3 V.
A esta diferencia de tensión debe añadirse además la diferencia de
tensión que aparece entre la entrada 17 de control del transistor 14
de salida común y la salida 11. En el caso de una realización del
transistor 14 de salida común con la técnica de silicio debe
añadirse además una diferencia da tensión de aproximadamente 0,7
V.
Una caída de tensión más aparece en los diodos
13a, 13b de desacoplamiento, la cual depende de la realización de
los diodos. Si se utilizan diodos de silicio bipolares, la caída de
tensión adicional en los diodos 13a, 13b de desacoplamiento puede
tener un valor de hasta 1 V. Pero dado que, frente al estado de la
técnica conocido, el potencial a la entrada 17 de control del
transistor 14 de salida común se eleva considerablemente, en total
se produce una diferencia de tensión más pequeña que la que hasta
ahora se podía alcanzar.
La tensión en la salida 11 puede determinarse con
el limitador 21 de tensión común, que fija el potencial en la
entrada 17 de control del transistor 14 de salida común. Un diodo
limitador resulta adecuado, por ejemplo, un diodo Zener. Para la
determinación de la tensión del limitador 21 de tensión común hay
que tener en cuenta, además, la diferencia de tensión que aparece
entre la entrada 17 de control y la salida 11.
La figura 2 muestra un perfeccionamiento del
circuito 10 de alimentación de corriente según la invención según
la figura 1. Los elementos mostrados en la figura 2 que coinciden
con los elementos mostrados en la figura 1 llevan en cada caso los
mismos números de referencia. En lugar del limitador 21 de tensión
común mostrado en la figura 1 están previstos un potenciómetro 23,
una fuente 24 de tensión de referencia así como un comparador 25.
El potenciómetro 23 así como la fuente 24 de tensión de referencia
están ambos conectados al comparador 25, cuya salida está conectada
a la entrada 17 de control del transistor 14 de salida común.
Frente al circuito 10 de alimentación de
corriente según la invención mostrado en la figura 1, el
perfeccionamiento según la figura 2 hace posible una regulación de
la tensión del circuito 10 de alimentación de corriente
proporcionada a la salida 11 sobre un valor constante que está
determinado por la fuente 24 de tensión de referencia. Existe un
circuito cerrado de regulación, de manera que, dependiendo del modo
de conexión del comparador 25, puede conseguirse una alta
estabilidad de la tensión.
La figura 3 muestra otra realización según la
invención del circuito 10 de alimentación de corriente. Los
elementos mostrados en la figura 3 que coinciden con los elementos
mostrados en la figura 1 llevan en cada caso los mismos números de
referencia. La diferencia esencial entre ambas realizaciones
consiste en que, en lugar del transistor 14 de salida común y los
diodos 13a, 13b de desacoplamiento, están previstos un primer
transistor 26a de salida y un segundo transistor 26b de salida. El
primer transistor 26a de salida está conectado directamente a la
primera fuente 12a de tensión de entrada y el segundo transistor
26b de salida está conectado directamente a la segunda fuente 12b de
tensión de entrada. Ambos transistores 26a, 26b de salida están
conectados a la salida 11.
Una entrada 27a de control del primer transistor
26a de salida está conectada tanto con el primer espejo 15a de
corriente a través de su conexión 19a de salida de corriente, como
también con un primer limitador 28 de tensión, que está conectado al
punto 22 de masa. Una entrada 27b de control del segundo transistor
26b de salida está conectada tanto con el segundo espejo 15b de
corriente a través de su conexión 19b de salida de corriente, como
con un segundo limitador 29 de tensión, que está conectado al punto
22 de masa.
La diferencia esencial entre el ejemplo de
realización del circuito 10 de alimentación de corriente según la
invención mostrado en la figura 1 y el mostrado en la figura 3
consiste en que la diferencia de tensión mínima que se puede
alcanzar entre la tensión a la salida 11 y la tensión más alta de
una de las fuentes 12a, 12b de tensión de entrada es de nuevo más
reducida según la realización de acuerdo con la figura 3 que según
el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 1. Ello se
consigue mediante la eliminación de la caída de tensión que aparece
inevitablemente en los diodos 13a, 13b de desacoplamiento según la
figura 1. El desacoplamiento de las fuentes 12a, 12b de tensión de
entrada es posible mediante la utilización del primer y el segundo
transistor 26a, 26b de salida. Según ello, cada fuente 12a, 12b de
tensión de entrada alimenta a su propio transistor de salida,
estando la totalidad de los transistores 26a, 26b conectados a la
salida 11.
Una determinación de la tensión a la salida 11 es
posible por medio del acotamiento de las entradas 27a, 27b de
control de los transistores 26a, 26b de salida a valores dados
mediante ambos limitadores 28, 29 de tensión. Los limitadores 28, 29
de tensión proporcionan preferiblemente la misma tensión.
La diferencia de tensión que aparece entre la
salida 11 y la fuente 12a, 12b de tensión de entrada está
determinada solamente por la diferencia de tensión que aparece en
el espejo 15a, 15b de tensión, así como por la diferencia de tensión
que hay entre la entrada 27a, 27b de control del transistor 26a,
26b de salida y la salida 11. En cambio, la diferencia de tensión
que aparece en el transistor 26a, 26b de salida entre la salida 11 y
la fuente 12a, 12b de tensión de entrada es despreciable y por lo
tanto no eleva la diferencia de tensión total.
La figura 4 muestra un perfeccionamiento del
circuito 10 de alimentación de corriente según la invención
mostrado en la figura 3. Los elementos mostrados en la figura 4 que
coinciden con los elementos mostrados en la figura 3 llevan en cada
caso los mismos números de referencia. Frente al circuito 10 de
alimentación de corriente según la invención mostrado en la figura
3, los limitadores 28, 29 de tensión incluidos en él están
sustituidos por el divisor 23 de tensión conocido a partir de la
figura 2, por la fuente 24 de tensión de referencia así como por el
comparador 25. Dado que, frente al ejemplo de realización mostrado
en la figura 2, ahora están previstos transistores 26a, 26b de
salida independientes, se necesitan otro primer diodo 30a de
desacoplamiento así como otro segundo diodo 30b de desacoplamiento.
El primer diodo 30a de desacoplamiento conecta al comparador 25 con
la conexión 27a de control del primer transistor 26a de salida y el
otro segundo diodo 30b de desacoplamiento conecta al comparador 25
con la entrada 27b de control del segundo transistor 26b de salida.
En lugar de la posibilidad sencilla de fijar la tensión en la
salida 11 al valor de la tensión del primer o segundo limitador 28,
29 de tensión, mostrada en la figura 3, según el perfeccionamiento
de acuerdo con la figura 4 es posible una regulación de la tensión
en la salida 11 al valor determinado por la tensión 24 de
referencia. El circuito de regulación cerrado que aparece puede
configurarse en relación con la calidad de regulación deseada, y
hace posible una alta estabilidad de la tensión a la salida 11.
Claims (9)
1. Circuito de alimentación de corriente con al
menos dos fuentes de tensión de entrada que están interconectadas a
un transistor de salida a través de diodos de desacoplamiento,
caracterizado porque a cada fuente (12a, 12b) de tensión de
entrada está conectado un espejo (15a, 15b) de corriente, que
suministra la corriente proporcionada por una fuente (18) de
corriente a la entrada (17) de control del transistor (14) de
salida.
2. Circuito de alimentación de corriente con al
menos dos fuentes de tensión de entrada que están interconectadas
en una salida a través de elementos de desacoplamiento,
caracterizado porque existen transistores (26a, 26b) de
salida como elementos de desacoplamiento, con lo que a cada fuente
(12a, 12b) de tensión de entrada está asignado un transistor (26a,
26b) de salida, y porque a cada fuente (12a, 12b) de tensión de
entrada está conectado un espejo (15a, 15b) de corriente, que
suministra la corriente proporcionada por una fuente (18) de
corriente a la entrada (27a, 27b) de control del transistor (26a,
26b) de salida conectado a la fuente (12a, 12b) de tensión de
entrada.
3. Circuito de alimentación de corriente según
las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la fuente
(18) de tensión proporciona una corriente dada al espejo (15a, 15b)
de corriente.
4. Circuito de alimentación de corriente según
las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la tensión
en la entrada (17, 27a, 27b) de control del transistor (14, 26a,
26b) de salida está fijada a un valor dado.
5. Circuito de alimentación de corriente según
la reivindicación 4, caracterizado porque existe un diodo
limitador para fijar la tensión.
6. Circuito de alimentación de corriente según la
reivindicación 4, caracterizado porque está previsto un
circuito cerrado de regulación para la estabilización de la tensión
en una salida (11) del circuito (10) de alimentación de corriente,
que contiene un comparador (25) y una fuente (24) de tensión de
referencia.
7. Circuito de alimentación de corriente según la
reivindicación 1, caracterizado porque los diodos (13a, 13b)
de desacoplamiento están realizados según la técnica bipolar.
8. Circuito de alimentación de corriente según
las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el
transistor (14, 26a, 26b) de salida es un transistor NPN.
9. Empleo del circuito (10) de alimentación de
corriente según una de las reivindicaciones precedentes en un
vehículo automóvil.
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| DE19710440 | 1997-03-13 | ||
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