ES2208957T3 - Circuito de control de fallos para fuente de alimentacion conmutada. - Google Patents
Circuito de control de fallos para fuente de alimentacion conmutada.Info
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Abstract
SEGUN LA PRESENTE INVENCION, SE ACOPLA UN FUENTE DE TENSION (RAW B + ), UN TRANSFORMADOR (T1) Y UN REGULADOR CON RECORTE (U1) PARA PRODUCIR UNA TENSION DE ALIMENTACION DE SALIDA REGULADA. UN CIRCUITO DE CONMUTACION (R5, R6, R7, Q3, Q4, Z3, U3) QUE REACCIONA A UNA SEÑAL DE FUNCIONAMIENTO/PARADA (V-RUN, + 23) DESCONECTA LA ALIMENTACION O LA CONECTA HACIENDO QUE HAYA UN CIRCUITO PASANTE. UN DETECTOR DE INCIDENTES (42) CONVIERTE EN NO PASANTE UNA PARTE DEL CIRCUITO SENSIBLE A UNA SOBRECARGA. UNA VEZ QUE LA ALIMENTACION SE HAYA CONECTADO, UN TEMPORIZADOR (40) CONVIERTE EN PASANTE UN CIRCUITO AUXILIAR DURANTE CIERTO TIEMPO. EL CIRCUITO AUXILIAR SE CONVIERTE EN NO PASANTE CUANDO EL DETECTOR DE INCIDENTES CONVIERTE EN PASANTE DICHA PARTE DEL CIRCUITO. ESTA PARTE DEL CIRCUITO QUEDA PASANTE EN AUSENCIA DE SOBRECARGA. UN DISPOSITIVO DE BLOQUEO QUE COMPRENDE EL TEMPORIZADOR MANTIENE EL CIRCUITO AUXILIAR NO PASANTE HASTA QUE SE DESCONECTE LA ALIMENTACION.
Description
Circuito de control de fallos para fuente de
alimentación conmutada.
Este invento se refiere al campo de las fuentes
de alimentación en modo conmutado para aparatos que funcionan en un
modo de marcha y un modo de espera, tales como un receptor de
televisión. En particular, el invento se refiere al campo del
control de fuentes de alimentación en modo conmutado en tales
aparatos durante condiciones de sobrecarga, utilizando un circuito
de control por lo demás presente para conmutar la fuente de
alimentación, por ejemplo una fuente de alimentación auxiliar,
encendiéndola y apagándola cuando se cambia entre los modos de
funcionamiento en marcha y en espera.
En una fuente de alimentación típica con
condiciones de marcha/espera, por ejemplo como las utilizadas en
receptores de televisión, un rectificador de puente y un
condensador de filtro proporcionan un voltaje bruto de corriente
continua (cc) (denominado voltaje B+ o B+ bruto), siempre que la
fuente de alimentación esté acoplada a la red doméstica de
alimentación. Las cargas en el modo de espera pueden ser
alimentadas directamente a partir del voltaje B+ o de cualquier
otro voltaje que esté siempre presente. Sin embargo, muchas cargas
en el modo de marcha, son alimentadas a través de una fuente
reguladora de voltaje, tal como una fuente de alimentación en modo
conmutado, que solamente funciona en el modo de marcha. Las fuentes
de alimentación en el modo de marcha, para ciertas cargas tales
como los circuitos de deflexión y las cargas de pantalla de alto
voltaje, emplean típicamente el transformador de retorno que
alimenta la deflexión del haz. Una fuente de alimentación separada o
auxiliar puede ser hecha funcionar, también, como una fuente en
modo conmutado y puede proporcionar un voltaje B+ regulado para el
transformador de retorno, así como otros voltajes de alimentación
auxiliares.
Los receptores de televisión por proyección, por
ejemplo, tienen necesidades de potencia particularmente exigentes
por cuanto poseen tres tubos de rayos catódicos (CRT) de gran
potencia. Una fuente de alimentación auxiliar es útil para
alimentar los amplificadores de convergencia para los tubos, siendo
necesarios, generalmente, dos de tales amplificadores para cada CRT.
Estos amplificadores necesitan voltajes de polaridad positiva y
negativa y pueden disipar una potencia sustancial.
En una fuente de alimentación en modo conmutado
un voltaje de cc de entrada (tal como el voltaje B+ en un receptor
de televisión), es acoplado a un terminal de un arrollamiento
primario de un transformador y el otro terminal del arrollamiento
primario está acoplado a un dispositivo de interrupción, de tal
manera que se acople corriente al transformador cuando el
dispositivo de interrupción conduce. El dispositivo de interrupción
es puesto en conducción y fuera de conducción, alternativamente,
durante el modo de funcionamiento en marcha, proporcionando
corrientes alternas en arrollamientos secundarios del
transformador, que son rectificadas y filtradas para proporcionar
voltajes de alimentación en el modo de marcha.
La regulación de los voltajes de salida se
consigue mediante un control de realimentación proporcionado, por
ejemplo, por un arrollamiento de realimentación del transformador.
Los respectivos arrollamientos secundarios están estrechamente
acoplados, de manera que las variaciones de carga en cualquiera de
los arrollamientos secundarios, se reflejan en el arrollamiento de
realimentación. El control de realimentación compara un voltaje del
arrollamiento de realimentación con un valor de voltaje estándar o
de umbral, que puede ser proporcionado por el dispositivo de
interrupción, y modula la frecuencia y/o la anchura del impulso a
las que el circuito de interrupción es puesto en conducción y fuera
de conducción. El dispositivo de interrupción está compensado para
hacerle insensible a variaciones del voltaje de entrada B+ bruto,
al tiempo que mantiene valores exactos del voltaje de salida cuando
varía la carga de corriente en un margen nominal de consumo de
potencia.
El dispositivo de interrupción para una fuente de
alimentación como se ha descrito puede ser un controlador de fuente
de alimentación de circuito integrado (IC) de la serie STK730 de
Sanyo. Este controlador incluye un FET (transistor de efecto de
campo) de interrupción de potencia, un activador y amplificador de
errores y un circuito de protección contra sobre corrientes, en un
único paquete. Cuando está acoplado en una alimentación en modo
conmutado y es puesto en conducción por vez primera, la corriente
circula a masa desde el voltaje B+, a través del arrollamiento
primario del transformador, el FET y una resistencia perceptora de
corriente. La corriente aumenta hasta que se dispara el circuito de
protección contra sobre corriente del controlador de IC, en cuyo
momento el controlador de IC pone fuera de conducción su transistor
de potencia FET. Se transmite energía a los arrollamientos
secundarios del transformador, donde la corriente AC inducida es
rectificada y carga condensadores de filtro. Después de un
intervalo de arranque de varios ciclos, el voltaje de salida
alcanza su valor regulado. Un circuito de comparación de umbral
proporcionado por el controlador de IC está acoplado a un
arrollamiento de realimentación del transformador y controla la
temporización de conmutación por el IC de control para mantener el
valor regulado del voltaje de salida. La oscilación se estabiliza a
una frecuencia y un ciclo de trabajo que acomodan las cargas
acopladas a los arrollamientos secundarios. Muchos otros
controladores de fuentes de alimentación trabajan de una manera
similar y pueden ser utilizados en lugar de la serie STK730 de
Sanyo.
Un controlador de IC de esta clase intentará
arrancar siempre que esté presente el voltaje B+ bruto. Otros
circuitos conmutados controlan la conmutación entre el modo de
espera y el modo de marcha. Sin embargo, si existe una sobrecarga
de corriente pero no un cortocircuito total, todavía hay una
potencia sustancial acoplada a través de la fuente, incluso cuando
caen los voltajes de salida. Esta es una condición de
funcionamiento indeseable e, incluso, una condición de
funcionamiento potencialmente peligrosa. La patente norteamericana
4.914.560 describe una fuente de alimentación conmutada en la que
las salidas de la fuente de alimentación son vigiladas para detectar
condiciones de sobre tensión y de sobrecarga. Si se detecta una
condición de sobre tensión o de sobrecarga en una salida de la
fuente de alimentación, se interrumpe la acción de conmutación del
transistor de conmutación de la fuente de alimentación. La patente
norteamericana 3.733.498 describe una disposición que vigila,
simultáneamente un voltaje negativo y un voltaje positivo para
detectar variaciones de los voltajes respecto de un margen
deseado.
Sería ventajoso cortar por completo la fuente de
alimentación auxiliar cuando existe una sobrecarga en la salida, ya
que la fuente de alimentación auxiliar sería cortada en el modo de
funcionamiento en espera, por ejemplo, en lugar de permitir que el
IC controlador hiciese funcionar a la fuente de alimentación
auxiliar en una condición de sobrecarga y/o en otra condición de
fallo. Sin embargo, deben tomarse algunas medidas para permitir el
funcionamiento de los circuitos limitadores de corriente del
controlador de IC para permitir el arranque de la fuente de
alimentación. De otro modo, la condición de salida con bajo voltaje
que se presenta durante el arranque de la fuente de alimentación,
puede ser identificada incorrectamente por un circuito de detección
de fallos como una condición de bajo voltaje resultante de una
condición de fallo por sobrecarga de corriente. La fuente de
alimentación auxiliar nunca arrancaría.
Este problema se resuelve mediante una fuente de
alimentación de acuerdo con la reivindicación 1.
Una disposición para detectar una condición de
sobrecarga en una fuente de alimentación conmutada que utilice
voltajes de polarización de polaridad uniforme, en la que una
condición de conducción de una vía de conducción determina el
estado de conexión/desconexión de la fuente de alimentación,
comprende: una fuente de voltaje de salida; un circuito para cambiar
el valor del voltaje de salida; y un dispositivo interruptor que
responde al circuito para establecer una condición de no conducción
en la vía de conducción desconectando por lo tanto la fuente de
alimentación conmutada.
Los voltajes de polarización pueden tener
polaridad positiva. El voltaje de salida puede tener polaridad
negativa.
El circuito puede comprender un diodo Zener y el
dispositivo interruptor puede comprender un transistor. El ánodo
del diodo Zener se acopla a la fuente y el cátodo del diodo Zener
se acopla a la base del transistor. El transistor es puesto en
conducción para establecer la condición de no conducción de la vía
de conducción.
Una fuente de alimentación conmutada que utilice
voltajes de polarización de polaridad uniforme, en la que una
condición de conducción de una vía de conducción determine el
estado de conexión/desconexión de la fuente de alimentación,
comprende: una primera y una segunda fuentes de voltaje para
proporcionar, respectivamente, un primero y un segundo voltajes de
salida; un diodo Zener acoplado entre la primera y la segunda
fuentes para proporcionar un voltaje de polarización que siga a uno
de los voltajes de salida primera y segundo; y medios para comparar
el voltaje de polarización con un voltaje de referencia; por lo que
se establece una condición de no conducción en la vía de conducción
cuando el voltaje de polarización excede del voltaje de
referencia.
El primero y el segundo voltajes de salida pueden
tener polaridades opuestas. El voltaje de referencia puede tener
polaridad positiva. El voltaje de referencia puede tener una
polaridad contraria a la polaridad de uno de los voltajes de salida
primero y segundo.
Los medios comparadores pueden comprender un
transistor. El transistor puede ser de un tipo
bipolar-unión y el voltaje de referencia puede
comprender un voltaje de conexión de la unión
base-emisor del
transistor.
transistor.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de una
fuente de alimentación auxiliar con circuitería de control de
acuerdo con disposiciones del invento.
La Figura 2 es un diagrama esquemático de la
fuente de alimentación auxiliar con circuitería de control de
acuerdo con disposiciones del invento y que ilustra el control de
conexión/desconexión con mayor detalle.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de una
fuente de alimentación auxiliar con circuitería de control de
acuerdo con disposiciones del invento y que ilustra con mayor
detalle la circuitería de arranque y de detección de fallos.
La Figura 4 es un diagrama esquemático de una
fuente de alimentación auxiliar que tiene un circuito de detección
de sobrecargas de corriente de acuerdo con disposiciones del
invento.
La Figura 5 es un diagrama esquemático de una
fuente de alimentación auxiliar que tiene un circuito de
restauración rápida de acuerdo con disposiciones del invento.
La Figura 1 muestra, generalmente, una fuente de
alimentación 10 en modo conmutado del invento, que tiene un
controlador de interrupción U1 que puede ser hecho funcionar
periódicamente para aplicar corriente desde una entrada de voltaje,
por ejemplo un voltaje bruto B+, a un arrollamiento primario W1 de
un transformador T1 para acoplamiento, en forma variable, a uno o
más arrollamientos secundarios W2, W3, W4 y W5 del transformador
T1. El controlador de interrupción U1 puede comprender, por
ejemplo un controlador de la serie STK730 de Sanyo. El controlador
de interrupción U1 conduce cuando hay disponible un voltaje de
excitación, por ejemplo el voltaje bruto B+, en la espiga 4 de su
entrada de control CNTL.
El voltaje bruto de alimentación de entrada B+ es
un voltaje de corriente continua obtenido a partir de la salida de
un rectificador de puente CR1 filtrado por un condensador C1. El
voltaje bruto B+ está presente siempre que la fuente de
alimentación 10 esté acoplada a la red doméstica 22 (es decir, esté
enchufada). Sin embargo, la fuente de alimentación 10 solamente
funciona en un modo de marcha y está inhabilitada en un modo de
reposo o de espera.
Cuando la fuente de alimentación 10 está
enchufada y está, también, en el modo de marcha, el voltaje bruto
B+ está presente en la entrada de control CNTL del controlador de
interrupción U1, permitiendo así que éste conduzca una corriente a
través del arrollamiento primario W1 del transformador T1. La
circulación de corriente por el arrollamiento W1 induce un voltaje
en el arrollamiento W2 del transformador T1, cuyo voltaje es
aplicado a la entrada de control CNTL a través de la resistencia
R13 y el condensador C5. La polaridad del arrollamiento W2 es tal
que el voltaje en él inducido mantiene en conducción al controlador
de interrupción U1.
El controlador de interrupción U1 deja de
conducir corriente por el arrollamiento primario W1, o desconecta,
cuando la corriente conducida por el controlador de interrupción U1
alcanza un umbral límite de corriente que es establecido por la
combinación de la resistencia R14 y el condensador C6. Cuando el
controlador de interrupción U1 deja de conducir, el campo magnético
del arrollamiento primario W1 se colapsa, su polaridad se invierte
y la energía contenida en el arrollamiento primario W1 es
transmitida a los arrollamientos W4 y W5, que alimentan corriente a
las salidas de +15 V y -15 V, respectivamente.
Cuando se agota la energía de los arrollamientos
W4 y W5, sus campos magnéticos se colapsan y sus polaridades se
invierten. De acuerdo con las polaridades de los arrollamientos W2,
W4 y W5, el arrollamiento W2 proporciona un voltaje positivo a la
espiga 4 del controlador de interrupción U1, haciendo posible así
que, una vez más, el controlador de interrupción U1 conduzca
corriente por el arrollamiento primario W1 hasta que se alcance el
umbral límite de corriente del controlador de interrupción U1 y
éste deje de conducir corriente. La energía es transmitida, de
nuevo, desde el arrollamiento primario W1 a los arrollamientos W4 y
W5. Este proceso se repite durante varios ciclos, hasta que se ha
estabilizado el funcionamiento de la fuente de alimentación 10.
El arrollamiento de realimentación W3 manda el
ciclo de trabajo del controlador de interrupción U1 una vez que se
ha estabilizado el funcionamiento de la fuente de alimentación 10.
El voltaje generado en el arrollamiento de realimentación W3 se
compara con una referencia interna, igual a aproximadamente -40,5
V, generada por el controlador de interrupción U1. El ciclo de
trabajo del controlador de interrupción U1 es modulado de tal
manera que el voltaje generado en el arrollamiento de
realimentación W3 se mantenga aproximadamente igual a -40,5 V. El
arrollamiento de realimentación W3 está acoplado a los
arrollamientos secundarios W4 y W5 de forma que los cambios de carga
se reflejen en el voltaje generado en el arrollamiento de
realimentación W3. Así, el arrollamiento de realimentación W3 se
utiliza, también, para regular los voltajes de salida generados por
los arrollamientos W4 y W5.
Normalmente, la conmutación del modo de espera al
modo de marcha o viceversa, se consigue bajo control del usuario
mediante entradas de control (no representadas) tales como un
receptor de infrarrojos, interruptores de panel o similares. De
acuerdo con un aspecto del invento, se proporcionan circuitos 36 de
marcha/espera adicionales para hacer que la fuente de alimentación
10 cambie entre el modo de funcionamiento en marcha, operativo, y
el modo en espera, no operativo. El controlador de interrupción U1
exige una corriente de arranque elevada. Para conseguir un arranque
fiable y facilitar la generación de esta corriente de activación,
los circuitos 36 de conmutación marcha/espera incluyen un primer
circuito 38 acoplado entre la entrada de voltaje bruto B+ y la
entrada de control CNTL, para proporcionar una polarización de
voltaje a fin de permitir la conducción por el controlador de
interrupción siempre que esté presente la entrada de voltaje bruto
B+.
De acuerdo con una disposición del invento, la
polarización de corriente de activación proporcionada a partir del
primer circuito 38 puede ser derivada para reducir la corriente de
activación disponible con el fin de inhabilitar el controlador de
interrupción U1. La corriente de activación puede ser derivada a
una fuente de potencial de referencia, por ejemplo, a masa.
Los circuitos 36 de conmutación marcha/espera
comprenden, además, un circuito 42 de detección de condiciones de
fallo, acoplado a, por lo menos, uno de los arrollamientos
secundarios W4 y W5 del transformador. El circuito 42 percibe una
condición de fallo, tal como una sobrecarga de corriente en la
fuente de alimentación auxiliar, por ejemplo percibiendo un umbral
de voltaje bajo en la salida acoplada al mismo o a otro
arrollamiento secundario W4 o W5. El circuito 42 genera una salida
41 indicativa de una condición de fallo para inhabilitar la
conducción del controlador de interrupción U1 llevando la entrada
de control
CNTL del controlador de interrupción U1 a un potencial de masa, como medio para desconectar la fuente de alimentación auxiliar, mientras el aparato ha sido conmutado al modo de funcionamiento en espera. Con el fin de garantizar que la fase de arranque de la fuente de alimentación auxiliar no se ve impedida por una falsa detección de una condición de fallo debida a valores iniciales bajos de la salida de voltaje, un circuito de retardo 40 inhibe el efecto de la salida del circuito 42 de detección de condiciones de fallo durante un período de tiempo suficiente para que se establezcan los valores nominales de voltaje de salida de la fuente de alimentación auxiliar.
CNTL del controlador de interrupción U1 a un potencial de masa, como medio para desconectar la fuente de alimentación auxiliar, mientras el aparato ha sido conmutado al modo de funcionamiento en espera. Con el fin de garantizar que la fase de arranque de la fuente de alimentación auxiliar no se ve impedida por una falsa detección de una condición de fallo debida a valores iniciales bajos de la salida de voltaje, un circuito de retardo 40 inhibe el efecto de la salida del circuito 42 de detección de condiciones de fallo durante un período de tiempo suficiente para que se establezcan los valores nominales de voltaje de salida de la fuente de alimentación auxiliar.
Las Figuras 2-5 ilustran con
detalle un aspecto diferente de las disposiciones del invento
ilustradas de manera general en la Figura 1. Se utilizan los mismos
números de referencia en todos los dibujos al referirse a los
mismos elementos o a elementos comparables. Refiriéndonos a la
Figura 2, el controlador de interrupción U1 está acoplado en serie
con el arrollamiento primario W1 del transformador T1. El
controlador de interrupción U1 conduce y no conduce,
alternativamente, para transmitir potencia a los arrollamientos
secundarios W4 y W5, donde la señal AC resultante es rectificada por
los diodos D2 y D3 y es filtrada por los condensadores C2 y C3,
respectivamente. Los voltajes filtrados proporcionados en los
arrollamientos W4 y W5 son filtrados, además, por las
autoinductancias L2 y L3, respectivamente, para proporcionar
voltajes de alimentación operativos de +15 V y -15 V,
respectivamente, para alimentar a las cargas en el modo de
marcha.
Las polaridades de los arrollamientos secundarios
W4 y W5 son contrarias a las del arrollamiento primario W1, como se
muestra en la Figura 2, de tal forma que los condensadores C2 y C3
son cargados cuando el controlador de interrupción desconecta y la
energía almacenada en el arrollamiento primario W1 del
transformador T1 es transmitida a los arrollamientos W4 y W5.
De acuerdo con un aspecto del invento, la fuente
de alimentación 10 mostrada está dispuesta para controlar, además,
el voltaje para la entrada de control CNTL del controlador de
interrupción U1 para controlar los cambios entre los modos de
marcha y espera. Cuando el dispositivo está en el modo de espera y
el controlador de interrupción U1 no está conduciendo
periódicamente, la única potencia que entra en la fuente de
alimentación 10 es el voltaje bruto B+ que está presente porque el
dispositivo está acoplado a la red doméstica 22. Sería posible,
controlando el funcionamiento en marcha/espera, acoplar y desacoplar
el voltaje bruto B+ a los elementos de interrupción de la fuente de
alimentación 10 utilizando un relé u otro dispositivo de
interrupción activado a partir de una fuente de alimentación
suplementaria, de bajo valor (no mostrada). Sin embargo, de acuerdo
con el invento se obtiene una solución más eficaz, desde el punto
de vista económico, empleando una señal derivada en parte del
voltaje bruto B+ y en parte de los voltajes del modo marcha, para
reducir la polarización sobre la entrada de control CNTL, para
conmutar el controlador de interrupción U1, a saber, para llevar el
voltaje de la entrada de control casi al valor de masa con el fin
de mantener al controlador de interrupción U1 en desconexión hasta
que se restablezca la polarización normal.
Así, un divisor de tensión que comprende
resistencias R1, R2, R3 y R4 está acoplado entre el voltaje bruto B+
y masa, y la unión J1 del divisor de voltaje está acoplada a la
base de un transistor de conmutación Q2, que tiene su colector
acoplado a la entrada de control y su emisor puesto a masa. Cuando
está presente el voltaje bruto B+, la entrada de control CNTL es
llevada casi al valor de masa al conducir el transistor Q2. Cuando
la fuente de alimentación 10 se acopla por primera vez a la red, se
mantiene en el modo de espera.
El invento se aplica, ventajosamente, a una
fuente de alimentación auxiliar tal como la fuente auxiliar de un
receptor de televisión para alimentar en el modo de marcha cargas
tales como amplificadores de convergencia. Para cambiar al modo de
marcha, la fuente de alimentación del invento percibe la presencia
de un voltaje de alimentación en el modo de marcha, generado a
partir de una fuente que no es ninguno de los arrollamientos
secundarios del transformador T1. Este voltaje de alimentación en
el modo de marcha es comparado con un valor de umbral y, cuando se
sobrepasa éste, el transistor Q2 es puesto fuera de conducción,
permitiendo que la polarización en la entrada de control CNTL del
controlador de interrupción U1, retorne al valor normal y permita
el funcionamiento de la fuente de alimentación auxiliar en el modo
de marcha, a saber, bajo el control de realimentación por el
arrollamiento de realimentación W3 del transformador T1. Por
ejemplo, la alimentación de +22 V que es generada por el
funcionamiento en el modo de marcha del circuito de deflexión y de
otros circuitos en un receptor de televisión, puede ser utilizada
con este propósito.
Con referencia a la Figura 2, un par diferencial
de transistores PNP, Q3 y Q4, tienen sus emisores acoplados al
voltaje de alimentación en el modo de marcha mediante la
resistencia R5, y comparan diferencialmente el valor del voltaje de
alimentación en el modo de marcha, a través del divisor de voltaje
de las resistencias R6 y R7 en la base del transistor Q3, con un
voltaje de referencia de +8,2 V proporcionado por un diodo Zener Z3
en la base del transistor Q4. Cuando la alimentación en el modo de
marcha excede un nivel predeterminado por la relación de
resistencias del divisor de voltaje, el transistor Q4 conduce y
conecta el optoacoplador U3. El fototransistor del optoacoplador U3
pone a masa la base del transistor Q2, que deja de conducir,
permitiendo así la polarización normal en la entrada de control CNTL
del controlador de interrupción U1. El funcionamiento de la fuente
de alimentación 10 comienza entonces en el modo de marcha, en
respuesta a los voltajes de los arrollamientos secundarios W2 y W3
del transformador T1.
Otra realización del invento se representa en la
Figura 3, e incluye un circuito de enganche que tiene la función
adicional de detectar condiciones de sobrecarga de corriente,
cuando se trabaja en el modo de marcha, para conmutar la fuente de
alimentación 10 al modo de espera. La sobrecarga de corriente hace
que el valor del voltaje de entrada caiga por debajo del nominal
porque, en condiciones de sobre corriente, los circuitos de
protección contra sobre corrientes del controlador de interrupción
U1 lo ponen en desconexión antes de que a través de la fuente de
alimentación 10 haya sido acoplada potencia suficiente para
mantener el valor nominal del voltaje de salida. Este método de
limitación de corriente no es óptimo para alimentar cargas tales
como los amplificadores de convergencia digitales de un receptor de
televisión por proyección. Para tales cargas, es ventajoso que la
fuente de alimentación 10 pueda ser desconectada cuando se presenta
una condición de sobre corriente, en lugar de intentar alimentar
corriente a las cargas con un voltaje reducido. De acuerdo con el
invento, esta función se consigue de una forma que enlaza con los
circuitos que controlan la conmutación entre los modos de marcha y
de espera como en la Figura 2.
En la Figura 3, el control para el cambio del
modo de espera al modo de marcha es proporcionado, en parte, por el
voltaje de alimentación del modo de marcha, tal como la
alimentación de marcha de +23 V, que hace pasar un voltaje
predeterminado, determinado por el par diferencial de transistores,
Q3 y Q4, que proporcionan corriente al LED (diodo fotoemisor) del
optoacoplador U3. El fototransistor del optoacoplador U3 pone
entonces fuera de conducción al transistor Q2 y permite el
funcionamiento del controlador de interrupción U1. Las resistencias
R1, R2, R3 y R4 proporcionan polarización al transistor Q2 en la
unión J1 a partir del voltaje bruto B+ de alimentación. En
comparación con la realización de la Figura 2, en la que el cátodo
del LED del optoacoplador U3 está puesto a masa, de acuerdo con la
Figura 3 la corriente que pasa por el LED carga un condensador C4 a
través de la base de un transistor PNP Q5.
El condensador C4 proporciona un retardo al
producirse el primer cambio del modo de espera al modo de marcha,
en el que puede arrancar la fuente de alimentación 10. Cuando la
fuente 10 está funcionando y el voltaje regulado, en este caso de
+15 V nominalmente, supera aproximadamente +10V, el diodo Zener Z4
conduce a través de las resistencias R8 y R9, y pone en conducción
el transistor Q6. La corriente procedente del optoacoplador U3 es
derivada entonces a masa a través del transistor Q6 y el
condensador C4 deja de cargar. Entonces, el transistor Q5 es puesto
fuera de conducción y el condensador C4 no puede descargarse ni por
el transistor Q5 ni por el diodo D6, que está acoplado a la fuente
de alimentación en el modo de marcha a +23 V, y es polarizado en
sentido inverso.
En el caso de que el voltaje de salida de +15 V
caiga por debajo del valor necesario para hacer que el diodo Zener
Z4 conduzca, especialmente en el caso de una sobrecarga de
corriente en el arrollamiento secundario W4, el transistor Q6 es
puesto fuera de conducción debido a una excitación de base
insuficiente. Con el transistor Q6 fuera de conducción, el
condensador C4 puede cargarse a partir de la corriente que pasa por
el optoacoplador U3. Cuando la carga del condensador C4 llega a,
aproximadamente, +10 V, el transistor Q5 es puesto fuera de
conducción y no hay camino para la corriente a través del
optoacoplador U3. En ese caso, aunque los transistores diferenciales
Q3 y Q4 todavía detectarán la presencia de la alimentación de
marcha de +23 V, el fototransistor del optoacoplador U3 no conduce
corriente. La alimentación bruta de B+ pone en conducción el
transistor Q2 debido al divisor de voltaje formado en la unión J1
por las resistencias R1, R2, R3 y R4. La entrada de control CNTL del
controlador de interrupción U1 es llevada a un valor bajo. La
fuente de alimentación 10 se desconecta, protegiendo las cargas
acopladas a las salidas. Así, a diferencia de una solución
limitadora de potencia, en la que los circuitos limitadores de
corriente del controlador de interrupción reducen el voltaje de
salida por debajo del valor nominal, pero continúan suministrando
potencia, el circuito del invento, como se ha descrito, desconecta
la fuente de alimentación 10 en condiciones de sobre corriente.
Esto se consigue utilizando los circuitos de marcha/espera
activados a partir de la fuente de alimentación de B+ bruto, que
proporcionan una función protectora contra sobrecargas de corriente
con un número mínimo de partes y con una complejidad mínima.
Como se ilustra en las Figuras 1 y 3, el circuito
42 de detección de condiciones de fallo es utilizado para detectar
condiciones de sobrecarga de corriente en la salida de +15 V de la
fuente de alimentación 10. La detección de las condiciones de
sobrecarga en la salida de -15 V se complica porque en la fuente de
alimentación 10 se utilizan exclusivamente voltajes de polarización
de polaridad positiva, por ejemplo B+ bruto.
Una disposición adicional de acuerdo con el
invento, ilustrada en la Figura 4, permite conseguir de manera
ventajosa y distinguida la detección de condiciones de sobrecarga
de corriente en la salida de -15 V en ausencia de voltajes de
polarización de polaridad negativa. La detección de una condición de
sobrecarga de corriente en la salida de -15 V, cuando se trabaja en
el modo de marcha, hace que la fuente de alimentación 10 sea
conmutada al modo de espera. En la Figura 4, el circuito 43 de
detección de sobrecargas de voltaje de alimentación negativo, está
acoplado entre las salidas de +15 V y -15 V de la fuente de
alimentación 10. El diodo Zener Z6 está polarizado entre las salidas
de +15 V y -15 V de la fuente de alimentación 10, de tal manera que
la base del transistor Q8 tenga un voltaje de polarización que sea
igual a, aproximadamente, -2 V cuando la salida de -15 V está
cargada nominalmente. El diodo Zener Z6 proporciona así un
mecanismo de cambio de valor, o un desplazamiento de corriente
continua, que permite comparar la salida de -15 V con un voltaje de
referencia positivo que, en esta realización, es el voltaje de
conexión de la unión base-emisor del transistor Q8,
para detectar una condición de sobrecarga de corriente.
Si, en respuesta a una condición de sobrecarga de
corriente, la salida de -15 V comienza a caer hacia un potencial de
masa, el voltaje en la base del transistor Q8 también tenderá a
desplazarse hacia masa. Eventualmente, si persiste la condición de
sobrecarga de corriente y, consiguientemente, la salida de -15 V
alcanza un valor de voltaje de umbral predeterminado, el voltaje en
la base del transistor Q8 se hará positivo y, eventualmente,
crecerá lo bastante, por ejemplo aproximadamente 0,7 V, para poner
en conducción el transistor Q8 con el fin de indicar una condición
de sobrecarga de corriente. A diferencia del circuito 42 de
detección de condiciones de fallo, cuando una condición de
sobrecarga de corriente es indicada por un cambio del estado de
conducción del diodo Zener Z4, el diodo Zener Z6 permanece en
estado de conducción cuando el transistor Q8 señala una condición
de sobrecarga de corriente. El valor de umbral deseado puede
seleccionarse eligiendo apropiadamente el voltaje de perforación
del diodo Zener Z6.
Cuando entra en conducción el transistor Q8, se
toma corriente de la base del transistor Q6, poniéndolo así fuera
de conducción. De este modo, en forma parecida a la detección de
una condición de sobre corriente en la salida de +15 V, con el
transistor Q6 fuera de conducción, el condensador C4 puede cargarse
a partir de la corriente que circula por el optoacoplador U3.
Cuando la carga en el condensador C4 alcanza, aproximadamente, +10
V, el transistor Q5 se pone fuera de conducción y no existe camino
para la corriente a través del optoacoplador U3. En ese caso,
aunque los transistores diferenciales Q3 y Q4 todavía detectan la
presencia de la alimentación de marcha de +23 V, el fototransistor
del optoacoplador U3 no conduce corriente. La alimentación B+ bruto
pone en conducción el transistor Q2 debido al divisor de voltaje
formado en la unión J1 por las resistencias R1, R2, R3 y R4. La
entrada de control CNTL del controlador de interrupción U1 es
llevada a un valor bajo. La fuente de alimentación 10 se
desconecta, protegiendo las cargas acopladas a las salidas.
Cuando cae el voltaje de alimentación de marcha
de +23 V, el condensador C4 se descarga a través del diodo D6 que,
de otra manera, estaría polarizado inversamente por la presencia de
la alimentación de marcha de +23 V. Una vez que se ha descargado el
condensador C4, la fuente de alimentación 10 puede ser vuelta a
arrancar a no ser que, todavía, persista una condición de sobrecarga
en la salida que impida la generación de un voltaje de salida
suficiente para poner en conducción el transistor Q6 durante el
tiempo de retardo en que la carga del condensador C4 puede crecer
hasta un voltaje suficiente para poner fuera de conducción el
transistor Q5.
Si al condensador C4 no se le deja tiempo
suficiente para descargarse por completo, por ejemplo si la fuente
de alimentación 10 de modo conmutado es cambiada del modo de marcha
al modo de espera y, luego, de nuevo al modo de marcha en rápida
sucesión, el transistor Q5 se mantendrá fuera de conducción. Así,
se evitará que los voltajes de salida en el modo de marcha crezcan y
alcancen sus valores nominales de voltaje de salida.
Otra realización del invento mostrada en la
Figura 5 proporciona un circuito 50 de restauración rápida para
descargar rápidamente el condensador C4 cuando cae el voltaje de
alimentación de marcha de +23 V. De acuerdo con el invento, esta
función se consigue en una forma que enlaza con los circuitos que
controlan la conmutación entre los modos de marcha y de espera como
en la Figura 2.
En la Figura 5, el circuito de retardo 40 tiene
un diodo Zener Z5 en paralelo con el condensador C4. Cuando aumenta
el voltaje de alimentación de marcha de +23 V, el condensador C4 se
carga a través de la resistencia R10 para proporcionar el tiempo de
retardo para que los voltajes de salida del modo de marcha se
estabilicen a, aproximadamente, sus valores de voltaje de salida
nominales. El diodo Zener Z5 fija el voltaje a través del
condensador C4 a, aproximadamente, +10 V, para evitar daños en las
uniones base-emisor de los transistores Q8 y Q9,
que están dispuestos en una configuración Darlington.
Una vez que la fuente de alimentación 10 se
encuentra en el modo de marcha, el transistor Q4 y el diodo del
optoacoplador U3 conducen corriente, en forma similar a la
realización ilustrada en la Figura 3. Sin embargo, a diferencia de
la realización de la Figura 3, esta corriente no es utilizada para
cargar el condensador C4. La disposición de los transistores Q8 y Q9
en conFiguración Darlington tiene como consecuencia que sólo
circule una corriente mínima por la base del transistor Q8. Así,
el régimen de carga del condensador C4 y el retardo de tiempo así
provocado, viene determinado exclusivamente por la constante de
tiempo proporcionada por la resistencia R10 y el condensador C4.
Esto elimina, ventajosamente, cualquier variación del régimen de
carga del condensador C4 debido al factor de amplificación de
corriente, o beta, del transistor Q5 en la Figura 3 o la
disposición darlington de los transistores Q8 y Q9 de la Figura
5.
Con referencia a la Figura 5, cuando la fuente de
alimentación 10 es conmutada al modo de espera, el voltaje de
alimentación de marcha de +23 V comienza a caer. Cuando el voltaje
de alimentación de marcha cae por debajo de un valor determinado
por la relación de las resistencias del divisor de voltaje
constituido por las resistencias R6 y R7, la circulación de
corriente es redirigida desde el transistor Q4 al transistor Q3. La
corriente que circula por el transistor Q3 establece un voltaje a
través de la resistencia R11, cuyo voltaje polariza a conducción el
transistor Q7 de restauración. El condensador C4 es descargado, por
tanto, rápidamente a masa por la resistencia R12 y el transistor de
restauración Q7 antes de que haya desaparecido por completo el
voltaje de marcha de
\hbox{+23 V.}
Claims (6)
1. Una fuente de alimentación con una disposición
que detecta una condición de fallo, comprendiendo dicha
disposición:
un primer dispositivo interruptor (Q2) que tiene
estados de funcionamiento en conducción y fuera de conducción para
proporcionar una vía de conducción entre un terminal de control
(CNTL) que controla un estado operativo o no operativo de dicha
fuente de alimentación y una fuente de potencial de voltaje de
referencia;
una fuente de voltaje de salida (-15 V);
caracterizada por,
un circuito de control de conmutación (R1, R2,
R3, R4, U3, Z3, Q3, Q4) para cambiar el estado de funcionamiento de
dicho primer dispositivo conmutador en respuesta a una señal de
control (+23V_RUN) en ausencia de dicha condición de fallo, de tal
manera que dicha fuente de alimentación sea conmutada entre los
estados operativo y no operativo;
medios (Z6) para cambiar el valor de dicho
voltaje de salida; y,
un segundo dispositivo interruptor (Q8) que
responde a dichos medios de cambio y acoplado a dicho circuito de
control de conmutación para cambiar dicho estado de funcionamiento
del mencionado primer dispositivo interruptor en respuesta a la
detección de una condición de fallo tal que dicha fuente de
alimentación sea conmutada al estado no operativo.
2. La disposición de la reivindicación 1, en la
que dicha fuente de alimentación utiliza voltajes de polarización
de polaridad uniforme.
3. La disposición de la reivindicación 2, en la
que dicho segundo dispositivo interruptor comprende un transistor
(Q8).
4. La disposición de la reivindicación 3, en la
que dicho diodo Zener (Z6) tiene un ánodo acoplado a dicha
fuente.
5. La disposición de la reivindicación 4, en la
que dicho diodo Zener (Z6) tiene un cátodo acoplado a una base del
mencionado transistor (Q8).
6. La disposición de la reivindicación 5, en la
que dicho transistor (Q8) entra en conducción para establecer dicha
condición no conductora de dicha vía de conducción.
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