ES2211352B1 - Circuito de seguridad activa de cargas protegidas por reles de estado solido. - Google Patents
Circuito de seguridad activa de cargas protegidas por reles de estado solido.Info
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Abstract
Circuito de seguridad activa de cargas protegidas por relés de estado sólido. Comprende unos relés de estado sólido (1, 2, 3) que alimentan cargas, controlados a su vez desde un microcontrolador (4) de apertura de dichos relés (1, 2, 3), en caso de anomalía en dichas cargas, comprendiendo un fusible (5) intercalado en una red (6) de alimentación de relés (1, 2, 3) y una línea (7) de derivación a masa desde un punto (8) de la red (6) entre dicho fusible (5) y relés (1, 2, 3) y un interruptor de seguridad (9) controlado por dicho microcontrolador (4) e intercalado en la linea (7). Un detector de temperatura (10) está asociado ya sea a cada relé (1,2,3) o bien es compartido en común por varios de dichos relés (1, 2, 3) y el detector (10) va conectado al microcontrolador (4).
Description
Circuito de seguridad activa de cargas protegidas
por relés de estado sólido.
La presente invención concierne a los
dispositivos de seguridad electrónicos para cargas protegidas por
relés de estado sólido tales como interruptores de tipo FET
controlados por microcontrolador.
El interés del circuito de seguridad propuesto
deriva de la tendencia actual a incrementar el número de
interruptores de tipo FET controlados, para protección de diversas
cargas, por ejemplo en electrónica del automóvil.
Sin embargo uno de los fallos de tal tipo de
interruptores, en particular dada la naturaleza del material
semiconductor que los constituye, es el comportamiento particular
de los mismos a modo de una resistencia shunt con una resistencia
considerablemente superior a la nominal (aunque no tan alta como la
que impondría un circuito abierto), lo que origina un importante
aumento de la temperatura del dispositivo FET por disipación,
pudiendo llegar a su destrucción y eventualmente a un incendio y
lesión del substrato del circuito de seguridad.
La patente
EP-A-0148370 expone un circuito de
seguridad de un vehículo automóvil para proteger una circuitería
electrónica instalada sobre el mismo de una sobrecarga proveniente
de alimentación. Para hacerlo dispone de un fusible intercalado en
la línea de alimentación, una línea de derivación a masa con un
transistor de conmutación intercalado que está conectada a dicha
línea de alimentación substancialmente en un punto entre el fusible
y el circuito a proteger. Un amplificador operacional monitoriza la
tensión en la línea de alimentación con el objetivo de que ésta no
supere un cierto umbral. También analógicamente, dicho amplificador
actúa sobre dicho transistor de conmutación para cortocircuitar a
masa dicha línea de alimentación e inmediatamente fundir el fusible
para dejar el circuito a proteger en circuito abierto, si el umbral
se ha superado.
El objetivo de la presente invención es
primordialmente evitar el sobrecalentamiento con riesgo de incendio
de dicho grupo de interruptores de tipo FET. Por supuesto, de una
forma indirecta, también se protege a las cargas o subcircuitos
controlados por dichos interruptores de tipo FET de un posible
cortocircuito, garantizando que en caso de fallo del interruptor
tipo FET, este no se destruya y la carga no sufra daños.
Aunque la arquitectura del circuito de protección
que aquí se propone también se basa en un circuito de derivación
con fusible e interruptor de seguridad controlado, el control y la
monitorización es digital y no se efectúa respecto a una sobrecarga
en la línea de alimentación sino que se hace en función de la
integridad de dichos interruptores de tipo FET, medida a través de
su temperatura.
Para ello, se disponen unos detectores de
temperatura conectados al mismo microcontrolador que controla los
interruptores de tipo FET en su modo de funcionamiento normal y al
que se le incorpora un sencillo algoritmo según la metodología de
la presente invención, para mantener abierta o cortocircuitar la
línea de derivación a masa, actuando sobre el interruptor de
seguridad en el momento oportuno. Además, a diferencia del control
analógico que suele ser de respuesta fija, las condiciones de un
control digital permiten el uso de un microcontrolador y
proporcionan la ventaja de que dicho control puede ser más
"inteligente", pudiendo contemplar más parámetros y variantes
en el proceso de decisión si es necesario. Se verá un ejemplo de
tal potencialidad a continuación.
Tal como se ha indicado uno de los fallos que
pueden ocurrir con los interruptores de tipo FET es el de ofrecer
en determinados casos una impedancia más alta de la nominal en
conducción (aunque no tan alta como en circuito abierto). En
conducción la corriente está fijada por las cargas, por lo tanto,
al aumentar la impedancia de los interruptores de tipo FET aumenta
la potencia disipada en los mismos y con ello su temperatura con el
riesgo consiguiente de incendio sobre el substrato del circuito que
aloja a los interruptores de tipo FET.
Conforme a la operativa de implementación de esta
invención, tras la primera detección de incremento de temperatura
sobre al menos uno de los interruptores, el microcontrolador pone
dicho interruptor en circuito abierto, espera cierto tiempo para
ver si la anomalía desaparece y si ésta persiste, ordena el
cortocircuito del circuito de derivación para provocar la total
apertura y aislamiento del circuito del grupo de interruptores de
tipo FET y sus cargas dependientes respecto a la alimentación. Esto
constituye un buen ejemplo de la "inteligencia" que aporta al
control el uso de un control digital frente a un control analógico
como en el antecedente comentado más arriba.
Las características de la invención aparecerán
con mayor claridad a partir de una descripción de la misma mediante
unos ejemplos de ejecución.
En dichos dibujos:
La Fig. 1 es una vista esquemática que muestra
una ejecución del circuito de seguridad propuesto que comporta un
detector de temperatura asociado a una serie de relés de estado
sólido conectados a unas respectivas cargas, estando dicho detector
de temperatura conectado a un microcontrolador.
La Fig. 2 muestra una ejecución alternativa en
donde cada relé de estado sólido dispone de un detector de
temperatura dedicado.
Conforme muestran las dos Figs. citadas, el
circuito de seguridad activa de cargas protegidas por relés de
estado sólido de la invención comprende en general un grupo de
cargas (no representadas) alimentadas a través de unos relés de
estado sólido 1, 2, 3 (esquematizados mediante un interruptor)
controlados a su vez desde una unidad tal como un microcontrolador 4
preparado para provocar la apertura de dicho/s relé/s 1, 2, 3, en
caso de ocurrir una anomalía en dichas cargas, comprendiendo un
dispositivo de corte de corriente 5 intercalado en una red 6 de
alimentación de dicho/ relé/s de estado sólido 1, 2, 3 y una línea
7 de derivación a masa desde un punto 8 de dicha red de
alimentación, localizado entre el dispositivo de corte 5 y dicho/s
relé/s 1, 2, 3 de estado sólido y un interruptor de seguridad 9
gobernado por dicho microcontrolador 4 e intercalado en dicha línea
7 de derivación a masa. Según los principios de la invención se
aporta un detector de temperatura 10 asociado ya sea a cada relé de
estado sólido 1, 2, 3 (Ejemplo de la Fig. 2) a bien compartido en
común por varios de dichos relés de estado sólido 1, 2, 3 (Ejemplo
de la Fig. 1) y conectado/s a dicho microcontrolador 4.
La operativa del circuito es la siguiente: el
microcontrolador 4 comprueba de forma secuencial el estado de dicho
detector 10 o detectores 10, 10a, 10b de temperatura para abrir, si
se produce una anomalía en la temperatura, el relé de estado sólido
1, 2, 3 correspondiente (en caso de que se utilice un detector
dedicado para cada relé 1, 2, 3) y, si el problema persiste, cerrar
dicho interruptor de seguridad 9 controlado, para cortocircuitar a
masa dicha red de alimentación 6 a través de la línea de derivación
7, activando dicho dispositivo de corte 5 y provocando con ello la
desconexión de dicho relé de estado sólido y su correspondiente
conjunto de cargas asociado, respecto a una fuente de
alimentación.
En una realización preferida de la invención los
citados relés de estado sólido se constituyen en base a un
interruptor FET controlado por dicho microcontrolador 4.
Por su parte el citado dispositivo de corte 5,
será en general un fusible (debidamente dimensionado, de manera que
el paso de un exceso de corriente (que supere un umbral prefijado)
a su través, determina su fusión.
El referido interruptor de seguridad 9,
controlado podrá ser un interruptor de electrónica de potencia en
particular de tipo FET o bien un relé de potencia
Claims (8)
1. Circuito de seguridad activa de cargas
protegidas por relés de estado sólido, del tipo en donde una carga
o un grupo de cargas está alimentado a través de al menos un relé
de estado sólido controlado a su vez desde una unidad tal como un
microcontrolador preparado para provocar la apertura de dicho relé,
que es al menos uno, en caso de ocurrir una anomalía en dichas
cargas, comprendiendo un dispositivo de corte de corriente
intercalado en la red de alimentación de dicho relé de estado
sólido, que es al menos uno, una línea de derivación a masa desde
un punto de dicha red de alimentación, localizado entre dicho
fusible y dicho relé de estado sólido y un interruptor de seguridad
controlado por dicho microcontrolador e intercalado en dicha línea
de derivación a masa, caracterizado por comprender un
conjunto de al menos un detector de temperatura asociado a dicho
relé de estado sólido, que es al menos uno, y conectado a dicho
microcontrolador de manera que este último comprueba de forma
secuencial el estado de dicho detector de temperatura para abrir, si
se produce una anomalía en la temperatura, el relé de estado sólido
correspondiente y, si el problema persiste, cerrar dicho
interruptor de seguridad controlado para cortocircuitar a masa
dicha red de alimentación a través de dicha línea de derivación,
activando dicho dispositivo de corte. provocando con ello la
desconexión de dicho relé de estado sólido y su correspondiente
conjunto de cargas asociado, respecto a una fuente de
alimentación.
2. Circuito de seguridad, según la reivindicación
1, caracterizado porque dicho relé de estado sólido es un
interruptor FET controlado por dicho microcontrolador.
3. Circuito de seguridad, según la reivindicación
2, caracterizado porque dicho dispositivo de corte es un
fusible, de manera que el paso de un exceso de corriente a su
través determina su fusión.
4. Circuito de seguridad según la reivindicación
3, caracterizado porque cada carga tiene asociado un
interruptor FET de protección, y cada uno de estos últimos dispone
de un detector de temperatura dedicado.
5. Circuito de seguridad según la reivindicación
1, caracterizado porque varias cargas tienen un único
interruptor FET asociado, de protección, y este último dispone de
un detector de temperatura dedicado.
6. Circuito de seguridad según la reivindicación
1 caracterizado porque dicho interruptor de seguridad
controlado es un interruptor de electrónica de potencia.
7. Circuito de seguridad según la reivindicación
1 caracterizado porque dicho interruptor de seguridad
controlado es de tipo FET.
8. Circuito de seguridad según la reivindicación
1, caracterizado porque dicho interruptor de seguridad
controlado es un relé.
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