ES2224665T3 - Regulador de tension para un generador que puede accionarse por un motor de combustion interna. - Google Patents
Regulador de tension para un generador que puede accionarse por un motor de combustion interna.Info
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Abstract
Regulador de tensión para un generador que puede accionarse por un motor de combustión interna, para regular una tensión de la red de a bordo para consumidores eléctricos en automóviles, el cual regula la tensión de salida del generador ejerciendo una influencia en la corriente de excitación que circula a través de una bobina de excitación, de tal manera que el aumento de la corriente de excitación, que se desencadena al conectar consumidores adicionalmente, se limita a valores que pueden fijarse previamente, comprendiendo el circuito de regulación para la corriente de excitación un sistema con un modulador digital de impulsos en amplitud que regula la relación de la amplitud de los impulsos de la corriente de excitación activando el nivel final de potencia del transistor mediante una señal modulada en amplitud de impulsos dependiente de la tensión de salida registrada del generador, y de tal manera que están presentes adicionalmente medios para atenuar el sistema, caracterizado porque losmedios para atenuar el sistema actúan conjuntamente con el modulador de impulsos en amplitud, de tal manera que se inhibe al menos un periodo de la señal emitida modulada en amplitud de impulsos.
Description
Regulador de tensión para un generador que puede
accionarse por un motor de combustión interna.
La invención se refiere a un regulador de tensión
para un generador que puede accionarse por un motor de combustión
interna según el preámbulo de la reivindicación 1.
Se sabe que al conectar consumidores eléctricos
intensos de forma adicional en la red de a bordo de un automóvil el
generador se carga intensamente. Dado que la conexión adicional de
un consumidor eléctrico de este tipo conduce a un descenso de la
tensión, el regulador de tensión intenta aumentar la potencia
emitida por el generador aumentando la corriente de excitación y
mantener fundamentalmente constante la tensión de salida del
generador. Mediante esta forma de proceder se aumenta el momento de
retardo ocasionado por el generador que actúa en último término
sobre el cigüeñal del motor de combustión interna, de tal manera
que en caso de pequeños números de revoluciones del motor de
combustión interna, especialmente en la marcha en ralentí, puede
presentarse una disminución del número de revoluciones.
Para que una disminución de este tipo del número
de revoluciones se mantenga lo más reducida posible al conectar
adicionalmente consumidores eléctricos intensos, en los reguladores
de tensión para generadores de automóviles se toman medidas que se
conocen por el concepto "load-response"
(respuesta de carga).
En el caso de reguladores de tensión con función
"load-response", la corriente de excitación
tras la conexión adicional de un consumidor intenso no se aumenta
de forma repentina, sino de forma continua. Para detectar la
conexión adicional de carga se valora, por ejemplo, la duración de
la conexión del transistor de regulación. Un regulador de tensión
para un generador accionado por un motor de combustión interna que
presenta una función "load-response", así como
una valoración del factor de utilización de la corriente de
excitación, se conocen, por ejemplo, a partir del documento
DE-OS 196 38 357.
Otro regulador de tensión para un generador
accionado por un motor de combustión interna que también presenta
un límite del aumento de la corriente de excitación tras conectar
adicionalmente una carga, se conoce a partir de la solicitud de
patente europea 0 496 185 A1. En el caso de este regulador de
tensión se registra tanto el valor real de la tensión de salida del
generador, como también el valor real de la corriente de
excitación. En función de estos dos valores registrados tiene lugar
una regulación de la tensión que, por una parte, mantiene dentro de
límites que pueden fijarse previamente el aumento de la corriente
de excitación tras conectar adicionalmente una carga eléctrica y,
por otra parte, desplaza estos límites cuando el valor real de la
tensión de salida del generador descienda de forma demasiado
intensa.
Las dos soluciones conocidas tienen la desventaja
de que, en el caso del regulador de tensión conocido a partir del
documento DE-OS 196 38 357, la reacción sólo tiene
lugar tras un determinado tiempo y, concretamente, sólo cuando ya
ha tenido lugar el aumento de corriente, mientras que, en el caso
del regulador de tensión conocido a partir del documento EP 0 496
185 A1, se necesitan medios adicionales que registran la corriente
de excitación, requiriendo estos medios un gasto de conexión
considerable para la precisión requerida.
A partir del documento EP 0 802 464 A 1 se conoce
un regulador de tensión que se dispone en el circuito de regulación
para la corriente de excitación de un generador accionado por un
motor de combustión interna y presenta un modulador digital de
impulsos en amplitud. Este modulador de impulsos en amplitud regula
la relación de amplitud de los impulsos de la corriente de
excitación ejerciendo influencia sobre el nivel de potencia del
transistor, que está en conexión con la bobina de excitación, del
regulador de tensión por medio de una señal modulada en amplitud de
impulsos. Con ello se regula la tensión de salida del generador en
función de la tensión de salida registrada. Medios adicionales para
atenuar el sistema impiden modificaciones demasiado rápidas y
mejoran la estabilidad durante la regulación. El regulador de
tensión conocido presenta medios para registrar la tensión de
salida del generador, cuyas señales de salida se tienen en cuenta
durante la regulación.
El regulador de tensión según la invención para
un generador que puede accionarse por un motor de combustión
interna, con las características de la reivindicación 1, tiene la
ventaja de que la limitación de la velocidad de aumento de la
corriente de excitación se lleva a cabo de forma inmediata tras
conectar adicionalmente un consumidor eléctrico intenso, sin que se
requieran medios costosos para medir la corriente de excitación. En
el caso de un regulador de tensión con la combinación de
características del preámbulo de la reivindicación 1, estas
ventajas se consiguen configurando el circuito de regulación para
la corriente de excitación de tal manera que comprende un sistema
con un modulador de impulsos en amplitud que regula la relación de
amplitud de los impulsos en función de la tensión de salida
registrada del generador, superponiendo además a esta regulación
una atenuación que ocasiona una desconexión anterior de un periodo
de la señal suministrada por el modulador de impulsos en
amplitud.
Por medio de un regulador de tensión de este tipo
se consigue una regulación de la tensión de salida del generador,
que presenta una alta estabilidad y conduce a una tensión regulada
con una ondulación residual reducida. La denominada
"load-response", es decir, la reacción a la
conexión adicional de una carga, puede regularse de forma
especialmente favorable, de manera que incluso posibilita que pueda
reducirse la velocidad de aumento de la corriente de excitación a
los valores que se desee. Estas ventajas adicionales de la
invención se consiguen mediante las medidas expuestas en las
reivindicaciones dependientes.
En el dibujo se muestra un ejemplo de realización
de la invención y se explica de forma detallada en la siguiente
memoria descriptiva. En concreto, la figura 1 muestra un diagrama
de bloques de una disposición de conexión según la invención. La
figura 2 muestra el factor de utilización de la modulación de
impulsos en amplitud y en la figura 3 se muestra el desarrollo de
tensión obtenido para la tensión de salida del generador, a modo de
ejemplo, para dos factores de utilización diferentes de la
modulación de impulsos en amplitud.
En la figura 1 se muestra un ejemplo de
realización de la invención. En este caso, 10 indica un regulador
de tensión que regula la tensión UG de salida del generador 11, que
se rectifica en el rectificador 12. La tensión UG de salida del
generador 11 se recibe en el borne B+ del generador. El regulador 10
de tensión comprende las conexiones B+, DF y B-, de modo que B- se
conecta a una masa. A las conexiones B+ y DF está conectada la
bobina 13 de excitación del generador, a través de la bobina 13 de
excitación circula la corriente IE de excitación. Paralelamente a
la bobina 13 de excitación se dispone un diodo 14 de marcha libre
que al desconectar la carga inductiva de la bobina 13 de excitación
absorbe la corriente inducida de marcha libre.
La excitación de la bobina 13 de excitación o la
regulación de la corriente IE de excitación a través de la bobina
13 de excitación tiene lugar con ayuda del nivel 15 final de
potencia del transistor. En este sentido, el nivel 15 final de
potencia del transistor une, en el estado conectado, la conexión DF
con la conexión B-, circula entonces una corriente IE de excitación
a través de la bobina 13 de excitación tras la masa, generándose un
campo magnético de forma conocida que induce una tensión en las
bobinas 11a, 11b, 11c del generador que finalmente se rectifica
hacia la tensión UG de salida del generador. La excitación del
nivel 15 final del transistor tiene lugar con ayuda de componentes
lógicos, de modo que la salida Q de un basculador 16 RS excita el
nivel 15 final del transistor. El circuito lógico de excitación
comprende en sí mismo un modulador 17 de impulsos en amplitud que
alimenta al nivel 15 final del transistor una señal de excitación
modulada en amplitud de impulsos, así como un registro 18 de los
valores reales, que se describirá detalladamente a
continuación.
El registro 18 de los valores reales es un
registro de la tensión que está en conexión con el divisor de
tensión con las resistencias 19, 20, que se dispone entre la
conexión B+ del regulador y la masa. El registro 18 de los valores
reales comprende al menos un comparador 21 cuya entrada inversora
está en conexión con el divisor 19, 20 de tensión, y en cuya
entrada no inversora se dispone un valor US umbral de tensión. Con
este registro 18 de los valores reales puede realizarse un registro
exacto de la tensión que se requiere para la regulación de la
tensión UG de salida del generador. Como señal de salida del
registro de tensión se genera una señal ascendente/descendente que
está alta cuando la tensión UG de salida del generador 11 es menor
que US, y está baja en caso de que UG sea mayor que US.
La señal de salida detectada en el registro 18 de
los valores reales se alimenta al modulador 17 de impulsos en
amplitud. El modulador 17 de impulsos en amplitud está estructurado
de la siguiente manera: a una entrada ascendente/descendente se
alimenta la señal correspondiente de la tensión Ulst real del
generador. Una salida inicial "capturar" conduce a la entrada
S de ajuste del basculador 16 RS. Una salida "comparar"
conduce por medio de una compuerta 22 O a una entrada R reajustar
del basculador 16 RS. La salida inicial "capturar" conduce
además a un basculador 23 D cuya salida está unida con la otra
entrada de la compuerta 22 O.
La salida "comparar" del modulador 17 de
impulsos en amplitud conduce además a un bloque 24 para acortar la
duración del periodo, que forma parte del oscilador 25, y
proporciona impulsos clk de reloj al modulador de impulsos en
amplitud. Al bloque 24 se alimenta además la tensión Ulst real. A
otro bloque 26 se alimenta la tensión real, así como la señal que
se origina en la salida "capturar" del modulador de impulsos
en amplitud. El bloque 26 provoca un impedimento del cómputo
ascendente cuando se presenta una señal ascendente. El bloque 26
está unido con una entrada inh del modulador 17 de impulsos en
amplitud. A continuación se describe el modo de funcionamiento de
toda la disposición.
La tensión de salida del generador UG, que es una
función de la corriente IE de excitación y de la resistencia RL de
carga, se regula por medio de la corriente IE de excitación en la
bobina 13 de excitación. Para ello se excita de forma conocida el
transistor 15 de nivel final. Para reducir la pérdida de potencia en
el transistor de nivel final, la regulación de la corriente no
tiene lugar de forma lineal, sino cadenciosa. La resistencia RL de
carga se muestra como sustituto de la red eléctrica de a bordo,
puede conectarse adicionalmente por medio del interruptor 26. La
batería 28 se carga por el generador 11 con el interruptor 27
cerrado y garantiza la alimentación de corriente cuando el
generador no puede emitir corriente suficiente. En el caso del
ejemplo de realización de la invención mostrado en la figura 1, el
circuito de regulación, que activa el transistor 15 de nivel final,
se compone de un modulador 17 digital de impulsos en amplitud, que
es controlado por una señal ascendente/descendente. Esta señal
ascendente/descendente se forma partiendo del valor real de la
tensión de salida del generador. A este respecto, el valor real de
la tensión del generador se determina con ayuda del registro 18 de
los valores reales.
En el registro 18 de los valores reales o en el
comparador 21 del registro 18 de los valores reales se compara la
tensión de salida del generador con un valor US teórico. En el
ejemplo de realización según la figura 1, el valor US teórico se
dispone en la entrada no inversora del comparador 21, el valor real
se alimentará a la entrada inversora del comparador 21. En la
salida del comparador 21 se genera una señal
ascendente/descendente, de modo que, al quedar por debajo del valor
teórico, se genera una señal ascendente y, siempre que la tensión
UG de salida del generador sobrepase el valor teórico, se reproduce
una señal descendente en el modulador 17 de impulsos en amplitud.
Al presentarse una señal ascendente en la entrada
ascendente/descendente del modulador 17 de impulsos en amplitud, en
cada periodo de la señal cadenciosa del modulador de impulsos en
amplitud se aumenta un nivel el factor de utilización. Al
presentarse una señal descendente, se reduce de forma
correspondiente un nivel el factor de utilización del modulador de
impulsos en amplitud.
Para evitar que la tensión UG de salida del
generador 11 oscile alrededor del valor teórico, el sistema de
regulación se atenúa de forma tan intensa que al superar el valor
teórico y en la entrada ascendente/descendente del modulador de
impulsos en amplitud, al presentarse una señal descendente, se
desconecta con anterioridad el siguiente periodo del modulador de
impulsos en amplitud. Con ello se evita una
sobre-oscilación. Gracias a esta desconexión
anterior existe un estado más estable para el circuito de
regulación, en el cual el factor de utilización interno del
modulador de impulsos en amplitud y el factor de utilización
externo, que se presenta en la etapa final, se diferencian de forma
más intensa. En la figura 2, para un factor de utilización real del
50% se muestran factores de utilización internos del modulador de
impulsos en amplitud para el 50% y el 100%, la desconexión anterior
tiene lugar en el instante ÜA, la duración del periodo es Tper.
Para que pueda evitarse este estado según la
figura 2, tras la transición de abajo hacia arriba (la señal
descendente que se presenta se transforma en la señal ascendente
que se presenta), se evita en n periodos el aumento del factor de
utilización, lo que conduce a que el factor de utilización del
modulador 17 de impulsos en amplitud se aproxime rápidamente al
factor de utilización realmente necesario en el transistor de nivel
final hasta una indeterminación restante. La magnitud de la
indeterminación restante depende del número n. Por tanto, la
indeterminación restante puede adaptarse a las condiciones
necesarias mediante la elección del número n. El impedimento del
cómputo ascendente al presentarse una señal ascendente es llevado a
cabo por el bloque 26 mediante la emisión de una señal
correspondiente en la entrada inh del modulador de impulsos en
amplitud, ésta es válida para n periodos.
Gracias a la desconexión anterior de todo un
periodo del factor de utilización del modulador de impulsos en
amplitud se produce una modificación de la corriente IE de
excitación y, con ello, de la tensión UG de salida del generador,
que depende considerablemente del factor de utilización medio
actual. Para reducir esta ondulación residual, el periodo
anteriormente desconectado se adapta en su duración al factor de
utilización, de tal manera que se produce una modificación de la
tensión que es independiente del factor de utilización. Esta
circunstancia se muestra en la figura 3, mostrándose el desarrollo
de la tensión en caso de un gran factor de utilización y en caso de
un factor de utilización pequeño. En el caso de un gran factor de
utilización, se muestra el desarrollo de la tensión con el
acortamiento del tiempo de desconexión en línea discontinua. Taus
indica el intervalo de tiempo durante el cual actúa la desconexión
anterior de la duración del periodo, \DeltaU o \DeltaU' es la
diferencia de tensión que se presenta.
Dado que el factor TPWM de utilización interno
del modulador 17 de impulsos en amplitud es prácticamente idéntico
al factor TEND de utilización realmente necesario en el nivel
final, que es necesario para alcanzar la tensión de salida teórica
del generador, sólo puede regularse una conexión adicional de carga
realizada, que conduce a un descenso del valor real de la tensión,
en la medida en que lo permite la velocidad de modificación del
modulador de impulsos en amplitud. Si se fija la velocidad de
modificación del modulador de impulsos en amplitud de tal manera
que cada periodo de orden m, al presentarse una señal ascendente,
conlleve un aumento del factor de utilización, puede limitarse la
velocidad de ascenso de la corriente de excitación y reducirse en
principio de la forma que se desee. Mediante la especificación del
número m, puede fijarse una velocidad de ascenso de corriente
seleccionable.
La configuración según la invención del regulador
10 de tensión puede construirse como circuito integrado.
Claims (6)
1. Regulador de tensión para un generador que
puede accionarse por un motor de combustión interna, para regular
una tensión de la red de a bordo para consumidores eléctricos en
automóviles, el cual regula la tensión de salida del generador
ejerciendo una influencia en la corriente de excitación que circula
a través de una bobina de excitación, de tal manera que el aumento
de la corriente de excitación, que se desencadena al conectar
consumidores adicionalmente, se limita a valores que pueden fijarse
previamente, comprendiendo el circuito de regulación para la
corriente de excitación un sistema con un modulador digital de
impulsos en amplitud que regula la relación de la amplitud de los
impulsos de la corriente de excitación activando el nivel final de
potencia del transistor mediante una señal modulada en amplitud de
impulsos dependiente de la tensión de salida registrada del
generador, y de tal manera que están presentes adicionalmente
medios para atenuar el sistema, caracterizado porque los
medios para atenuar el sistema actúan conjuntamente con el modulador
de impulsos en amplitud, de tal manera que se inhibe al menos un
periodo de la señal emitida modulada en amplitud de impulsos.
2. Regulador de tensión según la reivindicación
1, caracterizado porque la duración del periodo inhibido o
desconectado de la señal modulada en amplitud de impulsos es
variable y la desconexión tiene lugar con anterioridad.
3. Regulador de tensión según la reivindicación
2, caracterizado porque la duración del periodo desconectado
con anterioridad se adapta al factor de utilización del modulador
de impulsos en amplitud.
4. Regulador de tensión según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
registro del valor real de la tensión de salida del generador se
lleva a cabo con ayuda de un comparador que compara la tensión UG
del generador alimentada por medio de un divisor de tensión con un
valor US teórico, y suministra una señal de salida que se valora
como señal ascendente/descendente en el modulador 17 de impulsos en
amplitud, con lo que, cuando se presenta una señal ascendente en el
modulador de impulsos en amplitud, se aumenta un nivel el factor de
utilización en cada periodo y, al presentarse una señal
descendente, se reduce el factor de utilización un nivel.
5. Regulador de tensión según la reivindicación
4, caracterizado porque al superar el valor teórico y,
presentarse como consecuencia una señal descendente en el modulador
de impulsos en amplitud, se desconecta el siguiente periodo de la
señal alimentada al transistor de nivel final.
6. Regulador de tensión según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
desconexión anterior de un periodo de la señal modulada en amplitud
de impulsos se realiza con ayuda de al menos un basculador (23) D y
de una compuerta (22) O.
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