ES2227504T3 - Suministro de energia. - Google Patents
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Abstract
Suministro de energía comprendiendo una etapa de transformador (TR), una etapa de rectificador (RE) y una etapa de filtro y regulador (FR) mutuamente conectadas mediante por lo menos dos líneas (L1, L2; L3), en el que dos entradas (VCA) de la etapa de transformador (TR) son adecuadas para ser conectadas a una fuente de tensión alterna, mientras que por lo menos dos salidas (V0, Vcc-; Vcc+) de la etapa de filtro y regulador (FR) son adecuadas para suministrar una tensión substancialmente constante para activar dispositivos eléctricos y electrónicos en el que por lo menos una (L2; L3) de dichas líneas (L1, L2; L3) comprende por lo menos dos diodos (D1, D2; D3, D4) conectados en serie y porque dichas por lo menos dichas dos líneas (L1, L2; L3) están mutuamente conectadas a través de por lo menos una resistencia (R1; R3) y un diodo Zener (Z1; Z2) conectados en serie unos con otros, un condensador (C1; C2), así como un SCR (S1; S2) provisto del puerto conectado entre el dido Zener (Z1; Z2) y laprimera resistencia (R1; R3).
Description
Suministro de energía.
La presente invención se refiere a un suministro
de energía, en particular un suministro de baja energía el cual se
puede emplear para suministrar energía eléctrica a los dispositivos
eléctricos y electrónicos presentes en los electrodomésticos.
En los suministros de energía conocidos para
electrodomésticos, como por ejemplo en el documento US 5933342, el
suministro de la tensión continúa necesaria para el funcionamiento
de los dispositivos interiores se obtiene a través de un circuito
que comprende un transformador lineal el cual rebaja la tensión
sinusoidal de entrada, la cual es entonces rectificada como una
media onda doble por medio de un puente de diodos, filtrada por un
condensador electrolítico y ajustada a través de un regulador de
tensión positivo o negativo, de acuerdo con los requisitos. Aunque
es flexible, puesto que la tensión de salida y la potencia del
transformador se pueden escoger de acuerdo con los requisitos
necesarios, este suministro de potencia conocido es relativamente
caro debido a la presencia del transformador.
Si los dispositivos que se van activar no
requieren potencias elevadas, es posible utilizar un circuito que
emplea, para transformar la tensión de la red, un condensador
conectado en serie con la línea de suministro, en lugar de un
transformador. Esta solución permite reducir notablemente los costes
con respecto a los primeros suministros de energía conocidos
anteriormente mencionados, pero no tiene la misma flexibilidad
puesto que la corriente máxima que puede ser absorbida por el
circuito depende directamente del valor de la capacitancia del
condensador, la cual, por razones de tamaño y de costes, no puede
ser superior a 2\muF. Después de este condensador se llevará a
cabo una rectificación de una única media onda a través del puente
de diodos, de forma que se obtienen dos tensiones continuas
diferentes con respecto a la misma masa de referencia, las cuales
pueden activar dispositivos electrónicos, por ejemplo
microprocesadores de 5 V, o dispositivos eléctricos, por ejemplo
relés de 12 V. Dos diodos Zener conectados a otras tantas
resistencias permiten ajustar las tensiones de salida con un coste
mínimo.
Sin embargo, este segundo suministro de energía
conocido tiene una importante desventaja: si los circuitos aguas
abajo del suministro de energía no absorben corriente o tienen una
absorción modesta, la energía proporcionada desde la red de potencia
a través de los diodos los cuales rectifican la tensión es
"descargada" a la otra etapa a través de los diodos Zener, de
forma que estos últimos, así como las resistencias conectadas a los
mismos, se deben escoger de modo que soporten trabajar en esta
condición, con problemas particulares con respecto a la disipación
de energía.
Es por lo tanto un objeto de la presente
invención proporcionar un suministro de energía que esté libre de
dichas desventajas. Este objeto se consigue por medio de un
suministro de energía, las características principales del cual se
especifican en la primera reivindicación y otras características se
especifican en las reivindicaciones subsiguientes.
Gracias a la utilización de uno o más SCR
(Silicon controlled rectifier - Rectificador controlado de silicio),
el suministro de energía de acuerdo con la presente invención puede
"descargar" la energía en exceso que proviene de la red sin la
alta disipación de energía en los diodos Zener de los suministros
de energía conocidos. Las principales características del presente
suministro de energía residen por lo tanto en su bajo coste y en su
disipación de energía muy baja.
De hecho, cuando el SCR empieza a conducir, actúa
como un cortocircuito, de forma que la tensión en sus extremos es
la tensión continua ánodo/cátodo la cual es baja e independiente de
las tensiones de salida deseadas. La disipación de energía en este
componente es por lo tanto extremadamente baja. En la práctica, la
tarea del SCR es "descargar" la energía en exceso directamente
a la red sin causar una gran disipación de energía. Por lo tanto no
es necesario que el diodo Zener y la resistencia conectada al mismo
sean dispositivos de potencia, puesto que también su disipación es
muy baja.
El suministro de energía de acuerdo con la
presente invención por lo tanto permite mantener las
características deseadas de bajo coste sin el clásico tema de la
disipación, obteniendo de ese modo una mejora considerable en la
fiabilidad durante la utilización y al mismo tiempo reduciendo la
energía disipada en los suministros de energía conocidos debido al
efecto Joule.
Además, el suministro de potencia de acuerdo con
la presente invención se puede fabricar frecuentemente con
componentes de la tecnología SMD (Surface Mounted Devicie -
Dispositivo de montaje superficial), con la consiguiente mejora en
la fiabilidad y la reducción del tamaño y de los costes.
Ventajas y características adicionales del
suministro de energía de acuerdo con la presente invención se harán
evidentes a aquellos expertos en la técnica a partir de la
siguiente descripción detallada y no limitativa de dos
realizaciones de la misma, con referencia a los dibujos anexos, en
la que:
- la figura 1 muestra el esquema eléctrico del
suministro de energía de acuerdo con la primera realización de la
invención; y
- la figura 2 muestra el esquema eléctrico del
suministro de energía de acuerdo con la segunda realización de la
invención.
Con referencia a la figura 1, se observa que el
suministro de energía de acuerdo con la primera realización de la
presente invención comprende de un modo conocido una etapa de
transformador TR conectada a una etapa de rectificador RE conectada
a su vez a una etapa de filtro y regulador FR. Dos entradas V_{CA}
de la etapa de transformador TR son adecuadas para ser conectadas a
una fuente de corriente alterna, mientras por lo menos dos salidas
V_{0} y V_{CC-} de la etapa de filtro y regulador FR son
adecuadas para suministrar una tensión substancialmente constante, a
aproximadamente 0 V voltios y -5 V, respectivamente, para el
suministro de energía a dispositivos eléctricos y electrónicos.
La etapa de transformador TR comprende de un modo
conocido dos líneas paralelas L1, L2 que conectan las entradas
V_{CA} a la etapa de rectificador RE. La segunda línea L2
comprende un condensador C y una resistencia R conectados en serie.
En la presente realización de la invención, adecuada para tensiones
de entrada de aproximadamente 220 V, el condensador C es un
condensador del tipo X2 con una capacitancia de 1,5 \muF,
mientras la resistencia R es una resistencia de alambre o de óxido
de metal, tiene una resistencia de 33 \Omega y puede disipar una
potencia de 1 W. la resistencia R permite evitar el fenómeno de
sobre tensión en las entradas V_{CA} durante el arranque,
especialmente cuando esto último ocurre en el momento del máximo o
del mínimo de una media onda de la tensión de la red.
La etapa de rectificador RE comprende dos líneas
paralelas L1, L2 que conectan las líneas de la etapa de
transformador TR a la etapa de filtro y regulador FR. La segunda
línea L2 comprende un primer diodo D1 conectado en serie a esta
línea por ejemplo con el cátodo encarado a la entrada V_{CA}, de
forma que conduzca durante la media onda negativa de la tensión de
la red. El diodo D1 es un diodo del tipo GF1M con tecnología SMD o
bien del tipo 1N4007, de forma que soporte las transiciones bruscas
de la tensión que pueden ocurrir al arranque del suministro de
energía.
La etapa de filtro y regulador FR comprende dos
líneas paralelas L1, L2 que conectan con las líneas L1, L2 de la
etapa de rectificador RE a la salidas V_{0} y V_{CC-}. La
primera línea L1 conecta directamente una entrada V_{CA} a la
salida V_{0}, mientras la segunda línea L2 comprende por lo menos
un segundo diodo D2 conectado en serie a esta línea y al diodo D1,
con el cátodo encarado a la entrada V_{CA} de forma que conduce
durante la media onda negativa de la tensión de red. Las líneas L1
y L2 están mutuamente conectadas mediante una resistencia R1 y un
diodo Zener Z1 conectados en serie uno al otro, así como mediante
una resistencia R2 y un SCR (Silicon Controlled Rectifier -
Rectificador controlado de silicio) S1 conectados en serie uno al
otro. El cátodo del SCR S1 está conectado al ánodo del diodo D1 y
al cátodo del diodo D2, el ánodo del SCR S1 está conectado a la
resistencia R2, mientras el puerto del SCR S1 está conectado entre
el diodo Zener Z1 y la resistencia R1. Esta última está por lo
tanto conectada entre el diodo Zener Z1 y los diodos D1 y D2.
Además, las dos líneas paralelas L1, L2 de la etapa de filtro y
regulador FR están adecuadamente conectadas una a otra por un
condensador C1 dispuesto entre el diodo D1 y la salida
V_{CC-}.
La resistencia R1 se utiliza para desviar el
diodo Zener Z1 y tiene una resistencia relativamente baja. De
hecho, la diferencia de tensión en la resistencia R1 coincide con
la tensión continúa de derivación puerto/cátodo (aproximadamente
0,7 V) cuando el SCR S1 empieza a conducir, de forma que una baja
resistencia es suficiente para obtener una corriente de algunos mA
en el diodo Zener Z1. Cuando el SCR S1 conduce, la tensión en el
diodo Zener Z1 es 0, de forma que la disipación de estos componentes
es extremadamente reducida. Por ejemplo, con una tecnología SMD se
puede utilizar un diodo Zener Z1 del tipo SOT23 (5,1 V; 0,25 mW) y
una resistencia R1 del tipo 0603 (50 \Omega).
La resistencia R2 se utiliza para redondear los
pasos de la tensión debido a la transición del SCR S1, el cual puede
disparar oscilaciones causadas por la presencia del condensador C y
por inductancias parásitas presentes en el circuito. Con una
tecnología SMD se puede utilizar una resistencia R2 del tipo 0603
(5 \Omega), la cual generalmente puede disipar la potencia de una
manera adecuada. Si no puede disipar toda la potencia, la
resistencia R2 puede ser sustituida por una pluralidad de
resistencias conectadas en paralelo y provistas de una resistencia
total equivalente igual a la resistencia de la resistencia R2. Con
la tecnología SMD, el SCR S1 puede ser del tipo SOT223, el cual
puede trabajar con una tensión de 600 voltios, con corrientes
promedio de aproximadamente 200 mA y capacitancias pico similares a
aquellas del diodo D1.
El condensador C1 tiene una capacitancia mínima
de 470 \muF, en particular 1 \muF a tensiones bajas (6,3 V), de
forma que elimina la ondulación de la tensión de salida.
Durante la utilización, en la media onda negativa
de la sinusoide de la red, los diodos D1 y D2 conducen, de forma
que cargan el condensador C1. El diodo Zener Z1 está desconectado
hasta que la carga en el condensador C1 no permite que conduzca
alcanzando la tensión de activación inversa. El puerto del SCR S1
está por lo tanto a la misma tensión que el cátodo y de ese modo el
SCR está desconectado. En estas condiciones el condensador C1
continúa cargándose.
Cuando el diodo Zener Z1 empieza a conducir
puesto que ha alcanzado la tensión de activación inversa, el puerto
del SCR S1 recibe una corriente (algunas décimas de \muA)
suficiente para arrancar la conducción, causando de ese modo un
cortocircuito entre el ánodo y el cátodo y descargando la energía en
exceso directamente a la red. En este momento la tensión en la
resistencia R1 es igual a la unión puerto/cátodo del SCR S1
conductor.
La tensión continúa de salida depende por lo
tanto de la tensión de activación del diodo Zener Z1, de la tensión
de derivación puerto/cátodo del SCR S1 y de la tensión de
derivación del diodo D2. En cualquier caso, todas estas tensiones
son muy estables para la utilización requerida por los dispositivos
conectados a las salidas V_{0} y V_{CC-}.
Cuando el SCR S1 empieza a conducir, ocurre el
siguiente fenómeno:
- el diodo D2 se desconecta, forzando de ese modo
al condensador C1 a mantener la tensión estable en sus extremos.
Esto naturalmente depende de la carga conectada a las salidas
V_{0} y V_{CC-}, así como de la capacitancia del condensador
C1;
- el diodo Zener Z1 y la resistencia R1 dejan de
estar cruzados por la corriente de derivación la cual ha sido
utilizada para llevar al SCR S1 a ser conductor y por lo tanto no
disipan energía (la tensión en sus extremos es cero);
- el cortocircuito repentino del SCR S1 genera un
cambio de paso de la tensiónla cual es redondeada por la
resistencia R2.
El circuito de la figura 1 no puede descargar ni
utilizar la energía transmitida durante la media onda positiva de
la sinusoide de la red, para lo cual se puede utilizar un
dispositivo o un circuito de regulación adicional (no representado
en la figura) conectado a las líneas L1 y L2, por ejemplo
comprendiendo un condensador o un diodo de rectificación.
Con referencia ahora a la figura 2, se ve que el
suministro de energía de acuerdo con la segunda realización de la
presente invención siempre comprende una etapa de transformador TR
conectada a una etapa de rectificador RE conectada a su vez a una
etapa de filtro y regulador FR.
La etapa de transformador TR, como en la primera
realización, comprende una resistencia R y un condensador C,
mientras la etapa de rectificador RE comprende, además del diodo
D1, también un diodo D3 conectado en serie a una tercera línea L3
que arranca de la línea L2 que comprende el diodo D1 y continúa en
la etapa de filtro y regulador FR hasta una tercera salida V_{CC+}
adecuada para suministrar una tensión positiva, por ejemplo 12 V,
con respecto a la salida V_{0}.
La etapa de filtro y regulador FR comprende el
mismo circuito de la primera realización compuesto por un SCR S1,
las resistencias R1 y R2, el diodo Zener Z1, el diodo D2 y el
condensador C1, así como un segundo circuito paralelo el cual está
conectado entre las líneas L1 y L2 el cual termina en la salidas
V_{0}, V_{CC+} y está compuesto por un SCR S2, un par de
resistencias R3 y R4, un diodo Zener Z2, un diodo D4 y un
condensador C2. Los dispositivos de este segundo circuito son
sustancialmente los mismos que los del primer circuito y están
conectados sustancialmente del mismo modo, con la diferencia de que
los diodos D3 y D4 están conectados con los cátodos encarados a la
salida V_{CC+}, de forma que conducen durante la media onda
positiva de la tensión de red y trabajan del mismo modo que trabaja
el primer circuito durante la media onda negativa de la tensión de
red.
Claims (10)
1. Suministro de energía comprendiendo una etapa
de transformador (TR), una etapa de rectificador (RE) y una etapa de
filtro y regulador (FR) mutuamente conectadas mediante por lo menos
dos líneas (L1, L2; L3), en el que dos entradas (V_{CA}) de la
etapa de transformador (TR) son adecuadas para ser conectadas a una
fuente de tensión alterna, mientras que por lo menos dos salidas
(V_{0}, V_{cc-}; V_{cc+}) de la etapa de filtro y regulador
(FR) son adecuadas para suministrar una tensión substancialmente
constante para activar dispositivos eléctricos y electrónicos en el
que por lo menos una (L2; L3) de dichas líneas (L1, L2; L3)
comprende por lo menos dos diodos (D1, D2; D3, D4) conectados en
serie y porque dichas por lo menos dichas dos líneas (L1, L2; L3)
están mutuamente conectadas a través de por lo menos una
resistencia (R1; R3) y un diodo Zener (Z1; Z2) conectados en serie
unos con otros, un condensador (C1; C2), así como un SCR (S1; S2)
provisto del puerto conectado entre el diodo Zener (Z1; Z2) y la
primera resistencia (R1; R3).
2. Suministro de energía de acuerdo con la
reivindicación anterior caracterizado porque el cátodo del
SCR (S1) está conectado a los dos diodos (D1, D2), el ánodo del SCR
(S1) está conectado a una (L1) de dichas líneas (L1, L2; L3) y el
cátodo de los dos diodos (D1) está encarado a una entrada
(V_{CA}) de la etapa de transformador (TR), de forma que conduce
durante la media onda negativa de la tensión de la red.
3. Suministro de energía de acuerdo con la
reivindicación 1 caracterizado porque el ánodo del SCR (S2)
está conectado a los dos diodos (D3, D4), el cátodo del SCR (S1)
está conectado a una (L1) de dichas líneas (L1, L2; L3) y el cátodo
de los dos diodos (D1) está encarado a una salida (V_{CC+}) de la
etapa de filtro y regulador (FR), de forma que conduce durante la
media onda positiva de la tensión de la red.
4. Suministro de energía de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque el SCR (S1;
S2) está conectado a una (L1; L3) de dichas líneas (L1, L2; L3) a
través de por lo menos una segunda resistencia (R2; R4).
5. Suministro de energía de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque el
condensador (C1; C2) está dispuesto entre el segundo diodo (D2; D4)
y una salida (V_{CC-}; V_{CC+}) de la etapa de filtro y
regulador (FR).
6. Suministro de energía de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque una (L1) de
dichas líneas (L1, L2; L3) conecta directamente una entrada
(V_{CA}) de la etapa de transformador (TR) a una salida (V_{0})
de la etapa de filtro y regulador (FR).
7. Suministro de energía de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque la etapa de
transformador (TR) comprende por lo menos un condensador (C)
conectado en serie a una (L2) de dichas líneas (L1, L2; L3).
8. Suministro de energía de acuerdo con la
reivindicación 7 caracterizado porque la etapa de
transformador (TR) comprende una resistencia (R) conectada en serie
a dicho condensador (C).
9. Suministro de energía de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque el primer
diodo (D1; D3), el segundo diodo (D2; D4), el diodo Zener (Z1; Z2),
el SCR (S1; S2), la primera resistencia (R1; R3) y la segunda
resistencia (R2; R4) se llevan a cabo mediante la tecnología
SMD.
10. Suministro de energía de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque una (L2) de
dichas líneas (L1, L2; L3) está conectada directamente a una
tercera línea (L3) conectada a su vez a una tercera salida
(V_{CC+}) y a un circuito paralelo que comprende un segundo par de
diodos (D3, D4), un segundo SCR (S2), un segundo par de
resistencias (R3, R4), un segundo diodo Zener (Z2) y un segundo
condensador (C).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP03425067A EP1445854B1 (en) | 2003-02-05 | 2003-02-05 | Power supply |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2227504T3 true ES2227504T3 (es) | 2005-04-01 |
Family
ID=32605510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES03425067T Expired - Lifetime ES2227504T3 (es) | 2003-02-05 | 2003-02-05 | Suministro de energia. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1445854B1 (es) |
| AT (1) | ATE275771T1 (es) |
| DE (1) | DE60300034T2 (es) |
| ES (1) | ES2227504T3 (es) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001136736A (ja) * | 1995-10-24 | 2001-05-18 | Rohm Co Ltd | 電源装置及びこれを用いた電気機器 |
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| US5933342A (en) * | 1998-06-02 | 1999-08-03 | Ford Motor Company | Rectifier with alternative path for freewheeling current |
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2003
- 2003-02-05 ES ES03425067T patent/ES2227504T3/es not_active Expired - Lifetime
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- 2003-02-05 AT AT03425067T patent/ATE275771T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-02-05 EP EP03425067A patent/EP1445854B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60300034D1 (de) | 2004-10-21 |
| EP1445854B1 (en) | 2004-09-08 |
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