ES2238358T3 - Procedimiento para la regulacion de la tension en un circuito electronico y circuito electronico para la realizacion del procedimiento. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la regulación de una tensión U en un circuito electrónico (1) con un elemento de control (6), que está realizado de una manera preferida como microcontrolador y con al menos un con al menos un consumidor (R2) que se aplica en la tensión U, con una primera resistencia óhmica, en el que el consumidor (R2) es cortocircuitado temporalmente o bien de forma sincronizada a través de una derivación de la corriente (7) en paralelo con una segunda resistencia óhmica, que es menor que la primera, por medio de un conmutador electrónico (T1) accionado por el elemento de control (6), y para la reducción de la tensión U en la media del tiempo, se eleva la relación del tiempo de conexión con respecto al tiempo de desconexión (relación de sincronización) del conmutador (T1) en la derivación de la corriente (7) a cortocircuitar y para la elevación de la tensión U, se reduce la relación de sincronización del conmutador (T1), caracterizado porque para la alimentación del circuito (1) con energía eléctrica se utiliza una fuente de corriente constante (2), con preferencia una fuente de alimentación de condensadores, con resistencia (R1), condensador (C1), rectificador de corriente (3) y condensador de carga (C2), y se forma el consumidor a través de un elemento de representación de fluorescencia a vacío (VFD) (9), en el que la calefacción (12) del VFD está conectada en serie con el conmutador electrónico (T1), que es activado de forma sincronizada por el elemento de control, y para la reducción de la tensión U en la medida de tiempo se eleva la relación de sincronización de la activación de la calefacción a través del conmutador (T1) a través del elemento de control (6) y para la elevación de la tensión U se reduce la relación de sincronización en la media del tiempo.

Description

Procedimiento para la regulación de la tensión en un circuito electrónico y circuito electrónico para la realización del procedimiento.

La invención se refiere a un procedimiento para la regulación de una tensión en un circuito electrónico según el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente así como a un circuito electrónico para la realización del procedimiento.

Para los circuitos electrónicos (sobre todo pequeños o bien de precio favorable) se emplean cada vez en mayor medida fuentes de alimentación de condensadores en lugar de los transformadores habituales hasta ahora. Éstos están constituidos esencialmente por una resistencia, un condensador, un rectificador de corriente de dos casos y un condensador de carga, estando conectados la resistencia y el condensador en serie y estando conectados en un a entrada del rectificador de corriente de dos pasos, mientras que el condensador de carga está conectado en las dos salidas del rectificador de corriente de dos pasos. Una fuente de alimentación de condensadores de este tipo alimenta una corriente continua constante, que se obtiene, en el caso de que la tensión de la red sea estable, esencialmente a partir de la capacidad del condensador. La tensión, que se encuentra en consumidores que están conectados en las salidas del rectificador de corriente de dos pasos y, por lo tanto, de la fuente de alimentación de condensadores, depende de la resistencia de la corriente continua del consumidor según la fórmula U = R x I.

Un problema grande de las fuentes de alimentación de condensadores de este tipo es el hecho de que en virtud de las oscilaciones de la tensión de la red y de las tolerancias de los componentes la corriente constante alimentada por la fuente de alimentación de condensadores está sometida a grandes tolerancias, que están, en parte, por encima del 50%. De esta manera, naturalmente, también la tensión que cae en los consumidores conectados, presenta las mismas tolerancias grandes. Por lo tanto, en las fuentes de alimentación de condensadores convencionales son necesarias adicionalmente medidas para la estabilización de la tensión, por ejemplo en forma de un circuito de estabilización, de una limitación de la tensión o de un regulador de la tensión.

Se conoce a partir del documento JP 04181505 A un circuito accionado con una fuente de tensión alterna, en el que un consumidor se puede cortocircuitar de una manera sincronizada a través de un conmutador conectado en paralelo, siendo prolongado el tiempo de cortocircuito en la relación de sincronización del conmutador, cuando la tensión existente excede un valor predeterminado, y se acorta cuando la tensión existente cae por debajo de este valor.

En el documento US 4.241.278 se describe un circuito de regulación para un elemento de representación de fluorescencia a vacío (VFD), en el que la calefacción del VFD es activada de forma sincronizada, siendo reducida la relación del ciclo de conexión y desconexión de la activación de la calefacción, cuando se eleva la tensión de la calefacción, y se incrementa cuando se reduce la tensión de la calefacción. De esta manera se consigue que la calefacción del VFD sea accionada también en el caso de una tensión oscilante de la calefacción por término medio siempre con la misma potencia de calefacción eléctrica.

Partiendo del estado de la técnica mencionado, el cometido de la invención es desarrollar el procedimiento del tipo indicado anteriormente de tal forma que se pueda activar también un VFD y proponer a tal fin un circuito electrónico.

Este cometido se soluciona a través de un procedimiento con las características de la reivindicación 1 de la patente así como un circuito electrónico según la reivindicación 4. Las reivindicaciones dependientes contienen formas de realización y desarrollos de la invención.

La idea básica de la invención es que la tensión, que cae a través de un consumidor conectado en una fuente de tensión constante, como por ejemplo una fuente de alimentación de un condensador, se reduce por término medio también cuando el consumidor es cortocircuitado al menos temporalmente o de forma sincronizada a través de una derivación paralela de la corriente con una resistencia menor o bien con una resistencia insignificantemente pequeña.

Si se cierra y se abre esta derivación paralela de la corriente de forma sincronizada a través de un conmutador que se encuentra en la misma, entonces se puede ajustar a través de la relación del tiempo de conexión y el tiempo de desconexión (relación sincronizada) de este conmutador el valor medio temporal de la tensión que se aplica en el consumidor dentro de ciertos límites. En este caso, una elevación de la relación de sincronización (prolongación del tiempo de conexión frente al tiempo de desconexión) provoca una reducción de la tensión y una reducción de la relación de sincronización (reducción del tiempo de conexión frente al tiempo de desconexión) provoca una elevación de la tensión.

De esta manera, también en el caso de que no se utilice la función del consumidor, se puede reducir la tensión que se aplica en el consumidor a través de la elevación de la relación de sincronización, lo que tiene como consecuencia que se reduzca el consumo de potencia eléctrica del circuito, puesto que, en efecto, el flujo de corriente generado por la fuente de corriente constante se mantiene constante; pro se reduce la caída de la tensión en el circuito. De esta manera, en el caso de aparatos con fuente de corriente constante, en los que fluye siempre una corriente constante, pero no se necesita de una manera permanente la función del consumidor, se puede conseguir un ahorro considerable de energía eléctrica.

Puesto que como consumidor se utiliza un elemento de representación de fluorescencia a vacío (VFD), en el que la calefacción está conectada en serie con un conmutador electrónico, y se activa de forma sincronizada a través de este conmutador, la derivación de la corriente, que contiene la calefacción y el conmutador, es considerada como derivación de la corriente en paralelo al consumidor, pudiendo considerarse la disposición de forma tubular del VFD con cátodo y ánodo como consumidor (de alta impedancia) propiamente dicho. De esta manera, se regula la tensión que se aplica en el "tubo" del VFD directamente a través de la relación de sincronización de la activación de la calefacción. Esto es especialmente interesante ya porque no se necesitan para ello otros componentes adicionales en el circuito electrónico, que no son necesarios ya para el funcionamiento normal del VFD.

En un desarrollo de la invención, está previsto que la tensión que se aplica en el consumidor o bien una tensión parcial correlacionada con ésta sea alimentada a un elemento de control que controla la sincronización y sea detectado por éste que el elemento de control compara la tensión detectada con una tensión teórica, que está depositada en una memoria y eleva o reduce la relación de sincronización del conmutador en función de si la tensión detectada es más alta o más baja que la tensión teórica.

La alimentación de la tensión que se aplica en el consumidor hacia el elemento de control se puede realizar directamente en el caso de que el elemento de control presente una entrada correspondiente, o también a través de un divisor de la tensión, siendo alimentada en el último caso al elemento de control una tensión parcial menor (en cuanto al valor absoluto), que está, sin embargo, en relación fija con la tensión que cae en el consumidor. En el caso de que el elemento de control propiamente dicho se encuentre directamente en la tensión que se aplica al consumidor, no es necesaria ya otra línea de alimentación, puesto que la tensión es alimentada, en efecto, ya a través de la línea de alimentación de la tensión. No obstante, en este caso, hay que asegurar que, por una parte, el elemento de control permanece con capacidad funcional total también en el caso de una tensión que se aplica de forma variable y que, por otra parte, se alimenta al elemento de control a través de una normal de la tensión una tensión de referencia, de manera que es posible una medición de la tensión que se aplica en el consumidor a través de la comparación de la tensión alimentada con la tensión de referencia.

La ventaja de la invención consiste en que la regulación de la tensión es posible en un circuito electrónico con fuente de corriente constante en el presente caso del VFD es posible con la calefacción ya activada a través de un conmutador electrónico totalmente sin gasto técnico de circuito. De esta manera, se suprime el gasto en forma de un regulador de la tensión, de un circuito de estabilización o de una limitación de la tensión, que sería necesario en otro caso en presencia de oscilaciones de la tensión de la red o de tolerancias de los componentes. Además, con el procedimiento según la invención se puede realizar de una manera sencilla un modo de ahorro de potencia, con el fin de reducir el consumo de potencia del circuito en el caso de que no sea necesaria la función del consumidor.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de dos ejemplos de realización. En este caso:

La figura 1 muestra un esbozo de principio de un circuito electrónico para la realización del procedimiento según la invención.

La figura 1a muestra un esbozo de principio del circuito sin fuente de alimentación de condensadores según una variante de las formas de realización de la figura 1.

La figura 2a una curva del tiempo de las activaciones del conmutador y de la tensión que se aplica en el consumidor, y

La figura 2b muestra otra curva del tiempo según la figura 2a con otra relación de sincronización.

Un circuito electrónico 1 presenta como fuente de corriente constante una fuente de alimentación de condensadores 2. Esta fuente de alimentación está constituida por una resistencia R1, un condensador C1, un rectificador de corriente de dos pasos 2, un condensador de carga C2 y un diodo Zener Z1. La fuente de alimentación del condensador 2 está conectada con conexiones 4 y 4a en la tensión de la red, la salida del rectificador de corriente de dos pasos 3 está conectada a tierra. El condensador de carga C2 sirve para el filtrado de la curva de tiempo de la tensión que se encuentra en las salidas del rectificador de corriente de dos pasos 3, el diodo Zener Z1 limita esta tensión hacia arriba, para proteger los componentes que están conectados en la fuente de alimentación de condensadores frente a la sobretensión.

El consumidor conectado en la fuente de alimentación de condensadores 2 es un elemento de representación de fluorescencia a vacío (VFD) 9, que presenta un ánodo 10 y un cátodo 11, en el que el cátodo 11 sirve al mismo tiempo como calefacción 12. Como consumidor de alta impedancia propiamente dicho se puede considerar aquí el trayecto desde el ánodo 11 hacia el cátodo 10. La calefacción 12 está conectada en serie con un transistor T1 en una derivación de la corriente 7. Un microcontrolador 6 está conectado en las salidas + y - del rectificador de corriente de dos pasos 3 y, por lo tanto, de la fuente de alimentación del condensador 2, es decir, también directamente en la tensión U, lo que solamente es posible cuando se puede accionar con tensiones variables.

El microcontrolador 6 controla el transistor T1 de forma sincronizada. La curva de tiempo de esta activación así como del valor resultante para la tensión U se puede deducir a partir de la figura 2a. En el instante t1 se conmuta el transistor T1, es decir, que se conecta la derivación de la corriente 7. El condensador de carga C2 se descarga a través de la derivación de la corriente 7, y la tensión U se derrumba hasta que en el instante t2 el transistor T1 se conmuta a bloqueo, es decir, se desconecta. A continuación, se carga el condensador de carga C2 de nuevo y se eleva la tensión U hasta que en el instante t3 se conmuta de nuevo el transistor T1, es decir, se conecta, después de lo cual la tensión U cae de nuevo hasta que en el instante t4 se desconecta de nuevo el transistor T1.

A través de la conexión y desconexión sincronizadas de la derivación de la corriente 7 a través del transistor T1 se ajusta -filtrado a través del condensador de carga C2- para la tensión U un valor medio de tiempo, que resulta a partir de la fórmula siguiente:

U = (I x R)/D

En este caso, I es la corriente constante alimentada por la fuente de alimentación de condensadores 2, R es la resistencia óhmica del consumidor R2 y D es la relación entre el tiempo de conexión y el tiempo de desconexión (relación de sincronización) del transistor t1. La corriente constante I es determinada a través de la tensión de la red así como a través del dimensionado de la resistencia R1 y sobre todo del condensador C1. En el ejemplo de realización se supone una corriente I de 10 mA y una resistencia R del consumidor R2 de 100 ohmios. La relación de sincronización D da como resultado, a partir de la figura 2a, D = (t2 - t1) / (t3 - t1) = 1/20, lo que da como resultado una tensión media de U = 10 mA x 100 ohmios x 20 = 20 V.

En la figura 2b se muestra un caso, en el que el transistor T1 está con mutado durante un periodo de tiempo de doble longitud, es decir, que está conectado como en el caso de la figura 2a. Aquí, la relación de sincronización es
D = (t2' - t1) / (t3 - t1) = 2/20 = 1/10. De acuerdo con ello, se obtiene aquí un valor medio para la tensión U de U = 10 mA x 100 ohmios x 10 = 10 V. La variación de la curva de la tensión en torno a este valor medio de 10 V es en la figura 2b mayor que en la figura 2a, puesto que el condensador de carga C2 se descarga durante más tiempo y, por lo tanto, la tensión U irrumpe más fuertemente. No obstante, esta irrupción de la tensión en la figura 2ab como también la mostrada en la figura 2a, se representan muy exagerada para mayor claridad.

A partir de la figura 2a y de la figura 2b se puede reconocer que a través de la variación de la relación de sincronización D, se puede ajustar la tensión U, que se aplica por término medio de tiempo en el consumidor R2, en márgenes relativamente amplios. De esta manera, es posible ajustar la tensión U exactamente a un valor deseado, aunque, por ejemplo, no se conozca con exactitud la corriente constante I alimentada por la fuente de alimentación de condensadores 2 u oscile en virtud de tolerancias de los componentes dentro de una serie de productos. A tal fin, debe medirse el valor precisamente dominantes de la tensión U, debe compararse el valor medido de la tensión con el valor deseado o bien con el valor teórico de la tensión U y debe modificarse de una manera correspondiente la relación de sincronización de la activación del transistor T1, en función de si la tensión predominante es demasiado alta o demasiado baja.

El microcontrolador 6 sincroniza el transistor T1 de acuerdo con el diagrama de la curva del tiempo de la figura 2a. Durante los tiempos de conmutación, es decir, de conexión del transistor T1 fluye corriente a través de los alambres calefactores de la calefacción 12, con lo que éstos se calientan en gran medida. Este calentamiento es suficiente, también durante el tiempo, en el que el transistor 1 está desconectado, para liberar suficientes electrones desde el ánodo 11, que son acelerados entonces hacia el cátodo. Hay que indicar aquí que la activación de los diferentes segmentos luminosos del VFD se realiza de la misma manera a través del microcontrolador 6, pero no se representa en la figura 1 para mayor claridad.

El microcontrolador 6 está conectado, además, con una normal de la tensión 13, que alimenta una tensión de referencia fija. Esta tensión de referencia es necesaria para que el microcontrolador 6 pueda calcular, a partir de la tensión que se aplica en sus entradas de alimentación de la tensión, el valor real de la tensión U y a continuación pueda ajustar, como se ha descrito anteriormente, la tensión U a un valor teórico deseado.

Naturalmente, también es posible que el microcontrolador 6 esté conectado a través de un regulador de la tensión 5 en la tensión U y lleve a cabo la detección del valor de la tensión U a través de la medición de una tensión parcial U_{T} que aparece en un divisor de la tensión. El regulador de la tensión 5, que está conectado en las salidas de la fuente de alimentación de condensadores 2, se ocupa de que el microcontrolador 6 sea alimentado siempre con una tensión de 5 V que es requerida por el mismo. Esta variación del ejemplo de realización mencionado se muestra en la figura 1a.

En este caso, se mide la tensión U predominantes de tal manera que en paralelo al VFD está conectado un divisor de la tensión que está constituido por un circuito en serie formado por las resistencias R3 y R4, cuya toma del divisor 8 está conectada con el microcontrolador 6. De esta manera, el microcontrolador 6 puede medir la tensión parcial U_{T} que se aplica en la resistencia R4 y que está directamente correlacionada con la tensión U y puede compararla, por ejemplo, con un valor teórico de la tensión parcial memorizado, que se ha obtenido durante la aplicación de la tensión teórica en el consumidor R2.

En el caso de que la función del VFD no sea necesaria, es posible, además, reducir la tensión U con una relación de sincronización D adecuada hasta el punto de que el microcontrolador 6 no esté precisamente todavía preparado para funcionar. En este caso, la corriente alimentada siempre y de una manera constante por la fuente de alimentación de condensadores fluye a través de una diferencia de la tensión relativamente pequeña, de manera que se consume también sólo una potencia eléctrica relativamente pequeña. Esto es muy ventajoso desde el punto de vista del ahorro de energía, en aparatos que están conectados, en efecto, de una manera duradera con la tensión de la red, en los que, sin embargo, no se necesita de forma duradera la función del VFD.

De la misma manera, naturalmente, también en el ejemplo de realización según la figura 1a, el microcontrolador según la figura 1 está conectado directamente en la tensión U. También es concebible que el microcontrolador esté conectado a través de un regulador de la tensión 5 en la tensión U, pero para la medición de la tensión U está conectado directamente con ésta.

Claims (6)

1. Procedimiento para la regulación de una tensión U en un circuito electrónico (1) con un elemento de control (6), que está realizado de una manera preferida como microcontrolador y con al menos un con al menos un consumidor (R2) que se aplica en la tensión U, con una primera resistencia óhmica, en el que el consumidor (R2) es cortocircuitado temporalmente o bien de forma sincronizada a través de una derivación de la corriente (7) en paralelo con una segunda resistencia óhmica, que es menor que la primera, por medio de un conmutador electrónico (T1) accionado por el elemento de control (6), y para la reducción de la tensión U en la media del tiempo, se eleva la relación del tiempo de conexión con respecto al tiempo de desconexión (relación de sincronización) del conmutador (T1) en la derivación de la corriente (7) a cortocircuitar y para la elevación de la tensión U, se reduce la relación de sincronización del conmutador (T1), caracterizado porque para la alimentación del circuito (1) con energía eléctrica se utiliza una fuente de corriente constante (2), con preferencia una fuente de alimentación de condensadores, con resistencia (R1), condensador (C1), rectificador de corriente (3) y condensador de carga (C2), y se forma el consumidor a través de un elemento de representación de fluorescencia a vacío (VFD) (9), en el que la calefacción (12) del VFD está conectada en serie con el conmutador electrónico (T1), que es activado de forma sincronizada por el elemento de control, y para la reducción de la tensión U en la medida de tiempo se eleva la relación de sincronización de la activación de la calefacción a través del conmutador (T1) a través del elemento de control (6) y para la elevación de la tensión U se reduce la relación de sincronización en la media del tiempo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque para la reducción del consumo de potencia eléctrica del circuito electrónico (1), cuando no se necesita la función del consumidor (R2), se reduce la tensión U a través de la elevación de la relación de sincronización del conmutador (T1) en la derivación de la corriente (7) a cortocircuitar en la media del tiempo a través del elemento de control (6).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la tensión U o una tensión parcial U_{T} correlacionada con ésta es alimentada al elemento de control (6) y es detectada por ésta, porque el elemento de control compara la tensión U_{E}detectada con una tensión teórica U_{S} depositada en una memoria, y eleva o reduce la relación de sincronización del conmutador (T1) en función de si la tensión U_{E} detectada es mayor o menor que la tensión teórica U_{S}.

4. Circuito electrónico para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el circuito (1) presenta una fuente de corriente constante (2), de una manera preferida una fuente de alimentación de condensadores con resistencia (R1), condensador (C1), rectificador de corriente (3) y condensador de carga (C2), un elemento de control (6), que está realizado de una manera preferida como microcontrolador, y un elemento de representación de fluorescencia a vacío (VFD) (9) como consumidor que se aplica a la tensión U, en el que la calefacción (1-2) del VFD (9) es activada de forma sincronizada a través del elemento de control (6) por medio de un conmutador electrónico (T1), con preferencia un transistor.

5. Circuito electrónico según la reivindicación 4, caracterizado porque en paralelo al VFD (9) está conectado un divisor de la tensión, que está configurado para la toma de la tensión U y en cuya toma del divisor (8), conectada en aquél con una conexión del elemento de control, se toma la tensión parcial U_{T}.

6. Circuito electrónico según la reivindicación 5, caracterizado porque la fuente de corriente constante (2) está realizada como fuente de alimentación de condensadores, que presenta un rectificador de corriente de dos pasos (3), en una de cuyas entradas está conectada una conexión (4) de la tensión de la red a través de un circuito en serie de una resistencia (R1) y de un condensador (C1), en cuya otra entrada se aplica la otra conexión (4a) de la tensión de la red, y en cuyas dos salidas (+, -) está conectado un circuito en paralelo de un condensador de carga (C2) y de un diodo Zener (Z1) conectado en la dirección de bloqueo, porque una de las salidas (-) del rectificador de corriente de dos pasos (3) está puesta a tierra, porque en las salidas (+, -) del rectificador de corriente de dos pasos (3) están conectados, además, un consumidor, un elemento de representación de fluorescencia a vacío (VFD) (9) así como un elemento de regulación de la tensión (5), porque una de las entradas de alimentación de la tensión de un microcontrolador (6) está conectada en la salida del elemento de regulación de la tensión (5) y la otra entrada de alimentación de la tensión está puesta a tierra, porque en las salidas del rectificador de corriente de dos pasos (3) está conectada adicionalmente una derivación de la corriente (7'), que presenta un circuito en serie de la calefacción 12 del VFD (9) y de un conmutador de transistor T1 conectado en el microcontrolador (6) u controlado por éste para la apertura y cierre de la derivación de la corriente (7'), y porque en las salidas (+, -) del rectificador de corriente de dos pasos (3) está conectado como divisor de la tensión un circuito en serie de dos resistencias (R3, R4) o de circuitos en serie y/ circuitos en paralelo de resistencias, estando conectada la toma (8) del divisor de tensión con una entrada de medición del microcontrolador (6).