ES2243561T3 - Circuito de proteccion. - Google Patents

Abstract

Circuito de protección (1) para limitar la tensión de un dispositivo a proteger con: en cada caso una conexión de entrada (11) y otra de salida (18, 20), una línea común (12, 14) y un dispositivo detector de tensión (4) conectado entre la conexión de entrada (11) y la línea común (12, 14), estando previsto el dispositivo a proteger en un circuito de salida del circuito de protección y pudiéndose separar por medio de un dispositivo de conmutación controlable, que están dispuestos en serie entre la conexión de entrada (11) y la conexión de salida (18, 20), y estando el dispositivo detector de tensión en unión activa con el dispositivo de conmutación controlable, caracterizado porque el dispositivo de conmutación es una pieza constructiva micromecánica, que presenta un circuito de control con una elevada resistencia de entrada y un circuito de salida separado galvánicamente del circuito de control, que puede conmutarse a través del circuito de control, presentando el circuito de salida en estado de conmutación abierto una separación galvánica de sus conexiones de salida (17, 18, 19, 20).

Description

Circuito de protección.

La invención se refiere a un circuito de protección para limitar la tensión de un dispositivo a proteger, en especial un consumidor con dispositivo limitador de tensión y corriente preconectado, según el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conocen circuitos de protección de esta clase de los documentos EP 0 359 912 A1, EP 0 310 280 B1 o DE-PS 36 22 268. Estos circuitos de protección conocidos tienen diferentes inconvenientes. De este modo, por ejemplo, tras la reacción del dispositivo de seguridad correspondiente en el caso del documento EP 0 359 912 A1 es necesario sustituir manualmente un fusible. Los circuitos de los documentos DE-PS 36 22 268 y EP 0 310 280 presentan el inconveniente de que allí se producen elevadas corrientes transversales y de que, además, en la región de trabajo se produce una caída de tensión indeseada. Otro inconveniente es que, en caso de avería, también puede producirse una elevada potencia de disipación.

En la solicitud PCT no prepublicada WO 00/
62394 A1 se consigue una solución para los problemas citados anteriormente, por medio de que delante del dispositivo de seguridad para el usuario se dispone un circuito de protección que muestra un comportamiento de reacción rápido, de tal modo que en el caso de una sobretensión o una corriente demasiado elevada se hace posible una rápida desconexión de los circuitos dispuestos a continuación. Como conmutador se emplea aquí, sin embargo, un FET que está previsto, en el ramal longitudinal, entre una de las conexiones de entrada del circuito de protección y el dispositivo de seguridad dispuesto a continuación.

En el caso de usarse un FET, sin embargo, las posibilidades de conexionado y la disposición en el circuito de protección son limitadas y relativamente inflexibles, de tal modo que puede pensarse en mejoras sobre esto.

En el documento DE 38 04 250 C1 se describe una disposición de circuitos para limitar la corriente, en especial para usarse con aparatos terminales digitales. Con ello se ha dispuesto en un ramal longitudinal de la disposición de circuitos, para desconectar una tensión, el tramo source-drain de un transistor de efecto de campo, cuyo paso a través de su gate se controla en dependencia tanto del control de un transistor como de la carga de un condensador.

El documento DE 296 13 790 U1 se refiere a un microconmutador fabricado micromecánicamente en el que, de forma comparable a un contacto reed, puede producirse un movimiento de conmutación mediante un campo magnético que actúe sobre un soporte flexionable elásticamente.

En el documento DE 41 00 634 A1 se hace patente un dispositivo de pruebas para circuitos integrados (ICs), en especial en placas de circuito impreso equipadas, en el que para unir diferentes puntos de prueba de una pieza a ensayar con diferentes canales de prueba se han previsto varios micro-relés.

La presente invención se ha impuesto por ello la tarea de crear un circuito de protección para limitar la tensión de un dispositivo a proteger, en especial, en especial un consumidor con dispositivo limitador de tensión y corriente preconectado, que pueda diseñarse de forma flexible conforme a los requisitos del circuito, que presente caídas de tensión longitudinales y corrientes transversales despreciables y que pueda formar, en especial, una función de protección adecuada para una barrera Zener preconectada a un consumidor.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante un circuito de protección con las particularidades de la reivindicación 1.

Un circuito de protección del género expuesto se perfecciona conforme a la invención por medio de que el dispositivo de conmutación es una pieza constructiva micromecánica, que presenta un circuito de control con una elevada resistencia de entrada y un circuito de salida separado galvánicamente del circuito de control, que puede conmutarse a través del circuito de control, presentando el circuito de salida en estado de conmutación abierto una separación galvánica de sus conexiones de salida.

Una idea central de la invención estriba por tanto en diseñar el conmutador necesario no como transistor bipolar, FET o similar, sino en elegir una pieza constructiva micromecánica con elevada resistencia de entrada y separación galvánica entre el circuito de salida y el de control que, al desconectar o abrir el conmutador, presente una separación galvánica de las conexiones de salida.

La pieza constructiva o el elemento constructivo micromecánico se materializa convenientemente en forma de un micro-relé, sobre la base de materiales y procedimientos, como los que son habituales en la micromecánica y/o en la fabricación de semiconductores.

Para esto se elige en especial, de forma muy ventajosa, un micro-relé por ejemplo con base de silicio que puede tener una estructura de capas adecuada, por ejemplo similar a la de los elementos constructivos de semiconductores, y cuyas capas están estructuradas en cuanto a técnica de procedimiento, de tal modo que el elemento mecánico que se conmuta realmente puede accionarse mediante fuerzas electrostáticas o piezoeléctricas, es decir, variación de carga. En cuanto al cierre o a la apertura de los contactos, este micro-relé de silicio puede funcionar de forma similar a una función de resorte de lámina, de una viga de flexión, etc.. En la patente norteamericana US-5,638,946 se describe a modo de ejemplo un relé de este tipo.

Como dispositivo detector de tensión puede usarse un diodo detector de tensión, en especial un diodo Zener, un detector de potencia o un detector de temperatura, por ejemplo una resistencia variable con la temperatura, por ejemplo un termistor. En el caso de un diseño de circuito preferido se ha asociado al conmutador electrónico (T1) al menos una resistencia de trabajo (Rc) y al diodo detector de tensión (Dz) al menos una resistencia (Rb), y la conexión de mando del conmutador electrónico (T1) está en unión activa con la resistencia (Rb) y el diodo detector de tensión (Dz).

Una ventaja esencial en la flexibilidad del diseño del circuito es aquí la separación galvánica, en el caso del micro-relé, entre su circuito de control y las conexiones del circuito de carga, así como la elevada impedancia de entrada del circuito de control. A causa de su microestructura, este micro-relé puede materializarse también en una ejecución integrada con la electrónica adicional, siendo también posible un grupo constructivo como SMD o incluso una materialización a modo de un chip.

Sin embargo también existe la posibilidad, según la finalidad aplicativa, de prever elementos constructivos externos al micro-relé o materializar el elemento constructivo necesario directamente como grupo constructivo con el micro-relé.

En el caso del micro-relé es también muy ventajosa la elevada resistencia a las vibraciones, lo que reduce la probabilidad de fallos. Sin embargo, a la hora de elegir el conmutador como micro-relé es esencial el hecho de que pueda adaptarse de forma muy flexible a los requisitos correspondientes, es decir, en el caso de un dispositivo disponible detector de tensión o corriente de forma correspondiente a los requisitos de salida para los consumidores postconectados, puede colocarse con un elevado grado de libertad en el circuito.

De este modo el micro-relé también puede activarse con sus conexiones de mando directamente a través de un tramo de colector-emisor o colector-base, o bien un tramo drain-source o drain-gate de un transistor. La integración de un micro-relé en circuitos disponibles puede realizarse normalmente de forma relativamente sencilla en el caso de una valoración correcta de las características del micro-relé. En comparación con un FET aplicado como conmutador se desconecta la tensión a la salida, sin circuitos adicionales, para conseguir una histéresis a modo de una función de basculamiento. Por medio de un circuito de protección con micro-relés como conmutadores pueden materializarse por ello, de forma sobresaliente, circuitos contra sobretensión y sobrecarga incluso con autorretención.

La ventaja muy considerable de usar un microdispositivo correspondiente o un micro-relé como conmutador en un circuito de protección es la considerable simplificación, en el caso de piezas constructivas complicadas, para activar el micro-relé. Esta simplificación puede ir tan lejos en ciertos casos que el micro-relé solo, sin elementos constructivos preconectados adicionales, asume la función de respuesta y función de desconexión para el consumidor subsiguiente.

La invención hace por tanto posible, de forma simplificada, un dispositivo detector para sobretensión y sobrecarga que acciona, como celda nuclear en el circuito de protección, el conmutador del micro-relé correspondiente. Esta celda nuclear puede estar equipada con celdas de ampliación para ajustar o regular parámetros de la celda nuclear. Aquí puede estar también incluida la autoprotección del micro-relé contra sobretensión. Una estructura de este tipo del circuito de protección hace posible una elevada flexibilidad en cuanto al diseño con transistores de conmutación de tipo npn o pnp o como FET.

Según las necesidades el micro-relé puede estar diseñado como "cerrador" o "abridor".

En especial mediante el corto comportamiento de reacción, la elevada resistencia de entrada y la alta frecuencia de conmutación, el micro-relé posibilita también por así decirlo la protección de un dispositivo limitador de tensión-corriente preconectado a un consumidor o transmisor de valores de medición, que normalmente tiene la estructura de una barrera Zener. En otras palabras, un circuito de protección adecuado muestra una separación más rápida que por ejemplo una barrera Zener postconectada, de tal manera que puede protegerse incluso grupos constructivos de la ex-región.

A continuación se explica además la invención con más detalle, con base en ejemplos esquemáticos. Aquí muestran:

la figura 1 dos variantes de una celda nuclear con transistor pnp o npn;

la figura 2 una celda de ampliación para ampliar el circuito básico con una celda nuclear según la figura 1;

la figura 3 el principio de funcionamiento del circuito de protección conforme a la invención con celdas nucleares en dos formas de ejecución y celdas de ampliación, con base en las cuales pueden deducirse las diferentes variantes del circuito de protección mediante un uso a elección de los elementos mostrados;

la figura 4 un ejemplo de ejecución del circuito con una celda nuclear con transistor pnp y un micro-relé MR1 como cerrador a la salida;

la figura 5 otra derivación de la figura 3 con un transistor npn, presentándose una conexión de mando del micro-relé sobre la base del transistor en lugar de su emisor como en la figura 3;

la figura 6 otra forma de ejecución del circuito de protección con un micro-relé como abridor;

la figura 7 otra variación de la celda nuclear con transistor pnp y un diodo Z, previsto para la autoprotección del micro-relé MR1 y situado en paralelo al micro-relé;

la figura 8 otra forma de ejecución del circuito de protección, en la que la tensión de salida está reacoplada a la celda nuclear a través de una resistencia Rh como resistencia de histéresis, sobre la base del transistor;

la figura 9 la forma de ejecución más sencilla del circuito de protección con un micro-relé, como la que es posible en el caso de una adaptación de parámetros correspondiente; y

la figura 10 un circuito de protección con micro-relé con dispositivo limitador de tensión-corriente y carga subsiguiente.

En la figura 1 se ha representado en dos variantes, esquemáticamente, un dispositivo detector de tensión 4. El dispositivo detector de tensión 4, que también recibe el nombre de celda nuclear 4, se compone esencialmente de un circuito paralelo, en uno de cuyos ramales están situados un transistor T1 y una resistencia de colector Rc en serie con el mismo. En el otro ramal se han previsto un diodo Zener Dz y una resistencia básica Rb. La base del transistor T1 se lleva al punto de conexión 24 entre el diodo Zener y la resistencia básica Rb.

En el caso representado a la izquierda el transistor T1 es un transistor pnp bipolar. En la variante representada a la derecha se ha previsto un transistor npn T1'. En lugar de transistores bipolares pueden usarse también FETs.

La figura 2 muestra un ejemplo de una celda de ampliación para las variantes representadas en la figura 1 de una celda nuclear. La celda de ampliación se compone en el ejemplo de un diodo Zener Dz y de una resistencia Rv conectada en serie con éste.

En la figura 3 se ha representado esquemáticamente un circuito de protección conforme a la invención en diferentes variantes. El circuito de protección 1 presenta una celda nuclear 4 con un transistor pnp T1 y dos celdas de ampliación 5, 6 con diodos Z Dz+ o Dz- y resistencias Rv+ y Rv-. La celda nuclear 4 está unida a través de las celdas de ampliación 5, 6 a una tensión positiva 11 o a una negativa 12.

Como conmutador rápido se prevé en una primera variante ventajosa del circuito de protección 1 un micro-relé MR1 como cerrador. Este micro-relé MR1 hace contacto, por un lado, con una de sus entradas 7 con el emisor del transistor T1 y con su otra entrada 8 con el colector del transistor T1. La salida conmutable 17 hace contacto con la conexión de entrada 11 del circuito de protección 1, mientras que la otra salida 18 del micro-relé MR1 conduce al dispositivo a proteger L1, S. El dispositivo a proteger se ha representado en el caso de la primera variante de la figura 3, a modo de ejemplo, como carga L1 con dispositivo limitador de tensión y corriente como dispositivo de protección S. Tanto la carga L1 como el dispositivo de protección S hacen contacto, con su otra conexión respectiva, con la conexión 14 del circuito de protección.

El dispositivo de protección S representado esquemáticamente en la figura 3 puede ser una barrera Zener con una protección en el ramal serie con respecto a la carga L1, como se ha representado también en la subsiguiente figura 10.

En un caso estándar los dos diodos Dz+ y Dz- y una de las dos resistencias Rv+, Rv- se sustituyen por puentes, de tal modo que la primera conexión de la celda nuclear 4 está unida a 11, 13 directamente o a través de Rv+. La otra conexión de la celda nuclear 4 conduce después a la línea 12, 14 directamente o a través de Rv-.

En el modo de funcionamiento, en el circuitado según la figura 3 indicado anteriormente el dispositivo a proteger se desconecta mediante el micro-relé MR1, en el caso de que se produzca una sobretensión, con un retardo tan pequeño que en la fase corta de la desconexión la energía que debe transmitirse todavía al dispositivo a proteger no es suficiente para dañar elementos del dispositivo a proteger S, L1.

En funcionamiento normal el transistor T1 es no conductor o está bloqueado, y el conmutador 21 del micro-relé MR1 está cerrado. A las conexiones de entrada 11, 12 se aplica la tensión de alimentación o la tensión para el dispositivo a proteger, ya que el conmutador 21 del micro-relé MR1 está cerrado.

Si por tanto llegará un pico de tensión a las conexiones de entrada 11, 12, dependiendo de la tensión del diodo Zener Dz éste se volvería conductor y provocaría, mediante el flujo de corriente en el punto nodal 24, la transconexión del transistor T1.

A causa de la tensión desconectada en las conexiones 7 y 8 del micro-relé MR1 se abriría por tanto el conmutador 21, con lo que se consigue una desconexión rápida del dispositivo a proteger S, l1 en el caso de sobretensión. El dispositivo a proteger se protege de este modo contra una sobretensión, pudiéndose impedir también la reacción de un fusible incluso mediante la rápida apertura del micro-relé MR1.

En la figura 3 se ha representado asimismo una ampliación del circuito básico, formado por la celda nuclear 4 y los micro-relés MR1, MR2, por medio de celdas de ampliación 5, 6.

La celda de ampliación 5 se compone en el ejemplo según la figura 3 de otro diodo Zener Dz y una resistencia previa Rv en serie con el mismo. Estos pueden estar también previstos individualmente o combinados como celda de ampliación, por ejemplo en serie con la celda nuclear 4 con relación a la conexión de entrada positiva 11 y/o como celda de ampliación 6 con relación a la otra conexión de entrada 12.

Mediante una celda de ampliación 5 ó 6 de este tipo puede limitarse la corriente que circula a través de la celda nuclear 4. Sin embargo, por así decirlo puede conseguirse de este modo un ajuste de la tensión operativa de la celda nuclear 4. En la celda nuclear 4 puede estar previsto asimismo un diodo Z 26, que asuma la función de una protección contra sobretensión de entrada para el micro-relé MR1 (véase la figura 7).

En el caso de la otra variante del circuito de protección 1 representada en la figura 3 se prevé conceptualmente el micro-relé MR2 como abridor.

La función de desconexión rápida en el caso de una sobretensión se materializa mediante el micro-relé MR2. Este micro-relé MR2 está situado con sus conexiones de entrada 9, 10 en paralelo a la resistencia de colector Rc de la celda nuclear 4 descrita anteriormente. El micro-relé MR2 está configurado en este caso como "abridor" con un conmutador 22 que está cerrado en funcionamiento normal, ya que a través de la resistencia Rc no se dispone de una tensión de mando suficiente.

El micro-relé MR2 hace contacto con su conexión de salida 19 con la conexión de entrada 11 de la tensión de alimentación y con su otra conexión de salida 20 con el dispositivo a proteger L2, que está situado en la conexión 12 del circuito de protección 1.

Si se presenta una sobretensión en las conexiones de entrada 11, 12 el diodo Z Dz se volverá de nuevo conductor, como anteriormente, en dependencia de la tensión aplicada, provocará mediante el flujo de corriente en el punto nodal 24 la transconexión del transistor T1. A causa de esto circularía en el circuito colector-emisor de T1 una corriente que provoca una caída de tensión en Rc. Esta caída de tensión en la resistencia de colector Rc, que hace contacto con las conexiones 9, 10 del micro-relé MR2, produce una apertura del conmutador 22 y con ello una separación del dispositivo a proteger L2.

A causa del tiempo de reacción o retardo de excitación extremadamente corto, de la elevada resistencia de entrada, de la reducida energía absorbida, de la elevada frecuencia de conmutación y de la separación galvánica entre el circuito de mando y el de carga, un micro-relé MR1 o MR2 de este tipo es extraordinariamente apropiado como circuito de protección, en especial en el caso de sobretensiones, sobre todo si tras la apertura del conmutador se dispone de una separación galvánica en las conexiones con relación a la carga.

El valor de reacción para una sobretensión a detectar es establecido por el diodo Z. Sin embargo, si la tensión de reacción del micro-relé es superior a la tensión de entrada disponible en 11, 12, el micro-relé no puede activarse sin medidas adicionales.

Para conseguir un nivel de reacción muy bajo puede ser por tanto conveniente preconectar al micro-relé MR1 o MR2 un convertidor de tensión, que transforme el nivel bajo a un nivel de tensión operativa correspondiente. El propio convertidor de tensión puede estar aquí configurado, de forma ideal, como bomba de carga interna en el micro-relé.

Como muestran las variantes del ejemplo de ejecución según la figura 3, según la ejecución disponible del micro-relé como "abridor" o "cerrador", puede conseguirse una separación únicamente mediante la adición idónea del micro-relé en el circuito de protección 1. A causa de la elevada resistencia de entrada no es necesario que el micro-relé se tenga en cuenta como resistencia de trabajo, sino que puede añadirse fundamentalmente paralela a los elementos constructivos disponibles de la celda nuclear 4 en casi cualquier punto apropiado como elemento de conmutación.

Debido a que la celda nuclear 4 según la figura 3 puede variarse de diferente forma con las celdas de ampliación 5, 6, se han representado en las siguientes figuras 4 a 8 algunos ejemplos de ejecución, junto con la posición de conexión correspondiente del micro-relé MR1 o MR2.

En la figura 4 la celda nuclear 4 se compone del diodo Zener Dz en serie con la resistencia básica Rb. En el ramal paralelo se ha previsto en la figura 4 un transistor npn T1' y una resistencia de colector Rc. Como celda de ampliación 5 se dispone de una resistencia previa Rv con relación a la conexión de entrada 11.

El micro-relé MR1, que en el ejemplo según la figura 4 es un "cerrador", hace contacto con su conexión 7 con el colector del transistor T1' y con su otra conexión 8 con la conexión de entrada 12 o la conexión 14. La salida 17 del micro-relé MR1 hace contacto con la conexión 11. La otra salida 18 está prevista para la conexión de un dispositivo a proteger L1, dado el caso junto con un dispositivo de protección S, que con sus otras conexiones harían contacto con la salida 14.

En caso normal el micro-relé MR1 está cerrado, de tal manera que la tensión de alimentación correspondiente está aplicada a las conexiones 18, 14 para el dispositivo a proteger. Si llega una sobretensión a las conexiones 11, 12, se transconecta el transistor T1'. El micro-relé MR1 se abre y conecta de este modo el dispositivo a proteger correspondiente o el dispositivo de protección preconectado S1 (figura 1) en el menor tiempo posible, de tal modo que se evita un daño a los consumidores que hacen contacto con las conexiones 18, 14.

También puede pensarse en una forma de ejecución en la que el dispositivo a proteger L1, S1 haga contacto con una de sus conexiones con la conexión 11 y con su otra conexión esté unido a la salida 17 del micro-relé MR1. La conexión 18 del micro-relé MR1 estaría después unida a la línea 12, 14.

En la figura 5 se ha representado otro ejemplo ventajoso. La celda nuclear se compone del diodo Zener Dz y de la resistencia básica Rb en serie, a la que se ha postconectado una resistencia previa Rv como celda de ampliación 6 con relación a la conexión de entrada 12.

El segundo tramo de la celda nuclear 4 presenta un transistor npn T1', cuyo colector hace contacto con la entrada 11 a través de la resistencia de colector Rc. El emisor del transistor T1' hace contacto con el punto de unión entre la resistencia básica Rb y la resistencia previa Rv. La base hace contacto con el punto nodal entre el diodo Zener Dz y la resistencia Rb. El micro-relé MR1 configurado como "cerrador" hace contacto con su conexión 7 con el colector y con su conexión 8 con la base del transistor T1'. La conexión de salida 17 hace contacto con la entrada 11. La otra conexión de salida 17 está situada sobre la entrada 11. La otra conexión de salida 18 sirve de punto de conexión para el dispositivo a proteger, que hace contacto con su otra conexión con la salida 14.

De forma comparable la protección contra una sobretensión consiste en que, al producirse una, el micro-relé MR1 se abre y con esto desconecta la siguiente carga.

En la figura 6 se ha representado el circuito de protección con un micro-relé MR2 como "abridor". La celda nuclear 4 se compone de un diodo Zener Dz y una resistencia básica Rb en un ramal. En otro ramal se ha previsto un transistor npn T1' con una resistencia de colector Rc. Esta celda nuclear 4 hace contacto, a través de una resistencia previa Rv, con la conexión de entrada 11. La resistencia básica Rb y el emisor del transistor T1' están dispuestos sobre la conexión de entrada 12 o la salida 14.

La conexión 9 del micro-relé MR2 hace contacto con la resistencia de colector Rc o la resistencia previa Rv. La otra conexión 10 hace contacto con el colector. La primera salida 19 del micro-relé Mr2 hace contacto con la conexión de entrada 11. La segunda salida 20 del micro-relé MR2 sirve de punto de conexión para un consumidor, que con su otra conexión haría contacto con la salida 14. En el caso de producirse una sobretensión en las conexiones de entrada 11, 12 circula por el diodo Zener Dz una corriente hasta la base del transistor T1', que se transconecta, de tal manera que el potencial que cae en la resistencia de colector Rc llega hasta las conexiones 9, 10 del micro-relé MR2, que se abre de inmediato y de este modo separa y protege el consumidor que hace contacto con los bornes de conexión 20, 14.

En el ejemplo según la figura 7 se muestra otra posibilidad de conexionado con un micro-relé MR1 representado como "cerrador". La celda básica 4 está diseñada ligeramente modificada, estando situada en el ramal paralelo izquierdo una resistencia básica Rb en serie con un diodo Zener Dz.

A este diodo Zener Dz se ha postconectado una resistencia previa Rv en el sentido de una celda de ampliación 6 con relación a la conexión de entrada 12 con potencial negativo. En el ramal derecho un transistor pnp T1 hace contacto con su emisor con la conexión de entrada 11 y con su colector, a través de una resistencia de colector Rc, con la entrada 12 o la conexión de salida 14.

El micro relé MR1 hace contacto con su conexión 7 con la conexión de entrada 11 y con su otra conexión 8 con el colector del transistor T1. La salida 17 del micro-relé MR1 hace igualmente contacto con la conexión de entrada 11 de la tensión de alimentación, mientras que la otra conexión 18 conduce a un consumidor no representado que, con su otra conexión, haría contacto con el borne de salida 14. Para la autoprotección del micro-relé MR1 contra una sobretensión excesivamente alta se ha previsto, en paralelo al micro-relé MR1 o al tramo emisor-colector del transistor T1, un diodo Zener 26 que hace contacto con su ánodo con el colector o la conexión 8 del micro-relé MR1 y, con su cátodo, con la conexión de entrada 11. Con este conexionado se protege, por un lado, un consumidor conectado o un dispositivo de protección mediante una apertura del micro-relé MR1 en el caso de sobretensión. Al mismo tiempo, en el caso de una tensión excesiva, el micro-relé MR1 también estaría protegido por el diodo Zener 26, ya que éste en un caso así limitaría la tensión de mando.

En la figura 8 se ha representado un diseño de circuitos con un reacoplamiento del potencial existente en la salida 18 del micro-relé MR1, sobre la base o el punto nodal 24 del transistor T1. La celda nuclear 4 con la celda de ampliación 6 se corresponde con ello con la forma de ejecución según la figura 3. La salida 188 del micro-relé MR1 configurado como "cerrador" se ha retroacoplado en el ejemplo según la figura 8, a través de una resistencia de histéresis Rh, sobre el punto nodal 24. Por medio de este reacoplamiento del potencial aplicado a la salida 18, que también se alimenta al consumidor, se consigue una desconexión estable del micro-relé MR1 hasta su auto-detención. La función de histéresis sólo se produce sin embargo, en el caso de un consumidor conectado, con barrera Z preconectada como dispositivo limitador de tensión y corriente.

A causa de la estructura y del comportamiento de conmutación del micro-relé existe aquí la ventaja de que, en el caso del diseño como "abridor", como se ha representado en la figura 9, el micro-relé MR2 puede aplicarse como circuito de protección sin un gasto adicional en piezas constructivas. Sin embargo, para esto existe la premisa de que la tensión operativa o sobretensión que se produce en las conexiones 9 y 10, de la que quiere protegerse el consumidor subsiguiente en los bornes 20, 14, se corresponda con la tensión operativa del micro-relé MR2. En el ejemplo según la figura 9 la conexión 9 y la conexión de salida 19 del micro-relé MR2 están situadas sobre la conexión de salida 11. La salida 10 hace contacto con la conexión de entrada 12 o la conexión de salida 14.

Un consumidor a proteger o un dispositivo de protección S correspondiente a la figura 3 estaría conectado, de forma correspondiente a esto, entre los bornes 20, 14. Si en el ejemplo según la figura 9 llega una sobretensión al micro-relé MR2, el micro-relé separa con un tiempo de conexión extremadamente corto, a través de su conmutador, las conexiones 19, 20 y protege, de forma correspondiente a esto, el siguiente consumidor frente a la sobretensión.

A causa de la estructura del micro-relé sobre la base de materiales semiconductores incluso en forma integrada, también es posible integrar la celda nuclear 4 y las celdas de ampliación 5, 6 a modo de un chip semiconductor en el propio micro-relé. De este modo es posible prever el circuito de protección en forma de un único elemento constructivo o un chip en el circuito correspondiente. Conforme a la invención puede preverse además un módulo de cuatro polos, en el que el micro-relé con sus entradas de mando está unido, o bien a la salida de señal, por ejemplo la señal de salida de una etapa de conmutación, y la tensión de referencia positiva o a la salida de señal y la tensión de referencia negativa. De este modo puede elegirse la dirección de actuación sin gasto en piezas constructivas.

En la figura 10 se ha representado de forma detallada la estructura de un circuito de protección para proteger el fusible F1 no intercambiable de la barrera z estilizada, como se ha explicado anteriormente con base en una celda nuclear y celdas de ampliación en el conexionado con un micro-relé. La estructura con un dispositivo de protección S subsiguiente, que se ha representado como barrera Zener, y el consumidor subsiguiente L1 se corresponde fundamentalmente con la solicitud más antigua WO 00/62394 de la solicitante, en la que sin embargo se utilizan elementos de conmutación habituales.

El circuito de protección mostrado en la figura 10 entre los bornes de conexión 11, 12 y 18, 14 se corresponde aquí fundamentalmente con la forma de ejecución según la figura 8. Entre la conexión de entrada 11 y la conexión de entrada 12 está situada en serie una resistencia R2, a la que se ha post-conectado un diodo Zener D1, así como otra resistencia R5. Un transistor bipolar Q2 hace contacto con su emisor con la entrada 11 y con su colector, a través de una resistencia R4 y una resistencia R5, con la conexión de entrada 12.

La base del transistor Q2 está colocada a través de una resistencia de reacoplamiento R3 sobre el borne 18. La base hace contacto al mismo tiempo con el potencial entre la resistencia R2 y el cátodo del diodo Zener D1.

El dispositivo a proteger se compone aquí del consumidor L1 y/o un dispositivo de seguridad S preconectado, configurado como barrera Z. Para proteger el consumidor L1 y la barrera Z S se ha previsto entre los bornes 11, 18 el conmutador 21 de un micro-relé MR1. El micro-relé MR1 hace contacto, con una conexión de entrada 7, con la entrada 11 y, con su otra entrada 8, con el colector del transistor Q2 y la resistencia R4. En funcionamiento normal, en el caso de la tensión de alimentación habitual aplicada, el conmutador 21 del micro-relé MR1 está cerrado, de tal manera que esta tensión está disponible en el dispositivo de seguridad S subsiguiente.

El dispositivo de seguridad S configurado como barrera S se ha representado esquemáticamente en la figura 10. En especial el circuito mostrado no debe representar ninguna barrera Z con capacidad de autorización. El dispositivo de seguridad S presenta en el presente caso, en el ramal en serie entre los puntos de conexión 18, 25, una resistencia R7 con una protección F1 subsiguiente que está diseñada como fusible, y una resistencia adicional R6. Con el punto nodal 27 entre el fusible F1 y la resistencia R6 hace contacto el cátodo de un diodo Zener D3, que con su ánodo está situado sobre la conexión 12 ó 14. Por motivos técnicos de seguridad también pueden conectarse juntos varios diodos Z en una barrera Z.

El dispositivo de seguridad S con las conexiones de entrada 18 y 14 y las conexiones de salida 25 y 14 tiene la función, en el ejemplo representado según la figura 10, de proteger un consumidor L1 que hace contacto con las conexiones 25, 14, por un lado contra una sobretensión y, por otra parte, contra un flujo de corriente excesivamente elevado.

El diodo Zener D3 entre los bornes 27 y 14 está diseñado de tal modo que, al producirse una sobretensión, los puntos de conexión 27, 14 se limitan por así decirlo a la tensión Zener. En el caso de un flujo de corriente excesivamente elevado entre los puntos 18 y 25 se produciría una desconexión o una interrupción mediante la protección F1, como fusible.

Debido a que el fusible F1 de la barrera Z, en especial si éste está situado en la zona Ex, no debe sustituirse sino que es necesario tras reaccionar F1 más bien sustituir toda la barrera Z, debe evitarse en lo posible una reacción de F1. Con este fin se dispone en el ejemplo según la figura 10, sobre la base de las disposiciones anteriores según las figuras 1 a 9, de un circuito de protección preconectado. La función de este circuito de protección preconectado es, en especial en el caso de sobretensión pero también en el caso de una corriente excesivamente alta como consecuencia de una sobretensión, hace posible una desconexión más rápida de la tensión aplicada, de tal manera que el dispositivo de protección S subsiguiente no debe reaccionar en absoluto y, por ello, sus elementos constructivos quedan disponibles sin ningún tipo de limitación y de este modo para una ulterior seguridad.

El circuito de protección según la figura 10 entre los puntos de conexión 11, 12 y 18, 14 cumple por ello la siguiente función en el caso de sobretensión. En funcionamiento normal el conmutador 21 del micro-relé MR1 está cerrada entre los puntos 17, 18. El transistor Q2 está bloqueado, de tal modo que a las conexiones 7, 8 del micro-relé MR1 se aplica tensión de mando y el conmutador 21 está cerrado.

Si ahora llega una sobretensión a las conexiones 11, 12, se produce un flujo de corriente a través del diodo Zener D1 y las resistencias R5 y R2 situadas en serie con respecto al mismo. De este modo llega un potencial de tensión a la base del transistor Q2, que controla este transistor Q2. La tensión de activación aplicada a las conexiones 7, 8 del micro-relé MR1 se desconecta, de tal modo que se abre el conmutador 21 y de este modo se provoca la desconexión del dispositivo de seguridad S subsiguiente y de la carga L1. Aparte de esto, mediante el circuito también se limita la tensión aplicada a las conexiones de entrada 7, 8 del micro-relé MR1, de tal manera que el micro-relé se protege contra sobretensión.

El circuito de protección preconectado con micro-relés hace por tanto posible, por una parte, de forma ventajosa la protección de los consumidores subsiguientes, del dispositivo de seguridad S y de la carga L1 contra sobretensión y corrientes excesivamente altas. Por otra parte se mejora la desconexión mediante separación galvánica concreta y se amplía considerablemente la multiplicidad de dimensiones del circuito de protección preconectado, como se ha mostrado también en las figuras 1 a 9 anteriores.

Claims (18)

1. Circuito de protección (1) para limitar la tensión de un dispositivo a proteger con:

en cada caso una conexión de entrada (11) y otra de salida (18, 20),

una línea común (12, 14) y un dispositivo detector de tensión (4) conectado entre la conexión de entrada (11) y la línea común (12, 14),

estando previsto el dispositivo a proteger en un circuito de salida del circuito de protección y pudiéndose separar por medio de un dispositivo de conmutación controlable, que están dispuestos en serie entre la conexión de entrada (11) y la conexión de salida (18, 20), y estando el dispositivo detector de tensión en unión activa con el dispositivo de conmutación controlable, caracterizado porque el dispositivo de conmutación es una pieza constructiva micromecánica, que presenta un circuito de control con una elevada resistencia de entrada y un circuito de salida separado galvánicamente del circuito de control, que puede conmutarse a través del circuito de control, presentando el circuito de salida en estado de conmutación abierto una separación galvánica de sus conexiones de salida (17, 18, 19, 20).

2. Circuito de protección (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo detector de tensión (4) presenta un conmutador electrónico (T1) y un dispositivo detector de tensión (Dz), estando la conexión de mando del conmutador electrónico (T1) en unión activa eléctrica con el dispositivo detector de tensión (Dz) y estando el circuito de mando de la pieza constructiva micromecánica (MR1; MR2) en unión activa eléctrica con el conmutador electrónico (T1).

3. Circuito de protección según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo detector de tensión (Dz) es un diodo detector de tensión (Dz), en especial un diodo Zener, y el conmutador electrónico un transistor (T1).

4. Circuito de protección según la reivindicación 3, caracterizado porque el circuito de mando de la pieza constructiva micromecánica (MR1) está dispuesto en paralelo al tramo colector-emisor o en paralelo al tramo source-drain del transistor (T1).

5. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque se ha asociado al conmutador controlable (T1) al menos una resistencia de trabajo (Rc) y al diodo detector de tensión (Dz) al menos una resistencia (Rb), y porque la conexión de mando del conmutador controlable (T1) está en unión activa con la resistencia (Rb) y el diodo detector de tensión (Dz).

6. Circuito de protección según la reivindicación 5, caracterizado porque el circuito de mando de la pieza constructiva micromecánica (MR2) está dispuesto en paralelo a la resistencia de trabajo (Rc).

7. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el circuito de mando de la pieza constructiva micromecánica (MR1) está unido a la base o al gate así como al colector o al drain del transistor (T1)

8. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el dispositivo detector de tensión se ha previsto como celda nuclear (4) y se han previsto un primer dispositivo de ajuste (5) entre la celda nuclear (4) y la conexión positiva (11) de la tensión de alimentación y/o un segundo dispositivo de ajuste (6) entre la celda nuclear (4) y la conexión negativa (12) de la tensión de alimentación.

9. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el dispositivo de ajuste (5; 6) presenta al menos una resistencia previa (Rv) o un circuito serie a partir de una resistencia previa (Rv) y un diodo Zener (Dz).

10. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la pieza constructiva micro-mecánica está configurada como micro-relé (MR) con función de cerrador.

11. Circuito de protección según la reivindicación 10, caracterizado porque el circuito de mando (7, 8) de un micro-relé (MR1) configurado como cerrador hace contacto con el tramo emisor-colector del transistor (T1).

12. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la pieza constructiva micro-mecánica está configurada como micro-relé (MR) con función de abridor.

13. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque el micro-relé (MR1) hace contacto, con una conexión de salida (17), directa o indirectamente con la conexión de tensión de alimentación positiva o negativa y, con la otra conexión (18) directa o indirectamente con el dispositivo a proteger.

14. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el micro-relé (MR1) detecta la tensión aplicada a sus conexiones de entrada (9, 10) y porque, cuando se presenta una sobretensión, el micro-relé (MR1) modifica abruptamente su estado de conmutación.

15. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque al micro-relé (MR1) se han preconectado o conectado en paralelo elementos constructivos (4, 5, 6, 16) para limitar la tensión y/o la corriente o porque estos elementos constructivos eléctricos están integrados en micro-relés (MR1).

16. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el dispositivo a proteger es un consumidor (L1) con dispositivo limitador de tensión y corriente (S).

17. Circuito de protección según la reivindicación 16, caracterizado porque el dispositivo limitador de tensión y corriente (S) preconectado al consumidor (L1) es una barrera Zener (D3).

18. Circuito de protección según una de las reivindicaciones 2 a 17, caracterizado porque el dispositivo detector de tensión (Dz) está diseñado como detector de potencia o detector de temperatura.