ES2246669B1 - Circuito regulador de tension. - Google Patents
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Abstract
Circuito regulador de tensión, para generar una tensión estabilizada de alimentación que, con ayuda de una magnitud de temperatura, elige un modo de funcionamiento de un regulador de tensión. Con ello se ha previsto en especial utilizar invención para la alimentación de tensión de consumidores electrónicos en vehículos de motor. Durante el funcionamiento del regulador de tensión se detecta una magnitud de temperatura, que representa una magnitud que representa o influye en el funcionamiento del regulador de tensión. El núcleo de la invención consiste ahora en que el regulador de tensión puede hacerse funcionar, durante el funcionamiento activo, al menos en dos modos de funcionamiento y la elección del modo de funcionamiento momentáneo se realiza en dependencia de la magnitud de temperatura detectada.
Description
Circuito regulador de tensión.
La invención describe un dispositivo de
conmutación para generar una tensión estabilizada de alimentación
según el género de la reivindicación 1 y se refiere en especial a la
alimentación de tensión en un vehículo de motor.
A causa de la creciente implementación de
funciones del vehículo de motor en la electrónica de a bordo, la
protección de la estabilidad de la red de a bordo contra la caída y
las variaciones de tensión de la red cobra una importancia cada vez
mayor. Por ello la alimentación de corriente y tensión impone para
los usuarios de un vehículo de motor requisitos especiales a los
reguladores de tensión aplicados, ya que la tensión de red de a
bordo varia, dentro de unos límites ciertamente amplios, en
dependencia del estado de carga de la batería, el funcionamiento
del vehículo y la temperatura ambiente. Con especial claridad
repercute el acoplamiento de consumidores potentes en la amplitud de
variación de la tensión de la red de a bordo. De esta manera el
arranque del motor puede conducir a una considerable caída de
tensión. A pesar de estas variaciones de tensión, la alimentación
de corriente y tensión debe estar garantizada constantemente para
los consumidores. En especial para los aparatos de control del
vehículo de motor se precisa una tensión regulada, que sea constante
en la mayor medida posible.
Para generar una tensión de alimentación
constante se lleva a cabo, como se describe por ejemplo en el
documento DE 198 38 003 C2, una vigilancia de la bajada de tensión
en el circuito, que puede usarse para impedir fallos en
determinados procesos en los que la tensión es critica como, por
ejemplo, accesos a la memoria EEPROM. Como convertidores de tensión
pueden usarse con ello reguladores lineales o reguladores de
conmutación, que presentan diferentes márgenes de trabajo.
En el documento DE 199 17 204 A1 se describe un
dispositivo en el que, para generar una tensión de alimentación
estabilizada, se conecta un regulador longitudinal en paralelo a un
regulador de conmutación y se elige de tal forma el dimensionado
del regulador longitudinal y del regulador de conmutación que,
cuando la tensión es baja, el regulador longitudinal asume la
alimentación de tensión y cuando la tensión toma los valores
superiores normalmente existentes en el circuito, el regulador de
conmutación asume la alimentación, y donde el regulador de
conmutación se desconecta por sí mismo cuando la tensión desciende
excesivamente. Los dos reguladores situados en paralelo hacen
posible, adicionalmente, entregar una tensión de alimentación en
cierta medida estabilizada incluso en caso de avería de uno de los
dos reguladores.
El documento DE 40 15 351 C2 contiene un
dispositivo para la alimentación de corriente, en el que se han
conectado en paralelo como reguladores de tensión un regulador
lineal y un regulador de conmutación. La activación de los
reguladores se realiza en dependencia de la superación de un valor
límite en forma de valores de tensión predeterminados. Mediante el
establecimiento de los valores límite pueden obtenerse diferentes
modos de funcionamiento del regulador de tensión.
Con el documento DE 29 33 029 A1 se describe un
circuito suministrador de energía para su uso en aparatos de
emisión y recepción, en la que se activan en paralelo un
amplificador de tensión chopper de alta corriente y un amplificador
lineal de baja corriente, para la generación de una salida sin
sinusoidales durante la fase de recepción y una tensión uniforme
durante la fase de emisión. Con ello se activa el amplificador
lineal exclusivamente durante la recepción y el regulador chopper
exclusivamente durante la emisión. Esta elección de activación
evita la radiación a través del regulador chopper, que en caso
contrario produce perturbaciones durante la recepción.
Mediante la presente invención se describe un
dispositivo de conmutación para generar una tensión de alimentación
estabilizada que, con ayuda de una magnitud de temperatura, elige
un modo de funcionamiento de un regulador de tensión. Con ello se
ha previsto en especial utilizar la invención para la alimentación
de tensión a consumidores electrónicos en vehículos de motor.
Durante el funcionamiento del regulador de tensión se detecta una
magnitud de temperatura, que representa una magnitud que representa
o influye en el funcionamiento del dispositivo de conmutación. El
núcleo de la invención consiste ahora en que el regulador de
tensión puede hacerse funcionar, durante el funcionamiento activo,
al menos en dos modos de funcionamiento y la elección del modo de
funcionamiento momentáneo se realiza en dependencia de la magnitud
de temperatura detectada.
Mediante las medidas mencionadas en las
reivindicaciones dependientes son posibles perfeccionamientos y
mejoras ventajosos del circuito de control indicado en la
reivindicación principal. De forma especialmente ventajosa se
activa, en una forma de configuración de la invención, en un primer
modo de funcionamiento un primer y/o un segundo regulador, mientras
que en un segundo modo de funcionamiento se ha previsto
exclusivamente la activación del segundo regulador.
En un perfeccionamiento de la invención se ha
previsto materializar el primer regulador por medio de un regulador
lineal y el segundo regulador por medio de un regulador de
conmutación.
Otro perfeccionamiento de la invención prevé que
el primer y el segundo regulador de los reguladores de tensión
según la invención estén conectados en paralelo. Aparte de la
posibilidad de conectar o activar los dos reguladores conjuntamente
o independientemente entre sí, se reduce la probabilidad de fallo
del sistema mediante la conexión en paralelo de los dos reguladores,
ya que se garantiza una alimentación de tensión con una tensión
estabilizada en cierta medida, incluso si se avería uno de los dos
reguladores, pues el otro mantiene el suministro de tensión.
De forma especialmente ventajosa repercute en la
invención la detección de la magnitud de temperatura. Mediante una
detección de una magnitud de temperatura, que representa la
temperatura al menos en un elemento constructivo del dispositivo de
conmutación, puede medirse al calor perdido que se produce durante
el funcionamiento del regulador de tensión. De esta forma es
imaginable que la temperatura se tome en los elementos
constructivos electrónicos necesarios para el circuito como
transistores, resistencias o placas de circuito impreso, pero
también en elementos constructivos no electrónicos como por ejemplo
la carcasa. Asimismo puede pensarse en una forma de ejecución de la
invención, que mida el flujo de corriente a través del regulador de
tensión y de ello pueda deducir el calor perdido en forma de una
magnitud de temperatura.
En una configuración ventajosa de la invención
se ha previsto que la magnitud de temperatura detectada se compare
con un valor umbral precalculado. Por ejemplo, el valor umbral
puede corresponder a una magnitud de temperatura crítica para hacer
funcionar el regulador de tensión.
Con la comparación realizada se reconoce de
forma ventajosa un aumento de la magnitud de temperatura por encima
del valor umbral. De esta manera puede detectarse, por ejemplo, una
superación de una temperatura crítica del regulador de tensión,
representada por el valor umbral. Dependiendo de la comparación
realizada, en especial dependiendo de la superación reconocida del
valor umbral, se ha previsto elegir un determinado modo de
funcionamiento predefinido del regulador de tensión. En una forma
de ejecución especial se ha previsto, al superar la magnitud de
temperatura el valor umbral, la desactivación del primer regulador
y la activación de segundo regulador.
De las reivindicaciones dependientes pueden
deducirse otras configuraciones.
A continuación se explica la invención con base
en las formas de ejecución representadas en los dibujos.
La Figura 1 representa en un esquema de
conexiones en bloques, esquemáticamente, el dispositivo de
conmutación.
En la Figura 2 el diagrama de flujo muestra el
desarrollo de la elección del modo de funcionamiento del regulador
de tensión.
Finalmente, la Figura 3 presenta un dispositivo
de conmutación concreto para materializar la invención.
Durante la regulación de tensión para generar
una tensión de alimentación estabilizada, en especial en un
vehículo de motor, pueden producirse elevadas tensiones de pérdida.
Esta tensión de pérdida se radia por ejemplo durante la utilización
de un regulador lineal en forma de calor disipado. Por ello es
necesario, en los reguladores lineales corrientes, evacuar el calor
que se produce en el regulador lineal durante su funcionamiento,
mediante complejos cuerpos refrigerantes, mediante formas
constructivas aplicadas con el tamaño apropiado y/o mediante una
complejidad de control correspondiente. Con la utilización de un
regulador de conmutación se produce por el contrario mucho menos
calor perdido. Sin embargo, el inconveniente de la utilización de un
regulador de conmutación consiste en que, mediante el modo de
funcionamiento de la activación sincronizada, se produce una
radiación perturbadora que repercute negativamente, en determinadas
circunstancias, en otros componentes de la electrónica de la red de
a bordo. Para compensar esta radiación perturbadora se precisa por
ello en parte un apantallamiento bastante
complejo.
complejo.
La presente invención propone un dispositivo de
conmutación que, para garantizar la disponibilidad de una tensión de
alimentación estabilizada, activa dos diferentes reguladores de un
regulador de tensión, de tal modo que pueda realizarse un
aprovechamiento óptimo de las ventajas de los dos reguladores. De
preferencia, ambos reguladores se conectarán en
paralelo.
paralelo.
En la figura 1 se ha representado, en un esquema
de conexiones en bloques, una representación esquemática del control
de la regulación de tensión. En una unidad central 110 dentro del
bloque 100 se recogen los parámetros necesarios para el control del
regulador de tensión.
En ella se introduce un valor para la tensión
real U_{ist} (125) de una batería 120 que alimenta la red de a
bordo. Junto con la tensión nominal U_{soll} (135) regulada, que
se exige como suma de todos los consumidores 130, U_{ist} (125)
representa, además de la compensación de variaciones de tensión en
la red de a bordo, por ejemplo a causa de la conexión y desconexión
de consumidores, el margen para el control de la regulación de
tensión. Como dimensión para la tensión de pérdida surgida se
detecta, con un correspondiente sensor de temperatura 140, una
magnitud de temperatura T_{S} (145) que representa la temperatura.
La limitación en el caso presente a un sensor de temperatura 140
sirve con ello, sin embargo, exclusivamente para obtener una forma
sinóptica de la presente invención y puede extenderse sin más a
varios sensores. La toma de temperatura se ha previsto en puntos que
permiten deducir la respuesta a cambios de temperatura del regulador
de tensión durante el funcionamiento. De este modo puede medirse
por ejemplo la temperatura directamente en elementos constructivos
aislados como transistores, cuerpos refrigerantes o placas de
circuito impreso, pero también en la carcasa del regulador de
tensión. Asimismo se consulta en el bloque 110 un sensor 150 que
ofrece información de si, en el instante de regulación, una
radiación perturbadora, como la que puede producirse a causa del
funcionamiento de un regulador de tensión, puede conducir a una
situación crítica en sistemas importantes para la seguridad. En el
caso de que este sensor 150 determine que una radiación
perturbadora tiene una influencia negativa en sistemas importantes
para la seguridad, se establece una indicación F_{S} (155), es
decir, F_{S} = 1. Además de por un sensor especial 150, esta
indicación F_{S} (155) puede ser generada también por cualquier
sistema 150, que sea sensible temporalmente a la radiación
perturbadora, evitando así que sufra una influencia negativa a
causa de una radiación perturbadora duradera. En otra forma de
ejecución de la invención puede prescindirse sin embargo de la
introducción de la indicación F_{S} (155), ya que la activación
del regulador de conmutación se produce exclusivamente durante
breve tiempo y de esta forma la radiación perturbadora radiada se
mantiene en un margen aceptable.
Como último parámetro 165 se introduce en el
bloque 110 el estado de regulación actual del regulador de tensión.
Esto afecta sobre todo a la información sobre cuál de los dos
reguladores está activado o desactivado, pudiéndose introducir
también magnitudes de estado muy explícitas como la amplitud media
de variación de la tensión de alimentación, momento de activación
de los reguladores aislados, etc.
Mediante la valoración de los datos introducidos
(125, 135, 145, 155, 165), con ayuda del método para establecer la
conexión o activación representado en la figura 2, se produce un
cálculo de los requisitos del circuito 170 del regulador de tensión
180. El modo de funcionamiento así elegido (elección entre la
activación del regulador lineal y/o el regulador de conmutación)
hace posible a continuación la generación de una tensión nominal
regulada U_{soll, \ geregelt} (185) para alimentar el consumidor
190.
Con el diagrama de flujo de la figura 2 se
señala la forma de proceder a la hora de establecer el modo de
funcionamiento del regulador de tensión dentro del bloque 110. Con
ello existen, en el presente ejemplo de ejecución, dos modos de
funcionamiento diferentes, que se diferencian por el hecho de que en
el primer modo de funcionamiento los dos reguladores, es decir, el
regulador lineal y el regulador de conmutación, pueden activarse
tanto individual como conjuntamente y en el segundo modo de
funcionamiento se activa solamente el regulador de conmutación.
Tras el inicio del algoritmo se introducen en un
primer paso 200 los parámetros T_{S} (145), F_{S} (155) y el
momento actual de activación t_{S} (165) del regulador de
conmutación, desde los sensores o sistemas correspondientes. A
continuación de esto se comprueba en el paso 210, conforme a
T_{S} > SW
_{k},
la superación de un valor umbral
SW_{k} por parte de la magnitud de temperatura T_{S} (145). En
este contexto el valor umbral SW_{k} puede representar una
temperatura crítica, a la que la capacidad funcional del regulador
lineal ya no puede garantizarse o sólo de forma limitada. Esto puede
consistir por ejemplo en que las medidas constructivas para evacuar
el calor perdido en el regulador lineal solamente se especifican
hasta una cantidad de calor
determinada.
Si se establece la superación del valor umbral
SW_{k} en el paso 210, en el paso 220 se activa el regulador de
conmutación, es decir, se conecta y se desactiva el regulador
lineal, es decir, se desconecta antes de que finalice el algoritmo.
Mediante este modo de funcionamiento se garantiza el funcionamiento
del regulador de tensión también a temperaturas elevadas, ya que al
disminuir la cantidad de calor disipado, por el uso del regulador
de conmutación, puede reducirse la temperatura del regulador de
tensión. Con el elevado valor umbral se produce la activación del
regulador de conmutación relativamente pocas veces, de tal manera
que el aumento de radiación perturbadora puede aceptarse en estas
situaciones.
Sin embargo, si la magnitud de temperatura
detectada T_{S} (145) está situada por debajo del valor umbral
SW_{k}, en el paso 230 se consulta la indicación F_{S} (155) y
el momento actual de activación t_{S} (165) hasta ese instante
del regulador de conmutación. Con ello se comprueba en el paso 230,
con
t_{S} >
SW_{t},
si el regulador de conmutación ya
se ha activado durante un tiempo máximo precalculado SW_{t}. Si
la indicación F_{S} (155) se encuentra en estado desactivado, es
decir F_{S} = 0, esto señaliza una situación, no crítica para una
posible radiación perturbadora, de los sistemas 150 supervisados con
la indicación y el algoritmo sigue desarrollándose con el paso 250.
De igual forma se hace referencia al paso 250, cuando al mismo
tiempo el momento de activación del regulador de conmutación
t_{S} está situado por debajo del tiempo máximo precalculado
SW_{t} y, de este modo, indica una posible limitación aceptable
de otros sistemas a causa del funcionamiento del regulador de
conmutación. Como consecuencia de ello se conecta, sin desactivar
el regulador de conmutación, el regulador lineal para la regulación
de tensión. Sin embargo, si con una indicación establecida F_{S}
= 1 se indica una situación en la que uno de los sistemas 150
supervisados es vulnerable a una radiación perturbadora o si el
momento actual de activación t_{S} está situado por encima del
tiempo máximo de activación SW_{t} del regulador de conmutación,
en el paso 240 se desactiva el regulador de conmutación tras la
conexión del regulador lineal. A continuación se finaliza el
algoritmo de igual forma que después del paso
250.
El algoritmo descrito anteriormente puede
reiniciarse y desarrollarse, a intervalos regulares, en momentos
arbitrarios o precalculados.
En la figura 3 se ha representado a modo de
ejemplo una posible realización de la invención. En ella se
introduce en el regulador de tensión 300 la tensión de alimentación
real U_{ist} (125) procedente de la batería 310. Durante el
funcionamiento del regulador de tensión 300 la temperatura T_{S}
(145) es detectada por un sensor de temperatura 340 y reconducida
al bloque 350. Dentro del bloque 350 se decide, con base en los
parámetros introducidos T_{S} (145), F_{S} (155) y 165, sobre
la conexión de la regulación de tensión. Si se quiere llevar a cabo
una conmutación entre el regulador lineal y el regulador de
conmutación, el circuito de activación 330 activará de forma
correspondiente el transistor 320 del regulador de tensión. La
tensión nominal regulada U_{soll, \ geregelt} (365), generada por
el regulador de tensión 300, se transmite al consumidor 360 después
de la regulación.
El dispositivo de conmutación como el que se ha
representado en la figura 3 puede aplicarse por ejemplo para
alimentar un aparato de control en un vehículo de motor. Con un
circuito de este tipo para generar una tensión de alimentación
estabilizada pueden alimentarse consumidores sensibles a la tensión,
como por ejemplo PC_{S} de vehículos, sistemas de frenado
electro-hidráulicos, etc.
Claims (5)
1. Dispositivo de conmutación para generar una
tensión estabilizada de alimentación, en especial para consumidores
electrónicos en vehículos de motor, con un regulador de tensión
(100), en donde el regulador de tensión (100) presenta al menos dos
modos de funcionamiento, caracterizado porque
- -
- se detecta al menos una magnitud de temperatura (145) que
- -
- representa y/o
- -
- influye en
el funcionamiento del dispositivo
de conmutación,
y
y
- -
- la elección del modo de funcionamiento se realiza en dependencia de la magnitud de temperatura (145);
porque se ha previsto un medio (110, 350) para
activar el regulador de tensión en un primer modo de
funcionamiento
- -
- de un primer regulador y/o
- -
- de un segundo regulador
y
- -
- en un segundo modo de funcionamiento la activación de un segundo regulador de tensión;
y porque
- -
- el primer regulador representa un regulador lineal y/o
- -
- el segundo regulador un regulador de conmutación.
2. Dispositivo de conmutación según la
reivindicación 1, caracterizado porque el primer regulador
se ha conectado en paralelo al segundo regulador.
3. Dispositivo de conmutación según la
reivindicación 1, caracterizado porque se ha previsto un
medio (140, 340) para detectar
- -
- una magnitud de temperatura (145) que representa la temperatura en al menos un elemento constructivo del dispositivo de conmutación, y/o
- -
- una magnitud de temperatura (145) que representa el flujo de corriente y de esta forma la temperatura en el regulador de tensión.
4. Dispositivo de conmutación según la
reivindicación 1, caracterizado porque se ha previsto un
medio (110, 350) en el que la magnitud de temperatura (145)
detectada se compara con un valor umbral (SW_{k}) predefinido.
5. Dispositivo de conmutación según la
reivindicación 4, caracterizado porque se ha previsto un
medio (110, 350) para reconocer una superación del valor umbral
(SW_{k}) por parte de la magnitud de temperatura (145) y un medio
para, dependiendo de la superación reconocida, desconectar el primer
regulador y activar el segundo regulador.
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