ES2291350T3 - Circuito de conmutacion de dos terminales. - Google Patents
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Abstract
Circuito de conmutación (1) de dos terminales para su inclusión en serie con una carga (20) a través de un suministro de tensión (63) para alimentar de manera periódica la carga desde el suministro, comprendiendo el circuito un conmutador controlable (4) conectado entre dichos terminales (2, 3), una resistencia (8) y un condensador (9) conectados en serie, en ese orden, entre uno dado (2) de dichos terminales y el otro terminal (3), y una disposición (26) que reacciona a un umbral de tensión y que tiene una característica de señal de salida/señal de entrada que presenta histéresis, en el que dicha disposición que reacciona a un umbral de tensión conecta el punto común (12) de la resistencia (8) y del condensador (9) a una entrada de control (13) del conmutador controlable (4), dicha disposición (26) que reacciona a un umbral de tensión tiene una entrada de suministro de potencia (29) para recibir una tensión de alimentación con respecto a dicho otro terminal (3), dicha entrada de suministrode potencia (29) está conectada a dicho punto común (12), y el conmutador controlable (4) es un conmutador de transistor, cerrando dicha disposición que reacciona a un umbral de tensión, durante su funcionamiento, el conmutador en el caso de que la tensión a través del condensador (9) aumente por encima de un primer valor de umbral, y abriendo el conmutador en el caso de que la tensión a través del condensador disminuya a continuación por debajo de un segundo valor de umbral que es inferior al primer valor de umbral, caracterizado porque la disposición (26) que reacciona a un umbral de tensión comprende unos primeros (47, 48) y unos segundos (49, 50) divisores de tensión resistivos conectados a través de dicho condensador (9), y un biestable RS (de puesta a cero-puesta a uno) (46) que tiene una entrada de suministro de potencia (52) conectada al punto común (12) de la resistencia (8) y del condensador (9), una entrada de puesta a uno (S) conectada a una toma (54) en el primer divisor de tensión (47, 48), una entrada de puesta a cero (R) conectada a una toma (55) en el segundo divisor de tensión (49, 50) y una salida (Q) conectada a la entrada de control (13) del conmutador controlable (4).
Description
Circuito de conmutación de dos terminales.
La presente invención se refiere a un circuito
de conmutación de dos terminales para su inclusión en serie con una
carga a través de un suministro de tensión, para alimentar de manera
periódica la carga desde el suministro. La invención se refiere
además a un circuito de luces indicadoras de dirección de un
vehículo de carretera que incluye un circuito de conmutación de
este tipo.
En el documento
FR-A-2340851 se da a conocer un
circuito de conmutación de dos terminales de este tipo general,
para controlar los destellos de las luces indicadoras de dirección
de coches a motor u otros vehículos de carretera. Dicho documento
da a conocer configuraciones de circuito dispuestas para ser
alimentadas por un suministro de corriente alterna.
El documento
US-A-5086459 describe un circuito de
temporización para su utilización en una interfaz de red telefónica
a efectos de controlar el acceso a la red a través de la
interfaz.
Otro circuito de conmutación de dos terminales
conocido se muestra en la figura 2 del documento
FR-A-2344177, y se reproduce como
la figura 1 en los dibujos esquemáticos adjuntos. El circuito
comprende un conmutador controlable conectado entre dichos
terminales, una resistencia y un condensador conectados en serie, en
ese orden, entre uno dado de dichos terminales y el otro terminal,
y una disposición que reacciona a un umbral de tensión y que tiene
una característica de señal de salida/señal de entrada que presenta
histéresis. La disposición que reacciona a un umbral de tensión
conecta el punto común de la resistencia y del condensador a una
entrada de control del conmutador controlable para, durante su
funcionamiento, cerrar el conmutador en el caso de que la tensión a
través del condensador aumente por encima de un primer valor de
umbral, y abrir el conmutador en el caso de que la tensión a través
del condensador disminuya a continuación por debajo de un segundo
valor de umbral que es inferior al primer valor de umbral. La
disposición que reacciona a un umbral de tensión tiene una entrada
de suministro de potencia para recibir una tensión de alimentación
con respecto a dicho otro terminal.
La figura 1 de los dibujos adjuntos muestra este
circuito de conmutación 1 de la técnica anterior del documento
FR-A-2344177. El mismo tiene dos
terminales 2 y 3, respectivamente, y comprende un conmutador
controlable 4 que está construido como un relé que tiene una bobina
de alimentación 5 y unos contactos 6, 7 que están conectados entre
los terminales 2 y 3. Una resistencia 8 y un condensador 9 están
conectados, en ese orden, entre uno dado de los terminales 2 y 3
(terminal 2) y el otro terminal (terminal 3). El circuito de
conmutación 1 incluye además una disposición 26 que reacciona a un
umbral de tensión y que tiene una característica de señal de
salida/señal de entrada que presenta histéresis. La disposición 26
tiene una entrada de señal 27 conectada al punto común 12 de la
resistencia 8 y del condensador 9, una salida de señal 28 conectada
a una entrada de control 13 del relé 4, y una entrada de suministro
de potencia 29 conectada al terminal 2 para recibir una tensión de
alimentación con respecto al terminal 3. La entrada de control 13
está conectada a un extremo de la bobina de alimentación 5, cuyo
otro extremo está conectado al terminal 3.
La disposición 26 que reacciona a un umbral de
tensión comprende un transistor npn 10, un transistor pnp 11, unas
resistencias 15, 16 y 17, un condensador de filtro 18 y un diodo 19.
Su entrada de señal 27 está conectada a la base del transistor 10.
El emisor del transistor 10 está conectado a la toma 14 de un
divisor de tensión formado por las resistencias 15 y 16, que están
conectadas en serie entre la entrada de suministro de potencia 29 y
el terminal 3. El colector del transistor 10 está conectado a la
base del transistor 11 a través de la resistencia 17. El emisor del
transistor 11 está conectado a un electrodo del condensador de
filtro 18, cuyo otro electrodo está conectado al terminal 3. El
primero de dichos electrodos del condensador 18 también está
conectado a la entrada de suministro de potencia 29 a través del
diodo 19. El colector del transistor 11 está conectado a la salida
de señal 28.
El terminal 3 del circuito de conmutación 1 está
conectado a tierra a través de una carga conmutable 20. La carga 20
tiene un primer y un segundo terminales 43 y 44, respectivamente, y
comprende un par de luces indicadoras izquierdas 21 y 22 y un par
de luces indicadoras derechas 23 y 24 de un vehículo de carretera.
La carga 20 incluye además un conmutador de indicación de dirección
25 que puede ser accionado en un primer, segundo y tercer estados,
en los que el mismo conecta el par de luces indicadoras izquierdas
21, 22 entre los terminales 43 y 44, el par de luces indicadoras
derechas 23, 24 entre los terminales 43 y 44, y abre el circuito,
respectivamente.
Durante su funcionamiento, se aplica un
potencial positivo con respecto a tierra al terminal 2 mediante un
suministro de tensión 63, por ejemplo, la batería del vehículo.
Cuando el conmutador 25 está abierto, es decir, cuando está en su
tercer estado, ninguno de los dos pares de luces 21, 22 y 23, 24
está alimentado, no existe tensión entre el terminal 2 y el
terminal 3, y los contactos 6, 7 del relé están abiertos debido a
que no hay tensión con respecto al terminal 3 en la entrada de
control 13 del relé. Si el conmutador 25 se acciona en ese momento
hasta su primer o segundo estado para conectar el par de luces 21,
22 o el par de luces 23, 24 al terminal 3, el terminal 3 queda
conectado a tierra a través del par de luces en cuestión y, por lo
tanto, pasa a ser negativo con respecto al terminal 2. El
condensador de filtro 18 se carga a través del diodo 19 con la
diferencia de potencial presente en ese momento entre los terminales
2 y 3, y el emisor del transistor 10 pasa a estar a un potencial
intermedio con respecto al de los terminales 2 y 3 mediante el
divisor de tensión 15, 16. El condensador 9 empieza a cargarse a
través de la resistencia 8. Cuando, finalmente, la tensión a través
del condensador 9 aumenta por encima de un primer valor de umbral
igual a la tensión en el emisor del transistor 10 más la tensión de
umbral base-emisor del transistor 10, el transistor
10 conduce, activando el transistor 11, de modo que el colector del
transistor 11 aplica una tensión positiva a la entrada de control
13 del relé 4. Los contactos 6, 7 del relé se cierran, conectando el
terminal 2 al terminal 3 y, de este modo, alimentando el par de
luces 21, 22 ó 23, 24 en cuestión. Aunque ya no existe ninguna
diferencia de potencial entre los terminales 2 y 3, los
transistores 10 y 11 siguen siendo alimentados con la corriente de
funcionamiento que procede del condensador de filtro 18. El cierre
de los contactos 6, 7 del relé conecta efectivamente las dos
resistencias 15 y 16 del divisor de tensión en paralelo, de modo que
el potencial positivo en el emisor del transistor 10 con respecto
al terminal 3 se reduce, aumentando de esta manera la polarización
directa de base-emisor del transistor 10 y
provocando que los contactos 6, 7 del relé se mantengan
cerrados.
En ese momento, el condensador 9 empieza a
descargarse a través de la resistencia 8 y de los contactos 6, 7
cerrados del relé. Cuando la tensión en el condensador 9 disminuye
finalmente por debajo de un segundo valor de umbral inferior, igual
a la tensión de emisor reducida del transistor 10 más la tensión de
umbral base-emisor del transistor 10, el transistor
10 se desactiva, desactivando el transistor 11 y, de este modo,
eliminando la tensión positiva de la entrada de control 13 del relé
4. Los contactos 6, 7 del relé se abren, de modo que el par de
luces en cuestión 21, 22 ó 23, 24 se apaga. La apertura de los
contactos 6, 7 también elimina la conexión paralela de las
resistencias 15 y 16 del divisor de tensión, de modo que la tensión
del emisor del transistor 10 aumenta con respecto al terminal 3,
reduciendo de esta manera la tensión base-emisor del
transistor 10 y provocando que los contactos 6, 7 del relé se
mantengan abiertos. En ese momento, el condensador 9 empieza a
cargarse nuevamente a través de la resistencia 8, y el ciclo se
repite.
Una desventaja del circuito de conmutación
conocido es que resulta necesario disponer, además de un condensador
de temporización 9, un condensador de filtro 18 para suministrar
corriente de funcionamiento a los transistores 10 y 11 cuando los
contactos 6, 7 del relé están cerrados.
Un objetivo de la invención es dar a conocer una
simplificación a este respecto.
La presente invención se dirige a un circuito de
conmutación de dos terminales para su inclusión en serie con una
carga a través de un suministro de tensión para alimentar de manera
periódica la carga desde el suministro, comprendiendo el circuito
un conmutador controlable conectado entre dichos terminales, una
resistencia y un condensador conectados en serie, en ese orden,
entre uno dado de dichos terminales y el otro terminal, y una
disposición que reacciona a un umbral de tensión y que tiene una
característica de señal de salida/señal de entrada que presenta
histéresis, en el que dicha disposición que reacciona a un umbral de
tensión conecta el punto común de la resistencia y del condensador
a una entrada de control del conmutador controlable, dicha
disposición que reacciona a un umbral de tensión tiene una entrada
de suministro de potencia para recibir una tensión de alimentación
con respecto a dicho otro terminal, dicha entrada de suministro de
potencia está conectada a dicho punto común, y el conmutador
controlable es un conmutador de transistor, cerrando dicha
disposición que reacciona a un umbral de tensión, durante su
funcionamiento, el conmutador en el caso de que la tensión a través
del condensador aumente por encima de un primer valor de umbral, y
abriendo el conmutador en el caso de que la tensión a través del
condensador disminuya a continuación por debajo de un segundo valor
de umbral que es inferior al primer valor de umbral.
Según la invención, la disposición que reacciona
a un umbral de tensión comprende unos primeros y unos segundos
divisores de tensión resistivos conectados a través de dicho
condensador, y un biestable RS (de puesta a
cero-puesta a uno) que tiene una entrada de
suministro de potencia conectada al punto común de la resistencia y
del condensador, una entrada de puesta a uno conectada a una toma
en el primer divisor de tensión, una entrada de puesta a cero
conectada a una toma en el segundo divisor de tensión y una salida
conectada a la entrada de control del conmutador controlable.
En la actualidad, se reconoce que pueden
encontrarse construcciones para el circuito que reacciona a un
umbral de tensión que permiten que este circuito sea alimentado
desde el condensador, de modo que resulta innecesario disponer un
condensador de filtro independiente.
El conmutador de transistor controlable es
preferiblemente un conmutador de semiconductor de óxido de metal
(MOSFET). Los conmutadores de transmisor requieren generalmente
menos corrientes de control que, por ejemplo, los relés. Debido a
que estas corrientes de control deben ser suministradas desde el
condensador, el hecho de implementar el conmutador controlable como
un conmutador de transistor, preferiblemente un conmutador MOSFET,
puede permitir seleccionar un valor menor para el condensador del
que sería necesario si, por ejemplo, el conmutador controlable se
implementase como un relé.
La resistencia que está conectada en serie con
el condensador puede estar constituida por una fuente de corriente
constante. El hecho de constituir la resistencia de esta manera
puede hacer que la frecuencia con la que se alimenta la carga
durante su funcionamiento sea sustancialmente independiente de la
tensión del terminal del suministro de tensión.
Como alternativa, la resistencia que está
conectada en serie con el condensador puede estar constituida por
una fuente de corriente controlable, y el circuito de conmutación
puede incluir una disposición de detección de corriente para
detectar la magnitud de la corriente que circula a través del
conmutador controlable cuando el conmutador controlable está
cerrado, teniendo la disposición de detección de corriente una
salida conectada a una entrada de control de la fuente de corriente
controlable para controlar la corriente de salida de la fuente de
corriente controlable de tal manera que esa corriente de salida
aumenta con una disminución de la magnitud de la corriente
detectada. Una construcción de este tipo puede dar como resultado
que la frecuencia con la que la carga se alimenta en funcionamiento
varíe inversamente a la resistencia de la carga, lo que puede
resultar ventajoso si, por ejemplo, la carga comprende una
pluralidad de luces indicadoras de dirección de un vehículo de
carretera conectadas en paralelo entre sí. Una construcción como
esta puede implementarse, por ejemplo, utilizando una estructura
MOSFET como el conmutador controlable, teniendo esta estructura
MOSFET una zona de fuente adicional que está conectada a dicho otro
terminal a través de una resistencia, estando conectada dicha zona
de fuente adicional a la entrada de control de la fuente de
corriente controlable a través de un circuito de muestreo y
retención.
La invención también da a conocer un circuito de
luces indicadoras de dirección de un vehículo de carretera, que
incluye un circuito de conmutación de dos terminales según el primer
aspecto conectado en serie con una carga a través de una batería
incluida en el vehículo, teniendo la carga un primer y un segundo
terminales y comprendiendo un par de luces indicadoras izquierdas,
un par de luces indicadoras derechas y un conmutador de indicación
de dirección que puede ser accionado en un primer, segundo y tercer
estados, en los que el mismo conecta el par de luces indicadoras
izquierdas entre el primer y el segundo terminales de la carga, el
par de luces indicadoras derechas entre el primer y el segundo
terminales de la carga, y abre el circuito, respectivamente.
A continuación se describirán varias
implementaciones de circuito de conmutación, a título de ejemplo,
haciendo referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los
que:
la figura 1 muestra el circuito de conmutación
de la técnica anterior ya descrito,
la figura 2 es un esquema simplificado de un
circuito de conmutación conectado, de manera similar al circuito de
la figura 1, para controlar los destellos de las luces indicadoras
de dirección de un coche a motor o vehículo similar,
la figura 3 es el esquema del circuito de una
primera construcción práctica para la configuración de la figura
2,
la figura 4 es el esquema del circuito de una
segunda construcción práctica para la configuración de la figura 2,
constituyendo esta segunda construcción una realización de la
presente invención,
la figura 5 es el esquema del circuito de una
tercera construcción práctica para la configuración de la figura 2,
y
la figura 6 es el esquema del circuito de una
elaboración de la configuración de la figura 2.
Los elementos correspondientes han sido
indicados mediante los mismos números de referencia en las
diferentes figuras.
La disposición mostrada en la figura 2
comprende, de manera similar al circuito de la técnica anterior de
la figura 1, un circuito de conmutación 1 que tiene dos terminales 2
y 3, respectivamente, y que incluye un conmutador controlable 4
conectado entre los terminales 2 y 3. Una resistencia 8 y un
condensador 9 están conectados nuevamente en dicho orden entre uno
dado de los terminales 2 y 3 (terminal 2) y el otro terminal
(terminal 3). Nuevamente, el circuito de conmutación 1 incluye
además una disposición 26 que reacciona a un umbral de tensión,
cuya característica de señal de salida/señal de entrada presenta
histéresis. Nuevamente, la disposición 26 tiene una entrada de
señal 27 conectada al punto común 12 de la resistencia 8 y del
condensador 9, una salida de señal 28 conectada a una entrada de
control 13 del conmutador 4, y una entrada de suministro de
potencia 29 para recibir una tensión de alimentación con respecto al
terminal 3. No obstante, a diferencia del circuito de la técnica
anterior mostrado en la figura 1, en la disposición mostrada en la
figura 2, la entrada de suministro de potencia 29 está conectada al
punto común 12 en vez de al terminal 2; la entrada de señal 27 y la
entrada de suministro de potencia 29 se combinan efectivamente para
formar una única entrada 45.
De manera similar al circuito de la técnica
anterior de la figura 1, el terminal 3 del circuito de conmutación
1 de la figura 2 está conectado a tierra a través de una carga
conmutable 20. Nuevamente, la carga 20 tiene un primer y un segundo
terminales 43 y 44, respectivamente, y comprende un par de luces
indicadoras izquierdas 21 y 22 y un par de luces indicadoras
derechas 23 y 24 de un vehículo de carretera. Nuevamente, la carga
20 incluye además un conmutador de indicación de dirección 25 que
puede ser accionado en un primer, segundo y tercer estados, en los
que conecta el par de luces 21, 22 entre los terminales 43 y 44, el
par de luces 23, 24 entre los terminales 43 y 44, y abre el
circuito, respectivamente.
Durante su funcionamiento, se aplica un
potencial positivo con respecto a tierra al terminal 2 mediante un
suministro de tensión 63, por ejemplo, la batería del vehículo.
Cuando el conmutador 25 está abierto, es decir, cuando está en su
tercer estado, ninguno de los dos pares de luces 21, 22 y 23, 24
está alimentado, no existe tensión entre el terminal 2 y el
terminal 3, y el conmutador controlable 4, que puede ser un
conmutador de transistor de potencia, por ejemplo, un MOSFET de
potencia de tipo enriquecimiento de canal n con su fuente conectada
al terminal 3, con su drenaje conectado al terminal 2 y con su
puerta constituyendo la entrada de control 13, está abierto, ya que
no existe tensión relativa con respecto al terminal 3 en su entrada
de control 13. Si en ese momento el conmutador 25 es accionado
hasta su primer o segundo estado para conectar el par de luces 21,
22 o el par de luces 23, 24 al terminal 3, el terminal 3 queda
conectado a tierra a través del par de luces en cuestión y, por lo
tanto, pasa a ser negativo con respecto al terminal 2. El
condensador 9 empieza a cargarse a través de la resistencia 8 y, de
este modo, a aplicar una tensión de alimentación en aumento, con
respecto al terminal 3, al terminal de suministro de potencia 29 de
la disposición 26 que reacciona a un umbral, y también a aplicar la
misma tensión a la entrada de señal 27 de la disposición 26 que
reacciona a un umbral. Cuando, finalmente, la tensión a través del
condensador 9 aumenta por encima de un primer valor de umbral
determinado por la construcción de la disposición 26 que reacciona a
un umbral, la disposición 26 se activa, de modo que suministra una
tensión positiva a la entrada de control 13 del conmutador 4. El
conmutador 4 se cierra, conectando el terminal 2 al terminal 3 y
alimentando de este modo el par de luces 21, 22 ó 23, 24 en
cuestión. Aunque ya no existe ninguna diferencia de potencial entre
los terminales 2 y 3, la disposición 26 que reacciona a un umbral
sigue siendo alimentada con una tensión de alimentación desde el
condensador 9. Además, debido a la histéresis que presenta la
disposición 26, el conmutador 4 se mantiene cerrado incluso aunque
el condensador 9 empiece a descargarse en ese momento, entre otros,
a través de la resistencia 8 y del conmutador cerrado 4.
Cuando la tensión en el condensador 9 disminuye
finalmente por debajo de un segundo valor de umbral inferior
determinado por la construcción de la disposición 26 que reacciona a
un umbral, la disposición 26 se activa hasta su otro estado de
salida, de modo que elimina la tensión positiva de la entrada de
control 13 del conmutador 4. El conmutador 4 se abre, de modo que
el par de luces en cuestión 21, 22 ó 23, 24 se apaga. A
continuación, el condensador 9 empieza a cargarse nuevamente a
través de la resistencia 8, y el ciclo se repite.
La figura 3 muestra en detalle una primera
construcción práctica para el circuito de conmutación 1 de la figura
2, de manera específica para la disposición 26 que reacciona a un
umbral de tensión incluida en el mismo. La disposición 26 que
reacciona a un umbral de tensión mostrada en la figura 3 incluye una
estructura de tiristor que comprende un transistor npn 33 y un
transistor pnp 34 con su base conectada al colector del transistor
33 y su colector conectado a la base del transistor 32 (si se desea,
los transistores 33 y 34 pueden estar formados de manera conocida
por una estructura de semiconductor pnpn unitaria). Un condensador
35 está incluido en paralelo con el recorrido
base-emisor del transistor 34, y un condensador 36 y
una resistencia 37 están ambos incluidos en paralelo con el
recorrido base-emisor del transistor 33. El emisor
del transistor 33, que constituye la salida de la estructura de
tiristor, está conectado al terminal 3 a través de una resistencia
38 y también a la salida de señal 28 de la disposición 26. La base
del transistor 34, que constituye la entrada de control de la
estructura de tiristor, está conectada a una toma 32 en un divisor
de tensión resistivo que comprende unas resistencias 30 y 31
conectadas en serie entre la entrada de señal 27 de la disposición
26 y el terminal 3. El emisor del transistor 34, que constituye el
punto común de los recorridos de la señal de control y de la señal
de salida a través de la estructura de tiristor, está conectado a la
entrada de suministro de potencia 29 de la disposición 26. En la
figura 3, el conmutador 4 está constituido por un MOSFET de canal n
de tipo enriquecimiento, cuya puerta constituye la entrada de
control 13, cuya fuente está conectada al terminal 3 y cuyo drenaje
está conectado al terminal 2.
Cuando un potencial positivo se aplica al
terminal 2 de la figura 3 con respecto al terminal 3, por ejemplo,
mediante el accionamiento del conmutador 25 de la figura 2 hasta su
primer o segundo estado, el condensador 9 de la figura 3 empieza a
cargarse a través de la resistencia 8 y, de este modo, aplica una
tensión de alimentación positiva en aumento con respecto al
terminal 3 a la entrada de suministro de potencia 29 de la
disposición 26. Además, debido a la acción del divisor de tensión
30, 31 (que está conectado a través del condensador 9) se aplica
simultáneamente un potencial negativo en aumento a la base del
transistor 34 con respecto a su emisor. Cuando este potencial
alcanza la tensión de umbral base-emisor del
transistor 34, dicho transistor se enciende, realizando una
polarización directa de la conexión base-emisor del
transistor 33. La acción acumulativa resultante del tiristor en los
transistores 33 y 34 provoca que dichos transistores se activen
totalmente, conectando efectivamente la salida de señal 28 y, por
lo tanto, la puerta del MOSFET de potencia 4 a la entrada de
suministro de potencia 29 y, por lo tanto, al electrodo superior del
condensador 9. De este modo, se aplica una tensión directa a la
puerta del MOSFET 4 con respecto a su fuente, y el MOSFET se activa,
conectando el terminal 2 al terminal 3.
A continuación, el condensador 9 empieza a
descargarse a través de la resistencia 8, del divisor de tensión
30, 31 y de la resistencia 38, pero la estructura de tiristor 33, 34
continúa conduciendo, debido a la histéresis inherente presente en
una estructura de este tipo. Cuando la tensión a través del
condensador 9 disminuye finalmente lo suficiente como para que la
corriente a través de la resistencia 30 y/o de la resistencia 37
sea insuficiente para mantener el tiristor en funcionamiento, la
estructura de tiristor 33, 34 se apaga bruscamente, eliminando la
conexión de la puerta del MOSFET 4 con la entrada de suministro de
potencia 29. Por lo tanto, el MOSFET 4 también se apaga, eliminando
la conexión entre los terminales 2 y 3. A continuación, el
condensador 9 empieza a cargarse nuevamente a través de la
resistencia 8, y el ciclo se repite.
En una implementación del circuito de
conmutación 1 de la figura 3, los transistores 4, 33 y 34 son los
disponibles bajo los números de referencia BUK555, BC548 y BC558,
respectivamente. Los demás componentes presentan los siguientes
valores.
- Condensador 9
- 150 \muF
- Condensadores 35 y 36
- 1 nF
- Resistencia 8
- 3k9\Omega
- Resistencias 30 y 37
- 1k5\Omega
- Resistencia 31
- 18k\Omega
- Resistencia 38
- 4k7\Omega
Evidentemente, la polaridad de la tensión
aplicada entre los terminales 2 y 3 de la figura 3 que, por ejemplo,
puede tener una magnitud nominal de 12 voltios, puede invertirse si
se desea, siempre que cada uno de los transistores 33 y 34 se
sustituya por un transistor de tipo de conductividad opuesta y el
MOSFET de canal n que constituye el conmutador 4 se sustituya por
un MOSFET de canal p.
Si se desea, el MOSFET utilizado como conmutador
4 en la figura 3 puede sustituirse por otra forma de conmutador
controlable, por ejemplo, un relé como el mostrado en la figura 1 o
un transistor bipolar (si se utiliza un transistor bipolar o un
relé, puede prescindirse de la resistencia 38). No obstante, resulta
preferible un MOSFET, debido a la corriente de control
relativamente baja que necesita, teniéndose que suministrar dicha
corriente de control desde el condensador 9.
La figura 4 muestra una segunda construcción
práctica para el circuito de conmutación 1 de la figura 2, que es
una realización de la presente invención. El circuito de conmutación
1 de la figura 4 difiere del de la figura 3 por el hecho de que la
disposición 26 que reacciona a un umbral de tensión comprende en
este caso un biestable RS 46, y cuatro resistencias 47, 48, 49 y
50, respectivamente. El biestable 46 tiene una entrada de puesta a
uno S, una entrada inversora de puesta a cero \overline{R} y una
salida Q, y está construido para ser activado por flanco, es decir,
de modo que se active hasta su estado de puesta a uno en el caso de
que la tensión en su entrada de puesta a uno S aumente por encima
de un valor de umbral determinado, y se active hasta su estado de
puesta a cero en el caso de que la tensión en su entrada inversora
de puesta a cero \overline{R} disminuya a continuación por
debajo del valor de umbral determinado, prevaleciendo la función de
puesta a cero con respecto a la función de puesta a uno. Además, la
construcción del biestable 46 es tal que su estado inicial al estar
alimentado siempre es su estado de puesta a cero.
La salida Q del biestable RS 46 está conectada a
la salida 28 de la disposición 26, que está conectada a su vez a la
entrada de control 13 del conmutador 4 a través de una resistencia
de limitación de corriente 51. La entrada Vcc 52 del biestable 46
está conectada a la entrada de suministro de potencia 29 de la
disposición 26, y la entrada Vdd 53 del biestable 46 está conectada
al terminal 3. Las resistencias 47 y 48 están conectadas en serie
entre la entrada de señal 27 de la disposición 26 y el terminal 3, y
constituyen un divisor de tensión resistivo que tiene una toma 54.
De manera similar, las resistencias 49 y 50 están conectadas en
serie entre la entrada de señal 27 de la disposición 26 y el
terminal 3, y constituyen un divisor de tensión resistivo que tiene
una toma 55. Las tomas 54, 55 están conectadas a la entrada de
puesta a uno S y a la entrada inversora de puesta a cero R del
biestable 46, respectivamente. El cociente entre la resistencia 47 y
la resistencia 48 se selecciona para que sea mayor que el cociente
entre la resistencia 49 y la resistencia 50, de modo la magnitud de
la tensión (si existe) en la toma 54 con respecto al terminal 3 sea
siempre menor que la magnitud de la tensión (si existe) en la toma
55 con respecto al terminal 3.
Cuando se aplica un potencial positivo al
terminal 2 de la figura 4 con respecto al terminal 3, por ejemplo,
mediante el accionamiento del conmutador 25 de la figura 2 hasta su
primer o su segundo estado, el biestable 46 está en su estado de
puesta a cero, y el conmutador MOSFET 4 está abierto. El condensador
9 de la figura 4 empieza a cargarse a través de la resistencia 8, y
a aplicar de este modo una tensión de alimentación positiva en
aumento, con respecto al terminal 3, a la entrada de suministro de
potencia 29 de la disposición 26 y, por lo tanto, a la entrada Vcc
del biestable 46, y también aplica la misma tensión en aumento a la
entrada de señal 27 de la disposición 26. Cuando la tensión a
través del condensador 9 aumenta finalmente por encima de un primer
valor de umbral determinado por los valores relativos de las
resistencias 47 y 48, el biestable 46 se pone a uno a través de su
entrada de puesta a uno S, cerrando el conmutador 4. A continuación,
el condensador 9 se descarga a través de la resistencia 8 y del
conmutador 4. Cuando la tensión a través del condensador 9
disminuye finalmente por debajo de un segundo valor de umbral
inferior, determinado por los valores relativos de las resistencias
49 y 50, el biestable 46 se pone a cero a través de su entrada
inversora de puesta a cero \overline{R}, abriendo el conmutador 4.
A continuación, el ciclo se repite.
Con una tensión nominal de 12 voltios aplicada
entre los terminales 2 y 3, el cociente entre las resistencias 47 y
48 y el cociente entre las resistencias 49 y 50 puede seleccionarse
convenientemente de modo que la primera tensión de umbral (que
produce la tensión de umbral determinada mencionada anteriormente en
la entrada de puesta a uno S) sea aproximadamente 10 voltios y la
segunda tensión de umbral (que produce la tensión de umbral
determinada mencionada anteriormente en la entrada inversora de
puesta a cero \overline{R}) sea aproximadamente 5 voltios. Puede
observarse que una oscilación de tensión entre estos valores a
través del condensador 9 y, por lo tanto, a través de las entradas
Vcc y Vdd del biestable 46 impone unos requerimientos en la
propiedades de rechazo de suministro de potencia del biestable 46,
que se construirá de acuerdo con ello.
Preferiblemente, las entradas de puesta a uno y
de puesta a cero del biestable 46 son entradas de báscula de
Schmitt.
La figura 5 muestra una tercera construcción
práctica para el circuito de conmutación 1 de la figura 2. El
circuito de conmutación 1 de la figura 5 difiere del de las figuras
3 y 4 por el hecho de que la disposición 26 que reacciona a un
umbral de tensión comprende en este caso un amplificador operacional
56 que tiene una resistencia 57 conectada entre su salida y su
entrada no inversora para obtener realimentación positiva. La
salida del amplificador 56 está conectada además a la salida 28 de
la disposición 26. La entrada Vcc 58 del amplificador 56 está
conectada a la entrada de suministro de potencia 29 de la
disposición 26, y la entrada Vdd 59 del amplificador 56 está
conectada al terminal 3. La entrada de señal 27 de la disposición 26
está conectada a la entrada no inversora del amplificador 56 a
través de una resistencia 60 que puede tener un valor, por ejemplo,
de una décima parte del de la resistencia 57. La entrada inversora
del amplificador 56 está conectada a la entrada de suministro de
potencia 29 de la disposición 26 a través de una resistencia 61, y
al terminal 3 a través un diodo Zener 62. La resistencia 61 y el
diodo Zener 62 forman conjuntamente una fuente de tensión de
referencia. Con una tensión nominal de 12 voltios aplicada entre los
terminales 2 y 3, la tensión de ruptura del diodo Zener 62 puede
seleccionarse de modo que sea, por ejemplo, de 6 voltios.
La configuración del circuito que comprende un
amplificador 56 y unas resistencias 57 y 60 funciona de manera
conocida como un circuito de comparación de tensión con histéresis.
Su salida adopta un estado "alto", cerrando el conmutador
MOSFET 4, cuando la tensión en la entrada de señal 27 aumenta por
encima de un primer valor de umbral determinado por la tensión de
ruptura del diodo Zener 62 y el cociente entre las resistencias 57
y 60, y adopta un estado "bajo", abriendo el conmutador MOSFET
4, cuando la tensión en la entrada de señal 27 disminuye a
continuación por debajo de un segundo valor de umbral inferior,
determinado también por la tensión de ruptura del diodo Zener y el
cociente entre las resistencias 57 y 60.
Cuando se aplica un potencial positivo al
terminal 2 de la figura 5 con respecto al terminal 3, por ejemplo,
mediante el accionamiento del conmutador 25 de la figura 2 hasta su
primer o segundo estado, el conmutador MOSFET 4 de la figura 5 está
abierto inicialmente, habiendo un potencial cero en su puerta con
respecto al terminal 3. El condensador 9 de la figura 5 empieza a
cargarse a través de la resistencia 8 y, de este modo, a aplicar
una tensión de alimentación positiva en aumento, con respecto al
terminal 3, a la entrada de suministro de potencia 29 de la
disposición 26 y, por lo tanto, a la entrada Vcc del amplificador
56, y también a aplicar la misma tensión en aumento a la entrada de
señal 27 de la disposición 26. Las tensiones en las entradas
inversora y no inversora del amplificador 56 son inicialmente
iguales a la tensión en el condensador 9, de modo que la tensión de
salida del amplificador 56 tiende hacia un valor comprendido entre
esa tensión y la tensión en el terminal 3. Esto provoca que la
realimentación positiva a través de la resistencia 57 disminuya la
tensión en la entrada no inversora del amplificador 56 por debajo
de la tensión en su entrada inversora, de modo que la tensión de
salida del amplificador 56 disminuye hasta el potencial en el
terminal 3. Esta situación continúa hasta que la tensión a través
del condensador 9 aumenta finalmente por encima de un valor (el
primer valor de umbral) en el que la tensión en la entrada no
inversora del amplificador 56 pasa a ser igual a la tensión de
ruptura del diodo Zener 62. Esto provoca que la tensión de salida
del amplificador 56 pase a ser positiva con respecto al terminal 3,
reforzándose la transición por la realimentación positiva a través
de la resistencia 57. Por lo tanto, el conmutador MOSFET 4 se
cierra. A continuación, el condensador 9 empieza a descargarse a
través de la resistencia 8 y del conmutador 4. Cuando la tensión a
través del condensador 9 disminuye finalmente por debajo de un
valor (el segundo valor de umbral) en el que la tensión de la
entrada no inversora del amplificador 56 pasa a ser nuevamente
igual a la tensión de ruptura del diodo Zener 62 (siendo este valor
inferior al primer valor de umbral debido a que la tensión de
salida del amplificador 56 es en ese momento positiva), la tensión
de salida del amplificador 56 disminuye, y la realimentación
positiva a través de la resistencia 57 refuerza este fenómeno. Por
lo tanto, la tensión de salida del amplificador 56 disminuye hasta
el potencial en el terminal 3, abriendo el conmutador 4. A
continuación, el ciclo se repite.
Puede observarse que la frecuencia de
conmutación de los circuitos de conmutación 1 de dos terminales
descritos hasta este momento, haciendo referencia a las figuras 2 a
5 de los dibujos, dependerá, cuando la resistencia 8 está
constituida por una resistencia independiente, de la tensión del
terminal del suministro de tensión 63 de la figura 2 y también de
la resistencia de la carga 20 conmutada. A efectos de hacer que la
frecuencia de conmutación sea sustancialmente independiente de
dicha tensión del terminal y de la resistencia, la resistencia 8
puede estar formada por una fuente de corriente constante, por
ejemplo, por un circuito de dos terminales, conocido per se,
que comprende un transistor de efecto de campo de unión (JFET) que
tiene su drenaje conectado a uno de los terminales de dicho
circuito, y que tiene su puerta y su fuente conectadas al otro de
los terminales de dicho circuito, con la fuente conectada a través
de una resistencia en serie.
Tal como se ha mencionado anteriormente, la
frecuencia de conmutación de los circuitos de conmutación 1 de dos
terminales descritos hasta este momento, haciendo referencia a las
figuras 2 a 5 de los dibujos, dependerá, cuando la resistencia 8
está constituida por una resistencia independiente, de la
resistencia de la carga 20, por ejemplo, de la resistencia de la
configuración de luz indicadora de dirección 20 mostrada en la
figura 2, cuando el conmutador 25 es accionado hasta su primer o
segundo estado para conectar el par de luces 21, 22 o el par de
luces 23, 24 al terminal 3. No obstante, resulta probable que la
resistencia de la configuración de luz indicadora de dirección 20
mostrada en la figura 2, cuando el conmutador 25 es accionado hasta
su primer o segundo estado, sea mucho menor que la de la
resistencia 8, de modo que es probable que esta dependencia sea
solamente pequeña. Además, la frecuencia disminuirá con el aumento
de la resistencia de esta configuración.
Al menos en algunos países, la normativa
requiere que la frecuencia de destellos de las luces indicadoras de
dirección de un vehículo de carretera aumente sensiblemente en caso
de fallo de una de las luces de uno de los pares que son
alimentados, a efectos de indicar la ocurrencia de dicho fallo. Un
aumento de frecuencia de este tipo puede producirse con los
circuitos de conmutación 1 de las figuras 2 a 5 conformando la
resistencia 8 como una fuente de corriente controlable, detectando
la corriente que circula a través del conmutador 4 cuando el
conmutador 4 está cerrado, y controlando la corriente de salida de
la fuente de corriente de tal manera que dicha corriente de salida
aumente con una disminución de la corriente detectada. La figura 6
de los dibujos muestra un ejemplo de la manera en la que puede
elaborarse el circuito de conmutación 1 de la figura 2 para obtener
este resultado.
Tal como se muestra en la figura 6, la
resistencia 8 de la figura 2 está constituida por una fuente de
corriente controlable que tiene unos terminales de salida 64 y 65 y
un terminal de entrada de señal de control 66. La fuente 8 toma la
forma de un espejo de corriente que comprende un par de estructuras
de transistor pnp 67 y 68 que tienen unos emisores compartidos
conectados al terminal 64 y unas bases compartidas conectadas al
terminal 66. El colector de la estructura 67 está conectado al
terminal 65, y el colector de la estructura 68 está conectado al
terminal 66. El terminal de entrada de señal de control 66 de la
fuente 8 es alimentado desde la salida 69 de un amplificador
operacional de transconductancia 70. La entrada Vcc 71 del
amplificador 70 está conectada al punto común 12 de la resistencia
8 y del condensador 9, y la entrada Vdd 71 del amplificador 70 está
conectada al terminal 3, de modo que el amplificador 70 es
alimentado desde el condensador 9 durante su funcionamiento.
De manera similar a las construcciones mostradas
en las figuras 3 a 5, en la figura 6, el conmutador 4 está
constituido por un MOSFET de canal n de tipo enriquecimiento, cuya
puerta constituye la entrada de control 13, cuya fuente está
conectada al terminal 3 y cuyo drenaje está conectado al terminal 2.
No obstante, en la figura 6, el MOSFET está dotado de una zona de
fuente independiente adicional 73, tal como se da a conocer, por
ejemplo, en el documento
EP-A-0139998. La zona 73 está
conectada al terminal 3 a través de una resistencia 74, formando
ambos elementos 73, 74 una disposición de detección de corriente.
Tal como se da a conocer en el documento
EP-A-0139998, durante su
funcionamiento, la corriente a través de la zona de fuente adicional
73 emula la corriente a través de la zona de fuente principal del
MOSFET. Por lo tanto, cuando el conmutador MOSFET 4 está cerrado,
la magnitud de la tensión en la zona de fuente adicional 73, con
respecto al terminal 3, es proporcional a la corriente a través del
conmutador. Cada vez que el conmutador MOSFET 4 se cierra, se toma
una muestra de esta tensión por parte de un circuito de muestreo y
retención 75 que tiene una entrada de señal de muestreo 76
alimentada desde la salida 28 de la disposición 26 que reacciona a
un umbral de tensión. La salida 77 del circuito 75 está conectada a
la salida inversora 78 del amplificador de transconductancia 70. La
entrada no inversora 79 del amplificador 70 está conectada al punto
común 12 de la resistencia 8 y del condensador 9 a través de una
resistencia 80, y al terminal 3 a través de un diodo Zener 81, de
modo que la entrada 79 es alimentada con una tensión de referencia
igual a la tensión de ruptura del diodo 81 durante su
funcionamiento. Por lo tanto, la corriente en la salida 65 de la
fuente de corriente 8 cuando el conmutador 4 está abierto y, de
este modo, la frecuencia de conmutación del circuito de conmutación
1 aumentan con la disminución de la tensión en la zona de fuente
adicional 73 cuando el conmutador 4 está cerrado, es decir, con un
aumento de la resistencia de la carga 20 de la figura 2.
El conmutador MOSFET 4 de la figura 6, junto con
su zona de fuente adicional 73 y la resistencia 74, puede ser
sustituido, por ejemplo, por una disposición de semiconductor de
potencia y un circuito de detección de corriente, tal como se
describe y reivindica en el documento
US-A-5.081.379.
Por supuesto, las construcciones mostradas en
las figuras 3 a 5 para la disposición 26 que reacciona a un umbral
de tensión de la figura 2 también pueden utilizarse para la
disposición 26 que reacciona a un umbral de la figura 6.
Si se desea, la parte del circuito de
conmutación 1 de cada una de las figuras 3 a 6 que se muestra
rodeada por una línea discontinua 39 puede construirse como un
componente de circuito unitario con un terminal 40 para su conexión
a un electrodo del condensador 9, un terminal 41 para su conexión al
otro electrodo del condensador 9 y para su utilización como el
terminal 3, y un terminal 42 para su utilización como el terminal 2.
Los elementos que constituyen un componente de este tipo pueden
estar incluidos en un conjunto común de tres terminales.
A partir de la lectura de la anterior
descripción y del estudio de las reivindicaciones adjuntas, otras
modificaciones y variaciones resultarán evidentes para un experto
en la materia. Dichas modificaciones y variaciones pueden incluir
otras características ya conocidas en la técnica y que pueden
utilizarse en lugar de las características que se han descrito en
la presente memoria, o de manera adicional a las mismas.
Claims (6)
1. Circuito de conmutación (1) de dos terminales
para su inclusión en serie con una carga (20) a través de un
suministro de tensión (63) para alimentar de manera periódica la
carga desde el suministro, comprendiendo el circuito un conmutador
controlable (4) conectado entre dichos terminales (2, 3), una
resistencia (8) y un condensador (9) conectados en serie, en ese
orden, entre uno dado (2) de dichos terminales y el otro terminal
(3), y una disposición (26) que reacciona a un umbral de tensión y
que tiene una característica de señal de salida/señal de entrada
que presenta histéresis, en el que dicha disposición que reacciona a
un umbral de tensión conecta el punto común (12) de la resistencia
(8) y del condensador (9) a una entrada de control (13) del
conmutador controlable (4), dicha disposición (26) que reacciona a
un umbral de tensión tiene una entrada de suministro de potencia
(29) para recibir una tensión de alimentación con respecto a dicho
otro terminal (3), dicha entrada de suministro de potencia (29)
está conectada a dicho punto común (12), y el conmutador
controlable (4) es un conmutador de transistor, cerrando dicha
disposición que reacciona a un umbral de tensión, durante su
funcionamiento, el conmutador en el caso de que la tensión a través
del condensador (9) aumente por encima de un primer valor de
umbral, y abriendo el conmutador en el caso de que la tensión a
través del condensador disminuya a continuación por debajo de un
segundo valor de umbral que es inferior al primer valor de umbral,
caracterizado porque la disposición (26) que reacciona a un
umbral de tensión comprende unos primeros (47, 48) y unos segundos
(49, 50) divisores de tensión resistivos conectados a través de
dicho condensador (9), y un biestable RS (de puesta a
cero-puesta a uno) (46) que tiene una entrada de
suministro de potencia (52) conectada al punto común (12) de la
resistencia (8) y del condensador (9), una entrada de puesta a uno
(S) conectada a una toma (54) en el primer divisor de tensión (47,
48), una entrada de puesta a cero (R) conectada a una toma (55) en
el segundo divisor de tensión (49, 50) y una salida (Q) conectada a
la entrada de control (13) del conmutador controlable (4).
2. Circuito de conmutación según la
reivindicación 1, en el que el conmutador de transistor es un
conmutador MOSFET.
3. Circuito de conmutación según la
reivindicación 1 ó 2, en el que la resistencia (8) que está
conectada en serie con el condensador (9) está constituida por una
fuente de corriente constante.
4. Circuito de conmutación según la
reivindicación 1 ó 2, en el que la resistencia (8) que está
conectada en serie con el condensador (9) está constituida por una
fuente de corriente controlable (67, 68), incluyendo el circuito de
conmutación (1) una disposición de detección de corriente (73, 74)
para detectar la magnitud de la corriente que circula a través del
conmutador controlable (4) cuando el conmutador controlable está
cerrado, teniendo dicha disposición de detección de corriente una
salida acoplada a una entrada de control (66) de la fuente de
corriente controlable (67, 68) para controlar la corriente de salida
de la fuente de corriente controlable (67, 68) de tal manera que
esa corriente de salida aumenta con una disminución de la magnitud
de la corriente detectada.
5. Circuito de conmutación según la
reivindicación 4, en el que el conmutador controlable (4) está
constituido por una estructura MOSFET que tiene una zona de fuente
adicional (73) que está conectada a dicho otro terminal (3) a
través de una resistencia (74), estando acoplada dicha zona de
fuente adicional (73) a la entrada de control (66) de la fuente de
corriente controlable (67, 68) a través de un circuito de muestreo y
retención (75).
6. Circuito de luces indicadoras de dirección de
un vehículo de carretera que incluye un circuito de conmutación (1)
de dos terminales según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores conectado en serie con una carga (20) a través de una
batería (63) incluida en el vehículo, teniendo la carga (20) un
primer y un segundo terminales (43, 44) y comprendiendo un par de
luces indicadoras izquierdas (21, 22), un par de luces indicadoras
derechas (23, 24) y un conmutador de indicación de dirección (25)
que puede ser accionado en un primer, segundo y tercer estados, en
los que el mismo conecta el par de luces indicadoras izquierdas (21,
22) entre el primer y el segundo terminales (43, 44) de la carga
(20), el par de luces indicadoras derechas (23, 24) entre el primer
y el segundo terminales (43, 44) de la carga (20), y abre el
circuito, respectivamente.
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