ES2317701T3 - Disposicion para eliminar radiointerferencias en un regulador electronico de potencia. - Google Patents
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Abstract
Disposición para eliminar radiointerferencias en un regulador electrónico de potencia, comprendiendo dicho regulador de potencia una unidad de conmutación (1) y una unidad de control (2), incluyendo dicha unidad de conmutación (1) dos unidades de conmutación de semiconductor (5, 6) acopladas en paralelo, siendo la primera una unidad de conmutación de transistor (5) y la segunda una unidad de conmutación de tiristor (6); estando acoplada dicha unidad de conmutación (1) en serie con la carga (3), y regulando el regulador de potencia la corriente CA alimentada a la carga, de modo que por medio de la unidad de control (2), durante el semiperíodo de la tensión alterna de red, en un punto de tiempo (t), la unidad de conmutación de transistor (5) se conmuta primero a estado de conducción, e inmediatamente después la unidad de conmutación de tiristor (6) se conmuta también a estado de conducción, y lo más ventajosamente ambas unidades de conmutación (5, 6) se conmutan a estado de corte en el siguiente punto cero del semiperíodo, caracterizada porque la disposición comprende una bobina (9) con una inductancia baja, o un inductor correspondiente, que está dispuesta en serie con la unidad de conmutación de tiristor (6), de modo que la unidad de conmutación de tiristor (6) y la bobina (9) estén en paralelo con la unidad de conmutación de transistor (5).
Description
Disposición para eliminar radiointerferencias en
un regulador electrónico de potencia.
La invención se refiere a una disposición para
eliminar radiointerferencias en un regulador electrónico de
potencia según el preámbulo de la reivindicación 1.
En la técnica anterior se conoce, documento WO
98/15886, un regulador electrónico de potencia mejorado para
regular la potencia de CA suministrada a la carga. El regulador de
potencia comprende una unidad de conmutación y una unidad de
control de la misma, estando acoplada dicha unidad de conmutación en
serie con la carga. La unidad de conmutación comprende dos unidades
de conmutación de semiconductor acopladas en paralelo, siendo la
primera una unidad de conmutación de transistor y la segunda una
unidad de conmutación de tiristor. La unidad de control comprende
una unidad de sincronización y una unidad de regulación. Por medio
de la unidad de sincronización se observa la tensión de suministro
que prevalece sobre la carga y la unidad de conmutación y se
obtiene información con respecto a los puntos cero de la tensión de
suministro. Por medio de la unidad de regulación, la primera y
segunda unidades de conmutación de semiconductor se conmutan a
estado de conducción basándose en la información obtenida de la
unidad de sincronización, de manera que primero la unidad de
conmutación de transistor se conmute a estado de conducción, y
después la unidad de conmutación de tiristor, y esto se lleva a
cabo repetidamente durante el semiperíodo, en un punto deseado de
tiempo con respecto al punto cero de la tensión de suministro, y
ambas unidades de conmutación de semiconductor se conmutan a estado
de corte esencialmente en el punto cero de la corriente de
carga.
Por medio del regulador electrónico de potencia
descrito anteriormente, se intenta eliminar todas las
radiointerferencias producidas por conmutaciones de tiristor. Esto
se lleva a cabo por medio de una unidad de conmutación de transistor
dispuesta en paralelo con la unidad de conmutación de tiristor. Las
radiointerferencias se eliminan conmutando primero la unidad de
conmutación de transistor a estado de conducción, previamente a la
unidad de conmutación de tiristor. La unidad de conmutación de
transistor, que ventajosamente se lleva a cabo por medio de al menos
un par de transistores de efecto campo o un par correspondiente de
transistores de conmutación, puede controlarse de forma controlada,
en cuyo caso, limitando la tasa de conmutación, puede regularse la
tasa de aumento de la corriente, y de ese modo se evita la creación
de radiointerferencias. Cuando se hace circular la corriente de
carga de una manera controlada a través de la unidad de conmutación
de transistor del regulador de potencia, la unidad de conmutación
de transistor se conmuta a estado de conducción como lo hace la
segunda unidad de conmutación en paralelo con la unidad de
conmutación de transistor. Ahora la mayor parte de la corriente de
carga comienza a circular a través de la unidad de conmutación de
tiristor, siempre que la tensión creada sobre los transistores de
la unidad de conmutación de transistor sea superior a la tensión
umbral de los tiristores o el triac de la unidad de conmutación de
tiristor. Las pérdidas de conductividad limitan que la tensión
prevalezca sobre la unidad de conmutación de tiristor. Dichas
pérdidas se comportan de forma casi lineal según cambios de
corriente tras un valor de corriente umbral dado.
Un inconveniente con el regulador electrónico de
potencia descrito anteriormente es que las radiointerferencias no
se eliminan totalmente. Esto se debe al hecho de que sobre el par de
transistores de efecto campo de conducción o una unidad de
conmutación de transistor correspondiente, prevalece una tensión
dada, que es superior a la tensión que prevalece sobre la unidad de
conmutación de tiristor de conducción. Cuando se corta la unidad de
conmutación de tiristor, esto da como resultado una caída brusca en
la tensión y un aumento correspondiente en la corriente, lo que
produce radiointerferencias.
El objeto de la invención es eliminar dicho
inconveniente. Otro objeto de la invención es introducir una
disposición nueva y mejorada para eliminar radiointerferencias en
un regulador electrónico de potencia, a través del cual se obtiene
un regulador de potencia fiable y sencillo con pérdidas de potencia
bajas.
La disposición según la invención para eliminar
radiointerferencias en un regulador electrónico de potencia se
caracteriza por lo que se especifica en la reivindicación 1
adjunta.
La invención se refiere a una disposición para
eliminar radiointerferencias en un regulador electrónico de
potencia. El regulador de potencia comprende una unidad de
conmutación y una unidad de control, comprendiendo dicha unidad de
control dos unidades de conmutación de semiconductor acopladas en
paralelo, siendo la primera una unidad de conmutación de transistor
y la segunda una unidad de conmutación de tiristor, estando dicha
unidad de conmutación acoplada en serie con la carga; regulando el
regulador de potencia la potencia de CA suministrada en la carga,
de modo que por medio de la unidad de control, en un punto dado de
tiempo durante el semiperíodo de la tensión de suministro, la
unidad de conmutación de transistor se conmuta primero a estado de
conducción, e inmediatamente después la unidad de conmutación de
tiristor se conmuta asimismo a estado de conducción, y lo más
ventajosamente ambas unidades de conmutación se conmutan a estado de
corte en el siguiente punto cero del semiperíodo. Según la
invención, la disposición incluye una bobina con un valor de
inductancia bajo, o un inductor correspondiente, que está dispuesta
en serie con la unidad de conmutación de tiristor, de modo que la
unidad de conmutación de tiristor y la inductancia se acoplan en
paralelo con la unidad de conmutación de transistor.
Una ventaja de la invención es que por medio de
la disposición, se eliminan eficazmente todas las
radiointerferencias que se crean cuando la unidad de conmutación de
tiristor se conmuta a estado de conducción tras conmutar primero la
unidad de conmutación de transistor a estado de conducción.
Otra ventaja de la invención es que la bobina, o
más generalmente el inductor, utilizada en la disposición es de
inductancia baja y tamaño pequeño. Esto es una solución económica y
eficaz al problema de radiointerferencias. Todavía otra ventaja es
que una inductancia baja de este tipo no envía ruidos perturbadores
a los alrededores.
La invención se explica con más detalle a
continuación con respecto a los dibujos adjuntos, en los que
la figura 1 es una ilustración esquemática de un
regulador electrónico de potencia en la que se aplica la
disposición según la invención;
la figura 2 ilustra una unidad de conmutación
ventajosa de la fuente de potencia;
la figura 3 ilustra las curvas de corriente y
tensión de la unidad de conmutación en situaciones de
conmutación;
la figura 4 ilustra una parte de las curvas de
corriente y tensión de la figura 3, ampliada con respecto al eje de
tiempo, cuando la unidad de conmutación se conmuta a estado de
conducción;
la figura 5 ilustra el cambio de tensión en la
tensión de la carga, cuando la unidad de conmutación se conmuta a
estado de conducción; y
la figura 6 ilustra los resultados de la
medición de las radiointerferencias de la unidad de conmutación.
\vskip1.000000\baselineskip
Un regulador electrónico de potencia, en el que
se aplica la disposición según la invención, se ilustra como un
diagrama de bloques en la figura 1. El regulador de potencia
comprende una unidad de conmutación 1 y una unidad de control 2. La
unidad de conmutación 1 se acopla en serie con la carga 3. La fuente
de la tensión de suministro 4 es una fuente de corriente CA, tal
como una red eléctrica. La unidad de conmutación 1 se controla
mediante la unidad de control 2, para que se alimente la potencia
deseada a la carga.
La unidad de conmutación 1 comprende dos
unidades de conmutación de semiconductor: una primera, es decir una
unidad de conmutación de transistor 5, y en paralelo con ella, una
segunda, es decir una unidad de conmutación de tiristor 6. La
unidad de control 2 comprende una unidad de sincronización 7 y una
unidad de regulación 8. La unidad de sincronización 7 se acopla
sobre la fuente de la tensión de suministro 4, sobre tanto la unidad
de conmutación 1 como la carga 3, de modo que por medio de las
mismas, se observa la fluctuación de la tensión de suministro U,
tal como la tensión alterna de red, que prevalece sobre la unidad de
conmutación 1 y la carga 3, así como la fluctuación de la corriente
I que pasa a su través, y al menos se detectan los puntos cero de
la tensión U.
En relación con el regulador electrónico de
potencia, se proporciona una disposición para eliminar
radiointerferencias. Dicha disposición comprende una bobina 9 con
un valor de inductancia bajo, o un inductor correspondiente, que
está dispuesta en serie con la unidad de conmutación de tiristor 6.
Adicionalmente, la unidad de conmutación de tiristor 6 y la bobina
9 se acoplan en paralelo con la unidad de conmutación de transistor
5.
Por medio de la unidad de sincronización 7, se
observa la magnitud de la tensión que prevalece sobre la unidad de
conmutación 1, y de ese modo puede definirse la magnitud de la
corriente de carga, y por tanto los puntos cero de la corriente de
carga (esto se ilustra por medio de una línea de puntos trazada
desde la unidad de sincronización 7 hasta entremedias de la unidad
de conmutación 1 y la carga 3).
La señal de sincronización obtenida a partir de
la unidad de sincronización 7 y que indica los puntos cero se
alimenta a la unidad de regulación 8. La unidad de regulación 8
incluye dos unidades de regulación 81, 82 para controlar la unidad
de conmutación de transistor 5 y la unidad de conmutación de
tiristor 6, que constituyen la unidad de conmutación 1, basándose
en la señal de sincronización y la potencia ajustada, repetidamente
a estado de conducción y a estado de corte.
En una realización preferida, la unidad de
conmutación de transistor 5 comprende un par de transistores de
efecto campo que incluye dos transistores de efecto campo 5a, 5b
acoplados en serie. Los polos de la fuente S de los transistores de
efecto campo 5a, 5b están acoplados entre sí y adicionalmente a la
tierra N, y los polos de drenaje D están acoplados al polo de
entrada del regulador de potencia, es decir al polo de suministro
SN de la tensión alterna de red, y respectivamente al polo de
salida, es decir al polo de conexión de carga KN. Las rejillas H
del par de transistores de efecto campo están acopladas juntas, y la
tensión de control se alimenta a las mismas. En esta realización,
la unidad de conmutación de tiristor 6 incluye un par de tiristores,
es decir dos tiristores 6a, 6b, acoplados en paralelo y que
conducen en direcciones opuestas. En la rejilla H de ambos
tiristores 6a, 6b, la tensión de control se alimenta por turnos,
dependiendo de si el semiperíodo en curso de la tensión de
suministro es positivo o negativo. En serie con el par de tiristores
6a, 6b, se acopla una bobina 9. El par de tiristores 6a, 6b y la
bobina 9 se acoplan en paralelo con el par de transistores de
efecto campo 5a, 5b anteriormente mencionados.
El regulador electrónico de potencia funciona
tal como sigue. La unidad de conmutación 1 se conmuta a estado de
conducción periódica y repetidamente durante el semiperíodo de la
tensión de suministro U, en un punto de tiempo t tras el punto cero
0 de la tensión de suministro, tal como se ilustra en figura 3. El
usuario puede determinar el tiempo t en el dispositivo de ajuste
proporcionado en relación con la unidad de regulación 8, que es por
ejemplo un potenciómetro, y define la duración de la corriente
alimentada a la carga durante cada semiperíodo p, así como la
magnitud de la potencia eléctrica alimentada a la carga.
El regulador electrónico de potencia se controla
en dos fases. Se basa en sincronización, en la que por medio de una
unidad de sincronización 7, se observa al menos la magnitud
momentánea de la tensión de suministro U, y de ahí la magnitud de
la tensión que prevalece sobre la unidad de conmutación 1 y la carga
3. Por medio de la unidad de sincronización 7, se detectan al menos
los puntos cero de la tensión de suministro U. La unidad de
conmutación 1 se controla por medio de la unidad de regulación 8;
81, 82, basándose en la señales de sincronización recibidas desde
la unidad de sincronización 7, de modo que en la primera fase, bajo
el control de la primera unidad de regulación 81, aplicando una
tensión de control apropiada, la unidad de conmutación de transistor
5 se conmuta lentamente a encendido, es decir a estado de
conducción. Aquí la lenta conmutación a encendido significa que la
tasa de aumento de la corriente de carga está limitada, puesto que
se relaciona directamente con la creación de radiointerferencias.
Ahora la primera unidad de regulación 81 incluye un circuito de
desaceleración para la tasa del aumento de la tensión de control
para conmutar la unidad de conmutación de transistor 5 a estado de
conducción de una manera controlada. En dicho circuito de
desaceleración, se utiliza por ejemplo la capacidad específica del
transistor de conmutación, tal como la capacidad de canal del
transistor de efecto campo, y/o una capacidad C acoplada con el
transistor, y una resistencia R acoplada al polo de control, tal
como la rejilla, que conjuntamente definen el circuito RC y la
constante de tiempo para la tasa de aumento de la corriente que
pasa a través de la unidad de conmutación. Cuando la unidad de
conmutación de transistor 5 se conmuta a estado de conducción, la
unidad de conmutación de tiristor 6 se conmuta después por turnos,
con un ligero retraso \tau, a estado de conducción por medio de
una segunda unidad de regulación 82, tal como se ilustra en la
figura 3. La segunda unidad de regulación 82 incluye en ese caso lo
más ventajosamente un circuito de desaceleración apropiado, a
través del cual se retrasa la tensión de control de la primera
unidad de regulación 81.
La figura 3 ilustra las tensiones de control
U_{ty} y U_{tr} de la unidad de conmutación de tiristor y la
unidad de conmutación de transistor respectivamente, así como la
tensión de la carga U_{L} y la tensión de suministro U. La figura
4 ilustra, en una escala ampliada con respecto al eje de tiempo,
dichas tensiones de control U_{ty}, U_{tr}, la corriente
I_{tr} a través de la unidad de conmutación de transistor y la
corriente I_{ty} a través de la unidad de conmutación del triac,
así como la tensión de la carga U_{L} en el punto de tiempo
cuando la unidad de conmutación de transistor 5 y la unidad de
conmutación de tiristor 6 se conmutan a estado de conducción.
La conmutación de la unidad de conmutación 1 a
estado de corte, es decir su ajuste a estado de no conducción, se
realiza ventajosamente en el siguiente punto cero de la corriente CA
suministrada a la carga 3. Para la unidad de conmutación de
tiristor 6, el punto cero de la corriente de carga es aquella
magnitud de corriente en la que la corriente de carga cae por
debajo de la corriente de desconexión de la unidad de conmutación
de tiristor 6a, 6b, que se aproxima a 1 mA. Cuando la corriente de
carga cae por debajo de la corriente de desconexión, la unidad de
conmutación de tiristor se conmuta a apagado.
La unidad de conmutación de transistor 5 se
conmuta a estado de corte en el siguiente punto cero de la tensión
de suministro, es decir en este caso de la tensión alterna de red U,
por medio del pulso de sincronización recibido desde la unidad de
sincronización 7.
Con una carga resistiva, los puntos cero de la
tensión de suministro y la corriente se corresponden, pero con una
carga inductiva la corriente de carga se ajusta a la tensión de
suministro en el cambio de fase. En ese caso, la unidad de
conmutación de transistor 5 se conmuta ventajosamente a estado de
corte solamente tras la unidad de conmutación de tiristor 6, cuando
la corriente de carga cae por debajo de una corriente de desconexión
predeterminada de la unidad de conmutación de tiristor.
Como una alternativa, la tensión que prevalece
sobre la unidad de conmutación de transistor 5 se observa por medio
de una disposición de medición apropiada de la unidad de
sincronización 7, y basándose en la misma, se define el punto cero
de la corriente de carga, en la que la unidad de conmutación de
transistor 5 se conmuta a estado de corte. La corriente de
desconexión de una unidad de conmutación de transistor 5 que se
lleva a cabo por medio de un par de transistores de efecto campo,
es del orden de 200 \muA. Ahora, la unidad de conmutación de
transistor 5 se conmuta a estado de corte solamente tras conmutar la
unidad de conmutación de tiristor 6 a estado de corte.
Se observa ahora la influencia de una bobina 9 o
un pequeño inductor correspondiente en el funcionamiento de la
unidad de conmutación 1 descrita anteriormente. Se supone que la
bobina 9 o un inductor correspondiente no se encuentra en el
circuito. Cuando la unidad de conmutación de transistor 5 está en
estado de conducción, es decir pasando por él, entre el drenaje D y
la fuente S, prevalece una ligera caída de tensión U_{a}, que es
del orden de 3 V. Respectivamente, la caída de tensión U_{b} de la
unidad de conmutación de tiristor de conducción 6 es del orden de
1,5 V. En una situación de conmutación, cuando la unidad de
conmutación de transistor 5 está en conducción y la unidad de
conmutación de tiristor 6 se conmuta a estado de conducción en un
punto de tiempo t + \tau, el resultado es una caída brusca en la
tensión de la tensión de la carga U_{L}, es decir
\DeltaU_{ab} = U_{a} - U_{b} = aproximadamente 1,5 V, que se
ilustra mediante las líneas de puntos en la figura 5. La caída de
la tensión \DeltaU_{ab} = U_{a} - U_{b} va seguida por un
aumento brusco en la corriente, lo que provoca radiointerferencias.
Cuando una bobina 9 con un valor de inductancia bajo se dispone en
serie con la unidad de conmutación de tiristor 6, tal como se
ilustra en las figuras 1 y 2, la caída de la tensión
\DeltaU_{ab} = U_{a} - U_{b} no se produce bruscamente, sino con un gradiente bajo, tal como se ilustra en figura 5, y respectivamente la corriente no aumenta bruscamente. Una inductancia baja resiste cualquier cambio rápido en la tensión/corriente y, por tanto, la caída de la tensión \DeltaU_{ab} = U_{a} - U_{b} se compensa lentamente, y no se crean radiointerferencias. Se señala que la magnitud de la tensión de la carga U_{L} por sí misma en el punto de conmutación t + \tau es del orden de 300 V, cuando la tensión de suministro se toma normalmente desde la tensión alterna de red.
\DeltaU_{ab} = U_{a} - U_{b} no se produce bruscamente, sino con un gradiente bajo, tal como se ilustra en figura 5, y respectivamente la corriente no aumenta bruscamente. Una inductancia baja resiste cualquier cambio rápido en la tensión/corriente y, por tanto, la caída de la tensión \DeltaU_{ab} = U_{a} - U_{b} se compensa lentamente, y no se crean radiointerferencias. Se señala que la magnitud de la tensión de la carga U_{L} por sí misma en el punto de conmutación t + \tau es del orden de 300 V, cuando la tensión de suministro se toma normalmente desde la tensión alterna de red.
Figura 6 ilustra los resultados de la medición,
con respecto a radiointerferencias, obtenidos a partir de la unidad
de conmutación 5, en relación con los que se dispone, de la forma
descrita anteriormente, una pequeña bobina 9, curva a, y por otra
parte a partir de una unidad de conmutación sin una bobina 9, curva
b. Puede observarse que las radiointerferencias por ejemplo a la
frecuencia de 150 kHz se reducen en aproximadamente 20 dB, curva a,
en comparación con una unidad de conmutación sin una bobina 9, curva
b.
La invención no se limita solamente a las
realizaciones preferidas anteriormente descritas, sino que son
posibles muchas modificaciones dentro del alcance de la idea de la
invención definida en la reivindicación adjunta.
Claims (1)
1. Disposición para eliminar radiointerferencias
en un regulador electrónico de potencia, comprendiendo dicho
regulador de potencia una unidad de conmutación (1) y una unidad de
control (2), incluyendo dicha unidad de conmutación (1) dos
unidades de conmutación de semiconductor (5, 6) acopladas en
paralelo, siendo la primera una unidad de conmutación de transistor
(5) y la segunda una unidad de conmutación de tiristor (6); estando
acoplada dicha unidad de conmutación (1) en serie con la carga (3),
y regulando el regulador de potencia la corriente CA alimentada a
la carga, de modo que por medio de la unidad de control (2), durante
el semiperíodo de la tensión alterna de red, en un punto de tiempo
(t), la unidad de conmutación de transistor (5) se conmuta primero
a estado de conducción, e inmediatamente después la unidad de
conmutación de tiristor (6) se conmuta también a estado de
conducción, y lo más ventajosamente ambas unidades de conmutación
(5, 6) se conmutan a estado de corte en el siguiente punto cero del
semiperíodo, caracterizada porque la disposición comprende
una bobina (9) con una inductancia baja, o un inductor
correspondiente, que está dispuesta en serie con la unidad de
conmutación de tiristor (6), de modo que la unidad de conmutación de
tiristor (6) y la bobina (9) estén en paralelo con la unidad de
conmutación de transistor (5).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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