ES2319336T3 - Aparato de control. - Google Patents
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Abstract
Aparato de control para el mando de una carga, en particular de un motor de ventilación de un vehículo automóvil, que comprende un circuito de control que genera conforme a un valor nominal una señal PWM que presenta intervalos de conexión e intervalos de desconexión consecutivos, una etapa de conexión y una etapa de desconexión que conmutan de manera modulada por ancho de impulso según la señal PWM a través de un conmutador de etapa final la corriente de alimentación para la carga, caracterizado porque entre el conmutador de etapa final (T1) y la carga (L) está prevista una derivación de medición (MA) unida con un circuito de medición (MS), y porque un circuito de supervisión (SS) genera mediante supresión de por lo menos un intervalo de conexión (EIV) de PWM un intervalo de desconexión de medición (MA) y supervisa dentro del intervalo de desconexión de medición (MA) mediante el circuito de medición (MS) la tensión (UA) en la derivación de medición (MA) y la compara con un valor de referencia (U GES).
Description
Aparato de control.
La invención se refiere a un aparato de control
para el mando de una carga, en particular de un motor de ventilador
de un vehículo automóvil, que comprende un circuito de control que
genera conforme a un valor nominal una señal PWM que presenta
intervalos de conexión e intervalos de desconexión consecutivos, una
etapa de conexión y una etapa de desconexión que conmutan de manera
modulada por ancho de impulso según la señal PWM a través de un
conmutador de etapa final la corriente de alimentación para la
carga.
Un aparato de control de este tipo se conoce por
ejemplo por el documento WO 95/28767.
En este circuito se genera con medios
complicados una tensión de alimentación de puerta del conmutador de
etapa final.
Asimismo, por el documento
DE-A-34 05 936 se conoce un circuito
de control para un conmutador FET de etapa final que comprende un
diodo y un condensador.
Además, del documento US 5,583,420 se conoce un
aparato de control para el mando modulado por ancho de impulso de
un arrollamiento de campo que supervisa una corriente a través de un
diodo supresor para controlar un campo generador en el
arrollamiento de campo.
El objetivo de la invención consiste en
perfeccionar un aparato de control del tipo inicialmente mencionado
de tal manera que puedan detectarse funciones de carga.
Este objetivo se consigue conforme a la
invención con un aparato de control del tipo inicialmente descrito
por el hecho de que entre el conmutador de etapa final y la carga
está prevista una derivación de medición unida con un circuito de
medición, en el cual un circuito de supervisión genera un intervalo
de desconexión de medición mediante supresión de por lo menos un
intervalo de conexión PWM, supervisa mediante el circuito de
medición la tensión en la derivación de medición dentro del
intervalo de desconexión de medición y la compara con un valor de
referencia.
La ventaja de la solución conforme a la
invención debe verse en que esta solución crea la posibilidad de
supervisar el comportamiento de marcha por inercia de la carga y de
comprobar de esta manera fallos funcionales de la carga.
Cuando la carga es por ejemplo un motor de
corriente continua, durante el intervalo de desconexión de medición
puede supervisarse por ejemplo si el motor sigue girando con marcha
por inercia o está bloqueado.
Básicamente sería concebible supervisar la
tensión en la derivación de medición durante el intervalo de
desconexión de medición completo. No obstante, esto es complicado y
requiere una capacidad de almacenamiento considerable.
Por este motivo se prevé según una solución
particularmente sencilla y ventajosa que el circuito de medición
determine dentro del intervalo de medición la tensión en la
derivación de medición en un momento de supervisión
especificado.
Cuando el momento de supervisión se especifica
de forma coordinada con el comportamiento de la carga, por ejemplo
con la marcha por inercia del motor de corriente continua, es
posible determinar con exactitud suficiente si el motor de
corriente continua está bloqueado o sigue girando.
En particular es posible contestar mediante un
procedimiento particularmente sencillo la pregunta de si un motor
está bloqueado o sigue girando, es decir, por el hecho de que el
circuito de supervisión comprueba si la tensión en la derivación de
medición sobrepasa o no un valor mínimo en el momento de supervisión
especificado. Cuando se supera el valor mínimo es de suponer que el
motor de corriente continua presenta un comportamiento de marcha
por inercia suficiente.
Debido a que una comprobación de la carga sólo
es necesaria y razonable a intervalos de tiempo relativamente
largos, preferentemente está previsto que el circuito de supervisión
inicie periódicamente un intervalo de desconexión de medición por
ejemplo después de un determinado periodo de tiempo.
Según una variante alternativa o complementaria
de la forma de realización anterior del aparato de control según la
invención está previsto otro circuito de medición para registrar una
tensión de alimentación del aparato de control.
El registro de la tensión de alimentación
permite también llevar a cabo tareas de supervisión relativas a la
carga.
Conforme a un ejemplo de realización ventajoso
se prevé que el circuito de supervisión genere un intervalo de
conexión de medición con una duración definida y registre la tensión
de alimentación bajo carga al principio y al final de este
intervalo de conexión de medición y que el circuito de supervisión
determine la diferencia entre la tensión de alimentación al inicio
y al final del intervalo de conexión de medición y la compare con
un valor de referencia.
La diferencia entre la tensión de alimentación
al inicio y al final del intervalo de conexión de medición es una
medida de si la carga presenta una magnitud razonable o si es
excesivamente alta o excesivamente baja para el aparato de control
según la invención.
Por ejemplo, está previsto que el circuito de
supervisión señale una falta de carga cuando la diferencia es
inferior a un valor de referencia mínimo.
Alternativamente a lo anteriormente expuesto es
concebible también que el circuito de supervisión señale un
cortocircuito al sobrepasar un valor de referencia máximo, ya que en
este caso la carga es excesiva para el aparato de control.
No obstante, en ambos casos también es
concebible dimensionar el circuito de supervisión de tal manera que
desconecte el aparato de control en el caso de que falte la carga o
en el caso de un cortocircuito.
El intervalo de conexión de medición iniciado
por el circuito de control podría ser por ejemplo un intervalo de
conexión dependiente de PWM. Debido a que un intervalo de conexión
de este tipo puede ser demasiado corto en algunos casos, lo que
puede dar lugar a mediciones erróneas, preferentemente está previsto
que el circuito de supervisión genere un intervalo de conexión de
medición independiente de PWM.
Básicamente sería concebible que a continuación
de cualquier intervalo de desconexión de medición siga un intervalo
de conexión de medición de este tipo.
Debido a que en particular los intervalos de
desconexión dependientes de PWM pueden ser muy cortos, por lo que
la tensión de alimentación puede recuperarse en estos intervalos de
desconexión cortos sólo de manera insignificante de los efectos de
la carga, según un ejemplo de realización ventajoso se prevé que el
circuito de supervisión genere el intervalo de conexión de medición
inmediatamente a continuación del intervalo de desconexión de
medición.
Asimismo, un objetivo alternativo o
complementario de la invención consiste en crear un aparato de
control del tipo genérico en el cual pueda conseguirse con medios
lo más sencillos posibles una conmutación fiable del conmutador FET
de etapa final.
Este objetivo se consigue de forma alternativa o
complementaria por el hecho de que el aparato de control presenta
un conmutador FET de etapa final para conmutar conforme a los
intervalos de conexión y de desconexión una corriente de
alimentación para la carga, que fluye de una conexión de
alimentación de tensión a la salida, están previstas una etapa de
conexión y una etapa de desconexión para conectar y desconectar una
tensión de puerta del conmutador de etapa final activadas por el
circuito de control conforme al intervalo de conexión y el
intervalo de desconexión de la señal PWM y puede generarse una
alimentación de tensión de puerta para la etapa de conexión a fin
de generar una tensión de alimentación de puerta para conmutar el
conmutador de etapa final durante el intervalo de conexión.
Según una realización de un aparato de control
de este tipo se prevé que la tensión de alimentación de puerta
presente un circuito de transferencia de carga que comprende un
diodo conectado en dirección de flujo entre una conexión positiva y
una derivación central y un condensador conectado entre la
derivación central y la conexión negativa, que la derivación
central esté unida con la etapa de conexión y que un potencial en la
conexión negativa del circuito de transferencia de carga varíe
conforme a un potencial en la salida, por lo que una corriente que
fluye por el diodo durante el intervalo de desconexión carga el
condensador y bloquea el diodo durante todo el intervalo de
conexión, suministrando el condensador en la derivación central una
tensión de alimentación de puerta que corresponde por lo menos a una
tensión en una conexión de alimentación del conmutador de etapa
final.
La ventaja de la solución conforme a la
invención reside primero en la sencillez de su concepto que hace
innecesario un tipo de construcción complejo.
Asimismo, la ventaja de la solución conforme a
la invención debe verse en que de esta manera sencilla puede
generarse una tensión de alimentación de puerta tan alta que se
garantiza una conmutación segura y completa del conmutador de etapa
final.
Un ejemplo de realización particularmente
preferido de la solución conforme a la invención prevé por lo tanto
suministrar de forma no regulada a la conexión de puerta la tensión
de alimentación de puerta existente en la derivación central del
circuito de transferencia de carga. La ventaja de esta solución
consiste en un tipo de construcción particularmente sencillo y por
lo tanto económico del aparato de control conforme a la
invención.
Convenientemente, en este ejemplo de realización
ventajoso de la solución conforme a la invención está previsto que
la capacidad en el circuito de transferencia de carga esté
dimensionada de tal manera que esta suministre, con el intervalo de
desconexión máximo y el intervalo de conexión máximo previsto para
la señal PWM, durante todo el intervalo de conexión una tensión de
alimentación de puerta más alta que la tensión en la conexión de
alimentación del conmutador de etapa final. Mediante este
dimensionamiento de la capacidad se proporciona una tensión de
alimentación de puerta lo suficientemente alta durante todo el
intervalo de conexión sin que se requieran medidas adicionales.
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Asimismo, es particularmente favorable que las
corrientes de fuga descarguen la capacidad durante la generación de
la tensión de puerta en todo el intervalo de conexión sólo de tal
manera que, al final del intervalo de conexión máximo, esta tensión
sea más alta que la tensión en la conexión del conmutador de etapa
final a la fuente de alimentación.
En particular es ventajoso que la capacidad esté
dimensionada de tal manera que no se descargue más de la mitad
durante el intervalo de conexión máximo. En este caso es posible
mantener el descenso de la tensión de alimentación de puerta tan
bajo que no tiene consecuencias negativas respecto a la variación
del mando del conmutador de etapa final que conlleva.
Mejor aún es que la capacidad esté dimensionada
de tal forma que el condensador se descargue menos de un 20% y aún
mejor menos de un 10% durante el intervalo de conexión máximo.
Una solución particularmente ventajosa respecto
al mando del conmutador de etapa final prevé que la tensión de
alimentación de puerta sea durante todo el intervalo de conexión por
lo menos 3 voltios más alta que la tensión en la conexión de
alimentación del conmutador de etapa final. De esta manera está
garantizado que el conmutador de etapa final esté siempre
completamente activado durante todo el intervalo de conexión, por
lo que incluso variaciones de la tensión de alimentación de puerta
no tienen consecuencias respecto a la activación del conmutador de
etapa final.
Una solución particularmente favorable del
aparato de control conforme a la invención prevé que la conexión
negativa del circuito de transferencia de carga se encuentre a un
potencial situado entre el potencial de la conexión de salida del
conmutador de etapa final y el potencial de la salida. Con esta
solución se garantiza que el potencial de la conexión negativa
varíe según el potencial de salida pero mantiene abierto en qué
medida el potencial de la conexión negativa corresponde
directamente al potencial de la salida.
Asimismo, una realización particularmente
ventajosa del aparato conforme a la invención prevé que la conexión
positiva del circuito de transferencia de carga se encuentre a un
potencial que corresponde por lo menos al potencial en la conexión
de alimentación del conmutador de etapa final.
Una realización particularmente sencilla y
favorable de la invención prevé que la conexión positiva del
circuito de transferencia de carga esté conectada con una línea de
alimentación del aparato de control.
Preferentemente, la línea de alimentación está
conectada con una tensión estabilizada, por lo que se impiden daños
del conmutador de etapa final debidos a una tensión de alimentación
de puerta excesivamente alta.
De manera particularmente sencilla es posible
estabilizar la tensión en la conexión positiva contra descensos
cuando se usa para este fin un condensador que puede emplearse en
particular también para garantizar una carga rápida de la capacidad
del circuito de transferencia de carga inmediatamente después de la
transición del intervalo de conexión al intervalo de
desconexión.
En un ejemplo de realización particularmente
ventajoso del aparato de control según la invención se prevé que la
alimentación de tensión de puerta comprenda exclusivamente diodos y
condensadores y, por lo tanto, en particular no se requieren
componentes como por ejemplo transistores para la regulación de la
tensión de alimentación de puerta.
En relación con la descripción anterior de los
ejemplos de realización individuales aún no se ha explicado con más
detalle la configuración de la etapa de conexión.
Para evitar picos de tensión con la carga
inductiva, preferentemente está previsto que a la etapa de conexión
esté asignado un elemento temporizador configurado como filtro de
paso bajo que permite especificar la subida de la tensión de puerta
durante la conexión.
Preferentemente está previsto que un condensador
del filtro de paso bajo se encuentre entre la conexión de puerta y
masa.
La etapa de conexión misma puede estar
configurada de la manera más diversa. Según una configuración
ventajosa de la etapa de conexión se prevé que esta presente un
transistor de conmutación controlable mediante el circuito de
control.
Asimismo, a la etapa de desconexión está
asignado un elemento temporizador configurado como filtro de paso
bajo, en particular para evitar picos de tensión negativos durante
la desconexión.
Preferentemente, el elemento temporizador
asignado a la etapa de desconexión funciona con el mismo condensador
entre la conexión de puerta y masa.
Además, la etapa de desconexión está configurada
preferentemente de tal manera que presente un transistor de
conmutación activado por el circuito de control.
Preferentemente está previsto que una constante
de tiempo del filtro de paso bajo para la conexión y/o la
desconexión sea más alta, al menos por un factor de cinco, que una
constante de tiempo de un diodo supresor conectado en paralelo a la
carga, por lo que puede evitarse en gran medida que aparezcan picos
de tensión.
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Otras características y ventajas de la solución
conforme a la invención son el objeto de la descripción así como de
la representación gráfica de un ejemplo de realización.
En el dibujo se muestran:
Fig. 1 Plano esquemático de conexiones de un
aparato de control conforme a la invención.
Fig. 2 Representación de señales PWM, intervalos
de desconexión de medición e intervalos de conexión de medición en
el aparato de control conforme a la invención.
Un ejemplo de realización de un aparato de
control según la invención, representado en la figura 1, comprende
un transistor MOSFET T1 de canal N como conmutador de etapa final
cuya conexión de drenador D está unida con una conexión de tensión
de alimentación V para una tensión de alimentación U_{V}. Esta
tensión de alimentación U_{V} es por ejemplo la red de a bordo de
+12 voltios de un vehículo automóvil.
Una conexión de fuente S del conmutador de etapa
final T1 está unida con la salida A.
Entre la salida A y la masa M se encuentra una
carga L en particular inductiva representada por ejemplo por un
motor de un ventilador de un vehículo automóvil. Además, entre la
salida A y la masa M se encuentran un condensador C4 y un diodo
supresor D1. Este diodo supresor D1 sirve durante la desconexión del
conmutador de etapa final T1 para permitir un flujo de corriente
entre la masa M y la salida A mediante el cual se reduce un pico de
tensión originado por la carga inductiva.
El mando del conmutador de etapa final T1 se
lleva a cabo a través de una conexión de puerta G del mismo con
ayuda de una etapa de conexión ES y una etapa de desconexión AS que
permiten un control de una tensión de puerta UG en la conexión de
puerta.
La etapa de conexión ES y la etapa de
desconexión AS se activan mediante un circuito de control SS para el
cual puede especificarse un valor nominal de una señal PWM a través
de una línea de entrada de valor nominal SE. Asimismo, el circuito
de control SS puede activarse a través de una línea de activación de
sistema SA.
Una alimentación de tensión del circuito de
control SS se lleva a cabo a través de un filtro FI intercalado a
continuación de la conexión de alimentación V y un circuito
autoenganchador SH intercalado a continuación de este que está
unido con una línea de alimentación VL del circuito de control SS y
genera en el mismo una tensión U_{VL}.
Entre la línea de alimentación VL y la masa M se
encuentra un condensador C2. Asimismo, con la línea de alimentación
SL está unido un diodo D2 conectado en serie con un condensador C1
unido a su vez con la salida A. El diodo D2 está conectado de tal
manera que pude fluir una corriente de la línea de alimentación VL
al condensador C1 para cargar el mismo cuando el conmutador de
etapa final está desconectado y, por lo tanto, el condensador C1
está unido con la masa.
El diodo D2 y el condensador C1 constituyen una
alimentación de tensión de puerta GSV, configurada como circuito de
transferencia de carga, con una conexión positiva PLA unida con la
línea de alimentación VL y una conexión negativa MIK unida con la
salida A, estando disponible una tensión de alimentación de puerta
U_{GV} en una derivación central MA.
Con la derivación MA, situada entre el diodo D2
y el condensador C1, está unida a través de una resistencia R1 la
etapa de conexión ES que presenta un transistor de conmutación ST
controlable a su vez a través de una línea de control de conexión
ESL unida con el circuito de control SS.
Cuando la etapa de conexión ES está activada
fluye una corriente de la derivación central MA a través de la
resistencia R1 a la conexión de puerta G del conmutador de etapa
final T1, estableciéndose la tensión de alimentación de puerta
UG.
Para retardar la subida de la tensión de
alimentación de puerta UG inmediatamente después de la conexión de
la etapa de conexión ES, la conexión de puerta G del conmutador de
etapa final T1 está unida con masa a través de un condensador C3,
constituyendo la resistencia R1 y el condensador C3 un elemento RC
que permite una subida de la tensión de alimentación de puerta UG
inmediatamente después de la conexión de la etapa de conexión ES
con un retardo de tiempo definido, por lo que se limita también una
inclinación de flanco de la subida de una tensión de fuente US
correspondiente.
Para asegurar la tensión de alimentación de
puerta UG, entre la conexión de puerta G del conmutador de etapa
final T1 y la conexión de fuente S del mismo o la salida A se
encuentran una serie de diodos Zener Z1 y en paralelo a la misma
una resistencia R3, sirviendo la resistencia R3 para mantener el
estado de desconexión cuando el conmutador de etapa final T1 está
desconectado.
La etapa de desconexión AS comprende también un
transistor de conmutación ST y sirve para unir la conexión de
puerta G del conmutador de etapa final T1 con la masa M, estando
conectada entre la etapa de desconexión AS y la conexión de puerta
G del conmutador de etapa final T1 una resistencia R2 que forma con
el condensador C3 también un elemento RC mediante el cual puede
especificarse un descenso de la tensión de alimentación de puerta
UG con un retardo temporal definido y, por lo tanto, un descenso
correspondiente de la tensión de fuente US.
Los elementos RC R1 C3 y R2 C3 tienen una
constante de tiempo comparable, favorablemente una constante de
tiempo idéntica.
El diodo D2 constituye con el condensador C1 un
circuito de transferencia de carga para la generación de una
tensión de alimentación de puerta UG que es superior a la tensión
U_{V} en la conexión de tensión de alimentación V del aparato de
control.
El aparato de control conforme a la invención
funciona como se indica a continuación.
Durante la activación del aparato de control a
través de la línea de activación de sistema SA se activa por un
lado el autoenganche SH y por otro lado el circuito de control SS.
En la línea de alimentación VL existe por lo tanto la tensión
U_{VL} que corresponde aproximadamente a la tensión U_{V} en la
conexión de alimentación de tensión V.
Asimismo, el conmutador de etapa final T1 está
desconectado en este estado, por lo que el condensador C1 se carga
por un lado mediante una corriente que fluye de la línea de
alimentación VL por el diodo D2 y la derivación central MA y por
otro lado a través de una corriente que fluye por la carga L a la
salida A y de esta al condensador C1. La tensión con la que se
carga el condensador C1 corresponde en lo esencial a la tensión
U_{VL} que está presente también en la derivación central MA.
Cuando mediante el circuito de control SS se
activa la etapa de conexión ES y conmuta el transistor de
conmutación ST de la misma, la tensión U_{VL} existente en la
derivación central MA tiene como consecuencia una corriente que
fluye a través de la resistencia R1 a la conexión de puerta G del
conmutador de etapa final T1 por lo que se establece la tensión de
puerta UG de forma temporalmente retardada por el elemento RC R1,
C3.
Cuando se establece la tensión de puerta UG, el
conmutador de etapa final T1 conmuta por lo que sube la tensión de
fuente US, que corresponde con el conmutador de etapa final T1
desconectado en estado inicial aproximadamente al potencial de la
masa M, ya que la corriente que fluye por el conmutador de etapa
final T1, la salida A y la carga L a la masa M eleva el potencial
en la conexión de fuente S del conmutador de etapa final T1, como
máximo aproximadamente hasta la tensión de alimentación U_{V} en
la conexión de tensión de alimentación V cuando el conmutador de
etapa final T1 está completamente activado. A esta tensión de fuente
US se suma la tensión del condensador C1, por lo que puede
conseguirse una tensión de alimentación de puerta UG que corresponde
aproximadamente al doble de la tensión de alimentación U_{V}
cuando U_{V} es aproximadamente igual a U_{VL}.
El condensador C1 está dimensionado de tal
manera que su carga sea suficiente para suministrar durante el
intervalo de conexión EIV más largo posible de la señal PWM generada
por el circuito de control SS una tensión de alimentación de puerta
U_{VG}, generado por el circuito de control SS, que es claramente
superior a U_{V}, siendo UG preferentemente por lo menos 3
voltios, mejor aún 5 voltios más alta que la tensión de fuente
US.
Para la desconexión, el circuito de control
activa a través de la línea de desconexión ASL el transistor de
conmutación ST de la etapa de desconexión AS y desconecta al mismo
tiempo el transistor de la etapa de conexión ES a través de la
línea de control de conexión ESL, por lo que la conexión de puerta G
del conmutador de etapa final T1 está unida con la masa M a través
de la etapa de desconexión AS y la resistencia R2. El descenso de
la tensión de puerta UG está limitado por el elemento RC C3, R2.
Con el conmutador de etapa final T1
desconectado, el condensador C1 se carga de nuevo, ya que la tensión
de fuente se está aproximando en este caso en lo esencial al valor
cero.
El condensador C2 sirve además para permitir
después de la desconexión del conmutador de etapa final T1 el flujo
de una corriente lo suficientemente alta a través del diodo D2 para
una carga lo más rápida posible del condensador C1.
En función del dimensionamiento del elemento RC
R2, C3, en la conexión de fuente S del conmutador de etapa final T1
aparecen picos negativos de desconexión más o menos pronunciados
debido al diodo supresor D1, motivados por la carga inductiva, que
pueden emplearse también para cargar el condensador C1
adicionalmente a una tensión que finalmente es superior a la
tensión de alimentación U_{V} en la conexión de tensión de
alimentación V.
Preferentemente, la capacidad del condensador C1
está seleccionada tan grande que durante toda la duración de
conexión del conmutador de etapa final T1 la tensión de alimentación
de puerta U_{VG}, y en este caso por lo tanto también
aproximadamente la tensión de puerta UG, sea siempre por lo menos 5
voltios más alta que la tensión en la conexión de drenador D del
conmutador de etapa final T1.
Asimismo, los condensadores C1 y C2 están
dimensionados de tal manera que el condensador C1 se carga después
de la desconexión del conmutador de etapa final T1 tan rápidamente
que la duración de desconexión mínima de la señal
PWM puede ser inferior a un 10% de la duración de conexión, con preferencia aproximadamente un 1% de la misma.
PWM puede ser inferior a un 10% de la duración de conexión, con preferencia aproximadamente un 1% de la misma.
La constante de tiempo de los elementos RC R1,
C3 y R2, C3 se elige preferentemente de tal manera que sea de 120
nanosegundos, mientras que el retardo de conmutación del diodo de
supresión D1 se elige de tal forma que sea aproximadamente un
décimo o menos de la constante de tiempo de los elementos RC R1, C3
y R2, C3, es decir, que sea de aproximadamente 12 nanosegundos o
menos.
En la parte inferior de la figura 2 se muestra
la señal PWM que se puede generar mediante el aparato de control
conforme a la invención, siendo la duración de conexión tE del
intervalo de conexión EIV y la duración de desconexión tA del
intervalo de desconexión AIV aproximadamente iguales en la señal PWM
dibujada a título de ejemplo. La duración de periodo de la señal
PWM es tP.
En la figura 2 puede apreciarse además el pico
de tensión negativo que aparece durante el intervalo de desconexión
tA a causa de la carga inductiva L y del diodo supresor D1.
El aparato de control conforme a la invención
comprende adicionalmente al circuito de control SS un circuito de
medición MS que se comunica con el circuito de control SS,
funcionando el circuito de control SS al mismo tiempo como circuito
de supervisión.
Con el circuito de medición MS se supervisa
mediante un primer convertidor analógico digital AD1 la tensión UA
en una derivación de medición MA, que está unida con la salida A,
durante un periodo de medición tM de un intervalo de desconexión de
medición MAI durante el cual el conmutador de etapa final T1 está
desconectado.
Como se desprende de la figura 2, durante ese
periodo de medición tM aparece como UA después de la última
desconexión del conmutador de etapa final T1 un pico de tensión
negativo motivado por la carga inductiva que se reduce mediante el
diodo supresor D1 y pasa a valores positivos que se establecen a
causa de la marcha por inercia del motor de ventilador que
constituye la carga L y funciona como generador. El motor de
ventilador produce una tensión de generador UGE que, con un
rendimiento de aproximadamente un 50%, corresponde como máximo
aproximadamente a la mitad de la tensión de alimentación U_{V} en
la conexión de tensión de alimentación V.
Para registrar la tensión de generador UGE del
motor de ventilador, la medición de la tensión UA existente en la
derivación de medición MA se lleva a cabo en un momento de
supervisión tU definido después de la última desconexión del
intervalo de conexión EIV de la señal PWM.
El circuito de medición MS evalúa el valor de la
tensión de generador UGE medida, permitiendo detectar la presencia
de la tensión de generador UGE y la magnitud de la misma en el
momento de supervisión tU si el motor de ventilador, que sirve como
carga L, sigue girando por inercia o no sigue girando porque por
ejemplo está bloqueado.
Es decir, el circuito de medición MS sólo tiene
que detectar si la tensión de generador UGE es más alta que un
valor nominal UGES para tener la seguridad de que el motor de
ventilador no está bloqueado sino que sigue girando de forma no
obstaculizada.
La desconexión de la señal PWM tiene además el
efecto de que se cargan los condensadores previstos en el filtro FI
y la tensión de alimentación U_{V} puede recuperarse hasta un
valor máximo U_{VM}.
Cuando el conmutador de etapa final T1 se
conecta a continuación del intervalo de desconexión de medición MAI
durante un intervalo de conexión de medición MEI con una duración de
carga tB, la tensión de alimentación U_{V} baja de un valor
máximo U_{VM} a un valor bajo carga U_{VB}, lo que está motivado
por el hecho de que los condensadores en el filtro F1 se descargan
porque la red de a bordo misma, que suministra la tensión de
alimentación U_{V}, presenta también una resistencia.
En una derivación de tensión de alimentación VA,
unida con la conexión de tensión de alimentación V, es posible
medir la tensión de alimentación U_{V} con un convertidor
analógico digital AD2 y consultarla mediante el circuito de
medición MS, permitiendo deducir la diferencia entre la tensión
máxima U_{VM} y la tensión U_{VB} después de una duración de
carga tB si la carga L conectada origina el flujo de una corriente
prevista, por lo que la carga está realmente conectada, o si da
lugar a una corriente excesiva por ejemplo a causa de un
cortocircuito.
Cuando la diferencia entre UVM y UVB es
aproximadamente cero, el circuito de medición MS puede detectar que
no está conectada en absoluto una carga L.
Cuando la diferencia entre UVM y U_{VB} es del
orden de magnitud de menos de 1 voltio, pero de más de 0,5 voltios,
está conectada por ejemplo una carga que corresponde al
dimensionamiento.
Cuando la diferencia entre UVM y UVB corresponde
a tensiones más altas de 2 a 3 voltios, existe una carga excesiva
de la salida A originada por la carga L, que presenta por ejemplo un
cortocircuito, lo que puede ser motivo para el circuito de control
SS de desconectar el aparato de control mediante desconexión del
autoenganche SH.
Claims (29)
1. Aparato de control para el mando de una
carga, en particular de un motor de ventilación de un vehículo
automóvil, que comprende un circuito de control que genera conforme
a un valor nominal una señal PWM que presenta intervalos de
conexión e intervalos de desconexión consecutivos, una etapa de
conexión y una etapa de desconexión que conmutan de manera modulada
por ancho de impulso según la señal PWM a través de un conmutador de
etapa final la corriente de alimentación para la carga,
caracterizado porque entre el conmutador de etapa final (T1)
y la carga (L) está prevista una derivación de medición (MA) unida
con un circuito de medición (MS), y porque un circuito de
supervisión (SS) genera mediante supresión de por lo menos un
intervalo de conexión (EIV) de PWM un intervalo de desconexión de
medición (MA) y supervisa dentro del intervalo de desconexión de
medición (MA) mediante el circuito de medición (MS) la tensión
(U_{A}) en la derivación de medición (MA) y la compara con un
valor de referencia (U_{GES}).
2. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 1 caracterizado porque el circuito de medición
(MS) determina dentro del intervalo de desconexión de medición
(MAI) la tensión en la derivación de medición (MA) en un determinado
tiempo de supervisión (tU).
3. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque el circuito de
supervisión (SS) comprueba si la tensión (U_{A}) en la derivación
de medición (MA) sobrepasa un valor mínimo (U_{GES}).
4. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque el circuito
de supervisión (SS) inicia periódicamente un intervalo de
desconexión de medición (MAI).
5. Aparato de control de acuerdo con el
preámbulo de la reivindicación 1 o de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque está
previsto otro circuito de medición (MS) que registra una tensión de
alimentación (U_{V}) del aparato de control.
6. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 5 caracterizado porque el circuito de
supervisión (SS) genera un intervalo de conexión de medición (MEI)
con una duración definida y registra la tensión de alimentación
(U_{V}) bajo carga (L) al inicio y al final de este intervalo de
conexión de medición (MEI) y porque el circuito de supervisión (SS)
determina la diferencia entre la tensión de alimentación al inicio
(U_{VM}) y al final (U_{VB}) del intervalo de conexión de
medición (MEI) y la compara con un valor de referencia.
7. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 6 caracterizado porque el circuito de
supervisión (SS) señala a una diferencia inferior a un valor de
referencia mínimo una falta de carga.
8. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 6 ó 7 caracterizado porque el circuito de
supervisión (SS) señala un cortocircuito al superar un valor de
referencia máximo.
9. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6 a 8 caracterizado porque el circuito de
supervisión (SS) genera un intervalo de conexión de medición (MEI)
independiente de PWM.
10. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6 a 9 caracterizado porque el circuito de
control (SS) genera inmediatamente después del intervalo de
desconexión de medición (MAI) el intervalo de conexión de medición
(MEI).
11. Aparato de control de acuerdo con el
preámbulo de la reivindicación 1 o con una de las reivindicaciones
anteriores caracterizado porque el aparato de control
presenta un conmutador FET de etapa final para conmutar conforme a
los intervalos de conexión y de desconexión una corriente de
alimentación para la carga que fluye de una conexión de
alimentación de tensión a la salida, porque están previstas una
etapa de conexión y una etapa de desconexión para conectar y
desconectar una tensión de puerta del conmutador de etapa final
activadas por el circuito de control conforme al intervalo de
conexión y al intervalo de desconexión de la señal PWM, y porque
está prevista una alimentación de tensión de puerta para la etapa de
conexión a fin de generar una tensión de alimentación de puerta
para conmutar el conmutador de etapa final durante el intervalo de
conexión.
12. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 11 caracterizado porque la alimentación de
tensión de puerta (GSV) presenta un circuito de transferencia de
carga que comprende un diodo (D2) situado en dirección de flujo
entre una conexión positiva (PLA) y una derivación central (MA) y un
condensador (C1) situado entre la derivación central (MA) y una
conexión negativa (MIA), porque la derivación central (MA) está
unida con la etapa de conexión (ES) y porque un potencial en la
conexión negativa (MIA) del circuito de transferencia de carga
varía conforme a un potencial en la salida (A), por lo que una
corriente que fluye por el diodo (D2) durante el intervalo de
desconexión (AIV) carga el condensador (C1) y bloquea el diodo (D2)
durante todo el intervalo de conexión (EIV) y la capacidad (C1) en
la derivación central (MA) suministra una tensión de alimentación
de puerta (U_{GV}) que corresponde por lo menos a una tensión en
la conexión de alimentación (D) del conmutador de etapa final
(T1).
13. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 11 ó 12 caracterizado porque la tensión de
alimentación de puerta (U_{GV}) puede suministrarse de forma no
regulada a la conexión de puerta del conmutador de etapa final
(T1).
14. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 13 caracterizado porque la capacidad
(C1) en el circuito de transferencia de carga está dimensionada de
tal manera que, con un intervalo de desconexión (AIV) mínimo y un
intervalo de conexión (EIV) máximo previsto para la señal PWM,
suministra durante todo el intervalo de conexión (EIV) una tensión
de alimentación de puerta (U_{GV}) que es más alta que la tensión
en la conexión de alimentación (D) del conmutador de etapa final
(T1).
15. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 14 caracterizado porque las corrientes
de fuga durante la generación de la tensión de puerta (U_{G})
descargan la capacidad (C1) durante todo el intervalo de conexión
(EIV) sólo en tal medida que la tensión de la misma al final del
intervalo de conexión máximo (EIV) es superior a la tensión en la
conexión de alimentación (D) del conmutador de etapa final (T1).
16. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 15 caracterizado porque la capacidad
(C1) está dimensionada de tal manera que no se descarga más de la
mitad durante el intervalo de conexión (EIV) máximo.
17. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 16 caracterizado porque la tensión de
alimentación de puerta (U_{GV}) es durante todo el intervalo de
conexión por lo menos 3 voltios superior a la tensión en la
conexión de alimentación (D) del conmutador de etapa final (T1).
18. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 17 caracterizado porque la conexión
negativa (MIA) del circuito de transferencia de carga se encuentra
a un potencial entre el de la conexión de salida (S) del conmutador
de etapa final (T1) y el de la salida (A).
19. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 18 caracterizado porque la conexión
positiva (PLA) del circuito de transferencia de carga se encuentra
a un potencial que corresponde por lo menos al potencial en la
conexión de alimentación (D) del conmutador de etapa final (T1).
20. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 19 caracterizado porque la conexión
positiva (PLA) del circuito de transferencia de carga está unida
con una línea de alimentación (VL) del aparato de control.
21. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 10 caracterizado porque la línea de
alimentación (VL) está conectada a una tensión estabilizada
(U_{VL}).
22. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 21 caracterizado porque la tensión
(U_{VL}) en la conexión positiva (PLA) del circuito de
transferencia de carga está estabilizada mediante un condensador
(C2).
23. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 22 caracterizado porque la alimentación
de tensión de puerta (GSV) comprende exclusivamente diodos (D1) y
condensadores (C1).
24. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 23 caracterizado porque a la etapa de
conexión (ES) se le está asignado un elemento temporizador (R1, C3)
configurado como filtro de paso bajo.
25. Aparato de control de acuerdo con la
reivindicación 24 caracterizado porque un condensador (C3)
del filtro de paso bajo (R1, C3) se encuentra entre la conexión de
puerta (G) y masa (M).
26. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 25 caracterizado porque la etapa de
conexión (ES) presenta un transistor de conmutación (ST)
controlable por el circuito de control (SS).
27. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 26 caracterizado porque a la etapa de
desconexión (AS) se le está asignado un elemento temporizador (R2,
C3) configurado como filtro de paso bajo.
28. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 27 caracterizado porque la etapa de
desconexión (AS) presenta un transistor de conmutación (ST)
conmutado por el circuito de control (SS).
29. Aparato de control de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 28 caracterizado porque una constante
de tiempo del filtro de paso bajo para la conexión (R1, C3) y/o la
desconexión (R2, C3) es mayor, por lo menos por un factor cinco,
que una constante de tiempo de un diodo supresor (D1) conectado en
paralelo a la carga (L).
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