ES2357277T3 - Circuito para el control de un consumidor eléctrico. - Google Patents
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Abstract
Circuito para el control de un consumidor eléctrico (ES), comprendiendo: - una fuente de alimentación (100) que genera una tensión de salida (UA) a partir de una tensión de entrada (UE), siendo la tensión de salida (UA) ajustable, - un dispositivo de conmutación eléctricamente controlable (T1) que alimenta el consumidor eléctrico (ES) con la tensión de salida (UA) o no alimenta el consumidor eléctrico (ES) con la tensión de salida (UA) en función de su estado de conmutación, y - una unidad de vigilancia del estado de conmutación (200), que está destinada a - vigilar el estado de conmutación del dispositivo conmutador (T1) y - controlar la fuente de alimentación (100) de tal manera, que la tensión salida (UA) de la fuente de alimentación (100) sea modificada, particularmente reducida, cuando el estado de conmutación del dispositivo conmutador (T1) no corresponda a un estado de conmutación deseado del dispositivo conmutador (T1), caracterizado por el hecho de que - el consumidor eléctrico es una bobina de excitación (ES) de un relé (RS).
Description
Circuito para el control de un consumidor
eléctrico.
La invención se refiere a un circuito para el
control de un consumidor eléctrico.
En caso de circuitos para el control de
consumidores eléctricos es usado habitualmente un dispositivo de
conmutación eléctricamente controlable, por ejemplo un transistor,
para alimentar el consumidor eléctrico con una tensión o una
corriente o para separar este de la tensión o de la corriente. Para
ello, el dispositivo de conmutación es cerrado o abierto. El
consumidor eléctrico puede ser por ejemplo una bobina de excitación
de un relé, donde se excita el relé, cuando la bobina de excitación
es suficientemente alimentada estando el dispositivo de conmutación
cerrado, y de lo contrario se desexcita el relé.
Cuando el transistor que actúa como dispositivo
de conmutación eléctricamente controlable es dañado por ejemplo a
causa de sobretensiones, descargas electrostáticas etc., esto puede
tener como consecuencia que el transistor sea conmutado en tránsito
permanentemente con independencia de una señal de control aplicada a
su entrada de control, por lo cual la bobina de excitación es
alimentada permanentemente, es decir, el relé es excitado
permanentemente. Esto puede dar lugar a condiciones críticas de
seguridad, cuando por ejemplo una calefacción eléctrica es activada
permanentemente por el relé, por lo cual puede ser causado un
sobrecalentamiento.
La patente EP 1 239 573 A1 muestra un
rectificador, cuya característica de tensión de salida se modifica
en un caso de sobretensión.
La invención se basa en la tarea de proporcionar
un circuito para el control de un consumidor eléctrico que permite
un control seguro del consumidor eléctrico, particularmente cuando
el dispositivo de conmutación eléctricamente controlable presenta un
estado de conmutación indeseado debido a un funcionamiento erróneo o
un defecto, es decir, un estado de conmutación que no debería
producirse en este a causa de un control del dispositivo
conmutador.
La invención resuelve esta tarea mediante el
circuito según la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas así
como preferidas de la invención son objeto de otras reivindicaciones
y en lo sucesivo están descritas más en detalle. El texto de las
reivindicaciones hace referencia explícita al contenido de la
descripción.
El circuito según la invención para el control
de un consumidor eléctrico comprende una fuente de alimentación, por
ejemplo una fuente de alimentación conmutada que genera una tensión
de salida, por ejemplo una tensión continua de salida regulada, a
partir de una tensión de entrada, por ejemplo una tensión alterna de
red, pudiendo ser ajustada la tensión de salida por un control
adecuado de la fuente de alimentación, por ejemplo mediante una
señal de control, por ejemplo a dos diferentes niveles de tensión de
salida. El circuito comprende además un dispositivo de conmutación
eléctricamente controlable, por ejemplo, un transistor o un relé,
que alimenta el consumidor eléctrico con la tensión salida o no
alimenta el consumidor eléctrico con la tensión salida en
dependencia de su estado de conmutación. Una unidad de vigilancia
del estado de conmutación está configurada para vigilar el estado de
conmutación del dispositivo conmutador y controlar la fuente de
alimentación de tal manera que se modifique, particularmente se
reduzca la tensión de salida de la fuente de alimentación, cuando el
estado de conmutación del dispositivo conmutador no coincide con un
estado de conmutación deseado del dispositivo conmutador, es decir,
cuando el dispositivo de conmutación no presenta o adquiere un
estado de conmutación que corresponde a un estado de una señal de
control del dispositivo conmutador. A causa de la variación de la
tensión de salida en caso de un estado de conmutación indeseado, es
decir, en caso de un error, el consumidor eléctrico en caso de un
error es alimentado con una tensión de salida modificada, por
ejemplo con una tensión de salida claramente reducida, por lo cual
se descarta un peligro por el consumidor eléctrico.
El consumidor eléctrico es una bobina de
excitación de un relé. Preferiblemente se reduce la tensión de
salida de la fuente de alimentación hasta un nivel de tensión que
impide una excitación o una conmutación en tránsito del relé o
provoca una desexcitación o un cierre del relé, cuando el estado de
conmutación del dispositivo conmutador en caso de un error no
corresponda a un estado de conmutación deseado del dispositivo
conmutador. De esta manera, en caso de error se puede provocar, que
un consumidor controlado por el relé sea separado de una
alimentación de tensión, por ejemplo de la tensión de
alimentación.
En un perfeccionamiento, el dispositivo de
conmutación eléctricamente controlable es un transistor en
tecnología bipolar o del tipo MOS. En un perfeccionamiento, el
circuito comprende el consumidor eléctrico, donde el dispositivo de
conmutación eléctricamente controlable y el consumidor eléctrico
están insertados en bucle en serie entre las salidas de la fuente de
alimentación, a las cuales está aplicada la tensión de salida.
En un perfeccionamiento, la unidad de vigilancia
del estado de conexión genera una señal de control en dependencia de
un resultado de la vigilancia y somete a la fuente de alimentación
la señal de control y la fuente de alimentación genera la tensión de
salida con un nivel que depende de la señal de control.
\global\parskip0.900000\baselineskip
En un perfeccionamiento, la unidad de vigilancia
del estado de conexión comprende una unidad lógica de control que
genera una señal de tensión de onda cuadrada o una señal de
corriente continua en dependencia de una señal de control para el
dispositivo de conmutación eléctricamente controlable en una salida,
un transistor, una primera resistencia, un primer diodo y un segundo
diodo, un primer condensador y un segundo condensador, donde la
primera resistencia y el primer condensador son insertados en bucle
en serie entre un nodo del dispositivo conmutador eléctricamente
controlable y del consumidor eléctrico y un potencial de referencia,
estando un nodo de la primera resistencia y del primer condensador
conectado a una conexión de control del transistor, estando
insertado en bucle en serie el segundo condensador y el primer diodo
entre la salida de la unidad lógica de control y la conexión de
control del transistor, estando conectado el cátodo del primer diodo
al ánodo del segundo diodo y al segundo condensador y estando
conectado el cátodo del segundo diodo al potencial de referencia y
la señal de control es generada por el transistor. Preferiblemente,
la unidad de vigilancia del estado de conmutación comprende además
un diodo Zener, un optoacoplador y una segunda resistencia, estando
conectado en paralelo el diodo Zener de un recorrido
colector-emisor o de un recorrido
drenaje-fuente del transistor, estando insertados en
bucle en serie la segunda resistencia, un diodo luminoso del
optoacoplador y el diodo Zener entre las salidas de la fuente de
alimentación y la señal de control está aplicada a una salida del
optoacoplador.
Estas y otras características se deducen, además
de las reivindicaciones, también de la descripción y de los dibujos,
pudiendo ser realizadas las características individuales en cada
caso por sí solas o varias en forma de combinaciones alternativas en
una forma de realización de la invención y en otros campos y pueden
representar realizaciones ventajosas y patentables por sí mismas,
para las que en el presente caso se solicita protección. La
subdivisión de la solicitud en partes individuales así como títulos
provisionales no limita las declaraciones hechas bajo este concepto
en su validez general.
Las formas de realización ventajosas de la
invención están representadas esquemáticamente en el dibujo y en lo
sucesivo están descritas más en detalle. Aquí muestra:
Fig. 1 un circuito para el accionamiento de un
consumidor eléctrico según una primera forma de realización.
La Fig. 1 muestra un circuito para el control de
un consumidor eléctrico en forma de una bobina de excitación de un
relé R según una primera forma de realización.
El circuito comprende una fuente de alimentación
100 que genera una tensión continua de salida UA regulada a partir
de una tensión de entrada en forma de una tensión alterna de red UE.
La fuente de alimentación 100 comprende en la interconexión
representada un rectificador en puente 101, un transmisor 102 con
aislamiento galvánico, condensadores de filtrado C3 y C4, un diodo
de rectificador D5 y un regulador de conmutación 103, que es
alimentado por un devanado auxiliar del transmisor 102. El regulador
de conmutación 103 controla de manera convencional el funcionamiento
de la fuente de alimentación 100, en el cual la tensión continua de
salida UA de la fuente de alimentación 100 es ajustable mediante una
señal de control US que es aplicada por una unidad de vigilancia del
estado de conexión 200 al regulador de conmutación 103. El regulador
de conmutación regula la tensión continua de salida UA en
dependencia de la señal de control US, bien a un valor de
funcionamiento normal, por ejemplo 12 V, o a un valor
stand-by, por ejemplo 1 V o menos.
El circuito comprende además un dispositivo de
conmutación eléctricamente controlable en forma de un transistor T1
que alimenta o no la bobina de excitación con la tensión continua de
salida UA en dependencia de su estado de conexión. El transistor T1
y la bobina de excitación son insertados en bucle en serie entre las
salidas de la fuente de alimentación 100, a las cuales es aplicada
la tensión continua de salida UA.
La unidad de vigilancia del estado de
conmutación 200 está destinada a vigilar el estado de conmutación
del transistor T1 y a controlar la fuente de alimentación 100 o el
regulador de conmutación 103 de tal manera que se reduzca la tensión
de salida continua UA al valor stand-by, cuando el
estado de conmutación del transistor T1 no corresponda a un estado
de conmutación deseado o a un estado de conmutación esperado del
transistor T1. El estado de conmutación del transistor T1 por
ejemplo no corresponde al estado de conmutación deseado, cuando un
nivel de una señal de control del transistor UB que es aplicada por
una unidad lógica de control 201 de la unidad de vigilancia del
estado de conmutación 200 a la base del transistor T1, debería
provocar una desconexión o cerrar el transistor T1, permaneciendo el
transistor T1 sin embargo conductivo, por ejemplo debido a un
deterioro del transistor T1 por una sobretensión. Puesto que la
bobina de excitación en este caso de error indeseado sigue siendo
alimentada por el transistor T1, el relé R permanece excitado o se
excita, por lo cual sigue siendo alimentado con energía un
consumidor, no mostrado, alimentado por el relé R. Esto puede
conducir a estados de servicio críticos.
Para evitar dichas condiciones de funcionamiento
críticas, se reduce en el caso de error arriba citado la tensión
continua de salida UA de la fuente de alimentación 100 al valor
stand-by, que impide con seguridad una excitación
del relé RS o provoca una desexcitación del relé RS.
Para determinar si el estado de conmutación del
transistor T1 no corresponde a un estado de conmutación deseado, es
decir, si se presenta un estado de error, la unidad de vigilancia
del estado de conmutación 200 comprende la unidad lógica de control
201 que genera una señal de tensión de onda cuadrada o una señal de
corriente continua en dependencia de la señal de control UB para el
transistor T1 en una salida 202, un transistor T2, una primera
resistencia R1, una segunda resistencia R2, un primer diodo D1 y un
segundo diodo D2, un primer condensador C1, un segundo condensador
C2, un diodo Zener D3 y un optoacoplador 203.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Un aislamiento galvánico con ayuda del
transmisor 102 con aislamiento galvánico no es obligatoriamente
necesario para el funcionamiento del circuito. Cuando se usa por
ejemplo un transmisor que no tiene la función de un aislador
galvánico, el optoacoplador 203 puede ser sustituido por un
transistor sencillo.
La primera resistencia R1 y el primer
condensador C1 son insertados en bucle en serie entre un nodo del
transistor T1 y la bobina de excitación y un potencial de referencia
GND, estando conectados un nodo de la primera resistencia R1 y del
primer condensador C1 a la base del transistor T2, el segundo
condensador C2 y el primer diodo D1 están insertados en bucle en
serie entre la salida 202 de la unidad lógica de control 201 y la
base del transistor T2, y el cátodo del primer diodo D1 está
conectado al ánodo del segundo diodo D2 y al segundo condensador C2
y el cátodo del segundo diodo D2 está conectado al potencial de
referencia GND.
El diodo Zener D3 está conectado paralelamente
al recorrido de colector- emisor del transistor T2, la segunda
resistencia R2, un diodo luminoso D4 del optoacoplador 203 y el
diodo Zener D3 son insertados en bucle en serie entre las salidas de
la fuente de alimentación 100. En una salida del optoacoplador 203
está presente la señal de control US.
Sucesivamente se describe el funcionamiento del
circuito mostrado en la Fig. 1.
Cuando la tensión continua de salida UA es
generada con su valor de funcionamiento normal y la bobina de
excitación no debe ser alimentada, la unidad lógica de control 201
genera la señal de control UB en la base del transistor T1 con un
nivel bajo y en la salida 202 de la unidad lógica de control 201 se
emite una tensión continua. En caso de funcionamiento reglamentario
del transistor T1 se cierra este, es decir, no es eléctricamente
conductivo. La base del transistor T2 es arrastrada vía la
resistencia R1 y la bobina de excitación hacia la masa, por lo cual
cierra el transistor T2.
La tensión continua de salida UA es regulada
para este caso de funcionamiento al valor de funcionamiento normal,
formando el diodo Zener D3, la resistencia R2, el optoacoplador 203
y el regulador de conmutación 103 un bucle de regulación. Cuando la
tensión de salida UA asciende por encima del valor de funcionamiento
normal, se sobrepasa la tensión de rotura del diodo Zener D3, por lo
cual es provocado un flujo de corriente por la resistencia R2, el
diodo luminoso D4 y el diodo Zener D3. El flujo de corriente por el
diodo luminoso D4 provoca una modificación de la señal de control US
en el regulador de conmutación 103, por lo cual el regulador de
conmutación 103 reduce la potencia transmitida por el transmisor
102, por lo cual disminuye a su vez la tensión continua de salida
UA.
Cuando debe excitarse el relé RS, se emite a la
salida 202 de la unidad lógica de control 201 primero una tensión de
onda cuadrada que provoca una tensión negativa en la base del
transistor T2 a causa de los diodos D1 y D2 y los condensadores C1 y
C2. La unidad lógica de control 201 genera de manera retardada o
simultáneamente la señal de control UB en la base del transistor T1
con un nivel alto, por lo cual el transistor T1 conmuta en tránsito.
Esto provoca un flujo de corriente por la resistencia R1 en
dirección del nodo T2, R1, C1 y D1, por lo cual a causa de la señal
de onda cuadrada en la salida 202 de la unidad lógica de control 201
la tensión en la base del transistor T2 no asciende a valores que
permitan una conmutación en tránsito del transistor T2. La señal US
por consecuencia no modifica su estado.
Cuando el relé RS debe desexcitarse, la unidad
lógica de control 201 genera la señal de control UB en la base del
transistor T1 nuevamente con un nivel bajo y a la salida 202 de la
unidad lógica de control 201 se emite de nuevo la tensión continua.
Cuando el transistor T1 a pesar del nivel bajo efectúa un control
completo en su base, debido a un defecto, la tensión en la base del
transistor T2 sube a valores que provocan una saturación del
transistor 12, puesto que ya no tiene lugar una descarga del
condensador C1 a causa de la señal de corriente continua en la
salida 202 de la unidad lógica de control 201.
El transistor 12 saturado cortocircuita en
secuencia el diodo Zener D3, por lo cual a causa del bucle de
regulación se reduce la tensión continua de salida UA en aquella
tensión que ha bajado con el transistor 12 cerrado en el diodo Zener
D3. A causa de la tensión continua de salida UA ahora intensamente
reducida fluye únicamente una corriente mínima por la bobina de
excitación ES, por lo cual el relé RS se desexcita y ya no se puede
excitar más. El circuito por consecuencia se encuentra en un estado
no crítico.
Incluso, cuando debido a una sobretensión ambos
transistores T1 y 12 son permanentemente conductivos, la señal US se
genera con un nivel que da lugar a la generación de la tensión
continua de salida con el valor stand-by, por lo
cual se produce un estado no-crítico con el relé RS
desexcitado.
Un fallo de la unidad de vigilancia del estado
de conmutación 200 o de la unidad lógica de control 201 puede ser
interceptado igualmente, puesto que para este caso la unidad lógica
de control 201 ya no emite ninguna señal intermitente, por lo cual
se produce igualmente el estado no crítico con el relé RS
desexcitado.
Las formas de realización mostradas permiten un
accionamiento seguro del consumidor eléctrico, particularmente
cuando los dispositivos de conmutación eléctricamente controlables
ya no pueden ser abiertos debido a un funcionamiento erróneo.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de los documentos relacionados por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector y no forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
\bullet EP 1239573 A1 [0004]
Claims (7)
1. Circuito para el control de un consumidor
eléctrico (ES), comprendiendo:
- -
- una fuente de alimentación (100) que genera una tensión de salida (UA) a partir de una tensión de entrada (UE), siendo la tensión de salida (UA) ajustable,
- -
- un dispositivo de conmutación eléctricamente controlable (T1) que alimenta el consumidor eléctrico (ES) con la tensión de salida (UA) o no alimenta el consumidor eléctrico (ES) con la tensión de salida (UA) en función de su estado de conmutación, y
- -
- una unidad de vigilancia del estado de conmutación (200), que está destinada a
- -
- vigilar el estado de conmutación del dispositivo conmutador (T1) y
- -
- controlar la fuente de alimentación (100) de tal manera, que la tensión salida (UA) de la fuente de alimentación (100) sea modificada, particularmente reducida, cuando el estado de conmutación del dispositivo conmutador (T1) no corresponda a un estado de conmutación deseado del dispositivo conmutador (T1),
caracterizado por el hecho de que
- -
- el consumidor eléctrico es una bobina de excitación (ES) de un relé (RS).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Circuito según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la tensión de salida (UA)
de la fuente de alimentación (100) es reducida a un nivel de tensión
que impide una excitación del relé (RS) o provoca una desexcitación
del relé (RS), cuando el estado de conmutación del dispositivo
conmutador (T1) no corresponde a un estado de conmutación deseado
del dispositivo conmutador (T1).
3. Circuito según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por el hecho de que el dispositivo de
conmutación eléctricamente controlable es un transistor (T1).
4. Circuito según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que el circuito
comprende el consumidor eléctrico (ES), en el cual el dispositivo de
conmutación eléctricamente controlable (T1) y el consumidor
eléctrico (ES) son insertados en bucle en serie entre las salidas de
la fuente de alimentación (100), a las cuales es aplicada la tensión
de salida (UA).
5. Circuito según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que la unidad de
vigilancia del estado de conmutación (200) genera una señal de
control (US) en función de un resultado de la vigilancia, somete a
la fuente de alimentación (100) la señal de control (US) y la fuente
de alimentación (100) genera la tensión de salida (UA) con un nivel
que depende de la señal de control (US).
6. Circuito según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que la unidad de vigilancia del
estado de conmutación comprende:
- -
- una unidad lógica de control (201) que genera una señal de tensión de onda cuadrada o una señal de corriente continua en dependencia de una señal de control (UB) para el dispositivo de conmutación eléctricamente controlable (T1) en una salida (202),
- -
- un transistor (T2),
- -
- una primera resistencia (R1),
- -
- un primer diodo (D1) y un segundo diodo (D2),
- -
- un primer condensador (C1) y un segundo condensador (C2), donde
- -
- la primera resistencia (R1) y el primer condensador (C1) están insertados en bucle en serie entre un nodo del dispositivo conmutador eléctricamente controlable (T1) y del consumidor eléctrico (ES) y un potencial de referencia (GND), estando conectado un nodo de la primera resistencia (R1) y del primer condensador (C1) a una conexión de control del transistor (T2),
- -
- el segundo condensador (C2) y el primer diodo (D1) están insertados en bucle en serie entre la salida (202) de la unidad lógica de control (201) y la conexión de control del transistor (T2),
\newpage
- -
- el cátodo del primer diodo (D1) está conectado al ánodo del segundo diodo (D2) y al segundo condensador (C2),
- -
- el cátodo del segundo diodo (D2) está conectado al potencial de referencia (GND) y
- -
- la señal de control (US) es generada por el transistor (T2).
\vskip1.000000\baselineskip
7. Circuito según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que la unidad de vigilancia del
estado de conmutación comprende:
- -
- un diodo Zener (D3),
- -
- un optoacoplador (203),
- -
- una segunda resistencia (R2), donde
- -
- el diodo Zener (D3) de un recorrido colector-emisor o un recorrido drenaje-fuente del transistor (T2) está conectado en paralelo,
- -
- la segunda resistencia (R2), un diodo luminiscente (D4) del optoacoplador (203) y el diodo Zener (D3) están insertados en bucle en serie entre las salidas de la fuente de alimentación (100) y
- -
- la señal de control (US) está aplicada a una salida del optoacoplador (203).
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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2009
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