ES2450315A2 - Un enfoque algorítmico para detectar corriente de SMPS PWM y validación de sistema - Google Patents

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Abstract

Un monitor de corriente de fuente de alimentación que comprende un procesador que puede funcionar para monitorizar una señal de voltaje a impulsos generada por una fuente de alimentación y generar una alarma cuando una anchura de impulso para la señal de voltaje a impulsos está fuera de un intervalo esperado de anchura de impulso; en el que la anchura de impulso depende de una cantidad de corriente que está siendo suministrada a una carga por la fuente de alimentación.

Description

Un enfoque algoritmico para delectar corriente de SMPS PWM y validación de sistema
Antecedentes
Las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) basadas en modulación por anchura de impulsos (PWM) son fuentes de alimentación comunes utilizadas en diversas aplicaciones. Los dispositivos de SMPS PWM pueden ser unidades de fuentes de alimentación independientes o pueden ser elementos de circuitos tales como circuitos esenciales utilizados en la industria ferroviaria. En una SMPS PWM, la energla de ce enviada a una carga es controlada abriendo y cerrando rápidamente un conmutador entre la fuente y la carga para formar impulsos de la energía transmitida. Estos impulsos son acondicionados por condensadores ylo inductores hasta una señal de CC aproximadamente lineal. En fuentes de alimentación basadas en PWM, se puede realizar la medición de la corriente en la carga para detectar rápidamente estados de sobrecarga o pérdida de capacitancia, o para una monitorización general de la carga. Esta monitorización es útil porque en una fuente de alimentación tipica no se espera que los componentes cambien durante la vida operativa del sistema. Por lo tanto, los cambios detectados en la corriente para una carga dada pueden indicar problemas tales como un fallo de condensador. El fallo de un condensador puede provocar un aumento en la resistencia equivalente en serie (RES) del dispositivo, que a su vez puede provocar un aumento de calentamiento y fuga física de electrolito. Una capacitancia reducida también puede dañar la respuesta del trozo de realimentación del circuito. La corriente de la carga a menudo es determinada por una de varias técnicas que necesitan conexiones de detección hacia componentes en el circuito.
Una técnica para monitorizar corriente de carga en la técnica anterior utiliza un reóstato de detección de lado alto o de lado bajo en la misma carga para determinar la corriente de salida Por ejemplo, en el circuito de la FIG. 1, el controlador de MM 100 controla el conmutador 140. Cuando el conmutador 140 está cerrado, la fuente 170 hace que la corriente Huya a través del transformador 150, que a su vez suministra corriente a un inductor 160. El inductor 160 y el condensador 180 acondicionan la corriente antes de que alcance la carga 110. Un reóstato 120 está insertado entre el inductor 160 y la carga 110. Una caída de voltaje a través del reóstato 120 es detectada por un sensor 130 de fuente de alimentación que puede incluir un convertidor de analógico a digital o un detector de umbral analógico. El voltaje detectado por el sensor 130 puede ser conectado a un comparador o un amplificador para facilitar la detección de nivel de corriente o la monitorización de sobrecarga. A partir de esta calda de voltaje medida y la resistencia conocida del reóstato 120, se puede determinar la corriente de carga. Este método puede ser razonablemente preciso, pero el reóstato añadido 120 se añade al coste de componentes, disipación de calor y caída de voltaje de salida.
Las FIGS. 2A y 2B representan otra técnica de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior en la que un reóstato de detección en el elemento de conmutación o la resistencia parasitaria del mismo elemento de conmutación se utiliza para encontrar la corriente. Como en la FIG. 1, el controlador de PWM 200 controla el conmutador 240. Cuando el conmutador 240 está cerrado, la fuente 270 hace que la corriente "uva por el transformador 250. El transformador 250, a su vez suministra corriente a un inductor 260. El inductor 260 y el condensador 280 acondicionan la corriente antes de que alcance la carga 210. Se puede insertar un reóstato entre el elemento de conmutación 240 y tierra en 220 como en la FIG. 2A, o la resistencia parasitaria 225 del elemento de conmutación 240 puede utilizarse como en la FIG. 28. En cualquier caso, el sensor 230 mide la caída de voltaje a través del reóstato 220 o 225 a tierra. El voltaje detectado por el sensor 130 puede ser coneclado a un comparador
o un amplificador para facilitar la detección de nivel de corriente o la monitorización de sobrecarga. A partir de esta caída de voltaje medida y de la resistencia conocida del reóstato 220 o 225, se puede determinar la corriente de carga. Al igual que con la FIG. 1, la adición de un reóstato 220 en la FIG. 2A se añade a los costes de componentes, la disipación de calor y caída de voltaje de salida. La resistencia parasitaria 225 de la FIG. 28 no contribuye a estos problemas (porque el conmutador 240 debe estar presente en cualquier caso), sin embargo la resistencia parasitaria 225 no puede ser conocida con precisión a causa de variaciones de componentes e impacto ambiental en su valor
Una técnica de detección de corriente de la técnica anterior que no utiliza resistencia para detectar la corriente se muestra en la FIG. 3. El controlador de PWM 300 suministra energía desde la fuente 380 mediante la activación de los conmutadores 360 y 370. El induclor 320 y el condensador 390 acondicionan la corriente antes de que alcance la carga 310. El sensor 350 monitoriza voltajes de nodo en el nodo 330 compartido por la carga 310, el inductor 320 y el condensador 390 y el nodo 340 compartido por los conmutadores 360 y 370 Y el inductor 320. Estos voltajes de nodo son medidos en determinados momentos en el tiempo con respecto a la actuación de los conmutadores 360 y 370, Y la corriente hacia delante en el inductor 320 puede ser aproximada a partir de estas mediciones. En esta técnica, el ruido en los nodos 330 y 340 puede reducir la precisión de la aproximación de corriente.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.
La FIG. 2A representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.
La FIG. 2B representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.
La FIG. 3 representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.
La FIG. 4 representa un circuito de monitorización de corriente de carga segun una realización de la invención.
La FIG. 5A representa una forma de onda de ciclo de trabajo segun una realización de la invención.
La FIG. 5B representa una forma de onda de ciclo de trabajo según una realización de la invención.
La FIG. 6A representa una forma de onda de ciclo de trabajo segun una realización de la invención.
La FIG. 6B representa una forma de onda de ciclo de trabajo según una realización de la invención.
La FIG. 7 representa una curva de aproximación de corriente de carga segun una realización de la invención.
La FIG. 8A representa una parte de un circuito de monitorización de corriente de carga según una realización de la invención.
La FIG. 8B representa una parte de un circuito de monitorización de corriente de carga según una realización de la invención.
La FIG. 8e representa una forma de onda de ciclo de trabajo segun una realización de la invención.
La FIG. 9A representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo según una realización de la invención.
La FIG. 9S representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo según una realización de la invención.
La FIG. 10 representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo segun una realización de la invención.
La F1G. 11 representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo según una realización de la invención.
Descripción detallada
Un enfoque algoritmico para detectar corriente puede eliminar la necesidad de conexiones con elementos de detección . El enfoque algoritmico puede utilizar aspectos inherentes de los sistemas de PWM que hacen que estos sistemas sean flexibles para muchas aplicaciones de conversión de energía. Cabe señalar que los términos WPWM" y "fuente de alimentación" en esta descripción pueden referirse a cualquier circuito que funcione de una manera similar a una fuente de alimentación dedicada de PWM, y no se limitan a unidades de fuentes de alimentación independientes. Algunos ejemplos de sistemas de PWM pueden incluir circuitos esenciales de control en raíles tales como controles de locomotoras (frenos, bocinas, campanas, enclavamientos, etc.) y controles de elementos ferroviarios a los lados de las vias (pasos a nivel con barrera, semáforos de vías, señales de cruce, enclavamientos, lógica esencial, etc.). Los sistemas de conversión de energía basados en MM, al mantener un voltaje de salida fijo, pueden compensar los cambios de carga con un voltaje de entrada dado y/o accionar una carga constante mientras cambia el voltaje de entrada ajustando el ciclo de trabajo de MM.
La FIG. 4 representa un circuito de PWM en el que la monitorización de corriente es realizada sin conexiones a elementos de detección según una realización de la invención Este circuito se presenta sólo como un ejemplo y diversos componentes pueden ser añadidos, omitidos o cambiados en realizaciones diferentes de la invención. Se puede proporcionar un procesador 400 de PWM. El procesador 400 puede ser cualquier tipo de procesador, tal como un dispositivo de lógica programable (CPLD, FPGA, etc.) o dispositivo de silicio duro (ASIC, el microprocesador. microcontrolador, etc.). En algunas realizaciones, el procesador 400 puede controlar el conmutador 430. En otras realizaciones, el procesador 400 puede comunicarse con otro dispositivo que controla el conmutador 430. Cuando el conmutador 430 está cerrado, la corriente desde la fuente 420 puede fluir por el transformador 440. Por ejemplo, la fuente 420 puede ser una fuente de CC que proporciona una señal con voltaje constante, sin embargo en algunas realizaciones se pueden utilizar fuentes de CA. La apertura y cierre del conmutador 430 puede producir impulsos de señal que pueden hacer la transición rápidamente desde un voltaje de substancialmente cero voltios al valor de voltaje constante de la fuente 420. La corriente entonces puede fluir desde el transformador 440 por un diodo 470 y/o un inductor 460 al nodo 490. En el nodo 490, puede haber presente un condensador 450 para convertir la señal a impulsos desde el transformador 440 en un voltaje substancialmente constante para el uso por parte de la carga 41 0.
El voltaje de salida suministrado a la carga 410 puede ser determinado por la anchura de impulso y la capacitancia del condensador 450. Abriendo y cerrando el conmutador 430 con velocidades diferentes, el procesador 400 puede proporcionar diferentes voltajes a la carga 410. Dada una capacitancia conocida para el condensador 450 y una carga estática 410, el procesador 400 puede establecer una anchura apropiada de impulso para una salida deseada de voltaje
Utilizando la entrada 480, el procesador 400 puede detectar el voltaje de entrada. Este voltaje puede ser alto cuando el conmutador 430 está abierto. Cuando el conmutador 430 está cerrado, el voltaje detectado puede caer rápidamente a substancialmente cero voltios a medida que la señal es disminuida a tierra a través del transformador 440 y el conmutador cerrado 430. El procesador 400 también puede tener una entrada de realimentación 481 conectada al nodo 490 que puede detectar el voltaje en el nodo 490. Las entradas 480 y 481 pueden introducir las señales detectadas al procesador 400 mediante un convertidor analógico a digital o un detector de umbral analógico. La detección del voltaje del nodo 490 puede permitir al procesador 400 ajustar la anchura de impulso para suministrar un voltaje constante a una carga dinám ica 410 o para establecer un intervalo esperado de anchura de impulso para una carga conocida 410, como se explicará más adelante.
La entrada 480 puede suministrar al procesador 400 unas señales que se parecen a las representadas en las FIGS. 5A~68_ Los cambios hechos a las anchuras de impulso en los ejemplos de las FIGS. 5A--68 pueden ser detectados por el procesador 400 a través de la entrada 480. La FIG_ 5A muestra una forma de onda de voltaje de drenajefuente según una realización de la invención. Esto puede ser el voltaje leido por la entrada 480 en el circuito de la FIG. 4. El periodo de tiempo total para un ciclo es representado por tPER La parte del período tPER durante la que el conmutador 430 están abierto es representada por tOFF. Mientras el conmutador 430 está abierto, el voltaje puede ser VIN o casi. La parte del periodo tPER durante la que el conmutador 430 están cerrado es representada por tON. Cuando el conmutador 430 está cerrado, el voltaje puede caer rápidamente a aproximadamente cero voltios y quedarse all1 hasta que el conmutador sea abierto otra vez. Cuando el conmutador 430 se vuelve a abrir, el voltaje puede subir rápidamente otra vez a VIN y puede empezar un nuevo período tPER El ciclo de trabajo para la fuente de alimentación puede ser el porcentaje del período tPER durante el que está cerrado el conmutador 430. Por ejemplo, si el conmutador 430 está cerrado durante todo el periodo tPER, el ciclo de trabajo puede ser el 100%. Si el conmutador 430 está abierto durante todo el periodo tPER, el ciclo de trabajo puede ser el 0%.
La FIG. 58 muestra otra forma de onda de voltaje de drenaje-fuente según una realización de la invención. Esta forma de onda demuestra cómo un suministro de PWM puede responder a un cambio en las características de la carga. A medida que cambian las características de la carga, el ciclo de trabajo puede cambiar proporcionalmente. Por ejemplo, si la carga aumenta, tON puede moverse a tON', teniendo como resultado una anchura más ancha de impulso y más paso de comente a través del transformador 440. Si la carga disminuye, tON puede reducirse a tON", teniendo como resultado una anchura más estrecha de impulso y menos paso de corriente a través del transformador 440
Las fuentes de alimentación de PWM también pueden suministrar a una constante carga 410 un voltaje constante si VIN cambia. Las FIGS. 6A y 68 muestran unas formas de onda de voltaje de drenaje-fuente segun una realización de la invención que demuestra esto. VIN puede aumentar a VI N". Correspondientemente, tlN puede ser reducido a tON'" para mantener la cantidad de energía transferida a la carga 410. La energía constante (excluyendo efectos parasitarios de sistema) puede representarse por A', y para una carga constante 410, A" con fiVIN puede ser aproximadamente igual a A'.
Como demuestran las FIGS. 5A-68, un sistema de PWM puede comportarse de manera previsible cuando se producen cambios en la carga o el voltaje de entrada. Teniendo en cuenta los cambios en la variación de regulación de voltaje de salida, la corriente de carga puede ser aproximada con una curva optimizada. La FIG. 7 representa algunas curvas que se ajustan mejor de corriente de carga segun una realización de la invención. Para un ejemplo de fuente de alimentación de PWM, los valores de anchura de impulso VIN medidos en la entrada 480 pueden variar inversamente con el voltaje de entrada segun una curva similar para cargas diferentes. Por lo tanto, una curva de carga para cualquier carga puede ser aproximada con una ecuación de curva que se ajusta mejor para un suministro dado de PWM. Por ejemplo, un polinomio de la forma:
Valor de anchura de impulso = (k1 x VIN2) -(k2 x VIN) + k3
puede caracterizar adecuadamente la corriente. Este polinomio está presentado como un ejemplo, y la ecuación apropiada puede adoptar cualquier forma, dependiendo de las características de la fuente de alimentación. Las constantes k1, k2 Y k3 pueden variar dependiendo de la carga. El procesador 400 puede utilizar una ecuación para monitorizar la corriente sin medir directamente la corriente a través de un reóstato.
Una vez que se deriva una aproximación optimizada, la aproximación puede ser utilizada para muchas aplicaciones. Por ejemplo, puede ser utilizada para aplicar monitorización de carga. Un voltaje de entrada medido por el procesador 400 desde la entrada 480 puede ser utilizado para determinar un valor teórico de anchura de impulso en el que el sistema funciona por arriba o por debajo de un umbral. Por ejemplo, un umbral máximo de carga puede ser establecido midiendo VIN y computando un valor de anchura de impulso para una carga máxima dada. Después, una comparación del valor teórico y en curso de anchura de impulso puede determinar si el sistema está funcionando con exceso de capacidad y/o si el sistema debe continuar funcionando o ser inhabilitado
Además , para cualquier carga constante la anchura de impulso puede ser monitorizada para determinar aspectos de la salud del sistema. Según se ha explicado anteriormente, una fuente de alimentación de PWM puede tener elementos de almacenamiento de energia tales como induclores y condensadores para los que se puede conocer la inductancia y capacitancia primarias. Someter a escala la capacidad de almacenamiento de energía de estos elementos puede afectar a la funcionalidad interna de PWM (estabilidad de lazo, etc.) y las capacidades de la misma SMPS (regulación de cargafllnea, respuesta transitoria). La monitorización algorítmica de la anchura de impulso puede proporcionar una ventana en la salud de estos elementos de almacenamiento de energla
Por ejemplo, si una carga y voltaje de entrada permanecen constantes mientras las anchuras de impulso disminuyen, esto puede indicar que un condensador está fallando y tiene una capacidad reducida para almacenar energla. Un aumento del ciclo de trabajo puede representar que la fuente de alimentación envía más impulsos para mantener el voltaje de salida substancialmente constante a pesar de la pérdida de almacenamiento de energía. Las FIGS. 8A-BC muestran un ejemplo de un cambio en la capacitancia que afecta al ciclo de trabajo según una realización de la invención En las FIGS. 8A y 8B, la induclancia IPEAK y la carga RLOAD pueden permanecer constantes mientras la capacitancia CPRI disminuye de la FIG. 8A a la FIG . 8B. Esto puede provocar que cambien los picos de corriente entregada a la carga. Este cambio puede ser reflejado en el ciclo de trabajo monitorizado de la FIG. BC. en la que tON representa el periodo para el que el conmutador está cerrado para el circuito de la FIG. 8A Y.ótON muestra el cambio cuando la capacitancia es reducida en la FIG. BB. La monitorización de las anchuras de impulso puede revelar que tON ha aumentado y por lo tanto la corriente entregada a la carga ha aumentado . Como la relación de anchura de impulso y corriente puede ser definida por las susodichas técnicas, los cambios en los elementos del SMPS pueden ser monitorizados. En realizaciones en las que el sistema se entera de que RLOAD puede permanecer dentro de un valor nom inal, puede esperarse que el valor monitorizado de anchura de impulso permanezca substancialmente constante para la vida de la fuente de alimentación Si las anchuras de impulso cambian de una manera indicativa de una función caracterizada tal como una reducción gradual de la capacitancia, entonces el enfoque algorítmico puede alertar a un usuario de un fallo inminente de la capacitancia primaria en la SMPS.
Las FIGS. 9A y 98 ilustran ejemplos de cómo pueden ser monitorizadas las anchuras de impulso con el tiempo para detectar fallos de componentes en realizaciones de la invención. La FIG. 9A es un ejemplo de Un gráfico de anchura de impulso monitorizado en el tiempo para una carga conocida. Una carga puede ser caracterizada para consumir continuamente una corriente conocida dentro de un intervalo LOADNOM que puede ser determinado estadísticamente. Un valor promedio de anchura del impulso puede ser monitorizado para determinar si la corriente suministrada a la carga está dentro de LOADNOM. Si el valor de anchura de impulso (y de este modo la corriente) pasa un umbral, el sistema puede interpretar esto como un error y puede adoptar una acción correctiva tal como proporcionar alarmas antes de que el sistema falle. Estableciendo el intervalo LOADNOM de manera diferente se puede permitir que se detecten tipos diferentes de fallos. Por ejemplo, un LOADNOM relativamente ancho puede ser útil para indicar cuando ha fallado completamente un condensador. mientras un LOADNOM relativamente estrecho puede ser útil para determinar que un condensador ha comenzado a fallar pero todavía tiene algo de capacitancia.
La FIG. 98 muestra un método similar de monitorización, en el que se pueden tomar periódicamente muestras instantáneas de anchura de impulso. Como en la FIG. 9A, una carga puede ser caracterizada para consumir continuamente una corriente conocida dentro de un intervalo LOADNOM que puede ser determinado estadisticamente. Un valor de anchura de impulso puede ser muestreado periódicamente para determinar si la corriente suministrada a la carga está dentro de LOADNOM. Si el valor de anchura de impulso muestreado (y de este modo la corriente) cae fuera de un umbral, el sistema puede interpretar esto como un error y puede tomar una acción correctiva tal como proporcionar alarmas antes de que el sistema falle .
En algunas realizaciones, el intervalo LOADNOM puede ser caracterizado por el propio sistema. Por ejemplo, el sistema puede monitorizar los cambios de anchura de impulso dentro de un periodo dado y «aprender" su propio perfil. Una vez que el sistema ha determinado un perfil nominal, las desviaciones en un punto posterior pueden provocar alarmas de sistema. En este caso. el sistema puede monitorizar inicialmente los cambios de impulso para determinar si la corriente es tlpicamente constante, periódica o constante con intervalos breves de impulsos altos o bajos. El sistema entonces puede derivar empíricamente un intervalo nominal LOADNOM basado en un perfil inicialmente monitorizado
Adicionalmente, el perfil de un sistema de PWM puede ser monitorizado en busca de anomalías cuando se esperan picos periódicos de corriente. Por ejemplo, la carga puede ser una radio que se espera que transmita (y de este modo consuma más corriente) a intervalos regulares La FIG. 10 representa tal realización. Si se espera que la demanda de corriente tenga picos a intervalos periódicos , LOADNOM puede definirse para permitir corriente más alta en estos intervalos sin provocar una alarma. Esto puede permitir al sistema no sólo detectar errores como en las FIGS. 9A y 98, sino también detectar secuencias temporales incorrectas para picos esperados de corriente
La anchura de impulso, voltaje de entrada, voltaje de salida ylu otros parámetros pueden ser monitorizados simultáneamente por el procesador 400 En algunas realizaciones de la invención, estos parámetros pueden ser multiplicados por el procesador con la ecuación que se adapta mejor de aproximación de corriente. La FIG. 11 representa una realización de la invención en la que una anchura de impulso y voltaje de salida detectado por una 5 entrada de realimentación pueden ser combinados de esta manera. Multiplicar o dividir la anchura de impulso por otra señal tal como el voltaje de salida puede afectar a la forma de la curva_ Por ejemplo, la FIG. 11 presente una ondulación en lugar de la linea lisa de la FIG. 9A. Sin embargo, las realizaciones de la invención pueden tener en cuenta estos cambios, por ejemplo modificando el intervalo LOADNOM de la FIG. 9A al intervalo RIPPLENOM de la FIG. 11 según los cambios hechos en la ecuación optimizada de aproximación de corriente. Esto puede permitir al
10 procesador continuar monitorizando el valor de anchura de impulso (y de este modo la corriente), incluso si se monitorizan otras señales además de la anchura de impulso.
Si bien antes se han descrito varias realizaciones, debe comprenderse que han sido presentadas a modo de ejemplo, y no de limitación. Será evidente para los expertos en la técnica pertinente que pueden hacerse diversos cambios en la forma y el detalle sin apartarse del espíritu y el alcance. De hecho, después de leer la descripción
15 anterior, será evidente para los expertos en la técnica pertinente cómo implementar realizaciones altemativas. De este modo, las presentes realizaciones no deben ser limitadas por ninguna de las realizaciones antes descritas.
Además, debe comprenderse que cualquier figura que destaque la funcionalidad y las ventajas, es presentada sólo con el propósito de ejemplo. La metodologla y el sistema descritos son lo suficientemente flexibles y configurables, de tal manera que puedan utilizarse de otras maneras que las mostradas
20 También cabe señalar que los términos ·un", ·una", ·er, "dicho·, etc. significan "por lo menos uno" o "el por lo menos uno" en la memoria descriptiva, las reivindicaciones y los dibujos_

Claims (16)

  1. REIVINDICACIONES
    l. Un monitor de corriente de fuente de alimentación, que comprende:
    una carga;
    una fuente de alimentación de modo conmutado configurada para suministrar corriente a la carga;
    un procesador configurado para monitorizar una señal de voltaje a impulsos generada por la fuente de alimentación y generar una alarma cuando una anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos está fuera de un intervalo esperado de anchura de impulso;
    en el que la anchura de impulso depende de una cantidad de corriente que se está suministrando a la carga.
  2. 2.
    El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el intervalo esperado de anchura de impulso es programable por un usuario.
  3. 3.
    El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el procesador está configurado para establecer el intervalo esperado de anchura de impulso basándose en una pluralidad de anchuras de impulso muestreadas de la señal de voltaje a impulsos
  4. 4.
    El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el intervalo esperado de anchura de impulso varia con el tiempo.
  5. 5.
    El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el procesador está configurado para controlar un conmutador con el fin de ajustar la anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos.
  6. 6.
    El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que la señal de voltaje a impulsos es el producto de una señal de entrada de voltaje a impulsos y una señal de salida
  7. 7.
    El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que la carga es un elemento de control de locomotora.
  8. 8.
    El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que la carga es un elemento al lado de una vía ferroviaria.
  9. 9.
    Un método para monitorizar la corriente de fuente de alimentación, que comprende: detectar una señal de voltaje a impulsos generada por una alimentación; y generar una alarma cuando una anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos está fuera de un in1ervalo
    esperado de anchura de impulso: en el que la anchura de impulso depende de una cantidad de corriente que eslá siendo suministrada a la carga por la fuente de alimentación.
  10. 10.
    El método de la reivindicación 9, que comprende además establecer el intervalo esperado de anchura de impulso basándose en una entrada de un usuario,
  11. 11.
    El método de la reivindicación 9, que comprende además: detectar una pluralidad de anchuras de impulso muestreadas de la señal de voltaje a impulsos; y establecer el intervalo esperado de anchura de impulso basándose en la pluralidad de anchuras de impulso
    muestreadas.
  12. 12.
    El método de la reivindicación 9, en el que el intervalo esperado de anchura de impulso varfa con el tiempo.
  13. 13.
    El método de la reivindicación 9, que comprende además ajustar la anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos.
  14. 14.
    El método de la reivindicación 9, en el que la señal de voltaje a impulsos es el producto de una señal de entrada de voltaje a impulsos y una señal de salida.
  15. 15.
    El método de la reinvindicación 9, en el que la carga es un elemento de control de locomotora.
  16. 16.
    El método de la reivindicación 9, en el que la carga es un elemento al iado de una via ferroviaria
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2783474C (en) * 2009-12-21 2018-01-16 Invensys Rail Corporation An algorithmic approach to pwm smps current sensing and system validation
TWI491889B (zh) * 2011-02-28 2015-07-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 電阻測量電路及具有該電阻測量電路的電子裝置
CN103048542A (zh) * 2011-10-14 2013-04-17 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电流校准电阻的测定装置及系统
JP5861773B2 (ja) * 2012-04-04 2016-02-16 富士電機株式会社 アラーム信号生成回路、アラーム信号生成方法
US9209689B2 (en) * 2013-11-19 2015-12-08 Terralux, Inc. Output regulation with nonlinear digital control loop compensation
CN105471278B (zh) * 2015-12-17 2019-01-29 北京天诚同创电气有限公司 应用于变流器中的辅助控制装置及变流器系统
CN109286388A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 广州极飞科技有限公司 脉冲信号的滤波方法及装置、无人机

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59103572A (ja) * 1982-12-06 1984-06-15 Yokogawa Hokushin Electric Corp スイツチング電源回路
JPH04183275A (ja) * 1990-11-16 1992-06-30 Honda Motor Co Ltd パルス幅変調制御装置
JP3452727B2 (ja) 1996-06-27 2003-09-29 株式会社リコー スイッチング電源装置
KR100342590B1 (ko) 1999-10-06 2002-07-04 김덕중 펄스폭 변조 신호 발생 장치 및 이를 이용한 스위칭 모드 파워 서플라이
US7148669B2 (en) * 2004-02-02 2006-12-12 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Predictive digital current controllers for switching power converters
US7545132B2 (en) * 2006-03-10 2009-06-09 Satcon Technology Corporation Sensor-less, low frequency adaptive current limiter and methods for limiting inductive current using the same
US7652459B2 (en) * 2007-02-23 2010-01-26 Intel Corporation Adaptive controller with mode tracking and parametric estimation for digital power converters
DE102007014399B4 (de) * 2007-03-26 2012-06-06 Texas Instruments Deutschland Gmbh Regelschleife mit zwei Betriebsarten für getakteten Stromwandler
CN101842970A (zh) * 2007-12-06 2010-09-22 英特赛尔美国股份有限公司 用于改进dc/dc调压器的电感器电流检测准确度的系统和方法
CN101471602B (zh) * 2007-12-29 2012-11-07 比亚迪股份有限公司 双向直流电源电路
US8085024B2 (en) * 2008-04-29 2011-12-27 Exar Corporation Self-tuning digital current estimator for low-power switching converters
US8264860B2 (en) * 2009-08-10 2012-09-11 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for power factor correction frequency tracking and reference generation
US8358098B2 (en) * 2009-08-10 2013-01-22 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for power factor correction
CA2783474C (en) * 2009-12-21 2018-01-16 Invensys Rail Corporation An algorithmic approach to pwm smps current sensing and system validation

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