ES2618031T3 - Protección de sobretensión y circuito de ahorro de energía para una fuente de alimentación conmutada - Google Patents

Protección de sobretensión y circuito de ahorro de energía para una fuente de alimentación conmutada Download PDF

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Abstract

Una fuente (1) de alimentación conmutada (SMPS) acoplada a una fuente (3) de tensión en CA y que comprende: - un transformador que tiene un devanado (9) del lado primario y un devanado (10) del lado secundario, - un rectificador (2), un condensador (4) de entrada y un controlador (8) de la SMPS, - en el lado primario de dicho transformador y en paralelo con dicho condensador (4) de entrada, un bloqueador (5) de baja tensión que bloquea la transferencia de potencia a un comparador (6) de referencia de intervalo de banda en serie con el mismo, en respuesta a un potencial (V0) de bus que es más bajo que un valor de tensión predefinido, y alimentando dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda en respuesta a un potencial (V0) de bus que sea mayor que dicha tensión predefinida de modo que inactive dicho controlador (8) de la SMPS. caracterizada porque dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda es un regulador en derivación con resistencias (R13 y R14) de polarización de ajuste de tensión.

Description

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DESCRIPCION
Proteccion de sobretension y circuito de ahorro de ene^a para una fuente de alimentacion conmutada
La presente invencion se refiere a fuentes de alimentacion electrica y, mas particularmente, a un circuito de proteccion de sobretension y ahorro de energfa en fuentes de alimentacion conmutadas (SMPS).
Es bien conocido que las fuentes de alimentacion conmutadas son propensas a fluctuaciones de tension y como tales necesitan disenos con relacion a circuitos para proteccion de sobretension.
La presente invencion propone un diseno de circuito que puede distinguirse porque proporciona un circuito de proteccion de sobretension para el lado primario de un circuito de SMPS. El circuito de proteccion compara la tension de entrada e inactiva un controlador de la SMPS en caso de que se detecte una tension de entrada mayor que una tension de referencia. Por otro lado en caso de que se mida una tension de entrada que sea mas baja que dicha tension de referencia, dicho circuito de proteccion permanece inactivo. En otras palabras, durante el funcionamiento normal, dicho circuito de proteccion no conduce y puede evitarse una disipacion ineficiente de energfa a traves de el.
Entre otras, puede hacerse referencia a una publicacion de la tecnica anterior en el campo tecnico de la invencion como el documento EP 2 209 126, que desvela un circuito de proteccion con un circuito logico NO-O al que se conectan las tensiones de salida de una fuente de alimentacion conmutada y que ordena a un interruptor cortar el flujo de potencia en caso de un error mediante el control de estas tensiones de salida.
La presente invencion proporciona una proteccion de sobretension de la etapa de entrada para un circuito de fuente de alimentacion conmutada, que se proporciona por los rasgos de caracterizacion tal como se definen en la reivindicacion 1.
Un objeto primario de la presente invencion es proporcionar una fuente de alimentacion conmutada que tenga un circuito de proteccion de sobretension de la etapa de entrada por medio del que puede evitarse una disipacion de energfa ineficiente.
La presente invencion propone una fuente de alimentacion conmutada (SMPS) en la que se conecta a una fuente de tension en CA con un devanado del lado primario de un transformador. El lado primario de dicho transformador comprende un condensador de entrada y un bloqueador de baja tension en paralelo con el mismo. El bloqueador de baja tension asegura que si se mide una tension de bus que sea mas baja que un cierto nivel, un comparador de referencia de intervalo de banda que esta en serie con dicho bloqueador de baja tension no se energiza. Esto asegura que no hay implicada disipacion de potencia durante el funcionamiento normal con el intervalo de tensiones predefinido.
Por otro lado, en respuesta a un potencial de bus mayor que el lfmite superior de dicho intervalo de tension predefinido, dicho comparador de referencia de intervalo de banda inactiva dicho controlador de la fuente de alimentacion conmutada e impide cualquier dano a la misma debido a sobretension.
Los dibujos adjuntos se proporcionan unicamente con la finalidad de ejemplificar un circuito de proteccion de sobretension de la etapa de entrada de una fuente de alimentacion conmutada cuyas ventajas sobre la tecnica anterior se han resumido previamente y se explicaran en breve en el presente documento a continuacion.
Los dibujos no estan dirigidos a delimitar el alcance de proteccion tal como se identifica en las reivindicaciones ni debena hacerse referencia a ellos en solitario en un esfuerzo por interpretar el alcance identificado en dichas reivindicaciones sin recurso a la divulgacion tecnica en la descripcion de la presente invencion.
La Fig. 1 demuestra un diagrama de circuito simplificado de un circuito de proteccion de sobretension de la etapa de entrada de una SMPS de acuerdo con la presente invencion.
La Fig. 2 se muestra un diagrama de circuito de un circuito de proteccion de sobretension de la etapa de entrada de una SMPS de acuerdo con la presente invencion.
Se usan los siguientes numeros en la descripcion detallada:
Fuente de alimentacion conmutada (SMPS) (1)
Diodo (2)
Fuente de tension en CA (3)
Condensador de entrada (4)
Bloqueador de baja tension (5)
Referencia/comparador de intervalo de banda (6)
Circuito fijador de nivel (7)
Controlador de la SMpS (8)
Devanado primario (9)
Devanado secundario (10)
Rectificador (11)
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Condensador (12)
Resistencias (R13, R14)
Regulador TL431 (15)
La presente invencion propone un circuito de proteccion de sobretension de una fuente de alimentacion conmutada (SMPS) designado en general por el numero 1.
Una fuente de tension (3) de CA se conecta a una fuente (1) de alimentacion conmutada por medio de un transformador que tiene devanados (9 y 10) primario y secundario. La potencia en CA se rectifica mediante un rectificador de semionda, es decir un diodo (2) y se filtra a una tension en CC mediante un condensador (4) de entrada.
El devanado (9) primario se conecta al principio serie con un controlador (8) de la SMPS en la forma de un dispositivo de conmutacion (no mostrado por razones de calidad) que conduce y corta, durante un periodo de conduccion, estableciendo un flujo magnetico en dicho devanado (9) primario, lo que a su vez induce una corriente en dicho devanado (10) secundario de dicho transformador. El semiconductor usado en dicho controlador (8) de la SMPS podna ser un IGBT u otro tipo de interruptor de estado solido de alta frecuencia.
Adicionalmente, dado que hay una inductancia de fugas entre los lados primario y secundario del transformador, la energfa de fugas no puede transferirse directamente al devanado secundario y consecuentemente debe absorberse durante la conmutacion. En consecuencia, debena usarse un circuito fijador de nivel (7) para proteger dicho dispositivo de conmutacion.
Aunque las figuras adjuntas demuestran los esquemas de un convertidor de potencia de retroceso, el principio de trabajo de la presente invencion es igualmente aplicable asimismo a otros convertidores de SMPS.
La salida del transformador que esta aislada de la tension del lado primario se rectifica mediante un rectificador (11) y se filtra mediante un condensador (12) de filtro para proporcionar una salida en CC.
La etapa de entrada el convertidor de la fuente (1) de alimentacion conmutada de acuerdo con la presente invencion comprende una referencia/comparador (6) de intervalo de banda en la forma de un regulador en derivacion con resistencias (R13 y R14) de polarizacion de ajuste de tension. El regulador en derivacion puede realizarse mediante un dispositivo de regulacion convencional tal como, por ejemplo, un regulador (15) TL431. El regulador (15) TL431 se fabrica por varios fabricantes y esta disponible por lo tanto comercialmente.
Durante el uso, las resistencias 13 y 14 (R13 y R14) se seleccionan de modo que dicho regulador en derivacion comenzara la conduccion solo cuando se alcance un cierto nivel de tension; un punto central entre dichas resistencias R13 y R14 se conecta a un terminal de referencia de dicho regulador en derivacion. Dicha tension de referencia Vref se define de acuerdo con la expresion: Vanodo = 2,5 * Vref de acuerdo con la hoja de datos del regulador (15) TL431, describiendo Vanodo la cafda de tension desde el anodo.
Adicionalmente, la etapa de entrada del convertidor de la fuente (1) de alimentacion conmutada de acuerdo con la presente invencion comprende un bloqueador (5) de baja tension, que bloquea la entrada de potencia desde dicha referencia/comparador (6) de intervalo de banda en caso de que se mida un nivel de tension mas bajo que un valor de referencia. El bloqueador (5) de baja tension de acuerdo con la presente invencion puede realizarse mediante un diodo supresor de tensiones transitorias (TVS) tal como se explica a continuacion.
Los diodos TVS contienen una union P/N similar a un diodo Zener pero con una seccion transversal mayor y como tales estos se usan como dispositivos de fijacion de nivel limitando los picos de tension mediante una avalancha de ruptura de baja impedancia de la union P/N. En un evento transitorio cuando el potencial del bus (Vo) excede la tension de ruptura (Vbr) del TVS, el dispositivo pasa a un estado de baja impedancia conduciendo la alta corriente a tierra. En otras palabras, cuando dicho diodo TVS pasa a un estado de baja impedancia de respuesta a un potencial (V0) de bus mayor que la tension de ruptura (Vbr) del TVS, dicha referencia/comparador (6) de intervalo de banda es alimentado y dicha regulacion en derivacion hara en consecuencia que dicho controlador (8) de la SMPS quede inactivo, impidiendo de ese modo cualquier dano al mismo debido a sobretensiones.
El bloqueador (5) de baja tension de acuerdo con la presente invencion puede realizarse tambien mediante una unidad de cafda de tension que puede incluir un diodo Zener, un diodo supresor de tensiones transitorias (TVS) o una resistencia.
Resumiendo, la presente invencion propone una fuente (1) de alimentacion conmutada acoplada a una fuente de tension (3) en CA y que comprende un transformador que tiene un devanado (9) del lado primario y un devanado (10) del lado secundario, comprendiendo adicionalmente dicha fuente (1) de alimentacion conmutada un rectificador (2), un condensador (4) de entrada y un controlador (8) de la SMPS.
Comprende adicionalmente en el lado primario de dicho transformador y en paralelo con dicho condensador (4) de entrada, un bloqueador (5) de baja tension que bloquea la transferencia de potencia a un comparador (6) de referencia de intervalo de banda en serie con el mismo en respuesta a un potencial (V0) de bus que es mas bajo que
un valor de tension predefinido y alimentando dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda en respuesta a un potencial (V0) de bus que es mayor que dicho valor de tension predefinido de modo que dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda inactive dicho controlador (8) de la SMPS.
Dicho bloqueador (5) de baja tension es un diodo supresor de tensiones transitorias (TVS) que tiene una tension de 5 ruptura (Vbr), energizando dicho diodo supresor de tensiones transitorias (TVS) dicho comparador (6) de referencia
de intervalo de banda en respuesta a que dicho potencial (V0) de bus es mayor que la tension de ruptura (Vbr) del TVS. Dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda es un regulador en derivacion con resistencias (R13 y R14) de polarizacion de ajuste de tension. Un terminal de referencia de dicho regulador en derivacion se conecta a un punto central entre dichas resistencias R13 y R14. Dicho regulador en derivacion comprende un regulador (15) TL431. 10 Dicho catodo del regulador (15) TL431 se conecta a dicho controlador (8) de la SMPS.

Claims (5)

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15
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REIVINDICACIONES
1. Una fuente (1) de alimentacion conmutada (SMPS) acoplada a una fuente (3) de tension en CA y que comprende:
- un transformador que tiene un devanado (9) del lado primario y un devanado (10) del lado secundario,
- un rectificador (2), un condensador (4) de entrada y un controlador (8) de la SMPS,
- en el lado primario de dicho transformador y en paralelo con dicho condensador (4) de entrada, un bloqueador (5) de baja tension que bloquea la transferencia de potencia a un comparador (6) de referencia de intervalo de banda en serie con el mismo, en respuesta a un potencial (V0) de bus que es mas bajo que un valor de tension predefinido, y alimentando dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda en respuesta a un potencial (V0) de bus que sea mayor que dicha tension predefinida de modo que inactive dicho controlador (8) de la SMPS.
caracterizada porque dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda es un regulador en derivacion con resistencias (R13 y R14) de polarizacion de ajuste de tension.
2. Una fuente (1) de alimentacion conmutada de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dicho bloqueador (5) de baja tension es un diodo supresor de tensiones transitorias (TVS) que tiene una tension de ruptura (VBR), activando dicho diodo supresor de tensiones transitorias (TVS) dicho comparador (6) de referencia de intervalo de banda en respuesta a dicho potencial (V0) de bus que es mayor que la tension de ruptura (VBR) del TVS.
3. Una fuente (1) de alimentacion conmutada de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que un terminal de referencia de dicho regulador en derivacion se conecta a un punto central entre dichas resistencias R13 y R14.
4. Una fuente (1) de alimentacion conmutada de acuerdo con la reivindicacion 3, en la que dicho regulador en derivacion comprende un regulador (15) TL431.
5. Una fuente (1) de alimentacion conmutada de acuerdo con la reivindicacion 4, en la que el catodo de dicho regulador (15) TL431 se conecta a dicho controlador (8) de la SMPS.
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