ES2624505T3 - Circuito de alimentación de potencia - Google Patents

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ES2624505T3 ES12760095.5T ES12760095T ES2624505T3 ES 2624505 T3 ES2624505 T3 ES 2624505T3 ES 12760095 T ES12760095 T ES 12760095T ES 2624505 T3 ES2624505 T3 ES 2624505T3
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Shinichi Ishizeki
Toshiaki SATOU
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Abstract

Un circuito de alimentación de potencia que suministra tensión de alimentación de control para dar una señal de control a un elemento de conmutación (71, 72), comprendiendo el circuito de alimentación de potencia: una fuente de alimentación de conmutación (1) que incluye un primer circuito de salida (1b, 1c) para suministrar una tensión de alimentación de control a un terminal de control del elemento de conmutación, y un segundo circuito de salida (1a), la fuente de alimentación de conmutación (1) usa la tensión de salida del segundo circuito de salida (1a) para un control de retroalimentación para mantener la tensión de salida del segundo circuito de salida (1a) dentro de un intervalo predeterminado, y manteniendo de este modo la tensión de salida del primer circuito de salida (1b, 1c) dentro de un intervalo permisible, y un circuito de monitorización (3) que monitoriza la tensión de salida del segundo circuito de salida (1a), caracterizado por que: se proporciona un circuito regulador (2) que reduce la tensión de salida del segundo circuito de salida (1a) hasta una tensión constante predeterminada y emite la tensión constante, y el circuito de monitorización (3) está configurado de modo que una tensión (Vin) en cuestión obtenida de la tensión de salida del segundo circuito de salida (1a) es más alta que una tensión (Vr) de referencia obtenida de la tensión constante cuando la tensión de alimentación de control es normal, y el circuito de monitorización (3) emite una señal a un aparato de control (8) para detener la salida de la señal de control del elemento de conmutación (71, 72) cuando la tensión (Vin) en cuestión se hace más baja que la tensión (Vr) de referencia de modo que los elementos de conmutación (71, 72) se apagan (OFF).

Description

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DESCRIPCION
Circuito de alimentacion de potencia Campo de la tecnica
La presente invencion se refiere a un circuito de alimentacion de potencia que usa una fuente de alimentacion de conmutacion.
Antecedentes de la tecnica
En un aparato de conversion de potencia que tiene un elemento de conmutacion, tal como un circuito inversor, es necesario disponer un circuito de alimentacion de potencia para proporcionar una senal de accionamiento (tension CD) a una terminal de control de un elemento de conmutacion. Ademas, para operar de manera estable el elemento de conmutacion, es necesario proporcionar una tension estable desde el circuito de alimentacion de potencia. Si esta tension cae de manera anormal debido a una causa tal como una interrupcion en el suministro de potencia durante un corto penodo de tiempo debido a la cafda de un rayo o similar, no se puede asegurar una operacion estable del elemento de conmutacion. En un terminal de control (puerta) de un IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada, Insulated Gate Bipolar Transistor) que es un elemento de conmutacion tfpico, un valor umbral de tension de puerta mmimo (Vth) necesario para activar el elemento es una tension de alrededor de 6 V, por ejemplo. Es necesario remarcar que generalmente, en caso de que la tension de puerta sea baja, la tension de saturacion entre el colector y el emisor es alta, de modo que no puede aplicarse corriente de manera suficiente y aumentan las perdidas. Por lo tanto, se lleva a cabo el control de la tension de accionamiento de modo que normalmente se proporciona una tension de puerta superior a alrededor de 10V para hacerla pasar a ON y, cuando es necesario apagar el elemento, la tension de puerta se hace casi 0 V.
En otras palabras, el intervalo de alrededor de desde 6 a 10 V de la tension de puerta es una region de operacion inestable. Por lo tanto, si la tension de puerta para accionar un IGBT cae durante el funcionamiento de la operacion de conmutacion, se produce una generacion de calor anormal o un funcionamiento erroneo del IGBT. En el caso de un circuito inversor, si el IGBT no opera de la manera que se supone, se puede producir un problema en que no se pueda detectar un cortocircuito en la alimentacion de potencia o que la generacion de calor aumente en exceso.
Al mismo tiempo, debido a una ruptura en el circuito de alimentacion de potencia o similar, la tension de puerta puede volverse excesivamente alta. Si se produce una tension de puerta que supera la tension de ruptura de puerta del IGBT, puede estropearse el IGBT
En consecuencia, se han propuesto medios para determinar si existe anomalfa en la tension de puerta proporcionada y de este modo el IGBT se apaga en caso de anomalfa (ver, por ejemplo, la Literatura de Patente 1). Ademas, aunque es diferente de esto, la FIG. 4 muestra un ejemplo de circuito para juzgar la anomalfa de la tension de alimentacion para la tension de puerta que es implementado por el presente solicitante con el mismo proposito que la propuesta anterior. En la FIG. 4, de acuerdo a una senal de puerta (por ejemplo, una senal que indica 5 V para una instruccion ON y 0 V par una instruccion OFF) dada desde una CPU (no mostrado), un fotoacoplador 51 para accionar una puerta (en adelante, se abrevia como acoplador de accionamiento) proporciona la tension de puerta (por ejemplo, 15 V para la instruccion ON) al IGBT 52. Para el acoplador 51 de accionamiento, se suministra entre dos caminos 53 y 54 la tension de alimentacion de control como una base para la tension de puerta.
Ademas, una unidad en serie compuesta de un diodo zener 55 y un diodo emisor de luz 56d dispuesto en el lado de entrada del fotoacoplador 56 esta conectada entre los dos caminos electricos 53 y 54. Un fototransistor 56t dispuesto en el lado de salida del fotoacoplador 56 se pone a tierra para su emisor, y la tension de un camino electrico 58 conectado al colector del fototransistor 56t es elevada a traves de la resistencia 57.
Cuando la tension entre los caminos electricos 53 y 54 es normal, el diodo zener 55 se vuelve conductor, de modo que el diodo emisor de luz 56d se enciende y el fotoacoplador 56 se enciende. Por lo tanto, el potencial del camino electrico 58 adopta el nivel L. Cuando la tension entre los dos caminos electricos 53 y 54 cae, el diodo zener 55 se vuelve no conductor, de modo que el diodo emisor de luz 56d se extingue y el fotoacoplador 56 se apaga. Por lo tanto, el potencial del camino electrico 58 adopta el nivel H y esto es emitido como una senal anormal. Al detener (emitir 0 V) la salida de la senal de puerta desde una CPU basandose en la senal anormal, el IGBT 52 se apaga, de modo que puede evitarse que el IGBT 52 se use en un estado en el que la tension de control ha cafdo.
Ademas, en el documento de patente 2 se describe un circuito de control para un dispositivo inversor. Para aplicar una tension constante que es la mas adecuada para un motor de induccion con relacion a la fluctuacion de la tension de entrada para evitar que el motor sea inestable. Esto se consigue ejerciendo control desde una tension de alimentacion estimada del lado principal de un dispositivo inversor de un modo en que la relacion entre la frecuencia superior y la tension inferior del inversor son constantes.
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En el documento 3 se describe un transformador de potencia y un equipamiento de conversion de potencia. Un transformador de potencia tiene un arrollamiento principal al que se aplica una tension predeterminada, un arrollamiento secundario en el que se genera una tension convertida, un nucleo al que se arrollan el arrollamiento principal y el arrollamiento secundario, y un miembro de aislamiento que esta dispuesto en la pared periferica del nucleo.
En el documento de patente 4, se describe una unidad de alimentacion de potencia de tipo multi-salida que puede suprimir un aumento de una tension de entrada de un circuito regulador provocado por una subida repentina de tension mediante la supresion de la reduccion de eficiencia de conversion de potencia de una unidad de alimentacion de potencia multi-salida hasta un mmimo.
En el documento de patente 5 se describe un controlador para un vehuculo electrico que puede facilitar la fabricacion de un transformador y conseguir una reduccion de tamano mediante la monitorizacion del arrollamiento secundario de un transformador de aislamiento para accionar un transistor bipolar de puerta aislada de un circuito inversor, y el control de la tension principal para que funcione como una fuente de alimentacion flotante.
Lista de documentos citados
Literatura de patente
Literatura de patente 1: solicitud de patente japonesa publicada n ° 2003-125588 (FIG. 14).
Literatura de patente 2: resumen de patente japonesa JP H09 135574 A.
Literatura de patente 3: resumen de patente japonesa JP 2010183751 A.
Literatura de patente 4: resumen de patente japonesa JP H10 201232 A.
Literatura de patente 2: resumen de patente japonesa JP H11 178356 A.
Resumen de la invencion (Problemas que resuelve la invencion)
En general, en un circuito inversor, se usa una pluralidad de elementos de conmutacion. Aqrn, se describe como ejemplo el caso de usar un IGBT como un elemento de conmutacion. En el caso de un IGBT, no se puede usar un circuito de alimentacion de potencia comun para accionar las puertas de los respectivos IGBT debido a las diferencias en los brazos y potenciales de referencia, y se necesita una pluralidad de circuitos de alimentacion de potencia aislados entre sf. Por lo tanto, para apagar cada uno de la pluralidad de IGBT cuando la correspondiente tension de control cae, en el circuito de alimentacion de potencia de la Literatura de Patente 1, es necesario disponer un circuito para la deteccion de anomalfas para cada IGBT Tambien en el circuito de alimentacion de potencia de la FIG. 4, es necesario disponer un circuito para la deteccion de anomalfas al menos para cada circuito de alimentacion de potencia (los caminos electricos 53 y 54). Por tanto, en tales circuitos de alimentacion de potencia convencionales, como es necesario disponer un circuito para la deteccion de anomalfas para cada circuito de alimentacion de potencia o cada IGBT, el numero de componentes que se deben montar aumenta. Como resultado, la configuracion del circuito es complicada, lo que conduce a un aumento en el tamano de una placa o en el coste.
Es necesario remarcar que se puede producir un aumento de la tension de control en lugar de la cafda de la tension de control y, tambien en este caso, surge un problema parecido.
En vista de tales problemas convencionales, un objeto de la presente invencion es proporcionar un circuito de alimentacion de potencia que puede detectar de manera fiable anomalfas en la tension con una configuracion de circuito simple.
(Solucion a los problemas)
(1) La presente invencion es un circuito de alimentacion de potencia que suministra tension de alimentacion de control para proporcionar una senal de control a un elemento de conmutacion, circuito de alimentacion de potencia que incluye los elementos de la reivindicacion 1 o 4.
En el circuito de alimentacion de potencia configurado segun se describe en la reivindicacion 1, cuando la tension de salida que debena ser estable debido al control con retroalimentacion adopta un valor anormal, las tensiones de salida de los otros circuitos de salida tambien se vuelven en valores anormales. Por lo tanto, sin monitorizar la tension de cada uno de los circuitos de salida, se puede llevar a cabo la monitorizacion de tension de toda la fuente de alimentacion de conmutacion basandose en la tension de salida del circuito de salida usado para el control de retroalimentacion. Por lo tanto, basandose en la tension de salida, se determina si la propia fuente de alimentacion de conmutacion o la entrada a
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la fuente de alimentacion de conmutacion presenta algun tipo de anoma^a, y se detiene la salida de la senal de control al elemento de conmutacion, de modo que se protege el elemento de conmutacion.
En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 1, el circuito de monitorizacion mantiene un estado en el que la tension en cuestion basada en la tension de salida del circuito de salida es mayor que la tension de referencia basada en la tension constante cuando la tension de alimentacion de control es normal, mientras que el circuito de monitorizacion emite una senal para detener una salida de la senal de control, a un aparato de control para el elemento de conmutacion, cuando la tension en cuestion desciende para provocar de este modo un estado en el que la tension en cuestion es menor que la tension de referencia.
Es decir, cuando la tension de salida que debena ser estable debido al control de retroalimentacion cae anormalmente, las tensiones de salida de los otros circuitos de salida tambien caen. Por lo tanto, basandose en la tension de salida, puede protegerse el elemento de conmutacion.
En este caso, incluso si la tension de entrada al circuito regulador cae, como el circuito regulador esencialmente emite una tension constante reducida desde la tension de entrada, el circuito regulador continua emitiendo la tension constante hasta que la tension de entrada desciende por debajo del valor constante, y la tension de referencia no vana. Por lo tanto, cuando la tension en cuestion es menor que la tension de referencia, se determina que la propia fuente de alimentacion de conmutacion o la entrada a la fuente de alimentacion de conmutacion esta en algun tipo de estado anormal, y se detiene la salida de la senal de control al elemento de conmutacion, de modo que se puede proteger el elemento de conmutacion.
En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 4, el circuito de monitorizacion mantiene un estado en el que la tension en cuestion basada en la tension de salida del circuito de salida es menor que la tension de referencia basada en la tension constante cuando la tension de alimentacion de control es normal, mientras que el circuito de monitorizacion emite una senal para detener la salida de la senal de control, a un aparato de control para el elemento de conmutacion, cuando la tension en cuestion aumenta para provocar de este modo un estado en el que la tension en cuestion es menor que la tension de referencia.
En este caso, incluso si la tension de entrada al circuito regulador aumenta, el circuito regulador continua emitiendo la tension constante, y la tension de referencia no vana. Por lo tanto, cuando la tension en cuestion es mayor que la tension de referencia, se determina que la propia fuente de alimentacion de conmutacion o la entrada a la fuente de alimentacion de conmutacion esta en algun tipo de estado anormal, y se detiene la salida de la senal de control del elemento de conmutacion, de modo que se puede proteger el elemento de conmutacion.
En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 2, el circuito regulador puede estar compuesto de reguladores en una pluralidad de etapas de modo que cuanto mas posterior es una etapa, menor es la tension constante emitida desde la etapa.
En este caso, los reguladores de las etapas mas posteriores pueden mantener sus tensiones de salida incluso si las tensiones de entrada a los mismos son bajas. Por lo tanto, se puede asegurar facilmente un tiempo hasta que la salida del regulador en la ultima etapa se hace menor que la tension constante. Es decir, incluso si la tension de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion cae anormalmente, el regulador de la ultima etapa puede mantener su salida de tension constante durante un penodo de tiempo comparativamente largo despues de que se produzca la cafda.
En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 3, la tension en cuestion se hace menos que la tension de referencia antes de que la tension de suministro de control para el elemento de conmutacion se haga menor que una tension predeterminada que permite que el elemento de conmutacion opere de manera normal.
Por tanto, puede evitarse que el elemento de conmutacion lleve a cabo un funcionamiento anormal antes de que el circuito de monitorizacion proteja el elemento de conmutacion.
En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 5, la tension en cuestion y la tension de referencia son tensiones vistas desde un potencial GND comun en el lado de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion.
En este caso, las tensiones de los dos sistemas con relacion al potencial GND comun pueden usarse directamente con las dos entradas al circuito de monitorizacion, y no es necesario aislarlas una de otra, de modo que se simplifica la configuracion del circuito.
En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 6, como la tension en cuestion y la tension de referencia, una tension de alimentacion para el aparato de controlador es la tension vista desde el potencial GND.
En este caso, la salida del circuito de monitorizacion puede introducirse directamente en el aparato de control, y no es necesario aislarlas entre sf, de modo que se simplifica una configuracion del circuito.
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En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 7, puede usarse una tension de salida del circuito regulador para la tension de alimentacion para el aparato de control.
En este caso, la tension de alimentacion para el aparato de control se hace estable.
En el circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 8, el elemento de conmutacion puede ser una pluralidad de elementos de tipo accionados por tension que comprenden un circuito de conversion de potencia.
En este caso, cuando la tension de puerta como senal de control cae debido a una cafda anormal de la tension de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion, puede producirse una generacion de calor anormal o mal funcionamiento de la conmutacion de los elementos de tipo accionado por tension tal como IGBT o MOSFET Sin embargo, deteniendo la alimentacion de la tension de puerta puede evitarse que ocurran tales problemas.
(Efectos ventajosos de la invencion)
De acuerdo con el circuito de alimentacion de potencia de la presente invencion, se puede detectar de manera fiable la anomalfa de la tension con una configuracion de circuito simple, de modo que se pueden proteger los elementos de conmutacion.
Breve descripcion de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama de circuito que muestra principalmente un circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion.
La FIG. 2 es un diagrama que muestra una variacion de tension en un circuito regulador y similar.
La FIG. 3 es un diagrama que muestra la variacion de tension en cada seccion en la FIG. 1 y la variacion en la salida de un circuito de monitorizacion.
La FIG. 4 es un ejemplo de circuito convencional para determinar la anomalfa de la tension de alimentacion para la tension de puerta.
Descripcion de modos de realizacion
La FIG. 1 es un diagrama de circuito que muestra principalmente un circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion. En la FIG. 1, el circuito de suministro de potencia incluye, como componentes constitutivos principales, una fuente de alimentacion de conmutacion 1, un circuito regulador 2, un circuito de monitorizacion 3, y un aparato de control 8. La fuente de alimentacion de conmutacion 1 esta compuesta de un transformador de conmutacion 10, un circuito de rectificacion 11, un elemento de conmutacion 12 (por ejemplo, IGBT), un controlador 13, condensadores de suavizado C0, C11, C12, C2 y C3, y diodos D11, D12, D2, y D3, que estan conectados segun se muestra en la FIG. 1.
Una tension CA suministrada desde una fuente de alimentacion CA comercial 4 es sometida a una rectificacion de onda completa por el circuito de rectificacion 11, y luego suavizada por el condensador C0 de suavizado. Debido a la tension suavizada, la corriente fluye hacia un arrollamiento 100 de lado de entrada del transformador de conmutacion 10 a traves del elemento de conmutacion 12. El elemento de conmutacion 12 es controlado mediante un control PWM por el controlador 13 para llevar a cabo una conmutacion a alta frecuencia. Mediante esta conmutacion, se inducen tensiones en una pluralidad de arrollamientos 101 a 103 de lado de salida de acuerdo a sus respectivas relaciones de vueltas. Las tensiones inducidas son respectivamente rectificadas y suavizadas por medio de los diodos D11, D12, D2, y D3 y los condensadores C11, C12, C2 y C3 de suavizado, formando, por tanto, circuitos de salida 1a, 1b, y 1c. El arrollamiento 101 es un arrollamiento con una toma central, y el circuito de salida 1a emite 15 V y 7 V, por ejemplo.
Aunque solo se muestran dos circuitos como los circuitos 1b y 1c, realmente se dispone un numero necesario de circuitos para los elementos de conmutacion como una carga. Los circuitos de salida 1b y 1c suministran tensiones de alimentacion de control para proporcionar senales de control (tensiones de puerta) a los elementos de conmutacion 71 y 72 que son IGBT, a los acopladores de accionamiento 5 y 6 (fotoacopladores para puertas de accionamiento). Se proporcionan senales de puerta como una base logica para las tensiones de puerta desde una CPU 8 como un aparato de control a los acopladores de accionamiento 5 y 6.
Los elementos de conmutacion 71 y 72 componen un circuito de conversion de potencia 7 tal como un inversor o un convertidor. Realmente, se disponen elementos de conmutacion en un numero correspondiente a un circuito aplicado, y se proporcionan acopladores de accionamiento para los respectivos elementos de conmutacion o se proporciona un acoplador de accionamiento comun para los elementos cuyas operaciones son las mismas. Es necesario remarcar que el uso de elementos de conmutacion no esta limitado a un circuito de conversion de potencia, sino que pueden usarse los elementos de conmutacion como varios otros conmutadores. Ademas, en caso de que se satisfaga una condicion tal como un potencial de referencia comun o una tension necesaria, el circuito de salida puede estar configurado para emitir
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senales a una pluralidad de acopladores de accionamiento. Es necesario remarcar que la CPU 8 recibe alimentacion de potencia de 3,3 V desde la salida del circuito regulador 2, por ejemplo.
Por otro lado, se usa la tension de salida nominal de 15 V del circuito de salida 1a para el control de retroalimentacion. Es decir, cuando la tension que debena ser 15 V crece por encima de los 15 V, el controlador 13 funciona para disminuir el ciclo de trabajo del control PWM para disminuir la tension de salida del transformador de conmutacion 10. Por el contrario, cuando la tension que debena ser 15 V se hace mas baja que 15 V, el controlador 13 opera para aumentar el ciclo de trabajo del control PWM para aumentar la tension de salida del transformador de conmutacion 10. Al llevar a cabo el control de retroalimentacion, por tanto, la tension emitida desde cada circuito de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion 1 se mantiene de modo que no se desvfa mucho de un valor predeterminado. En particular, la tension del circuito de salida 1a usada para el control de retroalimentacion se mantiene dentro de un intervalo de variacion extremadamente pequeno (por ejemplo, se mantiene una salida de 15 V dentro de un intervalo con una precision de ± 0,25 V, es decir, 14,75 hasta 15,25 V).
Por el contrario, si la tension del circuito de salida 1a esta dentro del intervalo de variacion anterior, las tensiones de los otros circuitos de salida 1b y 1c tambien se mantienen dentro de un intervalo permisible normal. Ademas, si la tension del circuito de salida 1a que debena ser estable debido al control de retroalimentacion cae anormalmente debido a una cafda de la tension CA o similar, las tensiones de salida de los otros circuitos de salida 1b y 1c tambien caen. Por lo tanto, sin monitorizar la tension de cada circuito de salida, se puede llevar a cabo la monitorizacion de tension de toda la salida de la fuente de alimentacion de conmutacion 1 basandose en la tension de salida del circuito de salida 1a usado para el control de retroalimentacion.
En consecuencia, basandose en la tension del circuito de salida 1a, se monitoriza una cafda anormal de la tension de salida de toda la fuente de alimentacion de conmutacion 1. Un circuito de monitorizacion 3 es un circuito para ese proposito, y divide la tension de retroalimentacion (tension introducida en el controlador 13) mediante las resistencias R1 y R2, por ejemplo, de modo que la tension resultante es aplicada a uno de los terminales de entrada de un comparador 31. Se hace referencia a esta tension como tension Vin en cuestion que se va a comparar con la tension Vr de referencia que se describe mas adelante.
Por otro lado, el circuito regulador 2 esta conectado a un circuito para 7 V en el circuito de salida 1a. El circuito regulador 2 se forma emparejando un regulador (regulador de tres terminales) y un condensador electrolttico y conectando dichos dos pares, es decir, conectandolos en dos etapas. Es decir, un regulador 21 en el estado precedente reduce la tension (7 V) de entrada a un valor constante de 5 V y emite el valor constante. Esta salida es introducida en un regulador 22 en la etapa subsiguiente a traves de un condensador C5 electrolttico. El regulador 22 en la etapa subsiguiente reduce la tension (5 V) de entrada a un valor constante de 3,3 V y emite la tension constante. Esta salida es proporcionada al circuito de monitorizacion 3 a traves de un condensador electrolftico C6. El circuito de monitorizacion 3 divide la tension de 3,3 V mediante las resistencias R3 y R4, por ejemplo, y proporciona la tension dividida al otro de entre los terminales de entrada del comparador 31. Se hace referencia a esta tension como tension Vr de referencia.
Es necesario remarcar que en el circuito de salida 1a, el camino electrico comun para 7 V y 15 V esta a un potencial GND, y la tension Vin en cuestion y la tension Vr de referencia son tambien tensiones relativas al potencial GND comun. Por lo tanto, las tensiones de los dos sistemas con relacion al potencial GND comun pueden usarse directamente como las dos entradas al circuito de monitorizacion 3, y no es necesario aislarlas entre sf, de modo que se simplifica una configuracion del circuito. Ademas, como la CPU 8 tambien esta al potencial GND comun, se simplifica aun mas la configuracion del circuito.
Cuando la tension de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion 1 es normal, las relaciones de division de acuerdo con las resistencias R1 y R2 y las resistencias R3 y R4 se establecen de modo que la tension Vin en cuestion es ligeramente mayor que la tension Vr de referencia. La salida del comparador 31 en este caso es el nivel H (normal), por ejemplo. La CPU 8 reconoce esta salida como indicativa de que la tension de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion 1 es normal.
A continuacion, se describira la operacion llevada a cabo cuando la tension de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion 1 cae anormalmente debido a una interrupcion en el suministro de potencia durante un penodo corto de tiempo o una anomalfa del controlador 13.
En primer lugar, se describira el funcionamiento del circuito regulador 2. La FIG. 2 es un diagrama que muestra la variacion de tension en el circuito regulador 2. Es necesario remarcar que normalmente, para cada regulador, se define un intervalo de tension de entrada que permite la emision de una tension de salida constante requerida. Aqrn, para simplificar la descripcion, se supondra que, si la tension de entrada es igual o mayor que la tension de salida constante, se permite la salida de tension.
Cuando se produce una anomalfa en el momento t1, la tension de 7 V del circuito de salida 1a cae gradualmente hasta ser eventualmente 0 V. La salida del regulador 21 en la etapa precedente mantiene 5 V durante un tiempo incluso despues del momento t1, y entonces, despues de un tiempo t2 cuando la tension del circuito de salida 1a se hace
5
10
15
20
25
30
35
40
45
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menor que 5 V, cae gradualmente para ser eventualmente 0. La salida del regulador 22 en la etapa subsiguiente mantiene 3,3 V durante un tiempo incluso despues del momento t2, y entonces, despues de un tiempo t3 cuando la tension de salida del regulador 21 se hace menor que 3,3 V, cae gradualmente para ser eventualmente 0.
Como se ha descrito anteriormente, la salida del regulador 22 en la etapa subsiguiente puede mantener su tension de salida de 3,3 V que es una tension constante, despues del momento t1 en que se produce la anomalfa, hasta el momento t3.
La FIG. 3 es un diagrama que muestra la variacion de tension en cada seccion y la variacion en la salida del circuito de monitorizacion 3. Cuando se produce una anomalfa en el momento tx, la tension de alimentacion de control para el elemento de conmutacion 71 o 72, es decir, la tension de salida del circuito 1b o 1c de salida cae gradualmente, y entonces, en un momento tz, entra en una region de operacion inestable del elemento de conmutacion para ser eventualmente 0.
Despues del momento tx, la tension Vin en cuestion basada en la tension de retroalimentacion cae gradualmente para ser eventualmente 0 V. Por otro lado, debido a la operacion anteriormente descrita del circuito regulador 2, la tension Vr de referencia se mantiene tal como es durante un tiempo incluso despues de que se haya producido la anomalfa. Por lo tanto, por ejemplo, en un momento ty despues de que se haya producido la anomalfa, la tension Vin en cuestion se hace menor que la tension Vr de referencia, y la salida del comparador 31 en el circuito de monitorizacion 3 cambia desde el nivel H al nivel L. Mediante este cambio, la CPU 8 para de enviar las senales de puerta a los respectivos acopladores de accionamiento 5 y 6 para los elementos de conmutacion 71 y 72. Por lo tanto, se pierden las tensiones de puerta de los acopladores de accionamiento 5 y 6 a los elementos de conmutacion 71 y 72, de modo que se apagan los elementos de conmutacion 71 y 72.
Es necesario remarcar que en el momento ty anterior, las tensiones de alimentacion de control para los elementos de conmutacion 71 y 72 de algun modo han cafdo, pero no se produce generacion de calor anormal o funcionamiento erroneo en los elementos de conmutacion 71 y 72 todavfa en este momento del tiempo. Inversamente, la tension Vr de referencia y la relacion de division de las resistencias R1 y R2 se establecen de modo que, antes de surja la posibilidad de que se produzca generacion de calor anormal o funcionamiento erroneo de los elementos de conmutacion 71 y 72, la salida del circuito de monitorizacion 3 se invertira y de este modo se puede detectar la anomalfa.
Como se ha descrito anteriormente, incluso si la tension de entrada al circuito regulador 2 ha cafdo, como el circuito regulador 2 esencialmente emite la tension constante reducida desde la tension de entrada, el circuito regulador 2 continua emitiendo la tension constante hasta que la tension de entrada se hace mas baja de la tension constante. Por lo tanto, la tension de referencia no vana. En consecuencia, cuando la tension Vin en cuestion es mas baja que la tension Vr de referencia, pueden protegerse los elementos de conmutacion 71 y 72 deteniendo la salida de las senales de control hacia los elementos de conmutacion 71 y 72. Aqrn, mediante el uso de la tension de salida del circuito regulador 2 para la tension de alimentacion para la cPu 8, se permite que la CPU 8 continue operando un penodo mas largo, de modo que se puede llevar a cabo la operacion de proteccion con mayor fiabilidad. Ademas, como se ha descrito anteriormente, sin monitorizar la tension de cada circuito de salida, puede llevarse a cabo la monitorizacion de la tension de toda la fuente de alimentacion de conmutacion 1 basandose en la tension de salida del circuito de salida 1a usado para el control de retroalimentacion.
Ademas, en el modo de realizacion anterior, se ha descrito como ejemplo el caso de una cafda anormal de la tension. Sin embargo, tambien en el caso en que la tension suba anormalmente puede obtenerse el mismo efecto simplemente configurando el circuito de monitorizacion (3) para que detecte una anomalfa cuando la tension en cuestion es mayor que la tension de referencia.
Espedficamente, se proporciona otro circuito de monitorizacion 3 mostrado en la FIG. 1 en paralelo y configurado de tal modo que, en un estado normal, la tension Vin en cuestion es mas baja que la tension Vr de referencia, por ejemplo. Entonces, cuando la tension Vin en cuestion se hace mayor que la tension Vr de referencia debido a una subida anormal de la tension, la salida del comparador 31 se invierte y de este modo se detecta el estado anormal. Entonces, se detiene el envfo de las senales de puerta a los acopladores de accionamiento 5 y 6. En este caso, se establece la tension Vr de referencia de modo que la tension Vin en cuestion no excede la tension de ruptura de puerta del IGBT, por ejemplo.
Es decir, de acuerdo con un circuito de alimentacion de potencia de este tipo, se puede detectar de forma fiable una anomalfa (cafda o aumento) de tension con una configuracion de circuito simple, de modo que se pueden proteger los elementos de conmutacion. En caso de que los elementos de conmutacion son IGBT que componen un circuito de conversion de potencia tal como un circuito inversor o un circuito convertidor, cuando la tension de puerta como senal de control cae debido a una cafda anormal de la tension de salida de a fuente de alimentacion de conmutacion, puede producirse una generacion de calor anormal o un mal funcionamiento de los IGBT. Sin embargo, incluso en este caso, deteniendo la alimentacion de la tension de puerta, se puede evitar que se produzcan estos problemas. Ademas, cuando la tension de puerta como senal de control aumenta debido a una subida anormal de la tension de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion, se puede producir la ruptura de los IGBT Sin embargo, incluso en este caso, deteniendo la alimentacion de la tension de puerta se puede evitar que se produzca este problema.
Se debe remarcar que en el circuito regulador 2, el regulador puede disponerse en una etapa o, dependiendo de la tension de entrada o la tension de carga requerida, los reguladores pueden disponerse en tres o mas etapas. En el caso de una pluralidad de etapas, al configurarlas de modo que cuanto mas posterior sea la etapa, menor es la tension constante emitida por la etapa, se puede asegurar facilmente un tiempo hasta que la salida del regulador de la ultima 5 etapa se hace menor que la tension constante. Es decir, incluso si la tension de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion ha cafdo anormalmente, el regulador de la ultima etapa puede mantener su salida de la tension constante durante un tiempo comparativamente largo despues de que se produzca la cafda.
Se debe mencionar que, en el modo de realizacion anterior, los elementos de conmutacion 71 y 72 son IGBT, pero se 10 puede esperar el mismo efecto incluso con otro tipo de elementos de conmutacion tales como MOSFET, cuyo estado de conmutacion cambia dependiendo de la tension de accionamiento.
Lista de signos de referencia
15
1 fuente de alimentacion de conmutacion
1a circuito de salida
2 circuito regulador
3 circuito de monitorizacion
8 CPU (aparato de control)
20
71, 72 elemento de conmutacion (IGBT)

Claims (8)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    REIVINDICACIONES
    1. Un circuito de alimentacion de potencia que suministra tension de alimentacion de control para dar una senal de control a un elemento de conmutacion (71, 72), comprendiendo el circuito de alimentacion de potencia:
    una fuente de alimentacion de conmutacion (1) que incluye un primer circuito de salida (1b, 1c) para suministrar una tension de alimentacion de control a un terminal de control del elemento de conmutacion, y un segundo circuito de salida (1a), la fuente de alimentacion de conmutacion (1) usa la tension de salida del segundo circuito de salida (1a) para un control de retroalimentacion para mantener la tension de salida del segundo circuito de salida (1a) dentro de un intervalo predeterminado, y manteniendo de este modo la tension de salida del primer circuito de salida (1b, 1c) dentro de un intervalo permisible, y
    un circuito de monitorizacion (3) que monitoriza la tension de salida del segundo circuito de salida (1a), caracterizado por que:
    se proporciona un circuito regulador (2) que reduce la tension de salida del segundo circuito de salida (1a) hasta una tension constante predeterminada y emite la tension constante, y
    el circuito de monitorizacion (3) esta configurado de modo que una tension (Vin) en cuestion obtenida de la tension de salida del segundo circuito de salida (1a) es mas alta que una tension (Vr) de referencia obtenida de la tension constante cuando la tension de alimentacion de control es normal, y
    el circuito de monitorizacion (3) emite una senal a un aparato de control (8) para detener la salida de la senal de control del elemento de conmutacion (71, 72) cuando la tension (Vin) en cuestion se hace mas baja que la tension (Vr) de referencia de modo que los elementos de conmutacion (71, 72) se apagan (OFF).
  2. 2. El circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el circuito regulador (2) esta compuesto por reguladores en una pluralidad de etapas de modo que cuanto mas posterior es una etapa, menor es la tension constante emitida por la etapa.
  3. 3. El circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la tension (Vin) en cuestion se vuelve menor que la tension (Vr) de referencia antes de que la tension de alimentacion de control para el elemento de conmutacion (71, 72) se haga menor que una tension predeterminada que permite que el elemento de conmutacion (71, 72) opere de manera normal.
  4. 4. Un circuito de alimentacion de potencia que suministra tension de alimentacion de control para dar una senal de control a un elemento de conmutacion (71, 72), comprendiendo el circuito de alimentacion de potencia:
    una fuente de alimentacion de conmutacion (1) que incluye un primer circuito de salida (1b, 1c) para suministrar una tension de alimentacion de control a un terminal de control del elemento de conmutacion, y un segundo circuito de salida (1a), la fuente de alimentacion de conmutacion (1) usa la tension de salida del segundo circuito de salida (1a) para un control de retroalimentacion para mantener la tension de salida del segundo circuito de salida (1a) dentro de un intervalo predeterminado, y manteniendo de este modo la tension de salida del primer circuito de salida (1b, 1c) dentro de un intervalo permisible; y
    un circuito de monitorizacion (3) que monitoriza la tension de salida del segundo circuito de salida (1a), caracterizado por que
    se proporciona un circuito regulador (2) que reduce la tension de salida del segundo circuito de salida (1a) hasta una tension constante predeterminada y emite la tension constante, y
    el circuito de monitorizacion (3) esta configurado de modo que una tension (Vin) en cuestion obtenida a partir de la tension de salida del segundo tipo de circuito de salida (1a) es mas baja que una tension (Vr) de referencia obtenida a partir de la tension constante cuando la tension de alimentacion de control es normal, y
    el circuito de monitorizacion (3) emite una senal a un aparato de control (8) para detener la salida de la senal de control al elemento de conmutacion (71, 72) cuando la tension (Vin) en cuestion se hace mas alta que la tension (Vr) de referencia de modo que los elementos de conmutacion (71, 72) se apagan (OFF).
  5. 5. El circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la tension (Vin) en cuestion y la tension (Vr) de referencia son tensiones vistas desde un potencial comun GND en el lado de salida de la fuente de alimentacion de conmutacion (1).
  6. 6. El circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que, asf como la tension (Vin) en cuestion y la tension (Vr) de referencia, una tension de alimentacion para el aparato de control (8) es una tension vista desde el potencial GND.
  7. 7. El circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la tension de salida del circuito regulador (2) es usada como la tension (Vin) de alimentacion para el aparato de control (8).
  8. 8. El circuito de alimentacion de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el elemento de conmutacion (71, 72) es una pluralidad de elementos de tipo accionado por tension que componen un circuito de conversion de potencia.
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