ES2942568T3 - Sistema RF para lámpara de radiofrecuencia - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un sistema HF que comprende un dispositivo HF (5), en particular una lámpara HF, así como una bujía HF o aplicación similar de plasma HF, y un dispositivo acoplador de señal HF (3) para operar dicho dispositivo HF (5). El sistema HF comprende un oscilador (7) para generar una señal HF para operar dicho dispositivo HF (5), y dicho sistema se caracteriza porque comprende medios (15) para generar una señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del dispositivo HF, en base a la señal HF generada por el oscilador (7) y una señal reflejada por dicho dispositivo HF. Además, el sistema se caracteriza porque comprende un dispositivo (27), preferentemente sin microprocesador, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema RF para lámpara de radiofrecuencia
La invención se refiere a un dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia según el preámbulo de la reivindicación 1, a un sistema de radiofrecuencia según el preámbulo de la reivindicación 13 y a un procedimiento para operar un mecanismo de radiofrecuencia según el preámbulo de la reivindicación 14.
Un sistema de RF del tipo mencionado aquí se conoce, por ejemplo, por la publicación WO 2009/068618 A2. Sirve en particular para el funcionamiento eficiente de equipos de radiofrecuencia, como lámparas de radiofrecuencia a altas frecuencias, principalmente en la banda ISM a 2,45 GHz. El funcionamiento de los dispositivos de RF, en particular lámparas de RF, bujías de RF o aplicaciones similares de plasma de RF requiere una buena adaptación de radiofrecuencia de la lámpara. La adaptación de la lámpara depende de la frecuencia y es una medida de cuál proporción de señal de RF generada por un oscilador puede ser absorbida por la lámpara para operarla. En consecuencia, cuanto mayor sea la adaptación del mecanismo de RF a la frecuencia de una señal de RF suministrada, menor será la proporción de una señal reflejada por la lámpara. Por lo tanto, la adaptación del mecanismo de RF contribuye significativamente a la eficiencia total del sistema de RF. La desviación de la frecuencia de funcionamiento respecto de la frecuencia óptima adaptada en un sistema de RF del orden de unos pocos 10 MHz puede conducir a una reducción de la eficiencia de más del 50%, principalmente en lámparas de ahorro de energía que funcionan con radiofrecuencia. La adaptación del mecanismo de RF a una señal de RF suministrada depende de una serie de factores. Estos incluyen, en particular, tolerancias de fabricación, comportamiento de temperatura y cambios relacionados con la edad en la electrónica del mecanismo de RF. Además, la posición y, por lo general, también la magnitud de la adaptación cambia después del encendido del mecanismo de RF, como se puede ver claramente en la Fig. 1. La Fig. 1a muestra una representación esquemática de la frecuencia de funcionamiento f0 de la señal de RF suministrada al mecanismo de RF antes del encendido y la Fig. 1 b muestra la misma señal después del encendido del mecanismo de RF. Queda claro que la frecuencia de funcionamiento f0 ' se desplaza después del encendido del mecanismo de RF, de modo que ya no corresponde a la frecuencia de funcionamiento óptima del mecanismo de RF. La adaptación del mecanismo de RF ya no es óptima en este caso y se producen reflexiones de una señal de RF suministrada al mecanismo de RF, lo que, como ya se mencionó, puede reducir significativamente la eficiencia del mecanismo de RF.
En el estado de la técnica se conocen circuitos de regulación que se proporcionan para la regulación dinámica de una adaptación de un mecanismo de RF. Estos utilizan, por ejemplo, condensadores intercambiables conocidos del campo del desarrollo de amplificadores y la tecnología de plasma MHz. Los condensadores variables conectados a motores paso a paso se utilizan para lograr la transformación de la impedancia. Esta solución permite una adaptación analógica del equipo RF, pero prevé obligatoriamente el uso de un microcontrolador que controla la regulación y efectúa los ajustes individuales. Por un lado, esto extiende el tiempo de adaptación dinámica y también hace que el circuito sea relativamente complejo y costoso.
Además, se sabe que se proporcionan redes de conmutación a frecuencias más altas, por ejemplo, en el rango de radio móvil, que permiten mecanismos de adaptación con estados discretos para la adaptación dinámica de una antena mediante la activación o desactivación de diferentes elementos inductivos y capacitivos. Por medio de esta solución se pueden realizar valores de adaptación discretos para una gran variante de impedancias de carga. Las etapas discretas factibles y las desviaciones de carga compensables dependen del número de estados de conmutación y de los elementos de los mecanismos de adaptación. Esta solución también prevé obligatoriamente el uso de un microcontrolador, lo que a su vez hace que todo el sistema sea complejo y relativamente caro.
La publicación US 2002 / 079845 A1 describe una lámpara de apertura ultrabrillante, acoplada inductivamente, sin electrodos, con baja potencia que es suministrada por una fuente de RF de estado sólido en el rango de unas pocas decenas a varios cientos de vatios en diversas frecuencias en el rango de 400 a 900 MHz. Se presentan numerosos nuevos circuitos de lámparas y componentes, incluida una bobina en forma de alianza con un ducto axial y radial, una pila de condensadores de alta precisión, una copa de apertura con alta conductividad térmica y diversas otras configuraciones de lámpara de apertura, una disposición coaxial de condensadores y un conjunto integrado de bobina y condensadores. También se divulgan numerosos circuitos de RF nuevos, incluido un circuito oscilador de alta potencia con una configuración de polo resonante de complejidad reducida, transistores paralelos FET de potencia RF con circuito-puerta suave, un circuito de sintonización de frecuencia continuo, un acoplador direccional de seis puertas, una fuente de RF de conmutación de impedancia y una fuente de RF con características de carga de frecuencia controlada. Se presentan numerosos procedimientos nuevos de control de RF, incluido el ajuste controlado de la frecuencia de operación para encontrar una frecuencia resonante y reducir la potencia de RF reflejada, la conmutación controlada de un sistema de lámpara con conmutación de impedancia, el control de potencia activa y el control activo de voltaje de polarización de puerta. Las soluciones propuestas se perciben como demasiado complicadas y, por lo tanto, demasiado caras de realizar.
La publicación US 2010/0253231 A1 describe sistemas y procedimientos para una lámpara de plasma sin electrodos. Una sonda de accionamiento está acoplada al cuerpo de la lámpara para proporcionar la potencia primaria para el encendido y el funcionamiento continuo de la lámpara. La retroalimentación se utiliza para ajustar la frecuencia en respuesta a las condiciones cambiantes de la lámpara durante el arranque. Se utiliza un oscilador de cambio de fase
para ajustar la fase de potencia entre el encendido y el funcionamiento estacionario de la lámpara. Un sensor puede detectar una condición de funcionamiento de la lámpara que desencadena automáticamente un cambio de fase después de que el llenado de la lámpara se ha evaporado. El cambio de fase se puede adaptar aún más si el plasma se calienta y la impedancia continúa cambiando. Las condiciones de voltaje de polarización de un amplificador se pueden cambiar para cambiar la clase de funcionamiento del amplificador para diferentes tipos de funcionamiento de la lámpara. Las soluciones propuestas se perciben como demasiado complicadas y, por lo tanto, demasiado caras de realizar.
La publicación US 2010/0283389 A1 describe una lámpara de guía de onda coaxial sin varilla eléctrica. La lámpara está diseñada en analogía con los cables de guía de onda coaxial, con un conductor externo, un conductor central y un recipiente de llenado de gas hecho de material dieléctrico entre los conductores externo e interno. El recipiente de llenado de gas es esencialmente hueco y está lleno de sustancias que forman un plasma y emiten luz cuando la radiación de RF transportada por el conductor central y el conductor de tierra interactúa con las sustancias en el recipiente de llenado de gas. La presente invención también se refiere a una lámpara sin electrodos que tiene una guía de onda no hermetizada. La lámpara está construida de manera análoga a las guías de onda de fuga, con un conductor, un conductor de tierra y un recipiente de llenado de gas hecho de material dieléctrico, que golpea el conductor y está rodeado por el conductor de tierra. La lámpara de guía de onda de fuga sin electrodos emite luz de un plasma similar al efecto de emisión de luz de la lámpara de guía de onda sin electrodos descrita anteriormente. Las soluciones propuestas se perciben como demasiado complicadas y, por lo tanto, demasiado caras de realizar.
El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, crear un mecanismo de acoplamiento de señal de RF según cualquiera de las reivindicaciones 1-12 y un sistema de RF según la reivindicación 13 que comprende un mecanismo de RF en forma de lámpara de RF o bujía de RF, que realiza la adaptación del mecanismo de RF a una frecuencia de funcionamiento óptima de manera simple, rentable y eficiente.
Para lograr el objetivo descrito anteriormente, se propone un dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia configurado para el funcionamiento de un mecanismo de radiofrecuencia, en forma de lámpara de radiofrecuencia o bujía de radiofrecuencia según la reivindicación 1, en donde el dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia tiene un oscilador para generar una señal de radiofrecuencia que se suministra al mecanismo de radiofrecuencia para su funcionamiento; tiene además medios que están configurados para generar una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia sobre la base de la señal de radiofrecuencia generada por el oscilador y suministrada al mecanismo de radiofrecuencia y una señal reflejada por el mecanismo de radiofrecuencia y, además, un equipo para generar una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador, basado en la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia, en donde el equipo comprende un mecanismo de filtro y un discriminador de amplitud, en donde el discriminador de amplitud comprende un comparador, un mecanismo de generación de valores de voltaje y una unidad lógica, en donde la unidad lógica comprende al menos una puerta lógica, en donde el dispositivo de generación de valor de voltaje genera un valor de voltaje fijo, en donde la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia y el valor de voltaje fijo se suministran al comparador, por lo cual se comparan la señal de voltaje proporcional y el valor de voltaje fija y se genera una primera condición, en donde el discriminador de amplitud está configurado para generar una segunda condición basada en la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia, en donde la primera condición y la segunda condición se introducen a la al menos una puerta lógica de la unidad lógica, en donde el discriminador de amplitud se forma además para generar un voltaje de salida digital o sincronizado sobre la base de la primera condición, la segunda condición y una tabla de verdad, en la que se basa al menos una puerta lógica, y emitirlo al mecanismo de filtro, en donde el mecanismo de filtro está diseñado para alisar el voltaje de salida digital o sincronizado de tal manera que se genere una señal de salida analógica, que se emite al oscilador como una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida.
Para lograr el objetivo anterior, también se propone un sistema de RF que tiene las características de la reivindicación 13. El sistema de radiofrecuencia según la invención comprende un mecanismo de radiofrecuencia en forma de lámpara de radiofrecuencia o bujía de radiofrecuencia, y un dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia según una de las reivindicaciones 1-12.
Partes del objeto de la descripción que no están cubiertas por las reivindicaciones representan información de antecedentes o ejemplos que son útiles para comprender la invención.
Un punto esencial de la presente invención es, por lo tanto, que se garantiza una adaptación óptima del mecanismo de Rf en el momento del encendido y durante la operación, que se consigue mediante un circuito de regulación que regula dinámicamente la frecuencia de la señal de regulación a la frecuencia de la adaptación óptima del mecanismo de RF. Tal circuito de regulación puede denominarse circuito ALL (circuito de bucle bloqueado de amplitud (Amplitude Locked Loop)). El sistema de RF según la invención y, en particular, el mecanismo de acoplamiento de señal de RF según la invención, permiten así una regulación analógica y dinámica del nivel de frecuencia de una señal de RF a la adaptación de un mecanismo de RF, en particular de una lámpara de ahorro de energía, tanto en el momento del encendido como también durante el funcionamiento de la lámpara de ahorro de energía. En contraste con las soluciones previamente conocidas del estado de la técnica, la presente invención preferiblemente no requiere microcontrolador, sino sólo unas pocas puertas lógicas que forman una unidad lógica necesaria para controlar los
elementos del circuito. De esta manera, todo el sistema de RF se simplifica enormemente y se puede realizar en un solo CI de semiconductor si es necesario.
La idea básica esencial de la presente invención es que se genera una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF o se proporcionan los medios correspondientes para ello, en donde la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF se genera sobre la base de la señal de RF generada por el oscilador y de una señal reflejada por el mecanismo de RF. La señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF se procesa posteriormente en un dispositivo preferiblemente sin microprocesador, en particular utilizando al menos una puerta lógica, de modo que se pueda emitir una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador en muy poco tiempo.
Por medio del sistema de RF según la invención se efectúa una regulación analógica de la frecuencia de funcionamiento a la frecuencia con la mejor adaptación del mecanismo de RF. Esto asegura que el encendido del plasma de RF tenga lugar de forma segura a una frecuencia óptima. También garantiza que la lámpara funcione a una frecuencia óptima. Además, se garantiza que las desviaciones entre la frecuencia de funcionamiento y la frecuencia óptima que se deben, por ejemplo, a las tolerancias de fabricación, el comportamiento de la temperatura o los cambios relacionados con la edad en la electrónica, se tengan en cuenta durante el encendido y durante el funcionamiento. Al prescindir de un microcontrolador, un sistema de RF preferido según la presente invención logra una regulación más rápida de la frecuencia de operación, ya que el tiempo de control es ahora esencialmente solo una función de los tiempos de duración de la puerta. Además, toda la disposición del circuito del mecanismo de acoplamiento de señal de Rf se vuelve más compacta porque solo se requieren puertas lógicas individuales. La disposición del circuito también se puede realizar opcionalmente en un solo CI de semiconductores. Con un CI de semiconductores se presenta un enfoque de solución más compacto y rentable para la producción en masa. Otra ventaja que ofrece la presente invención es el desarrollo mucho menos complejo, ya que el hardware es más delgado y no se requiere software. Debido a que no se requiere software, no pueden ocurrir errores de software, por lo que el sistema de RF en su conjunto es menos susceptible a fallar.
Se prefiere principalmente un sistema de RF en el que los medios para generar una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF comprenden al menos un mecanismo de desacoplamiento para desacoplar una porción de la señal de RF generada por el oscilador y al menos otro mecanismo de desacoplamiento para desacoplar una porción de la señal reflejada por el mecanismo de RF. Además, se proporciona preferiblemente un mecanismo de detección de voltaje para detectar y emitir una señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal de RF generada por el oscilador y al menos otro mecanismo de detección de voltaje para detectar y emitir una señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal reflejada por el mecanismo de r F. Para generar la señal de voltaje real proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF, se proporciona preferiblemente un dispositivo, en particular al menos un amplificador operacional que, basado en la señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal reflejada por el mecanismo de Rf y la señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal de r F generada por el oscilador, genera la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF.
Alternativamente, los medios para generar una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF pueden comprender un circulador formado para desacoplar una porción de la señal de RF generada por el oscilador y para desacoplar una porción de la señal reflejada por el mecanismo de RF y, opcionalmente, detecta y emite las señales de voltaje correspondientes de las fracciones desacopladas. Preferiblemente, el circulador comprende al menos un dispositivo, en particular al menos un amplificador operacional o al menos un circuito amplificador, que genera una señal de voltaje proporcional al grado de voltaje del mecanismo de RF basado en las señales de voltaje de las fracciones desacopladas.
En otro sistema de RF preferido, el dispositivo preferiblemente sin microprocesador para generar una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador comprende una unidad lógica con al menos una, preferiblemente dos puertas lógicas, que emite una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador sobre la base de al menos una, preferiblemente tres condiciones. Además, la unidad lógica puede estar conectada a un registro de desplazamiento, en donde el registro de desplazamiento se proporciona para recibir una señal de salida de la unidad lógica. Además, el dispositivo, preferiblemente sin microprocesador, también puede comprender un mecanismo de sincronización para sincronizar la señal de salida de la unidad lógica. De esta manera se puede generar o sincronizar una señal digital artificial. Preferiblemente, la unidad lógica está conectada al oscilador a través de un filtro de bucle para generar un voltaje de salida analógico para regular el oscilador. La frecuencia de salida analógica se genera en particular alisando la señal de salida digital de la unidad lógica mediante el filtro de bucle. Alternativamente, en lugar del filtro de bucle, se puede proporcionar una disposición de bomba de carga (chargepumps) para generar un voltaje de salida analógico, para regular la frecuencia del oscilador. Como alternativa adicional se puede prescindir tanto del filtro de bucle, como también de la disposición de la bomba de carga y, en su lugar, el dispositivo preferiblemente sin microprocesador y, en particular, la unidad lógica puede configurarse para que esté diseñada para generar un voltaje de salida analógico para regular la frecuencia del oscilador. Preferiblemente, el sistema de RF también comprende un circuito de reinicio, que está diseñado para hacer pasar el oscilador a un estado predefinido. Por lo tanto, el circuito de reinicio permite establecer un estado predefinido del oscilador, en particular una frecuencia de funcionamiento predefinida.
Finalmente, para lograr el objetivo antes mencionado, se propone un procedimiento para operar un sistema de radiofrecuencia según la invención que comprende un mecanismo de radiofrecuencia en forma de una lámpara de radiofrecuencia o una bujía de radiofrecuencia, en donde el procedimiento comprende la etapa de generar un valor de voltaje fijo en un dispositivo de generación de valor de voltaje del discriminador de amplitud, además la etapa de generar una primera condición por la cual se introduce al comparador la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia y el valor de voltaje fijo y se compara la señal de voltaje proporcional y el valor de voltaje fijo en el comparador; además, tiene la etapa de generar una segunda condición en el discriminador de amplitud, basada en la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia; además, tiene la etapa de introducción de la primera condición y la segunda condición, a la al menos una puerta lógica de la unidad lógica; además, comprende la etapa de generación de un voltaje de salida digital o sincronizado en el discriminador de amplitud, basada en la primera condición, la segunda condición y una tabla de verdad en la que se basa al menos una puerta lógica; y comprende la etapa de emisión del voltaje de salida digital o sincronizado al mecanismo de filtro; además, comprende la etapa de generar una señal de salida analógica alisando el voltaje de salida digital o sincronizado por medio del mecanismo de filtro y comprende la etapa de emisión de la señal de salida analógica al oscilador como señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador.
Se prefiere un procedimiento en el que se genera una primera condición sobre la base de la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF antes de generar una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador. Esta primera condición se obtiene preferiblemente comparando la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF con un valor de voltaje predefinido. Preferiblemente, se genera además una segunda condición sobre la base de la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF antes de generar una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador. En particular, la segunda condición se obtiene derivando la señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF. El procedimiento según la invención comprende preferentemente, además, la etapa de introducir la primera y la segunda condición y, en particular, una tercera condición a una o más puertas lógicas y generar una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador sobre la base de una tabla de verdad que se basa en las puertas lógicas.
Con respecto a las ventajas del procedimiento según la invención, se hace referencia a las ventajas explicadas anteriormente del sistema RF según la invención.
La invención se explica con más detalle a continuación sobre la base del dibujo.
La Figura 1a muestra un diagrama esquemático de la frecuencia de funcionamiento antes del encendido del mecanismo de RF;
La Figura 1b muestra un diagrama esquemático de la frecuencia de funcionamiento después del encendido del mecanismo de RF;
La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de un ejemplo de realización de un sistema de RF según la invención;
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de una realización de un dispositivo preferiblemente sin microprocesador para generar una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador;
La Figura 4 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización de una unidad lógica según la invención;
La Figura 5 muestra una tabla de verdad realizada por la unidad de lógica;
La Figura 6 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización de un dispositivo reloj;
La Figura 7 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización de un filtro de bucle, y
La Figura 8 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización de un circuito de reinicio.
La Fig. 2 muestra una representación esquemática de una forma de realización de un sistema de RF 1 según la invención. El sistema de Rf 1 comprende un mecanismo de acoplamiento de señal de RF 3 y un mecanismo de RF 5, que puede ser una lámpara de Rf , una bujía de RF o una aplicación similar de plasma de RF. A continuación, la invención se describe puramente a modo de ejemplo por medio de una lámpara de RF utilizando el signo de referencia 5.
El mecanismo de acoplamiento de señal de RF 3 se utiliza para operar la lámpara de RF 5 y para esto genera una señal de RF con una frecuencia de funcionamiento para el encendido y el funcionamiento de la lámpara de RF 5 por medio de un oscilador 7. En la forma de realización, mostrada en la Fig. 2, del sistema de RF 1 según la invención, un amplificador 9 y un elemento de amortiguación 11 están conectados al oscilador 7, por medio de los cuales la señal de salida del oscilador 7 puede aumentarse o disminuirse antes de que se aumente a la potencia de operación por medio de un amplificador adicional 13. Los amplificadores 9 y 13 y el elemento de amortiguación 11 son opcionales y
pueden omitirse o reemplazarse por otros elementos adecuados. También es concebible la disposición en otras combinaciones entre la lámpara de RF 5 y el oscilador 7.
El mecanismo de acoplamiento de señal de RF 3 también comprende con el signo de referencia 15 medios combinados para generar una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF. Según la forma de realización de la invención mostrada en la Fig. 2, estos medios 15 comprenden dos dispositivos de acoplamiento 17 y 19, en donde el mecanismo de desacoplamiento 17 sirve para desacoplar una fracción a de la señal de RF generada por el oscilador 7, mientras que el mecanismo de desacoplamiento 19 se utiliza para desacoplar una fracción b de la señal reflejada por la lámpara de RF 5. Se entiende que una señal b es reflejada por la lámpara de RF 5 solo si la lámpara no está adaptada de manera óptima a la frecuencia de la señal de r F generada por el oscilador 7. Es decir que el mecanismo de desacoplamiento 17 se utiliza para desacoplar la potencia entrante de una lámpara de RF 5, mientras que el mecanismo de desacoplamiento 19 se utiliza para desacoplar una potencia saliente de la lámpara de RF 5, es decir, reflejada.
Los medios con la cifra de referencia 15 también comprenden un mecanismo de detección de voltaje 21 (detector) que se utiliza para detectar y emitir una señal de voltaje de la porción desacoplada a de la señal de Rf generada por el oscilador 13. Además, se proporciona un mecanismo de detección de voltaje 23 (detector) que se utiliza para detectar y emitir una señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal reflejada b de la lámpara de RF 5. Las dos señales de voltaje generadas por los dispositivos sensores de voltaje 21 y 23 se suministran según la presente forma de realización de la invención a un amplificador operacional 25 común que genera un voltaje Uprop proporcional al ajuste de la lámpara basado en los voltajes de salida de los mecanismos de detección de voltaje 21 y 23.
Como alternativa a la forma de realización de los medios marcados con la cifra de referencia 15 para generar una señal de voltaje Uprop proporcional al grado de adaptación de la lámpara de RF, se puede usar un circulador en lugar de los dispositivos de acoplamiento 17 y 19, que desacopla la señal reflejada de la lámpara de RF 5 de la conexión entre la lámpara de RF 5 y el oscilador 7 y proporciona como magnitud de regulación. Sin embargo, la señal de RF del oscilador 7 se pierde. En este caso, se puede prescindir del amplificador operacional 25 o se puede reemplazar por un circuito amplificador. En una forma de realización adicional de los medios 15 para generar una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación de la lámpara de RF, también puede proporcionarse solo un mecanismo de desacoplamiento 17 o 19 que puede servir en cada caso para desacoplar tanto la porción de la señal de RF generada por el oscilador 7 como la porción de señal de RF reflejada por la lámpara 5.
El factor decisivo es solo que se proporciona un mecanismo que genera una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de r F a partir de la señal de RF del oscilador 7 y de la señal reflejada en la lámpara 5. Es decir, la señal de voltaje generada proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF es una medida de cuánto de la señal de RF del oscilador 7 guiada a la lámpara de RF 5 se refleja en la lámpara de RF 5 y qué tan alta es la desadaptación de la lámpara de RF.
En una etapa posterior, según la invención, el voltaje proporcional al ajuste de la lámpara Uprop se suministra a un mecanismo 27 preferiblemente sin microprocesador para generar una señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador 7. El mecanismo 27 preferiblemente sin microprocesador comprende en la forma de realización mostrada en la Fig. 2 un discriminador de amplitud 29, un mecanismo de filtro 31 y un circuito de reinicio 33. El discriminador de amplitud 29 genera un voltaje Ud de salida digital o sincronizado sobre la base del voltaje Uprop proporcional al grado de adaptación de la lámpara de RF 5, que a su vez se suministra a un mecanismo de filtro, en particular al filtro de bucle 31, que alisa la señal sincronizada Ud de tal manera que se genera una señal de salida Ua sustancialmente analógica que se suministra al oscilador 7 como voltaje de regulación. El voltaje de regulación Ua suministrado al oscilador 7 es, por lo tanto, una medida de si la frecuencia del oscilador 7 debe aumentarse, disminuirse o permanecer igual.
La Fig. 3 muestra una forma de realización ejemplar del llamado discriminador de amplitud 29 que se muestra en la Fig. 2. El discriminador de amplitud 29 comprende una entrada 35 a la que se suministra el voltaje Uprop proporcional al grado de adaptación de la lámpara de RF 5. En el discriminador de amplitud 29 se generan un total de tres condiciones K1, K2 y K3 en el presente ejemplo de realización. La primera condición K1 se genera sobre la base de la señal de voltaje Uprop proporcional al grado de ajuste de la lámpara de RF 5 comparándola con un valor de voltaje predefinido. Para este propósito, el discriminador de amplitud 29 comprende un comparador 39 al que, por un lado, se suministra la señal de voltaje Uprop y, por otro lado, un valor de voltaje fijo que es generado por un mecanismo de generación de valor de voltaje 41. El mecanismo de generación del valor de voltaje 41 se realiza preferiblemente mediante un divisor de voltaje. El comparador 39 compara el valor actual del voltaje Uprop con el valor de voltaje fijo del mecanismo de generación de voltaje 41. La señal de salida resultante del comparador 39 corresponde a la primera condición K1.
Simultáneamente en el discriminador de amplitud 29, la señal de voltaje Uprop se suministra a una unidad diferenciadora 43 con comparador invertido integrado que deriva la señal de voltaje Uprop. Por lo tanto, la señal de salida de la unidad diferenciadora 43 proporciona información sobre la tendencia de adaptación de la lámpara, es decir, si disminuye o aumenta, y corresponde a la segunda condición K2.
La primera condición K1 y la segunda condición K2 se suministran a una unidad lógica 45. La unidad lógica 45 está conectada a un registro de desplazamiento, en particular a un registro de desplazamiento de 2 bits 47, que puede ser realizado, por ejemplo, por medio de dos dispositivos biestables D (D-flip-flops) y recibe de estos una tercera condición K3. El registro de desplazamiento 47 puede conectarse, como se muestra en la Fig. 3, a un reloj 49 para digitalizar artificialmente o sincronizar el proceso analógico dentro del discriminador de amplitud 29.
Una posible realización de la unidad lógica 45 del discriminador de amplitud 29 se muestra en la forma de realización esquemática según la Fig. 4. La unidad lógica 45 comprende tres entradas 51,53 y 55, en donde a través de la entrada 51 se suministra la primera condición K1, a través de la segunda entrada 53 se suministra la segunda condición K2 y a través de la tercera entrada 55 se suministra la tercera condición K3 de la unidad lógica 45. La unidad lógica 45 comprende además una salida 57 conectada al registro de desplazamiento 47 que se muestra en la Fig. 3.
En la forma de realización ejemplar según la Fig. 4, la unidad lógica 45 comprende dos puertas lógicas 59 y 61 y un inversor 63. La puerta lógica 61 es un ejemplo de una puerta XOR, mientras que la puerta lógica 49 es una puerta AND. En el inversor 63 se invierte la señal suministrada de la puerta XOR 61. Si la señal de salida Y está en la salida 57 de la unidad lógica 45, lo siguiente se aplica a la disposición mostrada en la Fig. 4:
La unidad lógica 45, que tiene la relación anterior, se puede asignar a la tabla de verdad que se muestra en la Fig. 5. De la tabla de verdad según la Fig. 5 se deduce que, en esta realización, la frecuencia de salida del oscilador 7 se incrementa (Y = 1) solo si el voltaje proporcional Uprop a la adaptación de la lámpara del amplificador operacional 25 excede un valor especificado por el mecanismo de generación de valor de voltaje 41 y al mismo tiempo
- la condición K2 generada por la unidad diferenciadora 43 con comparador inversor integrado está presente (K2="1"), mientras que el bit n-1 del registro de desplazamiento 47 corresponde a un "1"
- o la condición K2 generada por la unidad diferenciadora 43 con comparador invertido integrado no está presente (K2="0"), mientras que el bit N-1 del registro de desplazamiento 47 corresponde a un "0".
El mecanismo de sincronización 49 es ventajoso porque se pueden evitar decisiones erróneas debido a una respuesta transitoria de las puertas lógicas individuales. Una posible realización del mecanismo de sincronización 49 se muestra en la Fig. 6. Solo a modo de ejemplo, el mecanismo de sincronización 49 comprende tres inversores 65, 67 y 69, dos resistencias 71 y 73 y un condensador 75 para realizar una señal en el terminal de salida 77 con una frecuencia fija f. Para un valor de resistencia R para las resistencias 71 y 73 y un valor de capacitancia C para el condensador 75, se obtiene la siguiente frecuencia:
f=0,558/(RC).
En la Fig. 7 se reconoce una forma de realización ejemplar del filtro de bucle 31 que se muestra en la Fig. 2, que recibe un voltaje de salida Ud sincronizado del discriminador de amplitud 29. El filtro de bucle 31 genera un voltaje analógico para regular la frecuencia de salida del oscilador 7 a partir de las señales de control digitales de la unidad lógica 45 que se ejecutan por medio del registro de desplazamiento 47. En la forma de realización según la Fig. 7, el filtro de bucle 31 comprende una resistencia en serie 79 y al menos un condensador de derivación (tipo shunt) 81 y al menos una resistencia de derivación (tipo shunt) 83, que se encuentran entre el terminal de entrada 85 conectado al registro de desplazamiento 47 y el terminal de salida 87, conectado al oscilador 7, del filtro de bucle 31.
Para aumentar la frecuencia de salida del oscilador 7, la salida 57 de la unidad lógica 45 se establece en "1". Esta señal carga el condensador de derivación (shunt) 81 en el filtro de bucle 31 a través de la resistencia en serie 79 con una constante de tiempo Tcarga correspondiente al producto del valor de resistencia de la resistencia en serie 79 y a la capacitancia del condensador de derivación (shunt) 81. El valor "0" en la salida 57 de la unidad lógica 45 hace que la carga en el condensador de derivación (shunt) 81 se descargue a través de la conexión paralela de la resistencia de derivación (shunt) 83 y la resistencia 79. La constante de tiempo correspondiente Tdescarga corresponde al producto de la capacitancia del condensador de derivación (shunt) 81 y a la resistencia resultante de la conexión paralela de las dos resistencias 79 y 83.
La Fig. 8 muestra una posible forma de realización del circuito de reinicio 33 que se muestra en la Fig. 2. En esta forma de realización, el circuito de reinicio 33 comprende un comparador 89 para comparar el voltaje en el condensador de derivación (shunt) 81 en el filtro de bucle 31 con un voltaje de referencia Ucomparación, en donde el voltaje de referencia Ucomparación puede ser generado, por ejemplo, por un divisor de voltaje 91 externo. Esto permite determinar la frecuencia límite inferior de la regulación. Si el voltaje en el condensador de derivación (shunt) 81 en el filtro de bucle 31 cae por debajo del valor de voltaje Ucomparación, se genera un voltaje a través de un interruptor 93 monoestable, que carga el condensador de derivación (shunt) 81 en el filtro de bucle 31. Como resultado, la frecuencia de salida del oscilador 7 se puede ajustar a una frecuencia límite superior de la regulación. El circuito de reinicio 33 y el proceso de reinicio resultante se pueden activar tanto al encender como durante el funcionamiento de la lámpara de RF 5 según sea necesario.
En resumen, se puede afirmar que el sistema de RF 1 que se muestra en la Fig. 2 es simplemente un ejemplo de realización que es modificable con respecto a algunos elementos. En particular, los dispositivos de desacoplamiento pueden ser reemplazados por un circulador. Los mecanismos de detección de voltaje 21 y 23 pueden ser detectores diseñados aleatoriamente. Además, es posible integrar el circuito de reinicio 33 que se muestra en la Fig. 8 o su función en la unidad lógica 45. Por otro lado, es posible reemplazar el circuito de reinicio 33 por puertas, en particular por comparadores y/o circuitos simples de muestreo y retención.
Por lo demás, el filtro de bucle 31 según la Fig. 7 puede ser reemplazado por bombas de carga, es decir, circuitos de bomba de carga basados en el modelo de un circuito de bucle bloqueado de fase (PLL por Phase-Locked-Loop). En este caso, el circuito puede diseñarse de manera que se pueda "mantener" una frecuencia de funcionamiento óptima. En este caso, el circuito es un poco más complejo y más grande, y requiere una nueva unidad lógica, así como voltajes negativos. También es concebible integrar el filtro de bucle 31 o al menos su función en la unidad lógica 45. Un voltaje de salida analógico se genera directamente en la unidad lógica 45, de modo que el uso de un sincronizador es superfluo. También es concebible la extensión de la unidad lógica 45. En particular, se pueden tener en cuenta otras condiciones que pueden realizar funciones adicionales sin el uso de un microprocesador. Para este propósito, pueden ser necesarias puertas lógicas adicionales. Además, el registro de desplazamiento 47 también puede cambiarse y completarse en particular, por ejemplo, mediante el uso de circuitos biestables (flip-flop) astables. En particular, se pueden proporcionar elementos adicionales que hagan superfluo el sincronizador o el mecanismo de sincronización 49.
También el uso de los amplificadores 9 y 12 y el elemento de amortiguación 11 es opcional. También es concebible, por ejemplo, utilizar un amplificador con amplificación variable para un ajuste de potencia más preciso. Del mismo modo, el elemento de amortiguación puede diseñarse de forma variable o se puede proporcionar un elemento de amortiguación variable adicional correspondiente. En particular, el orden de la amplificación y de la amortiguación es opcional.
En general, la presente invención realiza un sistema de RF y, en particular, un mecanismo de acoplamiento de señal de RF ventajoso para su uso en un sistema de RF para acoplar con la menor cantidad posible de pérdidas una señal de RF a un mecanismo de RF, en particular a una lámpara de RF. El mecanismo de acoplamiento de señal de RF está formado preferiblemente sin microprocesador y utiliza más bien puertas lógicas que hacen que un microprocesador sea superfluo. De esta manera, el sistema de RF realiza una regulación analógica rápida de la frecuencia de salida de un mecanismo de acoplamiento de señal de RF, por ejemplo, para lámparas de ahorro de energía. El mecanismo de acoplamiento de señal de RF según la invención permite un encendido y un funcionamiento eficiente de una lámpara de r F a esa frecuencia de funcionamiento que tiene la mejor adaptación a la lámpara de RF. La regulación analógica ventajosa puede compensar aún más los desplazamientos de frecuencia causados por las tolerancias de fabricación, el comportamiento de la temperatura operativa o los cambios relacionados con la edad de la electrónica. La unidad lógica implementada consiste en puertas lógicas individuales y, en consecuencia, permite una integración ventajosa del circuito en un solo CI de semiconductores. Por lo tanto, crea los requisitos previos para una realización rentable del mecanismo de acoplamiento de señal de RF y, por lo tanto, de todo el sistema de RF en la fabricación en masa.
Lista de signos de referencia
I Sistema RF
3 Mecanismo de acoplamiento de señal de RF
5 Dispositivo RF (lámpara RF)
7 Oscilador
9 Amplificador
I I Elemento de amortiguación
13 Amplificador
15 Medios para generar una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de RF 17 Mecanismo de desacoplamiento
19 Mecanismo de desacoplamiento
21 Mecanismo de detección de voltaje
23 Mecanismo de detección de voltaje
25 Amplificadores operacionales
27 Mecanismo preferiblemente sin microprocesador
29 Discriminador de amplitud
31 Mecanismo de filtro (filtro de bucle)
33 Circuito de reinicio (mecanismo de reinicio)
35 Entrada
37 Mecanismo de comparación
39 Comparador
41 Mecanismo de generación de valor de voltaje
43 Unidad diferenciadora
45 Unidad lógica
47 Registro de desplazamiento
49 Mecanismo de sincronización
51 Entrada
53 Entrada
55 Entrada
57 Salida
59 Puertas lógicas
61 Puertas lógicas
63 Inversor
65 Inversor
67 Inversor
69 Inversor
71 Resistencia
73 Resistencia
75 Condensador
77 Puerto de salida
79 Resistencia en serie
81 Condensador de derivación (shunt)
83 Resistencia de derivación (shunt)
85 Entrada
87 Salida
89 Comparador
91 Divisor de voltaje externo
93 Interruptor monoestable
f0 Frecuencia de funcionamiento
f0' Frecuencia de funcionamiento desplazada
a Porción de la señal de RF del oscilador
b Porción de la señal reflejada
Uprop Voltaje proporcional al grado de adaptación de la lámpara
Ud Voltaje de salida sincronizada
Ua Señal de salida analógica
Claims (15)
1. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3), configurado para operar un mecanismo de radiofrecuencia (5), en forma de lámpara de radiofrecuencia o bujía de radiofrecuencia, en donde el dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia comprende:
- un oscilador (7) para generar una señal de radiofrecuencia que se suministra al mecanismo de radiofrecuencia (5) para su funcionamiento;
- medios (15) configurados para generar una señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) sobre la base de la señal de radiofrecuencia generada por el oscilador (7) y suministrada al mecanismo de radiofrecuencia y de una señal reflejada por el mecanismo de radiofrecuencia; y - un mecanismo (27) para generar una señal de regulación (Ua) para adaptar la frecuencia de salida del oscilador (7) sobre la base de la señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5), caracterizado porque el mecanismo (27) comprende
un mecanismo de filtro (31) y un discriminador de amplitud (29),
donde el discriminador de amplitud (29) comprende un comparador (39), un mecanismo de generación de valores de voltaje (41) y una unidad lógica (45), en donde la unidad lógica (45) comprende al menos una puerta lógica (61, 63, 59);
en donde el mecanismo de generación de voltaje genera un valor de voltaje fijo (41),
en donde la señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) y el valor de voltaje fijo se suministran al comparador (39), por lo cual se comparan la señal de voltaje proporcional (Uprop) y el valor de voltaje fijo y se genera una primera condición (K1),
en donde el discriminador de amplitud (29) está configurado para generar una segunda condición (K2) sobre la base de la señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5), en donde la primera condición (K1) y la segunda condición (K2) se suministran a la al menos una puerta lógica (59, 61, 63) de la unidad lógica (45),
en donde el discriminador de amplitud (29) está diseñado además para generar un voltaje de salida (Ud) digital o sincronizado sobre la base de la primera condición (K1), de la segunda condición (K2) y de una tabla de verdad en la cual se basa la al menos una puerta lógica (61,63, 59) y para emitirla al mecanismo de filtro (31),
en donde el mecanismo de filtro (31) está diseñado para alisar el voltaje de salida digital o sincronizado (Ud) de modo que se genere una señal de salida analógica (Ua) que se emite al oscilador (7) como señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida.
2. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según la reivindicación 1,
caracterizado porque
los medios para generar una señal de voltaje proporcional (Uprop) al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) comprenden al menos un mecanismo de desacoplamiento (17, 19) para desacoplar una porción de la señal de radiofrecuencia generada por el oscilador (7) y para desacoplar una porción de la señal reflejada por el mecanismo de radiofrecuencia (5).
3. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque
los medios para generar una señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) comprenden al menos un mecanismo de detección de voltaje (21) para detectar y emitir una señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal de radiofrecuencia generada por el oscilador (7) y al menos otro mecanismo de detección de voltaje (23) para detectar y emitir una señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal reflejada por el mecanismo de radiofrecuencia (5).
4. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
los medios para generar una señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) comprenden al menos un mecanismo que, sobre la base de la señal de voltaje de la porción desacoplada de la señal reflejada por el mecanismo de radiofrecuencia (5) y de la señal de voltaje de la porción
desacoplada de la señal de radiofrecuencia generada por el oscilador (7), genera una señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5).
5. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según la reivindicación 1,
caracterizado porque
los medios para generar una señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) tienen un circulador formado para desacoplar una porción de la señal de radiofrecuencia generada por el oscilador (7) y para desacoplar una porción de la señal reflejada por el mecanismo de radiofrecuencia (5).
6. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según la reivindicación 5,
caracterizado porque
el circulador comprende al menos un mecanismo, en particular al menos un amplificador operativo o al menos un circuito amplificador, que genera una señal de voltaje proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) sobre la base de las señales de voltaje de las fracciones desacopladas.
7. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según la reivindicación 1,
caracterizado porque
se proporciona un registro de desplazamiento (47) para recibir una señal de salida (Y) de la unidad lógica (45).
8. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según la reivindicación 7,
caracterizado porque
se proporciona un mecanismo de sincronización (49) para sincronizar la señal de salida (Y) de la unidad lógica (45).
9. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según una de las reivindicaciones 1, 7 u 8, caracterizado porque
por medio del mecanismo de filtro (31), para generar el voltaje de salida analógica (Ua), para regular la frecuencia del oscilador (7), la unidad lógica (45) se conecta con éste.
10. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según la reivindicación 9,
caracterizado porque
el mecanismo de filtro (31) para generar la señal de salida analógica (Ua) para regular la frecuencia del oscilador (7) puede ser un filtro de bucle o una disposición de bomba de carga.
11. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según una de las reivindicaciones 1,7 u 8, caracterizado porque
el mecanismo (27), en particular la unidad lógica (45), está formado de modo que, para generar la señal de salida analógica (Ua), dicha unidad está formada para regular la frecuencia del oscilador (7).
12. Dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
se proporciona un circuito de reinicio (33) que está formado para trasladar el oscilador (7) en un estado predefinido.
13. Sistema de radiofrecuencia (1) que comprende un dispositivo de acoplamiento de señal de radiofrecuencia (3) según una de las reivindicaciones 1-12 y un mecanismo de radiofrecuencia (5), en forma de lámpara de radiofrecuencia o bujía de radiofrecuencia.
14. Procedimiento para operar un sistema de radiofrecuencia (1) según la reivindicación 13, que comprende las etapas de:
generar un valor de voltaje fijo en el mecanismo de generación de voltaje (41) del discriminador de amplitud (29), generar una primera condición (K1) a través de la cual al comparador (39) se suministra la señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5) y el valor de voltaje fijo y se compara la señal de voltaje (Uprop) proporcional y el valor de voltaje fijo en el comparador (39),
generar una segunda condición (K2) en el discriminador de amplitud (29), basada en la señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5),
suministrar a la primera condición (K1) y a la segunda condición (K2), a la al menos una puerta lógica (59, 61, 63) de la unidad lógica (45),
generar un voltaje de salida (Ud) digital o sincronizado en el discriminador de amplitud (29), basada en la primera condición (K1), la segunda condición (K2) y una tabla de verdad en la que se basa al menos una puerta lógica (61,63, 59), y
emitir el voltaje de salida digital o sincronizado (Ud) al mecanismo de filtro (31),
generar una señal de salida analógica (Ua) alisando el voltaje de salida (Ud) digital o sincronizado por medio del mecanismo de filtro (31),
emitir la señal de salida analógica (Ua) al oscilador (7) como señal de regulación para adaptar la frecuencia de salida del oscilador.
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
caracterizado porque
la segunda condición (K2) se obtiene derivando la señal de voltaje (Uprop) proporcional al grado de adaptación del mecanismo de radiofrecuencia (5).
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