ES2961867T3 - Un convertidor aislado y un controlador de LED que utiliza el convertidor aislado - Google Patents

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Bernd Clauberg
Yuhong Fang
Johannes Wernars
Liang Hong
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Abstract

Un convertidor aislado tiene un transformador con un devanado primario (en un circuito del lado primario) y un devanado secundario acoplado magnéticamente al devanado primario. Un primer condensador en Y está conectado eléctricamente entre el circuito del lado primario y el devanado secundario. El circuito de detección es para detectar información en el lado primario, preferiblemente información sobre el suministro de entrada recibido en la entrada, y más preferiblemente la información es si el suministro de entrada es un suministro de corriente alterna (CA) o un suministro de corriente continua (CC). , y el circuito de detección incluye el primer condensador Y. El circuito de detección permite que la información detectada se proporcione directamente a un controlador del lado secundario, sin necesidad de optoaisladores u otra transmisión de datos aislada. El circuito de detección (20) comprende un divisor de condensador que comprende el primer condensador Y (C5), y que comprende además una segunda impedancia y un tercer condensador (C7) conectado en serie con el primer condensador Y (C5), con el primer condensador Y -condensador (Cl), la segunda impedancia y los terceros condensadores (C5, C6, C7) en serie entre una tierra del lado primario (PGND) y la entrada (12), en donde el circuito de detección es para detectar un voltaje a través de un segundo impedancia para obtener una señal que indique la información en el lado primario. Preferiblemente, la segunda impedancia comprende un segundo condensador (C6). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un convertidor aislado y un controlador de LED que utiliza el convertidor aislado
Campo de la invención
Esta invención se refiere a convertidores aislados, por ejemplo, para su uso en controladores de LED.
Antecedentes de la invención
Los convertidores aislados, como los convertidores de transferencia inversa, se utilizan tanto para la conversión de CA/CC como para la conversión de CC/CC, con aislamiento galvánico proporcionado entre la entrada y cualquier salida. Un convertidor de transferencia inversa funciona como un convertidor buck-boost con el inductor dividido para formar un transformador, de modo que las relaciones de tensión se multiplican con una ventaja adicional de aislamiento.
En el estado activo del convertidor, se transfiere energía desde la fuente de tensión de entrada al transformador, durante este tiempo un capacitor de salida suministra energía a la carga de salida. En el estado de apagado, la energía se transfiere desde el transformador a la carga de salida (y al capacitor de salida). Esto se llama la fase de desenfreno.
Las topologías aisladas, como las topologías de transferencia inversa, son ampliamente utilizadas en los controladores de LED. Por diversas razones, como el control preciso de la corriente de salida en niveles de atenuación profundos, generalmente se configura una unidad de microcontrolador (MCU) en el lado secundario del convertidor para lograr un control inteligente o digital. Aquí, "configurado en el lado secundario" generalmente significa que la MCU está conectada eléctricamente al devanado secundario, o comparte la misma tierra que el LED y el devanado secundario. Esto evita cualquier cambio de nivel o inexactitud en la detección y control de corriente.
Algunas aplicaciones requieren que el conductor pueda funcionar con una fuente de alimentación de respaldo para protegerse contra problemas de suministro eléctrico, por ejemplo, para aplicaciones de iluminación de emergencia o para funciones de diagnóstico. En tales casos, es deseable detectar información relacionada con el suministro de entrada y configurar la MCU para comportarse de manera diferente según la información detectada.
Detectar la entrada, por ejemplo, señales de corriente alterna, y transferir información relacionada con las señales de entrada al MCU del lado secundario es un desafío. Existen algunas soluciones existentes, pero los circuitos son algo engorrosos o solo pueden cubrir parte de los requisitos funcionales. En este sentido, el documento US6775163 describe un convertidor de energía que está configurado para funcionar tanto con tensión de entrada de CA como de CC.
Un primer enfoque conocido es utilizar un MCU adicional para medir directamente toda la información relacionada con la red eléctrica en el lado primario. Aquí, "en el lado primario" significa que la MCU comparte la tierra del devanado primario y la señal de entrada y no se utiliza ningún cambio de nivel. A continuación, se utiliza un acoplamiento óptico aislado para transferir la información a la MCU del lado secundario. Los optoacopladores se utilizan para este propósito para conectar los lados primario y secundario. Esta solución requiere una cantidad significativa de circuitos adicionales.
Un segundo enfoque conocido es utilizar un capacitor de alto tensión en el lado primario para detectar la entrada de la red eléctrica. Si el suministro de entrada es una tensión de corriente alterna, se puede generar una señal de tensión sinusoidal y nuevamente se transfiere una señal al lado secundario utilizando un optoacoplador. Si el suministro de entrada es una tensión de corriente continua, se puede generar una señal de tensión constante, de modo que la MCU en el lado secundario pueda distinguir entre un suministro de entrada de corriente alterna o corriente continua. Esta solución también requiere circuitos adicionales y está limitada en la detección de diferentes características de entrada, el documento EP0023735 describe un discriminador de fase y enseña, para este caso, bloquear las vías de corriente continua con capacitores.
Por lo tanto, existe la necesidad de un circuito convertidor aislado que permita la detección de bajo costo y simple de las características de suministro de entrada y el suministro de esta información al lado secundario del circuito convertidor aislado.
Sumario de la invención
El documento US20150109832A1 describe un convertidor de transferencia inversa con una unidad de entrega que entrega la información de control al lado primario, la unidad de entrega incluye un capacitor Y que proporciona una ruta de ruido EMI entre el lado primario y el lado secundario.
El documento JP2016163537A describe un capacitor C15 conectado en paralelo en el lado primario y el lado secundario.
El documento US20150103568A1 describe un convertidor de potencia con un capacitor de almacenamiento a través de la entrada, no a través del lado primario y el lado secundario.
Es un concepto de la invención proporcionar un capacitor entre un lado primario y un lado secundario del transformador de un convertidor aislado, y utilizar este capacitor como parte de un circuito de detección para determinar si la entrada recibe un suministro de corriente alterna o un suministro de corriente continua. El circuito de detección puede estar en el lado secundario y, por lo tanto, proporcionar información directamente a un controlador en el lado secundario. El capacitor puede existir ya como un conocido capacitor Y en el convertidor aislado, y el concepto de la invención es reutilizar ese capacitor Y como parte de un circuito de detección para detectar información del lado primario, con el circuito de detección en el lado secundario. Más ampliamente, el circuito de detección que incluye el capacitor Y puede detectar varias informaciones del suministro de entrada, además de si es CA o CC.
La invención está definida por las reivindicaciones.
De acuerdo con la reivindicación 1, se proporciona un convertidor aislado que comprende:
una entrada adaptada para recibir un suministro de entrada;
una salida
un transformador que comprende un devanado primario conectado a la entrada y un devanado secundario acoplado magnéticamente al devanado primario y conectado a la salida, el devanado primario está conectado en serie con un circuito del lado primario;
un primer capacitor Y conectado eléctricamente entre el circuito del lado primario y el devanado secundario, en el que el convertidor además comprende:
un circuito de detección para detectar información en el lado primario, en el que el circuito de detección incluye el primer capacitor Y.
El circuito de detección comprende un divisor de capacitores que comprende el primer capacitor Y, y además comprende una segunda impedancia y un tercer capacitor conectados en serie con el primer capacitor Y, con el primer capacitor Y, la segunda impedancia y los terceros capacitores en serie entre una tierra del lado primario y la entrada, en el que el circuito de detección está configurado para detectar una tensión a través de una segunda impedancia para obtener una señal que indique la información en el lado primario, en el que la segunda impedancia comprende un segundo capacitor, en el que una primera interconexión del primer capacitor Y y el segundo capacitor está conectada a una tierra del lado secundario, y una segunda interconexión del segundo capacitor y el tercer capacitor con respecto a la tierra del lado secundario está adaptada para proporcionar una señal que indique si la entrada recibe un suministro de corriente alterna o un suministro de corriente continua.
Aquí "conectado" significa conectado directamente eléctricamente, a diferencia de un acoplamiento magnético. Este convertidor proporciona un capacitor entre el lado primario (como la tierra del lado primario) y el lado secundario (como la tierra del lado secundario), y forma parte de un circuito de detección para detectar la naturaleza de la señal en la entrada. El circuito principal de la circuitería de detección se encuentra al menos en el lado secundario, lo que permite que la información detectada se proporcione directamente a un controlador del lado secundario, sin necesidad de optoaisladores u otras formas de transmisión de datos aislados. En resumen, el primer capacitor Y logra las funciones duales de transferir la información del lado primario a través de la barrera de aislamiento del transformador, así como la función (conocida) del capacitor Y de controlar la interferencia electromagnética (EMI).
Preferentemente, la información se refiere al suministro de entrada recibido en la entrada. Con mayor preferencia, la información es si el suministro de entrada es una fuente de corriente alterna (CA) o una fuente de corriente continua (CC). El devanado primario es parte de un circuito del lado primario que, por ejemplo, comprende un conmutador principal, y el transformador se utiliza para conmutar la energía cuando el conmutador principal se enciende y apaga. Alternativamente, alguna señal modulada de alta frecuencia, como una señal de comunicación de línea de energía codificada, en una alta frecuencia, en la fuente de alimentación de entrada también puede ser transferida a través de la barrera de aislamiento mediante el capacitor Y. Un paso más adelante, en caso de que el suministro de entrada sea una fuente de corriente alterna (CA), una realización permite determinar la frecuencia de la señal de corriente alterna de la red de entrada.
El convertidor es, por ejemplo, un convertidor de potencia de modo conmutado, y el conmutador principal es el conmutador de potencia del convertidor de potencia de modo conmutado. Se pueden tener muchas topologías diferentes. Por ejemplo, el convertidor puede comprender un convertidor de transferencia inversa.
El circuito de detección está preferentemente conectado eléctricamente a una terminal de tierra del lado secundario.
La segunda impedancia implementada como el segundo capacitor proporciona además una buena aislación y una función de selección/filtrado de frecuencia. La segunda impedancia podría ser una resistencia si el primer capacitor Y y el tercer capacitor ya fueran suficientes para la selección de frecuencia.
El circuito de detección es, por lo tanto, una red de capacitores en serie, con uno de los nodos proporcionando la señal de detección. El primer capacitor Y proporciona un puente entre la tierra del lado primario y la tierra del lado secundario, además de permitir la detección de las características de la entrada. El tercer capacitor proporciona un puente entre el circuito de detección (en particular la segunda interconexión) y la entrada en el lado primario.
También se puede proporcionar una resistencia en serie con los primeros a terceros capacitores, en el que dicha resistencia está conectada entre la entrada y el tercer capacitor. Esto proporciona un mejor rendimiento de interferencia electromagnética.
Los primeros y terceros capacitores preferentemente comprenden uno o más capacitores Y, y el segundo capacitor comprende uno o más capacitores (que pueden ser de cualquier tipo) en serie.
Los primeros y terceros capacitores conectan entre los lados primario y secundario, por lo que se prefiere el uso de capacitores Y. El segundo capacitor puede adoptar otras formas.
El circuito de detección está, por ejemplo, adaptado para determinar que:
la entrada recibe el suministro de corriente alterna, cuando la tensión en la segunda interconexión varía cíclicamente, y
la entrada recibe el suministro de corriente continua, cuando la tensión en la segunda interconexión no varía cíclicamente.
Así, la naturaleza de la señal en la segunda interconexión es indicativa del tipo de entrada recibida. La segunda interconexión puede considerarse como la definición de un nodo de detección. El circuito de detección se utiliza en particular para distinguir entre una entrada de corriente alterna y una entrada de corriente continua, por ejemplo, de una fuente de alimentación de respaldo de emergencia.
El circuito de detección, por ejemplo, además comprende un circuito de transistor conectado a la segunda interconexión para procesar la tensión.
En un ejemplo, el circuito del transistor comprende un transistor de diodo conectado entre una entrada del circuito del transistor y la tierra del lado secundario, una resistencia de polarización conectada a una referencia de tensión y un transistor de tracción conectado a la tierra del lado secundario, en el que el transistor de diodo conectado está entre una compuerta de control del transistor de tracción y la tierra del lado secundario, y en el que la unión entre la resistencia de polarización y el transistor de tracción comprende una salida de detección.
El transistor de diodo conectado evita tensiones negativas excesivas en el circuito. La salida de detección puede considerarse como una señal binaria, ya sea elevada a un riel de tensión alto o bajada a tierra en el lado secundario.
En respuesta a una entrada de corriente continua, los tres capacitores funcionan como un divisor de tensión, por lo que la segunda interconexión y, por lo tanto, la entrada al circuito del transistor es una tensión constante. El transistor de desactivación se apaga, por lo que la salida de detección se eleva. En respuesta a una entrada de corriente alterna, la tensión en la segunda interconexión varía cíclicamente y el transistor de descarga se enciende y apaga cíclicamente. Esto genera una salida de detección PWM.
Por lo tanto, la salida de detección se puede interpretar como resultado de una entrada de corriente alterna o continua. El circuito también puede distinguir entre una entrada de corriente alterna y una entrada de corriente alterna rectificada, en el sentido de que la señal PWM tendrá un ciclo de trabajo diferente.
En cambio, es posible obtener una señal de detección analógica (en lugar de una señal PWM) utilizando un circuito más complicado, como un circuito seguidor de tensión en lugar de un transistor de descarga.
Los transistores pueden ser empaquetados en un solo chip/IC, con seis pines, con un conjunto respectivo de tres pines para cada transistor.
El convertidor puede además comprender una resistencia entre la puerta de control del transistor de descarga y la tierra del lado secundario, y una resistencia entre la entrada del circuito del transistor y la segunda interconexión.
Los resistores funcionan como un divisor resistivo para establecer el nivel adecuado de tensión de control para el transistor de descarga.
Se puede proporcionar un circuito de control de lado secundario al cual se suministra la salida de detección, y adaptado para controlar la salida del convertidor de acuerdo con la salida de detección, en el que el circuito de control de lado secundario está conectado eléctricamente a la tierra del lado secundario.
En otra implementación del divisor de capacitores y el circuito de detección, una segunda interconexión del segundo capacitor y el tercer capacitor está adaptada para conectarse a tierra del lado secundario, y una primera interconexión del primer capacitor Y y el segundo capacitor con respecto a la tierra del lado secundario está adaptada para proporcionar una señal que indica la frecuencia de la señal de entrada de la red de CA. Esta realización proporciona un circuito alternativo del divisor de capacitores y el circuito de detección con respecto a la tierra del lado secundario. Se puede entender que la posición en el suelo no está limitada y puede ser seleccionada por aquellos expertos en el campo de acuerdo a los requisitos.
La entrada suele ser equivalente a la conexión a tierra.
El convertidor puede además comprender un rectificador entre la entrada y el devanado primario, un capacitor conectado en paralelo a la entrada del rectificador, y un capacitor conectado en paralelo a la salida del rectificador, en el que el tercer capacitor está conectado a la entrada antes del rectificador.
La invención también proporciona un controlador de LED que comprende un convertidor aislado según se define anteriormente, que comprende una entrada para conexión a una fuente de alimentación externa y una salida para conexión a una carga de LED.
La invención también proporciona un dispositivo de iluminación que comprende el controlador de LED según se define anteriormente y la carga de LED conectada al controlador de LED.
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se explicarán con referencia a la(s) realización(es) descrita(s) a continuación.
Breve descripción de las figuras
Para una mejor comprensión de la invención y para mostrar de manera más clara cómo puede llevarse a cabo, se hará referencia, a modo de ejemplo solamente, a las figuras adjuntas, en las que:
La Figura 1 muestra un convertidor aislado genérico con un ejemplo de un circuito de detección de acuerdo con la invención;
La Figura 2 muestra el circuito de la Figura 1 con un ejemplo de implementación del circuito del lado primario; La Figura 3 muestra el circuito de detección con más detalle, en particular con ejemplos de valores de componentes;
La Figura 4 muestra un primer conjunto de gráficos para explicar el funcionamiento del circuito en respuesta a una entrada de corriente alterna;
La Figura 5 muestra un segundo conjunto de gráficos para explicar el funcionamiento del circuito en respuesta a una entrada de corriente continua de 230 V; y
La Figura 6 muestra un tercer conjunto de gráficos para explicar el funcionamiento del circuito en respuesta a una entrada de corriente alterna rectificada.
Descripción detallada de las realizaciones.
La invención se describirá haciendo referencia a las Figuras.
Debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican realizaciones ejemplares del aparato, sistemas y métodos, tienen únicamente fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invención. Estas y otras características, aspectos y ventajas del aparato, sistemas y métodos de la presente invención se comprenderán mejor a partir de la siguiente descripción, reivindicaciones adjuntas y dibujos acompañantes. Debe entenderse que las Figuras son meramente esquemáticas y no están dibujadas a escala. También debe entenderse que los mismos números de referencia se utilizan en todas las Figuras para indicar las mismas o similares partes.
La invención proporciona un convertidor aislado que tiene un transformador con un devanado primario (en un circuito del lado primario) y un devanado secundario acoplado magnéticamente al devanado primario. Un primer capacitor Y está conectado eléctricamente entre el circuito del lado primario y el devanado secundario. El circuito de detección es para detectar información en el lado primario, como información sobre el suministro de entrada del convertidor, preferentemente si la entrada recibe un suministro de corriente alterna o un suministro de corriente continua, o una señal modulada de alta frecuencia en el suministro de entrada. Importante, el circuito de detección incluye el primer capacitor Y. El circuito de detección permite que la información detectada se proporcione directamente a un controlador del lado secundario, sin necesidad de optoaisladores u otra transmisión de datos aislada.
La Figura 1 muestra un convertidor aislado genérico 10 con un ejemplo de un circuito de detección de acuerdo con la invención.
El convertidor aislado 10 comprende una entrada de corriente alterna 12 y una salida Vbus, en el que la salida está aislada de la entrada por un circuito de transformador, mostrado generalmente como 14. El circuito del transformador comprende un devanado primario 16 conectado a la entrada y un devanado secundario 18 acoplado magnéticamente al devanado primario 16 y conectado a la salida Vbus. El devanado primario está conectado en un circuito del lado primario que no se muestra en la Figura 1. El circuito del transformador 14 puede tener diferentes formas dependiendo de la topología del convertidor.
La entrada de CA está conectada a la entrada de un rectificador de puente completo D1 a D4 a través de un filtro EMI y un arreglo de capacitores de suavizado C1, C2, L1. A los efectos de esta descripción, se puede considerar que la "entrada" al convertidor puede ser cualquier señal pre-rectificada, como la señal filtrada de EMI que se suministra al rectificador, o la entrada de CA 12 antes del filtro de EMI. El ejemplo de la Figura 1 utiliza la entrada al rectificador como la señal que se acopla al lado secundario para transmitir información sobre la entrada 12.
Se proporciona un capacitor de suavizado C3 en paralelo a la salida del rectificador, entre una tierra del lado primario PGND y una salida rectificada del lado primario PRECT. La salida del rectificador se suministra al circuito del lado primario del circuito del transformador 14.
La salida del circuito del transformador 14 define la salida del circuito, entre una tierra del lado secundario SGND y una línea de salida de corriente continua Vbus. Se proporciona un capacitor de suavizado C4 en paralelo con la salida.
La invención proporciona un circuito de detección 20 que se utiliza para detectar las características de la alimentación de la entrada de CA 12, en particular para determinar si la entrada es una señal de red de CA o una señal de CC, por ejemplo, proveniente de una fuente de alimentación de respaldo. El circuito de detección preferentemente también permite determinar la frecuencia de la señal de entrada de corriente alterna. Óptimamente, el circuito también puede ser diseñado para distinguir entre una entrada de corriente alterna y una entrada de corriente alterna rectificada.
El circuito de detección 20 se encuentra en el lado secundario y se conecta a la tierra del lado secundario SGND. El circuito de detección 20 también está acoplado al lado primario a través de dos capacitores Y.
Un primer capacitor Y C5 está conectado eléctricamente entre el lado primario, en particular la tierra del lado primario PGND, y el devanado secundario, en particular la tierra del lado secundario SGND. Este capacitor es conocido por mejorar el rendimiento de EMI. Este primer capacitor Y es propuesto por el inventor como parte de un circuito de detección novedoso, el cual puede transmitir información desde el lado primario al lado secundario.
El primer capacitor Y es parte de un divisor de capacitores que comprende el primer capacitor Y C5, y además comprende un segundo capacitor C6 y un tercer capacitor C7 conectados en serie con el primer capacitor Y C5. Los capacitores C5, C6 y C7, del primero al tercer capacitor, están en serie entre la tierra del lado primario PGND y, en este ejemplo, la entrada al rectificador (después del filtro EMI). Una primera interconexión del primer capacitor Y C5 y el segundo capacitor C6 está conectada a la tierra del lado secundario. Una segunda interconexión 22 del segundo capacitor C6 y el tercer capacitor C7 proporciona una señal que indica si la entrada recibe una fuente de corriente alterna o una fuente de corriente directa. Esta segunda interconexión 22 funciona como un nodo de detección.
El tercer capacitor C7 es otro capacitor Y que, al igual que el primer capacitor Y C5, está conectado eléctricamente entre el lado primario, en particular la entrada al rectificador, y el nodo de detección del circuito de detección 20.
El primer capacitor Y C5 de la red en serie es el primer capacitor Y. El segundo capacitor C6 de la red en serie comprende uno o más capacitores en serie, los cuales no necesitan ser capacitores Y. El tercer capacitor C7 de la red de capacitores es un segundo capacitor Y.
El nodo de detección proporciona una señal que indica si la entrada recibe un suministro de corriente alterna o un suministro de corriente directa. La señal también puede interpretarse para determinar que la entrada recibe una señal de corriente alterna rectificada.
El circuito de detección tiene, por lo tanto, una red de capacitores en serie. Los nodos se conectan a la entrada, a la tierra del lado primario y a la tierra del lado secundario. Los capacitores que conectan entre los lados primario y secundario son capacitores Y.
El primer capacitor Y C5 mejora el rendimiento de EMI y forma parte del circuito de detección. Tiene un valor de capacitancia bajo, como 3,3 nF.
El segundo capacitor C6 es el elemento principal de detección para el circuito de detección. Teniendo en cuenta una sobretensión (4 kV) y una ráfaga, el capacitor C6, por ejemplo, tiene una capacitancia de 1 nF y está clasificado para 1 kV. La caída de tensión en C6 es la tensión procesado por el circuito de detección. El segundo capacitor C6 permite que la tensión en el nodo de detección varíe, en lugar de estar conectado a la tierra del lado secundario SGND.
El tercer capacitor C7 proporciona un acoplamiento de la tensión de entrada al circuito de detección.
El circuito de detección está adaptado para determinar que la entrada recibe un suministro de corriente alterna, cuando la tensión en el nodo de detección varía cíclicamente, y para determinar que la entrada recibe un suministro de corriente continua cuando la tensión en el nodo de detección no varía cíclicamente, por ejemplo, el suministro de corriente continua solo carga los capacitores una vez y la tensión varía solo durante el período de carga.
Para esta determinación, el circuito de detección comprende un circuito de transistor conectado al nodo de detección (es decir, la segunda interconexión 22 entre los segundos y terceros capacitores) para procesar la tensión del nodo de detección.
El circuito del transistor comprende un transistor Q1 conectado en diodo entre una entrada del circuito del transistor 24 y la tierra del lado secundario SGND, una resistencia de polarización R4 conectada a una referencia de tensión Vref_3 V3 (por ejemplo, una tensión de suministro de IC de 3,3 V) y un transistor de tracción Q2 conectado a la tierra del lado secundario SGND. El transistor Q1 conectado en diodo se encuentra entre la base (es decir, la compuerta de control) del transistor de descarga Q2 y la tierra del lado secundario SGND. La unión entre la resistencia de polarización R4 y el transistor de tracción Q2 comprende una salida de detección 26. Esta salida de detección 26 se proporciona a una unidad de microcontrolador (no mostrada) en el lado secundario. La alimentación de 3,3 V del circuito integrado es, por ejemplo, la alimentación para el microcontrolador. El microcontrolador está adaptado para controlar la salida del convertidor de acuerdo con la salida de detección, y está conectado eléctricamente a la tierra del lado secundario SGND.
El transistor Q1 conectado en diodo evita tensiones negativas excesivas en el circuito. En particular, tiene una corriente de fuga muy baja, por ejemplo, por debajo de la corriente de fuga permitida de entrada/salida del microcontrolador, como 110 nA.
La salida de detección 26 puede considerarse como una señal binaria, ya sea elevada al riel de tensión alto Vref_3 V3 o bajada a la tierra del lado secundario SGND.
En respuesta a una entrada de dc, los tres capacitores funcionan como un divisor de tensión, de modo que el nodo de detección, y por lo tanto el nodo de entrada 24 del circuito del transistor, se encuentra a una tensión constante. El nivel de tensión (que depende de los tamaños de los capacitores) es tal que el transistor de descarga Q2 se apaga, por lo que la salida de detección 26 se eleva. En respuesta a una entrada de corriente alterna, la tensión en el nodo de detección (la segunda interconexión 22) varía cíclicamente y el transistor de descarga se enciende y apaga cíclicamente. Esto genera una salida de detección PWM.
Por lo tanto, la salida de detección se puede interpretar como resultado de una entrada de corriente alterna o continua. El circuito también puede distinguir entre una entrada de corriente alterna y una entrada de corriente alterna rectificada, en el sentido de que la señal PWM tendrá un ciclo de trabajo diferente. En cambio, es posible obtener una señal de detección analógica (en lugar de una señal PWM) utilizando un circuito más complicado, como un circuito seguidor de tensión en lugar de un transistor de descarga.
Un resistor R3 está conectado entre la compuerta de control del transistor de descarga Q2 y la tierra del lado secundario SGND, y un resistor R2 está entre la entrada del circuito del transistor y el nodo de detección. Los resistores funcionan como un divisor resistivo para establecer el nivel adecuado de tensión de control para el transistor de descarga. En particular, en respuesta a una entrada de cc, la tensión resultante del divisor de capacitores y el divisor de resistores está por debajo de la tensión de encendido para el transistor de descarga.
La Figura 2 muestra el circuito de la Figura 1 con un ejemplo de implementación del circuito del lado primario.
El circuito del lado primario comprende un conmutador principal M1 en serie con el devanado del lado primario 16. El transformador se utiliza para conmutar la energía cuando el conmutador principal se enciende y apaga de manera conocida. La Figura 2 también muestra una resistencia de detección de corriente R1.
La Figura 2 muestra una implementación en forma de un convertidor de potencia de modo conmutado, y en particular un convertidor de transferencia inversa, y el conmutador principal M1 es el conmutador de potencia del convertidor.
La Figura 2 adicionalmente muestra otra resistencia R5 en serie con los capacitores C5, C6, C7, y conectada entre la entrada del rectificador y los capacitores C5, C6, C7. Esto proporciona un mejor rendimiento de interferencia electromagnética.
La Figura 3 muestra el circuito de detección con más detalle, en particular con ejemplos de valores de componentes. Estos simplemente son para presentar una orden de magnitud y no pretenden ser limitantes de ninguna manera.
La Figura 4 muestra un primer conjunto de gráficos para explicar el funcionamiento del circuito en respuesta a una entrada de corriente alterna.
La gráfica superior muestra la salida de detección en el nodo 26, la gráfica intermedia muestra la entrada de detección en el nodo de entrada del circuito del transistor 24 y la gráfica inferior muestra la entrada 12.
La salida de detección es una señal PWM.
La Figura 5 muestra un segundo conjunto de gráficos para explicar el funcionamiento del circuito en respuesta a una entrada de corriente continua de 230 V.
La gráfica superior muestra nuevamente la salida de detección en el nodo 26, la gráfica intermedia muestra la entrada de detección en el nodo de entrada del circuito del transistor 24 y la gráfica inferior muestra la entrada 12. La entrada de detección se mantiene cerca de cero de manera que el transistor de descarga Q2 no se enciende. La salida de detección es una señal constante de 3,3 V.
La Figura 6 muestra un tercer conjunto de gráficos para explicar el funcionamiento del circuito en respuesta a una entrada de corriente alterna rectificada.
La gráfica superior muestra nuevamente la salida de detección en el nodo 26, la gráfica intermedia muestra la entrada de detección en el nodo de entrada del circuito del transistor 24 y la gráfica inferior muestra la entrada 12.
Las gráficas son similares a la Figura 4, pero el ciclo de trabajo de la salida de detección ha cambiado (aumentado). Así, es posible distinguir entre una señal de entrada de corriente alterna y una señal de entrada de corriente alterna rectificada.
La invención es de interés para todos los controladores de LED aislados con protección de red eléctrica, o para aplicaciones de iluminación de emergencia. Es de interés, por ejemplo, para los controladores inalámbricos, en los cuales el circuito de control en el lado secundario recibe señales de control inalámbricas. Por ejemplo, puede ser utilizado en el diseño de un controlador inalámbrico de 36 W, con un convertidor de transferencia inversa (PFC) y un convertidor buck CC/CC. El controlador se encuentra preferentemente en el lado secundario, de modo que el lado de salida está aislado de la entrada de la red eléctrica mediante el transformador de transferencia inversa y los capacitores Y.
En la realización anterior, es la primera interconexión entre el capacitor Y C5 y el segundo capacitor C6 la que se conecta a la tierra del lado secundario (SGND). A continuación, se presentará una realización alternativa, en el que la segunda interconexión entre el segundo capacitor y el tercer capacitor está conectada a la tierra del lado secundario, pero aun así se detecta la tensión a través del segundo capacitor para determinar información en el lado primario.
La Figura 7 muestra esta realización, para una fácil comprensión, los capacitores C3, C5 y C4 en la figura 7 corresponden a los capacitores C5, C6 y C7 respectivamente. En la figura 7, la interconexión entre los capacitores C5 y C4 se conecta a tierra en el lado secundario. La tensión a través del capacitor C5 se utiliza para detectar información en el lado primario, más específicamente la frecuencia de la entrada de corriente alterna (CA). El otro extremo del capacitor C4 se conecta a la conexión a tierra, que también es la entrada de corriente alterna (CA).
Los elementos principales de esta invención son los siguientes:
Añadiendo un capacitor C5 de baja tensión y mayor valor (en comparación con el capacitor Y-cap C3 original a través de la barrera de aislamiento) en serie con el capacitor Y-cap C3 a través de la barrera de aislamiento, y luego midiendo la señal de tensión del capacitor añadido C5 con respecto a la tierra del lado secundario. Esto se muestra en el esquema de la figura 7.
Un MCU en el lado de aislamiento secundario (que ya está presente en los controladores LED con funciones de diagnóstico) se utiliza para medir la señal entre los capacitores a través de la barrera de aislamiento y puede detectar la frecuencia de esta señal. Se utiliza cierto modelado de señal para sujetar la tensión superior e inferior a la tensión de suministro del MCU y a tierra, obteniendo así un tipo de onda cuadrada en el pin del MCU, lo que facilita las determinaciones de frecuencia. En este caso, incluso se puede utilizar un simple pin de entrada/salida y no es necesario utilizar una entrada ADC del MCU.
La Figura 7 muestra una etapa de corrección del factor de potencia (PFC) y una etapa de conversor CC/CC de transferencia inversa, rectificadores primarios (D1-D4), el capacitor C3 que conecta el aislamiento desde el primario del controlador LED al secundario, el capacitor C4 que conecta la etapa de salida a conexión a tierra. Además, una fuente de tensión V2 de 3,3 V suministra energía al circuito del microprocesador en el lado secundario. Los circuitos adicionales agregados como parte de esta invención son R3, C5, D5 y D6. Se agrega C5 en serie con C3 (un capacitor divisor de 1:10 con C3). Entonces, la tensión entre C3 y C5 se detecta a través de R3 directamente a un pin del MCU. Para limitar la tensión en el pin del MCU a la tierra típica y Vdd, se agregan diodos de sujeción D6 y D5.
En la Figura 8, la simulación muestra la forma de onda resultante observada por la MCU en "Vdetección" o la tensión a través de D6 en el esquemático de la Figura 7. Como se puede ver, la forma de onda la frecuencia medida en esta forma de onda es de 60 Hz, que es exactamente la frecuencia de tensión de la red eléctrica. Esto demuestra que, al agregar simplemente un circuito de baja tensión en el lado secundario del aislamiento, se puede medir con precisión la frecuencia de la tensión de la red sin necesidad de componentes adicionales que crucen la barrera de aislamiento, lo que convierte a este circuito en una forma muy simple y rentable de medir la frecuencia de la tensión de la red desde el lado secundario aislado de un controlador de LED.
Las variaciones a las realizaciones descritas pueden ser comprendidas y realizadas por los expertos en la técnica al practicar la invención reivindicada, a partir del estudio de las figuras, la descripción y las reivindicaciones adjuntas. La realización anterior toma como información a detectar si el suministro de entrada es CA o CC, y en realizaciones alternativas, podría ser una señal modulada de alta frecuencia en el suministro de entrada, o alguna alta frecuencia inyectada por el propio circuito del lado primario. En las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no excluye otros elementos o pasos, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. El simple hecho de que ciertas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda ser utilizada en beneficio. Si se utiliza el término "adaptado para" en las reivindicaciones o descripción, se señala que el término "adaptado para" se considera equivalente al término "configurado para". Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como limitante del alcance.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un convertidor aislado que comprende:
una entrada (12) adaptada para recibir un suministro de entrada;
una salida (Vbus); y
un transformador (14) que comprende un devanado primario (16) conectado a la entrada y un devanado secundario (18) acoplado magnéticamente al devanado primario y conectado a la salida, conectándose en serie el devanado primario con un circuito del lado primario (M1, R1);
un primer capacitor Y (C5) conectado eléctricamente entre el circuito del lado primario y el devanado secundario,
en el que el convertidor además comprende:
un circuito de detección (20) para detectar información en el lado primario, en el que el circuito de detección (20) incluye el primer capacitor Y (C5),
caracterizado porque el circuito de detección (20) comprende un divisor de capacitores que comprende el primer capacitor Y (C5), y además comprende una segunda impedancia y un tercer capacitor (C7) conectados en serie con el primer capacitor Y (C5), con el primer capacitor Y (C5), la segunda impedancia y el tercer capacitor (C7) conectados en serie entre una tierra del lado primario (PGND) y la entrada (12),
en el que el circuito de detección está configurado para detectar una tensión a través de la segunda impedancia para obtener una señal que indique la información en el lado primario,
en el que la segunda impedancia comprende un segundo capacitor (C6), en el que una primera interconexión del primer capacitor Y (C5) y el segundo capacitor (C6) está conectada a una tierra del lado secundario, y una segunda interconexión del segundo capacitor (C6) y el tercer capacitor (C7) con respecto a la tierra del lado secundario está adaptada para proporcionar una señal que indica si la entrada recibe un suministro de corriente alterna o un suministro de corriente continua.
2. Un convertidor como se reivindicó en la reivindicación 1, en el que el circuito de detección (20) está configurado para detectar información sobre el suministro de entrada recibido en la entrada,
el circuito del lado primario comprende un conmutador principal (M1), y el transformador (14) está configurado para conmutar la energía cuando el conmutador principal (M1) se enciende y apaga.
3. Un convertidor como se reivindicó en la reivindicación 2, en el que el circuito de detección (20) está configurado para:
detectar si el suministro de entrada recibido en la entrada es un suministro de corriente alterna (CA) o un suministro de corriente continua (CC), o una señal codificada, en alta frecuencia, en el suministro de entrada o habilitar
la frecuencia de la señal de entrada de CA a determinar, y,
el convertidor que comprende un convertidor de transferencia inversa.
4. Un convertidor como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el circuito de detección (20) está conectado eléctricamente a una terminal de tierra del lado secundario (SGND).
5. Un convertidor como se reivindicó en la reivindicación 1, que además comprende una resistencia (R5) en serie con los primeros a terceros capacitores (C5, C6, C7), en el que dicha resistencia (R5) está conectada entre la entrada (12) y el tercer capacitor (C7), y
en el que el primer capacitor (C5) y el tercer capacitor (C7) cada uno comprende uno o más capacitores Y, y el segundo capacitor (C6) comprende uno o más capacitores en serie.
6. Un convertidor como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el circuito de detección está adaptado para determinar que:
la entrada (12) reciba el suministro de corriente alterna, cuando la tensión en la segunda interconexión (22) varía cíclicamente, y
la entrada (12) reciba el suministro de corriente continua, cuando la tensión en la segunda interconexión (22) no varía cíclicamente.
7. Un convertidor como se reivindicó en la reivindicación 6, en el que el circuito de detección además comprende un circuito de transistor conectado a la segunda interconexión (22) y configurado para procesar la tensión.
8. Un convertidor como se reivindicó en la reivindicación 7, en el que el circuito del transistor comprende un transistor de diodo conectado (Q1) entre una entrada del circuito del transistor y la tierra del lado secundario (SGND), una resistencia de polarización (R4) conectada a una referencia de tensión y un transistor de tracción (Q2) conectado a la tierra del lado secundario (SGND), en el que el transistor de diodo conectado (Q1) está conectado entre una compuerta de control del transistor de tracción (Q2) y la tierra del lado secundario (SGND), y en el que la unión entre la resistencia de polarización (R4) y el transistor de tracción (Q2) comprende una salida de detección, y además comprende una resistencia (R3) entre la compuerta de control del transistor de tracción (Q2) y la tierra del lado secundario (SGND) y una resistencia (R2) entre la entrada del circuito del transistor y la segunda interconexión.
9. Un convertidor como se reivindicó en la reivindicación 8 o 9, que comprende un circuito de control del lado secundario al cual se proporciona la salida de detección, y adaptado para controlar la salida del convertidor de acuerdo con la salida de detección, en el que el circuito de control del lado secundario está conectado eléctricamente a la tierra del lado secundario (SGND).
10. Un convertidor como se reivindicó en la reivindicación 1, en el que
una segunda interconexión del segundo capacitor (C6) y el tercer capacitor (C7) está conectada a una tierra del lado secundario (SGND), y
una primera interconexión del primer capacitor Y (C5) y el segundo capacitor (C6) con respecto a la tierra del lado secundario está adaptada para proporcionar una señal que indica la frecuencia de la señal principal de entrada de CA.
11. Un convertidor como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que además comprende un rectificador entre la entrada (12) y el devanado primario (16), un capacitor (C2) en paralelo con la entrada del rectificador, y un capacitor (C3) en paralelo con la salida del rectificador, en el que el tercer capacitor (C7) está conectado a la entrada antes del rectificador.
12. Un controlador de LED que comprende un convertidor aislado como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende una entrada para la conexión a una fuente de alimentación externa y una salida para la conexión a una carga de LED.
13. Un dispositivo de iluminación que comprende el controlador de LED como se reivindicó en la reivindicación 12 y la carga de LED conectada al controlador de LED.
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