MX2008000945A - Convertidor de voltaje de reduccion - Google Patents

Abstract

Se proporciona un convertidor de voltaje de reducción (100) para generar un voltaje de salida (VSALIDA) de un voltaje de entrada (VENTRADA). El convertidor (100) incluye un interruptor (111) que tiene una primera terminal (112) y una segunda terminal (114), en donde la segunda terminal (114) estáeléctricamente acoplada con el voltaje de salida (VSALIDA). También, se incluye un rectificador (117) que tiene una primera terminal (118) y una segunda terminal (120), en donde la segunda terminal (120) estáeléctricamenteacoplada al voltaje de salida (VSALIDA). Un primer inductor (124) eléctricamente acopla la primera terminal (112) del interruptor (111) con el voltaje de entrada (VENTRADA). Un segundo inductor (126) magnéticamente acoplado con el primer inductor (124) eléctricamente acopla la primera terminal (118) del rectificador (117), con una referencia de voltaje (128). Un controlador de interruptor (110), acoplado con el voltaje de salida (VSALIDA) se configura para controlar el interruptor (111).

Description

CONVERTIDOR DE VOLTAJE DE REDUCCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Los aspectos de la invención se refieren en general a convertidores de voltaje eléctricos, y más particularmente a convertidores de voltaje de reducción eléctrica produciendo un voltaje de corriente directa (DC, por sus siglas en inglés) de un voltaje de corriente alterna (AC, por sus siglas en inglés) o un voltaje DC. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Varios equipos eléctricamente energizados dentro del entorno industrial por lo general dependen de cualquiera de una variedad de voltajes AC y/o DC para la energía. Más específicamente los sistemas orientados DC tienden a utilizar voltajes DC relativamente bajos, típicamente en el rango de 12 a 50 voltios DC (VDC) . Los sistemas orientados AC, sin embargo, por lo general utilizan voltajes AC más altos, algunas veces en la escala de entre 100 y 250 voltios de raíz-media-cuadrada (VRMS) . Otros voltajes AC o DC fuera de estos rangos se pueden utilizar también. Sin embargo, la instrumentación industrial, tal como el fluxómetro Coriolis para medir el flujo de masa y otra información concerniente al material que fluye a través de un conducto, por lo general utiliza componentes eléctricos que requieren un voltaje DC bajo, tal como 1.2-24 VDC, como una fuente de energía eléctrica, y de esta forma no son capaces de soportar dicho Ref. 188957 gran rango de voltajes de entrada AC o DC. De esta forma, un convertidor de reducción capaz de producir un voltaje de salida DC bajo sustancialmente fijo de ya sea un voltaje de entrada AC o DC por lo general se utiliza con una gran ventaja en dicho entorno. Un diagrama esquemático simplificado de un tipo particular de convertidor o regulador 1 reductor, o "de oposición", actualmente en uso para convertir un voltaje de entrada DC positivo VENRADA en un voltaje de salida DC VSA IDA es provisto en la Figura 1. El voltaje de entrada VENTRADA se expresa a través de un capacitor de entrada CA acoplado con una referencia a tierra, y se acopla con la terminal de drenaje de un conmutador Q de transistor de efecto de campo de energía de canal n (FET, por sus siglas en inglés) . El capacitor de entrada CA actúa como un filtro para ayudar a mantener el nivel de voltaje visto por el drenaje del interruptor Q en la presencia de cambios en el voltaje de entrada VENTRADA a través de la provisión de corriente adicional sobre bases temporales al drenaje del interruptor Q. Se proporciona una funcionalidad similar para el voltaje de salida VSALIDA a través de un capacitor de salida CB. La entrada del interruptor Q se conduce a través de un controlador de interruptor 2, que ya sea ACTIVA o DESACTIVA el interruptor Q dependiendo del nivel de voltaje del voltaje de salida VSALIDA comparado con el nivel de VSALIDA del voltaje de salida deseado u objetivo. Algo de la otra cantidad miscible de la salida, tal como la corriente, se puede utilizar por el controlador del interruptor 2, alternativa o adicionalmente. Al ACTIVAR y DESACTIVAR el interruptor Q sustancialmente en forma periódica, el controlador del interruptor 2 es normalmente capaz de mantener el voltaje de salida VSALIDA a un nivel deseable en la presencia de cambios tanto en el nivel VENTRADA de voltaje de entrada y en la carga conducida por el voltaje de salida VSALIDA- Generalmente, el periodo de conmutación es la suma del tiempo ACTIVO y el tiempo INACTIVO del interruptor Q durante un ciclo de operación. Por consiguiente, el ciclo de trabajo del interruptor Q es la relación del tiempo activo en el periodo. De esta forma, a través de cualquier número de técnicas, el controlador del interruptor 2 controla el ciclo de trabajo y el periodo en el que el interruptor Q mantiene el voltaje de salida VSALIDA a un nivel satisfactorio. Durante la operación del convertidor 1, cuando el interruptor Q está ACTIVADO, la corriente eléctrica fluye desde el voltaje de entrada VENTRADA/ a través del drenaje y las terminales de origen del interruptor Q, y a través de un inductor L al voltaje de salida VSALIDA- Como resultado, la corriente eléctrica que fluye a través del inductor L, la energía eléctrica se almacena en el inductor L. Típicamente, el tiempo activo del interruptor Q, como se establece a través del controlador del interruptor 2, se restringe a través de los valores del componente del inductor L y el capacitor de salida CB de tal forma que el voltaje VL a través del inductor es casi constante durante el tiempo activo. Bajo estas condiciones, la terminal del inductor L conectada a la terminal de origen del interruptor Q permanece cerca del voltaje de entrada VENTRADA mientras el interruptor Q está ACTIVO, y la terminal restante del inductor L está al nivel del voltaje de salida VSALIDA- Como resultado, el voltaje en el cátodo 3 del diodo D acoplado en la terminal de origen del interruptor Q causa que el diodo D se sesgue en forma inversa, y por consiguiente no se conduzca, cuando el interruptor Q está ACTIVO, ya que el ánodo 4 del diodo D está conectado a tierra. Cuando el interruptor Q después se DESACTIVA, el voltaje V a través del inductor L invierte la polaridad con el fin de mantener la continuidad de la corriente eléctrica a través del inductor L. Ese "retorno" en voltaje causa que el voltaje en el cátodo 3 del diodo D caiga por debajo de la tierra, por lo tanto sesgando en forma inversa el diodo D en conducción. De esta forma, la energía eléctrica almacenada en el inductor L mientras el interruptor Q está ACTIVADO se transfiere como corriente a través del diodo D y el inductor L al voltaje de salida VSALIDA- En algún punto determinado por el controlador del interruptor 2, el interruptor Q otra vez se ACTIVA, y el ciclo anterior se repite. La corriente de esta forma fluye en el voltaje de salida VSALIDA cuando el interruptor Q está ya sea activado o desactivado. Una desventaja potencial del convertidor 1 es la gran oscilación de voltaje requerida desde el controlador del interruptor 2 para conducir la entrada del interruptor Q para ACTIVAR y DESACTIVAR el interruptor Q. Más específicamente, para ACTIVAR el interruptor Q y mantener ese estado, el controlador del interruptor 2 debe conducir la entrada a un nivel de voltaje más alto que el voltaje de entrada VENTRADA ya que el voltaje de la entrada debe estar por arriba del de la fuente, la cual está más cerca del voltaje de entrada VENTRADA durante el estado ACTIVADO. Para desactivar el interruptor Q, el voltaje de la entrada debe estar cerca de la tierra, ya que la fuente es conducida para estar ligeramente por debajo de la tierra debido a que el diodo D se sesga en forma inversa en ese momento debido al retorno del inductor L. Cuando el voltaje de entrada VENTRADA está a un voltaje DC relativamente bajo, la generación del voltaje de entrada apropiado para el interruptor Q sea activado puede lograrse por medio de un circuito "intensificador" - de voltaje fácilmente disponible. Sin embargo, cuando el voltaje de entrada VETADA es un voltaje AC grande en el orden de 262 VRMS, que se traduce a un nivel de voltaje DC máximo de aproximadamente 375 VDC, el control oportuno y exacto del voltaje de entrada mientras se proporcionan oscilaciones de voltaje extremadamente grandes en la entrada de cientos de voltios típicamente requiere un diseño de circuito relativamente complejo para que el controlador del interruptor 2 involucre componentes eléctricos especializados . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Generalmente, las modalidades de la presente invención proporcionan un convertidor de voltaje de reducción para generar un voltaje de salida desde un voltaje' de entrada. El convertidor incluye un interruptor que tiene primera y segunda terminales, en donde la segunda terminal está eléctricamente acoplada al voltaje de salida. Un rectificador tiene primera y segunda terminales, en donde la segunda terminal está eléctricamente acoplada al voltaje de salida. Un primer inductor eléctricamente acopla la primera terminal del interruptor con el voltaje de entrada. El segundo inductor magnéticamente se acopla al primer inductor eléctricamente acoplado a la primera terminal de rectificador con una referencia de voltaje. También, un controlador de conmutación acoplado con el voltaje de salida se configura para controlar el interruptor. Las modalidades y ventajas adicionales de la presente invención se realizarán a través de los expertos en la técnica a través de la lectura de la siguiente descripción detallada, tomada en conjunción con las figuras anexas. ASPECTOS Un aspecto de la invención incluye un convertidor de voltaje de reducción para generar un voltaje de salida desde un voltaje de entrada, que comprende: un interruptor que comprende una primera terminal y una segunda terminal, en donde la segunda terminal del interruptor está eléctricamente acoplada al voltaje de salida; un rectificador que comprende una primera terminal y una segunda terminal, en donde la segunda terminal del rectificador está eléctricamente acoplada al voltaje de salida; un primer inductor eléctricamente, acoplando la primera terminal del interruptor con el voltaje de entrada; un segundo inductor magnéticamente acoplado al primer inductor, el segundo inductor eléctricamente acoplado a la primera terminal del rectificador con una referencia de voltaje; y un controlador de conmutación acoplado en el voltaje de salida y configurado para controlar el interruptor. Preferiblemente, el primer inductor y el segundo inductor cada uno comprenden una inductancia de 1.7 milihenrios.

Preferiblemente, el convertidor de voltaje de reducción además comprende: un primer capacitor eléctricamente acoplando el voltaje de entrada con la referencia de voltaje; y un segundo capacitor eléctricamente acoplando el voltaje de salida a la referencia de voltaje. Preferiblemente, el primer capacitor comprende una capacitancia de 22 microfaradios . Preferiblemente, el segundo capacitor comprende una capacitancia de 120 microfaradios. Preferiblemente, la referencia de voltaje es tierra. < Preferiblemente, un número de vueltas del primer inductor y un número de vueltas del segundo interruptor comprende una relación de 1:1. Preferiblemente, el primer inductor comprende un primer bobinado de un transformador en donde el segundo inductor comprende un segundo bobinado del transformador, en donde el primer inductor y el segundo inductor están bobinados alrededor de un núcleo. Preferiblemente, el núcleo es un núcleo de ferrita. Preferiblemente el voltaje de entrada y el voltaje de salida son voltajes de corriente directa positiva; el interruptor comprende un transistor de efecto de campo de canal n, la primera terminal del interruptor comprende una terminal de drenaje del FET, la segunda terminal del interruptor comprende una terminal de origen del FET, y el controlador del interruptor controla el FET por medio de una terminal de entrada del FET; y el rectificador comprende un diodo, la primera terminal del rectificador comprende un ánodo del diodo, y la segunda terminal del rectificador comprende un cátodo del diodo . Preferiblemente, el voltaje de entrada y el voltaje de salida son voltajes DC negativos; el interruptor comprende un transistor de efecto de campo de canal p, la primera terminal del interruptor comprende una terminal de drenaje del FET, la segunda terminal del interruptor comprende una terminal de origen del FET, y el controlador del interruptor controla el FET por medio de una terminal de entrada del FET; y el rectificador comprende un diodo, la primera terminal del rectificador comprende un cátodo del diodo, y la segunda terminal del rectificador comprende un ánodo del diodo. Preferiblemente, el controlador del interruptor está configurado para controlar el interruptor activando y desactivando el interruptor sustancialmente de forma periódica. Preferiblemente, el controlador del interruptor está configurado para controlar el interruptor con base en el voltaje de salida. Preferiblemente, el controlador del interruptor está configurado para controlar el interruptor con base en la corriente en un voltaje de salida. Preferiblemente, el voltaje de entrada es un voltaje de entrada de corriente alterna; y el convertidor de voltaje de reducción además comprende un circuito de rectificación AC que acopla el voltaje de entrada AC con el primer inductor. Preferiblemente, el circuito de rectificación AC está configurado para convertir el voltaje de entrada AC en un primer voltaje DC positivo; y el voltaje de salida es un voltaje de salida DC positivo que tiene una magnitud inferior que el primer voltaje DC positivo. Preferiblemente, el circuito de rectificación AC está configurado para convertir el voltaje de entrada AC en un primer voltaje DC negativo; y el voltaje de salida es un voltaje de salida DC negativo que tiene una magnitud inferior que el primer voltaje DC negativo. Preferiblemente, un aspecto de la instrumentación industrial comprende el convertidor de voltaje de reducción. Preferiblemente, un fluxómetro Coriolis comprende el convertir de voltaje de reducción. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es un diagrama de bloque de un convertidor de voltaje de reducción de acuerdo con la técnica anterior. La Figura 2 es un diagrama de bloque de un convertidor de reducción de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 3 es un diagrama esquemático de un convertidor de reducción de acuerdo con una modalidad de la invención para generar un voltaje de salida DC positivo de un voltaje de entrada DC positivo. La Figura 4 es un diagrama de la duración de la corriente a través de un primer inductor y un segundo inductor, el voltaje de drenaje de un interruptor, y el voltaje en el ánodo del diodo, como se implementa en una modalidad particular del convertidor de voltaje de reducción de la Figura 3. La Figura 5 es un diagrama esquemático de un convertidor de reducción de acuerdo con una modalidad de la invención para generar un voltaje de salida DC negativo desde un voltaje de entrada DC negativo. La Figura 6 es un diagrama de bloque del convertidor de reducción de la Figura 2 además utilizando un circuito de rectificación AC para un voltaje de entrada AC.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 2 es un diagrama de bloque simplificado de un convertidor de voltaje de reducción 100 para generar un voltaje de salida VSALIDA a partir de un voltaje de entrada VENTRADA de acuerdo con una modalidad de la invención. Generalmente, el convertidor 100 incluye un interruptor 111 que tiene una primera terminal 112 y una segunda terminal 114, en donde la segunda terminal 114 está acoplada al voltaje de salida VSALIDA- La primera terminal 112 del interruptor 111 está eléctricamente acoplada al voltaje de entrada VENTRADA por medio de un primer inductor 124. El interruptor 111 está controlado por medio de un controlador de interruptor 110 acoplado con el voltaje de salida VSALIDA-Además, un segundo inductor 126 magnéticamente acoplado al primer inductor 124 eléctricamente acopla una primera terminal 118 de un rectificador 117 con una referencia de voltaje 128, mientras una segunda terminal 120 del rectificador 117 está eléctricamente acoplada al voltaje de salida VSALIDA- La Figura 3 es un diagrama esquemático simplificado de un ejemplo específico del convertidor de voltaje de reducción 100: un convertidor de voltaje 200 para generar un voltaje de salida DC positivo VSALIDA d un voltaje de entrada DC positivo VENTRADA de acuerdo con una modalidad de la invención. El convertidor 200 incluye un interruptor Qi que tiene una primera terminal 212 y una segunda terminal 214, en donde la segunda terminal 214 está acoplada al voltaje de salida VSAIDA- La primera terminal 212 del interruptor Qi está eléctricamente acoplada al voltaje de entrada VENTRADA por medio de un primer inductor Li. El interruptor Qi está controlado por medio de un controlador de interruptor 210 acoplado al voltaje de salida VSALIDA- Además, un segundo inductor L2 magnéticamente acoplado con el primer inductor Li eléctricamente acopla un ánodo 218 de un rectificador o diodo Di con una referencia de voltaje, mientras un cátodo 220 del diodo Di está eléctricamente acoplado al voltaje de salida VSALIDA • Más específicamente con respecto al ejemplo particular del convertidor 200 de la Figura 3, el interruptor Qi puede ser un FET, tal como un FET de energía de canal n, que tiene una terminal de drenaje 212, una terminal de origen 214, y una terminal de entrada 216. Como se describe con mayor detalle más adelante, el controlador del interruptor 210 controla el FET Qi ACTIVANDO y DESACTIVANDO el FET Qi por medio de la entrada 216. En una modalidad, el controlador del interruptor 10 ACTIVA y DESACTIVA el FET Qx sustancialmente de forma periódica, con base, por lo menos en parte, en el nivel de voltaje del voltaje de salida VSALIDA. En otras modalidades el controlador del interruptor 210 puede utilizar otras características de la salida, tal como la corriente, para controlar el FET Qi. En otro ejemplo, una combinación de las características de salida, tal como el voltaje y la corriente, se pueden utilizar para controlar Qi. En modalidades alternativas, otros tipos de componentes electrónicos, tales como los transistores de unión bipolar (BJT, por sus siglas en inglés) se pueden utilizar in lieu del FET Qi con un fin similar. En la modalidad particular de la Figura 3, un primer capacitor Ci eléctricamente acopla el voltaje de entrada VENTRADA con la referencia de voltaje, mientras el voltaje de salida VSAIDA está eléctricamente acoplado a la referencia por medio de un segundo capacitor C2. En una modalidad, la referencia de voltaje es tierra, o 0 V. El primer capacitor Ci y el segundo capacitor C2 se utilizan como capacitores de filtro para ayudar a suministrar las necesidades de corriente eléctrica a corto plazo con el fin de dar soporte al nivel de voltaje tanto del voltaje de entrada VENTRADA como del voltaje de salida V=AIDA así como para remover el ruido de alta frecuencia. En una implementación particular, el primer capacitor Ci, tiene una capacitancia de 22 microfaradios (µF) , mientras el segundo capacitor C2 tiene una capacitancia de 120 µF. En una modalidad, el primer inductor Li y el segundo inductor L2 forman un primer y segundo bobinados de un transformador que comparte un solo núcleo 222, tal como un núcleo de ferrita, alrededor del cual ambos inductores Li, L2 están bobinados. Los núcleos que comprenden otros materiales se pueden implementar en otras modalidades de la invención. También, en una implementación, el número de vueltas del primer inductor Li y el número de vueltas del segundo inductor L2 alrededor del núcleo forman una relación de 1:1. Otras relaciones son posibles en modalidades alternativas, aunque una relación de 1:1 se asume en la siguiente explicación de la operación del convertidor 200. En un ejemplo, los inductores, Li, L2 cada uno tiene una inductancia de 1.7 mili henrios (mH) . La operación del convertidor 200 es dependiente del estado del interruptor o FET Qi. El controlador del interruptor 210 activa el FET Qi elevando el voltaje de la entrada 216 suficientemente por arriba del voltaje en la fuente 214, el cual es el voltaje de salida VSALIDA para activar el interruptor Qi. Cuando el FET Qx está ACTIVO, el voltaje VD en el drenaje 212 del FET Qi es también aproximadamente igual al voltaje de salida VSALIDA/ y la corriente eléctrica fluye desde el voltaje de entrada VENTRADA/ a través del primer inductor Li, el drenaje 212, y la fuente 214 del FET Qi, al voltaje de salida VSM.TT». Como resultado, la energía eléctrica se almacena en un primer inductor Li, típicamente dentro del núcleo 222 alrededor del cual el primer inductor Li está bobinado. También, debido a que el acoplamiento magnético de 1:1 del primer inductor Li y el segundo inductor L2 el voltaje VL? a través del primer Li es igual al voltaje VL2 a través del segundo inductor L2. De esta forma, ya que el voltaje a través del primer inductor Li es esencialmente el voltaje de entrada VENTRADA menos el voltaje de salida VSPdjIOh, el voltaje VA en el ánodo 218 del diodo Di se convierte en -(VENTRADA -VSALIDA) • Por consiguiente, con el cátodo 220 acoplado al voltaje de salida VSALIDA/ el voltaje VA del ánodo 218 es menor que el del cátodo 220, causando que el diodo Di se sesgue de forma inversa y por lo tanto no sea conductivo. Por consiguiente, esencialmente no fluye ninguna corriente a través del segundo inductor L2 cuando el interruptor Qi está ACTIVADO, la energía eléctrica se almacena en el núcleo 222 mientras la corriente fluye a través del primer inductor Li. Cuando el controlador del interruptor 210 DESACTIVA el interruptor Qi, el voltaje VL? a través del primer inductor Li se hace negativo en un intento de mantener su nivel de corriente eléctrica principal, de esta forma conduciendo el drenaje 212 del interruptor Qi por debajo del voltaje de entrada VENTRADA- Debido a que el acoplamiento magnético entre los dos inductores Li, L2, el voltaje VL2 a través del segundo inductor L2 coincide con el voltaje VL? a través del primer inductor Li. Como resultado, el voltaje V2 a través del segundo inductor L2 llega al negativo del voltaje de salida -VSA IDA en donde el punto del diodo Di se hace sesgado en forma inversa y conductor. Ignorando típicamente una pequeña caída a través del diodo Di, el voltaje V? a través del primer inductor Li de esta forma también se limita a -VSA IDAZ de esta forma fijando el voltaje VD en el drenaje 212 del interruptor Qi en la suma del voltaje de entrada VENTRADA y el voltaje de salida VSAIDA (es decir, VENRADA + VSALIDA) . Como resultado de esta sujeción, la energía previamente almacenada en el núcleo 222 de los inductores Li, L2 se distribuye en la forma de corriente a través del segundo inductor L2 y el diodo Di del voltaje de salida VSALIDA- Después de un periodo de tiempo, el controlador del interruptor 210 otra vez activa el interruptor Qi, y el procedimiento se repite. Si el interruptor Qi está activado o inactivado, la corriente fluye desde el convertidor 200 hacia el voltaje de salida VSALIDA- La Figura 4 ilustra, por medio de un diagrama de cronometraje simplificado, las formas de onda de una corriente eléctrica IL? a través del primer inductor Li y una corriente IL2 a través de un segundo inductor L2 de acuerdo con una modalidad particular de la invención. También se ilustran, el voltaje VD en el drenaje 212 del interruptor Qi y el voltaje VA en el ánodo 18 del diodo Dx durante el mismo periodo de tiempo. En este ejemplo, el voltaje de entrada VENTRADA es de 50 VDC, el voltaje de salida VSALIDA es de '12 VDC, y la carga (no mostrada) conducida por el voltaje de salida VSALIDA es de 40 ohms (O) . También, en este ejemplo específico, el primer capacitor Ci tiene una capacitancia de 22 µF, el segundo capacitor C2 es 120 µF y los inductores Li, L2 cada uno exhibe una inductancia de 1.7 mH. Además, el interruptor Qi es un FET de energía de canal n, número de parte STD5NM50, y el diodo Dx es un MURS160. El diagrama de cronometraje de la Figura 4 describe la naturaleza típicamente periódica en la cual opera el convertidor 200. Durante un tiempo tAc?vAD0 durante el cual el interruptor Qi está ACTIVADO, la corriente IL? a través del primer inductor Li se incrementa esencialmente de forma lineal de un nivel Ii a un nivel I2 más alto. Durante el mismo periodo de tiempo, el diodo Di se sesga de manera inversa, y de esta forma esencialmente no fluye energía a través del segundo inductor L2. También, el voltaje VD en el drenaje 212 del interruptor Qi permanece a aproximadamente VSALIDA debido a que el interruptor Qi está ACTIVADO, y el voltaje VA en el ánodo 218 del diodo Di es -(VENTRADA - VSALIDA) - como se describe anteriormente. En otras palabras el voltaje V?, VL2 á través de los inductores Lx, L2 son iguales a (VENTRADA - VSA IDA) en donde el voltaje de drenaje VD se compensa en forma más alta que el voltaje del ánodo VA a través del valor del voltaje de entrada VETRADA. Esta paridad de los voltajes VLi, VL2 a través de los inductores Li, L2 y la compensación relativa de VENTRADA entre el voltaje de drenaje VD y el voltaje del ánodo VA, se cumple cuando el interruptor Qi está DESACTIVADO. Durante el tiempo que el interruptor Qi está DESACTIVADO tDESAct?vADo/ con el diodo Di conduciendo, el voltaje del ánodo VA se sujeta en el voltaje de salida VSALIDA. Con el voltaje de drenaje V en compensación más alta que el voltaje del ánodo VA por medio del voltaje de entrada VENTRADA/ el voltaje de drenaje VD se sujeta en (VENTRADA + VSALIDA) / como se describió anteriormente. También, ya que el interruptor ? está DESACTIVADO, la corriente en el primer inductor Li es esencialmente cero, mientras la corriente en el segundo inductor L2 'disminuye sustancialmente en forma lineal de I2 a Ii debido al voltaje constante - VSALIDA a través del segundo inductor L2. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 4, el nivel de corriente superior I2 es de aproximadamente 350 miliamperes (mA) , mientras el nivel Ii de la corriente inferior es de aproximadamente 250 mA. Ya que la corriente IL? a través del inductor Li y la corriente IL2 a través del inductor L2 son provista en el voltaje de salida VSA IDA/ la corriente promedio distribuida a la carga de 40-O es (12 VDC)/ (40 O) = 300 mA. El controlador del interruptor 210 ajusta tACt?vADo y tDESAct?vADo con base en los valores del componente de los inductores Li, L2, la tolerancia de la carga siendo conducida a las variaciones en el voltaje de salida VSALIDA/ y otros factores. En el caso de la Figura 4, tAct?vADo es de aproximadamente 5 microsegundos (µS) , mientras tDESAct?vADo es de aproximadamente 15 µS . Ya que el voltaje a través de un inductor L es igual a L(di/dt), un voltaje constante V? a través del primer inductor Li durante tAt?vADo de VENTRADA-VSALIDA = (50 VDC) - (12 VDC) = 38 VDC es aproximadamente tres veces la magnitud del voltaje VL2 a través del segundo inductor L2 durante tDEsAct?vADo de -VSALIDA = -12 V, de esta forma contando para tDESAct?vADo siendo aproximadamente tres veces tan largo como tAct?vAD0 en este caso particular. Por supuesto, con una combinación diferente de voltaje de entrada VE T ADA y de voltaje de salida VENTRADA/ una relación diferente de tAct?vADo a tDESACTivADo probablemente se implementará a través del controlador del interruptor 210. Dadas las varias modalidades del convertidor 200 descrito en la presente, se puede utilizar un amplio rango de voltajes DC positivos como el voltaje de entrada VENTRADA con el fin de producir un voltaje de salida VSA IDA DC positivo de magnitud más baja. Como se mencionó anteriormente, los varios componentes utilizados, tales como los inductores Li, L2, los capacitores Ci, C2, el diodo Di, el interruptor Ql t y el controlador de interruptor 210, determinan en parte los límites de los voltajes de entrada y de salida VENTRADA/ VSALIDA permitidos para una modalidad particular de la invención. Una ventaja diferente de las varias modalidades del convertidor 200 descrito anteriormente es la oscilación limitada del voltaje de la entrada 216 del interruptor Qi requerida para activar y desactivar el interruptor Qx. Ya que la fuente 214 del interruptor Qi está acoplada directamente al voltaje de salida VSALIDA/ el voltaje de la entrada 216 es requerido para moverse solamente entre el voltaje de salida VS LIDA y unos cuantos voltios más altos para operar el interruptor Qi. De esta forma, la entrada 16 de Qi puede conducirse a través de componentes electrónicos fácilmente disponibles, estándares, por lo tanto simplificando el diseño del controlador del interruptor 210. Una o más de estas ventajas, u otras, también pueden llevarse a cabo en otras aplicaciones utilizando una o más modalidades de la presente invención. Las ventajas similares también se pueden realizar a través de otro convertidor de voltaje 300 de acuerdo con otra modalidad de la invención. Mostrado en la Figura 5, el convertidor 300, que opera en una forma análoga a la del convertidor 200 descrito anteriormente, se configura para convertir un voltaje de entrada DC negativo VENTRADA en un voltaje de salida DC negativo de magnitud inferior VSA IDA- Ya que la mayor parte de los componentes del convertidor 200 y el convertidor 300, tales como los inductores Li, L2, el núcleo 222, y los capacitores Ci, C2, son iguales, se utilizan unas cuantas modificaciones para el procedimiento del voltaje de entrada DC negativo VENTRADA. En lugar del interruptor Qi del convertidor 200 es un interruptor Q2, el cual es un FET de energía de canal p en el ejemplo particular de la Figura 5. El interruptor Q2 incluye una terminal de drenaje 212 acoplada con el primer inductor Li, una terminal de origen 314 acoplada con el voltaje de salida VSA IDA y una terminal de entrada 316. Un controlador de interruptor 310, operando en una forma similar al del controlador del interruptor 210 del convertidor 200, controla la operación del interruptor Q2 a través de la entrada 316. El controlador del interruptor 310 ne?esita solamente mover el voltaje de la entrada 316 entre el voltaje de salida VSALIDA y unos cuantos voltios menos para operar el interruptor Q2, de esta forma simplificando el diseño del controlador del interruptor 310 comparado con algunos de los convertidores de la técnica anterior. El convertidor 300 de la Figura 5 también incluye un diodo D2 que tiene una primera terminal 318 y una segunda terminal 320. Debido a la polaridad negativa de los voltajes de entrada y de salida VENTRADA/ VSALIDA/ la primera terminal 318 es el cátodo, mientras la segunda terminal 32O es el ánodo, opuesto a la orientación del diodo Di del convertidor 200. La operación del convertidor 300 es análoga a la descrita anteriormente en conjunción con el convertidor 200 de la Figura 3, con la polaridad de todos los voltajes y corrientes esencialmente invertidos . Una modalidad más de un convertidor de voltaje 400 de acuerdo con una modalidad de la invención para convertir un voltaje de entrada AC VENTRADA en un voltaje de salida DC VSALIDA se presenta en la Figura 6. Además de los componentes descritos anteriormente en conjunción con el convertidor 100 de la Figura 2, un circuito de rectificación AC 430 para convertir el voltaje de entrada AC VENTRADA en un voltaje DC utilizable a través del resto del convertidor de voltaje 400 se utiliza para generar el voltaje de salida DC VSA IDA deseado. En una modalidad, en donde es requerido un voltaje de salida DC positivo VSALIDA/ el circuito de rectificación AC 430 se puede configurar para convertir el voltaje de entrada VENTRADA AC en un primer voltaje DC positivo, el cual después se puede convertir en un voltaje de salida DC de magnitud inferior VSA IDA por medio del convertidor 200 de la Figura 3. En otra modalidad, si se necesita un voltaje de salida DC negativo VSALIDA/ el circuito de rectificación AC 430 se puede configurar para convertir el voltaje de entrada AC VENTRADA en un primer voltaje DC negativo, el cual en una implementación es sustancialmente convertido a un voltaje de salida VSALIDA DC negativo de magnitud inferior a través del convertidor 300 de la Figura 5. Aunque las varias modalidades de la invención han sido discutidas aquí, son posibles otras modalidades abarcadas dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, pueden involucrarse niveles de voltaje AC y DC diferentes en modalidades alternativas, de esta forma posiblemente indicando el uso de valores de componentes diferentes de aquellos específicamente descritos aquí. Además, las referencias a polaridades de voltaje positivas y negativas son provistas solamente para referencia, y otras modalidades de la invención pueden utilizar un esquema de referencia de voltaje diferente. Además, los componentes que están eléctricamente acoplados no necesariamente tienen que estar directamente interconectados en modalidades alternativas. También, los aspectos de una modalidad se pueden combinar con aquellos de modalidades alternativas para crear implementaciones adicionales de la presente invención. De esta forma, ya que la presente invención ha sido descrita en el contexto de modalidades específicas, dichas descripciones son provistas para ilustración y no limitación. Por consiguiente, el alcance apropiado de la presente invención está delimitado solamente por las siguientes reivindicaciones . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (19)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. - Un convertidor de voltaje de reducción para generar un voltaje de salida de un voltaje de entrada, caracterizado porque comprende: un interruptor que comprende una primera terminal y una segunda terminal, en donde la segunda terminal del interruptor está eléctricamente acoplada al voltaje de salida; un rectificador que comprende una primera terminal y una segunda terminal, en donde la segunda terminal del rectificador está eléctricamente acoplada al voltaje de salida; un primer inductor eléctricamente acoplando la primera terminal del interruptor con el voltaje de salida; un segundo inductor magnéticamente acoplado con el primer inductor, el segundo inductor eléctricamente ~ acoplando la primera terminal del rectificador con la referencia de voltaje; y un controlador de conmutación acoplado con el voltaje de salida y configurado para controlar el interruptor.
2. 2. - El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer inductor y el segundo inductor cada uno comprende una inductancia de 1.7 milihenrios.
3. 3.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: un primer capacitor eléctricamente acoplando el voltaje de entrada con la referencia de voltaje; y un segundo capacitor eléctricamente acoplando el voltaje de salida con la referencia de voltaje.
4. 4.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el primer capacitor comprende una capacitancia de 22 microfaradios .
5. 5.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el segundo capacitor comprende una capacitancia de 120 microfaradios .
6. 6.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la referencia de voltaje es tierra.
7. 7.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un número de vueltas del primer inductor y un número de vueltas del segundo inductor comprende una relación de 1:1.
8. 8.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer inductor comprende un primer bobinado de un transformador, en donde el segundo inductor comprende un segundo bobinado del transformador, y en donde el primer inductor y el segundo inductor están bobinados alrededor de un núcleo.
9. 9.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el núcleo es un núcleo de ferrita.
10. 10.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el voltaje de entrada y el voltaje de salida son voltajes de corriente directa positivos; el interruptor comprende un transistor de efecto de campo de canal n, la primera terminal del interruptor comprende una terminal de drenaje de FET, la segunda terminal del interruptor comprende una terminal de origen de FET, y el controlador del interruptor controla el FET, por medio de una terminal de entrada del FET; y en donde el rectificador comprende un diodo, la primera terminal del rectificador comprende un ánodo del diodo, y la segunda terminal del rectificador comprende un cátodo del diodo.
11. 11.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el voltaje de entrada y el voltaje de salida son voltajes DC negativos; el interruptor comprende un transistor de efecto de campo de canal p, la primera terminal del interruptor comprende una terminal del drenaje del FET, la segunda terminal del interruptor comprende una terminal de origen del FET, y el controlador del interruptor controla el FET por medio de una terminal de entrada del FET; y en donde el rectificador comprende un diodo, la primera terminal del rectificador comprende un cátodo del diodo, y la segunda terminal del rectificador comprende un ánodo del diodo.
12. 12.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el controlador del interruptor está configurado para controlar el interruptor activando y desactivando el interruptor sustancialmente de forma periódica.
13. 13.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el controlador del interruptor está configurado para controlar el interruptor con base en el voltaje de salida.
14. 14.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el controlador del interruptor está configurado para controlar el interruptor con base en una corriente en el voltaje de salida.
15. 15.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el voltaje de entrada es un voltaje de entrada de corriente alterna; y el convertidor de voltaje de reducción además comprende un circuito de rectificación AC acoplando el voltaje de entrada AC con el primer inductor.
16. 16.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque: el circuito de rectificación AC está configurado para convertir el voltaje de entrada AC en el primer voltaje DC positivo; y el voltaje de salida es un voltaje de salida DC positivo que tiene una magnitud inferior que la del primer voltaje DC positivo.
17. 17.- El convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque: el circuito de rectificación AC está configurado para convertir el voltaje de entrada AC en un primer voltaje DC negativo; y el voltaje de salida es un voltaje de salida DC negativo que tiene una magnitud inferior que la del primer voltaje DC negativo.
18. 18.- Un artículo de instrumentación industrial caracterizado porque comprende el convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1.
19. 19.- Un fluxómetro Coriolis caracterizado porque comprende el convertidor de voltaje de reducción de conformidad con la reivindicación 1.