MX2013001068A - Circuito controlador que incluye un convertidor de energia de modo de conmutacion y un cierre automatico que usa el mismo. - Google Patents

Abstract

Un circuito auto-conector que incluye un circuito de relé con un relé electro-magnético configurado para ser acoplado entre una fuente de energía AC y la instalación del cliente para entregar corriente desde la fuente de energía AC a la instalación del cliente. Un controlador acoplado con el circuito de relé que está configurado para controlar el relé electromagnético. Un circuito de detección de corriente acoplado con el controlador, está configurado para detectar la cantidad de corriente que se entrega a la instalación del cliente y un circuito de voltaje de referencia acoplado con el controlador, está configurado para establecer un nivel de referencia para la cantidad de corriente que se entrega a la instalación del cliente. Un circuito de energía acoplado con el controlador y con el circuito de relé está configurado para proporcionar la fuente de energía DC al controlador y con el circuito de relé desde la fuente de energía AC. El controlador está configurado para desconectar o reconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente con base en la cantidad detectada de corriente.

Description

CIRCUITO CONTROLADOR QUE INCLUYE UN CONVERTIDOR DE ENERGÍA DE MODO DE CONMUTACIÓN Y UN CIERRE AUTOMÁTICO QUE USA EL MISMO Solicitudes Relacionadas La presente solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos de América No. 61/367,584, presentada el 26 de julio de 2010, cuya descripción se incorpora aquí como referencia en su totalidad.

Campo de la Invención La presente invención se relaciona con circuitos controladores que incluyen un regulador de energía de modo de conmutación y con las aplicaciones de los mismos.

Antecedentes de la Invención Los dispositivos tales como interruptores de circuito, auto-conectores, dispositivos antirrobo, medidores de energía (eléctrica) y componentes de distribución de energía eléctrica, algunas veces se usan en conexión con la entrega y el uso de energía eléctrica AC.

Muchos de estos dispositivos, incluyendo foto-controladores pueden hacer uso de convertidores de energía para convertir la corriente alterna de un voltaje relativamente alto en una corriente directa de un voltaje relativamente bajo, como se usa en muchos de los dispositivos electrónicos convencionales. Algunos convertidores de energía convertidores hacen uso de resistores de alto-voltaje grandes para dejar caer el voltaje. Sin embargo, estos resistores típicamente son poco eficientes y generan alto calor. El calor generado desde los resistores puede requerir que los resistores sean alojados en un paquete grande e incluyen elementos de disipación de calor, tal como sumideros de calor. También, el alto calor generado por los resistores pueden llevar a problemas con la confiabilidad y longevidad de los resistores y de otros componentes electrónicos situados cerca de los resistores.

Otra medida convencional para la conversión de energía es el uso de un convertidor de energía con modo de conmutación (regulador). Típicamente, los convertidores de energía con modo de conmutación requieren implementar seis transistores o un micro-controlador. El requerimiento de múltiples transistores o un micro-controlador puede provocar que la implementación de los convertidores de energía con conmutación sea muy costosa en algunas aplicaciones, tal como en foto-controladores o en limitadores de corriente.

Un convertidor de energía con conmutación eficiente de bajo costo, pequeño (regulador) se describe en la Patente de Estados Unidos de América No. 6.903,942 (la patente '942), la cual se incorpora aquí como referencia en su totalidad. El convertidor de energía con conmutación de la patente '942 se ilustra en la Figura 1. El circuito mostrado en la Figura 1 es un regulador de energía con conmutación, que implementa una modulación de ancho de impulso sincronizada con la línea de energía (modulación de ángulo de disparo). El circuito comprende un circuito de energía y un circuito de control. El circuito de energía comprende una etapa de salida, que comprende un transistor Q3. El circuito recolector del transistor comprende un relé K1 y un diodo D6, conocido como diodo amortiguador, en paralelo con el relé K1.

El circuito también comprende un primer capacitor C6 acoplado con la base del transistor Q3, un primer resistor R4 acoplado en serie con el primer capacitor C6, y un segundo resistor R8 acoplado en serie con el primer resistor R4. El circuito mostrado también comprende un primer diodo D7 acoplado en paralelo con el segundo resistor R8. El circuito también comprende un tercer resistor R5 acoplado con la base del primer transistor Q3 y un diodo D1 Zener, cuyo cátodo está conectado con el primer capacitor C6 y un segundo diodo D5, cuyo ánodo está conectado con el tercer resistor R5.

El circuito también comprende un cuarto resistor R6 acoplado en serie con el tercer diodo D5, un relé K1 acoplado en serie con el cuarto resistor R6, un tercer diodo D6 acoplado en paralelo con el relé K1, un segundo capacitor C5 acoplado con el cuarto resistor R6, un quinto resistor R7 acoplado en serie con el segundo capacitor C5, y una clavija, que comprende la carga, una neutral y una línea, en donde la carga se acopla con el relé K1, el neutral se acopla con el emisor del transistor Q3 y la línea está acoplada con un resistor variable, MOV1.

El transistor Q3 regula el voltaje promedio a través de la bobina K1 del relé por medio de la modulación de ancho de impulso. En la modalidad mostrada, el transistor Q3 comprende un transistor bipolar, sin embargo, el transistor Q3 en su lugar, puede ser un transistor de efecto de campo (FET) o un transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT) provisto como un diodo colocado con cátodo para drenar y un ánodo con la fuente.

El transistor Q3 empieza a conducir al inicio del ciclo (0 grados) de la línea de energía y continúa conduciendo hasta que suficiente corriente ha fluido para mantener el voltaje del relé al nivel deseado. Cuando el transistor Q3 se apaga, el voltaje será inducido a través de la bobina K1 del relé por inducción magnética. Este voltaje se suprime parcialmente por el diodo D6 con el fin de evitar la falla del transistor Q3 debido a una sobre-tensión.

El circuito mostrado en la Figura 1 utiliza la rectificación de media onda. La rectificación de media onda es menos costosa que la rectificación de onda completa y requiere menos componentes. Ya que el relé K1 es altamente inductivo, no se requiere una señal DC particularmente limpia. Por ejemplo, la señal DC puede incluir una gran cantidad de impulsos, lo cual no afectará la operación del relé K1. La rectificación de media onda permite al circuito operar en dos modos, positivo y negativo. Durante la mitad positiva, el transistor Q3 genera un impulso de corriente, que es regulado por el voltaje promedio a través del relé K1. Este proceso es la modulación de ancho de impulso.

El circuito de control mostrado en la Figura 1 comprende un generador de impulsos cuyo ancho de impulso varía proporcionalmente con la diferencia entre el voltaje Zener del diodo D1 y el voltaje promedio a través del relé K1. Al inicio del ciclo de la línea de energía (0 grados), la corriente empezará a fluir a través del diodo D7, el resistor R4, el capacitor C6 y la base del transistor Q3. La corriente provocará que el transistor Q3 se encienda, lo que inicia un impulso.

El diodo D7 y el resistor R8 proporcionan la rectificación de energía de media onda. El resistor R8 se aplica a través del rectificador D7 de energía, lo que aplica una corriente negativa durante la mitad negativa del ciclo de línea. El resistor R8 permite que una pequeña corriente negativa sea aplicada. El resistor R8 proporciona la corriente negativa que se conmuta en el transistor Q3 durante la mitad negativa del ciclo de línea. La carga negativa conducida a través de R8 debe exceder la carga que conduce a través del capacitor C6 para asegurar que el transistor Q3 se encienda. La corriente negativa se conmuta en el rectificador D6 y enciende el transistor Q3, lo que proporciona una trayectoria de corriente entre el lado de bajo voltaje del capacitor C5 a través del resistor R7.

En la modalidad mostrada, sin el resistor R7, el transistor Q3 no se saturará durante el impulso de corriente, lo que provoca que la energía excesiva sea disipada en el transistor Q3. El voltaje recolector del transistor Q3 se caerá hasta que el diodo D5 conduzca, lo que debía la corriente de base del transistor Q3 y evita que el transistor Q3 se sature. Durante el impulso de corriente del transistor Q3, se genera un voltaje a través del resistor R7 que mantendrá al diodo D5 de conducir y evita que el transistor Q3 se sature. Para evitar que el diodo D5 conduzca durante la mitad positiva del ciclo de línea, el voltaje de por lo menos el voltaje de impulsos del capacitor C6 debe caer a través del resistor R7. El transistor Q3 no empieza a conducir hasta que el voltaje instantáneo de línea sea aproximadamente al doble del voltaje Zener del diodo D1.

El capacitor C5 filtra el voltaje a través del relé K1. Cuando el valor de C5 es demasiado pequeño, la corriente de la bobina del relé oscilará en encendido y apagado durante el encendido, lo cual provoca que los contactos del relé vibren. Por lo tanto, el capacitor C5 mostrado es de un valor suficientemente alto para evitar esta vibración de los contactos del relé.

El capacitor C6 se pre-ajusta con el voltaje de salida y proporciona una funcionalidad de temporización. Durante la mitad positiva del ciclo de línea, la corriente fluye a través del resistor R4 hasta el capacitor C6, lo que provoca que empiece a cargar y a través de la base del transistor Q3, lo que enciende el transistor Q3. El transistor Q3 permanece encendido siempre que la corriente fluya a través del capacitor C6. El incrementar el valor del capacitor C6 tiene el efecto positivo de incrementar la ganancia del bucle de retroalimentación del circuito regulador. Sin embargo, el incrementar el valor también muestra el tiempo que toma para que el impulso de corriente del transistor Q3 se apague, lo que incrementa las pérdidas de conmutación en el transistor Q3, e incrementa el tiempo para que el circuito regulador se estabilice con el arranque.

Conforme esta corriente fluye, el voltaje a través del capacitor C6 se incrementa. Cuando el voltaje a través del capacitor C6 más el voltaje de base a emisor del transistor Q3 alcanza el voltaje Zener del diodo D1, la corriente que fluye a través del capacitor C6 se detiene, ya que la corriente se desvía al diodo D1 Zener. El diodo D1 Zener proporciona el voltaje de referencia con el cual se puede regular el voltaje de la bobina del relé. Cuando la corriente a través del capacitor C6 se detiene, ninguna corriente fluye a la base del transistor Q3, lo que lo apaga y termina el impulso.

Durante la mitad negativa del ciclo de línea, la corriente fluye a través del resistor R8, el diodo D6, el recolector y la base del transistor Q3 y el resistor R5. Esta corriente encenderá al transistor Q3. También, durante la mitad negativa del ciclo de línea de energía, el resistor R5 proporciona parte de la trayectoria de corriente a través de la cual el capacitor C6 descarga en C5.

Durante la mitad positiva del ciclo de línea al final del impulso de corriente, el resistor R5 provoca que el transistor Q3 se apague más rápidamente, lo que reduce las pérdidas de energía durante la conmutación del transistor Q3. El resistor R5 derivará cierta corriente que de otra forma irá a través de la base del transistor Q3 durante el impulso de la corriente de base del transistor Q3. Cuando la corriente derivada es demasiada, la corriente de base del transistor Q3 no será suficiente para encender por completo el transistor Q3.

El capacitor C6 ahora descargará dentro del capacitor C5 hasta que sus voltajes se igualan. El voltaje a través del capacitor C5 es igual al voltaje promedio a través de la bobina K1 del relé. El diodo D7 se desconecta durante la mitad negativa del ciclo de línea de energía, lo que asegura que la corriente de relé sea corriente directa. Como tal, la descarga del capacitor C6 dentro del capacitor C5 determina el ancho de impulso para la operación del transistor Q3, que a su vez, permite que la corriente fluya para establecer el voltaje promedio de la bobina K1 del relé.

El circuito mostrado en la Figura 1 también comprende un circuito de promedio de voltaje, además comprende el resistor R6, el capacitor C5, y un resistor R7. El circuito de promedio esencialmente mide el voltaje promedio a través de la bobina K1 del relé. El voltaje promedio a través del capacitor C5 es el voltaje al cual se regula el circuito. El propósito del resorte R7, además de formar parte del circuito de promedio también es para asegurar que el diodo D5 no conduzca durante la mitad positiva del ciclo de línea de energía. La corriente para el resistor R8 fluye a través del diodo D6, lo que lo enciende, y después la corriente fluye a través del recolector del resorte Q3, lo que provoca que se encienda. Cuando el transistor Q3 se enciende, crea una corriente de base entre el emisor del transistor Q3 y el extremo negativo del capacitor C5. Cuando la corriente empieza a fluir, el diodo D5 empieza a conducir, lo cual provoca que el capacitor C6 se descargue hasta el mismo voltaje que el capacitor C5. Los capacitores alcanzan un voltaje igual al voltaje promedio de salida.

Esta retroalimentación del voltaje de salida dentro del circuito formador de impulso determina lo prolongado que será cada ciclo en que el transistor Q3 estará encendido. (El bucle de retroalimentación es como sigue. El voltaje promedio del voltaje de la bobina K1 del relé --> voltaje del capacitor C5 — > voltaje del capacitor C6 — > conmutación del ciclo de trabajo del transistor Q3 --> voltaje promedio del voltaje K1 del voltaje de la bobina K1 del relé). Cuando el voltaje promedio a través de la bobina K1 de relé es demasiado bajo, el voltaje a través del capacitor C6 será menor que el voltaje Zener del diodo D1, lo que resulta en un tiempo más prolongado del transistor Q3, lo que provoca que el voltaje promedio de la bobina del relé se incremente. Cuando el voltaje promedio a través de la bobina K1 del relé es demasiado alto, el voltaje a través del capacitor C6 se aproximará al voltaje Zener del diodo D1, lo que resulta en un tiempo más corto del transistor Q3, lo que a su vez provoca que el voltaje promedio de la bobina del relé se disminuya.

El circuito mostrado en la Figura 1 también comprende una clavija J1, J2, J3. La clavija J1, J2, J3 puede ser un conector tipo Hubble de cierre trenzado, utilizado para conectar el voltaje en línea, el voltaje neutral y la carga. El circuito también comprende un resistor variable de óxido de metal MOV1. El MOV1 no necesariamente es para la operación del circuito. Proporciona un nivel de protección, lo cual elimina los transientes de alto voltaje que pueden llegar por un relámpago.

La Patente '942 también describe el uso del regulador de energía antes descrito para proporcionar un foto-controlador para iluminación exterior y sus similares. De la misma forma, la Solicitud de Patente de Estados Unidos de América No. 12/700,251 (la Solicitud '251), la cual se incorpora aquí como referencia en su totalidad, describe circuitos de foto-control que pueden utilizar reguladores de energía. Por lo general, estos circuitos utilizan un diodo Zener para proporcionar un voltaje DC, típicamente de 15 voltios, para energizar los circuitos de foto-control, tal como el diodo D1 visto en la Figura 1 (o el diodo D3 visto en la Figura 2). Sin embargo, el voltaje DC resultante puede tener su calidad limitada por un componente AC desde el rectificador de media onda y también se puede someter a la fluctuación debido a las variaciones en el nivel de voltaje de la señal de energía AC utilizada para generar la señal de energía DC.

Un interruptor de circuito auto-conector está disponible de Sustainable Control Systems Limited ("SCS") que se puede usar, por ejemplo, como una alternativa para medir el suministro de energía para el cliente. Un auto-conector es un interruptor de circuito equipado con un mecanismo que puede cerrar automáticamente el interruptor después de que se ha abierto debido a una falla. El dispositivo SCS utiliza un TRIAC como un relé. Por lo general, tales dispositivos requieren el uso de cierta forma de sumidero de calor para disipar el calor generado por el circuito sin sobrecalentar y dañar el circuito.

Breve Descripción de la Invención Algunas modalidades de la presente invención proporcionan un circuito auto-conector que incluye un circuito de relé. El circuito de relé incluye un relé electro-magnético configurado para ser acoplado entre una fuente de energía AC y una instalación del cliente para suministrar la corriente desde la fuente de energía AC hasta la instalación del cliente. Un controlador acoplado con el circuito de relé está configurado para controlar el relé electro-magnético para desconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente y para volver a conectar la fuente de energía AC con la instalación del cliente. Un circuito de detección de corriente acoplado con el controlador está configurado para detectar la cantidad de corriente que es entregada a la instalación del cliente y un circuito de voltaje de referencia acoplado con el controlador está configurado para establecer un nivel de referencia por la cantidad de corriente que es entregada a la instalación del cliente. Un circuito de energía acoplado con el controlador y con el circuito de relé está configurado para proporcionar la fuente de energía DC al controlador y con el circuito de relé desde la fuente de energía AC. El controlador está configurado para desconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente cuando la cantidad de corriente detectada exceda el nivel de referencia y para volver a conectar la fuente de energía AC con la instalación del cliente en respuesta a la detección de una condición de reconexión.

En otras modalidades, el circuito auto-conector incluye un circuito de relé que incluye un relé electro-magnético configurado para ser acoplado entre la fuente de energía AC y la instalación del cliente para suministrar la corriente desde la fuente de energía AC a la instalación del cliente. Un controlador acoplado con el circuito de relé está configurado para controlar el relé electro-magnético para desconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente y para reconectar la fuente de energía AC para la instalación del cliente. Un circuito de detección de corriente acoplado con el controlador incluye un resistor derivador de corriente y un circuito de filtro anti-escalonamiento. El resistor derivador de corriente está configurado para detectar la cantidad de corriente que es suministrada a la instalación del cliente. Un circuito de voltaje de referencia acoplado con el controlador está configurado para establecer un nivel de referencia para la cantidad de corriente que se entrega a la instalación del cliente. El circuito de voltaje de referencia incluye un resistor variable configurado para ajustar el nivel de referencia y el controlador incluye un comparador que tiene una primera entrada acoplada con el circuito de detección de corriente y una segunda entrada acoplada con el circuito de voltaje de referencia. Un circuito de energía acoplado con el controlador y con el circuito de relé está configurado para proporcionar la fuente de energía DC al controlador y al circuito de relé desde la fuente de energía AC. El circuito de energía incluye un rectificador de media onda acoplado con la fuente de energía AC y el circuito de energía está configurado para proporcionar desde el rectificador de media onda un primer nivel de voltaje como la fuente de energía DC para el circuito de relé y un segundo nivel de voltaje, menor que el primer nivel de voltaje, como la fuente de energía DC para el controlador. El controlador está configurado para desconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente cuando la cantidad detectada de corriente exceda el nivel de referencia y para reconectar la fuente de energía AC en la instalación del cliente en respuesta a la detección de una condición de reconexión.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama de circuito de un regulador de energía, de conformidad con la técnica previa.

La Figura 2 es un diagrama de circuito de un foto-sensor descrito en la Solicitud '251.

La Figura 3 es un diagrama de circuito de un circuito controlador que incluye un regulador de energía de conformidad con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 4 es un diagrama de circuito de un circuito controlador que incluye un regulador de energía, de conformidad con las modalidades de la presente invención.

La Figura 5 es una vista en perspectiva en despiece de un circuito auto-conector con un alojamiento de conformidad con algunas modalidades de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención La presente invención será ahora descrita más detalladamente con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales, se muestran las modalidades ilustrativas de la invención. En los dibujos, los tamaños relativos de las regiones o características pueden estar ampliados por claridad. Sin embargo, la invención puede ser incorporada en muchas formas diferentes y no se debe considerar como limitada a las modalidades aquí descritas, más bien, estas modalidades son provistas para que la descripción sea completa y cumpla con el alcance de la invención para las personas experimentadas en la técnica.

Se debe entender que aunque los términos "primero", "segundo", "tercero", etc., se pueden utilizar en la presente para describir diferentes elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos componentes, regiones, capas y/o secciones no deben estar limitados por estos términos. Estos términos solamente se utilizan para distinguir un elemento, componente, región, capa o sección de otra región, capa o sección. De este modo, un primer elemento, componente, región, capa o sección descritos a continuación deben ser llamados como un segundo elemento, componente, región, capa o sección, sin apartarse de las enseñanzas de la presente invención.

Los términos relativos al espacio, por ejemplo, "abajo", "debajo", "inferior", "arriba", "encima", "superior" y sus similares, se pueden utilizar aquí para facilitar la descripción para explicar la relación de un elemento o característica con otro elemento(s) o característica(s), como se ilustra en las Figuras. Se debe entender que los términos relacionados al espacio tienen la intención de abarcar diferentes orientaciones del dispositivo durante su uso u operación además de la orientación ilustrada en las Figuras. Por ejemplo, cuando el dispositivo en las Figuras está volteado, los elementos descritos como "debajo" o "abajo", otros elementos estarán orientados "encima" de los elementos o características. De este modo, el término "debajo" debe abarcar la orientación de arriba y abajo. El dispositivo puede estar orientado en forma (girado a 90 grados o en otras orientaciones) y los términos descriptivos con relación al espacio se deben interpretar en forma correspondiente.

Como se utiliza aquí, las formas singulares de "un", "uno"; "una", "el", "la", tienen la intención de incluir las formas plurales, a menos que el contexto especifique lo contrario. Se debe entender que los términos "comprende", "incluye" y/o "incluyendo", cuando se utilizan aquí, especifican la presencia de las características, integrantes, pasos, operaciones, elementos, ideas y/o componentes, pero no impiden la presencia o adición de una o más características, integrantes, pasos, operaciones, elementos, componentes, ideas y/o grupos de los mismos.

Se debe entender que cuando un elemento es referido como estar "conectado" o "acoplado" con otro elemento, puede estar acoplado o conectado con, directamente al otro elemento o capa o con elementos intermedios que puedan estar presentes. Por el contrario, cuando un elemento es referido como "conectado directamente" o "acoplado directamente", con otro elemento, no hay ningún elemento intermedio presente. Los números similares se refieren a elementos ¡guales a través de la especificación. Como se utiliza aquí, el término "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los artículos enlistados asociados.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos (incluyendo los términos técnicos y científicos) aquí utilizados tienen el mismo significado que el comprendido por las personas experimentadas en la técnica. También se debe entender que todos los términos, tales como los definidos en diccionarios comunes, se deben interpretar con el significado que es consistente con el contexto de la especificación y la técnica en cuestión y no se deben interpretar en un sentido formal o idealizado a menos que se exprese lo contrario.

La Figura 2 ilustra un circuito de foto-control con un convertidor de energía con conmutación. La Figura 2 corresponde a la Figura 7 de la Solicitud '251. El circuito mostrado en la Figura 2 incluye un amplificador Q3 de corriente acoplado entre el circuito C5, R8, R9 de promedio de voltaje y el transistor Q4 seleccionado. El amplificador Q3 de corriente amplifica la corriente descargada desde el capacitor C5 del circuito de promedio de voltaje con la base del transistor Q5 de activación durante la mitad negativa de la fuente de energía AC para reducir la cantidad de corriente descargada desde el capacitor C5 del circuito de voltaje durante la mitad negativa de la fuente de energía AC.

El circuito modulador de ancho de impulso de la Figura 2 también incluye un capacitor C6 de ciclo de trabajo que descarga una corriente a la base del transistor Q5 de activación durante la mitad positiva de la fuente de energía AC. El amplificador Q3 de corriente está acoplado entre el capacitor C5 del circuito de promedio de voltaje y el capacitor C6 de ciclo de trabajo. Más en particular, el capacitor C6 de ciclo de trabajo está acoplado entre el recolector y un emisor del amplificador Q3 de corriente.

El circuito modulador de ancho de impulso de la Figura 2 también incluye un diodo D5 rectificador acoplado entre el circuito de promedio de voltaje y el amplificador Q3 de corriente. El diodo D5 rectificador está acoplado entre una primera terminal del capacitor C5 del circuito de promedio de voltaje y la base del amplificador Q3 de corriente. Una segunda terminal del capacitor C5 del circuito de promedio de voltaje está acoplada con un recolector del transistor Q5 de activación a través del resistor R9.

El circuito modulador de ancho de impulso de la Figura 2 también incluye un segundo diodo D4 acoplado entre la base y el recolector del amplificador Q3 de corriente. El diodo D4 es provisto para proteger al amplificador Q3 de corriente del daño por un emisor con la suspensión de voltaje de base provocada por la fuga invertida del diodo D5. El circuito de la Figura 2 también incluye un capacitor C10 acoplado entre la base y el recolector del amplificador Q3 de corriente. El capacitor C10 es provisto para limitar o evitar el ruido eléctrico, tal como el provocado por la interferencia de radio, de que afecte la operación del circuito foto-sensor.

Las modalidades de la presente invención serán ahora descritas con referencia a los diagramas de circuito de las Figuras 3 y 4. Con el propósito de explicar la presente invención, el circuito controlador de las Figuras 3 y 4 ilustra un circuito interruptor auto-conector que se puede usar por ejemplo, para controlar la distribución de energía AC para el cliente. Más en particular, las modalidades de las Figuras 3 y 4 utilizan un circuito de relé que generalmente corresponde al descrito con referencia a la Figura 2, con el circuito de foto-control remplazado con un circuito de control de corriente. Se debe hacer notar que el circuito de la Figura 2 también difiere en el acoplamiento de las señales LÍNEA y NEUTRAL (es decir, la polaridad).

A diferencia del auto-conector SCS antes descrito, las modalidades ilustradas de auto-conectores utilizan un relé electro-magnético, tal como el descrito con referencia a la Figura 2, en lugar de un TRIAC. Como tal, las modalidades de la presente invención pueden proporcionar un auto-conector que es más eficiente de energía. Como resultado, el circuito se puede aplicar sin la necesidad de un sumidero de calor y proporciona grandes ahorros en el costo de la energía. Además, se puede proporcionar una operación de enfriamiento y un menor tamaño físico, así como una resistencia mejorada ante suspensiones de corriente con un circuito con la capacidad de operar con corrientes operativas más altas. Además, algunas modalidades de la presente invención tienen conexiones calientes. Esto puede enchufar diferentes accesorios con un auto-conector, tal como limitadores de corriente que ajustan a otros niveles de corrientes, tapas de cortos (para apagar la corriente limitadora) y tomas abiertas (para apagar la energía del cliente).

Las modalidades ilustradas de las Figuras 3 y 5, por lo general incluyen: un relé y un circuito de activación, un circuito de energía, un micro-controlador, un circuito sensor de corriente (detección), un circuito comparador, un temporizador, un circuito lógico y una luz indicadora. El circuito comparador, el temporizador, el circuito lógico se pueden implementar en el micro-controlador. El circuito también se puede acoplar con un conector (LÍNEA; CARGA; NEUTRAL) y se coloca en un alojamiento protector aislado eléctricamente (por ejemplo, una cubierta de plástico a prueba del clima y un conector de base que puede estar certificado por las agencias de seguridad), como será descrito después con referencia a la Figura 5.

Las modalidades de las Figuras 3 y 4 utilizan un derivador R1 de corriente para la detección del uso de la energía por el cliente (es decir, un circuito de detección de corriente). El relé K1 puede abrirse cuando el uso detectado de energía excede el nivel de referencia. Para las modalidades de las Figuras 3 y 4, el nivel de referencia se ajusta por el circuito de ajuste del voltaje de referencia (y el límite de corriente), incluyendo los resistores R15 y R16 y el capacitor C15. El resistor R16 ilustrado es un resistor variable, mostrado como un potenciómetro, que puede ser utilizado para calibrar o desplazar el nivel de referencia.

El micro-controlador U1 implementa el circuito comparador al comparar las entradas de las clavijas C1- y C1+. La clavija GP2 puede estar en corto con el VSS ( entrada del suministro de energía de polaridad negativa, acoplada con LINEA para la polaridad observada en las Figuras 3 y 4), para arrancar el flujo de corriente para el relé K1 (es decir, romper el circuito para el cliente) o fijarlo en una alta impedancia (por ejemplo, ajustarlo como una entrada mejor que como una clavija de salida) para apagar el flujo de corriente para el relé K1 para permitir una operación normalmente cerrada (es decir, proporcionar energía al cliente al conectar la instalación del cliente con la fuente de energía AC). En otras palabras, la clavija GP2 puede ser conectada a tierra, en cuyo caso, la corriente de base para el transistor Q5 se detendrá al poner en corto la base y el emisor de Q5 a través del micro-controlador U1 para detener el flujo de corriente en la bobina del relé K1, lo que permite una operación normalmente cerrada del relé con la energía AC provista en la instalación del cliente. Cuando el GP2 se ajusta en una alta impedancia, la corriente fluirá a la base el transistor Q5 para permitir la apertura del relé K1 y el corte de la energía AC provista a la instalación del cliente. Se debe entender que el lógico se invertirá en el caso de un relé normalmente abierto. También se debe entender que el micro-controlador puede programarse para proporcionar un temporizador de reinicio y el lógico relacionado, tal como el tiempo de retraso antes del reinicio, el número de reinicios permitidos y sus similares, dependiendo de las necesidades de aplicación del cliente.

En algunas modalidades, el circuito de detección de corriente que incluye el resistor R1 derivador de corriente también incluye un circuito R10, C3 de filtro anti-escalonamiento acoplado con el derivador R1 de corriente y la clavija C1+ del micro-controlador U1. Además, en algunas modalidades, la clavija GP3 del micro-controlador U1 se muestra como acoplada con la referencia de LÍNEA (utilizada como la barra de referencia a tierra en la modalidad ilustrada) a través del resistor R6'. El resistor R60 se puede utilizar para disminuir la corriente VDD del suministro de energía utilizada por el micro-controlador U1. Una lámpara indicadora LAMPARA también se utiliza en algunas modalidades, que se puede utilizar para proporcionar una indicación visual del estado del relé. La lámpara se puede ubicar remota o local para el circuito, tal como en el alojamiento que contiene el circuito.

Se debe hacer notar que el ánodo del diodo D3 está conectado con la clavija VDD del micro-controlador U1 en lugar de la clavija VSS del micro-controlador U1. La conexión con el VDD del suministro de energía proporciona que la corriente que fluye a través de D3 se puede utilizar para energizar el micro-controlador U1 además de la trayectoria de corriente alternativa que será ahora descrita.

Las modalidades de los circuitos del controlador, tales como los mostrados en las Figuras 3 y 4, son provistos con un circuito de energía diferente (suministro) al descrito con referencia a las Figuras 1 y 2. Es este el circuito de energía que difiere entre las modalidades de las Figuras 3 y 4 (se debe hacer notar que el relé K1 también se ilustra diferente en las Figuras 3 y 4, pero las conexiones eléctricas son las mismas en ambas Figuras). Con referencia primero a la Figura 3, la energía/corriente se puede acoplar con la clavija VDD del micro-controlador U1 a través del diodo D3 o a través de una trayectoria alternativa de corriente, mostrada como el resistor R11. Además, el diodo D34, que se acopló directamente con la referencia de tierra en el circuito de la Figura 2, está acoplado con el diodo D16 en la Figura 3. El circuito de suministro de energía para el micro-controlador U1 en las modalidades de la Figura 3, también incluye los capacitores C7 y C2. Se debe hacer notar que los dos capacitores C7, C2 paralelo se pueden remplazar con un solo capacitor. Sin embargo, para las modalidades que usan dos capacitores, se puede utilizar tanto un capacitor electrolítico como un capacitor cerámico, mejor que solamente un capacitor electrolítico, que puede proporcionar una mejor filtración del ruido de alta frecuencia para el circuito de suministro de energía.

Al proporcionar la trayectoria alternativa de corriente a través del resistor R11, la operación del circuito D3, R6, C10, D3, D5, Q3, C6, C5, R8, R9, D6, K1, D7, R10 se puede aislar bien del flujo de corriente provisto para energizar el micro-controlador U1 (por ejemplo, el flujo de corriente para la base del transistor Q5 puede ser menor, lo que permite una operación rápida y menor consumo de corriente).

Aunque el circuito de suministro de energía de las modalidades de la Figura 3 proporciona un voltaje más bajo, un suministro de energía de mejor calidad para el micro-controlador U1, las variaciones en el nivel de voltaje en línea AC y sus similar, lo cual puede resultar en una variación del diez por ciento en el nivel del voltaje en la clavija VDD. Como tal, el suministro de energía en la modalidad de la Figura 4 se puede usar cuando se desea una entrada de energía más estable. Además de los diodos D3, D16, los resistor R6, R11 y los capacitores C2, C7, el circuito de suministro de energía de las modalidades de la Figura 4 también incluyen diodo D15. Además, el resistor R15 del voltaje de referencia y el circuito de corriente de la Figura 3 se reemplaza por la combinación de los resistores R15 y R12 en serie en las modalidades de la Figura 4 para proporcionar el acoplamiento del diodo D15 entre ellos. Se debe hacer notar que, en otras modalidades, los diodos D16 y D15 se pueden acoplar en serie y la entrada de voltaje con la clavija VDD se puede arrastrar desde el diodo D15 (es decir, se puede ajustar al nivel del voltaje Zener del diodo D15, mejor que el nivel de voltaje Zener del diodo D16).

Como se describe antes, las modalidades de las Figuras 3 y 4 incluyen un circuito de energía acoplado con el controlador U1 y el circuito D3, R6, C10, D4, D5, Q3, C6, C5, R8, R9, D6, K1 , D7, R10 que está configurado para proporcionar la fuente de energía DC para el controlador U1 y con el circuito D3, R6, C10, D4, D5, Q3, C6, C5, R8, R9, D6, K1, D7, R10 de relé desde la fuente de energía AC. El controlador U1 está configurado para desconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente cuando la cantidad detectada de la corriente excede el nivel de referencia y para volver a conectar la fuente de energía AC en la instalación del cliente en respuesta a la detección de una condición de re-conexión. La condición de re-conexión puede ser por ejemplo, la expiración de un tiempo de retraso seleccionado después de que se desconecta la fuente de energía AC desde la instalación del cliente. En algunas modalidades, la condición de re-conexión es la expiración de un tiempo de retraso seleccionado después de que la fuente de energía AC se desconecta desde la instalación del cliente pero solamente cuando el número total de reinicios desde el tiempo de referencia es menor que o igual que el número máximo de reinicios permitidos. En tales modalidades, no se permiten las reconexiones después de que el número total de reinicios es mayor que el número máximo de reinicios permitidos, hasta que ocurre otro evento de reinicio para reiniciar el número total de reinicios que se considera que han ocurrido.

En particular, el circuito de energía de la Figura 3 y de la Figura 4 incluye un rectificador D7, R10 de media onda acoplado con la fuente de energía AC (NEUTRAL en las modalidades ilustradas). El circuito de energía está configurado para proporcionar desde el rectificador D7, R10 de media onda un primer nivel de voltaje como la fuente de energía DC para el circuito D3, R6, C10, D4, D5, Q3, C6, C5, R8, R9, D6, K1, D7, R10 de relé y a un segundo nivel de voltaje, más bajo que el primer nivel de voltaje, como la fuente de energía DC para el controlador U1.

La fuente de energía AC incluye tres líneas (NEUTRAL; LÍNEA; CARGA) y el rectificador D7, R10 de media onda está acoplado con la primera de las tres líneas. Como se describe antes, el circuito de energía incluye un primer diodo D3 que tiene un primer extremo conectado con la primera de las tres líneas NEUTRAL y un segundo extremo conectado con el segundo diodo D16 del circuito de energía y el segundo nivel de voltaje, más bajo que el primer nivel de voltaje, se toma desde el segundo extremo. El circuito de energía ilustrado en la Figura 4 también incluye un tercer diodo D15 acoplado en serie con el primer diodo D3 y en paralelo con el segundo diodo D16 pero en algunas modalidades, el tercer diodo D15 está acoplado en serie con el primer diodo D3 y con el segundo diodo D16.

La Figura 5 es una vista en perspectiva en despiece de un circuito auto-conector con un alojamiento de conformidad con algunas modalidades de la presente invención. Como se muestra en las modalidades de la Figura 5, el circuito 100 auto-conector incluye una base 105 y un cubierta 110 de empalme que juntos definen un alojamiento para el tablero 115 de circuito.

El tablero 115 de circuito, como se ilustra en la Figura 5, está conectado con la base 105 por tornillos 120 de montaje. El tablero 115 de circuito también incluye, en una superficie 117 superior del mismo, la circuitería para el circuito auto-conector, tal como se ilustra en las Figuras 3 y 4, ¡lustrado generalmente por varios componentes eléctricos mostrados en el tablero 115 de circuito, incluyendo al dispositivo 135 de conmutación. El dispositivo 135 de conmutación se ¡lustra como un relé en la Figura 1. La circuitería del dispositivo de la Figura 1 está configurada para controlar la conexión de una fuente de energía AC con la instalación del cliente al activar o desactivar el relé 135. El relé 135, a su vez, puede estar acoplado a través de un conector eléctrico, tal como el conector 150 tipo cierre de 3 polos, ilustrado para la fuente de energía AC cuando se inserta en un receptáculo de energía AC, para que la energía para la instalación del cliente se encienda o apague en respuesta al estado del relé 135.

El circuito 100 auto-conector de la Figura 5 se puede enchufar en caliente dentro del receptáculo de energía AC sin dañar el circuito auto-conector. El circuito 100 auto-conector también puede ser un componente de un estuche que también incluye una tapa de corto y/o una tapa abierta que tiene un conector 150 tipo cierre de 3 polos, como el mostrado en la Figura 5 que está configurado para ser insertado en el receptáculo de energía AC.

Lo anterior es ilustrativo de la presente invención y no se debe considerar como limitante de la misma. Aunque algunas modalidades ejemplificativas de la invención han sido descritas, las personas experimentadas en la técnica podrán apreciar que son posibles muchas modificaciones en las modalidades sin apartarse materialmente de las enseñanzas novedosas y las ventajas de esta invención. De conformidad con esto, todas las modificaciones tienen la intención de estar incluidas en el alcance de la invención como se define por las reivindicaciones. En las reivindicaciones, las cláusulas de medios-más-función tienen la intención de abarcar estructuras descritas como llevando a cabo la función descrita y no solamente los equivalentes estructurales sino también las estructuras equivalentes. Por lo tanto, se debe entender que lo anterior es ilustrativo de la presente invención y no se debe considerar como limitada a las modalidades específicas descritas, y que las modificaciones para las modalidades descritas, así como en otras modalidades tienen la intención de estar incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. La invención se define por las siguientes reivindicaciones, con equivalentes de las reivindicaciones incluidos aquí.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un circuito auto-conector, caracterizado porque comprende: un circuito de relé que incluye un relé electro-magnético configurado para ser acoplado entre una fuente de energía AC y la instalación del cliente para entregar la corriente desde la fuente de energía AC a la instalación del cliente; un controlador acoplado con el circuito de relé que está configurado para controlar al relé electro-magnético para desconectar la fuente de energía AC de la instalación del cliente y para reconectar la fuente de energía AC con la instalación del cliente; un circuito de detección de corriente acoplado con el controlador que está configurado para detectar la cantidad de corriente que es entregada a la instalación del cliente; un circuito de voltaje de referencia acoplado con el controlador que está configurado para establecer un nivel de referencia para la cantidad de corriente que es entregada a la instalación del cliente; y un circuito de energía acoplado con el controlador y con el circuito de relé que está configurado para proporcionar la fuente de energía DC al controlador y con el circuito de relé desde la fuente de energía AC; en donde el controlador está configurado para desconectar la fuente de energía AC de la instalación del cliente cuando la cantidad detectada de corriente excede el nivel de referencia y para reconectar la fuente de energía AC con la instalación del cliente en respuesta a la detección de una condición de reconexión.

2. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque además comprende: un tablero de circuito que tiene un circuito de relé, el controlador, el circuito de detección de corriente, el circuito de voltaje de referencia y el circuito de energía en el mismo; un conector tipo cierre de 3 polos acoplado con el tablero de circuito que está configurado para acoplar el circuito auto-conector con la fuente de energía AC cuando se inserta en un receptáculo de energía AC; y un alojamiento que incluye el tablero de circuito en el mismo y el conector en el mismo.

3. El circuito auto-conector de la Figura 2, caracterizado porque el circuito auto-conector se puede enchufar en caliente dentro del receptáculo de energía AC sin dañar el circuito auto-conector.

4. El circuito auto-conector de la Figura 2, caracterizado porque en combinación con por lo menos una de la tapa de corto y la tapa abierta tienen un conector tipo de cierre de 3 polos que está configurado para ser insertado dentro del receptáculo de energía AC.

5. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque el circuito de energía incluye un rectificador de media onda acoplado con la fuente de energía AC y en donde el circuito de energía está configurado para proporcionar desde el rectificador de media onda un primer nivel de voltaje como la fuente de energía DC para el circuito de relé y un segundo nivel de voltaje, más bajo que el primer nivel de voltaje, como la fuente de energía DC para el controlador.

6. El circuito auto-conector de la Figura 5, caracterizado porque la fuente de energía AC incluye tres líneas y el rectificador de media onda está acoplado con la primera de las tres líneas y en donde el circuito de energía incluye un primer diodo que tiene un primer extremo conectado con la primera de las tres líneas y un segundo extremo conectado con el segundo diodo del circuito de energía y en donde el segundo nivel de voltaje, más bajo que el primer nivel de voltaje, se toma desde el segundo extremo.

7. El circuito auto-conector de la Figura 6, caracterizado porque el circuito de energía también comprende un tercer diodo acoplado en serie con el primer diodo y en paralelo con el segundo diodo.

8. El circuito auto-conector de la Figura 6, caracterizado porque el circuito de energía también comprende un tercer diodo acoplado en serie con el primer diodo y el segundo diodo.

9. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque el circuito de detección de corriente incluye un resistor derivador de corriente y un circuito de filtro anti-escalonamiento.

10. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque el circuito de voltaje de referencia incluye un resistor variable configurado para ajustar el nivel de referencia.

11. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque además comprende una lámpara acoplada con el circuito de relé que está configurado para proporcionar una indicación visual del estado del relé electro-magnético.

12. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque el relé electro-magnético comprende un relé normalmente cerrado y en donde el circuito de relé incluye un transistor de activación acoplado en serie con el relé electro-magnético y que tiene una base acoplada con el controlador y en donde el controlador está configurado para cortar la base para detener el flujo de corriente a través del transistor de activación para reconectar la fuente de energía con la instalación del cliente y para proporcionar una conexión de alta impedancia entre la base y el controlador para permitir que el circuito de relé proporcione un flujo de corriente regulado a través del relé electro-magnético para desconectar la fuente de energía AC de la instalación del cliente.

13. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque la fuente de energía AC incluye una conexión de LÍNEA; NEUTRAL y de CARGA y en donde el circuito de energía incluye un rectificador de media onda acoplado con la NEUTRAL y en donde el relé electro-magnético y el transistor de activación están acoplados en serie entre la NEUTRAL y la LÍNEA.

14. El circuito auto-conector de la Figura 13, caracterizado porque el circuito de energía está configurado para proporcionar al rectificador de media onda un primer nivel de voltaje como la fuente de energía DC para el circuito de relé y un segundo nivel de voltaje, más bajo que el primer nivel de voltaje, como la fuente de energía DC para el controlador y en donde el circuito de energía incluye un primer diodo que tiene un primer extremo conectado con la NEUTRAL y un segundo extremo conectado con el primer extremo de un segundo diodo del circuito de energía que tiene un segundo extremo conectado con la LÍNEA y en donde el segundo nivel de voltaje, más bajo que el primer nivel de voltaje, se toma desde el segundo extremo del primer diodo.

15. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque el controlador incluye un comparador que tiene una primera entrada acoplada con el circuito de detección de corriente y una segunda entrada acoplada con el circuito de voltaje de referencia.

16. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque la condición de reconexión comprende la expiración de un tiempo de retraso seleccionado después de que la fuente de energía AC se desconecta de la instalación del cliente.

17. El circuito auto-conector de la Figura 16, caracterizado porque la condición de reconexión comprende la expiración de un tiempo de retraso seleccionado después de que la fuente de energía AC se desconecta de la instalación del cliente, cuando el número total de reinicios desde el tiempo de referencia es menor que o igual que un número máximo de los reinicios permitidos y en donde no se permiten reconexiones después de que el número total de reinicios es mayor que el número máximo de reinicios permitidos.

18. El circuito auto-conector de la Figura 1, caracterizado porque el circuito de relé incluye un circuito modulador de ancho de impulso configurado para generar una señal modulada de ancho de impulso que tiene un ancho de impulso que varía en respuesta a un voltaje promedio a través de la bobina del relé del relé electro-magnético, el modulador de ancho de impulso incluye un circuito de promedio de voltaje que incluye un capacitor acoplado en paralelo con la bobina del relé.

19. Un circuito auto-conector caracterizado porque comprende: un circuito de relé que incluye un relé electro-magnético configurado para ser acoplado entre la fuente de energía AC y la instalación del cliente para entregar la corriente desde la fuente de energía AC a la instalación del cliente; un controlador acoplado con el circuito de relé que está configurado para controlar al relé electro-magnético para desconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente y para reconectar la fuente de energía AC con la instalación del cliente; un circuito de detección de corriente acoplado con el controlador que incluye un resistor derivador de corriente y un circuito de filtro anti-escalonamiento, en donde el resistor derivador de corriente está configurado para detectar la cantidad de corriente que se entrega a la instalación del cliente; un circuito de voltaje de referencia acoplado con el controlador que está configurado para establecer un nivel de referencia para la cantidad de corriente que se entrega a la instalación del cliente, en donde el circuito de voltaje de referencia incluye un resistor variable configurado para ajustar el nivel de referencia y en donde el controlador incluye un comparador que tiene una primera entrada acoplada con el circuito de detección de corriente y una segunda entrada acoplada con el circuito de voltaje de referencia; y un circuito de energía acoplado con el controlador y con el circuito de relé que está configurado para proporcionar la fuente de energía DC al controlador y con el circuito de relé desde la fuente de energía AC; en donde el circuito de energía incluye un rectificador de media onda acoplado con la fuente de energía AC y en donde el circuito de energía está configurado para proporcionar desde el rectificador de media onda un primer nivel de voltaje como la fuente de energía DC para el circuito de relé y un segundo voltaje de referencia, más bajo que el primer voltaje de referencia, como la fuente de energía DC para el controlador y en donde el controlador está configurado para desconectar la fuente de energía AC desde la instalación del cliente cuando la cantidad detectada de corriente excede el nivel de referencia y para reconectar la fuente de energía AC con la instalación del cliente en respuesta a la detección de una condición de reconexión.

20. El circuito auto-conector de la Figura 19, caracterizado porque el relé electro-magnético comprende un relé normalmente cerrado y el donde el circuito de relé incluye un transistor de activación acoplado en serie con el relé electro-magnético y que tiene una base acoplada con el controlador y en donde el controlador está configurado para cortar la base para detener el flujo de corriente a través del transistor de activación para reconectar la fuente de energía AC con la instalación del cliente y para proporcionar una conexión de alta impedancia entre la base y el controlador para permitir que el circuito de relé proporcione un flujo de corriente regulado a través del relé electro-magnético para desconectar la fuente de energía AC de la instalación del cliente.