MXPA04009647A

MXPA04009647A - Regulador de conmutacion de frecuencia de linea.

Info

Publication number: MXPA04009647A
Application number: MXPA04009647A
Authority: MX
Inventors: Ward Muterpsaugh Max
Original assignee: Thomson Licensing Sa
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2005-01-11
Also published as: US20060164048A1; EP1490957A2; AU2003224818A8; US7199562B2; KR100995537B1; JP2005522177A; AU2003224818A1; JP4339129B2; CN100412739C; CN101330254A; KR20040106310A; WO2003085813A2; CN1643468A; WO2003085813A3; CN101330254B; EP1490957A4

Abstract

En un suministro de energia de modo de conmutacion (SMPS), una fuente de voltaje de suministro principal esta acoplada a un rectificador para producir un voltaje de suministro de entrada. El voltaje de suministro de entrada rectificado esta acoplado no filtrado a una entrada del SMPS. Un transistor de energia de conmutacion que tiene un ciclo de trabajo controlable se controla a traves de una senal modulada de ciclo de trabajo para producir un voltaje de suministro de salida regulado a partir del voltaje de suministro de entrada rectificado. La forma de onda periodica del voltaje de suministro principal se utiliza para establecer los controles de tiempos de la senal modulada de ciclo de trabajo. En cada ciclo, el flujo de corriente se inicia en el transistor, cuando el transistor esta completamente encendido y un voltaje desarrollado ente sus terminales de conduccion de corriente principal es bajo o esta cerca de cero voltios. De esta manera, la disipacion de energia, ventajosamente es pequena. Cuando el voltaje de suministro de salida obtiene el nivel requerido, el transistor se apaga. Se proporciona histeresis para prevenir que el transistor se encienda de nuevo en el mismo ciclo, despues de que se ha apagado.

Description

REGULADOR DE CONMUTACION DE FRECUENCIA DE LINEA REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta es una solicitud no provisional que reclama el beneficio de la solicitud provisional serie No. 60/370,072, presentada el 4 de Abril del 2002.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La invención se refiere a un suministro de energía de modo de conmutación para un dispositivo de comunicación. Típicamente, un suministro de energía de modo de conmutación (SMPS, según siglas en inglés), incluye un transistor de energía de conmutación que tiene un ciclo de trabajo controlable ^ue ~sé~ coñtTol¥ a través de una señal modulada de ciclo de trabajo. Una fuente de voltaje de suministro principal de corriente alterna (AC) está acoplada a un rectificador para producir un voltaje de suministro de entrada para energizar el SMPS. Típicamente, un capacitor de filtro de entrada grande está acoplado a una entrada del SMPS para filtrar los componentes de AC a partir de un voltaje de suministro de entrada rectificado producido en el rectificador. Puede ser deseable eliminar el capacitor de filtro de entrada grande. Un SMPS típico requiere la generación de una señal de conmutación periódica para establecer los controles de tiempos de la señal modulada de ciclo de trabajo. Puede ser deseable utilizar la forma de onda periódica del voltaje de suministro principal para establecer los controles de tiempos de la señal modulada de ciclo de trabajo. De esta manera, la operación de SMPS puede ser obtenida sin una complejidad de circuito agregado asociada con la generación de la señal de conmutación periódica. En un SMPS, que modaliza una característica de la invención, una fuente de voltaje de suministro principal está acoplada a un rectificador para producir un voltaje de suministro de entrada. El voltaje de suministro de entrada rectificado está acoplado no filtrado a una entrada del SMPS. Un transistor de energía de conmutación que tiene un ciclo de trabajo controlable se controla a través de una señal modulada de ciclo de trabajo para producir un voltaje de suministro de salida regulado del voltaje de suministro de entrada rectificado. La forma " de onda peri¾dic~a~d~el— voltaje" "dé ""suministro principal se utiliza para establecer el control de tiempos de la señal modulada de ciclo de trabajo. Para llevar a cabo una característica de la invención, en cada ciclo, el flujo de corriente se Inicia en el transistor, en donde el transistor ya está totalmente encendido y un voltaje desarrollado entre sus terminales de conducción de corriente principal es bajo o está cerca de los cero voltios. De esta manera, la disipación de energía, ventajosamente, es pequeña. Cuando el voltaje de suministro de salida llega a un nivel de umbral, el transistor es apagado.

Para realizar otra característica de la invención, se proporciona histéresis para evitar que el transistor se encienda de nuevo en el mismo ciclo, después de que ha sido apagado. De esta manera, ventajosamente, el transistor no puede encenderse de nuevo en el mismo ciclo, cuando el voltaje desarrollado entre sus terminales de conducción de corriente principal ya no está más cerca de cero voltios. Consecuentemente, la disipación de energía incrementada, ventajosamente, es prevenida.

COMPENDIO DE LA INVENCION Un suministro de energía de modo de conmutación, que modaliza una característica de la invención, incluye una fuente de un voltaje de suministro de entrada periódico y un capacitor de filtro. Un semiconductor de c oliTraTt a cío ñ ¾e ~é~n e~r g í a^e s t á~ a c o pl a do- a H a -f u e n-t e -y al capacitor para generar un pulso de corriente de suministro rectificado periódico en el semiconductor que tiene una primera transición en una primera dirección y una segunda transición en una dirección opuesta a una frecuencia relacionada con aquella del voltaje de suministro de entrada para desarrollar un voltaje de suministro de salida en el capacitor. Se proporciona una fuente de una primera señal de control de conmutación para acondicionar al semiconductor para la conducción antes de la primera transición en una forma que proporciona una conmutación de voltaje cero en el semiconductor, durante la primera transición. Un comparador es sensible a una señal indicativa del voltaje de suministro de salida y a una señal a un nivel de referencia para generar una segunda señal de control de conmutación para que el semiconductor produzca la segunda transición del pulso de corriente que es modulado, de acuerdo con una diferencia entre el voltaje de suministro de salida y la señal de nivel de referencia. El comparador tiene una trayectoria de señal de realimentación positiva que proporciona histéresis con respecto al voltaje de suministro de salida.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra una forma de onda de onda de seno rectificada totalmente de onda no filtrada producida a partir de un voltaje de suministro principal a una línea de frecuencia que es útil para explicar La Figura 2 ilustra un suministro de energía de modo de conmutación, que modaliza una característica de la invención; y Las Figuras 3a, 3b y 3c ilustran formas de onda útiles para explicar la operación del suministro de energía de la Figura 2.

DESCRIPCION DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La Figura 2 ilustra un suministro de energía de modo de conmutación que incluye un regulador de modo de conmutación 100, modalizando una característica de la invención. Un voltaje de suministro principal VM es aplicado a través de un transformador de línea T1 a un rectificador de fuente 101. Un voltaje Vent., desarrollado en una terminal 102a o 102b del rectificador 101, está acoplado a un emisor de un regulador, transistor de conmutación de paso en serie Q1 a través de la terminal 102a o 102b. El transistor Q está acoplado en serie con un rectificador o diodo D2 para formar un semiconductor de conmutación. Un conector del transistor Q1 está acoplado a través del diodo D2 a un capacitor de filtro C1 para producir un voltaje de suministro de salida, regulado, Vout, en el capacitor C 1. El voltaje Vs'al., está acoplado a través de un divisor de voltaje que incluye un resistor R7 y un resistor R6, que tienen, por ejemplo, valores iguales, a una terminar de entrada de inversión de un comparador o un amplificador de operación U1, pata 2, del tipo LM324. Un voltaje de refer eñ el a~~ VFe'f _ "es" t ~á~ ~ac op ? a ú~o~a r av é s d e^un resistor de divisor de voltaje ajustable R10 y un resistor R5 a una terminal de entrada que no es inversión, para 3, del amplificador U1 para establecer un voltaje de referencia Vrefl en la terminal de entrada de entrada de no inversión del amplificador U1, pata 3. Una terminal de salida del amplificador U1, pata 1, está acoplada a través de un divisor de voltaje formado por un resistor R2 y un resistor R3 a la base de un transistor de conmutación Q2. Un colector de transistor Q2 está acoplado a través de un resistor de limitación de corriente R1 a la base del transistor Q1. Las Figuras 1 y 3a-3c ilustran formas de onda útiles para explicar la operación del regulador de conmutación 100 de la Figura 2. Símbolos y número similares en las Figuras 1, 2 y 3a-3c indican artículos o funciones similares. Asumir que la terminal 102a del rectificador de puente 101 de la Figura 2 está separada de una terminal de emisor 102b del transistor Q1, como se muestra por las líneas punteadas en la forma de la letra "x". Asumir también que la carga resistiva, no mostrada, se aplica a la terminal 102a. En ese caso, la forma de onda del voltaje de suministro de entrada Vent., en la terminal 102a de la Figura 2 podría ser una forma de onda de onda de seno rectificada de onda completa no filtrada, del voltaje de suministro principal VM que tiene una línea de frecuencia de, por ejemplo, 60 Hz, como se muestra en la Figura 1. En la siguiente descripción, asumir que las terminales 102a y 102b están conectadas entre sí, como se muestra en la Figura 2, y Durante cada periodo 9 del voltaje Vent., de la Figura 3b, y siempre que el voltaje Vsal., de la Figura 3a sea menor que dos veces el voltaje en la terminal de entrada de no inversión, pata 3, del amplificador U1 de la Figura 2, un voltaje de salida del amplificador U1, en la pata de salida 1, está a un nivel de ALTO que es sustancialmente igual a un voltaje de suministro de 20 voltios, no mostrado, del amplificador U1. Como resultado, el transistor Q2 es encendido haciendo que el transistor Q1 se encienda en una condición saturada. De esta manera, ventajosamente, el transistor Q1 está acondicionado para la conducción antes de una corriente I eq 1 de la Figura 3c que fluye en el transistor Q1. Cuando el voltaje Vent., se hace suficiente grande para enviar el diodo de derivación D2, como se indica por una porción del voltaje Vent., que está por arriba de una línea punteada en la Figura 1, un voltaje de colector-emisor, no mostrado, del transistor Q1 de la Figura 2 cambió de polaridad. Consecuentemente, la corriente de suministro rectificada I eq 1 de la Figura 3c comienza a fluir a través de una trayectoria de corriente que incluye una trayectoria de corriente de emisor-colector del transistor Q1 de la Figura 2, diodo D2 y capacitor de filtro C1 para cargar al capacitor C1 y produce el voltaje Vsal. El voltaje Vsal., varía junto con un valor instantáneo del voltaje Vent., durante <un intervalo t1 de la Figura 3b. La Figura 3c ilustra una forma de onda de la corriente de emisor leql en el transistor Q1 de la Figura 2, durante el intervalo t1, cuando el voltaje ejemplo, 11 ohmios. Para realizar una característica de la invención, el voltaje de salida Vsal., de la Figura 3a se regula en una forma eficiente de energía hincando el flujo de la corriente I eq 1 de la Figura 3c en el transistor Q1 de la Figura 2, cuando el voltaje Vin de la Figura 3b es aproximadamente igual al voltaje Vsal., de la Figura 3a o una magnitud del voltaje de colector-emisor, no mostrado, del transistor Q1 de la figura 2 es pequeño. La corriente I e q 1 de la Figura 3c comienza a fluir en el transistor Q1 de la Figura 2 después de que el transistor Q1 ya se acondicionó para la conducción. Por lo tanto, ventajosamente, se proporciona una conmutación de voltaje de cero cuando el transistor Q1 es encendido. El resultado es que se disipa menos energía en el transistor Q1 que si una diferencia de voltaje importante se desarrollará entre su emisor y colector del transistor Q1 de la Figura 2, antes de la iniciación de la corriente de emisor I e q 1 de la Figura 3c. Cuando el voltaje Vsal., de la Figura 3a llega a un nivel de umbral que es igual a dos veces el voltaje en la terminal de entrada sin intervención, pata 2, del amplificador U1 de la Figura 2, la salida del amplificador U1 en la pata 1 obtiene un nivel BAJO, haciendo que los transistores Q2 y Q1 se apague. El voltaje Vsal., no se incrementa significativamente por arriba de dos veces el voltaje en la terminal de entrada sin intervención, pata 3, del amplificador U1. Por lo tanto, durante un intervalo de transición, no mostrado, cuando el transistor Q1 es apagado, la disipación de energía en el trans sToT Q1, también es ventajosamente pequeña. El procedimiento de rellenar la carga del capacitor C1 que se removió por el circuito de carga, no mostrado, Se repite en cada periodo T del voltaje Vent., de la Figura 3b. Un resistor de realimentación positiva R4 de la Figura 2, que modaliza una característica de la invención, se acopla de la terminal de salida del amplificador U1, pata 1, a la terminal de entrada sin intervención del amplificador U1, pata 3, para proporcionar histéresis. El resistor de realimentación positiva R4 hace que la diferencia de voltaje entre aquella en la terminal de entrada de intervención, pata 2, y la terminal de entrada sin intervención, pata 3, del amplificador U1 se incremente más. De esta manera, la histéresis evita que el amplificador U1 encienda el transistor Q1 otra vez para evitar múltiples ocurrencias de pulsos de la corriente I eq 1 de la Figura 3c, durante una porción de rampa descendente Ventdr del voltaje Vent. Sin la histéresis, el amplificador U1 de la Figura 2 puede haber sido capaz de encender el transistor Q1 para producir un segundo pulso de corriente I eq 1 en el transistor Q1 y el diodo D2, durante el mismo periodo T de la Figura 3b, cuando la diferencia de voltaje entre el emisor y colector del transistor Q1 de la Figura 2 es importante y mayor que cero. De esta manera, la histéresis evita el incremento de disipación de energía en el transistor Q1 conservando la conmutación de voltaje de cero. Un diodo de descenso D3, que modaíiza una característica cTe la invención, está acoplado entre el emisor del transistor Q1 y la terminal de entrada de intervención, pata 2, del amplificador U1. El diodo de descenso D3 acopla el voltaje Vent., a la terminal de entrada de inversión, pata 2, del amplificador U1. La reducción del voltaje Vent., durante una porción de rampa descendente Ventdr del voltaje Vent., de la Figura 3b, hace que el voltaje en la terminal de salida del amplificador U1, pata 1, obtenga el nivel de ALTO de nuevo. Consecuentemente, y ventajosamente, el transistor Q1 está acondicionado para la conducción en la preparación del siguiente ciclo. El diodo D2 es desviado de regreso inmediatamente después 1 o' de que el transistor Q1 es acondicionado para la conducción. Por lo tanto, el flujo de corriente en el transistor conductor Q1 que, de otra manera, pudo haber descargado el capacitor C1, es prevenido, hasta el siguiente intervalo de conducción 11 a de la Figura 3c. Solamente cuando el voltaje Vent., de la Figura 3b otra vez alcanza un nivel que es aproximadamente igual al voltaje Vsal., de la Figura 3a, el diodo D2 comienza a conducir corriente leq de la Figura 3c, de nuevo, como se explicó anteriormente. El nivel de voltaje Vsal., ventajosamente es mantenido sustancialmente igual en cada periodo T de la Figura 3b sin considerar las variaciones en la amplitud del voltaje de entrada Vent. Una variación en la corriente de carga de salida puede cambiar un voltaje ondulado pico a pico, VONDULADO en la Figura 3a. Sin embargo, el valor promedio del voltaje de salida DC Vsal., es m a n t e n i do. ?G voltaje o n dlilacl o^~VOlslD ?? ??? , p u e "d ere rr ¡ c~o rn t rolado a través de la selección apropiada del valor del capacito C1 con respecto a la carga, como es bien conocido. De esta manera, la regulación se logra para variaciones de voltaje de entrada y para variaciones de carga. Un diodo D1 de la Figura 2, un capacitor C2, y un resistor R8 forman un supresor pasajero. Cuando el transistor Q1 se apaga, la fuga de inductancia en el transformador T1 tiende a mantener el flujo de corriente que produce una chispa de alto voltaje, no mostrada, que puede dañar al transistor Q1 y/o producir un ruido en la salida regulada. El diodo D1 y el capacitor C2 conducen esta chispa y el resistor R8 proporciona una trayectoria de fuga para el voltaje generado. Una terminal de unión 106 del resistor R8, capacitor C2 y el cátodo del diodo D1 también se pueden utilizar para proporcionar un voltaje de suministro auxiliar, tal como el necesario para suministrar al amplificador U1 u otro circuito. En la disposición de la Figura 2, se utiliza para derivar el voltaje de referencia Vref.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un suministro de energía de modo de conmutación, que comprende: una fuente de un voltaje de suministro de entrada periódico; un capacitor de filtro; un semiconductor de conmutación de energía acoplado a la fuente y al capacitor para generar un pulso de corriente de suministro rectificado periódico en el semiconductor que tiene una primera transición en una primera dirección y una segunda transición en una segunda dirección a una frecuencia relacionada con aquella del voltaje de suministro de entrada para desarrollar un voltaje de suministro de salida en el capacitor; una fuente de una primera señal de control de conmutación p^Ta- a ;crn"d"iciOnar~di hO— s¾mi conducto r-a— la— eondueeión—a-n es— de— la-primera transición en una forma que proporciona una conmutación de voltaje cero en el semiconductor, durante la primera transición; y un comparador sensible a una señal indicativa del voltaje de suministro de salida y a una señal a un nivel de referencia para generar una segunda señal de control de conmutación para el semiconductor para producir dicha segunda transición del pulso de corriente que es modulado, de acuerdo con una diferencia entre el voltaje de suministro de salida y la señal de nivel de referencia, el comparador teniendo una trayectoria de señal de realimentación positiva que proporciona histéresis con respecto al voltaje de suministro de salida.

2. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera transición ocurre, cuando una primera diferencia entre un nivel instantáneo de dicho voltaje de suministro 5 de entrada y dicho voltaje de suministro de salida es alcanzado.

3. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la histéresis evita que el semiconductor genere múltiples pulsos de corriente en un periodo dado del voltaje de suministro de entrada en una forma que mantenga la conmutación a un voltaje. de 10 cero.

4. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el semiconductor de conmutación comprende un transistor de paso en serie.

5. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación T5 47~err wd~e~e1~tran-sistoT~de-p a so-en serie-e stá-aco piado en-ser-ie-e-on un rectificador para evitar que dicho capacitor se descargue a través del transistor, fuera del pulso de corriente suministro rectificado.

6. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 4", en donde la primera transición ocurre, cuando un voltaje, 20 desarrollado entre un par de terminales de conducción de corriente principal del transistor, cambia la polaridad.

7. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el voltaje de suministro de entrada está acoplado a una terminal de control del transistor a través de una trayectoria de señal 25 que deriva una trayectoria de conducción de corriente principal en el transistor para generar la primera señal de control de conmutación en la terminal de control del transistor.

8. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un rectificador para rectificar un voltaje de 5 suministro principal para producir dicho voltaje de suministro de entrada teniendo una forma de onda rectificada de onda de seno.

9. - Un suministro de energía de modo de conmutación, que comprende: una fuente de un suministro de voltaje de entrada periódico; 10 un capacitor de filtro; un transistor de conmutación de energía acoplado a la fuente y al capacitor para generar un pulso de corriente de suministro rectificado periódico en el transistor que tiene una primera transición en una primera dirección y una segunda transición en una dirección T5 opu e"s a~ a una — frecuencia relacionada con -a q u-e I I-a— del voltaje de suministro de entrada para desarrollar un voltaje de suministro de salida en el capacitor; el voltaje de suministro de entrada estando acoplado a una terminal de control del transistor a través de una trayectoria de señal 20 que deriva una trayectoria de conducción de corriente principal en el transistor para generar una primera señal de control de conmutación en la terminal de control de dicho transistor para acondicionar al transistor a la conducción antes de la primera transición en una forma que proporcione la conmutación de voltaje de cero en el 25 transistor, durante la primera transición; y un comparador sensible a una señal indicativa del voltaje de suministro de salida y a una señal a nivel de referencia para generar una segunda señal de control de conmutación para que dicho semiconductor produzca la segunda transición del pulso de corriente que es modulado, de acuerdo con una diferencia entre el voltaje de suministro de salida y la señal de nivel de referencia.

10. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el transistor comprende un transistor de paso en serie.

11. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el transistor de paso en serie está acoplado en serie con un rectificador para evitar que el capacitor se descargue a través del transistor, fuera del pulso de corriente de suministro rectificado.

12. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 9~ en~ d onde — ra— traye-c-t f ¡-a— d e— señal— ue— d«r-i-v-a— la— t-r-a-yect-or-ia— d e conducción de corriente principal incluye dicho comparador.

13. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la primera transición ocurre, cuando un voltaje desarrollado entre un par de terminales de conducción de corriente principal del transistor cambia de polaridad.