MXPA04009706A - Suministro de energia para un receptor de satelite. - Google Patents
Suministro de energia para un receptor de satelite.Info
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Abstract
Un suministro de energia (10) para un sistema de receptor de satelite incluye una disposicion de voltaje de suministro de entrada doble (200). Cuando se selecciona un voltaje de salida v mayor, una fuente de un voltaje de entrada de suministro mas bajo se acopla a una entrada, la terminal de conduccion de corriente principal de un transistor de paso en serie (Q1). Por otro lado, cuando se selecciona un voltaje de salida mas bajo, una fuente de un voltaje de entrada de suministro mas bajo se acopla a la terminal de conduccion de corriente principal de entrada del transistor de paso en serie. Un comparador (22) percibe una magnitud de un voltaje de salida (16) producido por un transistor de paso en serie. Cuando, como resultado de una condicion de sobre-corriente, el voltaje de salida es menor que un nivel de umbral de referencia (22a), cualquier seleccion del voltaje de salida superior es automaticamente anulada y la fuente del voltaje de entrada de suministro mas bajo, mas bien, queda acoplado a la terminal de conduccion de corriente principal de entrada del transistor de paso en serie.
Description
SUMINISTRO DE ENERGIA PARA UN RECEPTOR DE SATELITE
REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS
Esta solicitud reclama el beneficio de la fecha de presentación de cada solicitud provisional serie No. 60/370,016, presentada el 3 de Abril del 2002 y la solicitud provisional serie No. 60/381,859, presentada el 20 de Mayo del 2002.
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a una disposición de protección para un regulador de voltaje. En la Figura 1 se ilustra un diagrama de bloque de un sistema de receptor de satélite típico. El sistema de receptor incluye una antena de mieroondas externa 85, la cual puede ser- dirigida a un satélite para recibir una señal de un satélite. La señal recibida del satélite es amplificada a través de un convertidor de bloque de ruido bajo convencional (LNB) 86 montado muy cerca de o sobre la antena. El convertidor LNB 86 convierte de manera descendente las señales de satélite a altas frecuencias, típicamente en la escala de giga hertzios a señales a frecuencias en la escala alta de mega hertzios. Una señal de salida de LNB 86 es llevada a un receptor de satélite interno y un sistema descodificador 83 a través de un cable coaxial 84, descodificada y presentada con un dispositivo de monitor 81.
Con el fin de suministrar energía a LNB 86, así como controlar la selección la selección de polarización del LNB 86, un voltaje de suministro de salida V0 de corriente directa (DC), producido en un suministro de energía, no mostrado, pero incluido en el receptor de satélite y sistema descodificador 83, es multiplexado en el conductor central del cable coaxial 84. El voltaje V0 tiene un nivel que es, selectivamente, ya sea de 13V o 18V. El suministro de energía, no mostrado, puede incluir un transistor de paso en serie. Un ejemplo de un suministro de energía de la técnica anterior que genera un voltaje de suministro de salida similar al voltaje V0 se describe en la patente de E. U. A. No. 5,563,500, intitulada Regulador de Voltaje que tiene un transistor de tipo complementario, a nombre de Muterspaugh (la patente de Muterspaugh). Los niveles de suministro de salida más bajos y más altos del voltaje V0 se utilizan, selectivamente, para controlar las determinaciones de polarización del LNB 86. Por ejemplo, el nivel de voltaje más bajo 13V selecciona la polarización circular de mano derecha (RPC) y el voltaje más alto 18V selecciona la polarización circular de mano izquierda (LHCP). Los circuitos en el LNB 86 de la Figura 1 están diseñados para funcionar apropiadamente cuando se energizan ya sea al nivel de suministro de salida más bajo 13V y el nivel de suministro de salida más alto en 18V. Un IO de drenaje de corriente del LNB 86 es aproximadamente igual ya sea al nivel 13V o al nivel 18V. Las Figura 2 ilustra un relación típica entre el voltaje de suministro de salida V0 y el 10 de corriente de salida del suministro de energía, no mostrado, del sistema de receptor de satélite de la Figura 1. La disipación de energía máxima en el transistor de paso en serie ocurrirá cuando la diferencia de voltaje entre las terminales de conducción de corriente principales de entrada y de salida del transistor de paso en serie, no mostrado, esté al máximo y la corriente de salida esté al máximo. Esta condición ocurrirá en el nivel de 6 voltios de la Figura 2. Con la necesidad de suministrar 3 o más dispositivos de antena de satélite a partir de un solo receptor de satélite, los requerimientos de energía del suministro de antena de satélite se incrementa. Este incre.mento en capacidad de dirección de energía da como resultado una pérd ida . mayor de energía (en la forma de calor) cuando una condición de falla está presente en el suministro de energía. Existe la necesidad de reducir al mínimo el calor generado en el transistor de paso en serie controlable durante una condición de falla. El transistor de paso en serie controlable puede ser dañado si se forma un corto circuito u otra falla en la terminar de salida del transistor de paso en serie. Una condición de falla puede ser un resultado de, por ejemplo, un cableado inapropiado hacia la salida del instrumento de recepción. Ejemplos de un cableado inapropiado incluyen dirigir una uña a través de cable coaxial y conectar el receptor de satélite a una antena de azotea convencional en lugar de a la antena de satélite. Dicho daño por lo regular es causado por la disipación térmica excesiva del transistor de paso en serie o excediendo la escala de corriente del transistor de paso en serie. Por esta razón, es común proporcionar una protección de sobre carga para evitar dicho daño al transistor de paso en serie. Otro aspecto de la técnica anterior incluye un voltaje de suministro de entrada doble de disposición. Cuando se selecciona el voltaje de salida más alto 18V, se desarrolla un voltaje de suministro de entrada más alto de 22 voltios en una terminal de conducción de corriente principal de entrada del transistor de paso en serie, no mostrado. Por otro lado, cuando el voltaje de salida más bajo de 13 voltios es seleccionado, se desarrolla un voltaje de suministro de entrada inferior a 16 voltios en" la terminar de conducción de corriente principal de entrada del transistor de paso en serie, no mostrado. De esta manera, la disipación de energía en el transistor de paso en serie de energía, no mostrado, cuando el voltaje de salida inferior de 13 voltios es seleccionado es ventajosamente reducida. Un suministro de energía, modalizando una característica de la invención, incluye la disposición de voltaje de suministro de entrada doble antes mencionado. Un comparador percibe una magnitud de un voltaje de salida producido por el transistor de paso en serie. Cuando, como resultado de una condición de sobre-corriente, el voltaje de salida se hace más bajo que un nivel de umbral de referencia, cualquier intento de seleccionar el voltaje de salida superior de 18V es automáticamente anulado y el voltaje de suministro de entrada inferior, más bien, es desarrollado en la terminal de conducción de corriente principal de entrada del transistor de paso en serie, no mostrado. Esta acción, ventajosamente, reduce la cantidad máxima de energía que disipa al transistor de paso en serie.
COMPENDIO DE LA INVENCION
Un suministro de energía para un aparato de comunicación, que modaliza un aspecto de la invención, incluye una fuente de una primera señal de control que es indicativa cuando una primera señal de entrada va ha ser seleccionada y cuando una segunda señal de entrada va a ser seleccionada. Un transistor de energía es sensible a la primera señal de control para generar un voltaje de suministro de salida a un valor seleccionado de acuerdo con la primera señal de control. El voltaje de suministro de salida es acoplado a una etapa del aparato de comunicación para seleccionar la primera señal de antena, cuando un primer valor del voltaje de suministro de salida es generado y la segunda señal de antena, cuando un segundo valor de dicho voltaje de suministro de salida es generado. Un conmutador es sensible a la primera señal de control y está acoplado a una entrada del transistor de energía para seleccionar, en un primer estado de conmutación del conmutador, un primer voltaje de suministro de entrada que será desarrollado en la entrada, cuando la primera señal de antena se selecciona. En un segundo estado de conmutación del conmutador, un segundo voltaje de suministro de entrada es seleccionado para ser desarrollado en la entrada, cuando se selecciona la segunda señal de antena. Un detector de fallas está acoplado al conmutador para cambiar el estado de conmutación en el conmutador, cuando la segunda señal de antena es seleccionada y ocurre una condición de falla, para seleccionar un voltaje de suministro de entrada que será desarrollado en la entrada que es diferente del segundo voltaje de suministro de entrada.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 ilustra un sistema de receptor de satélite típico; La Figura 2 ilustra una relación típica entre un voltaje de suministro de salida y una corriente de suministro de salida de un suministro de energía del sistema de receptor de satélite de la Figura 1 ; La Figura 3 ilustra un regulador de suministro de energía, modalizando una característica de la invención, el cual puede ser incorporado en el sistema de receptor de satélite de la Figura 1; La Figura 4 ilustra un diagrama de flujo para describir un modo de operación del regulador de suministro de energía de la Figura 3, proporcionando protección a través de una técnica de hardware; La Figura 5 ilustra un diagrama de flujo para describir un modo de operación del regulador de suministro de energía de la Figura 3 proporcionando protección a través de una combinación de técnicas de software y hardware; y La Figura 6 ilustra una modalidad alternativa del regulador de suministro de energía mostrado en la Figura 3.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS
La Figura 3 ilustra un regulador de suministro de energía 10, que modaliza una característica de la invención, se utiliza para energizar un convertidor de bloque de ruido bajo (LNB) 86 de la Figura 1. El regulador de suministro de energía 10 de la figura 3 proporciona un voltaje de salida regulado V0 en una terminal de salida 16. La terminal 16 está acoplada al LNB 86 a través de un cable coaxial 84 de la Figura 1. Un emisor de un transistor de energía de paso en serie Q1 de la Figura 3 está suministrado con un voltaje de entrada VENT. mayor que el voltaje de salida regulado V0, desarrollado en la terminal 16. Un colector de transistor Q1 está acoplado a través de un resistor de percepción de corriente 20 a la terminal 16. Un circuito de control de voltaje 7 de LNB percibe el, voltaje de salida VQ y controla al transistor de energía Q1 para regular el voltaje de salida V0. Se selecciona un nivel del voltaje de salida V0 a través de una señal de control de dos niveles o binario 23c en una terminal de control 53. En ausencia de una condición de falla, el nivel de estado estable del voltaje de salida V0 es mayor que, por ejemplo, 10V. Por lo tanto, un comparador 22, modalizando una característica de la invención que tiene un voltaje de referencia correspondiente 22a, produce una señal de salida 23a como un estado VERDADERO. El voltaje de referencia 22a establece el nivel de umbral del comparador 22. Consecuentemente, una señal 23c producida por una compuerta AND 23 está en el mismo estado como aquella se una señal de salida 23b producida por un microprocesador 41. De esta manera, la señal 23c selectivamente puede asumir ya sea un estado de VERDADERO, para seleccionar el voltaje de salida V0 en 18 V, o un estado FALSO, para seleccionar el voltaje de salida V0 en 13V, de acuerdo con la señal 23b del microprocesador 41. Por ejemplo, el nivel de voltaje más bajo 13V del voltaje de salida V0 selecciona la polarización circular de mano derecha (RPC). y el voltaje más alto 18V del voltaje de salida V0 selecciona la polarización circular de mano izquierda (LHCP). De esta manera, la señal de antena producida por la antena 85 de la Figura 1 varía. Así, la regulación en el regulador de suministro de energía 10 de la Figura 3 se realiza similarmente a aquella descrita en la patente de Muterspaugh. La Figura 3 también ilustra una disposición de voltaje de suministro de entrada doble 200 para generar un voltaje de entrada VENT que energiza al regulador de suministro de energía 10 del LNB. Cuando el nivel de salida más alto del voltaje V0 en 18 voltios es seleccionado, un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal (MOSFET) 51 , que opera como un interruptor, es encendido por la señal 23c para suministrar un voltaje de entrada VENT. a 22 voltios para el emisor del transistor Q1 a partir de un voltaje de suministro de entrada 301. Por otro lado, cuando el nivel más bajo del voltaje de salida VQ a 13 voltios es seleccionado, el MOSFET 51 es apagado por la señal 23c. Consecuentemente, el voltaje de entrada VENT. a aproximadamente 16 voltios es suministrado al emisor del voltaje de entrada VENT. a través de una terminal de ánodo del diodo 21 , transistor Q1 a través de un diodo 21. De esta manera, el diodo 21 y el MOSFET 51 forman un conmutador de selección de voltaje de entrada para un suministro de energía de voltaje doble. Durante operación normal, el regulador de suministro de energía 10 genera el voltaje de salida V0 en un nivel de 18 voltios a partir del voltaje de entrada VENT a aproximadamente 22 voltios. Similarmente, el regulador de suministro de energía 10 genera el voltaje de salida V0 en el nivel de 13 voltios a partir del voltaje de entrada VENT a aproximadamente 16 voltios. Un LNB, similar al LNB 86 de la Figura 1 incluye un regulador de suministro de energía interno, no mostrado, para genera un voltaje de suministro interno de 15V, no mostrado, a partir del voltaje V0 ya sea al nivel de 13V o al nivel de 18V. El regulador de suministro de energía interno, no mostrado, requiere de un voltaje de suministro de energía mínimo de 6V para producir el nivel de 5V que es capaz de proporcionar la corriente de operación de LNB requerida máxima. De esta manera, una corriente de operación de LNB máxima puede ser producida cuando el voltaje V0 a por lo menos un nivel de 6 voltios es aplicado al LNB 86. Con el fin de asegurar una operación de activación apropiada, el regulador de suministro de energía 10 de la Figura 3 está diseñado para suministrar un nivel de corriente máximo de una corriente de salida l0 cuando el voltaje de suministro de salida V0 es igual a o mayor que 6 voltios. La relación entre el voltaje de suministro de salida V0 y una corriente de salida l0 se muestra en la Figura 2, como se explicó anteriormente. Durante operación normal (sin limite de corriente), la caída de voltaje entre el emisor y el colector del transistor de energía Q1 está dentro de un nivel normal seguro. Una condición de falla ocurre cuando, por ejemplo, una impedancia que es demasiado baja queda conectada a la terminal de salida 16. Consecuentemente, la corriente de suministro de energía l0 reduce el voltaje V0 al nivel. de salida de 6 a 10 voltios en la terminal 16, debido al límite de corriente, como se muestra en el nivel de 6 voltios de la Figura 2. La disipación de energía máxima en el transistor Q1 de la
Figura 3 ocurre cuando el voltaje V0 es igual a 6V y la corriente de salida l0 está en el nivel límite de corriente. Si no previene hacer esto, la reducción en el voltaje de salida V0 podría ocasionar un desarrollo de caída de voltaje entre el emisor de colector de transistor de energía Q1 que será excesivo cuando el voltaje de entrada VENT. a 22 voltios quede acoplado al emisor del transistor Q1. El calor adicional generado en dicha condición de falla prematuramente1 puede producir un daño permanente al transistor de energ ía Q1. Para realizar una característica de la invención, cuando el voltaje V0 es menor que un nivel de umbral de aproximadamente 10V como se ilustra en el paso 91 del diagrama de flujo de la Figura 4, la señal de salida 23a del comparador 22 de la Figura 3 está en un estado de BAJO. Cuando la señal de salida 23a del comparador 22 está en el estado de BAJO, se anula, a través de la operación de la compuerta AND 23, la operación de la señal de selección 23b. De esta manera, el regulador de suministro de energía 10 es forzado a operar en un modo de 13V, en donde el voltaje de salida V0 es de 13V, como se ¡lustra en el paso 92 del diagrama de flujo de la Figura 4, sin considerar la señal de selección 23b producida por el microprocesador 41. Como se explicó anteriormente, cuando el nivel más bajo de 13 voltios del voltaje de salida V0 es seleccionado, el MOSFET 51 es apagado por la señal 23b para suministrar, a través del diodo 21, un voltaje de entrada VENT a aproximadamente 16 voltios en el emisor de transistor de energía Q1. Esta acción, ventajosamente reduce la cantidad de energía que el transistor de energía Q1 necesita disipar. El nivel de umbral establecido por el voltaje 22a de preferencia se selecciona para ser menor que el nivel de voltaje más bajo 13V del voltaje de salida V0, y mayor que 6 voltios. En lugar de utilizar la compuerta AND 23 para anular la selección, se puede utilizar protección mediante software, como se indica en el diagrama de flujo de la Figura 5. En dicha disposición alternativa, la señal 23a de la Figura 3 es acoplada al microprocesador 41, como se muestra por la línea punteada. La señal 23b del microprocesador 41 se hace pasar a la terminar 53. El microprocesador 41 verifica la señal 23a. Cuando la señal de salida 23a del comparador 22 está en el estado de BAJO, indicando una condición de falla, como se determina en el paso 111 de la Figura 5, el microprocesador 41 de la Figura 3 en incondicionalmente genera la señal 23b en el estado BAJO. Por lo tanto, el regulador de suministro de energía 10 es forzado a operar en el modo de 13 voltios, en la forma descrita anteriormente, como se ilustra en el paso 112 de la Figura 5. Cuando la condición de falla desaparece, como se ilustra en el paso 113 de la Figura 5, se puede reasumir el paso de operación normal 114. Por otro lado, si la falla persiste, un paso de control de tiempos 115 mantendrá el modo de 13 voltios. Si la falla no es detectada en el paso 111, el microprocesador 41 de la Figura 3 selectivamente genera la señal 23b en el estado BAJO o en el estado ALTO en un paso 116. La señal 23b de la Figura 3 en el estado ALTO ocasionará que el regulador de suministro de energía 10 opere en el modo de 18 voltios en donde el voltaje de salida VQ es de 18V, en la forma descrita anteriormente, como se ¡lustra en el paso 117 de la Figura 5. La Figura 6 ilustra un regulador de suministro de energía 10', que modaliza una característica de la invención, que se utiliza para energizar el LNB 86 de la Figura 1. Símbolos similares de las Figuras 3 y 6 indican artículos o funciones similares. El regulador de suministro de energía 10' de la Figura 6 está destinado para proporcionar ventajas adicionales, por ejemplo, operar con menos partes a un costo más bajo y proteger al transistor de energía Q1' contra un daño térmico por exceso de disipación de calor. Estas ventajas se logran eliminando el voltaje de suministro de entrada doble y, más bien, conmutando a un resistor de energía 310' dentro y fuera de un acoplamiento en serie con el transistor de energía Q1'. El resistor 310' está acoplado entre una terminal de conducción de corriente principal 51a' y una terminal de conducción de corriente principal 51b'. Las diferencias entre las disposiciones de las Figuras 3 y 6 serán descritas con detalle; el resto de la operación siendo sustancialmente el mismo. Con el fin de ahorrar costos, se proporciona un voltaje de suministro de entrada individual 301', principalmente el suministro de 22 voltios. El resistor de energía 310' se utiliza para absorber el calor adicional generado en el modo más bajo de 13 voltios, cuando el nivel más bajo de 13 voltios del voltaje de salida VQ es seleccionado. El resistor de energía 310' puede ser implementado, por ejemplo, utilizando dos resistores acoplados a través de las terminales de conducción de corriente principal 51a' y 51b' del MOSFET 51' y teniendo un valor equivalente de 9 Ohmios. Como se explicó anteriormente, el circuito 10 de la Figura 3 emplea el diodo 21 y el MOSFET 51 para conmutar el voltaje VENT al nivel de 16 voltios, en una condición de falla y cuando el nivel más bajo de 13 voltios del voltaje de salida V0 es seleccionado. Mientras que, en la modalidad de la Figura 6, el MOSFET 51' hace que el resistor de energía 310' quede acoplado en serie y con el transistor Q1', tanto en una condición de falla como cuando el nivel más bajo de 13 voltios del voltaje de salida V0 es seleccionado. Cuando el suministro de LNB está en el modo de 13 voltios, es decir cuando el nivel más bajo de 13 voltios del voltaje de salida V0 es seleccionado, y un alto nivel de corriente es demandado del suministro, el calor sustancial es disipado por el transistor de energía Q1'. Esta carga de disipación de calor es ventajosamente compartida por el resistor de energía 310'. Si el resistor de energía 310' está dentro o fuera del circuito depende de si el MOSFET 51' está encendido o apagado.
Claims (9)
1.- Un suministro de energía para un aparato de comunicación que comprende: una fuente de una primera señal de control que es indicativa de cuando una primera señal de antena va a ser seleccionada y cuando una segunda señal de antena va a ser seleccionada; un transistor de energía sensible a la primera señal de control para generar un voltaje de suministro de salida a un valor seleccionado, de acuerdo con la primera señal de control, dicho voltaje de suministro de salida estando acoplado a una etapa del aparato de comunicación para seleccionar la primera señal de antena, cuando se genere un primer valor de dicho voltaje de suministro de salida y dicha segunda señal de antena, cuando se genere un segundo valor del voltaje de suministro de salida; un conmutador que es sensible a la primera se.ñal de control y acoplado a una entrada del transistor de energía para seleccionar, en una primera etapa de conmutación del conmutador, un primer voltaje de suministro de entrada que será desarrollado en dicha entrada, cuando la primera señal de antena se seleccione, y, en un segundo estado de conmutación del conmutador, un segundo voltaje de suministro de entrada que será desarrollado en dicha entrada, cuando se seleccione la segunda señal de antena; y un detector de fallas acoplado al conmutador para cambiar el estado de conmutación en dicho conmutador, cuando se seleccione la segunda señal de antena y ocurra una condición de falla, para seleccionar un voltaje de suministro de entrada que será desarrollado en la entrada que es diferente del segundo voltaje de suministro de entrada.
2.- El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el voltaje de suministro de salida se desarrolla en una primera terminal conductiva de corriente principal del transistor de energía y cada uno de los primero y segundo voltajes de suministro de entrada es selectivamente desarrollando en una segunda terminal conductiva de corriente principal del transistor de energía para formar un regulador de paso en serie.
3. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 2, en donde, durante operación normal, cuando se selecciona en la primera señal de antena, se genera una magnitud más pequeña del voltaje de suministro de salida y el primer voltaje de suministro de entrada teniendo una magnitud más pequeña que el segundo voltaje de suministro de entrada se selecciona para desarrollarse en la entrada del transistor de energía en una forma que reduce una diferencia de voltaje entre las primera y segunda termínales conductivas de corriente principal del transistor de energía.
4. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 2, en donde, durante operación normal, cuando se selecciona la segunda señal de antena, se genera una magnitud más grande del voltaje de suministro de salida y el segundo voltaje de suministro de entrada teniendo una magnitud mayor que el primer voltaje de suministro de entrada seleccionándose para desarrollarse en la entrada del transistor de energía y en donde, cuando la condición de falla ocurre, el primer voltaje de suministro de entrada se selecciona en lugar del segundo voltaje de suministro de entrada para que se desarrolle en la segunda terminal conductiva de corriente principal del transistor de energía para reducir una diferencia de voltaje entre las primera y segunda terminales conductoras de corriente principal del transistor de energía.
5. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además un regulador acoplado al transistor de energía para regular el voltaje de suministro de salida en una forma de realimentación negativa.
6. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el detector de fallas comprende un comparador sensible al voltaje de suministro de salida para generar una segunda señal de control que está acoplada al conmutador para cambiar el estado de conmutación en dicho conmutador, cuando el voltaje de suministro de salida está fuera de una escala de operación normal de valores.
7. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 6, en donde cada una de las primera y segunda señales de control está acoplada al conmutador a través de una etapa que realiza una función lógica.
8. - El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la primera señal de control es generada en un microprocesador que es sensible a Ja segunda señal de control.
9.- El suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el conmutador comprende un segundo transistor, en donde un resistor de energía está acoplado entre un par de terminales conductivas de corriente principal de dicho segundo transistor y en donde, cuando el segundo transistor está en un estado de conmutación conductivo, el resistor es derivado y un voltaje que es desarrollado en la entrada es mayor que cuando el segundo transistor está en un estado de conmutación no conductivo y el resistor disipa energía.
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