MXPA96004369A - Regulador de suministro de energia conmutante - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un suministro de energía, comprendiendo:uan fuente de un voltaje de CD no regulado;un circuito de deflexión horizontal para acoplar inductivamente pulsos de acoplamiento de un primer devanado de un transformador, a un segundo devanado de tal transformador;un interruptor operado con un ciclo de trabajo variable;y, medios para variar tal ciclo de trabajo del mencionado interruptor que responde a una señal de retroalimentación, indicativa de variaciones de carga energizada por un voltaje de CD regulado, caracterizadoporque:dicho voltaje de CD no regulado es suministrado a tal segundo devanado;el mencionado interruptor suministra voltaje de CD regulado a dicho primer devanado;y, un inductor y un diodo tienen una unión común acoplada a dicho segundo devanado, tal inductor acoplando el voltaje de CD no regulado al interruptor.

Description

REGULADOR DE SUMINISTRO DE ENERGÍA CONMUTANTE La invención se refiere a un suministro de energía de modo conmutado, especialmente para receptores de televisión, teniendo el suministro un diodo fijador y un inductor en combinación con un transistor de conmutación, cuyo ciclo de trabajo es variado en el régimen de exploración horizontal, para regular un nivel de voltaje de salida de un suministro de energía. Los reguladores de conmutación utilizan las funciones de en tiempo y fuera de tiempo de un transistor de conmutación para regular la corriente suministrada a un circuito de carga. Al variar el tiempo de conmutación en lugar de variar el nivel de corriente de conducción, el regulador de conmutación evita la disipación de alta energía de los reguladores en serie. En los aparatos de televisión, un regulador de conmutación se puede usar en conjunción con el transformador de alta tensión que genera señales de deflexión de haz horizontal. El regulador de conmutación es operado de manera sincrónica con exploración horizontal, pero el ciclo de trabajo o en tiempo del regulador de conmutación es variado como sea necesario para acoplar suficiente energía a devanados secundarios del transformador de alta tensión a fin de regular varios voltajes de suministro a fin de mantener niveles de referencia. Esto incluye el voltaje de suministro B+, que suministra corriente a un devanado del transformador de alta tensión acoplado al transistor de salida horizontal para realizar exploración de haz horizontal. Un regulador de conmutación como el descrito se puede excitar mediante un modulador de ancho de pulso en una configuración de retroalimentación . Un suministro de corriente carga un capacitor repetitivamente en el régimen horizontal para proporcionar un voltaje de diente de sierra que es aplicado a una entrada de un comparador. Un voltaje de error representativo del voltaje de salida regulado es aplicado a otra entrada del comparador. El comparador controla el transistor de conmutación del regulador de voltaje, a saber apagando el transistor de conmutación en el tiempo durante cada periodo cuando el voltaje de diente de sierra excede el voltaje de salida regulado. El ciclo de trabajo del transistor de conmutación se hace relativamente mayor para acoplar más energía a través del transistor de conmutación cuando es necesario, y viceversa , para mantener el voltaje de salida a un nivel de referencia . En un tipo de regulador de conmutación , conocido como regulador "de simulación", el transistor de conmutación y un inductor están acoplados en serie entre el suministro de energía no regulada y una salida , comúnmente con un capacitor de almacenamiento en paralelo. Se forma un campo electromagnético en el inductor cuando el transistor está conduciendo. Cuando el transistor de conmutación se apaga, la fuerza contra electromotriz induce u n voltaje a través del inductor. Un diodo de bloqueo o diodo "limitador" está acoplado para mantener la unión del transistor de conm utación y el inductor al voltaje justo bajo tierra . Entonces, la contra fuerza electromotriz es aplicada para mantener el voltaje positivo en la salida , con el inductor proporcionando corriente para mantener el voltaje de salida cuando el transistor de conmutación está apagado. Esta configuración se basa en el transistor de conmutación para apagar la corriente al inductor, a fin de generar un impulso de energía inductiva, también referida como "simulación" inductiva . Una de las dificultades encontradas en el diseño de un regulador tipo "simulación" es la necesidad de excitar la compuerta del transistor de conmutación. Cuando el transistor de conmutación es un transistor de efecto de campo de metal-óxido semiconductor, por ejemplo, el voltaje de compuerta se debe referenciar a la terminal de fuente del transistor de efecto de campo de metal-óxido semiconductor. Sin embargo , el voltaje en la terminal de fuente no es constante, variando en lugar de ello con el nivel de voltaje de entrada con relación a tierra dependiendo de la conducción del transistor de efecto de campo de metal-óxido semiconductor. En el regulador "de simulación" convencional , el diodo de limitación y el inductor están acoplados a la fuente (o emisor) del transistor de conmutación. Es decir, el transistor está corriente arriba del inductor a lo largo de la trayectoria de suministro de corriente, entre el voltaje de suministro no regulado y la unión del inductor y diodo de limitación. Cuando el transistor se apaga, la terminal de fuente del transistor y el cátodo del diodo de lim itación intentan hacerse negativos conforme la contra fuerza electromotriz que surge en el inductor, es restada del voltaje de salida regulado en la termi nal opuesta del inductor. Entonces , la conducción del d iodo de limitación bloquea el voltaje en la termina l corriente arriba del inductor. Entonces, el impulso inductivo se puede aplicar a la salida. En una configuración de la invención, un impulso de energía inductiva, o "de simulación" inductiva, se obtiene usando un inductor que está corriente arriba de un transistor de conmutación, con un diodo de limitación acoplado a la terminal del inductor en el lado del suministro de voltaje no regulado. En esta configuración, el transistor de conmutación necesita conducir cuando el diodo de limitación está conduciendo, de manera que el impulso inductivo está acoplado a través de la salida. El suministro de energía opera en un modo discontinuo. Se necesitan medios aparte del transistor de conmutación para iniciar la conducción del diodo de limitación a fin de poner a tierra la terminal más negativa del inductor, de manera que el impulso inductivo puede ser acoplado a través del transistor a la carga. Un mecanismo para cortar el suministro de corriente al inductor del regulador es proporcionado sumando el pulso de retrazo horizontal con el voltaje no regulado (al cual el regulador de voltaje está acoplado para generar el voltaje regulado B + ), usando los devanados del transformador de alta tensión. El pulso de retrazo, agregado al voltaje de suministro no regulado acoplándolo a través del transformador de alta tensión, hace que el voltaje de entrada caiga. La conducción del diodo de limitación bloquea el voltaje justo bajo tierra, iniciando el impulso inductivo. El diodo de limitación conduce sólo durante el intervalo de retrazo y el transistor de conmutación es apagado antes del final del retrazo, cuando comienza un nuevo periodo de modulación de a ncho de pulso De conformidad con una configuración de la invención , un suministro de energía, comprende una fuente de un voltaje de CD no regulado, un circuito de deflexión horizontal para acoplar inductivamente pulsos de un primer devanado de un transformador a un segundo devanado del transformador, el voltaje de CD no regulado estando suministrado al seg undo devanado, un interruptor operado con un ciclo de trabajo variable y suministrando un voltaje de CD regulado al primer devanado, un inductor y un diodo que tienen una unión común acoplada al segundo devanado , el inductor acoplando el voltaje de CD no regulado al interruptor, y, medios para variar el ciclo de trabajo del interruptor en respuesta a una señal de retroalimentación indicativa de variaciones de una carga energizada por el voltaje de CD regulado En una modalidad actualmente preferida , un primer capacitor es cargado por el voltaje de CD no regulado y los pulsos, y, un segundo capacitor es cargado por el primer capacitor y suministrando un voltaje de excitación al interruptor, siendo descargado el voltaje de excitación mediante la operación de los medios para variar el ciclo de trabajo El segundo capacitor es cargado durante los intervalos de retrazo y el segundo capacitor es cargado al final de los intervalos de retrazo Los medios para variar el ciclo de trabajo determinan cuando se descarga el voltaje de excitación De conformidad con una configuración adicional de la invención, un s uministro de energía , comprende una fuente de un voltaje de CD no regulado, un transformador que tiene primer y segundo devanados, el segundo devanado estando acoplado al voltaje de CD no regulado ; un interruptor operado con un ciclo de trabajo variable y acoplado al primer y segundo devanados; un circuito de deflexión horizontal para acoplar inductivamente pulsos del primer devanado al segundo devanado, el interruptor proporcionando un voltaje de CD regulado al primer devanado; un primer capacitor cargado por el voltaje de CD no regulado y los pulsos; un segundo capacitor cargado por el primer capacitor y proporcionando un voltaje de excitación al interruptor; y, medios para variar el ciclo de trabajo del interruptor descargando repetitivamente el voltaje de excitación en respuesta a un señal de retroalimentación indicativa de variaciones de una carga energizada por el voltaje de CD regulado. En una modalidad actualmente preferida, un inductor y un diodo tienen una un ión acoplada al segundo devanado, el inductor también estando acoplado al interruptor. El diodo está acoplado entre la unión comú n y tierra. El primer capacitor está cargado d urante intervalos de retrazo y el segundo capacitor es cargado al fi nal de los intervalos de retrazo . El segundo capacitor está acoplado al voltaje de CD regulado . La Figu ra 1 es un diagrama de circu ito , parcialmente en forma de bloques , esquemáticamente de un regulador de su mi nistro de energía de co nmutación , de co nformidad con las configuraciones de la invención Las Figuras 2 y 3 son formas de onda útiles para explicar la operación del circuito mostrado en la Figura 1. En la Figura 1, la energía de CA de la fuente doméstica principal 20 es rectificada por un rectificador de puente 22, y acoplada para cargar un capacitor de filtro C1 para proporcionar un voltaje de excitación de DC, a saber el voltaje no regulado B+ (RAW B + ), por ejemplo 100 voltios - 170 voltios, acoplado a un devanado W2 de un transformador de alta tensión T1. Un regulador de conmutación 30, está acoplado a la otra terminal del devanado W2 y vía el transistor de conmutación Q1, proporciona un voltaje regulado B+ (REG B + ), por ejemplo 130 voltios, acoplado a otro devanado primario W1 del transformador de alta tensión T1. El transistor de salida horizontal Q2 está acoplado a la otra terminal del devanado W1 y excitado por la señal de salida de un circuito de excitación horizontal 28. En el modo de funcionamiento de la televisión, la operación del transistor de salida horizontal Q2 aplica pulsos de alta tensión al devanado W1 y energiza un circuito de deflexión 29 (DEFL), que incluye bobinas de deflexión de haz horizontal, las cuales están acopladas al transistor de salida horizontal Q2 vía un diodo y capacitores en serie y en paralelo para proporcionar una corriente de diente de tierra en la frecuencia de exploración horizontal. Los devanados secundarios del transformador de alta tensión proporcionan varios voltajes según sean necesarios para excitar cargas de modo de funcionamiento. Una señal de retroalimentación es comparada a una referencia por el amplificador de error 33, que comprende un control de modulador de ancho de pulso 35 y un interruptor del transistor Q3. La operación del modulador de ancho de pulso 35 es sincrónica con los pulsos de sincronización horizontal, y por consiguiente, puede ser controlada por pulsos de alta tensión, designados SINCRONIZACIÓN HORIZONTAL, desde un devanado secundario W3 del transformador de alta tensión. Se pueden utilizar otras señales que son sincrónicas con las señales de sincronización horizontales, incluyendo señales de sincronización horizontal mismas. La señal de retroalimentación se puede generar directamente desde el voltaje de CD regulado, o indirectamente desde una carga energizada por el voltaje de CD regulado. En la Figura 1, una línea sólida 39 indica una conexión de trayectoria de retroalimentación entre una unión J3 y una unión J4, para monitorear directamente el voltaje de CD regulado. La línea a rayas 40 indica una conexión de trayectoria de retroalimentación alternativa entre un suministro secundario derivado de alta tensión 36 y la unión J4, que se puede usar en lugar de la conexión 39. El suministro secundario derivado 36, comprende un devanado de transformador de alta tensión secundario W4, para suministrar pulsos de alta tensión para rectificar el diodo D9 y el capacitor C6, que energizan una carga 38.

En cualquier caso, el voltaje de retroalimentación puede ser escalado por un divisor de voltaje formado por los resistores R8 y R9, cuyos valores dependerán del rango del voltaje que esté siendo monitoreado. La salida del amplificador de error 33, está acoplada por el resistor R 1 a la compuerta del transistor Q1 , para ajustar la duración de tiempo que el transistor de conmutación Q 1 permanezca en conducción durante cada periodo horizontal. Cuando se incrementa el consumo de energía, el transistor Q1 conduce por un tiempo que se va incrementando, acoplando así energía adicional a través del transformador de alta tensión a las cargas . Cuando disminuye el consumo de energía , el transistor Q 1 conduce por una longitud de tiempo más corta en el periodo, regulando así los voltajes de suministro , incluyendo el voltaje reg ulado B + . El devanado W2 del transformador de alta tensión está acoplado a la terminal de fuente del transistor Q 1 mediante un diodo rectificador conectado en serie D5 y el inductor L 1 . El inductor L 1 está configurado para proporcionar un impulso inductivo. Un diodo de bloqueo o diodo de limitación D6 está acoplado a una terminal del inductor L1 , para bloquear el voltaje en esa terminal para evitar que vaya más de una caída de diodo polarizado directo al negativo . Normalmente en un regulador de "simulación", se proporciona un inductor en la fuente o lado del emisor del transistor de conmutación, de manera que el inductor está energizado cuando el transistor está conduciendo y proporciona un impulso inductivo cuando el transistor está apagado , y el inductor continua proporcionando corriente a la salida de la contra fuerza electromotriz producida por el campo que se colapsa en el inductor cargado . Si n embargo, de conformidad con un aspecto de la invenció n , el inductor L1 está provisto en el lado de drenado del transistor Q 1 El impulso inductivo es proporcionado por el pulso de alta tensión, que está acoplado del devanado W1 al devanado W2, para proporcionar un pulso que disminuye que hace que el diodo de limitación D6 conduzca. Esto bloquea el cátodo del diodo D6 a aproximadamente -0.7 voltios, y aplica el voltaje del inductor L1 a la terminal de fuente del transistor Q1. El voltaje no regulado B+ en el devanado W2 del transformador de alta tensión se suma con el pulso de retrazo negativo y es acoplado al diodo D5, proporcionando un voltaje V1 que es mayor que el voltaje no regulado B+, porque la porción de trazo de la señal horizontal aplicada al devanado W1 y el voltaje no regulado B+ están combinados, es decir, sumados conjuntamente. El voltaje RAW B+ y el voltaje V1 en la unión J1 del devanado W2 y el ánodo del diodo D5 se muestran en la Figura 2. El periodo 1/fH de los pulsos de voltaje V1 resulta de los pulsos de alta tensión acoplados del devanado W1. Un voltaje V2 en la unión J2 de los cátodos de los diodos D5 y D6 se puede considerar como un nuevo voltaje B + . El voltaje V2 no es filtrado por un capacitor, de manera que el voltaje V2 caerá en el comienzo del retrazo, es decir, en el pulso de alta tensión negativo, haciendo que el diodo de limitación D6 conduzca. La Figura 3, muestra el voltaje V2 y la corriente i2 con respecto al voltaje V1, en una escala de tiempo expandida con relación a la Figura 2. El circuito de excitación de compuerta comprende un capacitor de almacenamiento C2 que es mantenido a un voltaje máximo predeterminado, por ejemplo, 9.1 voltios, mediante el diodo Zener CR1. El resistor R3 proporciona carga de compuerta cuando la televisión es apagada, pero todavía está acoplada a la fuente de energía principal 20, de manera que el transistor Q1, que es un transistor de efecto de campo de metal-óxido semiconductor, permanece conductivo. Cuando el transistor Q1 está conduciendo en el modo de exploración regular de la televisión, la salida del amplificador de error 33 es inicialmente alta, y el transistor Q1 conduce de la carga proporcionada en el capacitor C2 a través del resistor R3. Al tiempo requerido, la salida del amplificador de error 33 baja y el transistor Q1 es apagado, siendo la carga de la compuerta retirada a través del resistor R1. El circuito trabaja para proporcionar carga en el capacitor C2, acoplado a la compuerta del transistor Q1, cargando el capacitor C3 cuando el diodo de limitación D6 está conduciendo, y vaciando la carga del capacitor C3 al capacitor C2 cuando la combinación del voltaje no regulado B+ y el pulso de retrazo vuelve a aumentar otra vez después que el intervalo de retrazo se termina. Cuando el transistor Q1 está apagado, el transistor Q3 retira la carga de la compuerta vía los resistores R1 y R7. La carga es proporcionada a la compuerta del transistor Q1 cuando el transistor Q3 está apagado. El capacitor C3 es cargado a través del diodo D8 y el resistor R2 durante el impulso inductivo. La carga en el capacitor C3 es entonces vaciada a través del diodo D7 al capacitor C2 cuando el voltaje no regulado B+ aumenta después que el intervalo de retrazo se termina. El diodo Zener CR 1 regula el voltaje en el capacitor C2, por ejemplo a 9.1 voltios . Un circuito amortiguador 26 está acoplado al transistor Q 1 . Un resistor R6 y un capacitor C4 está acoplados en serie entre sí, entre la terminal de drenado y un resistor de sobrecarga de corriente R4 , en serie con la fuente del transistor Q 1 . El capacitor C5 está acoplado entre la fuente y el drenaje. U n resistor R5 protege la compuerta del transistor Q 1 . Un capacitor (no mostrado), por ejemplo teniendo una capacitancia de 220 pf, pueden estar acoplados a través de cada uno de los diodos D7 y D8 para suprimir interferencia de frecuencia de radio. La invención proporciona medios de excitación de compuerta para emplear una configuración de convertidor "de simulación" novedosa en la cual el inductor L1 está corriente arriba del interruptor Q 1 , y un pulso de retrazo de un devanado de alta tensión W2 es operable para iniciar la conducción de un diodo de limitación o de bloqueo D6, para permitir que se generen impulsos inductivos. Adicionalmente, la invención proporciona un voltaje de excitación en el capacitor C2 para la terminal de control del interruptor Q1 , por ejemplo la compuerta de un transistor de efecto de campo de metal-óxido semiconductor, mediante la acción cooperativa del capacitor C3 siendo cargado, y a su vez, descarga ndo para cargar el capacitor C2.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES 1. Un suministro de energía, comprendiendo: una fuente de un voltaje de CD no regulado; un circuito de deflexión horizontal para acoplar inductivamente pulsos de acoplamiento de un primer devanado de un transformador, a un segundo devanado de tal transformador; un interruptor operado con un ciclo de trabajo variable; y, medios para variar tal ciclo de trabajo del mencionado interruptor que responde a una señal de retroalimentación, indicativa de variaciones de carga energizada por un voltaje de CD regulado, caracterizado porque: dicho voltaje de CD no regulado es suministrado a tal segundo devanado; el mencionado interruptor suministra voltaje de CD regulado a dicho primer devanado; y, un inductor y un diodo tienen una unión común acoplada a dicho segundo devanado, tal inductor acoplando el voltaje de CD no regulado al interruptor.
2. 2. El suministro de energía de la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente por: un primer capacitor cargado por dicho voltaje de CD no regulado y los mencionados pulsos; y, un segundo capacitor cargado por tal primer capacitor y suministrando un voltaje de excitación a dicho interruptor, dicho voltaje de excitación siendo descargado mediante la operación de tales medios para variar el ciclo de trabajo.
3. 3. El suministro de energía de la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo capacitor está acoplado a tal voltaje de CD regulado.
4. 4. El suministro de energía de la reivindicación 2, caracterizado porque dicho primer capacitor es cargado durante intervalos de retrazo y tal segundo capacitor es cargado al final de tales intervalos de retrazo.
5. 5. El suministro de energía de la reivindicación 4, caracterizado porque dichos medios para variar el ciclo de trabajo determinan cuando tal voltaje de excitación es descargado.
6. 6. El suministro de energía de la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios para variar el ciclo de trabajo comprenden un modulador de ancho de pulso que opera sincrónicamente con pulsos de sincronización horizontal.
7. 7. El suministro de energía de la reivindicación 1, caracterizado por un diodo Zener acoplado a dicho voltaje de CD regulado y a dicho interruptor para regular el voltaje de excitación.
8. 8. El suministro de energía de la reivindicación 1, caracterizado porque tal diodo está acoplado entre la mencionada unión común y tierra.
9. 9. Un suministro de energía, comprendiendo: una fuente de un voltaje de CD no regulado; un transformador que tiene primero y segundo devanados; un interruptor operado con un ciclo de trabajo variable; un circuito de deflexión horizontal para acoplar inductivamente pulsos de acoplamiento de un primer devanado a tal segundo devanado; medios para variar tal ciclo de trabajo del mencionado interruptor que responde a una señal de retroalimentación, indicativa de variaciones de carga energizada por un voltaje de CD regulado, caracterizado porque: dicho segundo devanado está acoplado al mencionado voltaje de CD no regulado; el mencionado interruptor estando acoplado a tal primer y segundo devanados y suministrando voltaje de C D regulado a dicho primer devanado; un primer capacitor cargado por dicho voltaje de CD no regulado y los mencionados pulsos; un segundo capacitor cargado por tal primer capacitor y suministrando un voltaje de excitación a dicho i nterruptor; y tales medios para variar el ciclo de trabajo descargando repetitivamente el voltaje de excitación en respuesta a tal señal de retroalimentación . 1 0. E l sumi ni stro d e energ ía de la reivindica ci ó n 9, caracterizado adicionalmente por un inductor y un diodo que tienen una unión común acoplada a tal segundo devanado, tal inductor también estando acoplado al mencionado interruptor. 1 1 . El suministro de energía de la reivindicación 10, caracterizado porque dicho diodo está acoplado entre tal unión común y tierra. 12. El suministro de energía de la reivindicación 9, caracterizado porque dicho primer capacitor es cargado durante intervalos de retrazo y tal segundo capacitor es cargado al final de dichos intervalos de retrazo . 13. El suministro de energía de la reivindicación 12 , caracterizado porque dicho segundo capacitor está acoplado a tal voltaje de CD regulado. 14. El suministro de energía de la reivindicación 9, caracterizado porque tales medios para variar el mencionado ciclo de trabajo comprenden un modulador de ancho de pulso que opera sincrónicamente con pulsos de sincronización horizontal . 15. El suministro de energía de la reivindicación 9, caracterizado adicionalmente por un diodo Zener acoplado a tal voltaje de CD regulado y al mencionado interruptor para regular dicho voltaje de excitación . R ESUMEN Un circuito de deflexión horizontal acopla inductivamente pulsos de un primer devanado de un transformador a un segundo devanado del transformador. El segundo devanado está acoplado a una fuente de voltaje de CD no regulado. Un interruptor opera con un ciclo de trabajo variable, proporcionando un voltaje de CD regulado al primer devanado. Un inductor y un diodo tienen una unión común acoplada al segundo devanado. El inductor acopla el voltaje de CD no regulado al interruptor. Un modulador de ancho de pulso varia el ciclo de trabajo del interruptor que responde a una señal de retroalimentación. El primero y segundo capacitores proporcionan voltaje de suministro al interruptor. El primer capacitor es cargado por el voltaje de CD no regulado durante el retrazo, y al final del retrazo, carga el segundo capacitor. El modulador de ancho de pulso descarga el segundo capacitor.