PT109102B - Conversor de tensão, atuador e queimador de gás - Google Patents

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Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM CONVERSOR ABAIXADOR DE TENSÃO (200) QUE COMPREENDE UMA ENTRADA DE CIRCUITO (205) E UMA SAÍDA DE CIRCUITO (210), QUE APRESENTAM UM POTENCIAL DE REFERÊNCIA (215) COMUM; A UMA VÁLVULA DE COMANDO DE DÉBITO (245) COM UMA ENTRADA (255) E COM UMA SAÍDA (260), EM QUE A ENTRADA (255) ESTÁ LIGADA COM A ENTRADA DE CIRCUITO (205); A UMA BOBINA (265), QUE ESTÁ CONECTADA ENTRE A SAÍDA (260) DA VÁLVULA DE COMANDO DE DÉBITO E A SAÍDA DE CIRCUITO (210); A UM DÍODO (270), QUE ESTÁ MONTADO NO SENTIDO DE PASSAGEM DO POTENCIAL DE REFERÊNCIA (215) PARA A SAÍDA (260) DA VÁLVULA DE COMANDO DE DÉBITO (245); A UM CONDENSADOR DE SAÍDA (235) ENTRE A SAÍDA DE CIRCUITO (210) E O POTENCIAL DE REFERÊNCIA (215), E; A UM DISPOSITIVO DE CONTROLO (240) PARA A ABERTURA E PARA O FECHO PERIÓDICOS DA VÁLVULA DE COMANDO DE DÉBITO (245). ENTRE O ÂNODO DO DÍODO (270) E O POTENCIAL DE REFERÊNCIA (215) É INTRODUZIDO UM DÍODO ZENER (275) COM SENTIDO DE PASSAGEM PARA O POTENCIAL DE REFERÊNCIA (215) E ESTÁ PREVISTA UMA RESISTÊNCIA (285) PARALELAMENTE EM RELAÇÃO AO DÍODO (270).

Description

DESCRIÇÃO
CONVERSOR DE TENSÃO, ATUADOR E QUEIMADOR DE GÁS
Domínio técnico
A presente invenção refere-se a uma técnica para a disponibilização de uma corrente para o controlo de um atuador. Mais particularmente, a presente invenção referese ao controlo de um atuador, que está equipado, para acionar uma válvula de gás.
Antecedentes
Um queimador de gás para o aquecimento de água compreende um ventilador para a geração de um fluxo volumétrico de ar e uma válvula de gás. A válvula de gás compreende uma bobina oscilante e pode ser controlada proporcionalmente entre um estado fechado e um estado aberto, para controlar um fluxo de gás combustível através da válvula. 0 fluxo de gás através da válvula de gás geralmente é uma função da corrente que circula através da bobina oscilante.
Um controlo de corrente para a bobina oscilante pode compreender um regulador linear, que embora possa ajustar a válvula de gás numa zona grande, apresenta uma eficiência relativamente reduzida e geralmente gera tanto calor elétrico residual que é necessário um corpo de arrefecimento para a respetiva dissipação. De acordo com uma segunda forma de realização é utilizado um regulador de corrente por impulsos, particularmente um conversor abaixador de tensão por impulsos (conversor abaixador de tensão, step-down converter, buck converter) para o controlo da corrente através da bobina oscilante. 0 conversor abaixador de tensão compreende uma válvula de comando de débito, que pode ser aberta e fechada periodicamente por meio de um dispositivo de ativação, em que um fator de duração de um sinal de ativação controla a tensão existente numa saída de circuito do conversor abaixador de tensão e, por conseguinte, controla indiretamente a corrente que circula através da bobina oscilante. Considerando que a válvula de comando de débito não pode ser aberta e fechada de modo ilimitadamente rápido, o conversor abaixador de tensão não pode continuar a ser utilizado no caso de fatores de duração reduzidos próximos de 0%. Por conseguinte, um fluxo de gás muito reduzido já não pode ser controlado com precisão.
A presente invenção tem por objetivo divulgar uma técnica melhorada para um conversor abaixador de tensão elétrico, que resolva pelo menos um dos problemas apresentados. Para este efeito são divulgados os objetos de acordo com as reivindicações independentes. As reivindicações dependentes enunciam formas de realização preferidas.
Divulgação da invenção
Um conversor abaixador de tensão compreende uma entrada de circuito e uma saída de circuito, que apresentam um potencial de referência comum; uma válvula de comando de débito com uma entrada e com uma saída, em que a entrada está ligada com a entrada de circuito; uma bobina, que está conectada entre a saída da válvula de comando de débito e a saída de circuito; um díodo, que está montado no sentido de passagem do potencial de referência para a saída da válvula de comando de débito; um condensador de saída entre a saída de circuito e o potencial de referência, e; um dispositivo de controlo para a abertura e para o fecho periódicos da válvula de comando de débito. Entre o ânodo do díodo e o potencial de referência é introduzido um díodo Zener com sentido de passagem para o potencial de referência e está prevista uma resistência paralelamente em relação ao díodo.
conversor abaixador de tensão pode reunir as vantagens de um conversor linear e de um conversor abaixador de tensão conhecido. Mais particularmente, o conversor abaixador de tensão descrito pode cobrir uma zona dinâmica grande, pelo facto de na respetiva saída numa resistência óhmica poder ajustar com precisão correntes entre poucos miliamperes e várias centenas de miliamperes. Simultaneamente a eficiência do conversor abaixador de tensão pode ser elevada. Na prática pode ser alcançada uma eficiência significativamente superior a 50%, parcialmente até aprox. 95% .
De acordo com uma forma de realização particularmente preferida está previsto um condensador de entrada entre a entrada de circuito e o potencial de referência. A tensão de entrada na entrada de circuito pode ser mais bem estabilizada pelo facto de tanto durante a abertura como igualmente durante o fecho da válvula de comando de débito a tensão de entrada poder permanecer essencialmente estável. Por conseguinte, o conversor abaixador de tensão pode ser operado com maior precisão. Além disso, uma fonte de tensão para a alimentação da entrada de circuito é sujeita a uma carga menos intensa. Outros utilizadores, igualmente ligados com a entrada de circuito, estão sujeitos a interferências mais reduzidas.
Um atuador controlado por corrente compreende uma bobina oscilante e o conversor abaixador de tensão acima descrito, em que a bobina oscilante está eletricamente ligada com a saída de circuito, de modo que uma posição de ajuste ativada por meio do atuador varia em função de um fluxo de corrente através da bobina oscilante gerado por meio do conversor abaixador de tensão. Por conseguinte, o atuador pode ser controlado com precisão e com perdas reduzidas.
Um dispositivo de controlo do conversor abaixador de tensão pode ativar a válvula de comando de débito por meio de um sinal modulado por impulsos (Pulse Width Modulation: PWM) com um fator de duração D, de modo que a posição de ajuste da bobina oscilante pode ser controlada através do fator de duração D. A geração do sinal PWM pode ser realizada por meio de um gerador PWM, de modo que o dispositivo de controlo apenas tem de predeterminar o fator de duração D e, por conseguinte, apenas é pouco solicitado para a geração do sinal de controlo.
atuador controlado por corrente pode ser utilizado particularmente para o controlo de uma válvula, por exemplo de uma válvula de gás. Neste caso, preferencialmente, o atuador atua sobre a válvula de gás, de modo que um grau de abertura da válvula de gás varia em função do fluxo de corrente gerado por meio do conversor abaixador de tensão. Por meio do atuador a válvula de gás pode ser controlada com precisão desde uma posição de abertura mínima até uma posição de abertura máxima.
Preferencialmente, o dispositivo de controlo do conversor abaixador de tensão ativa a válvula de comando de débito por meio de um sinal modulado por impulsos com um fator de duração, de modo que uma posição de ajuste da bobina oscilante pode ser controlada através do fator de duração.
Mais particularmente, o fator de duração pode ser facilmente gerado por um microcomputador integrado ou por qualquer outro dispositivo de controlo integrado. Por conseguinte, a ativação do atuador pode igualmente ser mais bem integrada num aparelho mais complexo, no qual já são controlados outros procedimentos por meio do dispositivo de controlo.
Um queimador de gás compreende uma válvula de gás controlável com uma bobina oscilante e o atuador acima descrito para o controlo da válvula de gás. Devido ao controlo melhorado de um fluxo de gás através da válvula de gás pode ser controlada uma combustão melhorada, de modo que é aumentada a eficiência do queimador de gás. Simultaneamente pode ser reduzido o impacto ambiental devido a substâncias nocivas.
Preferencialmente, o queimador de gás compreende igualmente um ventilador para a geração de um fluxo volumétrico de ar na zona de uma saída de gás da válvula de gás, em que o ventilador pode ser controlado com o mesmo dispositivo de controlo. Mais particularmente, um número de rotações do ventilador e um débito de gás podem ser mais bem ajustados um ao outro através da válvula de gás por meio do dispositivo de controlo. 0 ajustamento pode ser realizado em função de um parâmetro, que é influenciado pela combustão de gás com oxigénio, por exemplo uma temperatura de chama.
Breve descrição das figuras
Em seguida a invenção é mais detalhadamente descrita com referência às figuras anexas, em que a:
Fig. 1 apresenta uma representação esquemática de um queimador de gás ventilado, e;
Fig. 2 apresenta um esquema de circuitos de um conversor abaixador de tensão elétrico.
Fig. 3 apresenta um esquema de circuitos de um conversor abaixador de tensão elétrico.
A Figura 1 apresenta uma representação esquemática de um queimador de gás (100) . O queimador de gás (100) preferencialmente compreende um ventilador (105) para a disponibilização de um fluxo volumétrico de ar e um dispositivo de controlo (110) para o controlo do ventilador (105) . Mais particularmente, o dispositivo de controlo (110) está preparado para controlar um número de rotações do ventilador (105). O fluxo volumétrico disponibilizado pelo ventilador (105) passa por uma saída de gás (115) de uma válvula de gás (120), de modo que o gás que sai da saída de gás (115) é misturado com o fluxo volumétrico de ar e pode ser inflamado de modo a formar uma chama (125). A chama (125) serve particularmente para o aquecimento de um líquido, particularmente água, por exemplo por meio de um permutador de calor. O queimador de gás (100) pode ser utilizado numa instalação para a preparação de água quente, por exemplo uma caldeira. A caldeira pode estar preparada para a disponibilização de água quente num apartamento ou numa casa.
A válvula de gás (120) está ligada com um atuador (130), para abrir ou para fechar a válvula de gás (120) . O atuador (130) compreende uma bobina oscilante (135), igualmente designada por bobina de imersão, e um dispositivo de controlo, que na forma de realização representada está integrado no dispositivo de controlo (110) . A bobina oscilante (135) compreende um iman permanente (140) com um recesso e com um suporte de bobina oscilante (145), que está preparado para imergir no recesso. No suporte de bobina oscilante (145) está montada uma bobina elétrica, que quando é atravessada por corrente, gera um campo magnético, que puxa o suporte de bobina oscilante (145) no campo magnético do iman permanente (140) para dentro ou para fora do recesso. Este principio é conhecido por exemplo do domínio técnico dos altifalantes. Um elemento elástico, por exemplo uma membrana, disponibiliza uma força de reposição adequada sobre o suporte de bobina oscilante (145), de modo que o suporte de bobina oscilante (145) volta a ser reposto numa posição normal, quando já não circula qualquer corrente através da bobina. O suporte de bobina oscilante (145) preferencialmente está ligado com a válvula de gás (120), de modo que a posição do suporte de bobina oscilante (145) no recesso é proporcional a um grau de abertura da válvula de gás (120).
Para controlar a combustão da chama (125), geralmente o dispositivo de controlo (110) tem de estar preparado para ativar tanto o ventilador (105) como igualmente o atuador (130) com a bobina oscilante (135) . Geralmente uma alteração da posição do atuador (130) ocorre de forma relativamente lenta.
A Figura 2 apresenta um esquema de circuitos de um conversor abaixador de tensão (200) elétrico. O conversor abaixador de tensão (200) compreende uma entrada de circuito (205) e uma saída de circuito (210), que apresentam um potencial de referência (215) comum. Entre a entrada de circuito (205) e o potencial de referência (215) está prevista uma fonte de tensão (250) . Entre a saída de circuito (210) e o potencial de referência (215) está previsto um utilizador (225), que pode compreender o atuador (130) e preferencialmente a bobina oscilante (135). Preferencialmente está conectado um condensador de entrada (230) paralelamente em relação à fonte de tensão (220) . Preferencialmente está conectado um condensador de saída (235) paralelamente em relação ao utilizador (225).
Um dispositivo de controlo (240), que pode ser realizado de forma integrada no dispositivo de controlo (110) de acordo com a Figura 1, ativa uma válvula de comando de débito (245), para o que pode estar previsto um excitador (250) interconectado. A válvula de comando de débito (245) geralmente compreende um semicondutor, particularmente um transístor, por exemplo do tipo FET ou IGBT. A entrada (255) da válvula de comando de débito (245) está ligada com a entrada de circuito (205). Uma saída (260) da válvula de comando de débito (245) está ligada com uma bobina (265), cuja segunda extremidade está ligada com a saída de circuito (210) . Além disso, um díodo (270), cujo ânodo num circuito conhecido está diretamente ligado com o potencial de referência (215), conduz à saída (260) da válvula de comando de débito (245).
De acordo com a presente forma de realização o ânodo do díodo (270) é conduzido até ao potencial de referência (215) por meio de um díodo Zener (275), em que o cátodo do díodo Zener (275) está orientado para o potencial de referência (215) . Preferencialmente está conectado um condensador (280) paralelamente em relação ao díodo Zener (275) . Além disso, preferencialmente, está prevista uma resistência (285) paralelamente em relação ao díodo (270) .
dispositivo de controlo (240) está preparado para abrir e para fechar periodicamente a válvula de comando de débito (245), para o que pode ser utilizado um sinal modulado por impulsos (PWM) com um fator de duração predeterminado. O fator de duração geralmente pode ser alterado num intervalo compreendido entre 0% e 100%. Uma duração de período do sinal PWM neste caso é significativamente mais curta do que o período de um ajuste do fator de duração.
A tensão no utilizador (225) é determinada num conversor abaixador de tensão (200) convencional como produto de um grau de eficiência, de uma tensão da fonte de tensão (220) e do fator de duração D. O utilizador (225) apresenta uma resistência resistiva (óhmica) predeterminada, de modo que circula uma corrente através do utilizador (225), gue é determinada como quociente da tensão na saída de circuito (210) do conversor abaixador de tensão (200) e da resistência (285). Neste caso tem de ser tido em conta que o grau de eficiência geralmente no caso de uma resistência constante do utilizador (225) é uma função da tensão na entrada de circuito (205) e do fator de duração D.
No circuito acima representado a tensão de saída é reduzida por um valor K, que é determinado pela tensão Zener do díodo Zener (275).
O condensador (280) acima do díodo Zener (275) serve para a supressão, para melhorar um comportamento estável da regulação e, por conseguinte, da tensão no utilizador (225) . A resistência (285) polariza o díodo (270) .
O conversor abaixador de tensão (200) apresentado devido à seleção adequada de um fator de duração D do sinal PWM do dispositivo de controlo (240) pode assegurar um controlo preciso e reprodutível da tensão no utilizador (225) ou da corrente que circula através deste. Neste caso, vantajosamente, o dispositivo de controlo (240) pode igualmente ser utilizado para o controlo de um outro parâmetro, tal como o ventilador (105) no caso do exemplo de acordo com a Figura 1.

Claims (6)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Conversor abaixador de tensão (200) elétrico que compreende uma entrada de circuito (205) e uma saída de circuito (210), que apresentam um potencial de referência (215) comum, em que o transformador abaixador de tensão (200) compreende o seguinte:
    uma válvula de comando de débito (245) com uma entrada (255) e com uma saída (260), em que a entrada (255) está ligada com a entrada de circuito (205);
    uma bobina (265), que está conectada entre a saída (260) da válvula de comando de débito e a saída de circuito (210);
    um díodo (270), que está montado no sentido de passagem do potencial de referência (215) para a saída (260) da válvula de comando de débito (245);
    um condensador de saída (235) entre a saída de circuito (210) e o potencial de referência (215), e;
    um dispositivo de controlo (240) para a abertura e para o fecho periódicos da válvula de comando de débito (245), caracterizado por entre o ânodo do díodo (270) e o potencial de referência (215) ser introduzido um díodo Zener (275) com sentido de passagem para o potencial de referência (215), e;
    estar prevista uma resistência (285) paralelamente em relação ao díodo (270) .
  2. 2. Conversor abaixador de tensão (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por entre a entrada de circuito (205) e o potencial de referência (215) estar previsto um condensador de entrada (230) .
  3. 3 . Atuador controlado por corrente (130), caracterizado por compreender uma bobina oscilante (135) e um conversor abaixador de tensão (200) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a bobina oscilante (135) está eletricamente ligada com a saída de circuito (210), de modo que uma posição de ajuste ativada por meio do atuador (130) varia em função de um fluxo de corrente através da bobina oscilante (135) gerado por meio do conversor abaixador de tensão (200).
  4. 4. Atuador (130) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o dispositivo de controlo (240) do conversor abaixador de tensão (200) ativar a válvula de comando de débito (245) por meio de um sinal modulado por impulsos com um fator de duração (D) , de modo que a posição de ajuste da bobina oscilante (135) pode ser controlada através do fator de duração (D).
  5. 5. Queimador de gás (100), caracterizado por compreender uma válvula de gás (120) controlável assim como um atuador (130) de acordo com a reivindicação 3 ou 4 para o controlo da válvula de gás (120), em gue o atuador (130) atua sobre a válvula de gás (120), de modo que um grau de abertura da válvula de gás (12 0) varia em função do fluxo de corrente gerado por meio do conversor abaixador de tensão (200) .
  6. 6. Queimador de gás (100) de acordo com a reivindicação
    5, caracterizado por compreender igualmente um ventilador (105) para a geração de um fluxo volumétrico de ar na zona da saída de gás (115) da válvula de gás (120), em que o ventilador (105) pode ser controlado por meio do mesmo dispositivo controlo (110, 240).
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