ES2200761T3 - Fuente de alimentacion en modo conmutado. - Google Patents
Fuente de alimentacion en modo conmutado.Info
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Abstract
Fuente de alimentación en modo conmutado que tiene un transformador, un transistor de conmutación (T1) en serie con un arrollamiento primario (W1) del transformador, un circuito de control del lado secundario (DR) y con una etapa de regulación del lado secundario (SR), estando conectada una entrada de control del transistor de conmutación (T1) a un primer conmutador (T2), caracterizada porque entre la etapa de regulación (SR) y una tensión de funcionamiento (UB) existe un segundo conmutador (T4), y porque la desconexión del segundo conmutador (T4) provoca simultáneamente que el primer conmutador (T2) sea desconectado.
Description
Fuente de alimentación en modo conmutado.
La presente invención se refiere a una fuente de
alimentación en modo conmutado que tiene un transformador, un
transistor de conmutación conectado en serie con un arrollamiento
primario del transformador, un circuito de control y una etapa de
regulación del lado secundario. Las fuentes de alimentación en modo
conmutado de este tipo son utilizadas, por ejemplo, en aparatos
para electrónica de consumo.
Para poder conectar y desconectar aparatos que
tienen una fuente de alimentación en modo conmutado utilizando un
control remoto, es necesario mantenerlos en un modo en espera
constante con el fin de conectarlos. No obstante, esto significa que
la fuente de alimentación en modo conmutado está constantemente
consumiendo potencia. Para mantener el consumo de potencia de la
fuente de alimentación en modo conmutado tan baja como sea posible
en funcionamiento en espera, se han creado las fuentes de
alimentación en modo conmutado con un modo ráfaga, por ejemplo, o se
utiliza una unidad de fuente de alimentación separada para el
funcionamiento en espera. El documento EP-A- 0803966
describe una unidad de fuente de alimentación, por ejemplo, en la
que se utiliza una fuente de alimentación en modo conmutado
relativamente grande precisamente para funcionamiento normal,
utilizándose una fuente de alimentación en modo conmutado más
pequeña para funcionamiento en espera. En este dispositivo, las
fuentes de alimentación en modo conmutado están acopladas entre sí,
de manera que la fuente de alimentación en modo conmutado mayor es
regulada por medio de la fuente de alimentación modo conmutado
pequeña durante el funcionamiento normal, y la fuente de
alimentación en modo conmutado pequeña oscila utilizando un
oscilador dedicado en funcionamiento en espera.
La invención está basada en el objeto de
especificar una fuente de alimentación en modo conmutado del tipo
mencionado en la introducción que tiene un consumo de potencia muy
bajo.
Este objeto se alcanza por las características
especificadas en la reivindicación 1. Los desarrollos ventajosos de
la invención se especifican en las subreivindicaciones. La
solicitud de patente europea EP 696102 muestra una fuente de
alimentación en modo conmutado que tiene las características
contenidas en el preámbulo de la reivindicación 1.
La fuente de alimentación en modo conmutado de la
invención tiene un transformador, un transistor de conmutación
conectado en serie con un arrollamiento primario del transformador,
un circuito de control del lado primario, y una etapa de regulación
del lado secundario. En este dispositivo, el circuito de control es
utilizado para accionar el transistor de conmutación. El circuito de
regulación del lado secundario es utilizado para accionar un
elemento de acoplamiento que es utilizado para transmitir una señal
de regulación desde el secundario al primario. Un primer conmutador
está situado entre la entrada de control del transistor de
conmutación y una tensión de accionamiento del lado primario, y un
segundo conmutador está situado entre la etapa de regulación y una
tensión de accionamiento del lado secundario, siendo posible que las
dos tensiones de accionamiento sean desconectadas por medio de los
dos conmutadores utilizando una sola señal de control. En este
caso, el elemento aislante transmite tanto la información de
regulación para el circuito de control del lado primario como la
señal de desconexión para el primer conmutador.
En este caso, la señal de control para la
desconexión de los dos conmutadores es aplicada a una entrada de
control del segundo conmutador, y, cuando este conmutador está
desconectado, la etapa de regulación del lado secundario es
desconectada al mismo tiempo y el primer conmutador es desconectado
a través del elemento de acoplamiento. El elemento de acoplamiento
es preferentemente un opto-acoplador accionado en el
lado secundario por una etapa a transistores de la etapa de
regulación del lado secundario, en la que, a través del segundo
conmutador, está presente la tensión de salida de la fuente de
alimentación del modo conmutado a regular.
Si el segundo conmutador es desconectado por la
señal de control, la etapa de regulación y el
opto-acoplador están completamente inactivos y no
consumen potencia adicional. Como resultado de ello, el
opto-acoplador está desconectado en el lado
primario, lo que significa que el primer conmutador está también
desconectado, de manera que tanto el transistor de conmutación como
el circuito de control están inactivos. En esta situación, la
fuente de alimentación en modo conmutado está completamente inactiva
excepto para el circuito de arranque, de manera que en este estado,
el consumo de potencia está por debajo de
\hbox{0,2
W.}
La invención se explica más detalladamente a
continuación con referencia a un diagrama de circuito esquemático,
en el que:
La figura muestra una fuente de alimentación en
modo conmutado de acuerdo con la invención que tiene circuitería
del lado primario y del lado secundario.
La figura muestra, en el lado primario, un
transistor de conmutación T1 en serie con un arrollamiento primario
W1 de un transformador. A fin de una ilustración más sencilla, el
transformador no se muestra en la figura; como es normal con
aparatos en electrónica de entretenimiento, está diseñado con
aislamiento de fuente de alimentación y, aparte del arrollamiento
primario W1, contiene uno o más arrollamientos primarios para el
funcionamiento de la fuente de alimentación en modo conmutado, y, en
el secundario, uno o más arrollamientos para proporcionar las
tensiones de salida requeridas.
En esta forma de realización ilustrativa, el
transistor T1 es un MOSFET controlado por un circuito de control
DR. El arrollamiento auxiliar del lado primario W2a es utilizado
para proporcionar una tensión de accionamiento VCC que es
rectificada a través de un diodo D2 y es almacenada temporalmente
por un condensador C1. Un circuito de partida A, que establece una
conexión con el rectificador de la fuente de alimentación o a una
tensión DC producida desde la fuente de alimentación a través de una
cadena de resistor de alto valor de una manera que es conocida, es
utilizado para proporcionar la corriente necesaria para iniciar la
fuente de alimentación en modo conmutado. Un diodo zener D3 está
conectado en paralelo con el condensador C1, que limita la tensión
de accionamiento VCC.
En el lado secundario, la figura muestra un
arrollamiento W3 que, a través de un diodo D5 y un condensador C3,
produce una tensión de salida UA que debe ser estabilizada. Esta
tensión de salida UA es derivada a través de una resistencia R7 por
una etapa de regulación del lado secundario SR y es acondicionada
para transmisión al lado primario. La transmisión es efectuada por
un elemento de acoplamiento que es un
opto-acoplador OK en esta forma de realización
ilustrativa. Pueden utilizarse de igual modo otros elementos de
acoplamiento tales como transformadores. En el lado primario, la
señal de regulación transmitida por la etapa de regulación SR a
través del opto-coplador OK es aplicada al circuito
de control DR, que convierte esta señal en una tensión de control
modulada en anchura de impulso U2 para accionar el transmisor de
conmutación T1. El circuito de control DR utiliza también otra
tensión U1 para el accionamiento, siendo aplicada dicha tensión a
través de una resistencia R3 y siendo una indicación de la
corriente que circula a través del transistor de regulación T1.
La fuente de alimentación en modo conmutado puede
diseñarse tanto como fuente de alimentación en modo conmutado de
funcionamiento libre que cambia su frecuencia de conmutación
dependiendo de la carga, como una fuente de alimentación en modo
conmutado que funciona con modulación en anchura de impulso a una
frecuencia de conmutación fija. Una fuente de alimentación en modo
conmutado de este tipo está especificada, por ejemplo, en el
documento EP 0808015A2. En este caso, la regulación es aplicada
frecuentemente a una tensión de salida del lado secundario, puesto
que esto permite mejor estabilización de la tensión de salida.
Entre la tensión de funcionamiento VCC y la
entrada de control del transistor de conmutación T1, existe una
resistencia R1 con el fin de permitir que la tensión de control U2
sea desacoplada desde el circuito de control DR y la tensión de
funcionamiento VCC. En esta conexión entre el transistor de
conmutación T1 y la tensión de funcionamiento VCC, existe un primer
conmutador T2, en esta forma de realización ilustrativa un
transistor, que puede desconectar la tensión de funcionamiento VCC.
La entrada de control de este conmutador se encuentra conectada, a
través de resistores R5 y R6, al opto-acoplador OK,
que puede utilizarse para accionar el conmutador T2 desde el lado
secundario. Si el opto-acoplador OK tiene una alta
impedancia en el lado primario, entonces, la tensión de
funcionamiento VCC es aplicada a la entrada de control del primer
conmutador T2 a través de una resistencia R4, de manera que no puede
circular corriente a través de la unión emisor-base
del transistor T2, lo que significa que este último está
desconectado. Cuando se aplica una tensión baja a la entrada de
control del conmutador T2, entonces este último esta conectado. El
circuito de control DR es conectado de igual modo al
opto-acoplador OK a través de un diodo D1 y la
resistencia R6, de manera que dicho opto-acoplador
transmite tanto la información de regulación del lado secundario
como señal de desconexión al primer conmutador T2.
En el lado secundario, el
opto-acoplador contiene un diodo emisor de luz
accionado a través de conexión 3 y 4. Este diodo es accionado por
una etapa a transistores con un transistor T3 que controla la
corriente a través del diodo emisor de luz en el
opto-acoplador, siendo aplicada una tensión de
accionamiento del lado secundario UB a la conexión 3 del
opto-acoplador a través de un segundo conmutador T4.
La entrada de control del transistor T3 tiene una tensión constante
aplicada al conjunto formado por un divisor de tensión que contiene
una resistencia R9 y un diodo zener D6 y que durante el
funcionamiento tiene aplicada la tensión de accionamiento UB. A
través de un divisor de tensión formado a partir de las
resistencias R7 y R8, el emisor del transistor T3 se encuentra a la
tensión de salida UA a regular, de manera que la corriente a través
del diodo emisor de luz del opto-acoplador OK es
controlada a través de la unión base-emisor del
transistor T3 como función de la tensión de salida UA. En lugar de
esta etapa a transistores con el transistor T3, puede utilizarse
también un diodo Zener variable para transmitir la señal de
regulación.
El segundo conmutador T4 es conectado y
desconectado por medio de una etapa de transistor T5 que tiene
resistencias R11, R12 mediante una señal de control US procedente
de un circuito digital. Si la señal de control US es "cero",
entonces el transistor T5 está desconectado, lo que significa que
el transistor T4 también está desconectado, debido a que su entrada
de control en este caso se encuentra a alto potencial a por medio de
la resistencia R10.
Si el conmutador T4 está desconectado, entonces
no están activos ni la etapa a transistores con el transistor T3 ni
el diodo emisor de luz en el opto-acoplador OK.
Esto significa que la fotoresistencia del
opto-acoplador OK es también alta, de manera que el
primer conmutador T2 está desconectado de igual modo, como se
describió anteriormente. En este caso, el circuito de control DR se
desconecta también, puesto que a través del diodo D1 ya no circula
corriente.
La transmisión de regulación a través del
opto-acoplador OK se lleva a cabo de forma que,
cuando la tensión de salida UA sea demasiado alta, la salida del
opto-acoplador OK, las conexiones 1 y 2, tiene una
impedancia relativamente alta, y, cuando la tensión de salida UA es
demasiado baja, tiene una impedancia relativamente baja. El MOSFET
utilizado como transistor de conmutación se desconecta para una
tensión de control U2 inferior a aproximadamente 2 voltios. El
circuito de control DR es desacoplado de igual modo a partir de la
tensión de funcionamiento VCC por el diodo D1. Si la señal de
control US es cero, por tanto, entonces no están activas ni las
etapas de conmutación del lado secundario con los transistores T3,
T4 y T5, ni los transistores T1 y T2 y el circuito de control del
lado primario DR. Cuando la fuente de alimentación en modo conmutado
se encuentra en estado de desconexión, esto significa que solamente
el circuito de partida A consume una cantidad de potencia muy
pequeña.
La conexión 2 del opto-acoplador
OK está conectada a un arrollamiento negativo de muy alta tensión
(flyback) W2b a través de un diodo D4, de manera que la fuente de
alimentación en modo conmutado se inicia suavemente cuando está
conectada. En la fase de inicio de la fuente de alimentación en
modo conmutado, la tensión negativa presente en el arrollamiento
W2b durante la fase desconectada del transistor de conmutación T1
está aún relativamente baja, de manera que la señal de regulación
transmitida a través del opto-acoplador OK es
atenuada. Solamente para un funcionamiento normal, cuando se ha
creado la muy alta tensión negativa en el arrollamiento W2b, y el
condensador C2 se carga hasta una tensión negativa correspondiente,
hace que la señal de regulación esté activa con resistencia
completa para el circuito de control DR.
Puede utilizarse una fuente de alimentación en
modo conmutado de este tipo, en particular, en aparatos para
electrónica de consumo, y permite que el consumo de potencia se
mantenga muy bajo en funcionamiento en espera. En estos aparatos,
los convertidores de muy alta tensión son utilizados
predominantemente como la unidad de fuente de alimentación, pero la
invención puede utilizarse también para otros tipos de fuentes de
alimentación en modo conmutado. No obstante, la segunda tensión de
funcionamiento UB debe estar presente siempre con el fin de conectar
la fuente de alimentación en modo conmutado. Esta tensión de
funcionamiento puede ser proporcionada por una unidad de fuente de
alimentación, por ejemplo, o por una batería o una batería
recargable.
Claims (10)
1. Fuente de alimentación en modo conmutado que
tiene un transformador, un transistor de conmutación (T1) en serie
con un arrollamiento primario (W1) del transformador, un circuito de
control del lado secundario (DR) y con una etapa de regulación del
lado secundario (SR), estando conectada una entrada de control del
transistor de conmutación (T1) a un primer conmutador (T2),
caracterizada porque entre la etapa de regulación (SR) y una
tensión de funcionamiento (UB) existe un segundo conmutador (T4), y
porque la desconexión del segundo conmutador (T4) provoca
simultáneamente que el primer conmutador (T2) sea desconectado.
2. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la
etapa de regulación (SR) está conectada a través de un elemento de
acoplamiento (OK) tanto al circuito de control (DR) como al primer
conmutador (T2).
3. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la
etapa de regulación (SR) tiene una etapa a transistores (T3, R8,
R9, D6) cuyas conexiones están conectadas a una tensión de salida de
la fuente de alimentación en modo conmutado (UA), al elemento de
acoplamiento (OK) y al segundo conmutador (T4) con el fin de
transmitir tanto una señal de regulación como una señal de control
(US).
4. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque
una señal de control (US) puede ser utilizada para desconectar el
segundo conmutador (T4), de manera que la tensión de alimentación
(UB) para la etapa de regulación (SR) se encuentra desconectada, y
esto produce la desconexión del primer conmutador (T2) por medio
del elemento de acoplamiento (OK).
5. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque el primer conmutador (T2) está situado
entre la entrada de control del transistor de conmutación (T1) y una
tensión de accionamiento del lado primario (VCC).
6. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque, sobre el lado primario, una conexión
(2) del elemento de acoplamiento (OK) está conectada a un
arrollamiento auxiliar (W2b) del transformador, y otra conexión (1)
del elemento de acoplamiento (OK) está conectada tanto al primer
conmutador (T2) como al circuito de control (DR).
7. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el
diodo (D1) está dispuesto entre el circuito de control (DR) y el
elemento de acoplamiento (OK) y también el primer conmutador
(T2).
8. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con la reivindicación 5, 6 ó 7, caracterizada porque
la entrada de control del primer conmutador (T2) está conectada a
la tensión de accionamiento del lado primario (VCC) a través de una
resistencia (R4), lo que produce una tensión alta en esta entrada de
control con el fin de desconectar el conmutador (T2) cuando el
elemento de acoplamiento (OK) tiene alta impedancia.
9. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes
2-8, caracterizada porque el elemento de
acoplamiento (OK) es un opto-acoplador, cuya
conexión (2) de emisor en el lado primario está conectada a un
arrollamiento negativo de muy alta tensión (W2b), de forma que la
fuente de alimentación en modo conmutado se inicia suavemente
cuando está conectada.
10. Fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque la tensión de accionamiento del lado
secundario (UB) es producida por otra unidad de fuente de
alimentación, y porque la fuente de alimentación en modo conmutado
es utilizada como una unidad adicional de fuente de alimentación
que puede desconectarse por completo y volver a conectarse por
medio de la señal de control (US).
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