ES2297561T3 - Regulador de tension mos de energia electrica para baterias. - Google Patents
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Abstract
Un regulador de tensión para un sistema automático de carga de tensión para una batería (BA) que incluye un generador magneto-eléctrico (10) de corriente alterna (en adelante CA) que tiene al menos un devanado de fase (A; B; C) que se puede conectar selectivamente a la batería (BA) y a tierra, cuyo regulador de tensión comprende: un puente rectificador (T1, D3) que tiene un diodo (D3) conectado entre el devanado de fase (A; B; C) del generador magneto-eléctrico (10) y la batería (BA), y un transistor (T1) de potencia de metal-óxido-semiconductor (en adelante MOS) derivado entre el devanado de fase (A; B; C) y tierra; y una unidad electrónica de control (12) conectada a un electrodo de control (G) del transistor (T1) de potencia de MOS para excitar a éste entre estados de CONEXIÓN y DESCONEXIÓN, caracterizado porque la unidad de control (12) comprende un circuito (13) de detección de tensión de batería; un circuito de memoria (M1) que tiene un lado de entrada (R13) conectado a un lado de salida (VE4) del circuito (13) de detección para guardar en la memoria la tensión detectada de la batería (BA); y un circuito (14) de detección de la tensión de fase para el generador magneto-eléctrico (10) cuyo circuito de detección de la tensión de fase está conectado entre un lado de entrada (VOM1) del circuito de memoria (M1) y un electrodo de control (g) del transistor (T1) de potencia de MOS, para disparar éste entre un estado de CONEXIÓN y un estado de DESCONEXIÓN cuando la tensión de fase detectada del generador (1a) esté pasando por cero.
Description
Regulador de tensión MOS de energía eléctrica
para baterías.
Este invento se refiere a un sistema automático
para cargar baterías, y en particular está destinado a un regulador
de tensión de un sistema cargador de baterías normalmente usado para
alimentar de energía eléctrica a los vehículos a motor, tales como
motocicletas y vehículos similares.
Un sistema para cargar la batería de un
vehículo, comprende normalmente un generador
magneto-eléctrico de tensión conectado
operativamente al motor de un vehículo, que se puede conectar
selectivamente a una batería eléctrica del vehículo por medio de un
puente de diodos controlado, y a tierra por medio de conmutadores
electrónicos activados por una unidad de control preconfigurada
para detectar el estado de carga de la batería. En la figura 1 de
los dibujos adjuntos se muestra un esquema general de un sistema
-conocido per se- para cargar baterías.
Un sistema automático de cargar baterías para
vehículos a motor, comprende usualmente un generador
magneto-eléctrico de tensión, y un regulador de
tensión de tres fases y tipo paralelo, en el que el uso de
reguladores estándar de tensión del tipo serie da lugar a tensiones
de salida excesivamente altas a altas revoluciones del motor.
Por tanto, este invento está dirigido a un
sistema de cargar baterías para vehículos a motor, que hace uso de
un regulador del tipo paralelo, con referencia particular a un
regulador trifásico actualmente en uso cuando la potencia requerida
por el vehículo a motor excede de 200 W.
Como se muestra en la figura 1, un sistema bien
conocido para cargar la batería de un vehículo a motor, comprende
usualmente un generador magneto-eléctrico 10 de
tensión, que tiene unos devanados de fase A, B y C conectados a un
terminal positivo de una batería BA por medio de un puente
controlado 11 de diodos, que comprende sustancialmente los diodos
01, 02, 03 con polarización directa que tienen el cátodo conectado
al terminal positivo de la batería BA, y unos diodos D4, D5 y D6
con polarización inversa o en derivación cuyo ánodo está conectado a
tierra.
A su vez, los devanados de fase A, B y C del
generador magneto-eléctrico 10 se pueden conectar
selectivamente a tierra por medio de respectivos conmutadores
electrónicos, que consisten, por ejemplo, en los rectificadores
controlados por silicio (en adelante SCR) Q1, Q2 y Q3 cuyo electrodo
de control está conectado a la unidad 12 de control para activarse
en relación con un valor de tensión o con un estado de carga de la
batería BA.
Esta solución, si bien es simple, implica no
obstante una disipación excesiva de potencia cuando las intensidades
de las corrientes que circulan en los devanados de fase del
generador 10 llegan a ser elevadas. Por ejemplo, un regulador de
tensión que tenga una intensidad de corriente de salida de 30A,
disipa aproximadamente 60 W en los componentes de potencia, dado
que la caída de tensión en cada diodo SCR es aproximadamente 1 V.
Este hecho implica también la necesidad de usar disipadores de
potencia un poco incómodos y con aletas.
Con el fin de mejorar esta situación, se ha
sugerido también el uso de un regulador de tensión del tipo paralelo
que comprenda diodos Schottky y transistores de potencia de
metal-óxido-semiconductor (en delante de MOS).
Por medio de esta segunda solución es posible
reducir la disipación de potencia en el sentido de que un transistor
MOS de potencia, para tensiones inferiores a 60 V, en un recipiente
TO 220 tiene una resistencia de aproximadamente 5 ohmios, mientras
que un diodo Schottky tiene una caída de tensión de sólo 0,6 V. La
potencia disipada se puede estimar como entre 20 y 30 W dependiendo
de las condiciones de CONEXIÓN y DESCONEXIÓN de las cargas
eléctricas conectadas a la batería.
Los documentos
US-A-4.431.959,
US-A-5.714.871 y
EP-A-0.936.720 se refieren también a
reguladores de tensión para cargar una batería, que alimenta a un
vehículo a motor.
Sin embargo, estos reguladores de tensión tienen
una serie de inconvenientes que este invento intenta remediar.
Una de las diferencias funcionales que existen
entre un diodo controlado por SCR y un transistor de potencia de
MOS, es que éste se puede conmutar tanto en estado de CONEXIÓN como
en estado de DESCONEXIÓN, mientras que el diodo controlado por SCR
no se desconecta hasta que la intensidad de la corriente haya bajado
a un valor cero; este hecho implica que en un regulador de potencia
con transistor de MOS éste se puede conmutar a CONEXIÓN y
DESCONEXIÓN independientemente de las intensidades de las corrientes
que circulen por los componentes, lo que por el contrario no ocurre
con los reguladores de SCR, en los que el estado de CONEXIÓN se
puede activar en cualquier instante en relación con su grado de
carga de la batería, mientras que el estado de DESCONEXIÓN ocurre
solamente cuando la intensidad de la corriente llega al valor
cero.
\newpage
Durante el tiempo en que los transistores de
potencia de MOS están en el estado de CONEXIÓN, la corriente
circula exclusivamente entre los devanados de fase del generador y
los transistores de potencia de MOS, lo cual no afecta a la
batería, y por consiguiente previniendo la carga de dicha batería.
Cuando la unidad de control que controla la tensión de la batería
detecta que dicha tensión ha caído por debajo de un valor nominal
pre-establecido, entonces el transistor de potencia
de MOS se debe poner en DESCONEXIÓN; si esto se hace con
independencia de la circulación de las corrientes en los devanados
de fase del generador, puede dar lugar a la aparición de crestas de
intensidad de corriente con frentes muy escarpados a través de los
diodos de carga, de los cables y de la batería, con las
consiguientes crestas de tensión debidas a las inductancias del
generador y de los mismos cables, lo cual afecta negativamente a los
equipos electrónicos del vehículo.
Lo mismo es aplicable en todo lo que concierne a
la conmutación a CONEXIÓN del transistor de potencia de MOS.
El principal objeto de este invento es
solucionar estos problemas con el fin de reducir la disipación de
potencia del regulador de tensión, y prevenir la formación de altas
crestas de intensidad de corriente y los consiguientes ruidos de
circuito.
Lo anterior, de acuerdo con el invento, se puede
lograr en un sistema automático para cargar una batería, por medio
de un regulador de tensión del tipo paralelo de acuerdo con la
reivindicación 1 y mediante un sistema de carga de batería de
acuerdo con la reivindicación 4.
Más particularmente, de acuerdo con el invento,
se ha provisto un regulador de tensión en un sistema automático de
carga para una batería que incluye un generador
magneto-eléctrico de corriente alterna (en adelante
CA) que tiene al menos un devanado de fase que se puede conectar
selectivamente a la batería y a tierra, cuyo regulador de tensión
comprende:
un puente rectificador que tiene un diodo
Schottky conectado entre el devanado de fase del generador
magneto-eléctrico y la batería; y un transistor de
potencia de MOS derivado entre el devanado de fase y tierra, y
una unidad electrónica de control conectada a un
electrodo de control del transistor de potencia de MOS para activar
éste entre los estados de CONEXIÓN y DESCONEXIÓN, caracterizado
porque
la unidad (12) de control comprende un circuito
(13) de detección de tensión de batería;
un circuito de memoria (M1) que tiene un lado de
entrada (R13) conectado a un lado de salida (VE4) del circuito de
detección (13) para guardar en la memoria la tensión detectada de la
batería (BA);
y un circuito (14) de detección de tensión de
fase para el generador magneto-eléctrico (10), cuyo
circuito de detección de tensión de fase está conectado entre un
lado de salida (VOM1) del circuito de memoria (M1) y un electrodo
de control (g) del transistor (T1) de potencia de MOS. para disparar
éste entre un estado de CONEXIÓN y un estado de DESCONEXIÓN cuando
la tensión de fase detectada del generador (1a) esté pasando por
cero.
En particular, de acuerdo con el invento,
durante cada etapa de carga de la batería, el transistor de potencia
de MOS se mantiene en un estado conductor o de CONEXIÓN cuando la
tensión entre el drenaje y el manantial del transistor de potencia
de MOS es negativa, y en un estado de DESCONEXIÓN cuando la tensión
entre el drenaje y el manantial del transistor de potencia de MOS
es positiva, mientras que, si la tensión de la batería es mayor que
su valor de carga nominal, el transistor de potencia de MOS se
mantiene constantemente en su estado de CONEXIÓN para poner en
cortocircuito a tierra la fase pertinente del generador
magneto-eléctrico, mientras que cualquier cambio
entre los estados de CONEXIÓN y DESCONEXIÓN del transistor de
potencia de MOS ocurre siempre cuando la tensión de fase de dicho
generador magneto-eléctrico, con respecto a tierra,
o la tensión entre los electrodos de drenaje y de manantial del
transistor de potencia de MOS pasan por el valor cero.
Las anteriores y más características de un
regulador de tensión y un sistema para cargar baterías que responden
a este invento, resultarán más claramente evidentes a partir de la
descripción que sigue, con referencia a los dibujos adjuntos, en
los que:
La Figura 1 muestra el esquema de un sistema de
cargar baterías conocido per se:
La Figura 2 presenta el esquema de un regulador
electrónico de tensión y un sistema de cargar baterías de acuerdo
con el invento;
Las Figuras 3A hasta 3E muestran algunos
gráficos de tensión de la Figura 2.
La figura 1 muestra el esquema general de un
sistema para cargar una batería de un tipo conocido, según se ha
indicado anteriormente, mientras que la figura 2 presenta un sistema
de cargar baterías que comprende un regulador de tensión acorde con
el invento, para un generador magneto-eléctrico de
corriente alterna trifásica; sin embargo, el invento se puede
aplicar a cualquier tipo de generador de tensión monofásica y
multifásica, dependiendo de las circunstancias.
Para facilidad de la descripción, se hará
referencia a una sola fase de un generador 10 de tensión trifásica,
por ejemplo al devanado de fase A, en el sentido de que la solución
electrónica propuesta se entenderá que se repite para los restantes
devanados de fase B y C, en el sistema trifásico de la figura 2.
Como se muestra en la figura 2, cada uno de los
devanados de fase A, B y C del generador
magneto-eléctrico de tensión alterna 10, está
conectado al terminal positivo (+) de la batería BA, por medio de un
puente rectificador que comprende, un diodo polarizado D3, tal como
un diodo "Schottky", que tiene una baja resistencia conductiva
y una baja caída de tensión. El ánodo 03 del diodo Schottky según se
muestra, está conectado al devanado de fase A del generador 10 de
tensión, mientras que su cátodo está conectado al terminal positivo
(+) de la batería BA.
El puente rectificador comprende también, para
cada fase del generador 10 de tensión, un transistor T1 de potencia
de MOS, que está derivado entre el devanado de fase A y tierra; más
particularmente, el electrodo de drenaje D de T1, está conectado al
devanado de fase A, como por el ánodo del diodo D3, mientras que su
electrodo de manantial S está conectado a la tierra del
circuito.
En la misma figura 2 se puede ver también que el
electrodo G de control o de compuerta del transistor T1 está
conectado al lado de salida de una unidad electrónica 12 de control,
cuyo lado de entrada a su vez está conectado, por medio del diodo
D5, a un primer circuito 13 de detección de tensión; el circuito 13
detecta los estados alto y bajo de la tensión de carga Vbat de la
batería BA, en relación a los cuales la unidad 12 de control excita
al transistor D1 de potencia de MOS entre sus estados de CONEXIÓN y
DESCONEXIÓN.
La unidad 12 de control comprende una memoria M1
para memorizar un estado alto y un estado bajo de la tensión de la
batería BA, a comparar con un valor nominal de tensión; la entrada
de la memoria M1 está conectada al circuito 13 de detección de
tensión por medio de una resistencia R13 y el diodo D5.
A su vez, una primera salida VOM1 de la memoria
M1 está conectada a un segundo circuito 14 de detección de tensión
para detectar la tensión alterna VF1 del devanado de fase A del
generador 10 de tensión.
Más en particular, de acuerdo con una
realización posible, la memoria M1 comprende dos conmutadores
electrónicos Q1 y Q2, que consisten en un transistor PNP y
respectivamente un transistor NPN; el circuito
colector-emisor de Q1 está conectado directamente a
la salida de tensión VCC de un circuito 16 de alimentación, mientras
que la base de control de Q1 está conectada a un divisor de tensión
provisto por las resistencia R7 y R8 del circuito emisor- colector
de Q2. A su vez, la base de control de Q2 está conectada a un
divisor de tensión provisto por las resistencias R9, R10, y se
conecta a un circuito de reposición para reconfigurar la memoria
M1, que comprende un conmutador electrónico Q3 tal como un
transistor NPN, cuya base está polarizada mediante una resistencia
R12.
El circuito emisor-colector de
Q1, por medio de la salida VOM1 de la memoria M1, está conectado
también al circuito 14 de detección de tensión alterna (CA) para
controlar la tensión VF1 del devanado de fase A.
El circuito 14 de detección de tensión de CA
comprende un primer comparador CP1 de tensión cuya salida está
conectada al electrodo de compuerta o de control del transistor T1
de potencia de MOS por medio de la resistencia R1.
El circuito 14 comprende también un segundo
comparador de tensión CP2 cuya salida está conectada, por medio del
condensador C1, a un divisor de tensión de la memoria M1, provisto
por las resistencias R11 y R12.
La entrada no inversora (+) del primer
comparador de tensión CP1 está conectada, por medio de la
resistencia R3 y del diodo D1, a la salida VOM1 del circuito de
memoria M1, y a tierra por medio de la resistencia R2.
Por último, en la misma figura 2 se puede ver
que la entrada de inversión (-) de ambos comparadores de tensión
CP1 y CP2 está conectada, por medio de un divisor de tensión R4, R5,
al devanado de fase A.
En la figura 2 se ha usado la referencia 16 para
indicar un circuito de alimentación de corriente continua (en
adelante CC) para el sistema, conectado entre los devanados de fase
A, B, C del generador 10 de tensión y tierra, por medio de los
diodos D8, D9 y D10 y del condensador C2, para suministrar una
tensión de alimentación VCC a los componentes, que sustancialmente
corresponde a la tensión de batería Vbat.
\newpage
Por último, el circuito 13 de detección de
tensión, que sirve para detectar el grado de carga de la batería
BA, comprende un transistor PNP Q4 cuyo circuito
emisor-colector está conectado al lado de entrada de
la memoria M1 por medio del diodo D5 y de la resistencia R13,
mientras que la base de Q4 está conectada a un divisor R14, R15 que
comprende un diodo Zener D21.
El regulador de tensión funciona de la manera
siguiente.
Considérese la etapa en la que la batería BA
debe cargarse porque el valor de su tensión es inferior a una
tensión umbral o una tensión nominal; típicamente 14,5 voltios.
Como puede verse en la figura 2, el comparador
CP1 detecta el paso por cero de la tensión del devanado de fase A,
en particular la salida del comparador CP1 conectada a la compuerta
G de T1, se conmuta a baja, llevando al T1 de potencia de MOS a un
estado de DESCONEXIÓN cuando la tensión de la fase A es positiva con
respecto a tierra; por tanto, el diodo Schottky D3 se polarizará
directamente y la corriente que viene del devanado de fase A del
generador puede cargar la batería BA.
Cuando la tensión de la fase A del generador 10
es negativa con respecto a tierra, la salida del comparador CP1
conectado a la compuerta G de T1, cambia a alta, llevando al T1 de
potencia de MOS a un estado de CONEXIÓN; por tanto, la corriente
puede circular desde tierra, a través del T1 de potencia de MOS,
hacia el devanado de fase A del generador.
Si, durante este tiempo, la compuerta G de T1
permanece baja, la corriente que viene de tierra puede ir al
devanado de fase A del generador a través del diodo dentro del
transistor de potencia de MOS, que tiene su ánodo conectado al
manantial y su cátodo al drenaje; sin embargo, de este modo la caída
de tensión y por tanto la disipación de potencia son mayores.
Un diodo de potencia de MOS con una resistencia
de 5 miliohmios, con una tensión de ruptura de 60 voltios y una
intensidad de 30 amperios, tiene una caída de tensión de 0,15
voltios, mientras que en el caso de que el diodo esté en un estado
conductor, la caída de tensión del diodo es al menos 0,7 voltios,
aportando de ese modo la importancia de llevar al T1 de potencia de
MOS a un estado de CONEXIÓN cuando la tensión de fase es
negativa.
El sistema está provisto también de un segundo
comparador de tensión CP2 que tiene su entrada de inversión (-) en
común con la entrada de inversión (-) de CP1, estando conectadas
ambas, por medio del divisor de tensión R4, R5, al devanado de fase
A del generador 10; la entrada no inversora (+) de CP2 está
conectada a tierra por medio de la resistencia R6. El comparador de
tensión lee la caída de tensión en los terminales del T1 de
potencia de MOS y proporciona una señal de salida VF1 de onda
cuadrada (figura 3A) que está invertida con respecto a la señal de
tensión del devanado relevante de fase A del generador 10.
Si la tensión de batería Vbat es menor que la
tensión del diodo Zener DZ1, entonces no circula corriente a través
del divisor de tensión R14, R15 y el transistor Q4 de PNP no puede
entrar en un estado de CONEXIÓN. Como resultado, ninguno de los
transistores Q1, Q2 puede entrar en su estado de CONEXIÓN; por
consiguiente, el diodo D1 está vedado o en un estado de DESCONEXIÓN
y la entrada no inversora (+) de CP1 se refiere a tierra por medio
de la resistencia R2. Como la entrada de inversión de CP1 es común
con la entrada de inversión (-) de CP2, durante esta etapa el
comparador CP1 se comporta como CP2, siendo de ese modo capaz de
excitar a T1 en un estado de DESCONEXIÓN cuando la tensión de fase
del devanado A del generador es positiva con respecto a tierra, y a
excitar a T1 en un estado de CONEXIÓN cuando la tensión de fase del
devanado A del generador es negativa con respecto a tierra.
Durante los frentes positivos de la tensión de
salida VCP2 (figura 3B) del comparador CP2, por medio del
condensador C1 y del divisor de tensión R11, R12, el transistor Q3
entra en un estado de CONEXIÓN durante un tiempo muy corto,
típicamente 1o milisegundos, determinados por el valor de la
capacidad del condensador C1, y por la resistencia R11, pero, como
el transistor Q2 se encuentra ya en un estado de CONEXIÓN, como Q1,
el estado del transistor Q3 no tiene efecto sobre el estado de la
memoria M1; el condensador C1 se descargará posteriormente durante
los frentes negativos en la salida de CP2 (VC1 figura 3C).
El conjunto que comprende el transistor Q1 y el
transistor Q2 con las resistencias R7, R8; R9, R10 conectadas como
se muestra en la figura 2, constituye un circuito de memoria para
los estados alto y bajo de la tensión de batería Vbat, con respecto
a su valor nominal.
La salida de la memoria antes mencionada tiene
una tensión VOM1 aplicada al ánodo de D1, que es cero si Q1 y Q2
están en un estado de DESCONEXIÓN, y en un valor equivalente a VCC
si Q1, Q2 están en un estado de CONEXIÓN, como se muestra en la
figura 3E.
Q1 se lleva al estado de CONEXIÓN cuando Q2 está
en un estado conductor o estado de CONEXIÓN, activándose éste a su
vez por la polarización positiva de su base generada por una
corriente que entra en la base de Q2 a través de D5 y R13, cuando
Q4 está en CONEXIÓN.
Dado que existe una reacción positiva de la
salida sobre la entrada a través de R9, si Q1 y Q2 están en
CONEXIÓN, permanecerán así con independencia del estado de Q4; Q1,
Q2 volverán al estado de DESCONEXIÓN solamente cuando Q3 se lleve a
CONEXIÓN, dando lugar de ese modo a la reconfiguración de la memoria
M1.
En la práctica, la salida VOM1 de la memoria M1
puede conmutarse desde el estado lógico 1 al estado lógico 2
solamente en correspondencia con el frente delantero de la salida
del comparador CP2 (figura 3B) el cual, por medio de C1 y R11,
lleva a Q3 al estado de CONEXIÓN, y puede conmutar desde el estado
lógico 0 al 1 solamente con una señal positiva en la base de Q2
generada por Q4 a través de D5, R13.
Si la tensión de batería excede a la tensión del
diodo Zener DZ1, lo cual indica que la batería BA ha alcanzado la
tensión de carga total, la corriente comienza a circular a través
del divisor de tensión R14, R15 polarizando la base del transistor
Q4 hasta que éste empieza a conducir, llevando a la tensión VE4
(figura 3D) en el ánodo del diodo D5, hasta el valor de la tensión
de batería Vbat; estando polarizado directamente, el diodo D5
conduce y configura la memoria M1 del devanado A, y al mismo tiempo
las de los demás devanados B y C de fase, en el estado lógico
1.
La tensión de salida VOM1 de la memoria M1, con
respecto al estado lógico 1, corresponde a VCC que es igual a la
tensión de fase VF1, menos la caída de tensión del diodo Schottky D3
(típicamente 0,5 voltios), cuando éste se encuentra en un estado de
CONEXIÓN o en un estado conductivo.
Si, como se ha mostrado en la figura 3, la
tensión VE4 cambia de 0 a Vbat en correspondencia con la tensión
alta de fase VF1, es decir, mientras el devanado A de fase está
cargando la batería BA, la salida VOM1 de la memoria M1 cambia
desde el estado lógico 1 correspondiente a la tensión VCC, que se
divide mediante el divisor de tensión resistivo R3, R2 y se aplica
a la entrada no inversora de CP1, mientras que la tensión VF1
dividida por el divisor de potencial resistivo R4, R5 está presente
en la entrada de inversión.
Si los valores resistivos se eligen de tal
manera que R3/R2 >R4/R5, por ejemplo R3 = 3R2 y R4 = R5, entonces
durante el tiempo en el que la tensión de fase VF1 es alta, es
decir, que esté en una tensión de aproximadamente 0,5 voltios mayor
que la de la batería, la entrada de inversión de CP1 excede todavía
a la entrada no inversora, cuya salida permanece baja, impidiendo
que T1 entre en conducción, mientras el diodo Schottky D3 esté en
CONEXIÓN. De esta manera es posible evitar los problemas de las
crestas de tensión debidas a la rápida variación de la intensidad
de corriente en los diodos y en los cables de conexión.
Esto se debe al hecho de que la corriente que
circula desde el regulador de tensión 12, hacia la batería BA,
tiene un perfil sinusoidal impuesto por la tensión alterna del
generador 10, y no por la conmutación de los conmutadores
electrónicos.
Cuando la tensión VF1 cambia de positiva a
negativa, la salida de CP1 todavía es alta y T1 se encuentra aún en
CONEXIÓN o en un estado conductivo, mientras que la salida del
comparador CP2 cambia de baja a alta y, por medio del condensador
C1 y de la resistencia R11, lleva al transistor Q1 al estado de
CONEXIÓN durante unos pocos microsegundos, suficientes para llevar
a la salida VOM1 de la memoria M1 al estado lógico 0.
La tensión VF1 es negativa con respecto a tierra
por unas pocas décimas de un voltio determinadas por la caída de
tensión generada por la corriente que circula a través del
transistor T1 de potencia de MOS, desde tierra hacia el devanado de
fase A.
Si la tensión VE4 permanece alta, lo que indica
que la batería BA está cargada, entonces la salida de la memoria M1
se vuelve a llevar otra vez al estado lógico 1 correspondiente a una
tensión VOM1 = VCC aplicada subsiguientemente, por medio del diodo
D1 y del divisor de tensión R3, R2, a la entrada no inversora (+)
del comparador CP1, cuya entrada estará a un valor de tensión
equivalente a una fracción de VCC.
Cuando la tensión VF1 cambia de negativa a
positiva, entonces, como T1 está en el estado de CONEXIÓN, la
tensión aplicada a la entrada de inversión (-) de CP1 es menor que
la tensión aplicada a la entrada no inversora (+) y por tanto la
salida de CP1 permanece alta con T1 en el estado de CONEXIÓN.
Cuando la tensión VE4 cae a cero, indicando que
la batería está agotada, y suponiendo como en la figura 3D que esto
ocurre en el instante t1 en el que VF1 es positiva, el estado de la
memoria M1 no cambia, es decir, VOM1 permanece alta hasta que la
tensión VF1 pase por el valor cero, de positiva a negativa en
correspondencia con el frente delantero de VCP2.
De esta manera es posible evitar que se
produzcan cambios rápidos de intensidad de corriente en los cables
de conexión entre el regulador de tensión y la batería y en los
diodos Schottky, debido a las rápidas conmutaciones del transistor
de potencia T1 de MOSD, por las razones anteriormente
mencionadas.
En la práctica, el transistor de potencia T1 de
MOS cambia de estado, es decir, pasa del estado de CONEXIÓN al de
DESCONEXIÓN, y viceversa, solamente en correspondencia con el paso
por cero de la tensión VF1, que también corresponde a corriente
cero en el sentido de que el sistema descrito detecta la caída de
tensión en T1, con respecto a tierra.
Obviamente, lo que se ha descrito para el
devanado de fase A se aplica a todos los demás devanados de fase de
un sistema de regulador de tensión-generador
multifásico, un generador monofásico conectado a la batería BA por
un puente de diodo de una sola fase que tenga las mismas
características anteriormente descritas.
A partir de lo que se ha descrito y mostrado en
los dibujos adjuntos, estará claro que se ha provisto un regulador
de tensión con transistores de potencia de MOS para cargar las
baterías de vehículos a motor, o para otro fin, y un sistema para
cargar automáticamente baterías que comprende un regulador de
tensión similar, por los que es posible lograr los resultados
deseados.
No obstante, se entiende que podrían realizarse
otras modificaciones o variaciones a los diversos componentes del
regulador de tensión, y a la totalidad del sistema de carga de
baterías, sin desviarse del alcance de las reivindicaciones que se
adjuntan como apéndice.
Claims (7)
1. Un regulador de tensión para un sistema
automático de carga de tensión para una batería (BA) que incluye un
generador magneto-eléctrico (10) de corriente
alterna (en adelante CA) que tiene al menos un devanado de fase (A;
B; C) que se puede conectar selectivamente a la batería (BA) y a
tierra, cuyo regulador de tensión comprende:
un puente rectificador (T1, D3) que tiene un
diodo (D3) conectado entre el devanado de fase (A; B; C) del
generador magneto-eléctrico (10) y la batería (BA),
y un transistor (T1) de potencia de
metal-óxido-semiconductor (en adelante MOS)
derivado entre el devanado de fase (A; B; C) y tierra; y
una unidad electrónica de control (12) conectada
a un electrodo de control (G) del transistor (T1) de potencia de
MOS para excitar a éste entre estados de CONEXIÓN y DESCONEXIÓN,
caracterizado porque
la unidad de control (12) comprende un circuito
(13) de detección de tensión de batería;
un circuito de memoria (M1) que tiene un lado de
entrada (R13) conectado a un lado de salida (VE4) del circuito (13)
de detección para guardar en la memoria la tensión detectada de la
batería (BA);
y un circuito (14) de detección de la tensión de
fase para el generador magneto-eléctrico (10) cuyo
circuito de detección de la tensión de fase está conectado entre un
lado de entrada (VOM1) del circuito de memoria (M1) y un electrodo
de control (g) del transistor (T1) de potencia de MOS, para disparar
éste entre un estado de CONEXIÓN y un estado de DESCONEXIÓN cuando
la tensión de fase detectada del generador (1a) esté pasando por
cero.
2. El regulador de tensión de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el transistor (T1) de potencia de MOS
comprende un electrodo de drenaje (D1) conectado al devanado de fase
(A; B; C) del generador magneto-eléctrico (10), y
un electrodo de manantial (S) conectado a tierra,
caracterizado porque, durante una etapa de carga de la
batería (BA), el transistor (T1) de potencia de MOS se mantiene en
un estado conductivo (CONEXIÓN) cuando la tensión entre los
electrodos de drenaje (D) y de manantial (S) del transistor (T1) de
potencia de MOS es negativa, mientras que se mantiene en un estado
no conductivo (DESCONEXIÓN) cuando la tensión entre los electrodos
de drenaje (D) y de manantial (S) es positiva.
3. El regulador de tensión de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque el transistor (T1) de
potencia de MOS se mantiene en un estado conductivo (CONEXIÓN)
cuando la tensión de batería (Vbat), detectada por la unidad de
control (12), es mayor que un valor nominal de carga de dicha
batería (BA).
4. Un sistema para cargar automáticamente una
batería de un vehículo a motor que comprende:
un generador magneto-eléctrico
(10) que tiene al menos un devanado de fase (A; B; C) para la
generación de una tensión de carga (VF1) para la batería (BA);
una unidad electrónica de control (12) que
incluye un puente rectificador que comprende un diodo (D3) conectado
entre un devanado de fase (A; B; C) y un terminal positivo de la
batería (BA), y un transistor (T1) de potencia de MOS que tiene un
electrodo de control (G), y un circuito de
drenaje-manantial (D-S) conectado
entre el devanado de fase (A; B; C) del generador
magneto-eléctrico (10) y un terminal de tierra;
estando diseñada la unidad electrónica de
control (12, 13) para excitar al transistor (T1) de potencia de MOS
entre un estado conductivo (CONEXIÓN) y un estado no conductivo
(DESCONEXIÓN),
caracterizado porque dicha unidad
electrónica de control (12) comprende:
un primer circuito (13) de detección de tensión
para detectar la tensión (Vbat) de un estado de carga de la batería
(BA) con respecto a una tensión nominal de carga;
un circuito de memoria (M1) para memorizar la
tensión detectada de la batería (BA), cuyo circuito de memoria (M1)
tiene una entrada conectada a una salida (VE4) de dicho primer
circuito (13) de detección de tensión; y
un segundo circuito (14) de detección de tensión
para detectar la tensión del devanado de fase (A; B; C) del
generador magneto-eléctrico (10), cuyo segundo
circuito (14) de detección de tensión está conectado entre un lado
de salida (VOM1) del circuito de memoria (M1) y el electrodo de
control (G) del transistor (T1) de potencia de
MOS;
MOS;
cuyo circuito de memoria (M1) y cuyo segundo
circuito (14) de detección de tensión están diseñados y
preconfigurados para disparar el transistor (T1) de potencia de MOS
entre unos estados conductivo (CONEXIÓN) y no conductivo
(DESCONEXIÓN), cuando la tensión del devanado de fase de tensión
(VF1) detectada por dicho segundo circuito (14) de detección de
tensión, pasa por el valor cero.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque dicho segundo circuito (14) de
detección de tensión comprende unos comparadores de tensión primero
(CP1) y segundo (CP2) que tienen sus entradas de inversión (-)
conectadas a un mismo divisor de tensión (R4, R5) derivado de un
devanado (A,B,C) de fase del generador
magneto-eléctrico (10), y sus entradas no inversoras
(+) conectadas a tierra;
estando la entrada no inversora (+) del primer
comparador de tensión (CP1) conectada también al lado de salida
(VOM1) del circuito de memoria (M1);
estando conectada la salida del primer
comparador de tensión (CP1) al electrodo de control (G) del
transistor (T1) de potencia de MOS, mientras que la salida del
segundo comparador de tensión (CP2) está conectada a un circuito de
reposición (Q3) para el circuito de memoria (M1).
6. El sistema de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque el segundo circuito (14) de detección
de tensión está diseñado y preconfigurado de tal manera que,
durante una etapa de carga de la batería (BA), el transistor (T1)
de potencia de MOS se mantiene en un estado conductivo (CONEXIÓN)
cuando la tensión detectada (VF1) entre los electrodos de drenaje
(D) y de manantial (S) del transistor (T1) de potencia de MOS es
negativa, mientras que se mantiene en un estado no conductivo
(DESCONEXIÓN) cuando dicha tensión (VF1) detectada por dicho
segundo circuito (14) de detección de tensión es positiva.
7. El sistema de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque el transistor (T1) de potencia de
MOS se mantiene en su estado conductivo (CONEXIÓN) cuando la tensión
de carga (Vbat) de la batería (BA), detectada por dicho primer
circuito (13) de detección de tensión, tiene un valor mayor que la
tensión nominal de carga de dicha batería (BA).
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