ES2314311T3 - Convertidor de corte-oscilante con limitacion de corriente y de tension. - Google Patents
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Abstract
Una fuente de alimentación de conmutación con un lado primario y un lado secundario y con un transformador (108; W10) con un arrollamiento de lado primario (110), un arrollamiento de lado secundario (112) y al menos un arrollamiento auxiliar (114), donde el arrollamiento de lado primario (110) y el arrollamiento auxiliar (114) están unidos con el lado primario y el arrollamiento del lado secundario (112) está unido con el lado secundario, un conmutador de lado primario (104; T12) que está unido con el arrollamiento del lado primario (110) para interrumpir un flujo de corriente por el arrollamiento del lado primario (110), un circuito de control auto-oscilante (106) para la generación de pulsos de conmutación que controlan el conmutador del lado primario (104; T12), un circuito (116) para la generación de una tensión de imagen entre las conexiones del arrollamiento auxiliar (114), para generar una tensión de imagen que reproduce en el lado secundario una tensión que se tiene que regular en el lado primario, un acoplador optoelectrónico (IC10) para el acoplamiento retroactivo de una tensión de lado secundario al circuito primario, donde la fuente de alimentación de conmutación comprende adicionalmente una unidad de control de tiempo (107) que está acoplada de tal forma con el conmutador de lado primario (104; T12) que se puede ajustar la duración de un tiempo de desconexión del conmutador del lado primario (104; T12) en el intervalo de un ciclo de conmutación, caracterizada porque la unidad de control de tiempo (107) comprende un diodo (D17) que se dispone de tal forma entre el conmutador del lado primario (T12) y una conexión de entrada (K12) de la fuente de alimentación de conmutación, que la corriente de carga de un condensador de control (C14; C213), por la que se puede ajustar el tiempo de desconexión del conmutador del lado primario (T12), se puede limitar durante el tiempo de desconexión del conmutador de lado primario.
Description
Convertidor de corte-oscilante
con limitación de corriente y de tensión.
Fuente de alimentación de conmutación sencilla
con limitación de corriente y tensión.
La presente invención se refiere a una fuente de
alimentación de conmutación, particularmente a una fuente de
alimentación de conmutación con un lado primario y un lado
secundario, que comprende un transformador con un arrollamiento de
lado primario, un arrollamiento de lado secundario y al menos un
arrollamiento auxiliar. El arrollamiento del lado primario y el
arrollamiento auxiliar están unidos con el lado primario y el
arrollamiento del lado secundario está unido con el lado
secundario. La fuente de alimentación de conmutación comprende un
conmutador del lado primario, que está unido con el arrollamiento
del lado primario para interrumpir un flujo de corriente por el
arrollamiento del lado primario, un circuito
auto-oscilante para la generación de pulsos de
conmutación que controlan el conmutador del lado primario y un
circuito para la generación de una tensión de imagen entre las
conexiones del arrollamiento auxiliar para generar una tensión de
imagen que reproduce en el lado secundario una tensión que se tiene
que regular en el lado primario.
Las fuentes de alimentación de conmutación se
usan en muchos aparatos electrónicos para generar a partir de una
tensión de red la tensión continua de bajo voltaje necesaria para la
alimentación de los componentes electrónicos. Se han extendido
fuentes de alimentación de conmutación frente a fuentes de
alimentación convencionales con transformadores de red en muchos
casos de aplicación ya que, a partir de una determinada clase de
potencia, presentan un mejor grado de eficacia y particularmente
tienen un menor requerimiento de espacio.
Esto último se debe particularmente a que en vez
de la tensión de red se transforma una tensión alterna de alta
frecuencia que, en vez de la frecuencia de red habitual de 50 Hz o
60 Hz se puede situar, a modo de ejemplo, en el intervalo de 20 kHz
a 200 kHz. Ya que el número de arrollamientos requeridos del
transformador disminuye de forma inversamente proporcional a la
frecuencia, de este modo se pueden disminuir en gran medida las
pérdidas de cobre y el propio transformador se hace
considerablemente más pequeño.
Para optimizar de forma adicional el grado de
eficacia se conocen particularmente fuentes de alimentación de
conmutación sincronizadas en el primario, en los que la frecuencia
generada en el lado primario del transformador de alta frecuencia
por el conmutador, a modo de ejemplo, un transistor bipolar, se
regula dependiendo de la carga aplicada en el lado secundario de la
pieza de red, para regular la potencia transmitida. El acoplamiento
de retorno requerido para una regulación de este tipo se realiza, a
modo de ejemplo, usando una tensión tomada de un arrollamiento
auxiliar como magnitud de regulación. Se describe un método
correspondiente para la regulación de la corriente de salida y/o de
la tensión de salida en el documento EP 1 146 630 A2 y contiene que
con cada pulso se carga la misma energía en el transformador. Sin
embargo, la disposición de conmutación mostrada en este documento
tiene la desventaja de estar construida comparativamente de manera
compleja, ya que como circuito de control se utiliza un circuito
integrado relativamente complejo.
El modo económico para construir una fuente de
alimentación de conmutación con separación galvánica entre la parte
primaria y la secundaria es un convertidor de bloqueo
auto-oscilante. Este tipo de fuente de alimentación,
sin embargo, tiene básicamente la desventaja de que con una baja
carga aumenta claramente la frecuencia de conmutación. Esto tiene
como consecuencia que la potencia de pérdida es grande durante la
marcha en vacío y con una baja carga.
Una medición indirecta de la tensión de salida
por una medición de la tensión en un arrollamiento auxiliar
primario o el arrollamiento principal primario está dificultada en
este tipo de fuente de alimentación. Por la tensión inducida de la
inductividad de dispersión, de hecho, se produce una sobretensión
temporal que se puede eliminar por filtración de manera sencilla
con una anchura de pulso grande de tal forma que es posible
determinar la tensión secundaria de manera relativamente exacta. Con
una carga baja, sin embargo, la anchura de pulso disminuye hasta
tal punto que apenas es posible eliminar por filtración la tensión
inducida de la inductividad de dispersión. De este modo, la tensión
de salida, con una baja carga, ya solamente se puede determinar de
forma muy imprecisa. Un ejemplo de una técnica de conmutación
discreta sencilla de este tipo se puede obtener a partir de la
Solicitud Publicada de Patente británica GB 02379036. En este
circuito se propone el uso de un acoplador optoelectrónico para
contrarrestar las desventajas de una precisión de regulación
insatisfactoria. Sin embargo, un acoplador optoelectrónico de este
tipo, a su vez, aumenta la complejidad y los costes de toda la
fuente de alimentación de conexión.
El documento US 2002/186572 A1 muestra una
fuente de alimentación de conmutación con un circuito de control
que se dispone entre un arrollamiento de acoplamiento retroactivo y
un conmutador de lado primario. El circuito de control disminuye el
tiempo de conexión del conmutador del lado primario con una carga
decreciente y sirve para que con una carga baja aumente el tiempo
de desconexión. De este modo, la tensión de salida se mantiene
constante coincidiendo con una señal de acoplamiento
retroactivo.
A partir del documento GB 2 379 063 A se conoce
una fuente de alimentación de conmutación con un arrollamiento
auxiliar y un circuito auto-oscilante que genera los
pulsos de conmutación basándose en el valor de la tensión de imagen
para limitar la magnitud de la tensión de salida. Adicionalmente se
proporciona una señal de acoplamiento retroactivo adicional
dependiendo de la corriente de salida y de la tensión de salida que
se vuelve a acoplar al lado primario por un acoplador
optoelectrónico.
El documento US 4.630.186 describe una fuente de
alimentación de conmutación que conmuta la corriente por el
arrollamiento del lado primario de forma correspondiente a una
conmutación repetida de un transistor bipolar y que usa un
condensador, que se alimenta por un arrollamiento auxiliar para una
tensión previa inversa del camino base-emisor del
transistor bipolar. La tensión inducida en un primer arrollamiento
auxiliar se aplica a la base del transistor bipolar para aumentar
la tensión de base y, de este modo, conectar rápidamente el
transistor bipolar. Un segundo arrollamiento auxiliar sirve para una
protección contra sobrecarga y estabiliza la tensión de salida
aumentando en el caso de un flujo de corriente creciente por el
segundo arrollamiento auxiliar la tensión en el condensador y, de
este modo, finalmente aumenta la energía que se proporciona en el
arrollamiento del lado primario para aumentar la tensión de
salida.
Se conoce otra fuente de alimentación de
conmutación a partir del documento US 5.867.373 en el que un
transistor de conmutación conmuta de forma periódica una tensión
aplicada en un arrollamiento primario del transformador. La fuente
de alimentación de conmutación comprende adicionalmente una red de
corriente de base y una etapa de conmutación para el accionamiento
del transistor de conmutación y una etapa de regulación para la
estabilización de la tensión secundaria, donde el transistor de
conmutación durante el funcionamiento presenta una fase de
conexión, una fase de bloqueo y una fase de oscilación. Durante la
conexión, el transistor de conmutación se conmuta de forma
discontinua por una resistencia de alta resistencia, un
arrollamiento del lado primario y un condensador. A continuación,
la fuente de alimentación de conmutación oscila de forma automática
por el arrollamiento del lado primario y de manera controlada por
la etapa de regulación. Por una red pasiva paralela con respecto a
la etapa de regulación se conmuta el transistor de conmutación de
forma definida en el mínimo de la primera oscilación de la tensión
del colector. De este modo se pretenden disminuir las pérdidas de
conexión. Para un funcionamiento en espera, la fuente de
alimentación de conmutación está provista de una red adicional que
controla el transistor de conmutación durante un tiempo
definido.
El documento US 5.168.435 se refiere a un
transformador de tensión con un transformador, un transistor de
conmutación, una resistencia, un transistor de control y un circuito
de control. El transformador tiene un arrollamiento del lado
primario, un arrollamiento del lado secundario y un arrollamiento
auxiliar del lado primario y el transistor de conmutación está
conectado en serie con respecto al arrollamiento del lado primario.
La resistencia se sitúa entre el transistor de conmutación y una
conexión de la fuente de tensión de entrada y el transistor de
control está unido con su base con un punto nodal entre la
resistencia y el transistor de conmutación y está unido con su
colector con el electrodo de control del transistor de conmutación.
El circuito de control controla el transistor de control basándose
en la tensión de imagen que se obtiene a partir del arrollamiento
secundario. Se puede proporcionar un acoplador optoelectrónico para
volver a acoplar una tensión de salida del lado secundario al lado
primario.
El documento US 2002/057081 A1 describe un
método y un circuito para la detección de un estado de
funcionamiento con una carga débil. Para esto se proporciona un
arrollamiento adicional para determinar si la fuente de alimentación
de conmutación trabaja con una carga débil y, en un caso dado,
activar un circuito de conmutación de ahorro de potencia.
El documento EP 0 852 424 A2 describe de forma
muy general una fuente de alimentación de conmutación que comprende
un arrollamiento auxiliar de lado primario para ajustar una tensión
de imagen.
Por lo tanto, el objetivo en el que se basa la
presente invención consiste en indicar una fuente de alimentación
de conmutación de acuerdo con la invención que posibilite, con una
complejidad disminuida, una característica de regulación mejorada
así como una mayor flexibilidad con respecto a los parámetros de
funcionamiento.
Este objetivo se resuelve por una fuente de
alimentación de conmutación con las características de la
reivindicación 1. Los perfeccionamientos ventajosos de la fuente de
alimentación de conmutación de acuerdo con la invención son objeto
de varias reivindicaciones dependientes.
La presente invención se basa en el conocimiento
de que con ayuda de una unidad de control de tiempo, que está
acoplada de tal forma con el conmutador del lado primario, que la
duración de un tiempo de desconexión del conmutador del lado
primario se puede ajustar en el intervalo de un ciclo de
conmutación, particularmente se puede prolongar, se puede mantener
con una baja carga una baja frecuencia de conmutación y, de este
modo, es posible una regulación exacta de la tensión así como el
ajuste de diferentes curvas características de corriente de salida.
Por lo demás, la fuente de alimentación de conmutación de acuerdo
con la invención está construida a partir de unos pocos componentes
económicos. Por lo tanto, la fuente de alimentación de conmutación
de acuerdo con la invención ofrece la ventaja de bajos costes con,
al mismo tiempo, regulación de tensión de salida precisa, baja
potencia de entrada en marcha en vacío así como una capacidad de
utilización extremadamente variable. Finalmente, la fuente de
alimentación de conmutación de acuerdo con la invención también
posee la ventaja de una protección contra cortocircuitos.
De acuerdo con una realización ventajosa, la
unidad de control de tiempo comprende un condensador de control por
cuya corriente de carga se puede ajustar el tiempo de desconexión
del conmutador del lado primario. De este modo se puede conseguir
tanto una aceleración del proceso de conexión como una aceleración
del proceso de desconexión. La duración de desconexión del
conmutador del lado primario se puede prolongar por el condensador
de control de forma particularmente sencilla. De este modo, la
potencia transmitida se ajusta de tal forma que se obtiene una
tensión de salida prácticamente independiente de carga. La detección
de la tensión de salida en el lado primario se simplifica porque la
energía transmitida es igual en cada pulso, de tal forma que siempre
se obtiene un tiempo relativamente largo durante el cual en el
arrollamiento secundario fluye corriente. Los picos de tensión
breves que se producen por inductividad de dispersión se pueden
eliminar por filtración en la fuente de alimentación de conmutación
de acuerdo con la invención con ayuda de módulos RC.
Si se proporciona un diodo en la unidad de
control de tiempo, que limita la corriente de carga del condensador
de control durante el tiempo de desconexión del conmutador de lado
primario, se puede evitar la carga del condensador de control y se
puede posibilitar el control de la potencia por la duración de
desconexión de forma particularmente eficaz y sencilla.
Una corriente de carga controlada para el
condensador de control se puede conseguir de forma particularmente
eficaz por un circuito de control de corriente de carga que se
dispone entre la conexión de entrada de la fuente de alimentación
de conmutación y la conexión de control del conmutador del lado
primario.
Se puede proporcionar un circuito de supresión
de oscilaciones de acuerdo con un perfeccionamiento ventajoso de la
presente invención para suprimir oscilaciones no deseadas en el
circuito de control del conmutador del lado primario y, de este
modo, aumentar la precisión de regulación.
Se puede proporcionar un circuito de
desplazamiento de fases para la desconexión con desplazamiento de
fase del conmutador del lado primario para acelerar el proceso de
desconexión del conmutador del lado primario y, de este modo,
aumentar el grado de eficacia de toda la fuente de alimentación de
conmutación.
De acuerdo con una realización adicional, la
unidad de control de tiempo está configurada de tal forma que
durante un tiempo de conexión del conmutador del lado primario se
puede desactivar una señal de regulación. De este modo se pueden
obtener de forma muy eficaz pausas variables y pulsos constantes en
el circuito auto-oscilante.
De acuerdo con una realización ventajosa, la
fuente de alimentación de conmutación de acuerdo con la invención
comprende dos arrollamientos auxiliares del lado primario, con cuya
ayuda también se puede controlar la duración de desconexión del
conmutador del lado primario. De este modo se pueden conseguir bajas
frecuencias de conmutación con baja carga así como una potencia de
pérdidas decreciente durante la marcha en vacío. La tensión
secundaria se puede determinar de forma relativamente precisa en
los arrollamientos auxiliares primarios.
Si se une uno de los arrollamientos auxiliares
por un diodo y un transistor con el conmutador del lado primario,
se puede suministrar una corriente en el ánodo del diodo, con la que
se prolonga el tiempo de conexión del transistor sin influir en el
umbral de desconexión. Durante el tiempo de conexión del conmutador
del lado primario se genera una tensión negativa en el ánodo del
diodo. Alternativamente también se puede usar la conexión en serie
de dos diodos o de dos resistencias. Para la limitación de corriente
máxima para el diodo se puede proporcionar una resistencia
adicional.
Si se une uno de los arrollamientos auxiliares
por un segundo diodo de tal forma con un condensador, que el mismo
se puede cargar hasta la tensión que se tiene que regular en el lado
secundario y que, dependiendo de la tensión aplicada en el
condensador, fluye una corriente por el diodo, una resistencia, un
tercer diodo y el tramo base-emisor del transistor,
que mediante la duración de conexión del transistor retarda la
conexión del conmutador del lado primario, se puede realizar un
ajuste con regulación de tensión de la duración de desconexión del
conmutador del lado primario. Los módulos RC, que están unidos con
una conexión de control del conmutador del lado primario y con el
primer arrollamiento auxiliar, pueden posibilitar en el circuito de
control una conmutación con resistencia relativamente baja con una
corriente de retención relativamente baja. Por la combinación de un
condensador relativamente grande con un valor de resistencia
elevado, además, se puede conectar de forma retardada el conmutador
del lado primario, ya que la energía en el condensador solamente se
descarga de forma lenta. Esto posibilita una adaptación continua a
la carga.
Una mejora del comportamiento de regulación con
una carga muy baja es posible con ayuda de un circuito de
protección contra sobretensión. Por este circuito, con una tensión
de salida creciente se descargan más rápidamente los condensadores
de control y se cargan más lentamente. De este modo son posibles
tiempos de pausa muy largos que se prolongan automáticamente con
una tensión de salida creciente. Este circuito actúa como protección
contra sobretensión y evita con un error sencillo un aumento
peligroso de la tensión de salida.
De acuerdo con una realización ventajosa, el
circuito de control de corriente de carga comprende un primer diodo
Zener, que está unido de tal forma por una resistencia con la base
de un transistor de control, que la duración de conexión del
transistor de control retarda la conexión del conmutador del lado
primario. De este modo se puede conseguir un funcionamiento que se
corresponde esencialmente al descrito anteriormente, sin embargo,
en el que la regulación de la corriente de carga para el condensador
de control se puede realizar de forma simplificada. Una ventaja
esencial es un requerimiento reducido de componentes.
Adicionalmente, la desconexión del conmutador
principal se puede realizar por un diodo Zener que limita la
tensión en el circuito en serie del tramo
base-emisor del conmutador principal con una
resistencia. Al alcanzar la tensión Z, el flujo de corriente no
puede seguir aumentando por el conmutador del lado primario. De este
modo, la tensión en el transformador disminuye y la
retroalimentación positiva provoca una desconexión rápida.
La dependencia de temperatura de la corriente de
salida se puede disminuir de forma sencilla con ayuda de un
circuito de compensación de temperatura.
De acuerdo con un perfeccionamiento ventajoso de
la presente invención se puede realizar la regulación de tensión
mediante un acoplador optoelectrónico y un circuito de regulación
del lado secundario. El acoplador optoelectrónico se controla de
tal forma que al pasar por debajo de la tensión de regulación es
conductor. De este modo, la fuente de alimentación de conmutación
funciona con máxima frecuencia, donde la frecuencia se limita por
una resistencia conectada en serie con respecto al acoplador
optoelectrónico. Al alcanzar la tensión de regulación se bloquea el
acoplador optoelectrónico de tal forma que la frecuencia de
conmutación disminuye hasta la frecuencia que se requiere para
mantener la tensión de regulación en la salida. Si el acoplador
optoelectrónico está completamente bloqueado, la frecuencia de
conmutación disminuye hasta la frecuencia mínima, en la que se
transmite solamente una potencia muy reducida. En este estado, la
potencia consumida por el circuito es muy baja y, por lo tanto, es
posible, a pesar de la potencia de entrada de marcha en vacío muy
reducida, mantener incluso durante la marcha en vacío la ondulación
de tensión relativamente bajo.
Una limitación de corriente se puede realizar
sobre el lado secundario y utilizar el mismo acoplador
optoelectrónico. Alternativamente, la limitación de corriente
también se puede realizar sobre el lado primario. Para el control
del conmutador del lado primario (por el acoplador optoelectrónico y
la resistencia previa) se utiliza una tensión de un arrollamiento
auxiliar que es proporcional a la tensión de salida. De este modo,
con una tensión de salida decreciente disminuye la corriente de
carga del condensador de control y disminuye la frecuencia. Se
transmite una potencia menor y la corriente de salida permanece, por
ejemplo, aproximadamente constante. Por diferentes dimensionados
son posibles diferentes curvas características de salida. Es común a
todas que la corriente de cortocircuito es baja, ya que durante el
cortocircuito, el acoplador optoelectrónico está bloqueado. Además
de costes reducidos y una regulación de tensión de salida exacta,
esta realización también ofrece la ventaja de una potencia de
entrada de marcha en vacío baja y una protección contra
cortocircuitos.
Mediante las configuraciones representadas en
los dibujos adjuntos se explica a continuación con más detalle la
invención. Los detalles similares o correspondientes se indican en
las Figuras con las mismas referencias. Se muestra:
En la Figura 1, un diagrama de bloques de una
fuente de alimentación de conmutación controlada de forma
primaria;
En la Figura 2, un diagrama de circuitos de una
fuente de alimentación de conmutación adicional controlada de forma
primaria;
En la Figura 3, un diagrama de circuitos de una
fuente de alimentación de conmutación adicional;
En la Figura 4, un diagrama de circuitos de una
fuente de alimentación de conmutación adicional;
En la Figura 5, un diagrama de circuitos de una
fuente de alimentación de conmutación adicional;
En la Figura 6, un diagrama de circuitos de una
fuente de alimentación de conmutación de acuerdo con la presente
invención.
La Figura 1 muestra de forma esquemática un
diagrama de bloques de una fuente de alimentación de
conmutación.
La fuente de alimentación de conmutación 100 se
somete en la entrada a la tensión alterna U_{EIN}, que puede ser,
a modo de ejemplo, tensión de red. En Europa, la tensión de red
varia entre 180 V y 264 W de tensión alterna, en América entre 90 V
y 130 V de tensión alterna. En el bloque 102 se rectifica la tensión
de entrada y se estabiliza. Además se garantiza que las señales de
interferencia que se generan en la fuente de alimentación de
conmutación no alcancen la red de tensión alterna. El arrollamiento
del lado primario 110 del transformador aislante 108 y el
conmutador del lado primario 104, que es en la presente memoria un
transistor, forman un circuito en serie que está unido con la
tensión de entrada rectificada. El conmutador del lado primario 104
interrumpe la corriente que fluye a través del arrollamiento 110 del
lado primario, de forma correspondiente a las señales de control
del circuito de control 106. Los pulsos de conmutación suministrados
por el circuito de control a la entrada de control del conmutador
del lado primario 104 se controlan por el bloque 116, en el que se
genera la magnitud de regulación con ayuda de un arrollamiento
auxiliar 114 del transformador 108. Los dos caminos de señal 120 y
122 indican dos funciones esenciales del bloque 116: por un lado, la
señal 120 "bombea" el circuito de control 106 para mantener la
auto-oscilación. Por otro lado, el camino de señal
122 controla de tal forma el circuito de control 106 que las
modificaciones en el ciclo de conmutación influyen de forma deseada
en la potencia eléctrica que se suministra al transformador 108.
De acuerdo con la invención, el circuito de
control 106 contiene para esto una unidad de control de tiempo 107
que garantiza que los tiempos de pausa (o incluso tiempos de
desconexión), en los que está abierto el conmutador de lado
primario 104, se adaptan en su longitud a la potencia necesaria. La
energía que se suministra durante cada fase de conexión del
conmutador del lado primario al transformador, permanece
respectivamente constante.
El arrollamiento del lado secundario 112 del
transformador 108 está unido, como se puede observar a partir de la
Figura 1, con un bloque 118 que genera y, en un caso dado,
estabiliza la tensión de lado secundario U_{AUS}.
A continuación se explicará con más detalle el
funcionamiento de la fuente de alimentación de conmutación aislada
de forma galvánica mostrada esquemáticamente en la Figura 1.
El circuito de control 106 controla de tal forma
el conmutador de lado primario 104 que pasa de forma alterna al
estado conductor y no conductor. Debido a la tensión suministrada
por el bloque 102 siempre fluye una corriente al arrollamiento de
lado primario 110 cuando el conmutador de lado primario 104 está en
el estado conductor. Una modificación de la corriente almacena
energía en el campo magnético del transformador 108. Cuando el
conmutador de lado primario 104 se bloquea, la energía almacenada
en el campo magnético se descarga principalmente por el
arrollamiento de lado secundario 112 y en el bloque 118, que genera
y estabiliza la tensión secundaria. Una pequeña parte de la energía
también se descarga por el arrollamiento auxiliar 114 al bloque 116.
El mismo genera como magnitud de regulación una tensión auxiliar.
La energía se descarga de forma periódica, sin embargo, por
rectificación y filtración, como tensión auxiliar se puede generar
una tensión esencialmente rectificada. Ya que el acoplamiento
magnético entre los diferentes arrollamientos del transformador 108
es constante y no depende de los valores de la corriente o de la
tensión, el valor de la tensión auxiliar es proporcionar al valor
de la tensión secundaria y, por lo tanto, al valor de la tensión de
salida.
Con ayuda de la unidad de control de tiempo 107
se puede ajustar de tal forma la duración de desconexión del
conmutador de lado primario 104 que la energía introducida en el
transformador depende de la tensión de salida. Por tanto, la
potencia transmitida se ajusta de tal forma que se obtiene una
tensión de salida U_{AUS} prácticamente independiente de carga.
La detección de la tensión de salida en el lado primario se
simplifica porque la energía transmitida es igual en cada pulso, de
tal forma que siempre se obtiene un tiempo relativamente largo
durante el cual fluye corriente en el arrollamiento auxiliar
114.
Un diagrama de conmutación de una posible
realización de una fuente de alimentación de conmutación se muestra
en la Figura 2. Es esencial en este circuito que la duración de
desconexión del conmutador del lado primario, en la presente
memoria, el transistor T12, se puede prolongar por el control
correspondiente del transistor T11.
Después de la aplicación de la tensión de
entrada U_{EIN} a los bornes K11 y K12 se carga por las
resistencias R11 y R12 el condensador C15. Con una tensión
suficiente fluye una corriente por la resistencia R18, el tramo
base-colector del transistor T11, la resistencia
R20, el tramo base-emisor del transistor T12, la
resistencia R23 así como el diodo D17. De este modo se controla el
conmutador de lado primario T12, fluye una corriente a través del
arrollamiento principal primario del transformador W10 (conexión
4/conexión 1). En el arrollamiento auxiliar del transformador
(conexión 3/conexión 2) se induce una tensión que provoca por el
condensador C15, la resistencia R23 y la capacidad C14 un
acoplamiento secundario y que acelera el proceso de conexión del
conmutador de lado primario T12.
A continuación aumenta la corriente que fluye a
través del arrollamiento principal del lado primario, el conmutador
de lado primario T12, la resistencia R23 y el diodo D17. De este
modo también aumenta la tensión que disminuye en la resistencia R23
y, de este modo, también la tensión de base-emisor
del transistor T13. Cuando la tensión de
base-emisor del transistor T13 supera la tensión
umbral, el tramo colector-emisor de T13 se convierte
en conductor y a continuación se desconecta el transistor T12. De
este modo se interrumpe el flujo de corriente en el arrollamiento
del lado primario del transformador y, debido a la autoinducción,
las tensiones en los arrollamientos del transformador se invierten.
Tanto en el arrollamiento de lado secundario como en el
arrollamiento auxiliar fluye una corriente inducida.
La corriente en el arrollamiento de lado
secundario carga el condensador C100 y genera de este modo una
tensión que se puede utilizar en la salida. La corriente en el
arrollamiento auxiliar carga por el diodo D15 y la resistencia R13
el condensador C15 hasta una tensión que se corresponde a la tensión
en el condensador C100, recalculada por la relación de número de
vueltas del arrollamiento auxiliar con respecto al arrollamiento
secundario. Es decir, en el condensador C15 se produce una
reproducción de la tensión de salida que disminuye en el
condensador C100. La corriente en el arrollamiento auxiliar provoca
además por el condensador C14 una aceleración de la desconexión del
transistor T12.
Si la tensión que disminuye en el condensador
C15 es menor que la suma de las tensiones umbral del diodo D16 y
del transistor T10, el transistor T10 está bloqueado y el transistor
T11 es conductor, de tal forma que el condensador C14 se carga
rápidamente por la conexión en serie de la resistencia R18, del
transistor T12 y de la resistencia R20. De este modo, el conmutador
del lado primario T12 se vuelve a conectar después de una breve
pausa y comienza un nuevo ciclo.
Si la tensión en C15 supera la suma de las
tensiones umbral del diodo D16 y del transistor T10, el transistor
T10 se convierte en conductor y disminuye de este modo la corriente
de base del transistor T11, de tal forma que el mismo limita la
corriente de carga del condensador C14 y, de este modo, prolonga la
duración de desconexión del conmutador de lado primario T12.
Con el circuito mostrado, por lo tanto, de forma
particularmente sencilla por ajuste de la duración de desconexión
se puede adaptar la potencia transmitida independientemente de la
carga conectada a la tensión de salida. La detección de la tensión
de salida se simplifica, como ya se ha mencionado, si la energía
transmitida es igual en cada pulso, de tal forma que siempre se
obtiene un tiempo relativamente largo, mientras que en el
arrollamiento secundario fluye corriente. Las puntas de tensión
breves que se generan por inductividades de dispersión se pueden
eliminar por filtrado con módulos RC dimensionados de forma
correspondiente R13, C13, R14, D14, como se representa en la Figura
3. De este modo, la tensión de imagen en el condensador C15
representa una reproducción muy precisa de la tensión, que
disminuye en el condensador C100.
Una limitación de la corriente de salida se
obtiene por la frecuencia máxima que se puede ajustar con ayuda de
las resistencias R18 y R20. La misma determina el punto de potencia
máxima. Al sobrepasar el punto de potencia máxima, la tensión de
salida disminuye y, por lo tanto, también la tensión que disminuye
en el condensador C15. De este modo también disminuye la corriente
a través de las resistencias R18 y R20 y, como consecuencia,
disminuyen la frecuencia y la potencia transmitida. Por modificación
de la relación de los valores de resistencia R18 a R20 se puede
ajustar la dependencia de la corriente de salida de la tensión de
salida de tal forma que son posibles diferentes curvas
características.
La disposición mostrada en la Figura 2, sin
embargo, todavía muestra una dependencia de la corriente de salida
de la tensión de entrada, ya que los tiempos de demora en el
conmutador del lado primario T12 provocan una corriente primaria
máxima dependiente de la tensión de entrada.
Esto se puede contrarrestar uniendo, como se
puede observar a partir de la Figura 3, en la que se muestra una
segunda realización de la fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con la invención, una capacidad C17 con el emisor del
conmutador del lado primario. En este caso se puede sustituir la
capacidad C18 por una resistencia. Por lo demás, en la Figura 3 se
proporcionan las mismas referencias a elementos de construcción con
las mismas referencias que la Figura 2.
Cuando con el conmutador del lado primario T12
desconectado, la corriente secundaria ha disminuido hasta 0, en el
arrollamiento del lado secundario hay una tensión de la magnitud de
la tensión de salida U_{AUS} con respecto a la tensión de flujo
del diodo D100. Con esta tensión están cargadas las capacidades
parásitas. Estas capacidades forman con el transformador W10 un
circuito de oscilación, y la oscilación que se provoca por la
energía almacenada en las capacidades parásitas provoca en
circunstancias una nueva conexión prematura del transistor T12.
Esto, a su vez, conduce a una desviación de regulación temporal y,
por lo tanto, a una ondulación aumentada de la tensión de salida
U_{AUS}. Para evitar esto, la tensión del arrollamiento auxiliar
se conduce de acuerdo con la realización ampliada mostrada en la
Figura 3 por un filtro formado por la capacidad C13, la resistencia
R14, el diodo D14 y la resistencia R13 al condensador C14.
En la Figura 3 se proporciona además un módulo
de retardo formado por el condensador C16, la resistencia R21, la
resistencia R22 y el condensador C18, que retarda el aumento de la
tensión base-emisor en el transistor T13 debido al
aumento de tensión por la resistencia R23. Este módulo de retardo no
se requiere necesariamente para la función del circuito, sin
embargo, aumenta el grado de eficacia, ya que debido al
desplazamiento de fases, el proceso de desconexión del transistor
T12 se acelera.
En una fuente de alimentación de conmutación que
se representa en forma de un diagrama de circuitos en la Figura 4
se puede proporcionar un segundo arrollamiento auxiliar para la
regulación de potencia.
La fuente de alimentación de conmutación
mostrada en la Figura 4 con separación galvánica entre parte
primaria y secundaria también representa un transformador de
bloqueo auto-oscilante. Con el arrollamiento
auxiliar del lado primario adicional W10 3-6 se
genera por la resistencia R124 durante el tiempo de conexión del
conmutador de lado primario T12 en el ánodo del diodo D119 una
tensión negativa. (En vez de la resistencia R124 también se podría
usar un diodo). De este modo se puede suministrar en el ánodo del
diodo D119 una corriente con la que se prolonga el tiempo de
conexión del transistor T111 sin influir en el umbral de
desconexión.
De este modo es posible un control de la
duración de desconexión del transistor T12. Esto conduce a una baja
frecuencia de conmutación con carga baja y la potencia de pérdida en
marcha en vacío y con baja carga disminuye. La tensión secundaria
se puede determinar de forma relativamente precisa con ayuda de los
arrollamientos auxiliares primarios.
Con ayuda del diodo D120, de la resistencia
R129, de la capacidad C119 y del diodo D121 ahora es posible una
limitación de tensión sencilla. El módulo RC R125, C118 elimina por
filtración los máximos de tensión inducidos de la inductividad de
dispersión y mejora de este modo el comportamiento de regulación. La
resistencia R125 sirve para una limitación de máximo para la
protección del diodo D121.
El circuito paralelo de los módulos RC C113,
R115 y C114, R116 provoca una conmutación de baja resistencia del
transistor T111 con una corriente de retención relativamente baja.
Por lo demás, por la combinación de una capacidad relativamente
grande C114 con un gran valor de resistencia R116 se puede conectar
de forma retardada el transistor T12, ya que la energía en el
condensador 114 solamente disminuye lentamente. De este modo se
puede producir una adaptación continua de la duración de las pausas
a la carga.
Una mejora del comportamiento de regulación con
una carga muy baja se puede producir en la realización mostrada con
ayuda del diodo D114, de la capacidad C117, del diodo D115 y de la
resistencia R120 o del diodo D116. Por esta conmutación, con
tensión de salida creciente, los condensadores C113 y C114 se
descargan más rápidamente y se cargan más lentamente. De este modo
son posibles tiempos de pausas muy largos, que se prolongan
automáticamente con tensión de salida creciente. Este circuito
actúa además como protección contra sobretensión y evita, en el caso
de un error sencillo, un aumento peligroso de la tensión de salida
U_{AUS}.
\newpage
Con ayuda del módulo RC R114, C116 se pueden
eliminar por filtración las puntas de tensión inducidas de la
inductividad de dispersión, por lo que el comportamiento de
regulación se puede continuar mejorando.
Para la disminución de la dependencia de la
corriente de salida de la tensión de salida se puede adaptar el
umbral de conexión del transistor T111 por la resistencia R118.
Adicionalmente, con ayuda de la resistencia R123
y del diodo D118 se puede adaptar el umbral de conexión del
transistor T111 para la disminución de la dependencia de la
corriente de salida de la tensión de entrada.
Finalmente, en la disposición mostrada en la
Figura 4 se proporciona, para la disminución de la dependencia de
temperatura de la corriente de salida, un circuito de compensación
de temperatura que comprende el transistor T112, la resistencia
R128 y la resistencia R127.
Una realización adicional de la fuente de
alimentación de conmutación de acuerdo con la invención se explicará
a continuación con referencia a la Figura 5. El funcionamiento del
circuito mostrado es el mismo que el de los circuitos de las
Figuras 2 y 3, con la diferencia que el circuito de acuerdo con la
Figura 5 trabaja con considerablemente menos elementos de
construcción, ya que la regulación de la corriente de carga para el
condensador de control C213 se realiza de forma más sencilla. La
desconexión del conmutador del lado primario T12 se realiza por un
diodo Zener D214, que limita la tensión en el circuito en serie del
tramo base-emisor del conmutador del lado primario
T12 y de la resistencia R220. Al alcanzar la tensión Z, el flujo de
corriente por el transistor T210 no puede continuar aumentando, de
este modo disminuye la tensión en el transformador y el la
retroalimentación positiva provoca una desconexión rápida del
conmutador del lado primario T12.
Con referencia a la Figura 6 se describirá a
continuación una realización de la fuente de alimentación de
conmutación de acuerdo con la invención, en la que se introduce un
acoplador optoelectrónico adicional para el acoplamiento
retroactivo de la tensión de salida al lado primario. Se conocen
diferentes circuitos para fuentes de alimentación de conmutación
con bajas potencias de entrada de marcha en vacío, que, al pasar por
debajo de una potencia de salida predeterminada, desconectan el
lado primario de la pieza de red mediante un acoplador
optoelectrónico y posibilitan de este modo una potencia de entrada
muy reducida. Sin embargo, es una desventaja de este principio
conocido que durante la marcha en vacío, la tensión de salida
comprende una tensión ondulada muy alta.
En una fuente de alimentación de conmutación
como se muestra en la Figura 6, la regulación de tensión se puede
realizar mediante el acoplador optoelectrónico IC10 y un circuito de
regulación de lado secundario. El acoplador optoelectrónico IC10 se
controla de tal forma que es conductor al pasar por debajo de la
tensión de regulación. De este modo, la fuente de alimentación de
conmutación trabaja por debajo de la tensión de regulación con
máxima frecuencia, por lo que la frecuencia se limita por una
resistencia R415 conectada en serie con respecto al acoplador
optoelectrónico IC10. Al alcanzar la tensión de regulación se
bloquea el acoplador optoelectrónico IC10 hasta tal punto que la
frecuencia de conmutación disminuye hasta la frecuencia que se
requiere para mantener la tensión de regulación en la salida. Si el
acoplador optoelectrónico IC10 está completamente bloqueado, la
frecuencia de conmutación disminuye de nuevo hasta la frecuencia
mínima, en la que se transmite solamente una potencia muy reducida.
En este estado, la potencia consumida por el circuito es muy baja.
De este modo es posible, a pesar de la potencia de entrada de
marcha en vacío muy baja, mantener la ondulación de tensión
relativamente baja incluso durante la marcha en vacío.
Una limitación de corriente se puede realizar en
el lado secundario y utilizar el mismo acoplador optoelectrónico
IC10.
Alternativamente, la limitación de corriente
también se puede realizar sobre el lado primario. Para esto, para
el control del conmutador del lado primario T12, por el acoplador
optoelectrónico IC10 y la resistencia previa R415 se utiliza una
tensión del arrollamiento auxiliar W10 2-3, que es
proporcional a la tensión de salida. De este modo, con tensión de
salida que disminuye, disminuye la corriente de carga del
condensador C414 y disminuye la frecuencia. Se transmite una
potencia menor y la corriente de salida permanece aproximadamente
constante. Por diferentes dimensionados son posibles diferentes
curvas características de salida. Es común a todas que la corriente
de cortocircuito es muy baja, ya que durante el cortocircuito, el
acoplador optoelectrónico está bloqueado.
A diferencia de métodos conocidos en los que se
utilizan acopladores optoelectrónicos, en la presente memoria se
alcanza la frecuencia mínima y, por lo tanto, la potencia mínima,
con el acoplador optoelectrónico bloqueado, la frecuencia máxima,
con el acoplador optoelectrónico conductor. La regulación de
corriente se realiza por control de la frecuencia de conmutación
dependiendo de la tensión de salida transmitida por un arrollamiento
auxiliar.
Claims (14)
1. Una fuente de alimentación de conmutación con
un lado primario y un lado secundario y con
un transformador (108; W10) con un arrollamiento
de lado primario (110), un arrollamiento de lado secundario (112) y
al menos un arrollamiento auxiliar (114), donde el arrollamiento de
lado primario (110) y el arrollamiento auxiliar (114) están unidos
con el lado primario y el arrollamiento del lado secundario (112)
está unido con el lado secundario,
un conmutador de lado primario (104; T12) que
está unido con el arrollamiento del lado primario (110) para
interrumpir un flujo de corriente por el arrollamiento del lado
primario (110),
un circuito de control
auto-oscilante (106) para la generación de pulsos de
conmutación que controlan el conmutador del lado primario (104;
T12),
un circuito (116) para la generación de una
tensión de imagen entre las conexiones del arrollamiento auxiliar
(114), para generar una tensión de imagen que reproduce en el lado
secundario una tensión que se tiene que regular en el lado
primario,
un acoplador optoelectrónico (IC10) para el
acoplamiento retroactivo de una tensión de lado secundario al
circuito primario,
donde la fuente de alimentación de conmutación
comprende adicionalmente una unidad de control de tiempo (107) que
está acoplada de tal forma con el conmutador de lado primario (104;
T12) que se puede ajustar la duración de un tiempo de desconexión
del conmutador del lado primario (104; T12) en el intervalo de un
ciclo de conmutación,
caracterizada porque la unidad de control
de tiempo (107) comprende un diodo (D17) que se dispone de tal
forma entre el conmutador del lado primario (T12) y una conexión de
entrada (K12) de la fuente de alimentación de conmutación, que la
corriente de carga de un condensador de control (C14; C213), por la
que se puede ajustar el tiempo de desconexión del conmutador del
lado primario (T12), se puede limitar durante el tiempo de
desconexión del conmutador de lado primario.
2. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la
fuente de alimentación de conmutación comprende dos arrollamientos
auxiliares de lado primario (W10 3-6, W10
2-5).
3. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada
porque la corriente de carga del condensador de control (C14) se
puede controlar por un circuito de control de corriente de carga
(R15, D16, R17, T10, R19, T11, R18, R20, R16), que se dispone entre
la conexión de entrada (K12) de la fuente de alimentación de
conmutación y una conexión de control del conmutador del lado
primario (T12).
4. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el
circuito de control de corriente de carga comprende dos
amplificadores (T10, T11) que están conectados entre sí en
serie.
serie.
5. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada
porque un circuito de supresión de oscilaciones (C13, R14, D14, R13)
está conectado de tal forma con el arrollamiento auxiliar que se
suprimen oscilaciones indeseadas en el circuito de control del
conmutador de lado primario.
6. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada
porque se proporciona un circuito de desplazamiento de fases (T13,
C16, R21, C18, R22) para la desconexión con desplazamiento de fase
del conmutador del lado primario.
7. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada
porque la unidad de control de tiempo está configurada de tal forma
que durante un tiempo de conexión del conmutador del lado primario
(T12) se puede desactivar una señal de regulación.
8. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, dependiente de la
reivindicación 2, caracterizada porque uno de los
arrollamientos auxiliares (W10 3-6) está unido por
una resistencia (R124), un diodo (D119) y un transistor (T111) con
el conmutador del lado primario (T12).
9. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque uno de
los arrollamientos auxiliares (W10 3-6) está unido
por un segundo diodo (D121) de tal forma con un condensador (C119)
que el mismo se puede cargar hasta la tensión que se tiene que
regular en el lado secundario y por que dependiendo de la tensión
aplicada en el condensador (C119) fluye una corriente por el diodo
(D119), una resistencia (R129), un tercer diodo (D120) y el tramo
base-emisor del transistor (T111), que retrasa
mediante la duración de conexión del transistor (T111) la conexión
del conmutador del lado primario (T12).
10. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada
porque el circuito de control comprende un circuito de protección
contra sobretensión (D114, C117, D115, R120, D116).
11. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada
porque el circuito de control de corriente de carga comprende un
primer diodo Zener (D213), que está unido por una resistencia
(R215) con la base de un transistor de control (T210) de tal forma
que la duración de conexión del transistor de control (T210)
retrasa la conexión del conmutador del lado primario (T12).
12. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque el
circuito de control de corriente de carga comprende adicionalmente
un segundo diodo Zener (D214) que está conectado en paralelo al
circuito en serie del tramo base-emisor del
conmutador del lado primario (T12) y una resistencia (R420) unida
con el emisor del conmutador del lado primario (T12).
13. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada
porque comprende adicionalmente un circuito de compensación de
temperatura (T111, R126, R127, R128, T112) para la compensación de
temperatura del umbral de conmutación del conmutador del lado
primario (T12).
14. La fuente de alimentación de conmutación de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada
porque el acoplador optoelectrónico (IC10) está unido de tal forma
que en un estado bloqueado del acoplador optoelectrónico se puede
transmitir una potencia mínima y en un estado conductor, una
potencia máxima.
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