ES2836807T3

ES2836807T3 - Interruptor electrónico de protección

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Publication number: ES2836807T3
Application number: ES16751534T
Authority: ES
Inventors: Maldonado Diego Fernando Asanza
Original assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Current assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2021-06-28
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: US20180226785A1; EP3360219B1; CN108141036A; CA3000877C; CA3000877A1; JP6814202B2; CN108141036B; US10720768B2; JP2018533276A; WO2017059983A1; EP3360219A1; DE102015219545B3; DE202015009288U1

Abstract

Interruptor electrónico de protección (1) con una unidad de control (5) y con un interruptor controlable de semiconductor (6), que está conectado en un circuito de corriente (4) entre una entrada de tensión (6) y una salida de carga (7), - en donde el interruptor de semiconductor (3) está integrado a un circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2), cuya corriente de salida (IL) con la carga (L) conectada está ajustada con la unidad de control (5) de tal manera que la potencia del interruptor de semiconductor (2) es menor o igual a un valor máximo de potencia (Pmax), y - en donde la unidad de control (5) entrega un valor teórico (Iset) al circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2) y recibe de este un valor diferencial (S) que se forma a partir de una diferencia entre un valor real (Iist) que representa la corriente de salida (IL) y el valor teórico (Iset) y se entrega al interruptor de semiconductor (3) como señal de control para su excitación, caracterizado porque la unidad de control (5), en caso de sobrecarga o de cortocircuito, ajusta el valor teórico (Iset) de la corriente de salida (IL) a un valor mínimo predefinible o predefinido (IMin) y, en caso de que la tensión de salida (Vout) del circuito de fuente de corriente (2) aumente con el tiempo, la eleva a un valor nominal (INom).

Description

DESCRIPCIÓN

Interruptor electrónico de protección

La invención se refiere a un interruptor electrónico de protección con una unidad de control y con un interruptor controlable de semiconductor que está conectado en un circuito de corriente entre una entrada de tensión y una salida de carga, de acuerdo con el concepto general de la reivindicación 1. Ella se refiere además a un procedimiento para controlar un interruptor electrónico de protección semejante de acuerdo con el concepto general de la reivindicación 6. Un interruptor de protección de ese tipo y un procedimiento semejante se conocen, por ejemplo, a partir del documento d E 102005038124 A1.

Un interruptor electrónico de protección conocido a partir del documento DE 20302275 U1 presenta un interruptor de semiconductor en forma de un MOSFET (transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor) que está conectado entre una conexión de tensión de trabajo y una conexión de carga en un circuito de corriente. A fin de lograr una limitación confiable de corriente en una red de tensión continua, se suministra un valor medido detectado por un sensor de corriente en el circuito de corriente a una entrada del comparador de un dispositivo de regulación. De existir una señal de encendido y en caso de que el valor medido caiga por debajo de un valor de referencia, el dispositivo de regulación activa el interruptor de semiconductor, mientras que en caso de que un valor medido supere el valor de referencia, el dispositivo de regulación corta el transistor de potencia y limita al valor de referencia la corriente que fluye por este.

A partir del documento EP 1186086 B1 se conoce un sistema de distribución de corriente en el ámbito de la baja tensión, en particular, en el ámbito de los 24V C.C., con una cantidad de circuitos eléctricos con un interruptor electrónico de protección, respectivamente, como protección contra cortocircuito y/o protección contra sobrecarga. Los circuitos de corriente están alimentados en común por medio de un componente pulsado. En caso de sobrecarga, al superar un umbral ajustable de corriente, por ejemplo, 1,1 veces la corriente nominal (Iⁿ), al cabo de un tiempo de retardo se efectúa un bloqueo del interruptor electrónico de protección, mientras que, en caso de cortocircuito, primero se realiza una limitación de corriente y, después de superar otro umbral de corriente (por ejemplo, 2 x Iⁿ), se realiza un bloqueo del interruptor de protección al cabo de un determinado tiempo de desconexión.

A partir del documento EP 1150410 A2 se conoce un interruptor electrónico de protección controlado por medio de un microprocesador mediante un circuito de disparo, que interrumpe el suministro de energía a una carga con un retardo de tiempo. Antes o al mismo tiempo, se realiza una interrupción parcial del interruptor de protección.

Una interrupción parcial de un interruptor electrónico de protección con varios bloques circuitales que presentan en cada caso un interruptor electrónico en forma de un MOSFET y un comparador que lo controla mediante un microprocesador común también son conocidos a partir del documento EP 1294 069 B1. En el caso de una sobrecorriente, se interrumpe el suministro de energía a la carga después de un retardo de tiempo que sigue a una inhibición parcial del interruptor, al menos, uno.

Para conectar, en particular, cargas capacitivas y/o para su protección contra sobrecorrientes y cortocircuitos, se usa el interruptor de semiconductor del interruptor electrónico de protección como fuente de corriente constante para cargar la capacidad. El interruptor de semiconductor y, en particular, un MOSFET empleado para ello, deben estar en condiciones durante la conexión o bien en el proceso de carga de la capacidad, de soportar la potencia de pérdida como consecuencia de la corriente de conexión. En virtud de esta situación, se diseñan interruptores electrónicos de protección, en particular, aquellos con limitación activa de corriente, de manera habitual con un interruptor sobredimensionado de semiconductor (MOSFET) para tener en cuenta de manera suficiente esta potencia de pérdida. Un dimensionamiento del interruptor de semiconductor empleado da lugar, sin embargo, a un costo elevado y, en consecuencia, un gran requerimiento de espacio dentro del circuito del interruptor electrónico de protección.

La invención se basa en la tarea de proporcionar un interruptor electrónico de protección que opere de la manera más efectiva posible, mientras se superan las desventajas mencionadas, en la que se debe evitar un interruptor sobredimensionado de semiconductor y su costosa excitación. Además, se debe detallar un procedimiento apropiado para controlar (excitar) un interruptor electrónico semejante de protección, en particular, también durante un proceso de conexión de una carga.

Con respecto al interruptor electrónico de protección, se cumple con la tarea mencionada con las características de la reivindicación 1 y, en lo referido al procedimiento, con las características de la reivindicación 7 de acuerdo con la invención. Realizaciones y perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones secundarias relacionadas.

De acuerdo con la invención, el interruptor controlable de semiconductor está cableado formando una fuente de corriente controlada por tensión, es decir, integrado a un correspondiente circuito de fuente de corriente controlada por tensión. Su corriente de salida, en el caso de la carga conectada, está ajustada por medio de una unidad de control de tal manera que la potencia del interruptor de semiconductor es siempre menor o igual a un valor máximo de potencia. La unidad de control da un valor teórico de la corriente de salida al circuito de fuente de corriente controlado por tensión y recibe de ella un valor diferencial que está formado por la diferencia entre la corriente de salida y el valor teórico. El valor diferencial sirve para excitar el interruptor de semiconductor y se lo suministra del lado de control como señal de control (tensión de control).

La unidad de control del interruptor electrónico de protección regula, en caso de sobrecarga o cortocircuito, y, por lo tanto, también al conectar una carga capacitiva, el valor teórico de la corriente de salida de tal manera que este, teniendo en cuenta el valor máximo de potencia del interruptor de semiconductor, crece asimismo partiendo de un valor mínimo, solo en el caso de una tensión de salida que aumenta a lo largo del tiempo. La fijación del valor teórico por parte de la unidad de control del interruptor electrónico de protección se efectúa allí de manera apropiada en pasos discretos, de tal modo que la corriente de salida (corriente de carga) crece por pasos. Durante las fases o pasos de corriente constante de salida, la unidad de control determina por medio de la tensión de salida detectada, si esta crece o no. En caso de que la tensión de salida crezca, el valor teórico se fija en el valor próximo más alto, de modo que la corriente de salida crece asimismo a un valor más alto del paso. Este proceso se repite hasta que, suponiendo la tensión continuamente creciente de salida, se ha alcanzado un valor máximo. En caso contrario, si la tensión de salida no crece, corta el interruptor de semiconductor, de modo que el interruptor electrónico de protección se dispara y la carga se separa del circuito de corriente.

Para ello, a la unidad de control se le suministran de manera apropiada una tensión del circuito de fuente de corriente controlado por tensión, que representa la corriente de salida, como valor real y su tensión de salida. Si el valor diferencial desarrollado en o por el circuito de fuente de corriente controlado por tensión en caso de sobrecarga o de cortocircuito o durante una conexión a una carga capacitiva se aparta de un valor de umbral, este estado es detectado por la unidad de control por medio del valor diferencial y preferentemente se efectúa primero una limitación de corriente. Además, la unidad de control ajusta el valor teórico de la corriente de salida de tal forma que no se supere el valor máximo de potencia del interruptor de semiconductor, este opera siempre dentro de su zona de seguridad (safe operation area) teniendo en cuenta su pérdida máxima de potencia.

En la realización apropiada en particular, el circuito de fuente de corriente controlado por tensión del interruptor electrónico de protección presenta un amplificador operacional que trabaja como comparador, al que se le proporciona del lado de entrada el valor real que representa la corriente de salida y el valor teórico de la corriente de salida por parte de la unidad de control. Del lado de salida, el amplificador operacional está conectado a una entrada de la unidad de control y, del lado de control, al interruptor de semiconductor, preferentemente, por medio de un circuito amplificador. El valor real suministrado al amplificador operacional del lado de entrada, así como el valor teórico proporcionado a este asimismo del lado de entrada, son valores de tensión, cuya diferencia o valor diferencial a la salida del amplificador operacional da como resultado un correspondiente valor de diferencia de tensión, el cual es igual o proporcional a la diferencia del valor real con respecto al valor teórico fijado actualmente.

Por lo tanto, si el valor teórico se fija, preferentemente por pasos, en un valor mayor en función de la tensión actual de salida del circuito de fuente de corriente controlado por tensión del interruptor electrónico de protección, el amplificador operacional entrega del lado de salida, en virtud de la resta con el valor real, una tensión de control correspondientemente creciente para el interruptor de semiconductor, de modo que, en consecuencia, este se abre de forma progresiva (se pone en conducción) y la corriente de salida aumenta en consecuencia, lo que lleva, a su vez, a un aumento del valor real.

En el caso del procedimiento para controlar el interruptor electrónico de protección con el interruptor de semiconductor integrado a un circuito de fuente de corriente controlado por tensión, se detecta la corriente de salida y preferentemente también la tensión de salida del circuito de fuente de corriente controlado por tensión y se ajusta la potencia del interruptor de semiconductor a un valor menor o igual a un valor máximo de potencia.

En particular, en el caso de cortocircuito, es decir, también durante un proceso de conexión de una carga capacitiva, primero se limita la corriente de salida preferentemente a un valor de corriente. Para eso, se espeja demanera adecuada la corriente de salida del circuito de fuente de corriente como valor real, la que se compara con un valor teórico de la corriente de salida. A partir del resultado de la comparación entre el valor teórico y el real, se forma una diferencia de tensión (valor diferencial) que se emplea directamente para excitar el interruptor de semiconductor. La diferencia de tensión o bien el correspondiente valor diferencial, en el caso de una desviación contra el valor de umbral, dispara primera la limitación de corriente. A continuación, en función de la tensión de salida, se ajusta el valor teórico, es decir, en particular, se disminuye o reduce. Allí, el ajuste se efectúa de tal modo que, por una parte, la potencia del interruptor de semiconductor es menor o igual que el valor máximo de potencia, y que, por otra parte, la corriente de salida, partiendo de un primer valor de corriente (valor mínimo), solo se incrementa cuando la tensión de salida crece en el curso temporal.

En otras palabras, en el caso de una desviación de la corriente de salida monitoreada de modo continuo como valor real con respecto a un valor teórico, se genera un valor de diferencia de tensión que representa esta desviación, por una parte, directamente para excitar el interruptor de semiconductor con el objetivo de una limitación activa de la corriente de salida y, por otra parte, —considerando la tensión actual de salida de la fuente de corriente controlada por tensión— para fijar la potencia del interruptor de semiconductor a un valor máximo y, dado el caso, para la limitación en potencia, al ajustar en consecuencia el valor teórico de la corriente de salida, es decir, al modificarlo y, dado el caso, al reducirlo.

El valor medido de corriente de la corriente de salida del circuito de fuente de corriente, fijado para el ajuste de potencia del interruptor de semiconductor, en particular, durante un proceso de conexión del interruptor electrónico de protección, en virtud de la conexión en serie del interruptor de semiconductor con la carga conectada, corresponde a la corriente de carga que fluye por dicha conexión en serie, que se detecta como valor de tensión real por medio de un circuito espejo en el circuito de corriente del interruptor de semiconductor y de la carga.

El ajuste de potencia del interruptor de semiconductor se realiza, entonces, de acuerdo con la relación P = U • I por medio de la corriente detectada de salida y la tensión medida de salida o de carga, por medio de cuya diferencia con respecto a la tensión dada de entrada del circuito de fuente de corriente controlado por tensión queda determinada la tensión sobre el interruptor de semiconductor, es decir, sobre su línea drenador-fuente. Allí, se excita el interruptor de semiconductor de tal modo que su potencia (potencia de pérdida) es siempre, es decir, en todos estados operativos, es menor o igual a un valor máximo de potencia determinado.

Las ventajas logradas con la invención consisten, en particular, en que el interruptor de semiconductor de un interruptor electrónico de protección conexionado en una fuente de corriente controlada por tensión (circuito de fuente de corriente) con detección continua de la corriente de salida, en todos los estados operativos y, por lo tanto, también en el caso de sobrecarga o de cortocircuito, así como durante el proceso de carga de una carga capacitiva, opera siempre, en cuanto a la potencia, en una zona segura con una potencia (potencia de pérdida) menor o igual a un valor máximo de potencia, por ejemplo, 50W.

En el caso de un cortocircuito limitado temporalmente, en particular, durante el proceso de conexión a una carga capacitiva, debido al valor de diferencia de tensión, que se ajusta, del circuito de fuente de corriente, por un lado, se limita la corriente de salida o de carga mediante el interruptor de semiconductor y, por otra parte, se reconoce este estado, detectándose el valor de diferencia de tensión que se ajusta. Por lo tato, se puede fijar el valor teórico para la corriente de salida de tal forma que la pérdida o el valor máximo de potencia del interruptor de semiconductor se encuentra dentro de su zona segura.

Además, debido al monitoreo simultáneo de la tensión de salida del circuito de fuente de corriente controlado por tensión (fuente de corriente) se detecta si esta aumenta o no en un margen determinado de tiempo. Dado el caso, se puede aumentar el valor teórico de la corriente de salida considerando la zona de seguridad en cuanto a la potencia, del interruptor de semiconductor. En otro caso, ante una sobrecarga o un cortocircuito permanente, se cierra y se efectúa el corte del interruptor electrónico de protección, fijando a cero la corriente de salida por medio del interruptor de semiconductor.

Con este ajuste del valor teórico se controla la potencia del interruptor de semiconductor en todos los estados operativos y, en consecuencia, el interruptor de semiconductor puede estar dimensionado como más pequeño con respecto a la potencia de pérdida a manejar. De manera ventajosa, el circuito de fuente de corriente controlado por tensión opera allí de tal modo que, en el caso de emplear, por ejemplo, un transistor de efecto de campo PMOS, en la operación normal, el valor de la diferencia de tensión formado por la comparación entre el valor real y el valor teórico y que controla el interruptor de semiconductor es menor que cero (< 0V). En este estado, la unidad de control puede estar en reposo, es decir, en consecuencia, está a baja potencia. Recién cuando el valor de diferencia de tensión supera el valor de umbral, es decir, por ejemplo, se hace mayor que cero (> 0V), la unidad de control reacciona, reduciendo el valor teórico y detectando la tensión de salida, así como, por medio de su curso temporal, elevando el valor teórico de la tensión de salida, preferentemente, en pasos discretos, si la tensión de salida crece en una ventana de tiempo.

A continuación, se explica con más detalle un ejemplo de realización de la invención por medio de un dibujo.

Allí se muestra lo siguiente:

Fig. 1 en un esquema circuital en bloques un interruptor electrónico de protección con un interruptor controlable de semiconductor conectado en la línea positiva de un circuito de fuente de corriente controlado por tensión, así como con una unidad o un dispositivo de control previsto para su control de potencia, por ejemplo, en forma de un microprocesador.

Fig. 2 en un diagrama de flujo el curso del procedimiento de control del interruptor electrónico de protección. Fig. 3 en un diagrama de corriente en función del tiempo, la evolución de la corriente de salida (corriente de carga) del circuito de fuente de corriente controlado por tensión, del interruptor electrónico de protección durante un proceso de carga de una carga capacitiva.

Fig. 4 en un diagrama de tensión en función del tiempo que se corresponde con la figura 3, la evolución de la tensión de salida del circuito de fuente de corriente controlado por tensión, en el caso de un aumento controlado por pasos de la corriente de salida.

Las partes y los parámetros que se corresponden entre sí están provistos de los mismos símbolos de referencia en todas las figuras.

El interruptor electrónico de protección 1 representado en forma esquemática comprende un circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2 con un transistor de potencia o interruptor de semiconductor 3 en una línea positiva de corriente 4 y una unidad o un dispositivo de control 5, por ejemplo, en forma de un microcontrolador. El circuito de corriente 3 se extiende entre una conexión de tensión operativa o entrada de tensión 6 y una conexión (positiva) de carga o salida de carga 7. A ella se une el polo positivo de una carga L a conectar, mientras que su polo negativo está llevado a masa o tierra. La tensión operativa o de entrada Vin en forma de, por ejemplo, una tensión continua con 24 V (C.C.) se aplica a la entrada de tensión 6 del interruptor electrónico de protección 1. El interruptor controlable de semiconductor 3 está implementado en el ejemplo de realización por medio de un denominado PMOS (MOSFET de canal P o PMOSFET), es decir, un transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor en el que se usan portadores de carga cargados positivamente (huecos) para conducir la corriente eléctrica por el canal.

Con la fuente de tensión continua conectada y la carga L conectada, durante la operación del interruptor de protección 1, partiendo de la entrada de tensión 6 y por el circuito de corriente 3 y, por lo tanto, por la línea drenadorfuente del interruptor de semiconductor 3, así como por la carga L, fluye una corriente de carga contra el potencial de referencia o tierra (masa). Esta corriente de carga que fluye por el interruptor de semiconductor 3 y la carga L, corresponde a la corriente de salida Il del circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2. La corriente de salida Il se detecta por medio del circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2. Para eso, este comprende las resistencias R1 a R3 y el amplificador operacional OP1, así como el transistor Q4 y la resistencia R7 a tierra (masa) o potencial de referencia, en su circuitería mostrada en la figura!

Con las resistencias R1, R2, R3 y el amplificador operacional OP1, así como con el transistor Q4 y con la resistencia R7 a masa del circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2, se produce casi un espejo de corriente, al reflejarse prácticamente en la resistencia R7 la corriente de salida I^lque fluye por la resistencia R1, a un valor de corriente comparativamente pequeño. Si la corriente de salida asciende a, por ejemplo, 1 A, la corriente que fluye por la resistencia R7 asciende a, por ejemplo, 1 mA. El valor correspondiente de tensión en la resistencia R7 se aplica a la entrada positiva del amplificador operacional OP2 como valor real Iist de la corriente de salida I^l.

El circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2 comprende, en esencia, un amplificador operacional OP2 que trabaja como comparador para la resta, a cuya entrada (positiva) E(+) está conectada la resistencia R7 y, por lo tanto, el valor real Iist de la corriente de salida I^l. La entrada inversora E(.) del amplificador operacional OP2 está conectada por una resistencia R8 a una salida Alset de la unidad de control 5. A través de la salida A lset, la unidad de control 5 entrega un valor teórico Iset de la corriente de salida Il al amplificador operacional OP2. Entre la salida As y la entrada inversora E(.) del amplificador operacional OP2 está conectado un condensador C2.

La salida As del amplificador operacional OP2 del circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2 está conectada a una entrada EILim de la unidad de control 5. Otra entrada EVout de la unidad de control 5 está conectada entre el interruptor de semiconductor 3 y la conexión de carga 7 al circuito de corriente 4. Además, la salida A^sdel amplificador operacional OP2 del circuito de fuente de corriente 2 con el interruptor de semiconductor 3 está del lado de control, es decir, conectada a su entrada de control (puerta). En el ejemplo de realización, esto se efectúa mediante un amplificador 8 del circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2.

En el estado operativo normal del interruptor electrónico de protección 1 y su circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2, la salida Alset de la unidad de control 5 y, con ello, el valor teórico Iset están fijados de tal modo que la corriente de salida Il es preferentemente mayor que la corriente máxima de carga. En estas condiciones normales, la tensión de salida o de carga Vout del interruptor electrónico de protección 1 será igual a su tensión de entrada Vin.

En caso de sobrecarga o de cortocircuito o al conectar a una carga capacitiva L, primero se limita de modo activo la corriente de salida Il a un valor nominal INom, controlándose en consecuencia el interruptor de semiconductor 3. Este estado es reconocido por la unidad de control 5, dado que esta se halla conectada con la salida As del amplificador operacional OP2 que forma la diferencia entre el valor real actual Iist y el valor teórico predefinido Iset y entrega en el lado de salida un valor diferencial modificado correspondiente S como señal de control (tensión de control) para el interruptor de semiconductor 3. Este valor diferencial modificado S del amplificador operacional OP2 da como resultado una excitación correspondiente del interruptor de semiconductor 3, de modo que, en consecuencia, este corta y se limita la corriente de salida Il a un valor de limitación de corriente Imax. Además, el caso de sobrecarga o de cortocircuito es detectado por medio de la tensión cambiante de salida (tensión de carga) Vout por la unidad de control 5.

En cuanto se detecta la sobrecarga o el cortocircuito, se fija la corriente de salida I^ldel circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2 mediante el correspondiente cambio del valor teórico I^setde tal modo que la pérdida máxima de potencia P^maxdel interruptor de semiconductor 3 se encuentra en su zona segura (Safe Operation Area). Al mismo tiempo se monitorea la tensión de salida V^0ut.

Si en un margen predefinible de tiempo no aumenta la tensión de salida V^0ut, se pone a cero (0 A) la corriente de salida I^l, es decir, el interruptor electrónico de protección 1 desconecta la salida de carga o la conexión de carga 7.

Por el contrario, si crece la tensión de salida V^0ut, se eleva preferentemente por pasos el valor teórico I^seten la zona segura del interruptor de semiconductor 3, de modo que también la corriente de salida I^lcrece en consecuencia por pasos. Allí, la potencia, es decir, la potencia de pérdida del interruptor de semiconductor 3, siempre permanece menor o igual al valor máximo de potencia P^max. Esto se lleva a cabo por medio de la unidad de control 5 mediante la formación del producto (V^0ut• I^set) a partir del valor teórico I^sety de la tensión de salida V^0ut El aumento del valor teórico I^setdentro de la zona permitida de potencia del interruptor de semiconductor 3 se realiza preferentemente por pasos, hasta que la tensión de salida V^outes de nuevo igual a la tensión de entrada Vⁱⁿdel interruptor electrónico de protección 3 o de su circuito de fuente de corriente 2.

Este procedimiento de control, que resulta apropiado, en particular, también al conectar el interruptor electrónico de protección 1 a una carga capacitiva L, está ilustrado en el diagrama de flujo mostrado en la figura 2. Después del inicio, es decir, con la conexión del interruptor electrónico de protección 1, el valor teórico I^setestá fijado por la unidad de control 5 a la correspondiente corriente nominal I^Nom. A continuación, se consulta si el valor teórico fijado I^setes mayor que el valor de limitación de corriente o valor máximo I^max. Si este es el caso, en el siguiente paso se forma el producto entre el valor teórico actual I^sety la tensión actual de salida V^out, y se consulta si este producto es mayor que el valor máximo de potencia P^max. Si este es el caso, se fija el valor teórico I^seta un valor mínimo I^Min. Este corresponde preferentemente a una parte, por ejemplo, el 20%, del valor nominal I^Nomde la corriente de salida I^l.

La figura 4 muestra este estado por medio del diagrama de corriente-tiempo I^Nom(t), en donde sobre el eje X está trazado el tiempo t en ps y sobre el eje Y, la corriente normalizada de carga o de salida I^lcomo valor nominal I^Nom(en %). En el estado de salida, el valor teórico I^setestá fijado al valor nominal I^Nomde la corriente de salida I^l. Este estado se mantiene mientras el valor teórico I^setcaiga por debajo del valor máximo I^maxy la potencia (V^out• I^set) del interruptor de semiconductor 3 caiga por debajo del valor máximo de potencia P^max.

En el instante de tiempo t = 400 se produce la conexión del interruptor de protección 1 a la carga capacitiva L. Casi al mismo tiempo, la unidad de control 5 fija el valor teórico I^setde la corriente de salida I^lal 20% del valor nominal I^Nom. Con la reducción del valor teórico I^setse corta, en consecuencia, mediante el amplificador operacional OP2 el interruptor de semiconductor 3 por medio del valor diferencial S. Después de un margen predefinible de tiempo con, por ejemplo, At = 100, se detecta la reacción a este ajuste o control o regulación, consultándose la tensión actual de salida V^out(t = 500). Si la tensión de salida es cero (V^out= 0), se dispara el interruptor electrónico de protección 3. Si, por el contrario, la tensión de salida es distinta de cero (V^out* 0), es decir, la tensión de salida V^outha alcanzado un cierto valor de tensión V^t> 0, el valor teórico I^setse eleva en un valor de paso I^step, el cual corresponde, por ejemplo, al 30% de la corriente normal I^Nom.

A continuación, se consulta si el valor teórico I^setya ha alcanzado el valor nominal I^Nom. Si este es el caso, comienza den nuevo el algoritmo de control con la consulta sobre si el valor teórico I^setcorresponde al valor nominal I^Nom. Si no es el caso, consultando la tensión de salida V^outy, en particular, su aumento a causa del incremento por pasos del valor teórico I^set, se recorre el flujo del programa, comenzando con otro aumento del valor teórico I^step. Si la tensión de salida V^outno supera el valor de tensión V^t, se realiza nuevamente el disparo del interruptor electrónico de protección 3.

A partir de los diagramas mostrados en las figuras 3 y 4 se puede apreciar la relación entre el aumento sucesivo, preferentemente por pasos, del valor teórico I^sety, con eso, de la corriente de salida I^{l ,}por una parte, con el desarrollo temporal de la tensión normalizada de carga o de salida V^out(%), por otra. Por lo tanto, si con el aumento sucesivo del valor teórico I^setse incrementa de modo continuo la corriente de salida I^ly, con esta, también la tensión de salida V^out, se eleva el valor teórico I^sethasta que la corriente de salida I^lalcanza el valor nominal I^Nom. La curva de tensión en función del tiempo t en ps ilustrada en la figura 4 representa el caso típico de conexión a una carga capacitiva L.

Por medio del procedimiento y mediante el diagrama de flujo del algoritmo correspondiente, ilustrado en la figura 2, el interruptor de semiconductor 3 puede ser excitado en el marco de una limitación constante de corriente de tal modo que, en caso de sobrecarga o de cortocircuito, se limita la corriente de salida o de carga I^lal menos por poco tiempo, a un valor máximo predefinido de limitación de corriente I^max, y que allí su potencia de pérdida es menor o igual al valor máximo de potencia P^max. El valor de limitación de corriente I^maxasciende, por ejemplo, a un valor de 1,5 a 2 veces la corriente nominal del interruptor de protección 1.

Debido a la especificación del valor teórico I^setpor parte de la unidad de control 5 al amplificador operacional OP2 y, por lo tanto, al circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2, la potencia del interruptor de semiconductor 3 es controlada en todos los estados operativos por la unidad de control 5. De este modo, el interruptor de semiconductor 3 puede ser dimensionado correspondientemente más pequeño con respecto a la potencia de pérdida a manejar.

En el caso del circuito de fuente de corriente controlado por tensión 2, que trabaja de forma ventajosa con la comparación entre los valores real y teórico, de acuerdo con el ejemplo de realización que emplea un transistor de efecto de campo PMOS, se efectúa prácticamente de manera automática una limitación de corriente en caso de sobrecarga o de cortocircuito, cortándose el interruptor de semiconductor 3 en virtud de la formación del valor diferencial S en la salida A^sdel amplificador operacional OP2, cuando se alcanza o se supera un valor de umbral. Así, en la operación normal, el valor diferencial S, es decir, el valor de diferencia de tensión que controla el interruptor de semiconductor 3 como señal de control, es menor a cero (< 0V). En este estado, la unidad de control 5 puede estar en reposo y está, en consecuencia, a poca potencia. Recién cuando el valor diferencial S supera el valor de umbral S⁰, a saber, S⁰= 0 V, es decir, se torna mayor a cero (> 0V), reacciona la unidad de control 5 y baja el valor teórico Iset, en donde antes o al mismo tiempo el interruptor de semiconductor, por medio del valor diferencial S > S⁰, manda a la limitación de corriente con Il < Imax. En lugar del PMOS, también se puede emplear como interruptor de semiconductor 3 otro tipo de transistor MOSFET o bipolar. También se puede suprimir el amplificador 8 o puede estar diseñado como circuito amplificador.

Lista de símbolos de referencia

1 interruptor electrónico de protección

2 circuito de fuente de corriente controlado por tensión

3 interruptor de semiconductor

4 línea de corriente/línea de positivo

5 unidad o dispositivo de control

6 entrada de tensión

7 conexión/salida de carga

8 amplificador

A lset salida

As salida

C1,2 condensador

E₍₊₎entrada (positiva)

E_(-)entrada inversora

E_Voutentrada

E_ILimentrada

L carga

OP1,2 amplificador operacional

Q2,4 transistor

R1-R8 resistencia óhmica

I_Lcorriente de salida/carga

I_maxvalor de limitación de corriente/máximo

I_Minvalor mínimo

I_Nomvalor nominal

I_setvalor teórico

V_intensión de entrada/operativa

V_outtensión de salida

P_maxvalor máximo de potencia

S valor diferencial/señal de control

S₀valor de umbral

Claims

REIVINDICACIONES

i. Interruptor electrónico de protección (1) con una unidad de control (5) y con un interruptor controlable de semiconductor (6), que está conectado en un circuito de corriente (4) entre una entrada de tensión (6) y una salida de carga (7),

- en donde el interruptor de semiconductor (3) está integrado a un circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2), cuya corriente de salida (I^l) con la carga (L) conectada está ajustada con la unidad de control (5) de tal manera que la potencia del interruptor de semiconductor (2) es menor o igual a un valor máximo de potencia (P^max), y

- en donde la unidad de control (5) entrega un valor teórico (I^set) al circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2) y recibe de este un valor diferencial (S) que se forma a partir de una diferencia entre un valor real (I^ist) que representa la corriente de salida (I^l) y el valor teórico (I^set) y se entrega al interruptor de semiconductor (3) como señal de control para su excitación,

caracterizado porque la unidad de control (5), en caso de sobrecarga o de cortocircuito, ajusta el valor teórico (I^set) de la corriente de salida (I^l) a un valor mínimo predefinible o predefinido (U ⁿ) y, en caso de que la tensión de salida (V^out) del circuito de fuente de corriente (2) aumente con el tiempo, la eleva a un valor nominal (I^Nom).
2. Interruptor electrónico de protección (1) según la reivindicación 1,

caracterizado porque la tensión de salida (V^out) del circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2) se entrega a la unidad de control (5), la cual determina la potencia del interruptor de semiconductor (3), preferentemente a partir de la tensión de salida (V^out) y del valor teórico (I^set), y ajusta el valor máximo de potencia (P^max) en función de de la tensión de salida (V^out).
3. Interruptor electrónico de protección (1) según la reivindicación 1 o 2,

caracterizado porque el interruptor controlable de semiconductor (3) está excitado en el circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2) de tal modo que, en caso de sobrecarga o de cortocircuito, la corriente de salida (I^l) está limitada teniendo en cuenta el valor máximo de potencia (P^max).
4. Interruptor electrónico de protección (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado porque la unidad de control (5) eleva por pasos el valor teórico (I^set) de la corriente de salida (I^l) en función de la tensión de salida (V^out).
5. Interruptor electrónico de protección (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado porque el circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2) presenta un amplificador operacional (OP2), al que del lado de entrada se le entrega el valor real (U^t) y el valor teórico (I^set) de la corriente de salida (I^l), y que, del lado de salida, está conectado a una entrada (E^^im) de la unidad de control (5) y, del lado de control, al interruptor de semiconductor (3).
6. Procedimiento para controlar un interruptor electrónico de protección (1) con interruptor controlable de semiconductor (3) integrado a un circuito de fuente de corriente controlado por tensión (2),

- en el que la corriente de salida (I^l) del circuito de fuente de corriente (2) se detecta como valor real (U^t) y esta se compara con un valor teórico (I^set) formando un valor diferencial (S) que sirve como señal de control para excitar el interruptor de semiconductor (3),

- en el que el valor teórica (I^set) de la corriente de salida (I^l) del circuito de fuente de corriente (2) se ajusta de tal modo que la potencia del interruptor de semiconductor (2) es siempre menor o igual a un valor máximo de potencia (P^max),

caracterizado porque, en caso de sobrecarga o de cortocircuito, el valor teórico (I^set) de la corriente de salida (I^l) se ajusta a un valor mínimo (U ⁱⁿ) y, a continuación, en función de la tensión de salida (V^out) del circuito de fuente de corriente (2), solo se eleva a un valor nominal (I^Nom), cuando la tensión de salida (V^out) crece con el tiempo.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la corriente de salida (I^l) se limita a un valor de corriente (I^max) cuando el valor diferencial (S) de la corriente de salida (I^l) formado a partir del valor real (U^t) y el valor teórico (I^set) alcanza o supera un valor de umbral (S⁰).
8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque se detecta la tensión de salida (V^out) del circuito de fuente de corriente (2) y se ajusta el valor teórico (I^set) de la corriente de salida (I^l) en función de la tensión de salida (V^out).