Un enfoque algorítmico para detectar corriente de SMPS PWM y validación de sistema.

Un monitor de corriente de fuente de alimentación que comprende un procesador que puede funcionar para monitorizar una señal de voltaje a impulsos generada por una fuente de alimentación y generar una alarma cuando una anchura de impulso para la señal de voltaje a impulsos está fuera de un intervalo esperado de anchura de impulso; en el que la anchura de impulso depende de una cantidad de corriente que está siendo suministrada a una carga por la fuente de alimentación

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Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/061592.

Solicitante: SIEMENS RAIL AUTOMATION CORPORATION.

Inventor/es: GREK,Mark.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Transformación de una potencia de entrada en corriente... > H02M3/28 (utilizando tubos de descarga con electrodo de control o dispositivos semiconductores con electrodos de control para producir la corriente alterna intermedia)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Transformación de una potencia de entrada en corriente... > H02M3/155 (utilizando solamente dispositivos semiconductores)
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Un enfoque algorítmico para detectar corriente de SMPS PWM y validación de sistema.

Fragmento de la descripción:

Un enfoque algoritmico para delectar corriente de SMPS PWM y validación de sistema Antecedentes Las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) basadas en modulación por anchura de impulsos (PWM) son fuentes de alimentación comunes utilizadas en diversas aplicaciones. Los dispositivos de SMPS PWM pueden ser unidades de fuentes de alimentación independientes o pueden ser elementos de circuitos tales como circuitos esenciales utilizados en la industria ferroviaria. En una SMPS PWM, la energla de ce enviada a una carga es controlada abriendo y cerrando rápidamente un conmutador entre la fuente y la carga para formar impulsos de la energía transmitida. Estos impulsos son acondicionados por condensadores ylo inductores hasta una señal de CC aproximadamente lineal. En fuentes de alimentación basadas en PWM, se puede realizar la medición de la corriente en la carga para detectar rápidamente estados de sobrecarga o pérdida de capacitancia, o para una monitorización general de la carga. Esta monitorización es útil porque en una fuente de alimentación tipica no se espera que los componentes cambien durante la vida operativa del sistema. Por lo tanto, los cambios detectados en la corriente para una carga dada pueden indicar problemas tales como un fallo de condensador. El fallo de un condensador puede provocar un aumento en la resistencia equivalente en serie (RES) del dispositivo, que a su vez puede provocar un aumento de calentamiento y fuga física de electrolito. Una capacitancia reducida también puede dañar la respuesta del trozo de realimentación del circuito. La corriente de la carga a menudo es determinada por una de varias técnicas que necesitan conexiones de detección hacia componentes en el circuito.

Una técnica para monitorizar corriente de carga en la técnica anterior utiliza un reóstato de detección de lado alto o de lado bajo en la misma carga para determinar la corriente de salida Por ejemplo, en el circuito de la FIG. 1, el controlador de MM 100 controla el conmutador 140. Cuando el conmutador 140 está cerrado, la fuente 170 hace que la corriente Huya a través del transformador 150, que a su vez suministra corriente a un inductor 160. El inductor 160 y el condensador 180 acondicionan la corriente antes de que alcance la carga 110. Un reóstato 120 está insertado entre el inductor 160 y la carga 110. Una caída de voltaje a través del reóstato 120 es detectada por un sensor 130 de fuente de alimentación que puede incluir un convertidor de analógico a digital o un detector de umbral analógico. El voltaje detectado por el sensor 130 puede ser conectado a un comparador o un amplificador para facilitar la detección de nivel de corriente o la monitorización de sobrecarga. A partir de esta calda de voltaje medida y la resistencia conocida del reóstato 120, se puede determinar la corriente de carga. Este método puede ser razonablemente preciso, pero el reóstato añadido 120 se añade al coste de componentes, disipación de calor y caída de voltaje de salida.

Las FIGS. 2A y 2B representan otra técnica de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior en la que un reóstato de detección en el elemento de conmutación o la resistencia parasitaria del mismo elemento de conmutación se utiliza para encontrar la corriente. Como en la FIG. 1, el controlador de PWM 200 controla el conmutador 240. Cuando el conmutador 240 está cerrado, la fuente 270 hace que la corriente "uva por el transformador 250. El transformador 250, a su vez suministra corriente a un inductor 260. El inductor 260 y el condensador 280 acondicionan la corriente antes de que alcance la carga 210. Se puede insertar un reóstato entre el elemento de conmutación 240 y tierra en 220 como en la FIG. 2A, o la resistencia parasitaria 225 del elemento de conmutación 240 puede utilizarse como en la FIG. 28. En cualquier caso, el sensor 230 mide la caída de voltaje a través del reóstato 220 o 225 a tierra. El voltaje detectado por el sensor 130 puede ser coneclado a un comparador

o un amplificador para facilitar la detección de nivel de corriente o la monitorización de sobrecarga. A partir de esta caída de voltaje medida y de la resistencia conocida del reóstato 220 o 225, se puede determinar la corriente de carga. Al igual que con la FIG. 1, la adición de un reóstato 220 en la FIG. 2A se añade a los costes de componentes, la disipación de calor y caída de voltaje de salida. La resistencia parasitaria 225 de la FIG. 28 no contribuye a estos problemas (porque el conmutador 240 debe estar presente en cualquier caso) , sin embargo la resistencia parasitaria 225 no puede ser conocida con precisión a causa de variaciones de componentes e impacto ambiental en su valor

Una técnica de detección de corriente de la técnica anterior que no utiliza resistencia para detectar la corriente se muestra en la FIG. 3. El controlador de PWM 300 suministra energía desde la fuente 380 mediante la activación de los conmutadores 360 y 370. El induclor 320 y el condensador 390 acondicionan la corriente antes de que alcance la carga 310. El sensor 350 monitoriza voltajes de nodo en el nodo 330 compartido por la carga 310, el inductor 320 y el condensador 390 y el nodo 340 compartido por los conmutadores 360 y 370 Y el inductor 320. Estos voltajes de nodo son medidos en determinados momentos en el tiempo con respecto a la actuación de los conmutadores 360 y 370, Y la corriente hacia delante en el inductor 320 puede ser aproximada a partir de estas mediciones. En esta técnica, el ruido en los nodos 330 y 340 puede reducir la precisión de la aproximación de corriente.

Breve descripción de los dibujos La FIG. 1 representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.

La FIG. 2A representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.

La FIG. 2B representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.

La FIG. 3 representa un circuito de monitorización de corriente de carga de la técnica anterior.

La FIG. 4 representa un circuito de monitorización de corriente de carga segun una realización de la invención.

La FIG. 5A representa una forma de onda de ciclo de trabajo segun una realización de la invención.

La FIG. 5B representa una forma de onda de ciclo de trabajo según una realización de la invención.

La FIG. 6A representa una forma de onda de ciclo de trabajo segun una realización de la invención.

La FIG. 6B representa una forma de onda de ciclo de trabajo según una realización de la invención.

La FIG. 7 representa una curva de aproximación de corriente de carga segun una realización de la invención.

La FIG. 8A representa una parte de un circuito de monitorización de corriente de carga según una realización de la invención.

La FIG. 8B representa una parte de un circuito de monitorización de corriente de carga según una realización de la invención.

La FIG. 8e representa una forma de onda de ciclo de trabajo segun una realización de la invención.

La FIG. 9A representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo según una realización de la invención.

La FIG. 9S representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo según una realización de la invención.

La FIG. 10 representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo segun una realización de la invención.

La F1G. 11 representa un cambio monitorizado en la anchura de impulso durante el tiempo según una realización de la invención.

Descripción detallada Un enfoque algoritmico para detectar corriente puede eliminar la necesidad de conexiones con elementos de detección . El enfoque algoritmico puede utilizar...

 


Reivindicaciones:

l. Un monitor de corriente de fuente de alimentación, que comprende:

una carga;

una fuente de alimentación de modo conmutado configurada para suministrar corriente a la carga;

un procesador configurado para monitorizar una señal de voltaje a impulsos generada por la fuente de alimentación y generar una alarma cuando una anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos está fuera de un intervalo esperado de anchura de impulso;

en el que la anchura de impulso depende de una cantidad de corriente que se está suministrando a la carga.

2. El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el intervalo esperado de anchura de impulso es programable por un usuario.

3. El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el procesador está configurado para establecer el intervalo esperado de anchura de impulso basándose en una pluralidad de anchuras de impulso muestreadas de la señal de voltaje a impulsos

4. El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el intervalo esperado de anchura de impulso varia con el tiempo.

5. El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que el procesador está configurado para controlar un conmutador con el fin de ajustar la anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos.

6. El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que la señal de voltaje a impulsos es el producto de una señal de entrada de voltaje a impulsos y una señal de salida

7. El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que la carga es un elemento de control de locomotora.

8. El monitor de corriente de fuente de alimentación de la reivindicación 1, en el que la carga es un elemento al lado de una vía ferroviaria.

9. Un método para monitorizar la corriente de fuente de alimentación, que comprende: detectar una señal de voltaje a impulsos generada por una alimentación; y generar una alarma cuando una anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos está fuera de un in1ervalo

esperado de anchura de impulso: en el que la anchura de impulso depende de una cantidad de corriente que eslá siendo suministrada a la carga por la fuente de alimentación.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además establecer el intervalo esperado de anchura de impulso basándose en una entrada de un usuario,

11. El método de la reivindicación 9, que comprende además: detectar una pluralidad de anchuras de impulso muestreadas de la señal de voltaje a impulsos; y establecer el intervalo esperado de anchura de impulso basándose en la pluralidad de anchuras de impulso

muestreadas.

12. El método de la reivindicación 9, en el que el intervalo esperado de anchura de impulso varfa con el tiempo.

13. El método de la reivindicación 9, que comprende además ajustar la anchura de impulso de la señal de voltaje a impulsos.

14. El método de la reivindicación 9, en el que la señal de voltaje a impulsos es el producto de una señal de entrada de voltaje a impulsos y una señal de salida.

15. El método de la reinvindicación 9, en el que la carga es un elemento de control de locomotora.

16. El método de la reivindicación 9, en el que la carga es un elemento al iado de una via ferroviaria