Sistemas y procedimientos para proteger una fuente de alimentación de modo de conmutación.

Sistemas y procedimientos para proteger una fuente conmutada.

Permite proteger una fuente conmutada

(SMPS), que incluye un conector de potencia de entrada, un rectificador y filtro de entrada, un transformador, un rectificador y filtro de salida, y un conector de potencia de salida. Un circuito de control genera selectivamente una señal de conmutación para conducir el transformador en base a una señal de retroalimentación y una señal de protección generada por un circuito de protección. El circuito de protección genera la señal de protección con un ciclo de trabajo asimétrico que oscila entre un estado de habilitación y un estado de inhibición. Un circuito de detección recibe la señal de retroalimentación y fuerza selectivamente la señal de protección al estado de habilitación cuando la señal de retroalimentación indica que una tensión de salida es demasiado alta.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2013/044763.

Solicitante: SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 2350 NE Hopkins Court 99163 Pullmann WA Washington ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: RICE,Raymond W.

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... > H02M3/335 (utilizando solamente dispositivos semiconductores)
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Sistemas y procedimientos para proteger una fuente de alimentación de modo de conmutación.

Fragmento de la descripción:

Sistemas y procedimientos para proteger una fuente de alimentación de modo de conmutación

Solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica prioridad bajo 35 USC $ 119 (e) de la solicitud de patente no provisional No. 13/493.291, presentada el 11 de junio de 2012 y titulada "Sistemas y procedimientos para proteger a una fuente de alimentación de modo de conmutación", que se incorpora aquí por referencia en su totalidad.

Campo técnico Esta divulgación se refiere a circuitos de protección de fuentes de alimentación de modo de conmutación. Específicamente, esta divulgación se refiere a circuitos de protección configurados para evitar sobrecargas y cortocircuitos en fuentes de alimentación de modo de conmutación.

Breve descripción de los dibujos Realizaciones no limitativas y no exhaustivas de la divulgación se describen en el presente documento, incluyendo varias realizaciones de la divulgación ilustrada en las figuras que se indican a continuación.

La figura 1A ilustra una realización de un diagrama de bloques de una fuente de alimentación de modo de conmutación (SMPS) , que incluye un circuito de retroalimentación y un circuito de control.

La figura 1B ilustra una realización de un diagrama de bloques de una SMPS, que incluye un circuito de retroalimentación, un circuito de control, y un circuito de protección configurado para restringir la potencia de salida media de la SMPS.

La figura 1C ilustra una realización de un diagrama de bloques de una SMPS configurada para convertir una señal de alimentación de CC desde una primera tensión de entrada al menos a una segunda tensión de salida de CC.

La figura 2A ilustra una realización de una porción de un circuito de protección que incluye un inversor de onda cuadrada y una red de retroalimentación.

La figura 2B ilustra una realización de una porción de un circuito de protección que incluye dos inversores de onda cuadrada y una red de retroalimentación.

La figura 3A ilustra una realización de una porción de un circuito de protección que incluye un inversor de onda cuadrada y una red de retroalimentación que incluye un transistor de 10 efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET) .

La figura 3B ilustra una realización de una porción de un circuito de protección que incluye dos inversores de onda cuadrada y una red de retroalimentación que incluye un MOSFET.

La figura 4A ilustra una realización de un circuito de protección que incluye un circuito de detección y un circuito de oscilación configurado con una red de retroalimentación.

La figura 4B ilustra una realización de un diagrama de bloques de una SMPS, incluyendo una vista de los componentes del circuito de protección que se ilustra en la figura 4A.

La figura 5A ilustra una realización alternativa de un circuito de protección que incluye un circuito de detección y un circuito de oscilación configurado con un MOSFET en una red de retroalimentación.

La figura 5B ilustra una realización de un diagrama de bloques de una SMPS, que incluye una vista de los componentes del circuito de protección que se ilustra en la figura 5A.

La figura 6 ilustra un diagrama de flujo de una realización de un procedimiento para proteger una SMPS usando un circuito de protección como se describe en el presente documento.

En la siguiente descripción, se proporcionan numerosos detalles específicos para un conocimiento profundo de las diversas realizaciones descritas en este documento. Los sistemas y procedimientos descritos en este documento pueden ponerse en práctica sin uno o más de los detalles específicos, o con otros procedimientos, componentes, materiales, etc.

Además, en algunos casos, estructuras, materiales, u operaciones bien conocidas pueden no mostrarse o describirse en detalle para evitar aspectos oscurecimiento de la divulgación.

Además, las características, estructuras, o características descritas se pueden combinar de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones alternativas.

Descripción detallada De acuerdo con diversas realizaciones de la presente descripción, una fuente de alimentación de modo de conmutación (SMPS) puede incluir un conector de potencia de entrada, un rectificador y filtro de entrada (IRF) , un transformador, un rectificador y filtro de salida (ORF) , y una conector de potencia de salida. Un circuito de retroalimentación puede proporcionar una señal de retroalimentación asociada con la salida de la SMPS a un circuito de control. El circuito de control puede generar selectivamente una señal de conmutación en base a la señal de retroalimentación (analógica o digital) . La señal de conmutación se puede utilizar para "conmutar" la salida de corriente continua (CC) del IRF a través de un devanado primario del transformador, para inducir selectivamente una corriente en el devanado (s) secundario (s) del transformador. En consecuencia, el circuito de control puede adaptar la señal de conmutación según sea necesario sobre la base de la señal de retroalimentación para aumentar o disminuir la potencia de salida mediante la SMPS.

En diversas realizaciones, el conector de potencia de entrada puede configurarse para recibir una señal de alimentación de corriente alterna (CA) , tal como una señal de CA de 110/120 voltios o de CA de 220/240 voltios. La señal de alimentación de CA puede rectificarse y/o filtrarse para convertir la señal de CA a una señal de alimentación de CC. Alternativamente, el conector de potencia de entrada puede estar configurado para recibir una señal de alimentación de CC. Usando cualquiera de una amplia variedad de configuraciones, la señal de alimentación de CC se "conmuta" entre dos o más estados (tales como encendido y apagado o positivo y negativo) a través del devanado (s) primario (s) de un transformador de potencia. Una señal de conmutación, generada por un circuito de control, puede controlar la frecuencia a la que se conmuta la señal de alimentación de CC a través del devanado (s) primario (s) del transformador de potencia. El circuito de control puede modificar la frecuencia y/o el ciclo de trabajo de la señal de conmutación para ajustar (aumentar o disminuir) la salida de tensión y/o de corriente mediante la SMPS.

La relativamente alta frecuencia de conmutación de la señal de alimentación de CC a través del devanado (s) primario (s) induce una corriente de CA a través de uno o más devanados secundarios. Esta corriente (s) de CA puede entonces rectificarse y/o filtrarse para producir una o más salidas de CC en una o más tensiones deseadas. Las salidas de CC pueden

proporcionarse a uno o más dispositivos a través de uno o más conectores de potencia de salida. Un circuito de retroalimentación puede generar una señal de retroalimentación asociada con una salida de CC y proporcionarla al circuito de control. Como se ha descrito anteriormente, el circuito de control puede utilizar la señal de retroalimentación para modificar la frecuencia y/o el ciclo de trabajo de la señal de conmutación para ajustar (aumentar o disminuir) la tensión y/o la corriente de la salida de CC de la SMPS.

En algunas realizaciones, si la SMPS está muy cargada, el circuito de control puede generar una señal de conmutación para tratar de mantenerse con la carga. Si la SMPS es incapaz de satisfacer plenamente la demanda de potencia de la carga, la señal de retroalimentación puede indicar continuamente que se necesita más potencia. El circuito de control puede, a su vez, generar una señal de conmutación para suministrar tanta potencia como sea posible. Esta situación puede ser un ejemplo de una SMPS sobrecargada. Algunos componentes de la SMPS pueden estar tensionados y/o dañados en condiciones...

 


Reivindicaciones:

1. Una fuente de alimentación de modo de conmutación, que comprende: un circuito de retroalimentación configurado para emitir una señal de retroalimentación asociada con una potencia de salida de la fuente de alimentación de modo de conmutación; un circuito de control configurado para recibir la señal de retroalimentación y generar selectivamente una señal de conmutación para el accionamiento de un transformador en la fuente de alimentación en modo conmutado en base a la señal de retroalimentación y un estado de una señal de protección; y un circuito de protección configurado para limitar una salida de potencia media de la fuente de alimentación de modo de conmutación, comprendiendo el circuito de protección: un circuito de oscilación configurado para: generar una señal de protección con un ciclo de trabajo oscilante asimétrico entre un estado de habilitación y un estado de inhibición; y proporcionar la señal de protección al circuito de control para inhibir el circuito de control de la generación de la señal de conmutación cuando la señal de protección está en el estado de inhibición; y un circuito de detección configurado para recibir la señal de retroalimentación y forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación cuando la señal de retroalimentación indica que una tensión de salida es demasiado alta.

2. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 1, en la que la señal de conmutación está en una frecuencia más alta que una frecuencia de la señal de protección.

3. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 1, en la que el circuito de detección comprende un transistor configurado para forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación.

4. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 1, en la que el circuito de oscilación comprende un inversor de onda sinusoidal configurado con una red de retroalimentación que hace que oscile con un ciclo de trabajo asimétrico entre 0, 5 hercios y 10 hercios.

5. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 1, en la que el circuito de oscilación comprende un primer inversor de onda cuadrada configurado con una red de retroalimentación que hace que oscile con un ciclo de trabajo asimétrico entre 0, 5 hercios y 10 hercios.

6. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 5, en la que un raíl de alimentación del primer inversor de onda cuadrada está conectado a una fuente de alimentación a través de una resistencia, y en la que el mismo raíl de alimentación del primer inversor de onda cuadrada está conectado, además, a un terminal de tierra a través de un condensador.

7. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 5, en la que el primer inversor de onda cuadrada comprende una entrada y una salida, con una red de retroalimentación que conecta la salida a la entrada, en la que la red de retroalimentación comprende: una primera resistencia en serie con una segunda resistencia, un diodo en paralelo con la segunda resistencia, de tal manera que un cátodo del diodo está conectado entre la primera resistencia y la segunda resistencia y un ánodo del diodo está conectado a la entrada del primera inversor de onda cuadrada, y un condensador conectado entre la entrada del primer inversor de onda cuadrada y un terminal de tierra.

8. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 7, en la que la segunda resistencia tiene una resistencia mayor que una resistencia de la primera resistencia.

9. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 7, en la que el circuito de detección comprende un transistor de unión bipolar (BJT) y un colector del BJT está conectado a la entrada del inversor de onda cuadrada y una base del BJT está conectado a la salida del circuito de retroalimentación, de manera que el BJT está configurado para forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación.

10. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 9, en la que la base de la BJT está conectado a la salida del circuito de retroalimentación a través de una resistencia, estando la resistencia configurada para limitar el flujo de corriente desde el circuito de retroalimentación a través del BJT.

11. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 10, en la que cuando la señal de retroalimentación se encuentra en un estado alto indica que una tensión de salida de la SMPS es demasiado alta.

12. La fuente de alimentación de estado de conmutación de la reivindicación 5, en la que el primer inversor de onda cuadrada comprende una entrada y una salida, con una red de retroalimentación que conecta la salida a la entrada, en la que la red de retroalimentación comprende: una primera resistencia en serie con una segunda resistencia, un transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) en paralelo con la segunda resistencia, un drenaje del MOSFET conectado a la entrada del primer inversor de onda cuadrada, una fuente del MOSFET conectada entre la primera y segunda resistencias, y una puerta del MOSFET conectada a la salida del primer inversor de onda cuadrada, y un condensador conectado entre la entrada del primer inversor de onda cuadrada y un terminal de tierra.

13. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 12, en la que la segunda resistencia tiene una resistencia mayor que una resistencia de la primera resistencia.

14. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 12, en la que el circuito de detección comprende un transistor de unión bipolar (BJT) y un colector del BJT está conectado a la entrada del inversor de onda cuadrada y una base del BJT está conectada a la salida del circuito de retroalimentación, de manera que el BJT está configurado para forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación.

15. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 14, en la que la base de la BJT está conectada a la salida del circuito de retroalimentación a través de una resistencia, estando la resistencia configurada para limitar el flujo de corriente desde el circuito de retroalimentación a través del BJT.

16. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 5, en la que el circuito de oscilación comprende además un segundo inversor de onda cuadrada configurado para invertir una salida del primer inversor de onda cuadrada.

17. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 16, en la que un raíl de alimentación del segundo inversor de onda cuadrada está conectado a una fuente de alimentación a través de una resistencia, y en la que el mismo raíl de alimentación del segundo inversor de onda cuadrada está conectado, además, a un terminal de tierra a través de un condensador.

18. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 16, en la que el primer inversor de onda cuadrada comprende una entrada y una salida, con una red de retroalimentación que conecta la salida a la entrada, en la que la red de retroalimentación comprende: una primera resistencia en serie con una segunda resistencia, un diodo en paralelo con la segunda resistencia, de tal manera que un ánodo del diodo está conectado entre la primera resistencia y la segunda resistencia y un cátodo del diodo está conectado a la entrada del primer inversor de onda cuadrada, y un condensador conectado entre la entrada del primer inversor de onda cuadrada y un terminal de tierra.

19. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 18, en la que la segunda resistencia tiene una resistencia mayor que una resistencia de la primera resistencia.

20. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 18, en la que el circuito de detección comprende un transistor de unión bipolar (BJT) y un colector del BJT está conectado a la entrada del inversor de onda cuadrada y una base del BJT está conectada a la salida del circuito de retroalimentación, de manera que el BJT está configurado para forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación.

21. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 20, en la que la base del BJT está conectado a la salida del circuito de retroalimentación a través de una resistencia, estando la resistencia configurada para limitar el flujo de corriente desde el circuito de retroalimentación a través del BJT.

22. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 16, en la que el primer inversor de onda cuadrada comprende una entrada y una salida, con una red de retroalimentación que conecta la salida a la entrada, en la que la red de retroalimentación comprende: una primera resistencia en serie con una segunda resistencia, un transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) en paralelo con la primera resistencia, un drenaje del MOSFET conectado a la salida del primer inversor de onda cuadrada, una fuente del MOSFET conectada entre la primera y segunda resistencias, y una puerta del MOSFET conectada a una salida del segundo inversor de onda cuadrada, y un condensador conectado entre la entrada del primer inversor de onda cuadrada y un terminal de tierra.

23. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 22, en la que la primera resistencia tiene una resistencia mayor que una resistencia de la segunda resistencia.

24. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 22, en la que el circuito de detección comprende un transistor de unión bipolar (BJT) y un colector del BJT está conectado a la entrada del inversor de onda cuadrada y una base del BJT está conectado a la salida del circuito de retroalimentación, de manera que el BJT está configurado para forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación.

25. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 24, en la que la base del BJT está conectado a la salida del circuito de retroalimentación a través de una resistencia, estando la resistencia configurada para limitar el flujo de corriente desde el circuito de retroalimentación a través del BJT.

26. Un procedimiento para proteger una fuente de alimentación de modo de conmutación, que comprende: un circuito de retroalimentación que emite una señal de retroalimentación asociada con una salida de la fuente de alimentación de modo de conmutación; un circuito de control que recibe la señal de retroalimentación; generando selectivamente la señal de control una señal de conmutación para el accionamiento de un transformador en la fuente de alimentación de modo de conmutación en base a la señal de retroalimentación y un estado de una señal de protección; y un circuito de protección que limita una salida de potencia media de la fuente de alimentación de modo de conmutación, comprendiendo el circuito de protección: un circuito de oscilación configurado para: generar una señal de protección con un ciclo de trabajo oscilante asimétrico entre un estado de habilitación y un estado de inhibición; y proporcionar la señal de protección al circuito de control para inhibir el circuito de control de la generación de la señal de conmutación cuando la señal de protección está en el estado de inhibición; y

un circuito de detección para la recepción de la señal de retroalimentación y forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación cuando la señal de retroalimentación indica que una tensión de salida es demasiado alta.

27. Una fuente de alimentación de modo de conmutación, que comprende: un circuito de retroalimentación configurado para emitir una señal de retroalimentación asociada con una potencia de salida de la fuente de alimentación conmutada; un circuito de control configurado para recibir la señal de retroalimentación y generar selectivamente una señal de conmutación a una frecuencia mayor que aproximadamente un kilohercio para la conducción de un transformador en la fuente de alimentación de modo conmutado en base a la señal de retroalimentación y un estado de una señal de protección; y un circuito de protección configurado para limitar una salida de potencia media de la fuente de alimentación del modo de conmutación, comprendiendo el circuito de protección: un circuito de oscilación configurado para: generar una señal de protección con un ciclo de trabajo oscilante asimétrico entre un estado de habilitación y un estado de inhibición; y proporcionar la señal de protección al circuito de control para inhibir el circuito de control de la generación de la señal de conmutación cuando la señal de protección está en el estado de inhibición; y un circuito de detección que comprende un transistor, estando el circuito de detección configurado para recibir la señal de retroalimentación y forzar selectivamente la señal de protección al estado de habilitación que cuando la señal de retroalimentación indica que una de una tensión de salida y una corriente de salida es demasiado alta.

28. La fuente de alimentación de modo de conmutación de la reivindicación 27, en el que el primer inversor de onda cuadrada del circuito de oscilación comprende una entrada y una salida, con una red de retroalimentación que conecta la salida a la entrada, en el que la red de retroalimentación comprende: una primera resistencia en serie con una segunda resistencia, un transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) en paralelo con la primera resistencia, un drenaje del MOSFET conectado a la salida del primer inversor de onda cuadrada, una fuente del MOSFET conectada entre la primera y segunda resistencias, y la puerta del MOSFET conectada a una salida del segundo inversor de onda cuadrada, y un condensador conectado entre la entrada del primer inversor de onda cuadrada y un terminal de tierra.