CONMUTADOR ELECTRÓNICO DE DOS HILOS.

Un conmutador de dos hilos (1), que comprende una unidad de control (2) configurada para utilizar una regulación de fase para suministrar señales de tensión de control a un conmutador (3) propiamente dicho,

que se combinan con tensiones de control de un circuito de medición (5) y de control, consistiendo el conmutador (3) propiamente dicho en al menos un conmutador (3; 31, 32) de semiconductor controlado por tensión, y que comprende además una fuente de alimentación (4) para la unidad de control (2) de manera que está dispuesta para tomar energía eléctrica de una tensión (Vk, Vh) del conmutador (3), estando el conmutador (3) en un estado no conductivo y en un estado conductivo, caracterizado porque el conmutador de dos hilos (1) está configurado para que el conmutador (3) no pase a un estado completamente conductivo, y el circuito de medición (5) y de control comprende un amplificador (51) para amplificar la tensión (Vh) de desexcitación del conmutador (3) cuando el conmutador (3) está en un estado conductivo y un circuito adaptador (52) para adaptar una salida del amplificador a un nivel adecuado para funcionar como una tensión de control para regular la resistencia (RK) del conmutador y al mismo tiempo la tensión (Vh) para la fuente de alimentación (4) en función de dicha tensión (Vh) de desexcitación combinando una salida del circuito adaptador (52) con las señales de tensión de control de la unidad de control (2).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2005/000495.

Solicitante: SCHNEIDER ELECTRIC INDUSTRIES S.A.S..

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 89, BOULEVARD FRANKLIN ROOSEVELT 92500 RUEIL-MALMAISON FRANCIA.

Inventor/es: KAIJÄRVI,Mikko, LUUKKANEN,Mika.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02M5/293 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 5/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente alterna, p. ej. para cambiar la tensión, para cambiar la frecuencia, para cambiar el número de fases. › utilizando solamente dispositivos semiconductores.

PDF original: ES-2379429_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Conmutador electrónico de dos hilos La invención se refiere a un conmutador electrónico de dos hilos definido en el preámbulo de la reivindicación 1.

Los conmutadores electrónicos de dos hilos actúan como conmutadores eléctricos, y se utilizan para conectar, desconectar y controlar la potencia de dispositivos eléctricos, tales como aparatos de iluminación, motores eléctricos y calentadores eléctricos conectados a una fuente de CA, tal como una red eléctrica de CA. Además, los conmutadores se controlan manualmente y, por ejemplo, mediante temporizadores, conmutadores PECU y sensores de movimiento. El conmutador de dos hilos se conecta a un único conductor, un conductor eléctrico, que, por consiguiente, acaba en y empieza desde el conmutador.

Tales dispositivos, es decir, las cargas para las que se regula/controla el suministro de CA del conmutador eléctrico, están dotados normalmente de un adelantador de fase de red eléctrica, es decir, el conductor eléctrico/de tensión de fase, y de un conductor neutro, es decir, tierra conectada a los aparatos. El suministro de energía para la unidad de control del conmutador eléctrico y posiblemente para el conmutador eléctrico propiamente dicho se toma entonces directamente desde el suministro de la red eléctrica, es decir, desde entre el conductor eléctrico y el conductor neutro. Sin embargo, debe observarse que no siempre se dispone de un conductor neutro de red eléctrica. Este es el caso, por ejemplo, de los enchufes de pared para seccionadores en aplicaciones cableadas domésticas, donde no hay instalados conductores neutros. Si el suministro de corriente para el conmutador eléctrico y su unidad de control se lleva a cabo de manera convencional, entonces debe proporcionarse un conductor neutro en una instalación posterior.

Un conmutador eléctrico que solo dispone de un conductor eléctrico para el suministro de corriente tiene el problema de que el funcionamiento de su unidad de control, y en muchos casos del conmutador eléctrico propiamente dicho, requiere energía eléctrica cuando el conmutador eléctrico está apagado, es decir, en estado conductivo, y cuando el conmutador eléctrico está encendido, es decir, en estado no conductivo. Puesto que solo el conductor de fase pasa a través del conmutador eléctrico, no habrá ningún potencial de referencia, tal como el potencial de tierra, para generar una diferencia de tensión ni para proporcionar un suministro de corriente al conmutador eléctrico y a su unidad e control en base a esto.

El documento US-4 504 778 da a conocer un conmutador electrónico de dos hilos, que está conectado en serie con la carga y se controla mediante una unidad de control, cuya energía eléctrica se suministra a partir de la tensión de desexcitación del conmutador, especialmente cuando el conmutador está en un estado conductivo.

El documento US-6 690 150 también desvela un conmutador electrónico de dos hilos que utiliza la tensión de desexcitación del conmutador para el suministro de energía a la unidad de control.

Los conductores electrónicos de dos hilos de la técnica anterior utilizan un tiristor bidireccional como el conmutador real. Una de las características de un conmutador de este tipo es que la tensión de desexcitación del conmutador es independiente de la corriente de carga y sustancialmente constante. Además, la tensión de desexcitación es relativamente alta; está comprendida normalmente en el intervalo entre 1, 0 y 1, 5 V. Por consiguiente, las pérdidas de un conmutador de tiristor bidireccional seguirán siendo sustancialmente las mimas independientemente de las fluctuaciones de la corriente de carga.

Los conmutadores que utilizan un tiristor bidireccional tienen el problema de que es necesario proteger a la carga contra los cortocircuitos mediante un fusible aparte.

El documento US-5789894 desvela un circuito de accionamiento de motor de CA mediante el cual puede controlarse la velocidad de rotación del motor. El circuito de accionamiento comprende conmutadores de estado sólido, tales como conmutadores FET o IGBT, mediante los cuales se hace pasar o se interrumpe la corriente para el motor repetidamente. La conmutación se lleva a cabo mediante un oscilador, cuya señal de pulso puede controlarse continuamente modificando el ancho de los pulsos. El circuito de accionamiento comprende además una fuente de alimentación de CC que presenta grandes condensadores de almacenamiento para suministrar energía eléctrica a otras partes de dicho circuito de accionamiento, cuando los medios de conmutación están cerrados y la corriente del motor fluye a través de los mismos. El documento muestra que los FET y los IGBT se han utilizado como conmutadores en lugar de como tiristores bidireccionales.

La invención tiene como objetivo superar los inconvenientes relacionados con los conmutadores de dos hilos de la técnica anterior mencionados anteriormente. La invención también tiene como finalidad proporcionar un nuevo conmutador de dos hilos particularmente adaptado para utilizarse en aparatos de iluminación.

El conmutador de dos hilos de la invención está caracterizado por las características definidas en la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones preferidas de la invención.

En la invención, un conmutador de dos hilos comprende una unidad de control configurada para utilizar una regulación de fase para suministrar señales de tensión de control a un conmutador propiamente dicho, que se combinan con tensiones de control de un circuito de medición y de control, consistiendo el conmutador propiamente dicho en al menos un conmutador de semiconductor controlado por tensión, y comprendiendo además una fuente de alimentación para la unidad de control de manera que está dispuesta para tomar energía eléctrica de la tensión del conmutador, con el conmutador tanto en un estado no conductivo como en un estado conductivo. Según la invención, el conmutador de dos hilos está configurado para que el conmutador no pase a un estado completamente conductivo, y el circuito de medición y de control comprende un amplificador para amplificar la tensión de desexcitación del conmutador cuando el conmutador está en un estado conductivo, y un circuito adaptador para adaptar una salida del amplificador a un nivel adecuado para funcionar como una tensión de control para regular la resistencia del conmutador y al mismo tiempo la tensión para la fuente de alimentación en función de dicha tensión de desexcitación combinando una salida del circuito adaptador con las señales de tensión de control de la unidad de control.

La idea básica de la invención es el principio de no controlar nunca el conmutador de semiconductor en un estado completamente conductivo, sino regular su valor de resistencia de manera activa para obtener una tensión de desexcitación del conmutador que esté en el nivel de tensión considerado como apropiado. Esto proporciona la ventaja de bajas pérdidas de conmutador y de una tensión optimizada en el interruptor, es decir, de un nivel de tensión optimizado. El nivel de tensión se determina mediante las técnicas utilizadas para generar la tensión de régimen de la unidad de control. De manera ventajosa se utiliza una fuente de alimentación de modo de conmutador, con aproximadamente 1 V fijado actualmente como el nivel de tensión de desexcitación (tensión de interruptor periódico) . Debido a los recientes desarrollos en la tecnología de interruptores periódicos, la tensión de desexcitación puede reducirse ahora a un nivel de 0, 3 V, por ejemplo.

En la realización más ventajosa de la invención, un conmutador de semiconductor controlado por tensión consiste en dos conmutadores de semiconductor conectados en sucesión, tal como un par de transistores de efecto de campo, especialmente MOSFET (transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) .

En la invención, el circuito de medición y de control comprende al menos un amplificador, tal como un amplificador operacional cuya ganancia de tensión puede fijarse fácilmente, para amplificar la tensión de desexcitación medida, y además un circuito adaptador después del amplificador, de manera más ventajosa una cadena de resistencias, con el fin de proporcionar una tensión de control apropiada en el terminal de control de un conmutador de semiconductor, o en el caso más ventajoso, en los terminales de control de un par de conmutadores de semiconductor. De ese modo, por ejemplo, la tensión de control de un MOSFET que actúa... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un conmutador de dos hilos (1) , que comprende una unidad de control (2) configurada para utilizar una regulación de fase para suministrar señales de tensión de control a un conmutador (3) propiamente dicho, que se combinan con tensiones de control de un circuito de medición (5) y de control, consistiendo el conmutador (3) propiamente dicho en al menos un conmutador (3; 31, 32) de semiconductor controlado por tensión, y que comprende además una fuente de alimentación (4) para la unidad de control (2) de manera que está dispuesta para tomar energía eléctrica de una tensión (Vk, Vh) del conmutador (3) , estando el conmutador (3) en un estado no conductivo y en un estado conductivo, caracterizado porque el conmutador de dos hilos (1) está configurado para que el conmutador (3) no pase a un estado completamente conductivo, y el circuito de medición (5) y de control comprende un amplificador (51) para amplificar la tensión (Vh) de desexcitación del conmutador (3) cuando el conmutador (3) está en un estado conductivo y un circuito adaptador (52) para adaptar una salida del amplificador a un nivel adecuado para funcionar como una tensión de control para regular la resistencia (RK) del conmutador y al mismo tiempo la tensión (Vh) para la fuente de alimentación (4) en función de dicha tensión (Vh) de desexcitación combinando una salida del circuito adaptador (52) con las señales de tensión de control de la unidad de control (2) .

2. Un conmutador de dos hilos (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito adaptador (52) adaptador adopta la forma de una cadena de resistencias (7, 8) , tal como una conexión en serie de al menos dos resistencias (71, 72; 81, 82) .

3. Un conmutador de dos hilos (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el circuito de medición (5) y de control comprende un circuito limitador (53) de tensión dispuesto en la entrada del amplificador (51) .

4. Un conmutador de dos hilos (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conmutador de dos hilos (1) comprende un circuito rectificador (6) conectado a través del conmutador (3; 31, 32) de semiconductor, suministrándose tensión desde el circuito rectificador (6; 61, 62) hasta la entrada del circuito de medición (5) y de control.

5. Un conmutador de dos hilos (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conmutador de dos hilos (1) comprende además un circuito de protección (9; 9a, 9b) contra cortocircuitos, que incluye una cadena de resistencias (10; 101, 102) y un segundo conmutador (11; 111, 112) de semiconductor controlado por tensión, adoptando la cadena de resistencias (10; 101, 102) la forma de una conexión en serie de al menos dos resistencias (101a, 101b; 102a, 102b) y conectadas en paralelo con el primer conmutador (3, 31, 32) de semiconductor que actúa como el conmutador propiamente dicho, estando conectado el segundo conmutador (11; 111, 112) de semiconductor controlado por tensión, preferentemente un MOSFET o similar, desde el terminal de control del conmutador de semiconductor hasta tierra.

6. Un conmutador de dos hilos (1) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el segundo conmutador (11; 111, 112) de semiconductor controlado por tensión, preferentemente un MOSFET, está dispuesto para actuar además como el conmutador de control del circuito de control del primer conmutador (3; 31, 32) de semiconductor.

7. Un conmutador de dos hilos (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conmutador (3) de semiconductor controlado por tensión consiste en dos conmutadores de semiconductor conectados en sucesión, tal como un par de transistores de efecto de campo (31, 32) , especialmente MOSFET.

 

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