SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE PICOS DE CORRIENTES PARA EQUIPOS Y SISTEMAS ELECTRÓNICOS CON CONSUMO DE CORRIENTE DISCONTINUOS.

Sistema de eliminación de picos de corriente para equipos y sistemas electrónicos con consumos de corriente discontinuos.

Sistema de eliminación de picos de corriente que comprende un primer regulador de tensión (7) con limite de corriente programable a un valor (I(límite)) dependiente del valor de pico de corriente discontinua (IO(pico)) demandada por la carga discontinua (3) y su relación con el ciclo de trabajo, un segundo regulador de tensión (9), un condensador (4) interconectado entre el primer y segundo regulador (7, 9), que se carga cuando cesa la demanda de corriente y que se descarga cuando se produce la demanda de corriente de salida entregando corriente al segundo regulador (9) que absorbe las variaciones de tensión producidas en la carga descarga del condensador y proporciona una tensión constante para cualquier valor de pico de corriente de salida demandada e independientemente de las variaciones de tensión del condensador (4), y un lazo de control entre un sensor de la corriente de salida entregada a la carga y una entrada de limitación (15) de la corriente de entrada (II) en el primer regulador (7).

De este modo la corriente (I(límite)) por la entrada (1) y la tensión de salida (VLoad ) son constantes para cualquier valor del pico de corriente por la salida (IO(pico)).

Sistema de eliminación de picos de corriente para equipos y sistemas electrónicos con consumos de corriente discontinuos.

Campo técnico de la invención

La presente invención se encuadra en el campo técnico de la tecnología electrónica y es aplicable a la realización y diseño de sistemas de alimentación para equipos electrónicos y es particularmente aplicable en los sistemas de telecomunicaciones basados en la transmisión discontinua de información, como por ejemplo, GSM, GPRS o UMTS. Los equipos susceptibles de aplicarse la invención son aquellos que presenten un patrón de consumo discontinuo, tales como terminales celulares móviles, módulos de control, módulos de adquisición de datos, sensores remotos, terminales celulares fijos, estaciones base, etc.

Antecedentes de la invención

Un importante numero de equipos y sistemas electrónicos, tales como el sistema de comunicaciones móviles GSM (“Global System for Mobile Communications”) , poseen una característica de consumo de corriente pulsada como consecuencia de que la carga que presentan es discontinua. La frecuencia del pulso de corriente generado por la carga es, habitualmente, de baja frecuencia.

Los picos de corriente producidos por el consumo pulsado de corriente se traducen, sobre los sistemas o equipos electrónicos, en diferentes fenómenos. Estos fenómenos deben superarse para lograr el correcto funcionamiento del equipo, dentro de las especificaciones y requerimientos de la normativa aplicable. Los retos técnicos que se plantean al respecto son:

- Laidas transitorias de tensión en el sistema de alimentación. Los picos de corriente, junto con la resistencia total de los elementos conductores, situados entre la fuente de alimentación y la carga discontinua, producen caídas instantáneas de la tensión de alimentación. Estás caídas de tensión pueden considerarse como un rizado en la tensión de alimentación.

- Los caminos de la corriente deben diseñarse con secciones de conductores en concordancia con las especi

ficaciones de pico máximo de corriente en lugar de su valor medio, o mismo es aplicable a los componentes

y dispositivos en el camino de la corriente.

De acuerdo con el estado de la técnica, los inconvenientes que plantean los picos de consumo discontinuos se pueden soslayar, parcialmente, empleando las técnicas basadas en el uso de condensadores, mediante redes LC, limitación de corriente de carga fija, así como mediante la limitación de corriente de carga fija y tensión de salida constante.

La solución mediante un condensador emplea la capacidad del mismo para almacenar la energía instantánea demandada por la carga discontinua. El condensador se dimensiona de acuerdo con la demanda de energética, el periodo repetición y la duración de la misma o ciclo de trabajo. Esta técnica está muy extendida por su simplicidad aunque presenta varios inconvenientes:

- El valor de la capacidad necesaria es, en la mayor parte de las aplicaciones, elevada por lo que el tamaño del condensador requerido es significativo y no es realizable físicamente.

- Existe un rizado de salida, suma de la variación de tensión por la carga-descarga capacitiva y por la resistencia serie equivalente del condensador.

- La corriente en la entrada es discontinua.

Por otra parte, la solución mediante filtrado LC se fundamenta en la utilización de una inductancia de valor elevado entre la entrada y la salida junto a un condensador en paralelo con la salida. Esta técnica se emplea en algunas aplicaciones industriales. En el filtrado LC la inductancia limita la corriente de carga del condensador. Siempre que exista una demanda de corriente en el dispositivo o sistema electrónico, el condensador comienza a descargarse, mientras tanto la inductancia limita el bombeo de corriente de entrada, que se va incrementando en función del tiempo que dure el pico de corriente por la salida, proporcionado en parte por el condensador. Cuando finaliza la demanda de corriente en la salida, la inductancia sigue entregando energía al condensador, cargándolo, aumentando al mismo tiempo la tensión. Uno de los inconvenientes de esta solución es la existencia de sobre-tensiones en la salida y la aparición de un rizado en tensión que mayor que el que aparece en un sistema con control de corriente. Otro inconveniente es que, para que funcione el filtrado LC, los valores de la inductancia y del condensador deben ser elevados. En determinadas aplicaciones, las dimensiones físicas de los componentes lo hacen impracticable.

La solución mediante limitación de corriente de carga fija está basada en la carga de un condensador a través de un regulador de tensión con corriente limitada. La corriente máxima del regulador de tensión se limita a un nivel fijo cuya magnitud es el valor medio del pico máximo de corriente consumida por la carga discontinua. La ventaja de esta solución es que la corriente por la entrada se corresponde con el valor medio del pico de corriente máximo de salida y en ese punto de trabajo su valor es constante. No obstante, también debe constatarse que los inconvenientes que plantea esta solución son que la tensión de salida siempre presenta un rizado proporcional a la variación de tensión por la carga del condensador a corriente constante y descarga por el pico de corriente demandado en la salida, y que, si el pico de corriente de salida disminuye, en la entrada vuelve a aparecer un consumo discontinuo, aunque en este caso es de un valor inferior.

Si al sistema de limitación de corriente de carga fija se le añade a la salida otro regulador, en este caso sin limitación de corriente, se consigue que la tensión de salida permanezca constante para cualquier pico de corriente por la carga. El segundo elemento de conversión absorbe las fluctuaciones en la tensión de alimentación producidas por la carga y descarga del condensador y su propósito es eliminar el rizado en bornes del condensador. La ventaja de esta solución es que consigue que para el pico máximo de corriente de salida, la corriente por la entrada y la tensión de salida son constantes, pero el inconveniente de esta solución es que para valores inferiores del pico de corriente por la salida, al recargarse la capacidad en menos tiempo, aparecen discontinuidades en la corriente de entrada.

En el estado de la técnica, existen métodos y sistemas empleados para reducir el consumo de energía en dispositivos de consumo discontinuo, como por ejemplo en telefonía móvil que se describen, por ejemplo, en las solicitudes de patente US-2008293426-A1, US-2008293426-A1 y WO-2007102689-A1 que, sin embargo, están enfocadas en la reducción del consumo, por lo que no suponen soluciones de los inconvenientes anteriormente descritos.

Antes los inconvenientes del estado de la técnica era deseable desarrollar un sistema que superara los fenómenos desfavorables anteriormente descritos, debidos al consumo discontinuo de equipos o sistemas electrónicos y que, por lo tanto, evitara consumos discontinuos de corriente en los terminales de entrada, eliminara las caídas de tensión en la salida del sistema de alimentación, y eliminara o al menos redujera el nivel de las interferencias electromagnéticas generadas por un consumo discontinuo.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes de los sistemas del estado de la técnica más arriba detallados mediante un sistema de eliminación de picos de corriente para equipos y sistemas electrónicos con consumos de corriente discontinuos, que comprende

una entrada de alimentación por la que circula la corriente de entrada, y una salida de alimentación por la que circula la corriente de salida demandada por una carga discontinua;

un primer regulador de tensión con limitación de corriente programable, y un segundo regulador de tensión interconectados entre la entrada de corriente y la salida de corriente;

un condensador de almacenamiento interconectado entre el primer regulador de tensión y el segundo regulador de tensión, estando el condensador dimensionado para almacenar energía cuando no se produce una demanda de corriente de salida y descargar corriente cuando se produce una demanda de corriente de salida;

un sensor de corriente conectado entre el segundo regulador de tensión y...

1. Sistema de eliminación de picos de corriente para equipos y sistemas electrónicos con consumos de corriente discontinuos, que comprende

una entrada de corriente (1) por la que entra una corriente de entrada (II) , y una salida de corriente (2) por la que sale una corriente de salida (IO) demandada por la carga discontinua (3) a través de la salida de corriente (2) ;

un primer regulador de tensión (7) limitado en corriente, y un segundo regulador de tensión (9) interconectados entre la entrada de corriente (1) y la salida de corriente (2) ;

un condensador (4) de almacenamiento (4) interconectado entre el primer regulador de tensión (7) y el segundo regulador de tensión (9) , estando el condensador (4) dimensionado para almacenar energía cuando no se produce una demanda de corriente de salida (IO) y descargar corriente cuando se produce una demanda de corriente de salida (IO) ;

un sensor de corriente (5) conectado entre el segundo regulador de corriente (9) y la salida de corriente (2) , para medir las demandas de corriente de salida (IO) ;

estando conectado el primer regulador de tensión (7) además a una entrada de limitación en corriente (15) y a una salida conectada al condensador (4) a través de la que suministra una corriente de carga (IC) al condensador (4) ; y estando diseñado el segundo regulador de corriente (9) para mantener constante la tensión de sal ida (VLoad) que se entrega a la carga discontinua (3) ;

caracterizado porque

el sensor (5) mide la corriente de salida (IO) demandada y está conectado a un analizador de corriente (14) ;

el analizador de corriente (14) detecta un valor máximo (IO (pico) ) de la corriente de salida demandada (IO) , y establece un valor medio (IO (pico) td/T) de la corriente de salida demandada (IO) que transmite al primer regulador de tensión (7) a través de la entrada de limitación en corriente (15) , constituyendo el valor medio (IO (pico) td/T) un valor de limitación en corriente programada (Ilímite) ;

el primer regulador de tensión (7) establece la corriente de carga (IC) del condensador (4) en función del valor de limitación en corriente programada (Ilímite) , independientemente de las variaciones de la tensión en bornes del condensador (4) entregada al segundo dispositivo regulador de tensión (9) e independientemente de la corriente de salida demandada (IO) ;

la medida del valor máximo (IO (pico) ) de la corriente de salida demandada (IO) por el analizador de corriente (14) y la medida de la corriente de salida demandada (IO) están sincronizados a través de una señal de control (6) de un sistema de control de carga (11) que controla la carga (13) de la carga discontinua (3) y hace que éste tenga un comportamiento discontinuo.

2. Sistema de eliminación de picos de corriente, según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer regulador de tensión (7) es un convertidor DC-DC de tensión.

3. Sistema de eliminación de picos de corriente, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segundo regulador de tensión (9) es un convertidor DC-DC de tensión.