RELE DE ESTADO SOLIDO.

Un conjunto eléctrico para ser utilizado en un sistema eléctrico en el que puede producirse una formación de arcos eléctricos durante el desacoplamiento de dos partes acoplables (10,

20) de un conector eléctrico (2) conectable entre una fuente y una carga, comprendiendo cada parte acoplable terminales separables colocados dentro de alojamientos separables, comprendiendo el conjunto eléctrico el conector eléctrico (2) y un relé (1) de estado sólido, en el que el conector eléctrico (2) está conectado al relé (1) de estado sólido de forma que el relé (1) de estado sólido cambia a un estado abierto, desconectando la fuente de la carga por medio del relé, después del comienzo del desacoplamiento del conector eléctrico, pero antes del inicio de la formación de arcos eléctricos entre las dos partes (10, 20) del conector eléctrico (2), y en el que el conector eléctrico (2) incluye un primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento y un segundo medio (16) de contacto de acoplamiento, teniendo el primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento suficiente capacidad de transporte de corriente para transportar toda la corriente a través del conector (2), y siendo desconectable el segundo medio (16 o 32) de contacto de acoplamiento antes de la desconexión del primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento caracterizado porque el relé (1) de estado sólido incluye un transistor MOS (Q1) de efecto de campo de energía, y el segundo medio (16) de contacto de acoplamiento está conectado al relé (1) de estado sólido, de forma que el transistor MOS (Q1) de efecto de campo de energía es desconectado cuando se desconecta el segundo medio (16) de contacto de acoplamiento y no se transporta corriente a través del primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento cuando el primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento está desconectado en el que el relé (1) de estado sólido está conectado entre un terminal positivo de la batería y una carga, y en el que el relé (1) de estado sólido flota con respecto a tierra, cuando el transistor MOS (Q1) de efecto de campo de energía está desconectado, para eliminar la corriente de fuga entre la batería y tierra

La presente invención versa acerca de un relé de estado sólido que incluye un transistor MOS de efecto de campo de energía en el que la circuitería del relé flota cuando el transistor MOS de efecto de campo de energía recibe una instrucción de DESCONEXIÓN para evitar que corrientes de fuga agoten una batería. La invención también versa acerca de la prevención de la formación de arcos eléctricos cuando hay conectores eléctricos desacoplados. Versa, 5 además, acerca de sistemas eléctricos de 42 voltios que pueden ser utilizados en automóviles o en vehículos de motor para reducir pérdidas eléctricas.

Los contactos que transportan cantidades significativas de energía formarán un arco eléctrico cuando están desconectados. La cantidad de daño producido por un arco eléctrico sufrido por los contactos depende de su estructura física, de la corriente de carga, de la tensión de alimentación, de la velocidad de separación, de las características de la 10 carga (resistiva, capacitiva, inductiva), al igual que otros factores.

Se espera que los futuros sistemas de los automóviles utilicen 42 voltios para reducir las corrientes de carga y las pérdidas asociadas debidas a la instalación eléctrica. Esta mayor tensión podría provocar que se produjesen daños significativos producidos por un arco eléctrico a los presentes conectores diseñados para una operación de 12 voltios. Para evitar las posibles responsabilidades asociadas con un fallo catastrófico del conector, los fabricantes de 15 automóviles están solicitando un nuevo diseño de conector que pueda ser conectado directamente en funcionamiento un número significativo de veces. Se consideran veinte ciclos como un requerimiento mínimo.

Para desconectar la corriente de 42 voltios sin daños significativos requiere interrumpir aproximadamente 1500 vatios para muchas cargas y hasta 15 KW para el circuito principal de la batería. Los módulos utilizados actualmente en las aplicaciones de automóviles pueden consumir más de 500 vatios. Las fuentes de alimentación deben suministrar uno o 20 más kilovatios de energía. Las soluciones convencionales requieren bien que se desconecte la corriente antes de que se separen o bien que se desacoplen los contactos o que se emplee una porción sacrificatoria de contacto. El coste, el espacio, la fiabilidad, la seguridad, el rendimiento y la complejidad de estas soluciones hacen que no sean adecuadas para aplicaciones, tales como sistemas eléctricos de automóviles.

Hay muchas cosas, conocidas en el campo de las fuentes de alimentación, que extinguirán rápidamente un arco y 25 muchas cosas en la industria de los relés que minimizarán el daño producido por un arco eléctrico a conectores y contactos. Estas pueden ser encontradas en la bibliografía, tal como Gaseous Conductors de James D. Cobine y el Ney Contact Manual de Kenneth E. Pitney. La mayoría de estos procedimientos no son prácticos en conectores eléctricos típicos más pequeños y separables tal como los utilizados en automóviles, ordenadores y aparatos eléctricos. Ninguno de ellos eliminará la formación de arcos eléctricos. De hecho, incluso los contactos que están homologados para una 30 interrupción de corriente utilizados en dichos conectores de alimentación más pequeños serán destruidos al interrumpir lo bastante a menudo o con suficiente lentitud corrientes de régimen. Hay una vida finita para los conectores existentes dado que se producirá la formación de arcos eléctricos y provocará daños cada vez que se desconecte el conector.

Un enfoque que ha sido sugerido es incluir un relé en el sistema eléctrico que será desconectado antes de la desconexión de un conector eléctrico. El relé podría estar incorporado en un cajetín de conexiones u otra caja que 35 deben ser abiertos antes de que se pueda desconectar el conector. Cuando se abran el cajetín de conexiones o la caja, también se abriría el relé cuando se emplea este enfoque. Sin embargo, tal enfoque requeriría componentes adicionales para cada conector eléctrico que pudiesen ser desacoplados o acoplados bajo carga, y, en tal sentido, también se añadiría complejidad y coste a un sistema eléctrico de automóviles.

Otra alternativa que ha sido considerada es incorporar un componente de conmutación, tal como un transistor MOS de 40 efecto de campo de energía, en un conector eléctrico. Tal dispositivo de conmutación sería desconectado antes de que pudiese producirse la formación de un arco eléctrico. Sin embargo, los transistores MOS individuales de efecto de campo de energía no poseen la combinación requerida de tamaño, de capacidad de transporte de corriente y de coste para hacer que tal solución sea práctica en la actualidad. Además, los transistores MOS convencionales de efecto de campo de energía no han sido aceptados de forma generalizada para ser usados en aplicaciones de automóviles 45 debido a corrientes de fuga que pueden agotar una batería cuando se utiliza un gran número de dichos dispositivos en un sistema eléctrico de automóviles. El documento US-A-5.926.354 da a conocer un relé de estado sólido y un disyuntor que incluye un transistor MOS de efecto de campo de energía. Sin embargo, el circuito de relé de estado sólido dado a conocer en el mismo incluye una conexión a tierra a través de la cual puede fugarse corriente del terminal positivo de la batería a tierra cuando el transistor MOS de efecto de campo de energía recibe una instrucción para pasar al estado 50 DESCONECTADO. Se cree que los relés convencionales de estado sólido que emplean un transistor MOS de efecto de campo de energía exhiben este problema de fuga si se utilizan esos relés en un conjunto estándar de relé con una configuración estándar de patillas. Un relé de estado sólido según la presente invención está diseñado para eliminar el problema de la fuga para los relés de estado sólido en configuraciones estándar.

La solicitud de patente alemana DE19838492(A1) da a conocer un conector enchufable “a prueba de explosión” que 55 comprende dos pestañas que permiten que fluya una corriente desde una fuente de alimentación a un usuario cuando están enchufadas. Se proporciona un dispositivo de conmutación entre una pestaña de conexión y la fuente de alimentación o el usuario, y también fluye la señal de mando de dicho dispositivo de conmutación a través de ambas pestañas de conexión. Los contactos de los circuitos de corriente principal están dispuestos en la parte delantera,

mientras que los contactos para la corriente piloto están dispuestos en la parte trasera, en la que los circuitos de corriente principal ya están cerrados, de esta manera, antes de encender el circuito de corriente piloto. Este sistema evita cualquier flujo de corriente en los circuitos de corriente principal cuando se acoplan o se desacoplan los contactos de los circuitos de corriente principal.

La patente US 4346419 da a conocer un sistema de conectores eléctricos para un dispositivo alimentado por una 5 corriente elevada que comprende un enchufe con dos contactos hembra de corriente elevada y un contacto hembra de corriente reducida, teniendo un enchufe en el dispositivo dos contactos macho de corriente elevada y un contacto macho de corriente reducida. Los contactos de corriente elevada son más largos que los contactos de corriente reducida, de forma que cuando se inserta el enchufe, los contactos de corriente elevada se conectan antes que el contacto de corriente reducida y cuando se extrae el enchufe se desconecta en primer lugar el contacto de corriente 10 reducida, rompiendo el circuito y evitando la formación de arcos eléctricos. Los contactos de corriente elevada en el enchufe están conectados eléctricamente al dispositivo eléctrico por medio de un interruptor de estado sólido en el que la puerta de control está accionada por medio del contacto de corriente reducida.

La presente invención contempla un conjunto eléctrico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones adjuntas. 15

Para que se comprenda fácilmente la presente invención, se hará ahora referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es un esquema de un circuito en el que se utiliza un transistor MOS de efecto de campo de energía en un relé inteligente de estado sólido que puede ser desconectado antes de que pueda producirse la formación de un arco eléctrico según se desacopla o se acopla un conector eléctrico.

La Figura 2 es un esquema similar a la Figura 1 en el que hay dos transistores MOS de efecto de campo de energía en 20 paralelo en el relé inteligente... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto eléctrico para ser utilizado en un sistema eléctrico en el que puede producirse una formación de arcos eléctricos durante el desacoplamiento de dos partes acoplables (10, 20) de un conector eléctrico (2) conectable entre una fuente y una carga, comprendiendo cada parte acoplable terminales separables colocados dentro de alojamientos separables, comprendiendo el conjunto eléctrico el conector eléctrico (2) y un relé (1) de estado sólido, 5

en el que el conector eléctrico (2) está conectado al relé (1) de estado sólido de forma que el relé (1) de estado sólido cambia a un estado abierto, desconectando la fuente de la carga por medio del relé, después del comienzo del desacoplamiento del conector eléctrico, pero antes del inicio de la formación de arcos eléctricos entre las dos partes (10, 20) del conector eléctrico (2), y en el que el conector eléctrico (2) incluye un primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento y un segundo medio (16) de contacto de acoplamiento, teniendo el primer medio (12, 22) 10 de contacto de acoplamiento suficiente capacidad de transporte de corriente para transportar toda la corriente a través del conector (2), y siendo desconectable el segundo medio (16 o 32) de contacto de acoplamiento antes de la desconexión del primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento

caracterizado porque el relé (1) de estado sólido incluye un transistor MOS (Q1) de efecto de campo de energía, y el segundo medio (16) de contacto de acoplamiento está conectado al relé (1) de estado sólido, de forma que el 15 transistor MOS (Q1) de efecto de campo de energía es desconectado cuando se desconecta el segundo medio (16) de contacto de acoplamiento y no se transporta corriente a través del primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento cuando el primer medio (12, 22) de contacto de acoplamiento está desconectado

en el que el relé (1) de estado sólido está conectado entre un terminal positivo de la batería y una carga, y

en el que el relé (1) de estado sólido flota con respecto a tierra, cuando el transistor MOS (Q1) de efecto de campo 20 de energía está desconectado, para eliminar la corriente de fuga entre la batería y tierra.

2. El conjunto eléctrico de la reivindicación 1, en el que el primer medio de contacto de acoplamiento comprende una primera patilla (32) de acoplamiento y contactos de receptáculo y el segundo medio de contacto de acoplamiento comprende una segunda patilla (34) de acoplamiento y contactos de receptáculo, siendo el segundo contacto (34) de patilla de acoplamiento más corto que el o los primeros contactos (32) de patilla de acoplamiento, de forma que el 25 segundo medio de contacto de acoplamiento es desconectable antes de la desconexión del primer medio de contacto de acoplamiento según se desacopla el conector eléctrico (2).

3. El conjunto eléctrico de la reivindicación 1, en el que el segundo medio de contacto de acoplamiento comprende un derivador (16) de corriente que se acopla a un terminal (22) de contacto acoplable con un segundo terminal (12) de contacto para formar el primer medio de contacto de acoplamiento, siendo desacoplable el derivador (16) de corriente 30 del terminal (22) de contacto antes de que se desacople el terminal (22) de contacto del segundo terminal (12) de contacto, según se desacopla el conector eléctrico (2).

4. El conjunto eléctrico de la reivindicación 1, 2 o 3, en el que la desconexión del segundo medio de contacto desconecta la derivación a tierra del transistor MOS (Q1) de efecto de campo de un circuito de detección para recargar la tensión de la puerta del transistor MOS de efecto de campo hasta la tensión de la fuente del transistor MOS de efecto 35 de campo para poner el transistor MOS de efecto de campo en un estado DESCONECTADO.

5. El conjunto eléctrico de cualquier reivindicación precedente 1 a 4, en el que la corriente a través del transistor MOS (Q1) de efecto de campo de energía está conectada por medio de una entrada débil activa de la puerta.

6. El conjunto eléctrico de la reivindicación 5, en el que el relé (1) incluye un circuito de monitorización conectado para monitorizar la caída de tensión entre la fuente y la derivación a tierra del transistor MOS (Q1) de efecto de campo de 40 energía, teniendo como resultado un aumento en la caída de tensión de la fuente – derivación a tierra, superior a una tensión de referencia, lo que tiene como resultado una señal alta en la puerta para desconectar el transistor MOS de efecto de campo de energía.