11 knúmero de publicación: kint. Cl. 7 : H02H 3/093

Transcripción

1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 knúmero de publicación: kint. Cl. 7 : H02H 3/093 G0D 23/24 F2B 49/00 F24F 11/00 12 k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 k Número de solicitud europea: k Fecha de presentación: k Número de publicación de la solicitud: k Fecha de publicación de la solicitud: k 4 Título: Termostato con protección contra cortocircuitos. k Prioridad: US 3112 k 73 Titular/es: CARRIER CORPORATION Carrier Parkway P.O. Box 4800 Syracuse New York 13221, US k 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: k 72 Inventor/es: Shreeve, William O.; Werbowsky, Laurie L. y Essig, Thomas W. k 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: k 74 Agente: Elzaburu Márquez, Alberto ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES T3 2 DESCRIPCION Termostato con protección contra cortocircuitos. Este invento se refiere a un termostato electrónico que posee un controlador para controlar normalmente la activación de un sistema de calentamiento o enfriado. En particular, este invento se refiere a la utilización del controlador para eliminar una condición de cortocircuito cuando se detecta un cortocircuito en el termostato. Los sistemas de calentamiento, ventilación y acondicionamiento de aire (HVAC) son utilizados ordinariamente en los hogares y establecimientos comerciales para proporcionar ambientes de temperatura controlada. De forma general, un termostato se utiliza para establecer manualmente una temperatura deseada en un área calentada oenfriadaporelsistemahvac.eltermostato incluye un controlador que controla la activación del sistema HVAC. De esta forma, si la temperatura en el áreaasercalentadaoenfriadaseha desviado de la temperatura deseada establecida en el termostato, el controlador enviará una señal que encenderá el sistema HVAC. Durante la instalación de un sistema HVAC, hay ocasiones en donde los cables conectados al termostato son incorrectamente unidos por un trabajador o son cruzados accidentalmente en algún punto. De este modo, el termostato debe ser diseñado para manejar problemas transitorios producidos por tales situaciones con el fin de asegurar un funcionamiento seguro y confiable. Un problema que es originado comúnmente por cables cruzados o conectados es un cortocircuito. El cortocircuito produce un gran flujo de corriente a través de las pistas de circuito impreso del termostato y, si no se tiene en cuenta, el cortocircuito podría terminar en un incendio o daño permanente al termostato. Para proteger apropiadamente los termostatos de las condiciones de cortocircuito, se ha sabido, por consiguiente, agrandar el ancho de las pistas de circuito impreso en el termostato que porten el flujo potencialmente grande de corriente. Estas pistas deben ser de suficiente ancho para al menos llevar el flujo grande de corriente hasta que un fusible asociado con las pistas de circuito impreso se queme. La solución anterior para manejar las condiciones de cortocircuito se está convirtiendo en cada vez más difícil de implementar a medida que los termostatos se hacen más pequeños y más compactos. De acuerdo con esta consideración, la necesidad de mantener las pistas de circuito impreso ensanchadas como una precaución de seguridad, reduce la capacidad para crear termostatos más compactos aún cuando las pistas de circuito impreso ensanchadas son necesarias solamente durante las condiciones de cortocircuito. Además, ya que este método de protección contra cortocircuitos permite que la corriente fluya hasta que un fusible se queme, hay un costo añadido asociado con el reemplazo del fusible cada vez que ocurre un cortocircuito. El documento US-A muestra un sistema eléctrico que protege una fuente de potencia alterna de un sistema de control para una bomba de calor de una condición de cortocircuito Es un objeto de este invento proporcionar un termostato que posea un mecanismo seguro y confiable para manejar condiciones de cortocircuito. Es un objetivo adicional de este invento permitir termostatos más compactos al minimizar el tamaño necesario de las pistas de circuito impreso utilizadas en el interior de cada termostato. Es un objetivo adicional de este invento reducir la frecuencia de reemplazo del fusible y de los costos asociados con ello, detectando y controlando un cortocircuito antes del quemado del fusible. De acuerdo con el presente invento, se proporciona un termostato para controlar la activación de un sistema para acondicionamiento de aire, comprendiendo dicho termostato: circuitería de activación conectada al citado sistema de acondicionamiento de aire para activar el citado sistema de acondicionamiento de aire; y un controlador conectado a la citada circuitería de activación, generando dicho controlador una señal de control para la citada circuitería de activación para causar que la citada circuitería de activación active o desactive el citado sistema de acondicionamiento de aire; y estando caracterizado porque incluye: circuitería de protección de cortocircuito conectada al citado controlador, comprendiendo la citada circuitería de protección de cortocircuito circuitería de rectificación que produce un voltaje de corriente continua que es contrastado para determinar si ha ocurrido un cortocircuito y un comparador que recibe una señal representativa del citado voltaje de corriente directa e indica al citado controlador que ha ocurrido un cortocircuito cuando la citada señal representativa del citado voltaje de corriente continua pasa a través de un voltaje de referencia predeterminado, de forma que el citado controlador establece la señal de control para desactivar la citada circuitería de activación por un período de tiempo predeterminado. De acuerdo con el presente invento, también se proporciona un método para controlar un sistema de acondicionamiento de aire como se muestra en la reivindicación 6. Cuando la circuitería de detección detecta que el voltaje de corriente continua ha caído por debajo de un valor predeterminado, la circuitería de detección indica al controlador que ha ocurrido un cortocircuito. El controlador puede después de eso desactivar la circuitería de activación para eliminar el cortocircuito. La circuitería de detección incluye también preferentemente un lazo de realimentación utilizado para estabilizar la salida de la circuitería de detección que sigue a una condición de cortocircuito. Los objetivos y características del invento serán claros con la consideración de la descripción detallada del invento, dada por medio de ejemplo solamente, tomada conjuntamente con los dibujos queseacompañan, en los cuales: Fig. 1 es un diagrama de bloque que muestra un transformador que alimenta un voltaje rebajado a un termostato que controla un sistema HVAC; y Fig. 2 es un diagrama del circuito para el termostato electrónico de Fig. 1. Con referencia a Fig 1, se muestra un sistema de calentamiento, ventilación y acondi-

3 3 ES T3 4 cionamiento de aire (HVAC) para ser controlado por un termostato 7. El termostato es utilizado para establecer una temperatura deseada en un área que es calentada o enfriada por el sistema HVAC y recibe su energía de un transformador 17. El transformador es utilizado para bajar el voltaje de una toma de corriente alterna de una casa u oficina antes de alimentar el termostato. ComosemuestraenFig.2,eltermostatoincluye un microprocesador 9 que envía una señal de control que controla el estado activo del sistema HVAC basado en si un área a ser calentada oenfriadaporelsistemahvacsehadesviado de la temperatura deseada establecida en el termostato. El microprocesador controla el estado activo del sistema HVAC a través de un transistor interruptor 11 que está conectado a un relé 13, como se discute más adelante. Como se muestra además en Fig.2, la circuitería de rectificación 1 se utiliza para rectificar un voltaje alterno producido a la salida del transformador 17. La circuitería de rectificado consiste en un primer diodo 19, un segundo diodo 21 y un condensador 23. Los dos diodos 19 y 21 están conectados en serie y conectan la salida del transformador a un extremo del condensador 23. El otro extremo del condensador 23 se conecta a tierra. Debe notarse que el punto donde el diodo 21 y el condensador 23 se conectan, será referido más adelante como un voltaje continuo igual a V dc. El relé 13 consiste en un contacto de relé 2y una bobina de relé 27. Un extremo del contacto del relé se conecta al transformador 17 mientras que el otro extremo del contacto del relé seconecta al sistema HVAC. La bobina del relé seconectaenunextremoalvoltajev dc, y en el otro extremo al colector del transistor 11. Además, se conecta un diodo 29 en paralelo con la bobina del relé y sirve para proteger el transistor de cualquier gran voltaje positivo producido por la bobina del relé cuando el transistor se apaga. Sin embargo, cuando el transistor se enciende, la bobina del relé produce un campo magnético a través del contacto del relé 2 que cierra el contacto del relé y permite que la corriente fluya al sistema HVAC. ComosemuestraenFig. 2,eltransistor11 tiene su emisor conectado a tierra a través de una resistencia 12 y su base conectada al microprocesador 9 a través de una resistencia 31. Así, cuando el microprocesador determina que la temperatura en el áreaasercalentadaoenfriadase ha desviado de la temperatura establecida en el termostato, el microprocesador enviará una señal de control a la base del transistor que le influirá. Esto permitirá que la corriente fluya a través de la bobina 27 del relé y active el sistema HVAC. Un comparador 33 tiene una salida de colector abierta conectada al microprocesador que es utilizada para indicar al microprocesador cuando se detecta un cortocircuito. Una resistencia de parada 3 conectada a la salida de colector abierta del comparador mantiene un nivel de voltaje alto en el microprocesador cuando no se detecta ningún cortocircuito. Una resistencia 37 conecta el terminal de entrada positivo del comparador al voltaje V dc. Adicionalmente, una resistencia 39 conecta entre el terminal de entrada positivo y tierra. De este modo, las resistencias 37 y 39 sirven como un divisor de tensión para la entrada positiva del comparador 33 creando un potencial de voltaje en esta entrada aproximadamente igual av dc (R 39/(R 37 +R 39 )), en donde R 37 es la resistencia de la resistencia 37 y R 39 es la resistencia de la resistencia 39. La entrada negativa del comparador se conecta a una fuente de voltaje V s. Una resistencia 41 crea un lazo de realimentación entre la salida del comparador 33 y la entrada positiva del comparador. Este lazo de realimentación se utiliza para suministrar histéresis que ayuda a estabilizar la salida del comparador después de que dispare, de forma que fluctuaciones pequeñas en el terminal de entrada positivo del comparador no causarán el disparo repetido del comparador. Se describirá ahora la operación de la circuitería en respuesta a un cortocircuito. Un cortocircuito ocurrirá sielextremodelcontactodel relé 2 que va al sistema HVAC se conecta accidentalmente a tierra y el relé 13abre. Esto causará queelvoltajev dc caiga. La relación a la cual el voltaje V dc disminuiráestá definido por el condensador 23. El condensador 23 es dimensionado preferiblemente de forma que el voltaje dividido V dc (R 39/(R 37 +R 39 )), caerá por debajo del voltaje de alimentación V s dentro de un cierto período de tiempo. Este período de tiempo debe ser lo bastante corto como para no permitir que una gran corriente producida por la condición de cortocircuito degrade las pistas de circuito impreso del termostato. El período de tiempo puede ser encontrado empíricamente sometiendo a la circuitería del termostato a la condición de cortocircuito y notando cuánto tiempo puede resistir la circuitería la gran corriente producida por la condición de cortocircuito. El período de tiempo resultante puede ser reducido para tener en cuenta otras consideraciones tales como por ejemplo márgenes de diseño. Cuando el nivel de voltaje en el terminal de entrada positivo del comparador cae por debajo del nivel de voltaje V s, la salida del comparador irá indicando poco a poco al microprocesador que ha ocurrido un cortocircuito. Después de recibir una indicación de que un cortocircuito ha ocurrido, el microprocesador envía una señal de control al transistor 11, que apaga el relé 13 durante quince segundos preferentemente. Cuando el relé se apaga, el contacto 2 del relé abre, creando un circuito abierto en el camino del flujo de corriente previamente creada por el cortocircuito, previniendo así de un potencial daño al termostato. Cuando el período de tiempo de quince segundos expira, el microprocesador generará de nuevo una señal de control al transistor 11 disparando el relé 13. Si el relé 13continúa experimentando la condición de cortocircuito anteriormente mencionada, entonces la salida del comparador 33 caerá denuevopordebajodentrodetrescientos milisegundos incitando al microprocesador a enviar de nuevo una señal de control al transistor 11 apagando el transistor 11 durante el período de tiempo predeterminado. Este proceso de activación y desactivación del transistor 11 a través de una señal de control desde el microprocesador continuarámientraslacondición de cortocircuito 3

4 ES T3 6 permanezca presente. Debe de ser apreciado que mientras que ha sido descrito un termostato que posee una característica de protección de cortocircuito para utilizarse con un relé, el invento descrito arriba puede ser también incorporado dentro de otros diseños de termostatos. Además, debería ser entendido por aquellos cualificados comúnmente en la técnica, que pueden ser realizadas varias modificaciones al presente invento sin salirse del alcance del concepto de invención general que se define por las reivindicaciones adjuntas

5 7 ES T3 8 REIVINDICACIONES 1. Un termostato (7) para controlar la activación de un sistema () para acondicionamiento de aire, comprendiendo dicho termostato (7): circuitería de activación (11, 13) conectada al citado sistema () para acondicionamiento de aire para activar dicho sistema () para acondicionamiento de aire; y un controlador (9) conectado a la citada circuitería de activación (11, 13), generando dicho controlador (9) una señal de control para la citada circuitería de activación (11, 13) para provocar que la citada circuitería de activación (11, 13) active o desactive el citado sistema () para acondicionamiento de aire; y estando caracterizado porque incluye: circuitería de protección de cortocircuito (1, 33) conectada al citado controlador (9), comprendiendo dicha circuitería de protección de cortocircuito (1, 33) circuitería de rectificado (19, 21, 23) que produce un voltaje de corriente directa (V dc ) que es contrastado para determinar si ha ocurrido un cortocircuito, y un comparador (33) que recibe una señal representativa del citado voltaje de corriente directa (V dc ) e indica al citado controlador (9) que ha ocurrido un cortocircuito cuando la citada señal representativa del citado voltaje de corriente directa(v dc )pasaatravés de un voltaje de referencia predeterminado (V s )deforma que el citado controlador (9) establece la señal de control para desactivar la citada circuitería de activación (11, 13) por un período de tiempo predeterminado. 2. El termostato de la reivindicación 1, en donde la citada circuitería de detección de cortocircuito comprende adicionalmente: un circuito de realimentación (41) que conecta la salida del citado comparador (33) con la entrada del citado comparador (33) que recibe la señal representativa del citado voltaje de corriente directa (V dc ) para estabilizar la salida del citado comparador (33) que sigue a una condición de cortocircuito. 3. El termostato de cualquier reivindicación precedente, en donde el citado controlador comprende un procesador programable (9) que genera una señal de control de dos niveles, disparando normalmente la citada circuitería de activación (11, 13) a un nivel de señal dado. 4. El termostato de cualquier reivindicación precedente, en donde la citada circuitería de protección de cortocircuito comprende: circuitería de señal de dos niveles (33) conectada operativamente al citado controlador (9) para indicar al citado controlador (9) cuando ha ocurrido una condición de cortocircuito, de forma que dicho controlador (9) puede desactivar la citada circuitería de activación (11, 13) durante el citado período de tiempo predeterminado.. El termostato de cualquier reivindicación precedente, en donde la citada circuitería de activación incluye: circuitería de transmisión de señal (27) para transmitirun nivelde señal predefinido que active el citado sistema () para acondicionamiento de aire; y un transistor interruptor (11) conectado a la citada circuitería de transmisión de señal (27) para cambiar el nivel de señal de conectado o desconectado en respuesta a la señal de control desde el citado controlador (9). 6. Un método para controlar un sistema () para acondicionamiento de aire, comprendiendo el paso de: activar normalmente el sistema () para acondicionamiento de aire por una señal de control enviada desde un controlador (9) cuando una temperatura percibida varía de una temperatura establecida y caracterizada por las etapas de: producir un voltaje continuo rectificado; supervisar el voltaje continuo para detectar una condición de cortocircuito en la circuitería asociada con el sistema para acondicionamiento de aire; y establecer la señal de control del controlador (9) para desactivar dicho sistema () para acondicionamiento de aire cuando se detecta un cortocircuito, en donde la citada etapa de detección de una condición de cortocircuito en la circuitería asociada con el sistema para acondicionamiento de aire comprende las etapas de: descargar un condensador (23); comparar un voltaje producido por el condensador de descarga (23) con un nivel de voltaje predefinido (V s ); y enviar una señal de cortocircuito al controlador (9) cuando el voltaje producido por el condensador de descarga (23) pasa a través del nivel de voltaje predefinido (V s ). 7. El método de la reivindicación 6, comprendiendo además la etapa de: generar una señal de control en el controlador (9) que desactiva el sistema () por un período de tiempo predeterminado como respuesta a la recepción de la señal de cortocircuito al controlador (9) cuando se detecta un cortocircuito. 8. El método de las reivindicaciones 6 ó 7, comprendiendo además la etapa de: abrir el camino de corriente desde una fuente de energía (17) suministrando voltaje al sistema () para acondicionamiento de aire cuando la señal de control generada por el controlador (9) se fija para desactivar el sistema () para acondicionamiento de aire. NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del , no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluída en la mencionada reserva.

6 6 ES T3