FILTRO EN MODO COMúN Y DISPOSITIVO DE CONTROL DE PUERTAS QUE

UTILIZA DICHO FILTRO

D E S C R I P C I ó N

OBJETO DE LA INVENCIóN

La presente solicitud de Patente de Invención tiene por objeto un nuevo filtro de los denominados "en modo común" utilizado para eliminar las perturbaciones o ruidos en los circuitos eléctricos.

Más concretamente, el filtro que Ia invención propone tiene por objeto filtrar los ruidos eléctricos procedentes de las líneas de alimentación y de señales hacia el circuito protegido, así como minimizar las interferencias que en modo conducido se pudieran generar.

Además, es objeto de Ia presente invención un dispositivo para el control de puertas en el entorno ferroviario que utiliza dicho filtro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

En general, al alimentar un circuito desde una fuente de tensión externa, éste puede recibir y generar interferencias que perturben tanto su propio funcionamiento como el del resto de los equipos conectados a Ia misma tensión externa.

En Ia actualidad, las fuentes conmutadas de alimentación incorporan un filtro en modo común para eliminar las interferencias conducidas a Ia alimentación. Estos filtros se utilizan en las líneas de alimentación.

En el caso de alimentación continua el filtro en modo común está formado por dos bobinas, una en cada hilo de alimentación, acopladas sobre un mismo núcleo magnético. En caso de alimentadores trifásicos el filtro en modo común esta formado por tres bobinas, una en cada hilo de alimentación, acopladas

sobre un mismo núcleo magnético. Por último los sistemas de alimentación basados en tripolos (un hilo de entrada, uno de salida y un retorno común), al igual que en los sistemas trifásicos, el filtro en modo común está formado por tres bobinas, una en cada hilo de alimentación, acopladas sobre un mismo núcleo magnético, como se describe en Ia patente europea EP1487092.

Así, típicamente, existen diferentes filtros de este tipo dependiendo de Ia naturaleza de Ia referencia de dichas líneas, las cuales pueden ser:

- Líneas de entrada de alimentación que deben pasar por el filtro como es habitual.

- Señales que provienen del exterior y cuya referencia se hace a un potencial interno del circuito a proteger y por Io tanto no presentan ningún problema y no deben pasar por el filtro ya que a todos los efectos son señales internas, independientemente de que se cableen dentro o fuera de Ia placa que contiene Ia electrónica; y

- Señales que provienen del exterior y cuya referencia se hace a un potencial anterior al filtro, o dicho de otro modo, señales de control exteriores utilizadas en sistemas para cuya protección se utiliza un filtro en modo común para las líneas de alimentación (activo y retorno), en donde dichas señales cuentan con retornos comunes al retorno de las líneas de alimentación.

Para este último caso, sin embargo, los filtros en modo común convencionales presentan serias deficiencias, pues dichas señales aportan unas corrientes directas al sistema que no entran por el filtro en modo común, pero que sí salen por él, produciendo Ia descompensación del mismo, y haciendo que éste se comporte como un generador de ruido eléctrico. Es decir, que dichas señales descompensan el flujo de corrientes de entrada y salida del filtro haciéndole trabajar de forma incorrecta y generando ruido indeseable tanto en las líneas de control como en Ia alimentación.

Dicho de otro modo, dado que Ia filosofía de este tipo de filtros en modo

común se basa en que Ia suma de las corrientes entrantes y salientes ha de ser forzosamente cero por tener sentidos inversos, de no ser así significa que parte de Ia corriente circula por alguna línea exterior y luego retorna por el filtro, generando tensiones de Ia polaridad y valor adecuadas en él para intentar compensar este desequilibrio.

De forma más concreta, en Ia figura 1 puede verse un circuito esquemático que representa dicho inconveniente presentado por el estado de Ia técnica actual de este tipo de filtros, en donde se aprecia cómo Ia bobina L estaría compensada sólo en el caso de pasar Ia misma corriente por sus dos bobinas, es decir, si se da Ia condición de que 12 = 13. Esto es cierto siempre que 11 tenga un valor de cero amperios.

Sin embargo, en el momento de aplicar una señal de tensión positiva con respecto a Ia línea de tierra, aparece una corriente 11 que retornará a tierra por

Ia bobina inferior de L. Esto hace que ahora:

13 = 11 + 12; Io cual lleva a Ia incongruencia de tener que cumplir simultáneamente:

I3 = I2 I3 = I2 + 11 con I1# O

Como esto es, lógicamente, imposible, el transformador actuará generando tensiones en sus bobinados para intentar compensar el desequilibrio de corrientes. Estas tensiones, que pueden llegar a ser muy elevadas, se manifestarán en forma de picos de ruido eléctrico que aparecerán en las líneas de control y alimentación.

Además, en el caso de que existiesen otros equipos conectados alimentados en paralelo dichos picos de ruido llegarán también a ellos, habiéndose verificado experimentalmente que existe una visible perturbación en el funcionamiento de los mismos, tal y como puede apreciarse en las figuras 2A, 2B y

2C.

De forma más concreta, en Ia figura 2A se muestra cómo cuando el

interruptor S1 se encuentra abierto y el interruptor S2 también está abierto se cumple el balance de corrientes por las bobinas en modo común (L1 de un primer equipo A y L2 de un segundo equipo B). Por Io tanto:

11 =12 13=14

En Ia figura 2B se cierra el interruptor S2 dejando abierto el interruptor S1. Aparecen las corrientes 15 e 16. En esta situación se tiene que cumplir:

12=11 +15 I4=I3+I6

Como las bobinas L1 y L2 tienden a igualar las corrientes por sus bobinados generan una tensión VL1 y VL2 para oponerse a este incremento de corriente. Por último, como puede verse en Ia figura 2C, dado que Ia diferencia de corrientes persiste, las bobinas L1 y L2 tienden a saturarse. Si se supone que sea L2 Ia que antes se sature (por dispersiones constructivas), Ia influencia de Ia misma desaparece, Io que hace que el potencial del punto A se haga superior al del punto B, y Ia aparición de una corriente 17. Esta corriente es interpretada por el equipo B como si estuviese cerrado el interruptor S1 , produciendo que el equipo B actúe de forma anómala.

Así, para un caso particular de control de varios sistemas alimentados a Ia misma tensión que comparten líneas de control, como puede ser el utilizado para el control de puertas de viajeros en donde dichas señales de control pueden ser las de apertura y cierre de las puertas, surge el problema de Ia aparición de señales en una de las líneas de control creadas por Ia influencia de Ia otra, como se ha explicado anteriormente, provocando un funcionamiento descontrolado del sistema.

Para tratar de solucionar estos problemas señalados, se dispone en el estado de Ia técnica de diferentes soluciones, como son:

- Incluir sofisticados filtros por cada línea de entrada que minimicen los efectos del ruido generado; o

- Utilizar optoacopladores, relés u otro tipo de aisladores galvánicos para las señales que independicen Ia alimentación a ambos lados del filtro, y que presentan Ia ventaja respecto a Ia técnica anterior de que siempre es preferible no producir ruidos eléctricos a producirlos y luego eliminarlos.

Ambas soluciones, sin embargo, presentan los problemas derivados de un mayor coste y por Io tanto un encarecimiento del sistema en general, así como el de un aporte de elementos electrónicos extra susceptibles de fallos que disminuyen Ia fiabilidad del sistema, con una mayor ocupación de placa.

DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

El filtro en modo común que Ia presente invención propone soluciona los inconvenientes antes señalados, constituyéndose como una alternativa efectiva y económica.

Así, el filtro en modo común de Ia invención se materializa de tal forma que comprende, además de las bobinas correspondientes a cada hilo de alimentación (continua, alterna, trifásica y tripolos), una bobina extra por cada una de las líneas de control o señales externas con referencia al retorno de alimentación común anterior al filtro.

Más concretamente, cuando las líneas de control o señales que provienen del exterior se referencian a un potencial anterior al filtro, que son las que descompensarían el flujo de corrientes de entrada y salida de éste haciéndole trabajar de forma incorrecta y generando ruido indeseable tanto en las líneas de control como en Ia alimentación, el filtro de Ia invención se estructura de forma que, como ya se ha dicho, incluya una bobina extra por cada una de las señales externas con referencia al retorno de alimentación común.

Así, en el filtro de Ia invención, al introducir las líneas de señal referenciadas a Ia alimentación externa en el filtro de modo común, Ia suma de las corrientes de entrada y salida quedarán equilibradas, quedando todas las líneas filtradas de ruidos eléctricos conducidos en modo común al quedar las corrientes

por los distintos devanados de Ia bobinas compensadas, consiguiéndose que el filtro funcione correctamente y que así desaparezcan las tensiones indeseadas en las líneas de control y las interacciones con otros dispositivos.

DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:

Figura 1.- Muestran un diagrama o circuito esquemático de un filtro en modo común del estado de Ia técnica para el caso particular en el que únicamente se quiere proteger un equipo o sistema.

Figuras 2A, 2B y 2C- Muestran tres diagramas o circuitos esquemáticos de los filtros en modo común del estado de Ia técnica para el caso particular en el que se quieren proteger dos equipos conectados en paralelo.

Figura 3.- Muestra un diagrama o circuito esquemático del filtro en modo común de Ia presente invención.

Figura 4.- Muestra una figura esquemática de Ia utilización del filtro de Ia invención cuando existen n líneas de control.

Figura 5.- Muestra sendas figuras en perspectiva de Ia realización física de un filtro en modo común de Ia invención para el caso de que existan 2 líneas de alimentación y 3 líneas de control referenciadas a Ia alimentación.

Figura 6.- Muestra, de forma también esquemática, Ia aplicación del filtro de Ia invención en un dispositivo de control de puertas.

REALIZACIóN PREFERENTE DE LA INVENCIóN

Según una posible realización práctica de Ia invención, apreciable en Ia figura 3, para el caso en el que el filtro en modo común de Ia invención se aplica a un circuito (5) o equipo electrónico, que consta de una fuente de alimentación (6) de corriente continua, con cuatro líneas de control (1 , 2, 3 y 4), en donde las líneas de control (1 ) y (2) están referenciadas al punto de 0 voltios de dicha fuente de alimentación (6), anterior al filtro, mientras que las líneas de control (3) y (4) están referenciadas a un potencial interno del circuito (5).

Así, según dicha figura 3, al introducir las líneas de control (1 ) y (2) referenciadas a Ia alimentación externa en el filtro de modo común, Ia suma de las corrientes de entrada y salida (11 , 12, 13 e 14) quedará equilibrada.

En realizaciones alternativas, las señales de control pueden ser tanto de entrada como de salida, por ejemplo para el caso en el que se necesitara comandar cargas exteriores desde el equipo de control, incluso con referencias de potencial distintas, siempre que se cumpla que todas las líneas queden filtradas de ruidos eléctricos conducidos en modo común al quedar las corrientes (H , 12, 13 e 14) por los distintos devanados de Ia bobinas (L1 , L2, L3 y L4) compensadas, consiguiéndose que el filtro funcione correctamente y desaparezcan las tensiones indeseadas en las líneas de control y las interacciones con otros dispositivos.

Más concretamente, en este esquema, las corrientes 11 e 12 introducidas al activarse las líneas de control (1 ) y (2), pasan por las correspondientes bobinas del filtro (L1 ), (L2), retornando hacia el punto de 0 voltios de Ia fuente de alimentación (6) por Ia bobina (L4) inferior. Por Io tanto Ia suma de corrientes 11 + 12 + 13 - 14 = 0 A, quedando el transformador totalmente equilibrado. Las dos líneas de control (3) y (4) no tienen ningún efecto negativo sobre el filtro al quedar las corrientes por los distintos devanados de Ia bobinas (L3) y (L4) compensadas.

Según una posible realización de Ia invención mostrada esquemáticamente en Ia figura 4, el filtro de Ia invención es susceptible de ser ampliado para el caso de que existan n líneas de control (1 , 2, ... n) para un circuito (5) o equipo electrónico, según las necesidades de cada aplicación.

En Ia figura 5 se muestra una posible realización física de un filtro en modo común de Ia invención para el caso de que existan 2 bobinados a modo de líneas de alimentación (7,8) y 3 bobinados a modo de líneas de control (9, 10, 1 1 ) referenciadas a Ia alimentación. Todas las líneas (7, 8, 9, 10 y 1 1 ) están acopladas magnéticamente entre ellas a través de un núcleo magnético (12), en donde dicho núcleo magnético (12) podrá ser de forma toroidal, o de cualquier otra forma como núcleos E, U, I, etc.

El núcleo magnético (12) podrá ser además formado juntando varios toroides de distinta permeabilidad para conseguir atenuaciones a distintas frecuencias. Igualmente, los bobinados de las inductancias se podrán hacer de distinta sección dependiendo de Ia corriente que circule por ellos.

Dentro de las posibles aplicaciones prácticas de Ia invención se encuentra Ia de un dispositivo de control de puertas, específicamente, para el control de apertura en puertas, por ejemplo en el ámbito ferroviario, en donde dicha puerta es comandada por una unidad de control de puertas (13) o UCP, mostrada esquemáticamente en Ia figura 6, en donde pueden aparecer los problemas señalados del estado de Ia técnica actual, es decir, en donde dichas unidades de control de puertas (13) están alimentadas por Ia misma fuente de alimentación (6), típicamente de 1 10 voltios, que comparten dos líneas de control (1 ) y (2), una para

Ia orden de cierre y otra para Ia orden de apertura que ejecuta el conductor que están referenciadas a dicha fuente de alimentación (6). Estos problemas serían, para este caso, el de Ia aparición de corrientes por las líneas de control (1 ) y (2) que podrían hacer que las puertas se abriesen o cerrasen sin que se hubiese ejecutado

Ia orden para ello.

Sin embargo, al aplicarse el filtro de Ia invención, es decir, al introducir las líneas de control (1 ) y (2) referenciadas a Ia alimentación externa en el filtro de modo común según Io descrito, o dicho de otro modo, al incluir una bobina extra por cada una de dichas líneas de control (1 ) y (2) Ia suma de las corrientes de entrada y salida quedará equilibrada gracias a Ia compensación de corrientes por las bobinas.