Un método de suministrar energía eléctrica de alto factor de potencia a una carga desde un inversor (10) que tiene un primer (16) y segundo (18) elementos de conmutación conectados a una primera (19) salida común del inversor (10) y a un primer (160) y segundo (162) terminales de bus de CC del inversor (10) respectivamente,

y un tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación conectados a una segunda (25) salida común del inversor (10) y a dichos primer (160) y segundo (162) terminales de bus de CC, respectivamente, comprendiendo el método: producir una señal de energía que representa la energía asociada con una tensión de salida del inversor (10) aplicando una función a una señal que representa la tensión de salida del inversor (10), en que aplicar dicha función comprende producir una señal promedio o media que es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10) tal que la señal de energía es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10); producir una señal de tensión de salida rectificada escalada en respuesta a una señal de tensión de salida rectificada que representa la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10), la señal de energía y una señal de energía de referencia, en que producir dicha señal de tensión de salida rectificada escalada comprende multiplicar dicha señal de tensión de salida rectificada por una relación de dicha señal de energía de referencia a dicha señal de energía, tal que dicha señal de tensión rectificada escalada es una versión escalada de dicha señal de tensión de salida rectificada que aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye; producir una señal de (PWM) en respuesta a dicha señal de tensión de salida rectificada escalada y una señal de corriente de salida rectificada que representa la corriente de salida del inversor (10); y controlar dichos primer (16), segundo (18), tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM y una señal de signo que representa un signo de la tensión de salida instantánea del inversor (10), tal que la corriente suministrada por el inversor aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye

Control del factor de potencia de salida de un inversor modulado de anchura de impulso.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo del invento El invento se refiere a la alimentación de energía a una carga de corriente alterna (CA) , Particularmente una red de corriente alterna, desde una fuente de corriente continua (CC) . Más particularmente, el invento se refiere a métodos y aparatos para controlar los elementos de conmutación de un circuito de conmutación de un inversor para alimentar energía eléctrica de alta factor de potencia a una carga.

2. Descripción de la técnica relacionada Como las demandas de los consumidores de energía y de la industria aumentan, formas alternativas de energía están resultando crecientemente aceptadas y desarrolladas. Una de estas formas alternativas de energía es la energía solar. La energía solar es a menudo recogida mediante el uso de uno o más paneles fotovoltaicos, que producen energía de corriente continua (CC) procedente de la energía del sol. La energía del sol incide sobre un panel fotovoltaico y puede proporcionar una fuente de energía fácilmente disponible en climas sujetos a elevadas cantidades de radiación solar. Un panel fotovoltaico o una pluralidad de tales paneles, conocidos como una agrupación o parque, puede producir más energía de la que puede ser requerida o demandada y así aunque la energía está disponible puede no ser usada. Para evitar el desperdicio o no hacer uso de esta energía fácilmente disponible, a menudo se hacen previsiones para alimentar energía eléctrica a la red pública general de corriente alterna a partir de la cual la mayor parte de los consumidores e industria extraen energía. En algunas áreas las agrupaciones fotovoltaicas están totalmente dedicadas a suministrar energía a la red pública general de corriente alterna.

Se han desarrollado normas para suministrar energía a la red de corriente alterna, para asegurar que la energía es suministrada de una manera tal que no interrumpa la operación de la red o de los dispositivos conectados a ella. En particular, se han establecido normas para la relación de fase de tensión y de corriente producida por los dispositivos que suministran energía a la red. Estas normas requieren que la energía sea suministrada con un factor de potencia próximo a la unidad, es decir la tensión y la intensidad en fase con las de la red. Por consiguiente, los dispositivos que suministran energía a la red a menudo tienen circuitos de corrección del factor de potencia de corriente alterna para asegurar que la relación de fase tensión de salida/intensidad de salida es la unidad o está cerca de ella. Típicamente, estos circuitos son ejecutados en la práctica en diseños digitales o analógicos. Los diseños digitales emplean a menudo procesadores o microprocesadores de señal digital. Sin embargo, tales ejecuciones prácticas usualmente carecen de un bucle de protección de sobreintensidades ciclo por ciclo, permitiendo que exista un estado de sobreintensidad durante un período de tiempo inaceptablemente largo, que puede dañar al equipo. Los diseños analógicos o analógicos/digitales híbridos requieren típicamente el uso de dos multiplicadores analógicos separados asociados con las fases respectivas de la forma de onda de corriente alterna, cada una de las cuales introduce errores en su producto por diferentes cantidades, que tiende a introducir una intensidad de CC desplazada, a la forma de onda de CA de salida, que requiere circuitos de compensación adicional que pueden aumentar la complejidad y el coste de suministrar energía a la red.

“Una investigación sobre un sistema de control de la energía fotovoltaica con seguimiento puntual de energía máxima”, Sun X. y col, IEEE, US, vol. 2, 2 Abril 2002, páginas 822 a 826, describe un sistema de energía fotovoltaica que proporciona una fuente de energía a sistemas de carga local o a una alimentación de red existente. El sistema de energía es controlado por un convertidor de CC-CC, y un convertidor de PWM monofásico bidireccional que incorpora un UC 3854 de Texas Instruments como un controlador de corriente de inversión que da al sistema un elevado rendimiento en armónicos y factor de potencia.

SUMARIO DEL INVENTO

De acuerdo con un aspecto del invento se ha proporcionado un método de suministrar energía eléctrica de alto factor de potencia a una carga desde un inversor que tiene un primer y segundo elementos de conmutación conectados a una primera salida común del inversor y a un primer y segundo terminales de bus de CC, del inversor respectivamente, y un tercer y cuarto elementos de conmutación conectados a una segunda salida común del inversor y a dichos primer y segundo terminales de bus de CC, respectivamente, comprendiendo el método: producir una señal de energía que representa la energía asociada con una tensión de salida del inversor aplicando una función a una señal que representa la tensión de salida del inversor, en el que aplicar dicha función comprende producir una señal media o promedio que es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor tal que la señal de energía es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor; producir una señal de tensión rectificada escalada en respuesta a una señal de tensión de salida rectificada que representa una tensión de salida instantánea rectificada del inversor, la señal de energía y una señal de energía de referencia, en el que producir dicha señal de tensión de salida rectificada escalada comprende multiplicar dicha señal de tensión de salida rectificada por una relación de dicha señal de energía de referencia a dicha señal de energía, tal que dicha señal de tensión de salida rectificada escalada es una versión escalada de dicha señal de tensión de salida rectificada que aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye; producir una señal de modulación de anchura de impulso (PWM) en respuesta a dicha señal de tensión de salida rectificada escalada y una señal de corriente de salida rectificada que representa la corriente de salida del inversor; y controlar dichos primer, segundo, tercer y cuarto elementos de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM y una señal de signo que representa un signo de la tensión de salida instantánea del inversor, tal que la corriente suministrada por el inversor aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye.

El método puede implicar recibir la señal de tensión de salida rectificada.

El método puede implicar detectar la tensión de salida instantánea del inversor y producir la señal de tensión de salida rectificada en respuesta a la tensión de salida instantánea.

El método puede implicar recibir la señal de energía.

El método puede implicar recibir la señal de energía de referencia.

El método puede implicar recibir la señal de corriente de salida rectificada.

El método puede implicar detectar una corriente de salida del inversor y producir la señal de corriente de salida rectificada en respuesta a la corriente de salida.

El método puede implicar producir una señal de control de compensación en respuesta a la señal de corriente de salida rectificada y a la señal de tensión de salida rectificada escalada. Producir la señal de control de compensación puede implicar realizar una función proporcional-integral sobre la diferencia entre la señal de tensión rectificada escalada y la señal de corriente de salida rectificada. Producir la señal de PWM puede implicar producir un impulso de tensión que tiene una anchura de impulso dependiente de la señal de control de compensación.

El método puede implicar detener la generación de la señal de PWM cuando la corriente de salida instantánea excede de un valor de referencia.

El método puede implicar recibir la señal de signo.

El método puede implicar producir la señal de signo de tal modo que la señal de signo tiene un primer estado cuando la tensión de salida instantánea del inversor es positiva y de tal modo que la señal de signo tiene un segundo estado cuando la tensión de salida instantánea del inversor es negativa.

Controlar el primer, segundo,... [Seguir leyendo]

1. Un método de suministrar energía eléctrica de alto factor de potencia a una carga desde un inversor (10) que tiene un primer (16) y segundo (18) elementos de conmutación conectados a una primera (19) salida común del inversor (10) y a un primer (160) y segundo (162) terminales de bus de CC del inversor (10) respectivamente, y un tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación conectados a una segunda (25) salida común del inversor (10) y a dichos primer (160) y segundo (162) terminales de bus de CC, respectivamente, comprendiendo el método:

producir una señal de energía que representa la energía asociada con una tensión de salida del inversor (10) aplicando una función a una señal que representa la tensión de salida del inversor (10) , en que aplicar dicha función comprende producir una señal promedio o media que es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10) tal que la señal de energía es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10) ; producir una señal de tensión de salida rectificada escalada en respuesta a una señal de tensión de salida rectificada que representa la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10) , la señal de energía y una señal de energía de referencia, en que producir dicha señal de tensión de salida rectificada escalada comprende multiplicar dicha señal de tensión de salida rectificada por una relación de dicha señal de energía de referencia a dicha señal de energía, tal que dicha señal de tensión rectificada escalada es una versión escalada de dicha señal de tensión de salida rectificada que aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye; producir una señal de (PWM) en respuesta a dicha señal de tensión de salida rectificada escalada y una señal de corriente de salida rectificada que representa la corriente de salida del inversor (10) ; y controlar dichos primer (16) , segundo (18) , tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM y una señal de signo que representa un signo de la tensión de salida instantánea del inversor (10) , tal que la corriente suministrada por el inversor aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye.

2. El método según la reivindicación 1 que comprende además recibir dicha señal de tensión de salida rectificada.

3. El método según la reivindicación 1 que comprende además detectar la tensión de salida instantánea del inversor (10) y producir la señal de tensión de salida rectificada en respuesta a dicha tensión de salida instantánea.

4. El método según la reivindicación 1 que comprende además recibir dicha señal de energía.

5. El método según la reivindicación 1 que comprende además recibir dicha señal de energía de referencia.

6. El método según la reivindicación 1 que comprende además recibir dicha señal de corriente de salida rectificada.

7. El método según la reivindicación 1 que comprende además detectar una corriente de salida del inversor (10) y producir dicha señal de corriente de salida rectificada en respuesta a dicha corriente de salida.

8. El método según la reivindicación 1 que comprende además producir una señal de compensación en respuesta a dicha señal de corriente de salida rectificada y a dicha señal de tensión de salida rectificada escalada.

9. El método según la reivindicación 8 en el que producir dicha señal de compensación comprende realizar una función proporcional-integral sobre una diferencia entre dicha señal de tensión de salida rectificada escalada y dicha señal de corriente de salida rectificada.

10. El método según la reivindicación 9 en el que producir dicha señal de PWM comprende producir un impulso de tensión que tiene una anchura de impulso dependiente de dicha señal de compensación.

11. El método según la reivindicación 10 que comprende además detener la generación de dicha señal de PWM cuando dicha corriente de salida instantánea excede de un valor de referencia.

12. El método según la reivindicación 1 que comprende además recibir dicha señal de signo.

13. El método según la reivindicación 1 que comprende además producir dicha señal de signo de tal modo que dicha señal de signo tiene un primer estado cuando la tensión de salida instantánea del inversor (10) es positiva y de tal modo que dicha señal de signo tiene un segundo estado cuando la tensión de salida instantánea del inversor (10) es negativa.

14. El método según la reivindicación 1 en el que controlar dichos primer (16) , segundo (18) , tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación comprende desconectar dicho primer (16) y cuarto (22) elementos de conmutación y controlar un estado activado de al menos uno de dicho segundo (18) elemento de conmutación y de dicho tercer (20) elemento de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM para modular corriente a través de un trayecto de conducción comprendido de dicho segundo (18) y tercer (20) elementos de conmutación cuando dicha señal de signo indica una tensión de salida instantánea positiva y desconectar dicho segundo (18) y tercer (20) elementos de conmutación y controlar un estado activado de al menos uno de dicho primer (16) elemento de conmutación y de dicho cuarto (22) elemento de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM para modular corriente a través de un trayecto de conducción comprendido de dicho primer (16) y cuarto (22) elementos de conmutación cuando dicha señal de signo indica una tensión de salida instantánea negativa.

15. Un aparato para suministrar energía eléctrica de alto factor de potencia a una carga desde un inversor (10) que tiene un primer (16) y segundo (18) elementos de conmutación conectados a una primera salida (19) común del inversor (10) y un primer (160) y segundo (162) terminales de CC del inversor (10) respectivamente, y un tercer (18) y cuarto (22) elementos de conmutación conectados a una segunda salida (25) común del inversor (10) y dichos primer (160) y segundo (162) terminales de CC, respectivamente, comprendiendo el aparato:

medios (58) para producir una señal de energía que representa la energía asociada con una tensión de salida del inversor (10) aplicando una función a una señal que representa la tensión de salida del inversor (10) , en que dichos medios (58) para producir dicha señal de energía están configurados para producir una señal media que es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10) de tal modo que la señal de energía es inversamente proporcional a una amplitud media de la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10) ; medios (42) para producir una señal de tensión de salida rectificada escalada en respuesta a una señal de tensión de salida rectificada que representa la tensión de salida instantánea rectificada del inversor (10) , la señal de energía y una señal de energía de referencia, en que los medios (42) para producir un señal de tensión rectificada escalada están configurados para multiplicar dicha señal de tensión de salida rectificada por una relación de dicha señal de energía de referencia a dicha señal de energía, de tal modo que dicha señal de tensión rectificada escalada es una versión escalada de dicha señal de tensión de salida rectificada que aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye; medios (44) para producir una señal de (PWM) en respuesta a dicha señal de tensión rectificada escalada y una señal de corriente de salida rectificada que representa la corriente de salida del inversor (10) ; y medios (48) para controlar dichos primer (16) , segundo (18) , tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM y una señal de signo que representa un signo de dicha tensión de salida instantánea de dicho inversor (10) , de tal modo que la corriente suministrada por el inversor aumenta cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor aumenta, y disminuye cuando dicha amplitud media de la tensión de salida rectificada del inversor disminuye.

16. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios para recibir dicha señal de tensión de salida rectificada.

17. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios (50) para detectar la tensión de salida instantánea del inversor (10) y medios (56) para producir dicha señal de tensión de salida rectificada en respuesta a dicha tensión de salida instantánea.

18. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios para recibir una señal de energía que representa la energía asociada con dicha señal de tensión de salida.

19. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios para recibir dicha señal de energía de referencia.

20. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios para recibir una señal de corriente de alimentación instantánea rectificada.

21. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios (52) para detectar una corriente de salida de dicho inversor para producir una señal de corriente de salida instantánea y medios (56) para producir dicha señal de corriente de salida rectificada en respuesta a dicha señal de corriente de salida instantánea.

22. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios (46) para producir una señal de compensación en respuesta a dicha señal de tensión rectificada escalada y dicha señal de corriente de salida rectificada.

23. El aparato según la reivindicación 22, en el que dichos medios (46) para producir una señal de compensación comprenden un circuito proporcional-integral para proporcionar dicha señal de control de PWM, en respuesta a una diferencia entre dicha señal de tensión rectificada escalada y dicha señal de corriente de salida rectificada.

24. El aparato según la reivindicación 23, en el que dichos medios (44) para producir dicha señal de PWM están configurados para producir un impulso de tensión que tiene una anchura de impulso dependiente de dicha señal de compensación.

25. El aparato según la reivindicación 24, que comprende además medios para hacer que dichos medios para producir dicha señal de PWM detengan la producción de dicha señal de PWM cuando dicha corriente de salida instantánea excede de un valor de referencia.

26. El aparato según la reivindicación 15, que comprende además medios para recibir una señal de signo que representa un signo de dicha tensión de salida instantánea del inversor.

27. El aparato según la reivindicación 15 que comprende además medios (62) para producir dicha señal de signo de tal modo que dicha señal de signo tiene un primer estado cuando dicha tensión de salida instantánea es positiva y de tal modo que dicha señal de signo tiene un segundo estado cuando dicha tensión de salida instantánea es negativa.

28. El aparato según la reivindicación 27, en el que dichos medios (48) para controlar dichos primer (16) , segundo (18) , tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación están configurados para desconectar dicho primer (16) y cuarto (22) elementos de conmutación y controlar un estado activado de al menos uno de dicho segundo (18) elemento de conmutación y de dicho tercer (20) elemento de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM para modular corriente a través de un trayecto de conducción comprendido de dicho segundo (18) y tercer (20) elementos de conmutación cuando dicha señal de signo indica una tensión de salida instantánea positiva y desconectar dicho segundo (18) y tercer (20) elementos de conmutación y controlar un estado activado de al menos uno de dicho primer (16) elemento de conmutación y de dicho cuarto (22) elemento de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM para modular corriente a través de un trayecto de conducción comprendido de dicho primer (16) y cuarto (22) elementos de conmutación cuando dicha señal de signo indica una tensión de salida instantánea negativa.

29. El aparato según la reivindicación 15 en el que dichos medios (42) para producir dicha señal de tensión rectificada escalada y los medios (44) para producir una señal de modulación de anchura de impulso están contenidos dentro de un único circuito integrado (151) .

30. El aparato según la reivindicación 15 en combinación con:

un bus (13) de CC, que tiene un primer (160) y segundo (162) terminales de CC, operables para ser alimentados con energía desde una fuente de CC; una sección convertidora de CC, a CA, que tiene:

un primer (16) y segundo (18) elementos de conmutación conectados a una primera salida (19) de CA común y a dichos primer (160) y segundo (162) terminales de CC, respectivamente; y un tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación conectados a una segunda salida (25) común del inversor (10) y a dichos primer (160) y segundo (162) terminales de CC, respectivamente; medios (56) para producir una señal de tensión de salida rectificada que representa la tensión de salida rectificada del inversor (10) ;

medios (56) para producir una señal de corriente de salida rectificada que representa la corriente de salida instantánea del inversor (10) ; medios (62) para producir una señal de signo que representa el signo de la tensión de salida; por lo que dicho aparato proporciona un inversor (10) operable para suministrar energía eléctrica de alto factor de potencia a una carga de CA, incluyendo una red de energía de CA.

31. El aparato según la reivindicación 30, en el que dichos medios (48) para controlar dichos primer (16) , segundo (18) , tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación están configurados para desconectar dicho primer (16) y cuarto (22) elementos de conmutación y controlar un estado activado de al menos uno de dicha segundo (18) elemento de conmutación y de dicho tercer (20) elemento de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM para modular corriente a través de un trayecto de conducción comprendido de dicho segundo (18) y tercer (20) elementos de conmutación cuando dicha señal de signo indica una tensión de salida instantánea positiva y desconectar dicho segundo (18) y tercer (20) elementos de conmutación y controlar un estado activado de al menos uno de dicho primer (16) elemento de conmutación y de dicho cuarto (22) elemento de conmutación en respuesta a dicha señal de PWM para modular corriente a través de un trayecto de conducción comprendido de dicho primer (16) y cuarto (22) elementos de conmutación cuando dicha señal de signo indica una tensión de salida instantánea negativa.

32. El aparato según la reivindicación 31 que comprende además un primer (24) , segundo (26) , tercer (28) y cuarto (30) circuitos de accionamiento de puerta en comunicación con dicho primer (16) , segundo (18) , tercer (20) y cuarto (22)

elementos de conmutación respectivamente y en el que los medios (48) para controlar dichos primer (16) , segundo (18) , tercer (20) y cuarto (22) elementos de conmutación incluye un circuito lógico (49) operable para recibir la señal de PWM y la señal de signo y tiene una primera (116) , segunda (118) , tercera (120) y cuarta (122) salidas de accionamiento de puerta en comunicación con el primer (24) , segundo (26) , tercer (28) y cuarto (30) circuitos de accionamiento de puerta respectivamente.

1.

33. El aparato según la reivindicación 32 en el que dichos medios (42) para producir dicha señal de tensión rectificada escalada y dichos medios (44) para producir una señal de PWM incluyen un circuito integrado común (151) .