Dispositivo convertidor y alimentación ininterrumpida equipada con un dispositivo de ese tipo.

Dispositivo convertidor que permite proporcionar una tensión (VS) y una corriente

(IS) alternas mediante el filtrado de impulsos obtenidos en una salida (SM) de la señal modulada a partir de tres tensiones (-U/2, UREF, U/2) sustancialmente continuas disponibles en una línea (REF) de tensión de referencia y en dos entradas (P, N) de tensiones continuas de signos opuestos de respectivamente dos unidades (UC1, UC4) de conmutación, comprendiendo cada unidad de conmutación una salida (S1, S4) de conmutación para proporcionar unos impulsos que tengan una amplitud variable entre la tensión en la entrada de dicha unidad de conmutación, en un primer estado de conmutación de dicha unidad de conmutación, y la tensión en dicha línea de tensión de referencia, en un segundo estado de conmutación de dicha unidad de conmutación,

comprendiendo cada unidad de conmutación un primer interruptor (tel, T4) conectado entre la entrada y la salida (S1, S4) de conmutación de dicha unidad de conmutación para establecer dicho primer estado de conmutación mediante el cierre de dicho primer interruptor,

comprendiendo dicho dispositivo, para cada unidad de conmutación, un segundo interruptor (T2, T3) asociado a dicha unidad de conmutación, conectado entre dicha unidad de conmutación y dicha salida de la señal modulada para activar dicha unidad de conmutación mediante el cierre de dicho segundo interruptor, estando dicho dispositivo convertidor caracterizado porque comprende, para cada unidad de conmutación, un tercer interruptor (TX1, TX4) conectado entre la entrada (P, N) de dicha unidad de conmutación y la salida (SM) de la señal modulada, estando controlado dicho primer interruptor de manera que pase del primer estado de conmutación al segundo estado de conmutación, en uno u otro sentido, manteniendo dicho tercer interruptor abierto, estando controlado dicho tercer interruptor para ser cerrado durante al menos una parte de la duración de dicho primer estado de conmutación.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10354087.

Solicitante: MGE-UPS SYSTEMS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 140, avenue Jean Kuntzmann Zirst de Montbonnot 38330 Montbonnot-Saint-Martin FRANCIA.

Inventor/es: LACARNOY,ALAIN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Transformación de una potencia de entrada en corriente... > H02M7/483 (Convertidores provistos de salidas pudiendo tener cada una más de dos niveles de tensión)

PDF original: ES-2535089_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo convertidor y alimentación ininterrumpida equipada con un dispositivo de ese tipo Campo técnico de la invención

La invención se refiere al campo de los convertidores, tal como los onduladores, por ejemplo aquellos utilizados en alimentaciones ininterrumpidas, en particular las alimentaciones ininterrumpidas de elevada potencia, es decir cuya potencia está comprendida generalmente entre aproximadamente 100 y 500 kVA.

La invención se refiere, más particularmente, a un dispositivo convertidor que permite suministrar una tensión VS y una corriente IS alternas mediante filtrado de los impulsos obtenidos en una salida SM de la señal modulada a partir de tres tensiones -U/2, UREF, U/2, sustancialmente continuas disponibles en una línea de tensión de referencia REF y en dos entradas P, N de tensiones continuas de signos opuestos de, respectivamente, dos unidades UC1, UC4 de conmutación, comprendiendo cada unidad de conmutación una salida S1, S4 de conmutación para proporcionar unos impulsos que tengan una amplitud variable entre la tensión en la entrada de dicha unidad de conmutación, en un primer estado conmutación de dicha unidad de conmutación, y la tensión en dicha línea de tensión de referencia en un segundo estado de conmutación de dicha unidad de conmutación, comprendiendo cada unidad de conmutación un primer interruptor T1, T4 conectado entre la entrada y la salida S1, S4 de conmutación de dicha unidad de conmutación para establecer dicho primer estado de conmutación mediante la conducción de dicho primer interruptor, comprendiendo dicho dispositivo, para cada unidad de conmutación, un segundo interruptor T2, T3 asociado a dicha unidad de conmutación, conectado entre dicha unidad de conmutación y dicha salida de la señal modulada para activar dicha unidad de conmutación mediante la conducción de dicho segundo interruptor.

La invención se refiere igualmente a una alimentación ininterrumpida 101 que comprende una entrada 102 de alimentación en la que se aplica una tensión de entrada alterna, un rectificador 103 conectado a dicha entrada, dos líneas de tensión sustancialmente continua de signos opuestos conectadas en la salida de dicho rectificador, un ondulador 106 conectado a dichas líneas de tensión, de tensión sensiblemente continua y que comprende una salida 107 destinada a suministrar una tensión de seguridad.

Estado de la técnica

Los controladores se desarrollan para mejorar su rendimiento y para reducir las molestias sonoras engendradas por unas frecuencias de recorte frecuentemente bajas, del orden de algunos millares de hercios. En este contexto, se ha demostrado que era interesante utilizar unos controladores que presentan unas topologías en varios niveles, generalmente tres niveles.

Con referencia a la figura 1 según la técnica anterior, un ondulador de tres niveles representado bajo la referencia 1 permite suministrar una tensión VS y una corriente IS alternas para una línea de fase. La tensión VS y la corriente IS alternas se obtienen mediante filtrado de los impulsos obtenidos en una salida SM de la señal modulada a partir de tres niveles de tensiones -U/2, UREF, U/2 sensiblemente continuas disponibles en una línea REF de tensión de referencia y en dos fuentes de tensión de signos opuestos conectadas a las entradas P, N de las unidades de conmutación descritas en el presente documento a continuación. Los medios de filtrado utilizados comprenden una inductancia L conectada entre la salida SM de la señal modulada y la salida de tensión VS y de corriente IS alternas. Los medios de filtrado comprenden generalmente un condensador C, no representado, que se conecta entre la salida de tensión VS alterna y un punto de referencia de tensión que presenta un mismo potencial eléctrico que la línea REF de tensión de referencia.

El ondulador representado en la figura 1 comprende dos unidades UC1, UC4 de conmutación controladas por mediación de una unidad de control no representada. Las unidades de conmutación comprenden respectivamente una entrada P de tensión continúa positiva y una entrada N de tensión continúa negativa conectadas a la fuente de tensión respectivamente positiva y negativa. Cada unidad UC1, UC4 de conmutación se conecta, por un lado, a la fuente de tensión correspondiente a una u otra de dichas entradas P, N y a la línea REF de tensión de referencia, y por otro lado, a la salida SM de la señal modulada. Cada unidad UC1, UC4 de conmutación comprende un primer interruptor provisto de un transistor T1, T4 conectado entre la entrada P, N de tensión de dicha unidad de conmutación y la salida SM de la señal modulada. Durante la conducción del transistor T1, T4 de una unidad UC1, UC4 de conmutación, la tensión en la salida SM de la señal modulada es sensiblemente igual a la tensión continua +U/2, -U/2 de la entrada P, N de tensión de dicha unidad de conmutación. Este estado de conducción del transistor T1, T4 corresponde a un primer estado de conmutación de la unidad UC1, UC4 de conmutación. En este primer estado de conmutación, el transistor T1, T4 puede transferir la potencia de la entrada P, N hacia la salida SM de la señal modulada. Cuando el transistor T1, T4 está bloqueado, unos segundos interruptores T2, T3 descritos en el presente documento a continuación, permiten hacer pasar la tensión en la salida SM de la señal modulada a un valor sustancialmente igual a la tensión de referencia, lo que corresponde a un segundo estado de conmutación de la unidad UC1, UC4 de conmutación.

El ondulador representado en la figura 1 comprende, además, para cada unidad UC1, UC4 de conmutación, el segundo interruptor anteriormente citado. Este segundo interruptor está provisto de un transistor T2, T3 conectado entre dicha unidad de conmutación y la salida SM de la señal modulada. El transistor T2, T3 de cada unidad UC1,

UC4 de conmutación permite esencialmente, cuando es conductor, activar la conmutación de dicha unidad de conmutación en función del signo de la tensión VS alterna. El transistor T2, T3 de cada unidad UC1, UC4 de conmutación permite, entre otros, activar el paso del primer estado de conmutación a un segundo estado de conmutación de dicha unidad de conmutación, cuando la tensión VS alterna es del mismo signo que la tensión disponible en la entrada P, N de dicha unidad de conmutación.

Cada unidad UC1, UC4 de conmutación comprende, además, un diodo DH, DB conectado entre la linea REF de tensión de referencia y la salida SM de la señal modulada. Más precisamente, el transistor T2, T3 y el diodo DH, DB de cada unidad de conmutación están conectados en serie entre la linea REF de tensión de referencia y la salida SM de la señal modulada. El diodo DH, DB de cada unidad UC1, UC4 de conmutación permite pasar del primer estado de conmutación al segundo estado de conmutación, durante el bloqueo del transistor T1, T4. Este segundo estado de conmutación asociado al bloqueo del transistor T1, T4 permite, cuando el transistor T2, T3 es conductor, obtener en la salida SM de la señal modulada una tensión sensiblemente Igual a la tensión UREF de referencia. De esta manera, el transistor T1, T4 de cada unidad UC1, UC4 de conmutación permite proporcionar, en la salida SM de la señal modulada, cuando dicha unidad de conmutación se activa, unos impulsos que tienen una amplitud que varía entre un valor de la tensión en la entrada de dicha unidad de conmutación, en un primer estado de conmutación de dicha unidad de conmutación, y un valor de tensión en la línea de tensión de referencia, en un segundo estado de conmutación de dicha unidad de conmutación. Se ha de tener en cuenta que estos impulsos presentan un mismo signo que el de la tensión disponible en la entrada P, N de tensión de la unidad de conmutación considerada.

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Reivindicaciones:

1. Dispositivo convertidor que permite proporcionar una tensión (VS) y una corriente (IS) alternas mediante el filtrado de impulsos obtenidos en una salida (SM) de la señal modulada a partir de tres tensiones (-U/2, UREF, U/2) sustancialmente continuas disponibles en una línea (REF) de tensión de referencia y en dos entradas (P, N) de tensiones continuas de signos opuestos de respectivamente dos unidades (UC1, UC4) de conmutación, comprendiendo cada unidad de conmutación una salida (S1, S4) de conmutación para proporcionar unos impulsos que tengan una amplitud variable entre la tensión en la entrada de dicha unidad de conmutación, en un primer estado de conmutación de dicha unidad de conmutación, y la tensión en dicha línea de tensión de referencia, en un segundo estado de conmutación de dicha unidad de conmutación,

comprendiendo cada unidad de conmutación un primer interruptor (tel, T4) conectado entre la entrada y la salida (S1, S4) de conmutación de dicha unidad de conmutación para establecer dicho primer estado de conmutación mediante el cierre de dicho primer interruptor,

comprendiendo dicho dispositivo, para cada unidad de conmutación, un segundo interruptor (T2, T3) asociado a dicha unidad de conmutación, conectado entre dicha unidad de conmutación y dicha salida de la señal modulada para activar dicha unidad de conmutación mediante el cierre de dicho segundo interruptor,

estando dicho dispositivo convertidor caracterizado porque comprende, para cada unidad de conmutación, un tercer interruptor (TX1, TX4) conectado entre la entrada (P, N) de dicha unidad de conmutación y la salida (SM) de la señal modulada, estando controlado dicho primer interruptor de manera que pase del primer estado de conmutación al segundo estado de conmutación, en uno u otro sentido, manteniendo dicho tercer interruptor abierto, estando

controlado dicho tercer interruptor para ser cerrado durante al menos una parte de la duración de dicho primer

estado de conmutación.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada unidad (UC1, UC4) de conmutación

comprende, además, un diodo (DH, DB) conectado entre la línea (REF) de tensión de referencia y la salida (S1, S4) de conmutación de dicha unidad de conmutación, para establecer el segundo estado de conmutación cuando el primer interruptor (T1, T4) está abierto.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada unidad (UC1, UC4) de conmutación

comprende, además, un cuarto interruptor (T5, T6) conectado entre la línea (REF) de tensión de referencia y la salida (S1, S4) de conmutación de dicha unidad de conmutación, para establecer el segundo estado de conmutación cuando el primer interruptor (T1, T4) está abierto.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el cuarto interruptor de cada unidad de conmutación está provisto de un transistor (T5, T6) y de un diodo (D5, D6) montado en paralelo con el dicho transistor y orientado para conducir cuando dicho transistor es polarizado inversamente.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el segundo interruptor (T2, T3) asociado a cada unidad (UC1, UC4) de conmutación está dispuesto entre la salida (S1, S4) de conmutación de dicha unidad de conmutación y la salida (SM) de la señal modulada.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los primeros, los segundos y los terceros interruptores comprenden unos transistores (T1, T2, T3, T4, TX1, TX4).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque los primeros, los segundos y los terceros interruptores comprenden unos diodos (D1, D2, D3, D4, DX1, DX4) montados en paralelo con respectivamente cada uno de los transistores (T1, T2, T3, T4, TX1, TX4) de dichos interruptores y orientados para conducir cuando dicho transistor es polarizado inversamente.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque los transistores (T1, T2, T3, T4, TX1, TX4) de los primeros, los segundos y los terceros interruptores son unos transistores bipolares de rejilla aislada del tipo IGBT.

9. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque los transistores (T1, T4) de los primeros interruptores son unos transistores de efecto de campo en carburo de silicio, y porque los segundos y los terceros interruptores comprenden unos diodos (D2, D3, DX1, DX4) montados en paralelo con respectivamente cada uno de los transistores (T2, T3, TX1, TX4) de dichos interruptores y orientados para conducir cuando dicho transistor es polarizado inversamente.

10. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el transistor (T1, T4) del primer interruptor de cada unidad (UC1, UC4) de conmutación es un transistor de efecto de campo de tipo MOS, el segundo interruptor asociado a dicha unidad (UC1, UC4) de conmutación comprende varios diodos en serie montados en paralelo con el transistor de dicho segundo interruptor (T2, T3) y orientados para conducir cuando dicho transistor es polarizado inversamente.

11. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende un quinto interruptor montado entre la línea (REF) de tensión de referencia y la salida (SM) de la señal modulada.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque el quinto interruptor comprende dos transistores (TX2, TX3) de efecto de campo del tipo MOS montados en serie y orientados para conducir la corriente en unas direcciones opuestas, comprendiendo dicho quinto interruptor, para cada uno de dichos dos transistores, un diodo (DX2, DX3) montado en paralelo con dicho transistor y orientado para conducir cuando dicho transistor es polarizado

inversamente.

13. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende, para cada unidad (UC1, UC4) de conmutación:

- unos primeros medios de control (35, 41, 37, 43) que actúan sobre el primer interruptor (T1, T4) de dicha unidad de conmutación para cerrar o abrir dicho primer interruptor para pasar del primer estado de conmutación al

segundo estado conmutación, en uno u otro sentido, manteniendo el tercer interruptor abierto

- unos segundos medios de control (27, 31, 29, 33) que actúan sobre el tercer interruptor (TX1, TX4) de dicha unidad de conmutación para cerrar dicho tercer interruptor después del paso del segundo estado de conmutación al primer estado de conmutación.

14. Alimentación ininterrumpida (101) que comprende una entrada (102) de alimentación en la que se aplica una 15 tensión de entrada alterna, un rectificador (103) conectado a dicha entrada, dos lineas de tensiones sustancialmente

continuas de signos opuestos conectadas en la salida de dicho rectificador, un ondulador (106) conectado a dichas lineas de tensión, de tensión sustancialmente continua y que comprende una salida (107) destinada a proporcionar una tensión de seguridad, caracterizada porque dicho ondulador es un dispositivo convertidor según una de las reivindicaciones precedentes y proporciona a partir de las tensiones sustancialmente continuas una tensión de 20 seguridad alterna.