Un convertidor de corte alimentado por una tensión positiva (Vp) y una tensión negativa (Vm) con respecto a la masa,

y que libera una tensión de salida entre un primer borne (SP) de salida y un segundo borne (SM) de salida, estando este último unido directamente a la masa o a través de una resistencia, que comprende tres devanados (Ls1, Ls2, Lp) bobinados alrededor de un núcleo magnético, estando dichos primer (Ls1) y segundo (Ls2) devanados montados en serie y bobinados en oposición, sus extremos comunes, o primeros extremos, estando unidos a la masa, estando unido el segundo extremo del primer devanado (Ls1) a la tensión positiva (Vp) a través de un primer diodo (D1) montado a la inversa con respecto a la tensión positiva (Vp), estando unido el segundo extremo del segundo devanado (Ls2) a la tensión negativa (Vm) a través de un segundo diodo (D2) montado a la inversa con respecto a la tensión negativa (Vm), poseyendo el tercer devanado (Lp) un primer extremo unido a un punto medio de una rama que une la tensión positiva (Vp) a la tensión negativa (Vm), la parte de rama uniendo el punto medio a la tensión positiva (Vp) que comprende, dispuestos en serie, un primer medio que forma interruptor (Q1) y un tercer diodo (D3) montado en directo con respecto a la tensión positiva (Vp), y que forma conjunto un interruptor unidireccional con poder de bloqueo directo e inverso, uniendo la parte de rama el punto medio a la tensión negativa (Vm) que comprende, dispuestos en serie, un segundo medio que forma interruptor (Q2) y un cuarto diodo (D4) montado en directo con respecto a la tensión negativa (Vm), y que forma conjunto un interruptor unidireccional con poder de bloqueo directo e inverso, estando unido el segundo extremo del tercer devanado (Lp) al primer borne de salida, poseyendo el tercer devanado (Lp) un número de espiras superior al número de hbox{espiras del primer devanado (Ls1) y superior al número de espiras del segundo devanado (Ls2)

Convertidor de corte unipolar o bipolar con tres devanados acoplados magnéticamente.

Campo técnico

La invención se refiere a un convertidor de corte unipolar o bipolar, que funciona en los cuadrantes (Is>0; Vs>0) e (Is<0; Vs<0), así como con una corriente o tensión de salida nulas, que posee unos devanados magnéticamente acoplados, que puede ser configurado con el modo de regulación adaptado en fuente de corriente o fuente de tensión. Se aplica a cualquier tipo de equipo terrestre, naval o aéreo que utiliza este tipo de convertidor, particularmente los mandos de accionador electromagnético de los autómatas de regulación para turbomotores.

Estado de la técnica anterior

El mando de accionadores eléctricos que presentan una carga de tipo RL (resistencia e inductancia en serie) se puede realizar ya sea mediante aplicación de una tensión regulada en los bornes de la bobina de mando del accionador, ya sea mediante una fuente de corriente, siendo esta última solución a menudo preferida en entorno severo ya que permite esencialmente limitar la potencia utilizada para gobernar el accesorio.

Las fuentes de corriente de corte pueden ser reagrupadas clásicamente entre las fuentes de corriente que utilizan la inductancia de la carga como elemento de almacenaje de la energía durante la operación de corte, con por consiguiente la aplicación en los bornes de la carga, en la frecuencia de corte, de una tensión alternativamente positiva y negativa, pudiendo ser consideradas las transiciones entre estos dos estados teóricamente como instantáneas, y suministrando las fuentes de corrientes una corriente continua y, por consiguiente, una tensión continua en los bornes de la carga, cuyo elemento de almacenaje de energía para el corte está situado en la misma tarjeta de mando.

Las fuentes de corriente de corte que utilizan la inductancia de la carga como elemento de almacenaje de energía tienen la ventaja de presentar un mando que es a primera vista simple. Comprenden pocos o eventualmente ningún elemento inductivo, lo que conduce a una cierta ganancia en las dimensiones del circuito. En cambio, presentan un cierto número de inconvenientes. Presentan una gran dependencia con respecto al valor de la inductancia de la carga: la capacidad de controlar la corriente instantánea en los interruptores de la fuente de corriente depende directamente del valor de la inductancia de carga. La estabilidad en los cortocircuitos entre los bornes de salida del convertidor o entre cualquier borne de salida y la masa es muy difícil. En efecto, en caso de cortocircuito de la carga, no es posible, excepto que se añadan componentes, limitar la corriente instantánea. En consecuencia, es obligado en la práctica añadir una inductancia en la salida de la fuente de corriente con el fin de limitar la corriente de cortocircuito, añadir un dispositivo de protección y de corte muy rápido para limitar el valor máximo de la corriente de cortocircuito, añadir un circuito de desmagnetización de la inductancia de salida para gestionar el corte después de la detección del cortocircuito en la salida, sobredimensionar las interfaces (condensador de filtrado de entrada) para que puedan soportar la corriente de cortocircuito. En lo que concierne al aspecto de la compatibilidad electromagnética (emisiones conducidas esencialmente), estas fuentes de corriente son difíciles de hacer compatibles con las normas de emisión aeronáuticas, si se quiere una frecuencia de corte elevada, sobre todo si la carga se gobierna al cabo de varios metros de cable. Resulta una frecuencia de corte reducida típicamente por debajo de 10 kHz y una obligación de dimensionar un filtro de salida (modo común y modo diferencial) que jugará un papel de primer plano en la estabilidad del conjunto. Este tipo de fuente de corriente de corte está restringida a aplicaciones de fuerte potencia, para las que una frecuencia de corte débil no es forzosamente una desventaja.

Para las fuentes de corriente que suministran una tensión continua en los bornes de la carga, el corte ya no se efectúa en la carga sino que la corriente (o la tensión) es regulada en la salida de un convertidor de corte que comprende una inductancia que almacena como mínimo toda la energía transferida a la carga y un condensador es añadido para alisar la tensión de salida. En consecuencia, la tensión de salida es casi continua en los bornes de la carga. Por supuesto, hay menos dificultades para mantener las normas aeronáuticas de ruido emitidas en conducción. En caso de cortocircuito de la carga, la corriente en el convertidor permanece naturalmente limitada. Se pueden considerar frecuencias de corte que sobrepasan los 100 kHz, limitadas de hecho por el rendimiento del convertidor y la productividad de los circuitos de mando de rejilla de los elementos interruptores.

La figura 1a es un esquema eléctrico de un convertidor de la técnica anterior que suministra una tensión continua en los bornes de una carga. El circuito es alimentado por una tensión positiva Vp (por ejemplo +25 V) y una tensión negativa Vm (por ejemplo -25 V) con respecto a la masa. Comprende dos elementos T1 y T2 que comprenden cada uno dos devanados magnéticamente acoplados alrededor de un núcleo magnético. Los devanados de un mismo elemento T1 o T2 están bobinados en oposición como está indicado mediante un punto en la figura 1. El devanado E1 del elemento T1 posee un primer extremo unido a la tensión Vp a través de un diodo D5 montado a la inversa con respecto a la tensión Vp, estando su segundo extremo en la masa. El devanado E2 del elemento T1 posee un primer extremo unido a un primer borne de un interruptor Q3 cuyo borne segundo está unido a la tensión Vp. El segundo extremo del devanado E2 está unido al borne S1P de salida del circuito. El devanado E3 del elemento T2 posee un primer extremo unido a la tensión Vm a través de un diodo D6 montado a la inversa con respecto a la tensión Vm, estando su segundo extremo en la masa. El devanado E4 del elemento T2 posee un primer extremo unido a un primer borne de un interruptor Q4 cuyo borne segundo está unido a la tensión Vm. El segundo extremo del devanado E4 está unido al borne de salida S1P del circuito. Un condensador C1 de alisado está conectado entre la salida S1P y la masa.

El convertidor es transformado en fuente de corriente mediante la adjunción de un medio de medida de la corriente de salida, de una regulación y de un modulador adaptados. Es lo que muestra la figura 1b en la que la carga conectada en la salida del convertidor es representada en forma de una resistencia Rc y de una inductancia Lc conectadas en serie. La corriente de salida es medida por un medio 1 de medida que libera una señal representativa en una primera entrada de un medio 2 de regulación (o corrector). Una segunda entrada Ec del medio 2 de regulación recibe una señal de consigna. La señal de salida del medio 2 de regulación es dirigida a la entrada de un modulador 3 que libera una señal SQ3 de mando en el interruptor Q3 y una señal SQ4 de mando en el interruptor Q4.

El convertidor ilustrado por la figura 1a comprende, por lo tanto, cuatro devanados y dos núcleos magnéticos, lo que conduce a un coste relativamente elevado y un volumen del circuito relativamente grande.

El documento EP-A-0913919 describe un convertidor de corte alimentado por una tensión positiva y una tensión negativa con respecto a la masa, con dos interruptores en serie que liberan una tensión de salida en un punto común, y con dos diodos montados en paralelo con los dos interruptores, con unos devanados primarios en el circuito de salida en una carga y con un devanado secundario en serie con una bobina para evacuar la energía en la fuente de tensión cuando se abren los interruptores.

Exposición de la invención

Con el fin de disminuir el coste y el volumen de un convertidor de corte que suministra una tensión continua positiva, negativa o nula en los bornes de una carga, se propone, según la presente invención, un circuito de tres devanados acoplados en un solo núcleo magnético. Es entonces necesario añadir dos diodos al circuito, pero estos elementos son de bajo coste y de bajo volumen.

Un primer objeto de la invención consiste en un convertidor de corte alimentado por una tensión positiva y una tensión negativa con respecto a la masa, y que libera una tensión de salida entre un primer borne de salida y un borne de salida segundo, que comprende tres devanados bobinados alrededor de un núcleo magnético, estando dichos primer y segundo devanados montados...

1. Un convertidor de corte alimentado por una tensión positiva (Vp) y una tensión negativa (Vm) con respecto a la masa, y que libera una tensión de salida entre un primer borne (SP) de salida y un segundo borne (SM) de salida, estando este último unido directamente a la masa o a través de una resistencia, que comprende tres devanados (Ls1, Ls2, Lp) bobinados alrededor de un núcleo magnético, estando dichos primer (Ls1) y segundo (Ls2) devanados montados en serie y bobinados en oposición, sus extremos comunes, o primeros extremos, estando unidos a la masa, estando unido el segundo extremo del primer devanado (Ls1) a la tensión positiva (Vp) a través de un primer diodo (D1) montado a la inversa con respecto a la tensión positiva (Vp), estando unido el segundo extremo del segundo devanado (Ls2) a la tensión negativa (Vm) a través de un segundo diodo (D2) montado a la inversa con respecto a la tensión negativa (Vm), poseyendo el tercer devanado (Lp) un primer extremo unido a un punto medio de una rama que une la tensión positiva (Vp) a la tensión negativa (Vm), la parte de rama uniendo el punto medio a la tensión positiva (Vp) que comprende, dispuestos en serie, un primer medio que forma interruptor (Q1) y un tercer diodo (D3) montado en directo con respecto a la tensión positiva (Vp), y que forma conjunto un interruptor unidireccional con poder de bloqueo directo e inverso, uniendo la parte de rama el punto medio a la tensión negativa (Vm) que comprende, dispuestos en serie, un segundo medio que forma interruptor (Q2) y un cuarto diodo (D4) montado en directo con respecto a la tensión negativa (Vm), y que forma conjunto un interruptor unidireccional con poder de bloqueo directo e inverso, estando unido el segundo extremo del tercer devanado (Lp) al primer borne de salida, poseyendo el tercer devanado (Lp) un número de espiras superior al número de hbox{espiras del primer devanado (Ls1) y superior al número de espiras del segundo devanado (Ls2).}

2. Convertidor de corte según la reivindicación 1, en el que un condensador (Cs) de alisado es conectado entre el primer borne (SP) de salida y la masa.

3. Convertidor de corte según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que, en la rama que une la tensión positiva (Vp) a la tensión negativa (Vm), dicha disposición en serie consiste en disponer el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor del lado de las respectivas tensiones positiva y negativa y en disponer los diodos (D3, D4) del lado del punto medio.

4. Convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor se elegidos entre los transistores MOS, los transistores bipolares, los transistores IGBT o cualquier otro interruptor que tiene una capacidad de conducción bidireccional y una capacidad de bloqueo directo.

5. Convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además un medio (11) de medida de la tensión de salida del convertidor, liberando este medio de medida una señal de salida representativa de la tensión de salida en una primera entrada de un medio (12) de regulación cuya entrada segunda recibe una señal de consigna, liberando el medio (12) de regulación una señal suministrada en la entrada del modulador (13) cuya primera salida envía una señal (SQ1) de mando al primer medio que forma interruptor (Q1) y cuya segunda salida envía una señal (SQ2) de mando al segundo medio que forma interruptor (Q2), estando configurado así el convertidor en fuente de tensión.

6. Convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además un medio (21) de medida de la corriente (is) de salida del convertidor, liberando este medio de medida una señal de salida representativa de la corriente de salida del convertidor en una primera entrada de un medio (22) de regulación cuya entrada segunda recibe una señal de consigna, liberando el medio (22) de regulación una señal suministrada en la entrada de un modulador (23) cuya primera salida envía una señal (SQ1) de mando al primer medio que forma interruptor (Q1) y cuya segunda salida envía una señal (SQ2) de mando al segundo medio que forma interruptor (Q2), estando configurado el convertidor en fuente de corriente.

7. Mando de accionador electromecánico que comprende un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Autómata de regulación que comprende un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

9. Equipo terrestre, naval o aeronáutico que comprende un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

10. Turbomotor que comprende un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

11. Procedimiento de funcionamiento de un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, siendo alimentado el convertidor por una tensión positiva (Vp) y una tensión negativa (Vm) con respecto a la masa, liberando el convertidor una corriente (is) de salida en una carga (Z) conectada entre el primer borne (SP) de salida y el segundo borne (SM)de salida, estando unido este último directamente o a través de una resistencia en la masa, caracterizado porque comprende las siguientes etapas, para un ciclo de funcionamiento y para hacer pasar una corriente negativa en la carga (Z):

- una primera etapa en el transcurso de la cual se abre el primer medio que forma interruptor (Q1), el cuarto diodo (D4) permite el paso de corriente, se cierra el segundo medio que forma interruptor (Q2) y se bloquean el primer (D1), segundo (D2) y tercer (D3) diodos durante una primera parte de ciclo, funcionando el convertidor en modo continuo o en modo discontinuo,

- una segunda etapa, que sucede a la primera etapa, en el transcurso de la cual se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor, el segundo diodo (D2) permite el paso de corriente y se bloquean el primer (D1), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos durante una segunda parte de ciclo, no acabando el ciclo esta segunda parte de ciclo si el convertidor funciona en modo discontinuo y acabando el ciclo si el convertidor funciona en modo continuo,

- una tercera etapa, que sucede a la segunda etapa si el convertidor funciona en modo discontinuo, en el transcurso de la cual se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor y se bloquean el primer (D1), segundo (D2), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos durante una tercera parte de ciclo que se alcanza al final del ciclo.

12. Procedimiento de funcionamiento de un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, siendo alimentado el convertidor por una tensión positiva (Vp) y una tensión negativa (Vm) con respecto a la masa, liberando el convertidor una corriente (is) de salida en una carga (Z) conectada entre el primer borne (SP) de salida y el segundo borne (SM) de salida, estando unido este último directamente o a través de una resistencia en la masa, caracterizado porque comprende las siguientes etapas, para un ciclo de funcionamiento y para hacer pasar una corriente negativa en la carga (Z):

- una primera etapa en el transcurso de la cual se cierra el primer medio que forma interruptor (Q1), el tercer diodo (D3) permite el paso de corriente, se abre el segundo medio que forma interruptor (Q2) y se bloquean el primer (D1), segundo (D2) y cuarto (D4) diodos durante una primera parte de ciclo, funcionando el convertidor en modo continuo o en modo discontinuo,

- una segunda etapa, que sucede a la primera etapa, en el transcurso de la cual el primer diodo (D1) permite el paso de corriente, se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor, y se bloquean el segundo (D2), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos durante una segunda parte de ciclo, no acabando el ciclo esta segunda parte de ciclo si el convertidor funciona en modo discontinuo y acabando el ciclo si el convertidor funciona en modo continuo,

- una tercera etapa, que sucede a la segunda etapa si el convertidor funciona en modo discontinuo, en el transcurso de la cual se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor y se bloquean el primer (D1), segundo (D2), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos, durante una tercera parte de ciclo que se acaba al final del ciclo.

13. Procedimiento de funcionamiento de un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, siendo alimentado el convertidor por una tensión positiva (Vp) y una tensión negativa (Vm) con respecto a la masa, liberando el convertidor una corriente (is) de salida en una carga (Z) conectada entre el primer borne (SP) de salida y el segundo borne (SM) de salida, estando unido este último directamente o a través de una resistencia en la masa, caracterizado porque comprende las siguientes etapas, para un ciclo de funcionamiento y para hacer pasar una corriente negativa en la carga (Z), funcionando el convertidor en modo continuo:

- una primera etapa en el transcurso de la cual se cierra el primer medio (Q1) que forma interruptor, el tercer diodo (D3) permite el paso de corriente, se abre el medio segundo (Q2) que forma interruptor y se bloquean el primer (D1) y cuarto (D4) diodos durante una primera parte de ciclo, siendo bloqueado el diodo segundo (D2) si la tensión de salida del convertidor es, en valor absoluto, suficientemente baja,

- una segunda etapa, que sucede a la primera etapa, en el transcurso de la cual el primer diodo (D1) permite el paso de corriente, se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor, y se bloquean el segundo (D2), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos durante una segunda parte de ciclo,

- una tercera etapa, que sucede a la segunda etapa si el convertidor funciona en modo discontinuo, en el transcurso de la cual se cierra el segundo medio (Q2) que forma interruptor, el cuarto diodo (D4) permite el paso de corriente, se abre el primer medio (Q1) que forma interruptor y se bloquean el primer (D1), segundo (D2) y tercer (D3) diodos, durante una tercera parte de ciclo,

- una cuarta etapa, que sucede a la tercera etapa, en el transcurso de la cual el segundo diodo (D2) permite el paso de corriente, se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor y se bloquean el primer (D1), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos, alcanzándose durante una cuarta parte al final del ciclo.

14. Procedimiento de funcionamiento de un convertidor de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, siendo alimentado el convertidor por una tensión positiva (Vp) y una tensión negativa (Vm) con respecto a la masa, liberando el convertidor una corriente (is) de salida en una carga (Z) conectada entre el primer borne (SP) de salida y el segundo borne (SM) de salida, estando unido este último directamente o a través de una resistencia en la masa, caracterizado porque comprende las siguientes etapas, para un ciclo de funcionamiento y para hacer pasar una corriente negativa en la carga (Z), funcionando el convertidor en modo continuo:

- una primera etapa en el transcurso de la cual se cierra el primer medio (Q1) que forma interruptor, el tercer diodo (D3) permite el paso de corriente, se abre el segundo medio (Q2) que forma interruptor y se bloquean el primer (D1), segundo (D2) y cuarto (D4) diodos durante una primera parte de ciclo,

- una segunda etapa, que sucede a la primera etapa, en el transcurso de la cual el primer diodo (D1) permite el paso de corriente, se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor, y se bloquean el segundo (D2), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos durante una segunda parte de ciclo,

- una tercera etapa, que sucede a la segunda etapa, en el transcurso de la cual se cierra el segundo medio (Q2) que forma interruptor, el cuarto diodo (D4) permite el paso de corriente, se abre el primer medio (Q1) que forma el interruptor y se bloquean el segundo (D2) y tercer (D3) diodos, durante una tercera parte de ciclo, el primer diodo (D1) está bloqueado si la tensión de salida es, en valor absoluto, suficientemente baja,

- una cuarta etapa, que sucede a la tercera etapa, en el transcurso de la cual el segundo diodo (D2) permite el paso de corriente, se abren el primer (Q1) y segundo (Q2) medios que forman interruptor y se bloquean el primer (D1), tercer (D3) y cuarto (D4) diodos, acabando durante una cuarta parte del ciclo al final del ciclo.