PROCEDIMIENTO PARA EL CONTROL DE UN CONVERTIDOR DE CORRIENTE CONTINUA.

Procedimiento para el control de un convertidor de corriente continua,

que presenta al menos un interruptor semiconductor que se puede controlar por medio de un microcontrolador y una bobina de impedancia de almacenamiento, con

- una inicialización de magnitudes prefijadas (fsw, islave_on, islave_off, ischwelle, fmin, fmax) con un valor fijo o dependiente de un parámetro [etapas del procedimiento a1, a2], y la ejecución cíclica al menos de las siguientes etapas del procedimiento:

- Determinación de una magnitud de corriente de bobina de impedancia (i), que está derivada a partir del valor medio (Id) aritmético o del valor de pico de la corriente de la bobina de impedancia (iL) de la bobina de impedancia de almacenamiento (L1), [etapa del procedimiento b],

- Cálculo de una frecuencia de conmutación (fsw) para la sincronización del interruptor semiconductor controlable, siendo la frecuencia de conmutación (fsw) en primer lugar una función de la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia (i) y dependiendo en segundo lugar de la condición de si la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia (i) sobrepasa un umbral de corriente prefijado (iumbral) [Etapa de procedimiento g],

- Limitación de la frecuencia de conmutación (fsw) a un valor entre una frecuencia de conmutación inferior (fmin) y una frecuencia de conmutación superior (fmax) [etapa de procedimiento h],

caracterizado porque,

si en el funcionamiento discontinuado la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia (i) sobrepasa el umbral de corriente (iumbral), la frecuencia de conmutación (fsw) se mantiene al valor de la frecuencia de conmutación superior (fmax)

Procedimiento para el control de un convertidor de corriente continua.

La invención se refiere a un procedimiento para el control de un convertidor de corriente continua, que presenta al menos un interruptor semiconductor que se puede controlar por medio de un microcontrolador y una bobina de impedancia de almacenamiento.

En la solicitud de patente alemana no publicada previamente DE 10 2007 041 510 se describe un convertidor de corriente continua que puede ser operado como convertidor elevador o como convertidor reductor y que presenta varios canales de corriente, que están formados, respectivamente, por al menos una bobina de impedancia de almacenamiento y un interruptor semiconductor que se puede controlar. Para el control del interruptor semiconductor está previsto preferentemente un microcontrolador. El convertidor de corriente continua se opera en el límite del hueco ("modo de transición"), ya que en este caso, en la operación a plena carga las pérdidas de conmutación del convertidor de corriente continua son mínimas.

Este convertidor de modo de transición conocido detecta en un canal de corriente la bajada de la corriente al valor cero, para después de esto conectar los canales de corriente de nuevo desplazados en fase entre ellos. En cada ciclo se magnetizan completamente las bobinas de impedancia de almacenamiento del convertidor de corriente continua. En el caso de pequeñas corrientes, la frecuencia de conmutación de los interruptores semiconductores puede ser muy grande. Debido a ello se incrementan considerablemente las pérdidas por la inversión de la polaridad magnética en las bobinas de impedancia de almacenamiento o bien las pérdidas de conexión de los interruptores semiconductores, como consecuencia de lo cual empeora el rendimiento en la región de carga parcial.

El documento US 6,215,288 B1 da a conocer un procedimiento para el control de un convertidor de corriente continua, que presenta al menos un interruptor semiconductor que se puede controlar por medio de un microcontrolador, y una bobina de impedancia de almacenamiento, en el que se inicializan las magnitudes prefijadas, en particular la frecuencia de conmutación, con un valor que depende de un parámetro (valor de pico de la corriente de la bobina de impedancia, "Peak inductor current") a partir de una curva de control ("control law curve"), y se ejecutan las siguientes etapas del procedimiento de modo cíclico una tras otra:

El objeto del documento US 6,215,288 B1 realiza con ello las características indicadas en el preámbulo de nuestra reivindicación principal 1.

El documento US 2004/0151010 A1 da a conocer un procedimiento para el control de un convertidor de corriente continua con interruptor semiconductor, bobina de impedancia de almacenamiento, magnitud de corriente de bobina de impedancia, cálculo de una frecuencia de conmutación como función de la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia, así como una limitación de la frecuencia de conmutación a un valor entre una frecuencia de conmutación superior y una inferior. El rendimiento se mejora en este caso por medio de la activación o desactivación de canales de corriente conectados en paralelo dependiendo de la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia.

Se plantea el objetivo de crear un procedimiento para la operación de un convertidor de corriente continua en el que se mejore el rendimiento en la región de carga parcial por encima de los límites conocidos del estado de la técnica.

Este objetivo se consigue gracias al hecho de que, cuando en la operación discontinuada la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia sobrepasa el umbral de corriente, la frecuencia de conmutación se mantiene al valor de la frecuencia de conmutación superior.

En la región de carga parcial se calcula la frecuencia de conmutación para la sincronización del o de los interruptores semiconductores, y se limita a un valor entre un valor mínimo y un valor máximo. En este caso se produce en la región de carga parcial un funcionamiento discontinuado ("con huecos"). En primer lugar, en caso de cargas elevadas, el convertidor de corriente continua pasa de la operación discontinuada al modo de transición.

En caso de cargas todavía más elevadas, dependiendo de la realización del convertidor de corriente continua, o bien se mantiene el modo de transición, reduciéndose la frecuencia de conmutación de modo condicionado por el sistema, o el convertidor de corriente continua pasa al modo de operación continuado.

En el caso de convertidores de corriente continua que presentan varios canales de corriente que se operan uno tras otro dependiendo de la evolución de la corriente registrada en un primer canal de corriente (los denominados canales maestro y esclavo), se puede prever además una activación y desactivación dependiente de la carga de los canales esclavos. Por medio de la desactivación de canales esclavos se incrementa la corriente en el canal maestro y dado el caso en los otros canales esclavos, lo que tiene como consecuencia elevadas pérdidas de inversión de la polarización magnética y pérdidas de línea. Sin embargo, se reducen las pérdidas de conmutación del o de los interruptor(es) semiconductor(es), de manera que en su conjunto se consigue un incremento del rendimiento.

Un ejemplo de realización de la invención se explica con más detalle a continuación a partir del dibujo. Se muestra

Figura 1 un diagrama de operaciones del procedimiento conforme a la invención,

Figura 2 el circuito básico de un convertidor bidireccional de corriente continua según el estado de la técnica,

Figura 3 el circuito básico de un convertidor de corriente continua bidireccional de varios canales,

Figura 4 varios diagramas de evolución de la corriente de la bobina de impedancia.

La Figura 2 muestra el circuito básico representado de modo esquemático de un convertidor de corriente continua en el que se explica su modo de funcionamiento básico. El convertidor de corriente continua está realizado aquí a modo de ejemplo como un convertidor de corriente continua bidireccional. Está formado fundamentalmente por una primera y una segunda fuente de tensión (U1, U2), una bobina de impedancia de almacenamiento L1, así como por dos interruptores semiconductores (T1, T2), que pueden estar conformados preferentemente como IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). En paralelo a las conexiones de carga de los interruptores semiconductores (T1, T2) está conectado respectivamente un diodo de recuperación (D1, D2).

Los interruptores semiconductores (T1, T2) están conectados con los otros componentes de tal manera que en un primer interruptor semiconductor T1 conectado, las conexiones de la bobina de impedancia de almacenamiento L1 están conectadas a través del primer interruptor semiconductor T1 con la primera fuente de tensión U1, y en un segundo interruptor semiconductor T2 conectado, la bobina de impedancia de almacenamiento L1 está conectada con el segundo interruptor semiconductor T2 y con las fuentes de tensión (U1, U2) al mismo tiempo en serie.

El principio de funcionamiento de un convertidor de corriente continua de este tipo reside en el hecho de que por medio de la conexión de uno de los interruptores semiconductores (T1 ó T2) se hace fluir corriente a través de la bobina de impedancia de almacenamiento L1, que a continuación establece un campo magnético. La energía almacenada en este campo magnético ocasiona después de la desconexión del interruptor semiconductor (T1 ó T2) una corriente de inducción (i₂ ó i₁) que fluye a través del diodo libre (D2 ó D1) que pertenece, respectivamente, a otro interruptor...

1. Procedimiento para el control de un convertidor de corriente continua, que presenta al menos un interruptor semiconductor que se puede controlar por medio de un microcontrolador y una bobina de impedancia de almacenamiento, con

caracterizado porque,

si en el funcionamiento discontinuado la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia (i) sobrepasa el umbral de corriente (i_umbral), la frecuencia de conmutación (f_sw) se mantiene al valor de la frecuencia de conmutación superior (f_max).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia (i) es el valor medio temporal de la corriente de la bobina de impedancia (i_L).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud de la corriente de la bobina de impedancia (i) es el valor de pico (i_L) de la corriente de la bobina de impedancia (i_L).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el umbral de corriente (i_umbral) para el ajuste de la frecuencia de conmutación (f_sw) depende al menos de una magnitud eléctrica.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la magnitud eléctrica es la tensión de entrada o la tensión de salida o la potencia de entrada o la potencia de salida del convertidor de corriente continua.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el convertidor de corriente continua presenta varios canales de corriente conectados en paralelo (I, II), y porque la magnitud de corriente de la bobina de impedancia (i) se compara con umbrales de corriente (i_{slave_on}, i_{slave_off}), y porque a partir del resultado de esta comparación se desactiva o se activan canales de corriente (I, II) [etapas del procedimiento c hasta f].