Aparato de fuente de potencia.Un circuito de conmutación elevador que convierte potencia alterna en voltaje continuo y suministra el voltaje continuo a una carga.

El circuito de conmutación elevador incluye un elemento de conmutación y un inductor. El controlador de ABIERTO/APAGADO controla el elemento de conmutación en base al resultado de comparación en un intervalo de la mitad anterior de medio ciclo de potencia alterna entre la corriente detectada a la entrada por un detector de corriente y el valor de instrucción de la corriente de la forma de onda modelada obtenida por reducción de la componente armónica de un orden predeterminado a partir de la forma de onda de la corriente

Aparato de fuente de potencia.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a la técnica de control de un circuito de fuente de potencia que convierte una fuente de potencia comercial en una fuente de potencia tal como una máquina de aparato doméstico.

El presente solicitante ha descrito un aparato de fuente de potencia convencional que tiene una mejora del factor de potencia del tipo conmutador elevador y una función de supresión de la corriente armónica. En el aparato de fuente de potencia convencional, para mejorar el factor de potencia, cuando se convierte una potencia de entrada en un voltaje de continua y se obtiene un voltaje de carga con un circuito de conmutación elevador, se conmuta un elemento de conmutación del circuito de conmutación elevador para el paso de la corriente de cortocircuito a través de un inductor (bobina de choque de elevación). Un controlador que controla el aparato de fuente de potencia pasa a ABIERTO o CERRADO el elemento de conmutación en base al resultado de la comparación entre la corriente de entrada detectada por un detector de corriente de entrada y la señal de referencia de la corriente de entrada similar a la onda sinusoidal. El controlador que controla el aparato de fuente de potencia también conmuta el elemento de conmutación, por cada medio ciclo de la fuente de potencia alterna, un número predeterminado de veces en base a la detección del cruce por cero por un circuito de detección de fase de la fuente de potencia. En lo sucesivo, la conmutación del elemento de conmutación está prohibida para impedir que el número de conmutaciones por cada medio ciclo de la fuente de potencia alterna fluctúe.

El aparato de fuente de potencia convencional está estructurado para realizar una conmutación en la mitad anterior del medio ciclo de la fuente de potencia alterna para mejorar el factor de potencia y suprimir los armónicos de corriente. Como resultado, el aparato de fuente de potencia convencional ha conseguido, por ejemplo, los siguientes efectos:

(1) el pequeño número de conmutaciones causa una carga de calor reducida al elemento de conmutación tal como un IGBT o un diodo de bloqueo inverso lo que permite reducir el tamaño;

(2) la baja frecuencia de conmutación causa un ruido reducido y por tanto se requieren menos componentes para reducir el ruido; y

(3) la corriente armónica reducida permite usar material de bajo costo en los núcleos del inductor.

La Fig. 14 representa la forma de onda de la corriente de entrada y el valor medio instantáneo de un intervalo de conmutación en el aparato de fuente de potencia convencional (de ahora en adelante en este documento "sistema convencional"). La normativa de armónicos de una fuente de potencia especifica hasta el armónico de corriente de orden 40 (hasta 2 kHz para una fuente de potencia de 50 Hz y hasta 2,4 kHz para una fuente de potencia de 60 Hz). De este modo, cuando la frecuencia básica de conmutación en un intervalo de conmutación es igual o mayor que esta, la corriente en el intervalo de conmutación se maneja como un valor medio instantáneo en la manera representada por la línea de puntos en el dibujo.

Cuando la corriente se considera como un valor medio instantáneo como se ha descrito anteriormente, la forma de onda de la corriente de un valor de medida actual a una corriente de entrada de 16 Amperios eficaces (Aef) es como se muestra en la Fig. 15. El valor de la corriente armónica de la forma de onda de corriente mostrada en la Fig. 15 tiene un valor de medida actual como el mostrado en la Fig. 16.

En la Fig. 16, el eje horizontal representa un armónico de orden n y el eje vertical representa el valor de corriente armónica medida usando un inductor de inductancia alrededor de 20mH y una corriente de entrada de alrededor de 16 Aef. El gráfico de barras representa el resultado de la medida de la corriente armónica y el gráfico de líneas muestra los valores de la tabla 1 de la normativa de armónicos de una fuente de potencia IEC61000-3-2.

Cuando los valores de corriente de los armónicos de orden 2 a 40 mostrados en la Fig. 16 están normalizados por los valores límite mostrados en la tabla 1 del documento IEC61000-3-2, el resultado es como se muestra en la Fig. 17. En la Fig. 17, el eje horizontal representa el armónico de orden n mientras que el eje vertical muestra el exponente de relación de armónicos de orden n Yn como el valor de corriente normalizada.

Como se muestra en la Fig. 17, en el sistema convencional la región de alta corriente de alrededor de 16 Aef muestra un aumento del armónico de orden 5 único a la conmutación parcial PFC y el exponente del armónico de orden n Yn excede de 1, fallando el cumplimiento de la normativa de armónicos de fuentes de potencia. Además una región de corriente entre 12 y 15 Aef también requiere un inductor de elevada inductancia para satisfacer la normativa de armónicos de fuentes de potencia, aumentado de ese modo el coste del aparato de fuente de potencia.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención resolver al menos parcialmente los problemas de la tecnología convencional.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, un aparato de fuente de potencia que convierte potencia alterna en voltaje continuo incluye una unidad de mejora del factor de potencia que incluye un inductor y un elemento de conmutación y saca un voltaje de salida como un voltaje de carga para una carga; una unidad de preparación de un valor de instrucción de la corriente que genera, como valor de instrucción de la corriente, una forma de onda modelada obtenida por reducción de una componente armónica de un orden predeterminado a partir de la forma de onda de la corriente; y una unidad de control de conmutación que controla la operación de ABIERTO/CERRADO del elemento de conmutación en un intervalo de la mitad anterior de un medio ciclo de la potencia alterna en base al resultado de la comparación obtenido por la comparación entre la corriente de entrada y el valor de la instrucción de la corriente.

El anterior y otros objetos, características, ventajas y significados técnicos e industriales de esta invención se entenderán mejor con la lectura de la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas de la presente invención, cuando se considera junto con los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de bloques esquemático de un aparato de fuente de potencia de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Fig. 2 es un diagrama de bloques esquemático detallado del controlador mostrado en la Fig. 1;

La Fig. 3 es un diagrama de forma de onda y un gráfico de tiempos para la explicación del funcionamiento del controlador;

La Fig. 4 representa la forma de onda de la corriente obtenida por desarrollo de las componentes armónicas de orden 1 hasta 50 a lo largo del eje de tiempos cuando la componente del armónico de orden 5 es un 50% menor que la convencional;

La Fig. 5 representa la forma de onda de la corriente obtenida por desarrollo de las componentes armónicas de orden 1 hasta 50 a lo largo del eje de tiempos cuando la componente del armónico de orden 5 es un 0% menor que la convencional;

La Fig. 6 es un gráfico del intervalo de tiempo de la operación de conmutación Ton de la región de la operación de conmutación y el exponente de relación de armónicos Ymax;

La Fig. 7 representa una forma de onda de corriente cuando el intervalo de tiempo de la operación de conmutación se cambia a un valor óptimo de acuerdo con la curva en forma de U mostrada en la Fig. 6 para cada valor eficaz de la corriente de entrada;

La Fig. 8 es para explicar las características de armónicos en el caso de 12 Aef en la Fig. 7;

La Fig. 9 es para explicar las características de armónicos en el caso de 16 Aef en la Fig. 7;

La Fig. 10 es un diagrama de flujo de un procedimiento para preparar la forma de onda modelada del valor de instrucción de la corriente;

La Fig. 11 es un diagrama estructural detallado de la unidad de preparación del valor de instrucción de la corriente mostrado en la Fig. 2;

La...

1. Un aparato de fuente de potencia que convierte potencia alterna en un voltaje continuo, comprendiendo la fuente de potencia:

una unidad de mejora del factor de potencia que incluye un inductor y un elemento de conmutación y que saca un voltaje de salida como voltaje de carga para una carga;

un unidad de preparación del valor de instrucción de la corriente que genera, como valor de instrucción de la corriente, una forma de onda modelada obtenida por reducción de una componente armónica de un orden predeterminado a partir de una forma de onda de corriente; y

una unidad de control de conmutación que controla la APERTURA/CIERRE del elemento de conmutación en un intervalo de la mitad anterior de medio ciclo de la potencia alterna en base al resultado de la comparación obtenido por comparación entre la corriente de entrada y el valor de instrucción de la corriente.

2. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la forma de onda modelada se genera en un intervalo de medio ciclo de la potencia alterna o en el ciclo entero de la potencia alterna teniendo una cualquiera de las siguientes formas, una onda sustancialmente triangular, una onda sustancialmente trapezoidal, y una onda sustancialmente rectangular.

3. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la forma de onda modelada se define por la función Y=a×t + b usando como referencia el cruce por cero del voltaje de la fuente de potencia, en la que "Y" es el valor de instrucción de la corriente, "t" es el tiempo transcurrido desde el cruce con cero o una fase, "a" es la inclinación, y "b" es la desviación.

4. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la unidad de preparación del valor de instrucción de la corriente incluye un unidad de integración que integra el valor de la corriente continua dependiendo de la desviación entre el valor del voltaje diana y el voltaje de salida para preparar el valor de instrucción de la corriente de acuerdo con el cual la mitad anterior del medio ciclo de potencia alterna es parte de una línea recta.

5. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, para conformar la forma de onda de la corriente de entrada para que sea la forma de onda modelada, se realiza una operación de conmutación del elemento de conmutación, en la mitad anterior del medio ciclo del medio ciclo de la fuente de potencia, de modo que la forma de onda de la corriente de entrada sigue el valor de instrucción de la corriente y, en la mitad posterior del medio ciclo de la potencia alterna, se ajusta la magnitud del voltaje de salida.

6. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con la reivindicación 5, en el que, para conformar la forma de onda de la corriente de entrada para que sea una forma de onda sustancialmente triangular, se realiza una operación de conmutación del elemento de conmutación, en la mitad anterior del medio ciclo de medio ciclo de la fuente de potencia, de modo que la forma de onda de la corriente de entrada siga el valor de instrucción de la corriente y, en la mitad posterior del medio ciclo de la potencia alterna, se proporciona un control para el paso de la corriente en una operación pasiva.

7. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con la reivindicación 5, en el que, para conformar la forma de onda de la corriente de entrada para que sea una forma de onda sustancialmente trapezoidal, se realiza una operación de conmutación del elemento de conmutación, en la mitad anterior del medio ciclo de medio ciclo de la fuente de potencia, de modo que la forma de onda de la corriente de entrada siga el valor de la instrucción de la corriente y, en la mitad posterior del medio ciclo de potencia alterna, se proporciona un control para el paso de corriente en una operación pasiva y el voltaje de salida se controla para controlar la longitud del intervalo de la base superior de la onda trapezoidal de la forma de onda de la corriente de entrada.

8. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con la reivindicación 2, en el que, en base al valor eficaz de la corriente de entrada, se cambian la inclinación de la forma de onda modelada y el tiempo objetivo en el cual se completa la operación de conmutación para cambiar la forma de onda de la corriente de entrada a la forma de onda trapezoidal y la forma de onda triangular.

9. El aparato de fuente de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la componente armónica de orden predeterminado es la componente armónica de orden 5.