CIRCUITO ELÉCTRICO CON INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR AUTOCONDUCTOR.

Circuito eléctrico entre dos conductores de entrada (3, 4) entre los que,

durante el servicio del circuito (1), se aplica una tensión de entrada de polaridad fija. - con un puente ondulador (16) entre los conductores de entrada (3, 4), que comprende los dos interruptores semiconductores (2) por rama, que son autoconductores sin la excitación de su terminal de compuerta, de tal modo que el puente ondulador (16) entre los conductores de entrada (3, 4) sea autoconductor, - con un control (5), que proporciona los impulsos de conmutación cíclica de los interruptores semiconductores del puente ondulador (16) durante el servicio del circuito (1) excitando las terminales de compuerta (6) de los interruptores semiconductores (2) con unas tensiones de control (7), y - con una fuente de corriente continua (11) que, en caso de fallo del control (5), aplica un potencial de bloqueo (12) a las terminales de compuerta (6) por lo menos de una cantidad parcial de los interruptores semiconductores autoconductores (2) del puente ondulador (16), seleccionándose los interruptores semiconductores (2) de la cantidad parcial de tal modo que bloqueen el puente ondulador (16) cuando ellos mismo se encuentran bloqueados debido a la excitación de sus terminales de compuerta (6), para impedir un cortocircuito entre los conductores de entrada (3, 4), - comprendiendo la fuente de corriente continua (11) un acumulador (14) para la carga eléctrica con un acumulador o condensador (13), caracterizado porque la fuente de corriente continua (11) presenta un circuito de carga (23) conectado en serie con otro interruptor semiconductor autoconductor (24) entre los conductores de entrada (3, 4), en el que una corriente que circula en el lado de entrada provoca una corriente en el lado de salida, que carga el acumulador (14) para la carga eléctrica, aplicándose la tensión del acumulador (14) que sirve como potencial de bloqueo asimismo a la terminal de compuerta (25) del otro interruptor semiconductor autoconductor (24)

AMBITO TÉCNICO DE LA PRESENTE INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un circuito eléctrico con las características del preámbulo de la reivindicación de patente independiente 1, que asimismo se denomina como ondulador.

En particular la presente invención se refiere a un ondulador para alimentar con energía eléctrica a una red de corriente alterna desde una fuente de corriente continua. Aún más particularmente, dicha fuente de corriente continua puede ser una instalación fotovoltaica.

Sin embargo, un ondulador, como el que en particular es objeto de la presente invención, puede emplearse asimismo para otros fines, pudiendo ser la frecuencia de la tensión alterna de salida, por la que se rige el ondulador, constante o variable, por ejemplo para regular la velocidad de un motor de corriente alterna.

Además, un ondulador según la presente invención puede preverse para corriente alterna monofásica o polifásica, en particular corriente alterna trifásica, aunque en lo sucesivo únicamente se describa un ondulador monofásico. Asimismo es posible una combinación del ondulador con otra unidad eléctrica o electrónica, como por ejemplo un convertidor Boost (o elevador) o similar. La presente invención se refiere, por lo tanto a la configuración del ondulador como tal. ESTADO DE LA TÉCNICA

Un ondulador con un puente ondulador en H entre dos conductores de entrada, presentando el puente ondulador unos interruptores semiconductores, y con un control que proporciona los impulsos de conmutación cíclica de los interruptores semiconductores durante el funcionamiento del ondulador, se conoce por ejemplo a partir del documento DE 10 2004 030 912 B3. En este caso, los interruptores semiconductores se configuran como unos elementos semiconductores MOSFET, es decir transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico. Dichos transistores de efecto de campo son de autobloqueo, es decir que no conducen sin la excitación de su terminal de compuerta. Ello resulta ventajoso por el hecho de que el puente ondulador en su globalidad no conduce sin la excitación de las terminales de compuerta y, por lo tanto, se impide que se produzca un cortocircuito entre los conductores de entrada y, asimismo, de una red de corriente alterna del lado de salida. De este modo puede crearse, más allá del puente ondulador, una tensión de entrada que se puede emplear como tensión de alimentación para el control. Este caso tiene lugar por ejemplo cuando se emplea el ondulador conocido para la alimentación de la energía eléctrica de una instalación fotovoltaica a una red de corriente alterna a la mañana, cuando la instalación fotovoltaica empieza a producir corriente. En particular en el ondulador conocido a partir del documento DE 10 2004 030 912 B3 se prevé en uno de los conductores de entrada un interruptor semiconductor adicional, configurado como un elemento semiconductor MOSFET, que se conmuta cíclicamente asimismo, como los interruptores semiconductores previstos en las ramas del puente ondulador conectadas al otro conductor de entrada, con una frecuencia más alta, mientras que los otros dos interruptores semiconductores del puente ondulador conmutan cíclicamente con una frecuencia más baja. Dicha frecuencia más baja se corresponde con la frecuencia con la que se rige el ondulador, mientras que la frecuencia más alta se utiliza para conformar la corriente alterna producida mediante modulación de ancho de impulso. Todos los interruptores semiconductores configurados como elementos semiconductores MOSFET se dotan, en el ondulador conocido, de diodos antiparalelo.

En una información de prensa Nº 02/08 del Instituto Fraunhofer para sistemas de energía solar ISE del 15 de enero del 2008 (http://www.ise.fhg.de/presse-und-medien/presseinformationenpdf/0208_ISE_PI_d_Rekord_Wechselrichterwirkungsgrad.pdf) se informa sobre un registro del rendimiento de un ondulador. En el ondulador, que es objeto de la información de prensa, se emplearon MOSFET basado en el semiconductor de carburo de silicio (SiC). De los elementos semiconductores de SiC no sólo es conocido que presentan unas características muy buenas, tales como unas pérdidas de conducción y de conmutación reducidas, sino que se pueden utilizar asimismo más allá del rango de temperatura en el que pueden funcionar los elementos semiconductores de silicio, es decir hasta 600ºC. Sin embargo, los MOSFET basados en SiC son unos elementos semiconductores no disponibles de un modo general, que por lo tanto, por lo menos actualmente, no se pueden emplear ampliamente en los onduladores, y que en su construcción actual presentan asimismo una limitación de temperatura.

Por el contrario, se dispone, con unas condiciones admisibles, de los transistores de efecto de campo y de capa de detención (JFET) basados en SiC. Sin embargo, los JFET son por lo general unos elementos semiconductores autoconductores, es decir que conducen sin que esté aplicada una tensión en su terminal de compuerta. Para contrarrestar dicho inconveniente se conoce una conexión denominada cascodo como circuito eléctrico con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1, en el que un JFET se combina con un MOSFET y en el que una tensión de entrada se bifurca en la terminal de compuerta del JFET y a través del MOSFET a la fuente del JFET. Mediante la excitación de la terminal de compuerta del MOSFET se conmuta indirectamente el JFET en la conexión cascodo. En la misma resulta ventajoso el hecho de que se utiliza la capacidad de bloqueo del JFET de SiC y el MOSFET únicamente debe presentar una reducida resistencia a la tensión de bloqueo. Sin embargo, la corriente de la potencia circula asimismo por el MOSFET, que influye de una forma determinante sobre el comportamiento de la conmutación de la totalidad del cascodo, con lo que un cascodo adolece de todos los demás inconvenientes de un MOSFET en comparación con un JFET.

En un ondulador conocido con un puente ondulador basado en unos interruptores semiconductores, los interruptores semiconductores autoconductores se prevén respectivamente en una conexión cascodo. Tal como se ha expuesto anteriormente, de este modo únicamente pueden aprovecharse las ventajas de un JFET de una forma muy limitada, en particular las ventajas de un JFET basado en SiC, ya que su alta resistencia a la temperatura en vista de la reducida resistencia a la temperatura del MOSFET en el mismo cascodo, es insignificante. Además, el número de interruptores semiconductores, debido a un JFET y un MOSFET para cada unidad de conmutación, es el doble de lo que realmente sería necesario.

A partir del documento US 2008/0174184 A1 se conoce un dispositivo para el mando de un interruptor de potencia electrónico autoconductor, por ejemplo en un puente ondulador. En el mismo se materializan las características del preámbulo de la reivindicación de patente independiente 1. La fuente de corriente continua, que al fallar el control aplica el potencial de bloqueo a las terminales de compuerta de los interruptores semiconductores autoconductores, incluye como acumulador para la carga eléctrica por cada interruptor un condensador, que se carga desde la tensión de alimentación a través de un diodo de carga para el control del interruptor, y debido al diodo su carga se mantiene incluso cuando falla la tensión de alimentación. Por lo tanto, el potencial de bloqueo sólo se encuentra disponible si una vez ha existido la tensión de alimentación del control.

A partir del documento ER 1 768 251 A1 se conoce un circuito de protección para un motor síncrono con imanes permanentes, en el que los interruptores de autobloqueo de un puente ondulador para el control del motor se conmutan asimismo a unos estados de conmutación definidos en el caso de que falle una alimentación de energía principal del control. A este fin se prevé una alimentación de energía de reserva para el control, además de la alimentación de energía principal. Tanto la alimentación de energía principal como la alimentación de energía de reserva se alimentan desde la tensión de entrada del puente ondulador.

A partir del documento WO 02/50897 A2 se conoce un circuito electrónico de potencia en la forma de un puente ondulador con interruptores semiconductores autoconductores. Un control que proporciona los impulsos de conmutación cíclica de los interruptores semiconductores se alimenta con energía eléctrica desde una tensión de entrada del puente ondulador. Para ello se conectan en serie un diodo y un condensador entre los conductores de entrada. El condensador mantiene su carga debido al diodo, incluso en el caso de que falle...

1. Circuito eléctrico entre dos conductores de entrada (3, 4) entre los que, durante el servicio del circuito (1), se aplica una tensión de entrada de polaridad fija.

- con un puente ondulador (16) entre los conductores de entrada (3, 4), que comprende los dos interruptores semiconductores (2) por rama, que son autoconductores sin la excitación de su terminal de compuerta, de tal modo que el puente ondulador (16) entre los conductores de entrada (3, 4) sea autoconductor,

- con un control (5), que proporciona los impulsos de conmutación cíclica de los interruptores semiconductores del puente ondulador (16) durante el servicio del circuito (1) excitando las terminales de compuerta (6) de los interruptores semiconductores (2) con unas tensiones de control (7), y

- con una fuente de corriente continua (11) que, en caso de fallo del control (5), aplica un potencial de bloqueo (12) a las terminales de compuerta (6) por lo menos de una cantidad parcial de los interruptores semiconductores autoconductores (2) del puente ondulador (16), seleccionándose los interruptores semiconductores (2) de la cantidad parcial de tal modo que bloqueen el puente ondulador

(16) cuando ellos mismo se encuentran bloqueados debido a la excitación de sus terminales de compuerta (6), para impedir un cortocircuito entre los conductores de entrada (3, 4),

- comprendiendo la fuente de corriente continua (11) un acumulador (14) para la carga eléctrica con un acumulador o condensador (13),

caracterizado porque la fuente de corriente continua

(11) presenta un circuito de carga (23) conectado en serie con otro interruptor semiconductor autoconductor (24) entre los conductores de entrada (3, 4), en el que una corriente que circula en el lado de entrada provoca una corriente en el lado de salida, que carga el acumulador

(14) para la carga eléctrica, aplicándose la tensión del acumulador (14) que sirve como potencial de bloqueo asimismo a la terminal de compuerta (25) del otro interruptor semiconductor autoconductor (24).

2. Circuito según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de corriente continua (11) no comprende ningún elemento conectado en serie con los interruptores semiconductores (2) del puente ondulador (16) entre los conductores de entrada (3, 4).

3. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la fuente de corriente continua (11) no comprende ningún elemento conectado en paralelo con el puente ondulador (16) entre los conductores de entrada (3, 4), por el que, durante el servicio del circuito (1) circule corriente permanentemente.

4. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque entre la fuente de corriente continua (11) y las terminales de compuerta (6) de los interruptores semiconductores autoconductores (2) del puente ondulador (16) se dispone un órgano de maniobra excitable, en particular un interruptor semiconductor autoconductor (8), cuya terminal de compuerta se excita mediante el control (5) durante el servicio del circuito (1).

5. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque entre los dos conductores de entrada (3, 4), durante el servicio del circuito (1), se encuentra aplicada un tensión continua.

6. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, en el caso de un fallo del control (5), la fuente de corriente continua (11) aplica el potencial de bloqueo (12) a las terminales de compuerta (6) de un interruptor semiconductor autoconductor (2) de cada rama del puente ondulador (16), disponiéndose dichos interruptores semiconductores (2) en las líneas del puente ondulador (16) que se derivan de uno de los conductores de entrada (3, 4).

7. Utilización de un circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como ondulador para la alimentación de energía eléctrica desde una fuente de corriente continua exterior (18), en particular una instalación fotovoltaica, a una red de corriente alterna.