CONVERTIDOR EN TRANSFERENCIA DIRECTA DE ENERGÍA.

La invención se refiere a un convertidor en transferencia directa de energía de tipo CA/CC o CC/CC, que incluye un rectificador síncrono autogobernado. En la continuación del texto, la expresión «rectificador síncrono» designa preferentemente un rectificador síncrono autogobernado, es decir, un rectificador en el que los interruptores de rectificación son gobernados a través de uno o varios devanados de transformadores. Son conocidos sistemas de conversión en transferencia directa de energía, que comprenden una fuente de tensión de entrada y al menos un interruptor primario gobernado, que da alimentación a un transformador cuyo secundario va montado con al menos dos interruptores de potencia que constituyen un rectificador síncrono autogobernado. Dicho rectificador síncrono va montado en cascada con un filtro que suministra una tensión continua controlada a una aplicación. En este tipo de cadena de conversión, el rectificador tiene como finalidad - suministrar a la aplicación, a través del filtro, la energía transferida por el transformador en el período conductor del interruptor primario, llamado fase de transferencia directa, y - bloquear la transferencia en el período no conductor de dicho interruptor primario, siendo alimentada la aplicación mediante la bobina del filtro, a través de un interruptor de libre circulación tal como un transistor del rectificador, durante este período no conductor del interruptor principal primario, llamado fase de libre circulación. En la figura 1 se representa la parte secundaria 100 de semejante convertidor, del tipo de transferencia directa de energía asimétrica. La rectificación es llamada de limitación activa («active clamp» en inglés). La parte 100 incluye: - un devanado secundario 10 de transformador de potencia, - un rectificador síncrono 1 de tipo de transferencia directa, - un filtro de salida LC 5. El rectificador síncrono 1 incluye dos transistores de potencia secundarios 20 y 30 y sus respectivos elementos de control 21-22 y 31-32, organizados en orden a asegurar la transferencia directa de energía por parte del transistor 20 y la fase de libre circulación realizada por el transistor 30 con las mínimas pérdidas. Los elementos 21 y 31 son, por ejemplo, un diodo en paralelo con una capacidad y los elementos 22 y 32 son, por ejemplo, diodos Zéner. Esta solución tan sólo es posible mediante una optimización de la tensión de control de las puertas. El cableado de los elementos de control en autogobernado da tensiones en las puertas de los transistores de potencia cuyas amplitudes dependen directamente de la tensión de entrada en bornes del devanado primario, no representado, y por lo tanto, de la tensión de salida en bornes del devanado secundario 10. En los sistemas con transferencia directa de energía asimétricos de tipo de limitación activa, las amplitudes de las tensiones de puerta varían en sentido inverso. Por ejemplo, la tensión disponible en la puerta del transistor 20, en la fase directa, es máxima para una tensión de entrada máxima. A la inversa, cuando la tensión de entrada disminuye, la tensión disponible en la puerta del transistor 30 aumenta para alcanzar un valor máximo que puede ser inadaptado. A consecuencia de ello, esta solución plantea un cierto número de dificultades. Puede ocurrir que, en efecto, la tensión máxima de puerta de uno de los dos transistores no sea suficiente para realizar el control. Tal es el caso en particular cuando la tensión en bornes del devanado secundario 10 es pequeña, del orden de 2 V. Una pequeña tensión en bornes del devanado secundario puede producirse en particular en el caso de una tensión de entrada variable entre los bornes del devanado primario, por ejemplo entre 36 V y 72 V para una tensión media de 48 V, o entre 18 V y 36 V para una tensión media de 24 V y más aún para intervalos más amplios de tensión de entrada tales como 18 V - 72 V. La tensión en bornes del devanado secundario puede ser entonces justo suficiente para controlar el transistor 20 a la fase directa pero insuficiente para controlar el transistor 30 a la fase de libre circulación. Por el contrario, para intensas tensiones de salida, superiores a 10 V, no es fácil encontrar un buen compromiso entre una tensión de puerta suficiente en el transistor directo, en todo el intervalo de tensión de entrada, y una tensión de puerta máxima pero inferior al valor máximo admisible para la puerta del transistor de libre circulación. Es también conocido, con la patente US5430640, un convertidor de energía cuyo conmutador de libre circulación es alimentado desde una fuente de tensión auxiliar. No obstante, esta arquitectura no permite anticipar el cambio de fase en la señal de control y, por tanto, no minimiza las pérdidas al máximo. En particular, en determinados casos de utilización, hay que acudir a un circuito limitador para limitar los picos de tensión en los transistores de rectificación síncrona para evitar la avalancha de estos últimos. 2 E04290276 08-11-2011   La presente invención está orientada a realizar un convertidor en transferencia directa de energía en rectificación síncrona autogobernado, en particular del tipo de limitación activa, que permite suprimir tanto las pérdidas de conducción, debidas a la inadecuación de las tensiones de control cuando la tensión de salida es pequeña, como las pérdidas de conmutación generadas cuando la tensión de salida es elevada, garantizando una tensión de control suficiente en la fase de libre circulación y en la fase directa. La presente invención propone a tal efecto un convertidor en transferencia directa de energía según la reivindicación 1. Gracias a la invención, el gobierno del segundo interruptor para pasar a fase de libre circulación es independiente de la tensión en bornes del devanado secundario durante la fase de libre circulación. Así, una variación de la tensión de entrada, que, en la fase de libre circulación, acarrearía una bajada de la tensión en bornes del devanado secundario, no tiene influencia alguna sobre el gobierno del interruptor secundario de libre circulación. De manera ventajosa, la fuente de tensión auxiliar estará realizada mediante un circuito tan simple como sea posible, pero con la condición de que pueda proporcionar una tensión conveniente en cualquier caso, según el contexto de utilización del convertidor. Así, por motivos de compacidad y de coste, generalmente será preferible que la fuente de tensión auxiliar tome su energía del propio convertidor. Ésta podría ser tomada a la salida del convertidor, es decir, aguas abajo del filtro de salida. No obstante, una solución especialmente interesante en el caso en que la tensión de salida del convertidor fuera susceptible de pasar a quedar demasiado baja, consiste en que la fuente de tensión auxiliar pueda proporcionar una tensión sensiblemente igual a la tensión del devanado secundario durante la fase directa. Así, la fuente de tensión auxiliar es un circuito proyectado para acumular energía proporcionada por el devanado secundario, bajo una tensión sensiblemente igual a la tensión de cresta disponible entre sus bornes. Esta disposición permite producir una tensión superior a la que se obtiene a la salida del convertidor ya que este último no es sino la tensión media de la tensión presente en bornes del devanado secundario. Así, la tensión del devanado secundario se elige para optimizar el gobierno del primer interruptor transistor de transferencia directa de energía. La tensión de control del segundo interruptor que permite la entrada en fase de libre circulación está directamente relacionada con la tensión de control que permite la entrada en fase de transferencia directa de energía. El convertidor según la invención permite, por tanto, optimizar el gobierno del primer interruptor sin preocuparse del gobierno del segundo interruptor. De acuerdo con una segunda variante, al incluir dicho convertidor unos segundos medios autogobernados para aplicar una tensión de control que permite hacer conductor dicho primer interruptor en fase directa, esta tensión de control es proporcionada por dicha fuente de tensión auxiliar por mediación de un segundo circuito de transferencia de carga. Así, esta segunda variante permite gobernar los dos interruptores del rectificador mediante una tensión de control elegida, por ejemplo, a partir de una tensión sensiblemente igual a la tensión del devanado secundario durante la fase directa. De acuerdo con una forma de realización particular, dicha fuente de tensión auxiliar incluye: - una capacidad, - un elemento rectificador unido por su primer extremo en serie con dicha capacidad y por su segundo extremo a un extremo de dicho devanado secundario, realizando dicho elemento rectificador una tensión auxiliar sensiblemente igual a la tensión del devanado... [Seguir leyendo]

1. Convertidor en transferencia directa de energía que incluye: - una etapa primaria que incluye al menos un devanado primario de un transformador y al menos un interruptor gobernado que presenta fases de funcionamiento conductoras y no conductoras, - una etapa secundaria que incluye al menos un devanado secundario (10) de dicho transformador y un rectificador síncrono (1) que incluye: o al menos un primer transistor MOSFET (20), llamado interruptor directo, autogobernado y conductor durante las fases conductoras de dicho interruptor gobernado de la etapa primaria, llamadas fases de transferencia directa de la energía, o al menos un segundo transistor MOSFET (30), llamado interruptor de libre circulación, autogobernado y conductor durante las fases no conductoras de dicho interruptor gobernado de la etapa primaria, llamadas fases de libre circulación, - un filtro de salida (5), incluyendo dicho convertidor unos primeros medios autogobernados que, disparados en función de la tensión en bornes de dicho al menos un devanado secundario (10), aplican a dicho segundo transistor MOSFET (30) una correspondiente tensión de control apta para hacer conductor dicho segundo interruptor (30), dichos primeros medios autogobernados incluyen un primer circuito de transferencia de carga (CTC1) controlado directamente por dicha tensión en bornes de dicho devanado secundario (10), para aplicar a dicho segundo interruptor (30) una tensión de control sensiblemente constante y proporcionada por una fuente de tensión auxiliar (VAUX), caracterizado porque dicho al menos un devanado secundario va conectado en paralelo al rectificador síncrono (1), y dicho primer circuito de transferencia de carga (CTC1) incluye: - una red derivadora que comprende un condensador (42) unido en serie con una resistencia (43), estando unida dicha resistencia a un extremo (14) de dicho al menos un devanado secundario (10), detectando dicha red la variación de la tensión inducida por dicho al menos un devanado primario entre los bornes de dicho al menos un devanado secundario (10), - un transistor bipolar (40), llamado transistor de carga, siendo controlada la base de dicho transistor bipolar a través de dicha red, hallándose unido el emisor de dicho transistor bipolar a dicha fuente de tensión auxiliar y hallándose unido el colector de dicho transistor bipolar a la puerta de dicho segundo transistor MOSFET (30). 2. Convertidor según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha fuente de tensión auxiliar (VAUX) proporciona una tensión (V60) sensiblemente igual a la tensión de dicho, al menos un, devanado secundario (10), durante la fase directa. 3. Convertidor según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha fuente de tensión auxiliar (VAUX) incluye: - una capacidad (60), - un elemento rectificador (62) unido por su primer extremo en serie con dicha capacidad (60) y por su segundo extremo a un extremo (15) de dicho al menos un devanado secundario, realizando dicho elemento rectificador una tensión auxiliar sensiblemente igual a la tensión de dicho al menos un devanado secundario (10) durante la fase directa. 4. Convertidor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la tensión de control de dicho primer transistor MOSFET (20) se obtiene a partir de la tensión en bornes de dicho al menos un devanado secundario (10). 5. Convertidor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, al incluir dicho convertidor unos segundos medios autogobernados para aplicar una tensión de control que permite hacer conductor dicho primer transistor MOSFET (20) en fase directa, esta tensión de control es proporcionada por dicha fuente de tensión auxiliar (VAUX) por mediación de un segundo circuito de transferencia de carga (CTC1d). 6. Convertidor según la reivindicación 5, caracterizado porque entre la base y el emisor de dicho transistor bipolar de carga (40) se halla un diodo (41) montado en antiparalelo. 7. Convertidor según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque incluye unos medios (CTC2) para anticipar el corte de dicho segundo transistor MOSFET (30) antes del paso a conducción de dicho primer transistor MOSFET (20) en dicha fase directa. 8 E04290276 08-11-2011   8. Convertidor según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios (CTC2) para anticipar el corte de dicho segundo transistor MOSFET (30) antes del paso a conducción de dicho primer transistor MOSFET (20) en dicha fase directa incluyen: - una red derivadora que comprende un condensador (52) unido en serie con una resistencia (53), estando unida dicha resistencia a un extremo (14) de dicho al menos un devanado secundario (10), detectando dicha red la variación de la tensión inducida por dicho devanado primario entre los bornes de dicho devanado secundario (10), - un transistor bipolar (50), llamado transistor de anticipación, siendo controlada la base de dicho transistor bipolar a través de dicha red derivadora, hallándose unido el emisor de dicho transistor bipolar al drenador de dicho primer interruptor y hallándose unido el colector de dicho transistor bipolar a la puerta de dicho segundo interruptor. 9. Convertidor según la reivindicación 8, caracterizado porque entre la base y el emisor de dicho transistor bipolar de anticipación se halla un diodo (51) montado en antiparalelo. 10. Convertidor según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho segundo circuito de transferencia de carga (CTC1d) incluye: - una red derivadora que comprende un condensador (42d) unido en serie a una resistencia (43d), estando unida dicha resistencia a un extremo de dicho al menos un devanado secundario (10), detectando dicha red la variación de la tensión inducida por dicho al menos un devanado primario entre los bornes de dicho al menos un devanado secundario (10), - un transistor bipolar (40d), llamado transistor de carga, siendo controlada la base de dicho transistor bipolar a través de dicha red, hallándose unido el emisor de dicho transistor bipolar a dicha fuente de tensión auxiliar (VAUX) y hallándose unido el colector de dicho transistor bipolar a la puerta de dicho primer transistor MOSFET (20). 11. Convertidor según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque incluye unos medios (CTC2d) para retardar el paso a conducción de dicho primer transistor MOSFET (20) mientras dicho segundo transistor MOSFET (30) esté gobernado. 12. Convertidor según la reivindicación 11, caracterizado porque dichos medios (CTC2d) para retardar el paso a conducción de dicho primer transistor MOSFET (20) mientras dicho segundo transistor MOSFET (30) esté gobernado incluyen: - un transistor MOSFET (50d), llamado transistor de retardo, - una resistencia (53d) que tiene un primer terminal unido a la puerta de dicho transistor de libre circulación (30) y un segundo terminal unido a la puerta de dicho transistor de retardo (50d), - una capacidad (52d) que tiene un primer terminal unido a la puerta de dicho transistor de retardo (50d) y un segundo terminal unido a la fuente de dicho primer transistor MOSFET (20). 9 E04290276 08-11-2011   E04290276 08-11-2011   11 E04290276 08-11-2011   12 E04290276 08-11-2011   13 E04290276 08-11-2011   14 E04290276 08-11-2011