Circuito corrector del factor de potencia para una fuente de alimentación trifásica.

Circuito corrector (200) del factor de potencia de un circuito para red eléctrica trifásica que comprende un bloque de filtrado (201,

211) en la entrada de dicho circuito corrector que recibe las tres fases de la corriente (VR, VS, VT), al menos una inductancia por fase de corriente (LR, LS, LT) colocada corriente abajo del bloque de filtrado, un puente rectificador (213) que alimenta una etapa de conmutación de la corriente (214), el bloque de filtrado (201, 211) comprendiendo al menos una celda de filtrado en modo diferencial (502) que comprende al menos un circuito inductivo (511) formado por un único material magnético en forma de doble E (705, 705’), cada brazo de la E estando envuelto por una bobina (701, 702, 703), los valores de las inductancias (LR, LS, LT) seleccionándose de tal modo que dicho circuito corrector (200) funcione en el límite entre el modo continuo y el modo discontinuo, el bloque de filtrado (201) comprendiendo una primera celda de filtrado en modo común (501), unida en serie con la primera celda de filtrado en modo diferencial (502) y una segunda celda de filtrado en modo diferencial (504), el circuito corrector caracterizándose porque el bloque de filtrado (201) también comprende una segunda celda de filtrado en modo común (503) que comprende una salida de punto medio e intercalada entre la primera celda de filtrado en modo diferencial (502) y la segunda celda de filtrado en modo diferencial (504).

Circuito corrector del factor de potencia para una fuente de alimentación trifásica

La presente invención se refiere a un circuito corrector del factor de potencia para una fuente de alimentación trifásica. La invención se aplica en particular al campo de la electrónica de potencia, en particular a la realización de bloques de alimentación trifásica.

Un circuito electrónico de potencia introduce a veces una potencia reactiva que comporta un desfase de la corriente y de la tensión de alimentación. Además, una o varias etapas de conversión presentes en dicho circuito electrónico, por ejemplo una etapa de rectificación de la tensión, provocan unas deformaciones de la corriente de entrada que degradan en consecuencia el factor de potencia. El circuito electrónico de potencia necesita, por lo tanto, al nivel de su entrada, la adición de un circuito corrector para aumentar el factor de potencia.

Por una parte, el circuito corrector, que en adelante se designa con las siglas PFC, en referencia a la expresión anglosajona « Power Factor Correction » que significa « corrección del factor de potencia », debe volver a poner en fase la corriente y la tensión. Por otra parte, el circuito PFC debe limitar las distorsiones armónicas de la corriente de entrada. De este modo, un circuito PFC debe al menos satisfacer dos exigencias simultáneas: obtener un alto factor de potencia y una buena estabilidad de la distorsión armónica en corriente inducida. Ahora bien, las nuevas normas, en particular en materia de pureza en la forma de la corriente son cada vez más estrictas, tal y como atestiguan, por ejemplo, los capítulos relativos a las emisiones conductivas de la norma MIL-STD-461 E del Departamento de Defensa Americano.

Para satisfacer las estrictas exigencias ya mencionadas con unas aplicaciones alimentadas por una corriente trifásica, es natural yuxtaponer tres etapas PFC, una para cada fase de la corriente eléctrica. Sin embargo, aunque esta solución permita conseguir unos buenos resultados, tanto a nivel de distorsión armónica, como de factor de potencia, esta conduce a una estructura compleja, en particular a causa de las dificultades de equilibrado entre las tres etapas PFC. Además, el circuito resultante es voluminoso debido a la demultiplicación de los componentes que hay que emplear.

Una solución alternativa que retoma el principio de los circuitos de PFC de tipo « boost » se presenta en la figura 1. Se trata de un circuito corrector clásico 100 para una fuente de alimentación trifásica que comprende un primer bloque de filtrado 101 específico para las bajas frecuencias, un puente rectificador hexafásico 102, un segundo bloque de filtrado 103 específico para las altas frecuencias, y una etapa de elevación de tensión 104, la cual comprende una inductancia 105, un interruptor de control 106 y un diodo de rueda libre 107 que alimenta una capacitancia de almacenamiento C. El valor de la inductancia 105 se selecciona lo suficientemente alto como para que el circuito 100 funcione en modo continuo. La capacitancia C es una reserva de energía que permite alimentar un circuito de consumo, representado en la figura 1 con una carga 110. Este circuito corrector clásico 100 permite, sin recurrir a tres etapas PFC, aumentar de forma significativa el factor de potencia del circuito. No obstante, el valor de la inductancia 105 al deber elevarse para obtener un alisamiento aceptable de la corriente, el componente inductivo seleccionado para desempeñar esta función se muestra a menudo muy voluminoso. Además, en la práctica, la estructura de este circuito muestra sus límites en la estabilidad de las distorsiones armónicas; esta no permite cumplir con las exigencias de las normas más estrictas.

Se han propuesto otras soluciones, en particular un circuito presentado en la patente con la referencia US 6984964 del solicitante Delta Electronics Inc. Este circuito, diseñado para una fuente de alimentación trifásica, permite obtener unos bajos niveles de distorsión armónica, conservando al mismo tiempo un alto factor de potencia. No obstante, este circuito es especialmente caro, ya que requiere la utilización de un procesador de señal digital o DSP (« Digital Signal Processor ») y de un circuito complejo programable o CPLD (« Complex Programmable Logic Device ») , de tal modo que controle las inversiones de corriente hacia la entrada del circuito en particular cuando el neutro de la red trifásica no está conectado al circuito. Por otra parte, es necesario tener 3 funciones PFC distintas, una por fase, para realizar la función « PFC » que permite obtener al mismo tiempo un factor de potencia próximo a la unidad conjugada con una baja distorsión armónica en corriente de entrada, por ejemplo para cumplir con el requisito de la prueba CE 101 de la norma MIL-STD-461 E.

Se ha propuesto un circuito por Yang y otros, « A novel, robust harmonic injection method for single-switch, three phase, discontinuous-conduction-mode boost rectifiers », 19970622-19970627, vol. 1, 22 de junio de 1997, páginas 469-475, pero este no permite cumplir con los estrictos requisitos en materia de distorsión armónica.

Un objetivo de la invención es ofrecer un circuito PFC que permita cumplir con unos estrictos requisitos relativos al factor de potencia y a unos niveles de distorsiones armónicas, limitando al mismo tiempo el tamaño de dicho circuito PFC y su coste. Para ello, la invención tiene por objeto un circuito corrector del factor de potencia de un circuito para red eléctrica trifásica que comprende un bloque de filtrado en la entrada que recibe las tres fases de la corriente, al menos una inductancia por fase situada aguas abajo del bloque de filtrado, un puente rectificador que alimenta una etapa de conmutación de la corriente, el bloque de filtrado comprendiendo una celda de filtrado en modo diferencial que comprende al menos un circuito inductivo formado por un único material magnético en forma de doble E, cada brazo de la E estando envuelto por una bobina, los valores de las inductancias seleccionándose de tal modo que

dicho circuito corrector funcione en el límite entre el modo continuo y el modo discontinuo, el bloque de filtrado comprendiendo una primera celda en modo común, unida en serie con la primera celda de filtrado en modo diferencial, y una segunda celda de filtrado en modo diferencial, el circuito corrector caracterizándose porque el bloque de filtrado también comprende una segunda celda de filtrado en modo común que comprende una salida de punto medio e intercalada entre la primera celda de filtrado en modo diferencial y la segunda celda de filtrado en modo diferencial.

De acuerdo con un modo de realización, el bloque de filtrado comprende una primera celda de filtrado en modo común, unida en serie con una primera celda de filtrado en modo diferencial y una segunda celda de filtrado en modo diferencial, el bloque de filtrado comprendiendo también una segunda celda de filtrado en modo común que comprende una salida de punto medio e intercalada entre la primera celda de filtrado en modo diferencial y la segunda celda de filtrado en modo diferencial.

De acuerdo con un modo de realización, la segunda celda de filtrado en modo diferencial comprende unas inductancias simples y el conjunto de las inductancias en modo diferencial está integrado en un bloque moldeado de resina, dicho conjunto estando compuesto por unos módulos inductivos y unas inductancias simples de la primera celda de filtrado en modo diferencial así como por unas inductancias simples de la segunda celda de filtrado en modo diferencial.

La invención también tiene por objeto un bloque de alimentación que comprende un circuito corrector del factor de potencia tal y como se ha descrito con anterioridad.

Al contrario que en los circuitos PFC del estado de la técnica, el circuito de acuerdo con la invención es unitario, es decir que comprende un único circuito PFC que funciona en modo trifásico. Esta característica conlleva varias ventajas. Por una parte, permite reducir el tamaño global del circuito con un factor tres. Por otra parte, permite resolver los problemas de equilibrado de las fases, esté conectado o no el neutro de la red trifásica al circuito. Por otra parte, ya no es necesaria una estructura adicional que precisa unos módulos de cálculo como un DSP o un CPLD.

Se mostrarán otras características con la lectura de la siguiente descripción detallada que se da a título de ejemplo y no es excluyente que se realiza en relación con los dibujos que se adjuntan, que representan:... [Seguir leyendo]

1. Circuito corrector (200) del factor de potencia de un circuito para red eléctrica trifásica que comprende un bloque de filtrado (201, 211) en la entrada de dicho circuito corrector que recibe las tres fases de la corriente (VR, VS, VT) , al menos una inductancia por fase de corriente (LR, LS, LT) colocada corriente abajo del bloque de filtrado, un puente 5 rectificador (213) que alimenta una etapa de conmutación de la corriente (214) , el bloque de filtrado (201, 211) comprendiendo al menos una celda de filtrado en modo diferencial (502) que comprende al menos un circuito inductivo (511) formado por un único material magnético en forma de doble E (705, 705’) , cada brazo de la E estando envuelto por una bobina (701, 702, 703) , los valores de las inductancias (LR, LS, LT) seleccionándose de tal modo que dicho circuito corrector (200) funcione en el límite entre el modo continuo y el modo discontinuo, el bloque

de filtrado (201) comprendiendo una primera celda de filtrado en modo común (501) , unida en serie con la primera celda de filtrado en modo diferencial (502) y una segunda celda de filtrado en modo diferencial (504) , el circuito corrector caracterizándose porque el bloque de filtrado (201) también comprende una segunda celda de filtrado en modo común (503) que comprende una salida de punto medio e intercalada entre la primera celda de filtrado en modo diferencial (502) y la segunda celda de filtrado en modo diferencial (504) .

2. Circuito corrector de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la primera celda de filtrado en modo diferencial (502) comprende una inductancia simple (512, 512’, 512’’) por fase de corriente, cada una de las inductancias simples estando unida en serie con una salida del circuito inductivo (511) .

3. Circuito corrector de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, la segunda celda de filtrado en modo diferencial (504) comprendiendo unas inductancias simples (514, 514’, 514’’) , que se caracteriza porque el conjunto de las

inductancias en modo diferencial está integrado en un bloque moldeado de resina (602) , dicho conjunto estando compuesto por unos módulos inductivos (511, 511’, 511’’) y unas inductancias simples (512, 512’, 512’’) de la primera celda de filtrado en modo diferencial (502) así como por unas inductancias simples (514, 514’, 514’’) de la segunda celda de filtrado en modo diferencial (504) .

4. Circuito corrector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque las 25 inductancias en modo común (510, 513) están formadas a partir de un material de ferrita.

5. Bloque de alimentación que comprende un circuito corrector del factor de potencia de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.