Controlador para un convertidor DC-DC en modo corriente.

Un controlador (1) para controlar un convertidor DC-DC en modo corriente que comprende:



un comparador (10) para comparar una señal de entrada (Vo) con una señal de referencia (Vr) para obtener una señal de error (ER), un integrador (11) para aplicar la acción de integración sobre la señal de error (ER) para obtener una señal de control (ICO), el integrador (11) que permite la influencia de la acción de integración, caracterizado por un circuito de limitación que comprende:

medios de copia (81) para suministrar una señal de control copia (ICOC) que es proporcional a la señal de control (ICO), medios de determinación (85) para determinar si la señal de control copia (ICOC) alcanza un valor límite (IMIN, IMAX), y el circuito de limitación que se adapta para influir la acción de integración para limitar la señal de control (ICO) cuando la señal de control copia (ICOC) alcanza el valor límite (IMIN, IMAX) .

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2005/053160.

Solicitante: ST-Ericsson SA.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: Chemin du Champ-des-Filles 39 1228 Genève Plan-les-Ouates SUIZA.

Inventor/es: BLANKEN,Pieter G.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02M3/156 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 3/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente continua. › con control automático de la tensión o de la corriente de salida, p. ej. reguladores de conmutación.
  • H02M3/335 H02M 3/00 […] › utilizando solamente dispositivos semiconductores.

PDF original: ES-2381482_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Controlador para un convertidor DC-DC en modo corriente Campo de la invención La invención se refiere a un controlador, un convertidor DC/DC controlado en modo corriente que comprende tal controlador, un aparato que comprende el convertidor DC/DC controlado en modo corriente, y el método de control.

Antecedentes de la invención

En un convertidor DC/DC controlado en modo corriente, se acopla un conmutador controlable a una bobina para generar una corriente de inducción que cambia periódicamente a través de la bobina. Un bucle de regulación de voltaje exterior comprende un controlador en modo corriente que sustrae el voltaje de salida del convertidor de un voltaje de referencia para suministrar una señal de error que se procesa para obtener una señal de control. Esta señal de control se puede usar como un nivel establecido para la corriente de pico en la bobina. El procesamiento normalmente comprende un controlador PI o un PID, el cual recibe la señal de error y suministra la señal de control. Por lo tanto, a menudo, este procesamiento también se conoce como un controlador. Un bucle de regulación de corriente interior desconecta el conmutador controlable cuando una señal de detección que es representativa para la corriente de inducción alcanza el nivel establecido. De esta manera, el nivel establecido, que depende de la diferencia entre el nivel de voltaje de salida y el nivel de voltaje de referencia, determina un nivel de corriente de pico de la corriente a través de la bobina. Se conocen muchas opciones para determinar esta señal de detección. Por ejemplo, la señal de detección se puede obtener con un transformador de corriente, o como un voltaje sobre una impedancia en serie con la bobina, esta impedancia en serie puede estar en el trayecto de corriente principal del conmutador.

Normalmente, el conmutador se enciende mediante un impulso de reloj generado por un oscilador. El tiempo de encendido del conmutador es el periodo de tiempo entre el instante que el conmutador se enciende por el impulso de reloj y el instante que la corriente de inducción alcanza el nivel establecido. El tiempo de apagado del conmutador es el periodo en tiempo entre el instante que la corriente de inducción alcanza el nivel establecido y el siguiente impulso de reloj. El periodo de repetición es la suma del tiempo de encendido y el tiempo de apagado. En un convertidor reductor, durante el tiempo de encendido, el conmutador conecta la bobina entre un voltaje de entrada y la salida y la corriente de inducción aumenta. El voltaje de entrada se puede suministrar por una batería. Durante el tiempo de apagado, otro conmutador conecta la bobina entre la salida y tierra y la corriente de inducción disminuye. La topología de otros convertidores DC/DC controlados en modo corriente, tales como por ejemplo, convertidores de amplificación, de reducción-amplificación, Cuk, también es bien conocida.

La US-B-6 498 466 revela un regulador de conmutación en modo corriente que mantiene un límite de corriente máxima considerablemente constante por encima de un intervalo virtualmente completo de ciclos de carga. El regulador tiene un circuito de control que incluye un circuito de almacenamiento temporal, un circuito de afianzamiento de voltaje ajustable, y un circuito de compensación de pendiente. El circuito de almacenamiento temporal aísla una señal de control de la carga capacitiva asociada con el circuito de control. El nivel umbral del circuito de afianzamiento de voltaje ajustable varía con respecto a la cantidad de compensación de pendiente proporcionada al regulador de voltaje. Esto permite un voltaje de control que aumenta según aumenta la compensación de pendiente de manera que se mantiene un límite de corriente máxima considerablemente constante.

Normalmente, se requiere compensación de pendiente para disminuir las perturbaciones en la corriente de inducción. La compensación de pendiente se obtiene variando el nivel establecido como una función del tiempo durante el periodo de repetición. A menudo, el controlador en modo corriente o bien sustrae una señal de compensación de pendiente en diente de sierra, una de parábola, o bien una lineal por tramos a partir de la señal de control para obtener una señal de control de pendiente compensada. Ahora, esta señal de control de pendiente compensada se usa como el nivel establecido, y de esta manera, el periodo de apagado comienza en el instante que la corriente de pico a través de la bobina alcanza el nivel de la señal de control de pendiente compensada.

En algunas aplicaciones, tales como por ejemplo en sistemas de telecomunicación, el voltaje de referencia se varía para obtener un voltaje de salida que varía el cual encaja la potencia de transmisión real requerida. Es importante que el voltaje de salida del convertidor de potencia haga el seguimiento de las variaciones del voltaje de referencia óptimamente. Es una desventaja del convertidor DC/DC controlado en modo corriente conocido que su velocidad de reacción sobre una variación del voltaje de referencia no es óptima.

La US-B-6.611.131 revela tal regulador de conmutación en modo corriente. Como la técnica anterior, se trata un regulador de conmutación en modo corriente en el cual un afianzamiento de voltaje está presente a través del condensador de integración del controlador I. Este afianzamiento del voltaje limita el voltaje de control presente en el condensador de integración. De esta manera, también la corriente de inducción se limitará. Además se revela que esta solución de la técnica anterior tiene el inconveniente de que el valor real al cual la corriente de inducción está limitada depende de la compensación de pendiente. Por lo tanto, la US-B-6.611.131 propone usar un afianzamiento de voltaje que afiance el voltaje en una salida de un almacenador temporal el cual almacena temporalmente el voltaje a través del condensador de integración. El voltaje al cual la salida del almacenador temporal está limitada depende de la compensación de pendiente. Ahora, el nivel al cual la corriente está limitada depende menos de la señal de compensación de pendiente. No obstante, esta solución tiene la desventaja de que el bucle de control de integración no está cerrado durante la acción de limitación y consecuentemente, el voltaje sobre el condensador de integración se aleja.

Resumen de la invención

Es un objeto de la invención proporcionar un controlador del cual la señal de salida está limitada y en el que el integrador se aleja menos.

Un primer aspecto de la invención proporciona un controlador como se reivindica en la reivindicación 1. Un segundo aspecto de la invención proporciona un convertidor DC/DC controlado en modo corriente como se reivindica en la reivindicación 10. Un tercer aspecto de la invención proporciona un aparato como se reivindica en la reivindicación 16. Un cuarto aspecto de la invención proporciona un método de control como se reivindica en la reivindicación 18. Las realizaciones ventajosas se definen en las reivindicaciones dependientes.

El controlador de acuerdo con el primer aspecto de la invención comprende un comparador, un integrador, un circuito de copia, un circuito de determinación, y un circuito de influencia. Tal controlador se conoce normalmente como un controlador I. En los controladores I bien conocidos, el comparador compara una señal de entrada con una señal de referencia y suministra una señal de error. La señal de error indica la diferencia entre la señal de entrada y la señal de referencia. El integrador integra la señal de error para obtener una señal de control.

Un ejemplo del uso de tal controlador I en un convertidor de potencia se revela en la US-B-6.611.131. En esta solicitud, la señal de entrada del controlador I es un voltaje de salida del convertidor de potencia, y la señal de referencia es un voltaje de referencia. La señal de control suministrada por el controlador I controla el convertidor de potencia de manera que su voltaje de salida se determina por el voltaje de referencia.

El integrador permite influir su acción de integración. Por ejemplo, si el integrador comprende un condensador de integración, el integrador comprende una entrada para influir la corriente suministrada al condensador integrador. El circuito de copia genera una señal de control copia que es proporcional a la señal de control. La señal de control copia puede ser idéntica a la señal de control pero tiene que estar presente en un nodo separado. El circuito de determinación determina si la señal de control copia alcanza un valor límite. El circuito de influencia influencia la acción de integración... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un controlador (1) para controlar un convertidor DC-DC en modo corriente que comprende:

un comparador (10) para comparar una señal de entrada (Vo) con una señal de referencia (Vr) para obtener una señal de error (ER) , un integrador (11) para aplicar la acción de integración sobre la señal de error (ER) para obtener una señal de control (ICO) , el integrador (11) que permite la influencia de la acción de integración, caracterizado por un circuito de limitación que comprende:

medios de copia (81) para suministrar una señal de control copia (ICOC) que es proporcional a la señal de control (ICO) , medios de determinación (85) para determinar si la señal de control copia (ICOC) alcanza un valor límite (IMIN, IMAX) , y el circuito de limitación que se adapta para influir la acción de integración para limitar la señal de control (ICO) cuando la señal de control copia (ICOC) alcanza el valor límite (IMIN, IMAX) .

2. Un controlador como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el valor límite (IMAX; IMIN) indica un nivel máximo (IMAX) , y en el que el circuito de limitación se dispone para disminuir la acción de integración cuando la señal de control copia (ICOC) alcanza el nivel máximo (IMAX) .

3. Un controlador de integración como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el valor límite (IMAX; IMIN) indica un nivel mínimo (IMIN) , y en el que el circuito de limitación se dispone para aumentar la acción de integración cuando la señal de control copia (ICOC) alcanza el nivel mínimo (IMIN) .

4. Un controlador como se reivindica en la reivindicación 1, en el que: los medios de copia (81) comprenden una primera fuente de corriente (81) para suministrar la señal de control copia (ICOC) como una primera corriente a un nodo (N2) , los medios de determinación (85) comprenden (i) una segunda fuente de corriente (80; 80') para suministrar una segunda corriente fija predeterminada (IMAX; IMIN) al nodo (N2) , y (ii) un circuito de afianzamiento

(82) para limitar un voltaje (VN) en el nodo (N2) , en el que la primera corriente y la segunda corriente tienen una polaridad opuesta, y el circuito de limitación comprende un amplificador (83) que tiene una entrada conectada al nodo (N2) y una salida conectada a una entrada (II) del integrador (11) para influir la acción de integración del integrador (11) .

5. Un controlador como se reivindica en la reivindicación 4, en el que el integrador (11) comprende un condensador de integración (CI) , y la salida del amplificador (83) se acopla al condensador de integración (CI) .

6. Un controlador como se reivindica en la reivindicación 4, en el que el integrador (11) comprende una tercera fuente de corriente (112) para suministrar la señal de control (ICO) como una tercera corriente que se determina por un voltaje (VC) a través del condensador de integración (CI) .

7. Un controlador como se reivindica en la reivindicación 6, en el que el amplificador (83) comprende un transistor

(830) que tiene una entrada de control acoplada al nodo (N2) , y un trayecto de corriente principal acoplado al condensador de integración (CI) .

8. Un controlador como se reivindica en la reivindicación 4, en el que el circuito de afianzamiento (82) comprende un transistor (820) que tiene una entrada de control y un trayecto de corriente principal acoplado al nodo (N2) , y una fuente de voltaje (VCLH; VCLL) acoplada a la entrada de control.

9. Un controlador como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el comparador (10) comprende un primer amplificador de transconductancia (TCA1) que tiene entradas para recibir la señal de entrada (Vo) y la señal de referencia (Vr) , y primeras salidas para suministrar la señal de error (ER) , el integrador (11) comprende un condensador (CI) dispuesto entre las primeras salidas, y un segundo amplificador de transconductancia (TCA2) que tiene entradas acopladas a través del condensador (CI) , y segundas salidas (N3, N4) para suministrar la señal de control (ICO) como una corriente de salida (IMC) , los medios de copia (81) comprenden un tercer amplificador de transconductancia (TCA6; TCA9) que tiene entradas acopladas a través del condensador (CI) , y terceras salidas (N5, N6; N7, N8) para suministrar la señal de control copia (ICOC) como una corriente de control copia, los medios de determinación (85) comprenden una fuente de corriente (80; 80') dispuesta entre las terceras entradas (N5, N6; N7, N8) , y un primer transistor (F1; F3) dispuesto entre las terceras salidas (N5, N6; N7, N8) para actuar como una afianzamiento, la fuente de corriente (80; 80') que se dispone para suministrar el valor límite (IMAX, IMIN) como una corriente límite, y el circuito de limitación comprende un transistor (F2; F4) que tiene un trayecto de corriente principal dispuesto entre las primeras salidas, y una entrada de control acoplada a una de las terceras salidas (N5, N6; N7, N8) para influir un voltaje (VC) a través del condensador (CI) si la corriente de control copia (ICOC) alcanza

la corriente límite (IMAX, IMIN) .

10. Un convertidor DC/DC controlado en modo corriente para recibir un voltaje de entrada (Vb) de la fuente de alimentación para suministrar un voltaje de salida (Vo) de la fuente de alimentación a una carga (LO) , el convertidor DC/DC controlado en modo corriente comprende: el controlador como se reivindica en la reivindicación 1 en el que la señal de entrada (Vo) es el voltaje de salida (Vo) de la fuente de alimentación, una bobina (L) y un conmutador controlable (SI) que se acopla a la bobina (L) para obtener una corriente de inducción (IL) que varía periódicamente a través de la bobina (L) , un circuito conductor (3, 4) para comparar (3) una señal detectada (SE) que es representativa para la corriente de inducción (IL) con la señal de control (ICO) para desconectar (4) el conmutador controlable (SI) cuando un nivel de la señal detectada (SE) alcanza un nivel de la señal de control (ICO) .

11. Un convertidor DC/DC controlado en modo corriente como se reivindica en la reivindicación 10, que además comprende un circuito de corrección (7) para añadir a la señal de control (ICO) una señal de corrección (ICR) que es representativa para una diferencia entre un nivel original de la señal de control (ICO) y un valor medio de la corriente de inducción (IL) para obtener una señal de control modificada (MCO; IMC) , y en el que el circuito de conducción (3, 4) se dispone para comparar (3) la señal detectada (SE) con la señal de control modificada (ICO) para desconectar

(4) el conmutador controlable (SI) cuando un nivel de la señal detectada (SE) alcanza un nivel de la señal de control modificada (ICO) .

12. Un convertidor DC/DC controlado en modo corriente como se reivindica en la reivindicación 11, que además comprende medios (71) para suministrar una señal de corrección copia (ICRC) que es proporcional a la señal de corrección (ICR) , y en el que: los medios de determinación (85) se disponen para determinar si una suma de la señal de control copia (ICOC) y la señal de corrección copia (ICRC) alcanza el valor límite (IMIN, IMAX) , y el circuito de limitación se dispone para limitar la señal de control (ICO) cuando la suma de la señal de control copia (ICOC) y la señal de corrección copia (ICRC) alcanza el valor límite (IMIN, IMAX) .

13. Un convertidor DC/DC controlado en modo corriente como se reivindica en la reivindicación 10, en el que: los medios (81) para suministrar la señal de control copia (ICOC) comprenden una primera fuente de corriente (81) para suministrar la señal de control copia (ICOC) como una primera corriente (ICOC) a un primer nodo (N2) , los medios de determinación (85) comprenden una segunda fuente de corriente (80, 80') para suministrar una segunda corriente fija predeterminada (IMAX; IMIN) al primer nodo (N2) , y un circuito de afianzamiento (82) para limitar el voltaje (VN) en el primer nodo (N2) , y el circuito de limitación comprende un amplificador (83) que tiene una entrada conectada al primer nodo (N2) y una salida conectada a una entrada (II) del integrador (11) para influir la acción de integración del integrador (11) .

14. Un convertidor DC/DC controlado en modo corriente como se reivindica en la reivindicación 13, que además comprende una segunda fuente de corriente (71) para suministrar una segunda corriente (ICRC) proporcional a la corriente de corrección (ICR) al primer nodo (N2) , y en el que el amplificador (83) aumenta la acción de integración cuando la primera corriente (ICOC) cae por debajo de la suma del nivel de corriente mínimo (IMIN) y la tercera corriente (ICRC) .

15. Un convertidor DC/DC controlado en modo corriente como se reivindica en la reivindicación 10, en el que: el controlador (1) comprende una primera fuente de corriente (111) para suministrar a un primer nodo (N1) una corriente de control (CO) que se determina por la señal de control (ICO) , y en el que el convertidor DC/DC controlado en modo corriente además comprende un circuito de detección (6) para detectar la corriente de inducción (IL) para suministrar la señal detectada (SE) que es una corriente detectada (ISE) al primer nodo (N1) , una polaridad de la corriente de control (ICO) que es opuesta a una polaridad de la corriente detectada (ISE) , y en la que el circuito de conducción (3, 4) se acopla al primer nodo (N1) para determinar cuándo un nivel de la corriente detectada (ISE) alcanza un nivel de la suma de la corriente de control (ICO) y la corriente de corrección (ICR) .

16. Un aparato que comprende un convertidor DC/DC controlado en modo corriente como se reivindica en la reivindicación 10, y circuitos de procesamiento de señal (LO) para recibir el voltaje de salida (Vo) de la fuente de alimentación generado por el convertidor DC/DC controlado en modo corriente.

17. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 16 que es un aparato móvil que comprende una batería para suministrar un voltaje de batería (Vb) que es el voltaje de entrada (Vb) de la fuente de alimentación, el convertidor DC/DC controlado en modo corriente que se dispone para convertir el voltaje de batería (Vb) en el voltaje de salida (Vo) de la fuente de alimentación.

18. Un método de controlar (1) un convertidor DC/DC controlado en modo corriente que comprende:

comparar (10) una señal de entrada (Vo) con una señal de referencia (Vr) para obtener una señal de error (ER) , aplicar (11) una acción de integración en la señal de error (ER) para obtener una señal de control (ICO) , el integrador (11) que permite influir la acción de integración, caracterizado por suministrar (81) una señal de control copia (ICOC) que es proporcional a la señal de control (ICO) , determinar (85) si la señal de control copia (ICOC) alcanza un valor límite (IMIN, IMAX) , y limitar la acción de integración para limitar por ello la señal de control (ICO) cuando la señal de control copia (ICOC)

alcanza el valor límite (IMIN, IMAX) .


 

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