Un circuito convertidor ca/cc monofásico que comprende:

una fuente de alimentación de c.

a. (1); un filtro contra el ruido (2) conectado a la fuente de alimentación de ca;

un circuito de puente (4) formado mediante la conexión de cuatro rectificadores (4a a 4d);

un detector de corriente (6) proporcionado entre el circuito de puente (4) y

un lado negativo del terminal de salida;

un primer elemento de conmutación semiconductor (5a) conectado en paralelo con el detector de corriente (6) y

uno de los rectificadores (4c) en un lado al que se conecta el detector de corriente (6), estando conectado dicho elemento de conmutación (5a) a dicho uno de los rectificadores (4c) de tal manera que estén opuestos en sus polaridades;

un segundo elemento de conmutación semiconductor (5b) conectado en paralelo con el detector de corriente (6) y el otro de los rectificadores (4d) en un lado al que se conecta el detector de corriente (6), estando conectado dicho elemento de conmutación (5b) a dicho el otro de los rectificadores (4d) de tal manera que estén opuestos en sus polaridades y

una unidad de control que controla la detección de corriente del detector de corriente (6) y controla los elementos de conmutación (5a, 5b), en el que dicha unidad de control incluye un amplificador de error en la tensión de salida (9) adaptado para recibir una tensión de salida deseada (8) la tensión de salida real, amplificar una diferencia entre ellas y producir la salida de una señal de error en la tensión de salida resultante; caracterizado porque la dicha unidad de control incluye además:

un circuito de sincronización con la fuente de alimentación (10) adaptado para recibir una tensión de ca obtenida después del filtro contra el ruido (2), de modo que lleve a cabo la rectificación de onda completa de la tensión de ca, y produzca la salida de una señal de forma de onda de referencia de la onda senoidal, un multiplicador (11) adaptado para recibir la señal de error en la tensión de salida y la señal de forma de onda de referencia de la onda senoidal, multiplicarlas y producir la salida de una señal de error en la tensión de salida amplificada resultante y

un amplificador de error de corriente (12) adaptado para recibir una señal de corriente real generada por la circulación de una corriente real a través del detector de corriente (6) y la señal de error en la tensión de salida amplificada desde el multiplicador (11), compararlas entre sí, amplificar un error entre ellas y producir la salida de una señal de error de corriente amplificada.

Convertidor ca/cc monofásico

Campo técnico

La presente invención se refiere a un circuito convertidor monofásico para la realización de una conversión ca/cc En particular, la presente invención se refiere a un circuito convertidor monofásico para realizar una mejora en el factor de potencia, supresión de los armónicos de la fuente de alimentación, ajuste de la tensión en cc u otros similares.

Técnica antecedente

Como convertidores monofásicos convencionales, existen, por ejemplo, circuitos convertidores de medio puente monofásico, tal como el "sine wave input single-phase rectifier circuit" desvelado en la Solicitud de Patente Japonesa abierta a inspección pública Nº 10-337034, el "rectifier circuit" desvelado en el Modelo de Utilidad Japonés abierto a inspección pública Nº 64-50686, y el "power supply apparatus using PWM control" desvelado en la Solicitud de Patente Japonesa abierta a inspección pública Nº 2-237469. La Fig. 15 es un diagrama que muestra una configuración de tal circuito convertidor de medio puente monofásico convencional. En este convertidor de medio puente, se conectan cuatro diodos 54a a 54d en un puente para formar el circuito rectificador de entrada al condensador. Se conecta el reactor 53 a una de las líneas de entrada en el lado de c.a. del circuito rectificador de entrada al condensador. Los elementos de conmutación semiconductores 55a y 55b se proporcionan en paralelo con los diodos 54c y 54d de modo que estén en polaridad opuesta a los diodos 54c y 54d.

La entrada de tensión en c.a. desde la fuente de alimentación de c.a. 51 a través del filtro contra el ruido 52 se convierte en tensión de c.c. Los elementos de conmutación semiconductores 55a y 55b se controlan por PWM mediante el uso del transformador de corriente ("CT") 56, la tensión de salida deseada 58, el amplificador de error en la tensión de salida 59, el circuito de sincronización con la fuente de alimentación 60, el multiplicador 61, el amplificador del error de corriente 62, la onda triangular 63, el comparador 64 y el circuito controlador por PWM del elemento de conmutación de semiconductores 65. De ese modo se realizan la mejora del factor de potencia, la supresión de armónicos en la fuente alimentación, el ajuste de la tensión en c.c. y así sucesivamente. La detección de una corriente de entrada, que es uno de los parámetros de control a ser usados cuando se controlan con PWM los elementos de conmutación semiconductores 55a y 55b, se realiza por el CT 56 proporcionado en una línea de entrada en el lado de c.a.

En este circuito convertidor de medio puente monofásico, la velocidad de conmutación de los elementos de conmutación semiconductores 55a y 55b es rápida y los cambios en la tensión y corriente se convierten en bruscos. Adicionalmente, para reducir el tamaño del reactor 53, la conmutación PWM se realiza por una portadora de alta frecuencia que tiene una frecuencia de portadora de al menos 20 kHz. Debido a las influencias de tal dV/dt elevada y la impedancia del cableado, existe el temor de que se produzca un ruido en el sistema común de aproximadamente varios centenares de kHz a un centenar y varias decenas de MHz y el ruido ejerza una negativa influencia sobre otros dispositivos. En la aplicación a aparatos eléctricos domésticos tales como los acondicionadores de aire, hay regulaciones y leyes sobre ruido en el sistema común tal como la tensión de ruido en los terminales y se necesita suprimir el ruido de modo que no se exceda una referencia predeterminada. En el circuito convertidor de medio puente monofásico convencional, por lo tanto, se proporciona el filtro contra el ruido de gran tamaño 52 para suprimir el ruido en el sistema común.

Se explicará ahora cómo se monta el reactor y cómo se refrigera, en el aparato convertidor convencional, con referencia a la Fig. 16 y la Fig. 17. La Fig. 16 es un diagrama de circuito simplificado de un acondicionador de aire convencional que tiene un aparato convertidor para realizar la supresión de armónicos y la mejora del factor de potencia mediante el uso de elementos de conmutación semiconductores. La Fig. 17 ilustra un estado de montaje del reactor de un aparato convertidor en el acondicionador de aire convencional y es una vista en sección de una máquina exterior del acondicionador de aire vista desde la parte superior.

En la Fig. 16, 101 indica un elemento de conmutación de semiconductor, 102 un reactor para la supresión de los armónicos y la mejora del factor de potencia, 103 un cable conductor para la conexión eléctrica del reactor 112 a la tarjeta de circuito principal 104, 113 un condensador electrolítico, 116 un diodo, 123 una resistencia en derivación y 124 una resistencia de puerta. En la Fig. 17, 105 indica un radiador fijado a la tarjeta del circuito principal 104 para facilitar la radiación desde los componentes que generan calor montados en la tarjeta, 116 un ventilador exterior, 107 una máquina exterior, 108 un intercambiador de calor dispuesto en un lado aguas arriba de los ventiladores exteriores 106 en la máquina exterior 107, 109 un componente eléctrico que incorpora la tarjeta de circuito principal 104 del reactor 102, 110 una corriente de aire directa desde cada uno de los ventiladores exteriores 106, 111 un orificio de ventilación formado en la caja de componentes eléctricos y 112 una corriente de aire ligera que fluye debido a la presión diferencial.

En cuanto al reactor 102 del circuito convertidor de mejora del factor de potencia del acondicionador de aire representado por el diagrama de circuito simplificado de la Fig. 16, circula una gran corriente de aproximadamente hasta 30 A de pico a través del reactor 102 debido al motor del compresor accionado por un inversor. Por lo tanto, el tamaño y la cantidad de calor generado del reactor 102 es grande y el peso del mismo también se hace grande.

Como resultado, el reactor 102 no se puede montar sobre la tarjeta del circuito principal 104 y el reactor 102 se conecta eléctricamente a la tarjeta del circuito principal 104 que tiene los componentes electrónicos, tal como el elemento de conmutación de semiconductores 101 y el condensador electrolítico 103, montado sobre el mismo, a través de hilos conductores 103. Adicionalmente, a diferencia del elemento de conmutación de semiconductor 101, el reactor 102 no se conecta al radiador 105. Por lo tanto, reactor 102 se refrigera naturalmente en un lugar tal que fluya una ligera corriente de aire 112 debida a los ventiladores exteriores 106 de la máquina exterior 107 y una presión diferencial, tal como por la proximidad de la abertura de ventilación 111.

En la técnica convencional descrita anteriormente, sin embargo, el coste es elevado y el tamaño de la carcasa es grande. Además, la corriente de entrada se detecta mediante el CT 56 montado en la sección de la fuente de alimentación principal, lo que requiere un diseño grande de cableado. En el caso en que se pida una reducción en el tamaño de la tarjeta de un aparato de un circuito convertidor monofásico, por lo tanto, surge un problema en que el tamaño del circuito no se puede hacer pequeño y el coste aumenta. Adicionalmente, dado que se usa un filtro contra el ruido de gran tamaño, que tiene un coste elevado, para suprimir el ruido en el sistema común, existe un problema en que el tamaño de la tarjeta no se puede hacer pequeño y aumenta el coste.

Adicionalmente, dado que el reactor convencional del aparato convertidor genera una gran cantidad de calor, hay una limitación en el diseño de la estructura que es necesaria para asegurar un recorrido de la ventilación y disponer el reactor en un lugar tal que la ventilación se pueda obtener con facilidad. Como se muestra en la Fig. 17, la máquina exterior del acondicionador de aire tiene una configuración tal que los ventiladores de salida 106 y la caja de componentes eléctricos 109, que alojan el reactor 102 y la tarjeta del circuito principal 104, se disponen lado a lado dentro del intercambiador de calor 108. Por lo tanto, es difícil obtener las corrientes de aire directas 110 desde los ventiladores exteriores 106. Además, la caja de componentes eléctricos 109 tiene el orificio de ventilación 111 que tiene una forma estrecha como se muestra la Fig. 17 para minimizar la entrada de polvo y humedad. Por lo tanto, el reactor 102 puede tener solamente un ligera flujo de ventilación por la diferencia de presión.

Para un dispositivo en el que se deba incorporar un controlador dentro de una caja de componentes eléctricos estrecha, tal como en un acondicionador de aire, por lo tanto, hay una limitación para el reactor... [Seguir leyendo]

1. Un circuito convertidor ca/cc monofásico que comprende:

una fuente de alimentación de c.a. (1) ; un filtro contra el ruido (2) conectado a la fuente de alimentación de ca; un circuito de puente (4) formado mediante la conexión de cuatro rectificadores (4a a 4d) ; un detector de corriente (6) proporcionado entre el circuito de puente (4) y un lado negativo del terminal de salida; un primer elemento de conmutación semiconductor (5a) conectado en paralelo con el detector de corriente (6) y uno de los rectificadores (4c) en un lado al que se conecta el detector de corriente (6) , estando conectado dicho elemento de conmutación (5a) a dicho uno de los rectificadores (4c) de tal manera que estén opuestos en sus polaridades; un segundo elemento de conmutación semiconductor (5b) conectado en paralelo con el detector de corriente (6) y el otro de los rectificadores (4d) en un lado al que se conecta el detector de corriente (6) , estando conectado dicho elemento de conmutación (5b) a dicho el otro de los rectificadores (4d) de tal manera que estén opuestos en sus polaridades y una unidad de control que controla la detección de corriente del detector de corriente (6) y controla los elementos de conmutación (5a, 5b) , en el que dicha unidad de control incluye un amplificador de error en la tensión de salida (9) adaptado para recibir una tensión de salida deseada (8) la tensión de salida real, amplificar una diferencia entre ellas y producir la salida de una señal de error en la tensión de salida resultante; caracterizado porque la dicha unidad de control incluye además:

un circuito de sincronización con la fuente de alimentación (10) adaptado para recibir una tensión de ca obtenida después del filtro contra el ruido (2) , de modo que lleve a cabo la rectificación de onda completa de la tensión de ca, y produzca la salida de una señal de forma de onda de referencia de la onda senoidal, un multiplicador (11) adaptado para recibir la señal de error en la tensión de salida y la señal de forma de onda de referencia de la onda senoidal, multiplicarlas y producir la salida de una señal de error en la tensión de salida amplificada resultante y un amplificador de error de corriente (12) adaptado para recibir una señal de corriente real generada por la circulación de una corriente real a través del detector de corriente (6) y la señal de error en la tensión de salida amplificada desde el multiplicador (11) , compararlas entre sí, amplificar un error entre ellas y producir la salida de una señal de error de corriente amplificada.

2. Un circuito convertidor ca/cc monofásico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer elemento de conmutación (5a) y el segundo elemento de conmutación (5b) se conmutan simultáneamente.

3. Un circuito convertidor ca/cc monofásico de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además dos reactores (3a, 3b) proporcionados respectivamente sobre las dos líneas de entrada del lado de ca

4. Un circuito convertidor ca/cc monofásico de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los dos reactores (3a, 3b) comparten un núcleo.

5. Un circuito convertidor ca/cc monofásico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de puente (4) , el primer elemento de conmutación (5a) y el segundo elemento de conmutación (5b) se moldean con resina aislante y se integran en un módulo.