CONVERTIDOR DE POTENCIA REGULADA.

Campo de la invención Esta invención se refiere a un convertidor por modulación de pulsos, y de manera más específica pero no de manera exclusiva a un convertidor por modulación del pulsos que comprende una etapa de entrada para generar una primera señal de control basada en una señal de entrada y en una primera señal de realimentación, y un comparador para generar una señal modulada en ancho de pulso basada en dicha primera señal de control y en una señal de referencia, medios para proporcionar histéresis cuando se genera la señal modulada en ancho de pulso, una etapa de potencia para generar una señal modulada en ancho de pulso amplificada, un filtro de salida para filtrar dicha señal modulada en ancho de pulso amplificada con el fin de crear una señal de salida analógica. La invención se refiere de manera especial a la amplificación de señales mediante amplificadores de conmutación tales como amplificadores de tipo Señal Modulada en Ancho de Pulso (PWM, Pulse Width Modulated). Antecedentes técnicos de la invención Los primeros amplificadores PWM incluían generadores de onda triangular. La señal triangular generada en el generador de onda triangular se compara típicamente con una señal de entrada mediante un comparador que genera una señal PWM en la salida de dicho comparador. Éste es el típico ejemplo de libro de texto cuando se diseña un amplificador de conmutación. Un amplificador tal correspondiente a la técnica anterior se describe en el documento US-A-2004/0846281. La estrategia basada en el uso de un generador de onda triangular tiene diversas desventajas. El modulador no posee típicamente ninguna corrección de realimentación, lo que hace que la señal PWM generada contenga las no- linealidades del generador de onda triangular. Si se aplica un bucle de control al amplificador, éste estará limitado en ancho de banda y en ganancia de bucle para poder cumplir el criterio de estabilidad de Nyquist. Esto da lugar a altos niveles de distorsión junto con una alta dependencia de la función de transferencia en bucle cerrado del amplificador en la carga. Como alternativa a la utilización de un generador de onda triangular, algunos amplificadores PWM de la técnica anterior utilizan en su lugar un modulador auto-oscilante. Los moduladores auto-oscilantes eliminan las mayores desventajas de la modulación de ancho de pulso mediante generadores de onda triangular. Esto se debe al aumento en el ancho de banda y en la ganancia de bucle que poseen estos moduladores debido a la disminución en las restricciones del criterio de estabilidad de Nyquist. El modulador y el sistema de control en un amplificador de conmutación definen parámetros tales como THD+n (Distorsión Armónica Total más ruido, Total Harmonic Distortion plus noise), distorsión de Intermodulación, ancho de banda en bucle cerrado a -3 dB, capacidad de respuesta escalón, dependencia de la carga, respuesta a un cambio escalón de la carga, impedancia de salida, etc. Una manera conocida de conseguir un modulador auto-oscilante consiste en utilizar un modulador auto-oscilante de bucle local. Pueden encontrarse moduladores auto-oscilantes de bucle local y sistemas de control constituidos por un único bucle local en diferentes documentos, tales como el documento US-A- 6300825. En este contexto, el término "bucle local" debe entenderse como un bucle de realimentación en el que la señal de realimentación se genera antes del filtro de salida. Estos tipos de moduladores no poseen la capacidad de control del filtro de desmodulación en el convertidor de potencia, resultando por ello niveles altos de, por ejemplo, impedancia de salida y distorsión definida principalmente por las no-linealidades del componente del filtro de salida. Otra manera conocida de conseguir un modulador auto-oscilante consiste en utilizar un modulador auto-oscilante de bucle global. En este contexto, el término "bucle global, debe entenderse como un bucle de realimentación en el que la señal de realimentación se genera después del filtro de salida. La modulación auto-oscilante de bucle global llevada a cabo por moduladores en un único bucle global posee la ventaja de una impedancia de salida más baja, mejor respuesta escalón y tiene el potencial para una mejor linealidad de modulación. Un modulador tal puede encontrarse en la solicitud de patente "modulador integrador de bucle global" con número internacional de publicación WO-A-2004/100356. Estos tipos de moduladores adolecen de la desventaja de que la sensibilidad es en algunos casos un compromiso con la linealidad de modulación. Con el fin de obtener una sensibilidad más alta, el bucle global puede ser dividido en bucles anidados dispuestos en cascada, pero al mismo tiempo esto conduce sin embargo a un compromiso en la capacidad de estabilidad ante un cambio escalón de la carga y la capacidad de estabilidad ante transitorios. 2 E07817931 01-12-2011   Típicamente, los bucles de realimentación global no oscilantes, tal como se describen en el documento WO-A- 01/71905, exhiben generalmente una menor capacidad de supresión de errores de un modulador de bucle local utilizado y al mismo tiempo reducen la capacidad ante cambios escalón en la carga y la capacidad de respuesta escalón, resultando en un compromiso entre la sensibilidad del bucle global y la estabilidad, en comparación con los sistemas de control auto-oscilantes. El compromiso global dará lugar a un sistema con una alta impedancia de salida y una baja capacidad ante cambios escalón en la de carga y cambios escalón en la entrada. El bucle global introducirá señales residuales de salida en el modulador de bucle local. Este tipo de sistema posee también una gran variación de frecuencia de conmutación que resultará en frecuencias de conmutación muy bajas para amplitudes de salida altas del amplificador. Un sistema tal se ha descrito en el documento US-A- 6297692. Una técnica adicional puede encontrarse en los documentos US 6249182, JP 56039606, y US 6441685. Propósitos de la invención El propósito general de la invención es superar las desventajas de moduladores y sistemas de control basados en la técnica anterior, tal como se describió anteriormente. Un primer propósito de la invención es crear un modulador con un alto nivel de linealidad con el fin de reducir la cantidad total de distorsión generada por el amplificador de potencia. Un segundo propósito de la invención es crear un sistema de control y de modulación de manera que el bucle global tenga una sensibilidad de error muy baja. Un tercer propósito es crear un modulador y una estructura de control extremadamente simples en la forma de un sistema no dispuesto en cascada capaz de obtener una sensibilidad de error baja apropiada. Un cuarto propósito de la invención es disminuir la variación de frecuencia de conmutación de tal manera que el convertidor de potencia tenga una frecuencia de conmutación más alta para índices de modulación altos resultando en una mejor utilización de la tensión de línea de la fuente de alimentación en la salida del amplificador y en una menor dependencia de la frecuencia de conmutación en la carga del convertidor de potencia. Un quinto propósito es reducir la potencia consumida por la resistencia de la red Zöbel en la red Zöbel utilizada y por lo tanto reducir el tamaño físico de los componentes y al mismo tiempo obtener un sistema de modulación y de control muy estables. Sumario de la invención Los propósitos enunciados anteriormente se consiguen mediante un convertidor por modulación de pulsos y un sistema de control de acuerdo con la invención. De acuerdo con la invención, se crea un convertidor por modulación de pulsos que está constituido por una etapa de entrada para generar una primera señal de control basada en una señal de entrada y en una primera señal de realimentación, y un comparador para generar una señal modulada en ancho de pulso basada en dicha primera señal de control y en una señal de referencia, medios para proporcionar histéresis cuando se genera la señal modulada en ancho de pulso, una etapa de potencia para generar una señal modulada en ancho de pulso amplificada, un filtro de salida para filtrar dicha señal modulada en ancho de pulso amplificada con el fin de crear una señal de salida analógica, en el que la primera señal de realimentación mencionada se genera a partir de una combinación de una segunda señal de realimentación y una tercera señal de realimentación, donde dicha segunda señal de realimentación se genera a partir de la señal modulada en ancho de pulso amplificada utilizando una primera función de transferencia predeterminada, y donde dicha tercera señal de realimentación se genera a partir de la señal de salida analógica utilizando una segunda función de transferencia predeterminada, donde dichas funciones de transferencia predeterminadas... 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1.- Un convertidor por modulación de pulsos constituido por una etapa (1) de entrada para generar una primera señal (2) de control basada en una señal (3) de entrada y una primera señal (4) de realimentación, y un comparador (5) para generar una señal (6) modulada en ancho de pulso basada en dicha primera señal de control y en una señal (7) de referencia, medios para crear histéresis cuando se genera la señal (6) modulada en ancho de pulso, una etapa (8) de potencia para generar una señal (9) modulada en ancho de pulso amplificada, un filtro (10) de salida para filtrar dicha señal (9) modulada en ancho de pulso amplificada, con el fin de crear una señal (11) de salida analógica, en el que la mencionada primera señal (4) de realimentación se genera como una combinación de una segunda señal (12) de realimentación y una tercera señal (13) de realimentación, donde dicha segunda señal (12) de realimentación se obtiene a partir de la señal (9) modulada en ancho de pulso amplificada utilizando una primera función (14) de transferencia predeterminada, y donde la mencionada tercera señal (13) de realimentación se obtiene a partir de la señal (11) de salida analógica utilizando una segunda función (15) de transferencia predeterminada, donde dicha segunda función (15) de transferencia predeterminada posee al menos un cero, caracterizado porque la mencionada primera función (14) de transferencia predeterminada posee al menos un cero. 2.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera función (14) de transferencia predeterminada posee al menos un polo y un cero. 3.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la mencionada etapa (1) de entrada está constituida por un integrador para integrar la señal resultante de la diferencia entre la mencionada señal (3) de entrada y la mencionada señal (4) de realimentación, y medios para entregar la señal resultante de dicha integración como una señal (2) de control. 4.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera función (14) de transferencia predeterminada en una implementación de terminación única se ha implementado utilizando al menos un resistencia (18) en serie con un condensador (17), y en el que la segunda función (15) de transferencia predeterminada se ha implementado utilizando al menos un condensador (19) en paralelo con una resistencia (20). 5.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con el cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera función (14) de transferencia predeterminada se implementa utilizando un bucle de realimentación negativo por tensión. 6.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la primera función (14) de transferencia predeterminada se implementa utilizando un bucle de realimentación negativa por corriente. 7.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa de entrada posee al menos un polo implementado a frecuencias muy bajas. 8.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera función (14) de transferencia predeterminada se implementa con una impedancia en CC, que excede la impedancia en CC, con la que se implementa la segunda función (15) de transferencia predeterminada, en un factor de al menos 5. 9.- Un convertidor por modulación de pulsos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de entrada se implementa utilizando al menos un polo y al menos un cero. 9 E07817931 01-12-2011   E07817931 01-12-2011   11 E07817931 01-12-2011   12 E07817931 01-12-2011   13 E07817931 01-12-2011   14 E07817931 01-12-2011