Método para modulación de tensión usando una pluralidad de módulos (2) conectados en serie paraestablecer una tensión global aplicada a una carga (3),

identificándose cada uno de los módulos por uncódigo de identificación e incluyendo al menos una fuente de alimentación (Aj) y medios de conmutación(Mj) para conectar o desconectar la fuente de alimentación, activando y desactivando de ese modo elmódulo, para o bien incrementar o bien disminuir respectivamente la tensión aplicada a dicha carga (3) enun valor igual a la tensión (Ej) alimentada por la fuente de alimentación (Aj), controlándose dichos mediosde conmutación (Mj) por una unidad (1) central, según el procesamiento de al menos una señal demodulación (m), caracterizándose el método porque incluye una etapa de inicialización para fijar a cero uncontador de encendido (ION), un contador de apagado (IOFF) y una variable de activación (MODON), y porquerepite continuamente ciclos de tiempo, incluyendo cada uno de ellos:

a) encontrar el valor de dicha señal de modulación (m) y calcular una variable de error (e) definida por lamultiplicación del valor de la señal de modulación (m) por el número total de módulos (N), de la que seresta el número de dichos módulos activos, definido por el valor de la variable de activación (MODON);y una de las etapas siguientes, concretamente:

b) si dicho valor de variable de error (e) es mayor que uno, o posiblemente igual a uno, se ejecuta unalgoritmo de encendido que produce:

i. activación de al menos uno más de dichos módulos, en un momento de encendido (Ta), concretamente unmódulo que tiene un código de identificación igual a un número memorizado en el contador de encendido(ION);

ii. incremento del contador de encendido en al menos uno;

iii. incremento de dicha variable de activación (MODON) en un número igual al número de módulos queacaban de encenderse;

c) si dicho valor de variable de error (e) es menor que menos uno, o posiblemente igual a menos uno, seejecuta un algoritmo de apagado que produce:

i. desactivación de al menos uno de los módulos activos, en un momento de apagado (Ts), concretamenteun módulo que tiene un código de identificación igual a un número memorizado en el contador de apagado(IOFF);

ii. incremento del contador de apagado en al menos uno;

iii. disminución de dicha variable de activación (MODON) en un número igual al número de módulos queacaban de apagarse;

d) si dicho valor de variable de error (e) está comprendido entre menos uno y uno:

i. activación de dicho módulo que tiene un código de identificación igual al memorizado en el contador deencendido (ION), cuando, dentro de un ciclo de tiempo prefijado, ha transcurrido un tiempo de activación(Ton) al menos próximo a una duración representativa (Tc) del ciclo de tiempo, multiplicado por la diferenciaentre uno y el valor de dicha variable de error dividido por dos;

ii. desactivación de un módulo con código de identificación igual al memorizado en el contador de apagado(IOFF), cuando ha transcurrido un tiempo de desactivación (Toff), dentro de un ciclo de tiempo prefijado, almenos próximo a una duración representativa del ciclo de tiempo, multiplicado por la suma de uno y el valoradoptado de dicha variable de error dividido por dos;

iii. incremento de dicho contador de encendido (ION) y contador de apagado (IOFF) en un valor igual a almenos uno.

Método para modulación de tensión

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un método de modulación de tensión para transformar una señal de potencia limitada, en una señal de sustancialmente la misma forma de onda, pero amplificada por un factor dado, para alimentar una carga eléctrica.

Estado de la técnica

Los dispositivos de amplificación conocidos procesan una señal analógica de entrada y generan una señal de salida amplificada, cuya forma de onda reproduce aproximadamente la forma de onda de la primera, porque puede adoptar sólo un número definido de valores dentro de un intervalo de variación dado.

Por tanto, la señal de salida tiene una forma de onda que reproduce la de entrada sólo como promedio, considerando un intervalo de tiempo seleccionado.

Esto se obtiene, de manera conocida, mediante una conversión analógica-digital de la señal de entrada, que incluye, tal como sigue: muestreo, cuantificación y codificación de la señal de entrada, por ejemplo, según un código binario; de esta forma, se da a la señal de entrada un valor codificado constante, que corresponde al de la “muestra”, restado de un error de cuantificación, en cada intervalo de muestreo.

Una unidad lógica, situada habitualmente antes del bloque de conversión, procesa la señal codificada y activa y desactiva una pluralidad bien definida de unidades de conmutación, dispuestas en serie y conectadas a una carga eléctrica, para definir un circuito eléctricamente continuo.

Cada una de las unidades de conmutación tiene una fuente de alimentación y medios de cambio, cuyo funcionamiento produce la conexión y desconexión de la fuente de alimentación al circuito, incrementando y disminuyendo respectivamente la tensión aplicada a la carga en un valor igual a la diferencia establecida por la fuente.

Un procedimiento similar al descrito anteriormente se describe en la patente europea n.º EP 0 124 765, que se refiere a un amplificación de conmutación de potencia digital.

Según esta solución técnica, si U0 indica la tensión máxima que puede alimentarse a la carga y N define el número de unidades de conmutación, la unidad de conmutación enésima (es decir, la unidad de conmutación que puede reconocerse por una dirección de identificación “n”) puede contribuir con una tensión igual a la razón respectivamente de las unidades que acaban de mencionarse (U0/N) y se activa cuando la tensión en la carga debe superar el valor expresado por la razón multiplicado por “n” menos uno (es decir, U0/N* (n-1) , estando “n” comprendido entre 1 y N) .

Debido a la aleatoriedad del desarrollo de señal de entrada genérica, las unidades de conmutación estarán predominantemente en una configuración activa (“n” de valor bajo) , otras estarán predominantemente en una configuración inactiva (valor de “n” próximo a N) , y todavía otras se activarán y desactivarán con una frecuencia de conmutación alta, próxima a la frecuencia de muestreo.

Por tanto, esto determina un funcionamiento desequilibrado del amplificador, lo que produce un desgaste prematuro de las unidades de conmutación, sometidas a funcionamiento y/o frecuencias de conmutación altos principalmente en la configuración activa, y en consecuencia a una fiabilidad del dispositivo reducida, con numerosas operaciones de mantenimiento y sustituciones de sus elementos electrónicos.

La frecuencia de muestreo, que tal como se conoce, debe ser preferiblemente alta, está limitada por tanto por la frecuencia de conmutación máxima, que cada fase puede soportar y, entre otros por la alta pérdida de energía calorífica, que incrementa con el incremento de la frecuencia de conmutación.

Además, se dificulta la conexión de los filtros con la carga, normalmente filtros de paso bajo, porque cuanto menor es la frecuencia de muestreo, mayores son sus costes y dimensiones.

El documento citado anteriormente EP 0 124 765 y los documentos EP 0 329 967, EP 0 690 560 dan a conocer un aparato para modulación de tensión que comprende una pluralidad de módulos conectados en serie para establecer una tensión global aplicada a una carga, identificándose cada uno de los módulos por un código de identificación e incluyendo al menos una fuente de alimentación y medios de conmutación para conectar o desconectar la fuente de alimentación, activando y desactivando de ese modo el módulo, para o bien incrementar o bien disminuir respectivamente la tensión aplicada a dicha carga en un valor igual a la tensión alimentada por la fuente de alimentación, controlándose dichos medios de conmutación por una unidad central, según el procesamiento de al menos una señal de modulación. Otro aparato para modulación de tensión se da a conocer por el documento US 2004/109512.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención es proponer un método para modulación de tensión, que reduce considerablemente los inconvenientes mencionados anteriormente; en resumen, un método, que permite obtener un funcionamiento equilibrado y fiable de las unidades de conmutación, alcanzando así frecuencias de conmutación superiores con respecto a las obtenidas con dispositivos y métodos conocidos.

Los objetos mencionados anteriormente se obtienen, según las reivindicaciones, mediante un método para modulación de tensión usando una pluralidad de módulos conectados en serie para establecer una tensión global aplicada a una carga, identificándose cada uno de los módulos por un código de identificación e incluyendo al menos una fuente de alimentación y medios de conmutación para conectar o desconectar la fuente de alimentación, activando y desactivando de ese modo el módulo, para o bien incrementar o bien disminuir respectivamente la tensión aplicada a dicha carga en un valor igual a la tensión alimentada por la fuente de alimentación, controlándose dichos medios de conmutación por una unidad central, según el procesamiento de al menos una señal de modulación, caracterizándose el método porque incluye una etapa de inicialización para fijar a cero un contador de encendido (ION) , un contador de apagado (IOFF) y una variable de activación (MODON) , y porque repite continuamente ciclos de tiempo, incluyendo cada uno de ellos:

a) encontrar el valor de dicha señal de modulación y calcular una variable de error definida por la multiplicación del valor de la señal de modulación (m) por el número total de módulos (N) , de la que se resta el número de dichos módulos activos, definido por el valor de la variable de activación;

y una de las etapas siguientes, concretamente:

b) si dicho valor de variable de error es mayor que uno, o posiblemente igual a uno, se ejecuta un algoritmo de encendido que produce:

i. activación de al menos uno más de dichos módulos, en un momento de encendido, concretamente un módulo que tiene un código de identificación igual a un número memorizado en el contador de encendido;

ii. incremento del contador de encendido en al menos uno;

iii. incremento de dicha variable de activación en un número igual al número de módulos que acaban de encenderse;

c) si dicho valor de variable de error es menor que menos uno, o posiblemente igual a menos uno, se ejecuta un algoritmo de apagado que produce:

i. desactivación de al menos uno de los módulos activos, en un momento de apagado, concretamente un módulo que tiene un código de identificación igual a un número memorizado en el contador de apagado;

ii. incremento del contador de apagado en al menos uno;

iii. disminución de dicha variable de activación en un número igual al número de módulos que acaban de apagarse;

d) si dicho valor de variable de error está comprendido entre menos uno y uno:

i. activación de dicho módulo que tiene un código de identificación igual al memorizado en el contador de encendido, cuando, dentro de un ciclo de tiempo prefijado, ha transcurrido un tiempo de activación al menos próximo a una duración representativa del ciclo de tiempo, multiplicado por la diferencia entre uno y el valor de dicha variable de error dividido por dos;

ii. desactivación de un módulo con código de identificación igual al memorizado en el contador de apagado, cuando ha transcurrido un tiempo de desactivación,... [Seguir leyendo]

1. Método para modulación de tensión usando una pluralidad de módulos (2) conectados en serie para establecer una tensión global aplicada a una carga (3) , identificándose cada uno de los módulos por un código de identificación e incluyendo al menos una fuente de alimentación (Aj) y medios de conmutación (Mj) para conectar o desconectar la fuente de alimentación, activando y desactivando de ese modo el módulo, para o bien incrementar o bien disminuir respectivamente la tensión aplicada a dicha carga (3) en un valor igual a la tensión (Ej) alimentada por la fuente de alimentación (Aj) , controlándose dichos medios de conmutación (Mj) por una unidad (1) central, según el procesamiento de al menos una señal de modulación (m) , caracterizándose el método porque incluye una etapa de inicialización para fijar a cero un contador de encendido (ION) , un contador de apagado (IOFF) y una variable de activación (MODON) , y porque repite continuamente ciclos de tiempo, incluyendo cada uno de ellos:

a) encontrar el valor de dicha señal de modulación (m) y calcular una variable de error (e) definida por la multiplicación del valor de la señal de modulación (m) por el número total de módulos (N) , de la que se resta el número de dichos módulos activos, definido por el valor de la variable de activación (MODON) ;

y una de las etapas siguientes, concretamente:

b) si dicho valor de variable de error (e) es mayor que uno, o posiblemente igual a uno, se ejecuta un algoritmo de encendido que produce:

i. activación de al menos uno más de dichos módulos, en un momento de encendido (Ta) , concretamente un módulo que tiene un código de identificación igual a un número memorizado en el contador de encendido (ION) ;

ii. incremento del contador de encendido en al menos uno;

iii. incremento de dicha variable de activación (MODON) en un número igual al número de módulos que acaban de encenderse;

c) si dicho valor de variable de error (e) es menor que menos uno, o posiblemente igual a menos uno, se ejecuta un algoritmo de apagado que produce:

i. desactivación de al menos uno de los módulos activos, en un momento de apagado (Ts) , concretamente un módulo que tiene un código de identificación igual a un número memorizado en el contador de apagado (IOFF) ;

ii. incremento del contador de apagado en al menos uno;

iii. disminución de dicha variable de activación (MODON) en un número igual al número de módulos que acaban de apagarse;

d) si dicho valor de variable de error (e) está comprendido entre menos uno y uno:

i. activación de dicho módulo que tiene un código de identificación igual al memorizado en el contador de encendido (ION) , cuando, dentro de un ciclo de tiempo prefijado, ha transcurrido un tiempo de activación (Ton) al menos próximo a una duración representativa (Tc) del ciclo de tiempo, multiplicado por la diferencia entre uno y el valor de dicha variable de error dividido por dos;

ii. desactivación de un módulo con código de identificación igual al memorizado en el contador de apagado (IOFF) , cuando ha transcurrido un tiempo de desactivación (Toff) , dentro de un ciclo de tiempo prefijado, al menos próximo a una duración representativa del ciclo de tiempo, multiplicado por la suma de uno y el valor adoptado de dicha variable de error dividido por dos;

iii. incremento de dicho contador de encendido (ION) y contador de apagado (IOFF) en un valor igual a al menos uno.

2. Método para modulación de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye un contador de reloj, que incrementa cíclicamente su valor de salida comenzando desde un valor de cero hasta un valor de resolución (RES) , comenzando dicho ciclo de tiempo en dicho valor de cero y terminando en dicho valor de resolución (RES) ; produciendo la activación y/o desactivación de al menos uno de dichos módulos, debido a la ejecución de dicha etapa d) , en una actualización incremental de dicho reloj al menos próxima a una variable de encendido (Ion) , definida por la multiplicación de la diferencia entre uno y el valor de dicha

variable de error en una cantidad igual a la mitad de dicho valor de resolución (RES) , y a una variable de apagado (Ioff) , definida por la multiplicación de la suma de uno y el valor adoptado de dicha variable de error, en una cantidad igual a la mitad del valor de resolución (RES) .

3. Método para modulación de tensión según la reivindicación 2, caracterizado porque tras la ejecución de dicha etapa d) , se activa un módulo con un código de identificación igual al memorizado en el contador de encendido (ION) , dentro de un ciclo de tiempo prefijado, en un tiempo de activación (Ton) igual al número entero más próximo a una duración representativa del ciclo de tiempo, multiplicado por el valor adoptado por dicha variable de encendido (Ion) , dividido por dicho valor de resolución (RES) .

4. Método para modulación de tensión según la reivindicación 2, caracterizado porque, tras la ejecución de dicha etapa d) , se desactiva un módulo con un código de identificación igual al memorizado en el contador de apagado (IOFF) , dentro de un ciclo de tiempo prefijado, en un tiempo de desactivación (Toff) igual al número entero más próximo a un valor representativo de la duración del ciclo de tiempo, multiplicado por el valor de dicha variable de apagado (Ioff) , dividido por dicho valor de resolución (RES) .

5. Método para modulación de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque, tras la ejecución de dicha etapa b) , se calcula dicha variable de error (e) y se repiten dichas etapas b) , d) varias veces según el valor de dicha variable de error (e) .

6. Método para modulación de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque, tras la ejecución de dicha etapa c) , se calcula dicha variable de error (e) y se repiten dichas etapas c) , d) varias veces según el valor de dicha variable de error (e) .

7. Método para modulación de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho momento de encendido (Ta) es al menos próximo al inicio del siguiente ciclo de tiempo.

8. Método para modulación de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho momento de apagado (Ts) es al menos próximo al inicio del siguiente ciclo de tiempo.

9. Método para modulación de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos contador de encendido (ION) y contador de apagado (IOFF) son de tipo bucle, y adoptan valores comprendidos entre cero y el número de dicha pluralidad de módulos (2) disminuido en uno.

10. Método para modulación de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye un contador de reloj, que incrementa cíclicamente el valor de salida comenzando desde cero y hasta un valor igual a dicho valor de resolución (RES) , iniciándose cada ciclo de tiempo en el valor de cero, mientras que la activación y desactivación de al menos un módulo, que se produce durante dichas etapas b) , c) , d) , coincide con la actualización de valor de dicho contador de reloj.

11. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos se excluye un valor dado de los valores asignados a dichos contador de encendido (ION) y contador de apagado (IOFF) , durante el estado de funcionamiento, para evitar la desactivación o activación de un módulo que tiene un código de identificación que coincide con dicho valor dado.