Convertidor de corriente continua multicanal que funciona independientemente de la potencia de salida en el modo de conducción límite.

Convertidor de corriente continua multicanal,

con varios canales de corriente (I,

II) paralelos que se controlan con un desfase temporal entre ellos mediante un microcontrolador,

en el que cada uno de los canales de corriente presentan en cada caso al menos dos conmutadores semiconductores (T1, T2; T3, T4), mediante los cuales pueden ser operados por el microcontrolador o bien como convertidores elevadores o bien como convertidores reductores,

caracterizado

porque al menos un canal de corriente (I) presenta un dispositivo para detectar el paso por cero de la corriente,

porque el microcontrolador detecta la duración del periodo (TPeriodo) de los pasos por cero de la corriente en este canal de corriente (I),

porque el microcontrolador, en virtud de la duración del periodo (Tperiodo) detectada, opera todos los canales de corriente (I, II) en el modo de conducción límite, y

porque el microcontrolador activa los canales de corriente (I, II) con un desfase temporal (Tperiodo/2), estando dado el desfase temporal (Tperiodo/2) por la duración del periodo (Tperiodo) detectada dividida entre el número de canales de corriente.

Convertidor de corriente continua multicanal que funciona independientemente de la potencia de salida en el modo de conducción límite La invención se refiere a un convertidor de corriente continua multicanal, con varios canales de corriente paralelos que se controlan con un desfase temporal entre ellos mediante un microcontrolador, en el que los canales de corriente presentan en cada caso al menos dos conmutadores semiconductores, mediante los cuales pueden operarse por el microcontrolador o bien como convertidores elevadores o bien como convertidores reductores.

Un convertidor de corriente continua de este tipo se describe en la publicación “BLAISE DESTRAZ ET AL: “High Efficient Interleaved Multi-channel dc/dc Converter Dedicated to Mobile Applications” THE 2006 IEEE INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE FORTY-FIRST IAS ANNUAL MEETING, CONFERENCE RECORD OF, IEEE, PI, 1 de octubre de 2006 () , páginas 2518-2523, XP031026372 ISBN: 978-1-4244-0364-6”.

Por la solicitud de patente alemana DE 10 2004 011 801 A1 se conoce un convertidor de corriente continua con cuatro canales de corriente paralelos, que está descrito como un mero convertidor elevador. Para controlar este convertidor de corriente continua son necesarios temporizadores externos.

Además también se conocen convertidores de corriente continua bidireccionales. El circuito básico de un convertidor de corriente continua de este tipo se representa en la figura 2.

Se planteó el objetivo de lograr un convertidor de corriente continua que tuviese una construcción sencilla y económica, que pudiese utilizarse de la forma más versátil y eficiente posible y que suministrase una corriente de salida lo más plana posible.

Este objetivo se soluciona según la invención porque al menos un canal de corriente presenta un dispositivo para detectar el paso por cero de la corriente, porque el microcontrolador detecta la duración del periodo de los pasos por cero de la corriente en este canal de corriente, porque el microcontrolador, en virtud de la duración del periodo detectada, opera todos los canales de corriente en el modo de conducción límite, y porque el microcontrolador activa los canales de corriente con un desfase temporal, estando dado el desfase temporal por la duración del periodo (Tperiodo) detectada dividida entre el número de canales de corriente.

En el dibujo se representa esquemáticamente un ejemplo de realización de la invención y a continuación se explicará en más detalle mediante el dibujo.

Muestran:

la figura 1, el circuito básico de un convertidor de corriente continua bidireccional de varios canales según la invención,

la figura 2, el circuito básico de un convertidor de corriente continua bidireccional según el estado de la técnica,

las figuras 3 a 5, diagramas de recorrido de la corriente de un convertidor elevador,

las figuras 6 a 8, diagramas de recorrido de la corriente de un convertidor reductor,

la figura 9, un ejemplo de utilización de un convertidor de corriente continua bidireccional,

la figura 10, un circuito de regulación según el estado de la técnica,

la figura 11, el circuito básico de un convertidor de corriente continua bidireccional operable en el modo de conducción límite,

la figura 12, un diagrama de recorrido de la corriente del circuito según la figura 11 en funcionamiento como convertidor elevador,

la figura 13, un circuito de regulación para el circuito según la figura 11,

la figura 14, un diagrama de recorrido de la corriente de un convertidor de corriente continua de varios canales en funcionamiento como convertidor elevador,

la figura 15, otro diagrama de recorrido de la corriente del circuito según la figura 11 como convertidor reductor,

la figura 16, una sección de un circuito de regulación, la figura 17, una representación simplificada de la sección del circuito de regulación según la figura 16,

la figura 18, un diagrama de recorrido de la corriente de un convertidor de corriente continua de varios canales en funcionamiento como convertidor reductor.

La figura 2 muestra el circuito básico representado esquemáticamente de un convertidor de corriente continua bidireccional, con el que se explicará su modo de funcionamiento principal. El convertidor de corriente continua consiste esencialmente en una primera y una segunda fuente de tensión (U1, U2) , una bobina de acumulación L1, así como en dos conmutadores semiconductores (T1, T2) que preferiblemente pueden estar configurados como IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) . En paralelo a las conexiones de carga de los conmutadores semiconductores (T1, T2) está conectado en cada caso un diodo de libre circulación (D1, D2) .

Los conmutadores semiconductores (T1, T2) están conectados con los otros componentes de tal modo que en el caso de un primer conmutador semiconductor T1 en estado de conducción las conexiones de la bobina de acumulación L1 están unidas a través del primer conmutador semiconductor T1 con la primera fuente de tensión U1, y en el caso de un segundo conmutador semiconductor T2 en estado de conducción la bobina de acumulación L1 está conectada en serie a la vez con el segundo conmutador semiconductor T2 y las dos fuentes de tensión (U1, U2) .

El principio de funcionamiento de un convertidor de corriente continua de este tipo consiste en que mediante la conducción de uno de los conmutadores semiconductores (T1 o T2) la bobina de acumulación L1 recibe corriente que en consecuencia genera un campo magnético. La energía almacenada en este campo magnético causa, después de la desconexión de uno de los conmutadores semiconductores (T1 o T2) , una corriente de inducción (corriente de salida i2 o i1) que fluye en cada caso a través del diodo de libre circulación (D2 o D1) que pertenece al otro conmutador semiconductor (T2 o T1) , y de una de las fuentes de tensión (U2, U1) .

Para el funcionamiento continuo es necesario un sistema de temporización de uno de los conmutadores semiconductores (T1 o T2) , por ejemplo mediante un control PWM (PWM = modulación por ancho de pulsos) que puede estar realizado mediante un dispositivo de control central y de manera particularmente ventajosa mediante un microcontrolador. Sin restricción de la generalidad, este dispositivo de control se designará a continuación como microcontrolador. Para simplificar se ha prescindido en las figuras de una representación del microcontrolador.

En principio se distinguen dos tipos de funcionamiento del convertidor de corriente continua, concretamente el funcionamiento como convertidor elevador y el funcionamiento como convertidor reductor.

Funcionamiento como convertidor elevador (figuras 3 a 5)

En el funcionamiento como convertidor elevador, la energía fluye desde la primera fuente de tensión U1 hacia la segunda fuente de tensión U2. Para ello se activa el conmutador semiconductor T1 con una señal PWM adecuada. El conmutador semiconductor T2 no está activo en este estado de funcionamiento y por lo tanto no tiene corriente. Para que pueda funcionar el circuito, la tensión u2 de la segunda fuente de tensión U2 debe ser mayor que la tensión u1 de la primera fuente de tensión U1.

Durante el funcionamiento de un convertidor de corriente continua hay definidos en principio tres estados de funcionamiento distintos. Estos estados de funcionamiento se determinan por el recorrido de la corriente iL1 en la bobina de acumulación L1. Para los tres estados de funcionamiento se representan en las figuras 3 a 5 los recorridos de corriente y de tensión típicos. En este sentido uT1 indica la tensión de activación del primer conmutador semiconductor T1 e iT1, iD2 e iL1 las corrientes que fluyen a través del primer conmutador semiconductor T1, del diodo D1 correspondiente y de la bobina de acumulación L1.

Los tres estados de funcionamiento posibles del convertidor elevador son:

• funcionamiento continuo, es decir la corriente iL1 en la bobina de acumulación L1 no presenta ninguna posición nula (figura 3) ,

• funcionamiento discontinuo, es decir aparecen intervalos de tiempo, en los que la bobina de acumulación L1 no tiene corriente (figura 4) ,

• funcionamiento en el modo de conducción límite (transition mode, modo de transición) . En este caso, mediante una activación adecuada del conmutador semiconductor T1, se mantiene la corriente iL1 en la bobina de acumulación L1 en el modo de conducción límite, es decir justo entre el funcionamiento continuo y el discontinuo (figura 5) .

Funcionamiento continuo como convertidor elevador (figura 3)

La corriente iL1 en la bobina de acumulación L1 no... [Seguir leyendo]

1. Convertidor de corriente continua multicanal, con varios canales de corriente (I, II) paralelos que se controlan con un desfase temporal entre ellos mediante un microcontrolador, en el que cada uno de los canales de corriente presentan en cada caso al menos dos conmutadores semiconductores (T1, T2; T3, T4) , mediante los cuales pueden ser operados por el microcontrolador o bien como convertidores elevadores o bien como convertidores reductores,

caracterizado porque al menos un canal de corriente (I) presenta un dispositivo para detectar el paso por cero de la corriente, porque el microcontrolador detecta la duración del periodo (TPeriodo) de los pasos por cero de la corriente en este canal de corriente (I) , porque el microcontrolador, en virtud de la duración del periodo (Tperiodo) detectada, opera todos los canales de corriente (I, II) en el modo de conducción límite, y porque el microcontrolador activa los canales de corriente (I, II) con un desfase temporal (Tperiodo/2) , estando dado el desfase temporal (Tperiodo/2) por la duración del periodo (Tperiodo) detectada dividida entre el número de canales de corriente.

2. Convertidor de corriente continua según la reivindicación 1, caracterizado porque cada canal de corriente (I, II) presenta al menos una bobina de acumulación (L1, L2) y la bobina de acumulación (L1) de al menos un canal de corriente (I) presenta un devanado adicional (W) , cuya señal de salida evalúa el microcontrolador para detectar el paso por cero de la corriente.

3. Convertidor de corriente continua según la reivindicación 1, caracterizado porque el convertidor de corriente continua es un componente de un circuito de carga/descarga para una batería acumuladora (5) de una instalación fotovoltaica.

4. Convertidor de corriente continua según la reivindicación 3, caracterizado porque el microcontrolador controla el convertidor de corriente continua como convertidor reductor para cargar la batería acumuladora (5) y como convertidor elevador para descargar la batería acumuladora (5) .

5. Convertidor de corriente continua según la reivindicación 4, caracterizado porque el tiempo de conducción (t_con.) para uno de los conmutadores semiconductores (T1, T2, T3, T4) de cada canal de corriente (I, II) causa una corriente de salida (i1, i2) del convertidor de corriente continua proporcional al tiempo de conducción (t_con) .

6. Convertidor de corriente continua según la reivindicación 5, caracterizado porque el tiempo de conducción (t_on) , en funcionamiento como convertidor elevador, se regula mediante un circuito regulador de tensión superpuesto (U-Regulador, 1/C) para la tensión de salida (u_real) del convertidor de corriente continua.

7. Convertidor de corriente continua según la reivindicación 5, caracterizado porque el tiempo de conducción (t_con.) , en funcionamiento como convertidor reductor, es directamente proporcional a la corriente de salida promedio (iL1_prom.) e inversamente proporcional a la diferencia entre la tensión de salida/de entrada (U2 -U1) .

8. Convertidor de corriente continua según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un microcontrolador controla los conmutadores semiconductores (T1, T2, T3, T4) de todos los canales de corriente (I, II) .