Convertidor de potencia utilizando un rectificador de transistores normalmente cerrados.

Convertidor de potencia que comprende:

- varias entradas conectadas por un lado a una fuente de energía y por otro lado a un rectificador,

estandodicho rectificador conectado a un bus de alimentación de potencia, provisto de una línea (10) positiva y una línea(11) negativa y sobre el que se aplica una tensión continua (Vbus);

- un condensador (Cb) de bus, conectado aguas abajo del rectificador entre la línea (10) positiva y la línea (11)negativa del bus de alimentación;

- rectificador que comprende un brazo de conmutación conectado entre la línea (10) positiva y la línea (11)negativa del bus de alimentación, brazo de conmutación que comprende al menos dos transistores (T1-T6)conectados en serie, estando un punto (M1, M2, M3) intermedio de conexión situado entre los dos transistoresdel brazo de conmutación conectado a una entrada (in1, in3) del convertidor, mediante un elemento (Ri1, Ri3)limitador de corriente;

- siendo los transistores (T1-T6) de tipo de los de efecto de campo normalmente cerrados y estando cada unocontrolado por un dispositivo (CT1-CT6) de control de puerta;

caracterizado porque cada dispositivo de control de puerta comprende:

- una salida (OUT1) conectada a la puerta (G) del transistor;

- un elemento (D1, D2; D11, D12) rectificador de tensión conectado entre la salida del dispositivo de control yuna entrada (in1, in3) del convertidor, aguas arriba del elemento (Ri1, Ri3) limitador de la corriente;

- un condensador (C11) conectado entre la fuente (S) del transistor y un punto situado entre la salida (OUT1)del dispositivo de control y el elemento (D1, D2; D11, D12) rectificador de tensión.

Convertidor de potencia utilizando un rectificador de transistores normalmente cerrados La presente invención se refiere a un convertidor de potencia que utiliza un rectificador de transistores normalmente cerrados. Un convertidor de este tipo se divulga en el documento EP 1347564. Dicho convertidor de potencia está 5 destinado a ser utilizado, por ejemplo, en un variador de velocidad, un sistema de alimentación seguro, un filtro activo o un convertidor DC-DC.

Se sabe que un convertidor de potencia comprende varias entradas, conectadas a la red, por ejemplo tres entradas si está conectado a una red trifásica. Conectado a sus entradas, el convertidor comprende un rectificador que le permite transformar la tensión alterna que suministra la red en una tensión continua. El convertidor también 10 comprende un bus de alimentación de potencia dotado de una línea positiva y de una línea negativa y sobre el que se aplica la tensión continua y un condensador de bus conectado entre la línea positiva y la línea negativa del bus de alimentación y que tiene por objeto mantener constante la tensión continua sobre el bus. En un convertidor de potencia de tipo variador de velocidad, el convertidor de potencia comprende varios brazos de conmutación, por norma general tres brazos de conmutación, situados aguas abajo del condensador de bus. Cada brazo de conmutación está conectado entre la línea positiva y la línea negativa del bus de alimentación y puede comprender por ejemplo dos transistores de conmutación controlados para transformar la tensión continua en una tensión variable con objeto de producir una carga eléctrica.

El rectificador situado a la entrada del convertidor puede ser de tipo activo, comprendiendo también varios brazos de conmutación, cada uno de ellos provisto con al menos dos transistores en serie. Cada uno de estos transistores está

controlado por un dispositivo de control de puerta con el fin de poder transformar la tensión alterna de la red en una tensión continua aplicada sobre el bus de alimentación. En inglés, a este tipo de convertidor con un rectificador activo a la entrada, habitualmente se le denomina "Active front end". En este tipo de rectificador, resulta de interés emplear transistores de efecto de campo, normalmente de tipo cerrado, debido a su alto rendimiento.

No obstante, dado que el rectificador del convertidor utiliza unos componentes normalmente cerrados que por lo tanto dejan pasar la corriente cuando no se aplica ninguna tensión en sus puertas, hay que asegurarse de que los brazos de conmutación que soportan estos componentes no haga que las entradas del convertidor estén en cortocircuito y cortocircuite el condensador de bus, impidiendo la subida de tensión del bus de alimentación y la carga del sistema de alimentación auxiliar, cuando no se aplique ninguna tensión de control sobre sus puertas, es decir:

- durante el arranque del convertidor de potencia cuando la tensión continua sobre el bus de alimentación no ha alcanzado todavía un nivel suficiente; o -cuando se produce un mal funcionamiento en el convertidor de potencia, por ejemplo en el sistema de alimentación auxiliar.

El objeto de la invención es proponer un convertidor de potencia en el que el rectificador, utilizando transistores de tipo normalmente cerrado, no pueda poner en cortocircuito las entradas del convertidor y cortocircuitar el condensador de bus durante el arranque del convertidor de potencia o durante un mal funcionamiento en el convertidor de potencia.

Este objeto se alcanza mediante un convertidor de potencia que comprende:

-varias entradas conectadas por un lado a una fuente de energía y por otro lado a un rectificador, estando dicho 40 rectificador conectado a un bus de alimentación de potencia, dotado con una línea positiva y una línea negativa y sobre el que se aplica una tensión continua; -un condensador de bus, conectado aguas abajo del rectificador entre la línea positiva y la línea negativa del bus de alimentación; -rectificador que comprende un brazo de conmutación conectado entre la línea positiva y la línea negativa del bus

de alimentación, brazo de conmutación que comprende al menos dos transistores conectados en serie, estando un punto intermedio de conexión situado entre los dos transistores del brazo de conmutación conectado a una entrada del convertidor, mediante un elemento limitador de corriente; -siendo los transistores de tipo de los de efecto de campo normalmente cerrado y estando cada uno controlado por un dispositivo de control de puerta;

caracterizado porque cada dispositivo de control de puerta comprende:

-una salida conectada a la puerta del transistor; -un elemento rectificador de tensión conectado entre la salida del dispositivo de control y una entrada del convertidor, aguas arriba del elemento limitador de corriente; -un condensador conectado entre la fuente del transistor y un punto situado entre la salida del dispositivo de 55 control y el elemento rectificador de tensión.

De acuerdo con una particularidad de la invención, el dispositivo de control de puerta comprende una resistencia montada en serie con el elemento rectificador de tensión.

De acuerdo con otra particularidad, el dispositivo de control de puerta comprende una resistencia de puerta conectada entre la puerta del transistor y la salida del dispositivo de control de puerta.

De acuerdo con otra particularidad, el dispositivo de control de puerta comprende un diodo Zener conectado entre la 5 puerta del transistor y un borne positivo del dispositivo de control.

De acuerdo con otra particularidad, los transistores son de tipo JFET.

De acuerdo con otra particularidad, los transistores están fabricados con carburo de silicio o con nitruro de galio.

De acuerdo con otra particularidad, el convertidor comprende un interruptor montado en paralelo al elemento limitador de corriente.

De acuerdo con invención, el elemento limitador de corriente es por ejemplo una resistencia y el elemento rectificador de tensión es por ejemplo un diodo.

Otras características y ventajas se pondrán de manifiesto en la siguiente descripción detallada con referencia a un modo de realización que se proporciona a modo de ejemplo y que se representa en los dibujos adjuntos, en los que:

-la figura 1 representa parte de un convertidor de potencia y más particularmente el rectificador activo que se 15 utiliza en el convertidor;

-la figura 2 representa un brazo de conmutación que se utiliza en el rectificador de la figura 1 y los dispositivos de control de los transistores del brazo de conmutación;

-la figura 3 representa los transistores bajos del rectificador del convertidor y un modo de realización particular de la invención;

- la figura 4 ilustra de manera simplificada la situación en el arranque del convertidor cuando todos los transistores del rectificador están cerrados y que las entradas del convertidor se encuentran en corto-circuito;

-la figura 5 ilustra, gracias a varias curvas, el funcionamiento de la invención.

Un convertidor de potencia puede utilizarse por ejemplo en un variador de velocidad, un sistema de alimentación segura (UPS por sus siglas en inglés de " Uninterruptible Power Supply" Sistema de alimentación Ininterrumpida) , un filtro activo o un convertidor DC-DC. Tiene por objeto recibir una tensión de entrada de una fuente y aplicar una tensión de salida por ejemplo a una carga eléctrica.

Con referencia a la figura 1, un convertidor de potencia típicamente comprende un bus de alimentación de potencia provisto de una línea 10 positiva y de una línea 11 negativa y sobre el que se aplica una tensión continua Vbus. El convertidor de potencia además comprende un condensador de bus Cbus conectado entre la línea 10 positiva y la 30 línea 11 negativa del bus de alimentación y que tiene por objeto mantener constante la tensión continúa Vbus del bus de alimentación. Un convertidor de potencia de tipo variador de velocidad además comprende, aguas abajo del condensador de bus Cbus, un módulo de conmutación (no representado en la figura 1) de n fases teniendo en cada fase 2n transistores de conmutación. El módulo de conmutación es por ejemplo de tres fases y comprende por lo tanto tres brazos de conmutación conectados cada uno entre la línea 10 positiva y la línea 11 negativa del bus de alimentación. Cada brazo de conmutación comprende un transistor alto y un transistor bajo separados por un punto intermedio de conexión unido a la carga eléctrica.

Aguas arriba del condensador de bus Cbus, un convertidor de potencia comprende un rectificador. Tal y como se representa en la figura 1, el rectificador puede ser activo,... [Seguir leyendo]

1. Convertidor de potencia que comprende:

-varias entradas conectadas por un lado a una fuente de energía y por otro lado a un rectificador, estando dicho rectificador conectado a un bus de alimentación de potencia, provisto de una línea (10) positiva y una línea

(11) negativa y sobre el que se aplica una tensión continua (Vbus) ; -un condensador (Cb) de bus, conectado aguas abajo del rectificador entre la línea (10) positiva y la línea (11) negativa del bus de alimentación; -rectificador que comprende un brazo de conmutación conectado entre la línea (10) positiva y la línea (11) negativa del bus de alimentación, brazo de conmutación que comprende al menos dos transistores (T1-T6)

conectados en serie, estando un punto (M1, M2, M3) intermedio de conexión situado entre los dos transistores del brazo de conmutación conectado a una entrada (in1, in3) del convertidor, mediante un elemento (Ri1, Ri3) limitador de corriente; -siendo los transistores (T1-T6) de tipo de los de efecto de campo normalmente cerrados y estando cada uno controlado por un dispositivo (CT1-CT6) de control de puerta;

caracterizado porque cada dispositivo de control de puerta comprende:

- una salida (OUT1) conectada a la puerta (G) del transistor; -un elemento (D1, D2; D11, D12) rectificador de tensión conectado entre la salida del dispositivo de control y una entrada (in1, in3) del convertidor, aguas arriba del elemento (Ri1, Ri3) limitador de la corriente; -un condensador (C11) conectado entre la fuente (S) del transistor y un punto situado entre la salida (OUT1)

del dispositivo de control y el elemento (D1, D2; D11, D12) rectificador de tensión.

2. Convertidor de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (CT1-CT6) de control de puerta comprende una resistencia (R11-R16) montada en serie con el elemento rectificador de tensión.

3. Convertidor de potencia de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el dispositivo de control de

puerta comprende una resistencia (RG1) de puerta conectada entre la puerta (G) del transistor (T1-T6) y la salida del 25 dispositivo de control de puerta.

4. Convertidor de potencia según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el dispositivo de control de puerta comprende un diodo (DCL1) Zener conectado entre la puerta (G) del transistor (T1-T6) y un borne positivo del dispositivo de control.

5. Convertidor de potencia según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los transistores (T1-T6) 30 son de tipo JFET.

6. Convertidor de potencia según la reivindicación 5, caracterizado porque los transistores (T1-T6) están fabricados con carburo de silicio o con nitruro de galio.

7. Convertidor de potencia según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el convertidor comprende un interruptor (SWi1, SWi3) montado en paralelo del elemento limitador de la corriente.

8. Convertidor de potencia según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el elemento limitador de corriente es una resistencia (Ri1, Ri3) .

9. Convertidor de potencia según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el elemento rectificador de tensión es un diodo (D11) .