Convertidor de voltaje.

Un convertidor de voltaje, que comprende:

un circuito (235a - 235d) rectificador;

un inductor (240) de salida y un condensador (245) de salida acoplados al circuito rectificador, en el que el condensador (245) de salida tiene un primer extremo acoplado al inductor de salida y un segundo extremo;

un circuito (250) de fijación de nivel que tiene:

un diodo (255) de fijación de nivel y un condensador (260) de fijación de nivel acoplados en una combinación en serie, con la combinación en serie acoplada en paralelo con el inductor (240) de salida;

un inductor (265) de recuperación acoplado al condensador (245) de salida; y

un conmutador (280) configurado para acoplar y desacoplar selectivamente el inductor (265) de recuperación en paralelo con el condensador (260) de fijación de nivel; y

un diodo (270) de recuperación que tiene un primer extremo acoplado al conmutador (280) y al inductor (265) de recuperación y un segundo extremo acoplado al segundo extremo del condensador (245) de salida.

Convertidor de voltaje

Antecedentes de la invención Campo de la invención Al menos una realización de la presente invención se refiere, en general, al control de un convertidor y, más específicamente, al control de un convertidor asociado con al menos uno de entre una fuente de alimentación de CC, una fuente de alimentación de CA o un convertidor de frecuencia.

Exposición de la técnica relacionada Los convertidores que pueden formar al menos parte de sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) , convertidores de frecuencia o filtros se usan para proporcionar una alimentación fiable a muchos tipos diferentes de equipos electrónicos. Frecuentemente, este equipo electrónico requiere una entrada de voltaje y/o corriente particular desde un convertidor. Los transitorios de voltaje y corriente no deseados dentro del convertidor pueden acortar la vida de los componentes del convertidor, o pueden pasar a través de la salida del convertidor y pueden ser aplicados a los equipos eléctricos. Esto puede resultar en un funcionamiento ineficiente, un sobredimensionamiento de los componentes, interferencia electromagnética (EMI) , y puede requerir una reparación o un reemplazo costoso de componentes eléctricos.

El documento US5615094 describe un circuito de ayuda a la conmutación, no disipativo, para una fuente de alimentación conmutada en la que el exceso de energía generado por el pico de voltaje transitorio de un diodo anti retorno que se corta es dirigido a la salida de la fuente de alimentación o a tierra. El condensador de ayuda a la conmutación almacena el exceso de energía y se establece una ruta de circuito de ayuda a la conmutación durante los pulsos activos recibidos por el secundario para permitir que el exceso de energía almacenado en el condensador de ayuda a la conmutación sea dirigido a la salida de la fuente de alimentación. De manera alternativa, la ruta de circuito de ayuda a la conmutación puede dirigir ese exceso de energía a tierra.

Sumario de la invención Los aspectos y realizaciones de la presente invención se refieren a sistemas y procedimientos de funcionamiento de convertidores de voltaje. Para aumentar la eficiencia y reducir el coste, un circuito de fijación de nivel, no disipativo, de un convertidor limita el voltaje máximo desarrollado a través de los rectificadores de salida y observado en la entrada al inductor de salida del convertidor. Los voltajes transitorios pueden ser desviados a un condensador del circuito de fijación de nivel, y un conmutador es controlado para transferir la energía asociada con este voltaje desde el condensador de fijación de nivel a un inductor de recuperación. El conmutador es controlado adicionalmente para permitir que esta energía sea transferida automáticamente al condensador de salida del convertidor. En consecuencia, la energía desde los voltajes transitorios u otros picos de voltaje puede ser capturada y proporcionada a la salida del convertidor.

Al menos un aspecto se refiere a un convertidor de voltaje según se describe en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas.

Al menos otro aspecto se refiere a un procedimiento de fijación de nivel de un voltaje transitorio en un convertidor de voltaje según se describe en la reivindicación 10 de las reivindicaciones adjuntas.

Al menos otro aspecto se refiere a un sistema de alimentación ininterrumpida según se describe en la reivindicación 18 de las reivindicaciones adjuntas.

También se describe un convertidor de voltaje. El convertidor de voltaje puede incluir un circuito rectificador y un inductor de salida acoplado al circuito rectificador, y un circuito de fijación de nivel. El circuito de fijación de nivel puede incluir un diodo anti retorno y un condensador de fijación de nivel acoplados en una combinación en serie, con la combinación en serie acoplada en paralelo con el inductor de salida. El circuito de fijación de nivel puede incluir también un inductor de recuperación acoplado al condensador de salida, y medios para acoplar, de manera reversible, el inductor de recuperación con el condensador de fijación de nivel para proporcionar energía al condensador de salida.

En algunas realizaciones, el circuito rectificador incluye un circuito rectificador de onda completa que tiene un primer diodo, un segundo diodo, un tercer diodo y un cuarto diodo y un circuito de ayuda a la conmutación. El circuito de fijación de nivel puede incluir una resistencia y un condensador, donde un primer terminal del circuito de ayuda a la conmutación está acoplado a un ánodo del primer diodo y un cátodo del segundo diodo, y donde un segundo terminal del circuito de ayuda a la conmutación está acoplado a un ánodo del tercer diodo y un cátodo del cuarto diodo. El diodo de fijación de nivel puede estar configurado para conducir una corriente cuando un voltaje del inductor de salida es sustancialmente igual a un voltaje predeterminado. El diodo de fijación de nivel puede estar configurado también para conducir una corriente cuando un voltaje de al menos uno de entre el primer, segundo, tercero y cuarto diodos es sustancialmente igual a un voltaje umbral predeterminado asociado con un voltaje transitorio.

En algunas realizaciones, el convertidor puede estar configurado de manera que un voltaje del inductor de salida es menor que un valor de pico de un voltaje transitorio. Un controlador del convertidor puede estar configurado para cambiar un estado del conmutador desde una posición abierta a una posición cerrada cuando un voltaje del condensador de fijación de nivel está basado en el voltaje transitorio. El controlador puede estar configurado también para cambiar un estado del conmutador desde una posición cerrada a una posición abierta cuando un voltaje del inductor de recuperación está basado en el voltaje transitorio.

En al menos una realización, el circuito de fijación de nivel incluye un diodo de recuperación, donde un cátodo del diodo de recuperación está acoplado al inductor de recuperación y al conmutador, y donde un ánodo del diodo de recuperación está acoplado al condensador de salida. El diodo de recuperación puede estar configurado para conducir una corriente cuando un voltaje del inductor de recuperación está basado en el voltaje transitorio y cuando el conmutador está en una posición abierta. El inductor de recuperación y el diodo de recuperación pueden estar configurados también durante el funcionamiento del convertidor para transferir energía al condensador de salida cuando el conmutador está en una posición abierta.

Otros aspectos, realizaciones y ventajas de estos aspectos ejemplares y realizaciones serán evidentes a partir de la descripción detallada siguiente, tomada en conjunción con los dibujos adjuntos, que ilustran los principios de la invención, solo a modo de ejemplo. Debe entenderse que la información anterior y la descripción detallada siguiente incluyen ejemplos ilustrativos de diversos aspectos y realizaciones, y están destinadas a proporcionar una visión o estructura general para comprender la naturaleza y el carácter de los aspectos y las realizaciones reivindicadas. Los dibujos, junto con el resto de la descripción, sirven para describir y explicar los aspectos y las realizaciones reivindicadas.

Breve descripción de los dibujos Los dibujos adjuntos no están dibujados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico ilustrado en diversas figuras está representado por un número similar. En aras de la claridad, no todos los componentes pueden ser etiquetados en cada dibujo. En los dibujos:

La Figura 1 es un diagrama de bloques funcional que representa un convertidor que forma parte de un sistema de alimentación ininterrumpida según una realización;

La Figura 2 es un diagrama esquemático que representa un convertidor según una realización;

La Figura 3 es un diagrama esquemático que representa un convertidor cuando un diodo de fijación de nivel conduce la corriente según una realización;

La Figura 4 es un diagrama esquemático que representa un convertidor cuando un condensador de fijación de nivel cargado transfiere energía a un inductor de recuperación según una realización;

La Figura 5 es un diagrama esquemático que representa un convertidor cuando un inductor de recuperación transfiere energía a la salida del convertidor según una realización; y

La Figura 6 es un diagrama de flujo que representa un procedimiento de funcionamiento de un convertidor según una realización.

Descripción detallada Los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria no están limitados en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de componentes expuestos en la descripción... [Seguir leyendo]

1. Un convertidor de voltaje, que comprende:

un circuito (235a - 235d) rectificador;

un inductor (240) de salida y un condensador (245) de salida acoplados al circuito rectificador, en el que el condensador (245) de salida tiene un primer extremo acoplado al inductor de salida y un segundo extremo;

un circuito (250) de fijación de nivel que tiene:

un diodo (255) de fijación de nivel y un condensador (260) de fijación de nivel acoplados en una combinación en serie, con la combinación en serie acoplada en paralelo con el inductor (240) de salida;

un inductor (265) de recuperación acoplado al condensador (245) de salida; y

un conmutador (280) configurado para acoplar y desacoplar selectivamente el inductor (265) de recuperación en paralelo con el condensador (260) de fijación de nivel; y

un diodo (270) de recuperación que tiene un primer extremo acoplado al conmutador (280) y al inductor

(265) de recuperación y un segundo extremo acoplado al segundo extremo del condensador (245) de salida.

2. Convertidor según la reivindicación 1, en el que el circuito rectificador comprende:

un circuito rectificador de onda completa que tiene un primer diodo, un segundo diodo, un tercer diodo y un cuarto diodo; y

un circuito de ayuda a la conmutación que tiene una resistencia y un condensador, un primer terminal del circuito de ayuda a la conmutación acoplado a un ánodo del primer diodo y un cátodo del segundo diodo, un segundo terminal del circuito de ayuda a la conmutación acoplado a un ánodo del tercer diodo y un cátodo del cuarto diodo.

3. Convertidor según la reivindicación 2, en el que el diodo de fijación de nivel está configurado para conducir una corriente cuando un voltaje del inductor de salida es sustancialmente igual a un voltaje predeterminado.

4. Convertidor según la reivindicación 2, en el que el diodo de fijación de nivel está configurado para conducir una corriente cuando un voltaje de al menos uno de entre el primer, segundo, tercero y cuarto diodos es sustancialmente igual a un voltaje umbral predeterminado asociado con un voltaje transitorio.

5. Convertidor según la reivindicación 1, en el que el convertidor está configurado de manera que un voltaje del inductor de salida es menor que un valor de pico de un voltaje transitorio.

6. Convertidor según la reivindicación 4, que comprende:

un controlador configurado para cambiar un estado del conmutador desde una posición abierta a una posición cerrada cuando un voltaje del condensador de fijación de nivel está basado en el voltaje transitorio.

7. Convertidor según la reivindicación 6, en el que el controlador está configurado para cambiar un estado del conmutador desde una posición cerrada a una posición abierta cuando un voltaje del inductor de recuperación está basado en el voltaje transitorio.

8. Convertidor según la reivindicación 1, en el que el diodo de recuperación está configurado para conducir una corriente cuando un voltaje del inductor de recuperación está basado en el voltaje transitorio y cuando el conmutador está en una posición abierta.

9. Convertidor según la reivindicación 8, en el que el inductor de recuperación y el diodo de recuperación están configurados durante el funcionamiento del convertidor para transferir energía al condensador de salida cuando el conmutador está en una posición abierta.

10. Un procedimiento de fijación del nivel de un voltaje transitorio en un convertidor de voltaje que tiene un circuito rectificador, que comprende:

detectar un voltaje transitorio del convertidor de voltaje;

controlar un conmutador (280) para conectar en paralelo un condensador (260) de fijación de nivel cargado por el voltaje transitorio con un inductor (265) de recuperación; y

transferir energía desde el inductor (265) de recuperación a un condensador (245) de salida del convertidor de voltaje a través de una ruta de corriente que incluye un diodo (270) de recuperación y no incluye el conmutador.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende:

conectar el condensador de fijación de nivel con el inductor de recuperación cuando un voltaje del condensador de fijación de nivel es sustancialmente igual a un voltaje umbral.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende:

conectar el condensador de fijación de nivel con el inductor de recuperación cuando un voltaje del condensador de fijación de nivel está basado en un voltaje transitorio generado después de un período de tiempo de recuperación inversa de al menos un diodo rectificador del circuito rectificador.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende:

conectar el condensador de fijación de nivel con el inductor de recuperación para mantener un voltaje del inductor de salida por debajo de un valor predeterminado.

14. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el control del conmutador para conectar el condensador de fijación de nivel con el inductor de recuperación comprende:

identificar un período de tiempo de retardo después de la detección del voltaje transitorio; y

conectar el condensador de fijación de nivel con el inductor de recuperación una vez transcurrido el período de tiempo de retardo.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que el período de tiempo de retardo es de aproximadamente 0, 8 µs.

16. Procedimiento según la reivindicación 14, que comprende:

transferir al menos parte de la energía asociada con el voltaje transitorio al condensador de fijación de nivel, de manera que el voltaje del inductor de salida sea menor que un valor de pico del voltaje transitorio;

17. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que la conexión del condensador de fijación de nivel con el inductor de recuperación después de transcurrido el período de tiempo de retardo comprende:

transferir la energía desde el condensador de fijación de nivel al inductor de recuperación;

conmutar, después de transferir la energía desde el condensador de fijación de nivel al inductor de recuperación, un estado del conmutador; y

transferir la energía desde el inductor de recuperación a través de un diodo de recuperación al condensador de salida del convertidor de voltaje.

18. Un sistema de alimentación ininterrumpida, que comprende: una entrada de alimentación de CA; una batería; una salida configurad para proporcionar energía desde al menos uno de entre la entrada de alimentación de CA y la batería a una salida del sistema de alimentación ininterrumpida; un convertidor de voltaje acoplado a la batería, en el que el convertidor de voltaje comprende un convertidor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.