Convertidor de múltiples salidas con un único inductor.

Convertidor (4) CC-CC configurado para integrarse en un dispositivo de seguridad para vehículos,

comprendiendo el convertidor CC-CC:

una entrada para recibir un tensión de entrada (Vin), un primer circuito (6) convertidor conmutado configurado para proporcionar una primera tensión de salida (VAlta), y un segundo circuito (7) convertidor conmutado configurado para proporcionar una segunda tensión de salida (VBaja1), compartiendo los circuitos (6, 7) convertidores primero y segundo un inductor (L) al que se le suministra energía durante cada ciclo de funcionamiento del convertidor (4) CC-CC, en el que el primer circuito (6) convertidor comprende:

un conmutador (Sb) de subida de tensión conectado en paralelo después del inductor (L), un conmutador (S0) de salida de tensión alta conectado entre el inductor (L) y la salida del primer circuito (6) convertidor, y un condensador (C0) de salida de tensión alta conectado en paralelo en la salida del primer circuito (6) convertidor, y en el que los circuitos (6, 7) convertidores primero y segundo están configurados para conmutarse de manera que, durante cada ciclo de funcionamiento, una primera parte de la energía almacenada en el inductor (L) se usa por el primer circuito (6) convertidor y una segunda parte de la energía almacenada en el inductor (L) se usa por el segundo circuito (7) convertidor, caracterizado porque: el primer circuito (6) convertidor comprende además:

un conmutador (Sc) de derivación que está conectado entre la entrada (Vin) de tensión positiva del convertidor (4) CC-CC y la salida (VAlta) de tensión positiva del primer circuito (6) convertidor para evitar el inductor (L) de manera que la energía almacenada por el primer circuito (6) convertidor pueda usarse para alimentar el segundo circuito (7) convertidor.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09162420.

Solicitante: AUTOLIV DEVELOPMENT AB.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: WALLENTINSVÄGEN 22 447 83 VÄRGÄRDA SUECIA.

Inventor/es: DARRABA,ROGER, FOUILLEUL,ANTOINE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B60R21/017 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B60 VEHICULOS EN GENERAL.B60R VEHICULOS, EQUIPOS O PARTES DE VEHICULOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (prevención, limitación o extinción de incendios especialmente adaptadas a los vehículos A62C 3/07). › B60R 21/00 Disposiciones o equipamientos sobre los vehículos para proteger a los ocupantes o a los peatones o para evitar ser dañados en caso de accidente o de otros riesgos de la circulación (cinturones o arneses de seguridad en los vehículos B60R 22/00; asientos construidos para proteger al ocupante de los efectos de las fuerzas de aceleración anormales, p. ej. asientos anticolisión o asientos de seguridad, B60N 2/42; disposiciones para absorber la energía en los volantes de dirección de vehículos B62D 1/11; disposiciones para absorber la energía en las columnas de dirección de vehículos B62D 1/19). › incluyendo dispositivos para alimentar con corriente eléctrica los elementos de seguridad.
  • H02M3/158 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 3/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente continua. › comprendiendo varios dispositivos semiconductores como dispositivos de control final para una carga única.

PDF original: ES-2458357_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Convertidor de múltiples salidas con un único inductor

LA PRESENTE INVENCIÓN se refiere a un convertidor CC-CC y. más particularmente, se refiere a un convertidor CC-CC para su uso como fuente de alimentación para un dispositivo de seguridad para su uso en un vehículo.

La figura 1 de los dibujos adjuntos muestra un circuito 1 convertidor CC-CC convencional. El circuito 1 convertidor comprende un convertidor 2 elevador o boost que alimenta una pluralidad de convertidores 3 reductores o buck.

El convertidor 2 boost eleva una tensión de entrada Vi de 12 V a una tensión alta Vh de 25-35 V. Los convertidores buck entonces reducen la tensión alta Vh a tensiones de salida más bajas V1, V2 ... Vn de 9 V, 5 V y menos.

El problema con el circuito 1 convertidor es que el circuito es complejo, al requerir cada de uno de los convertidores boost y buck su propia bobina L0, L1, L2, L3 de inducción. El circuito convertidor es por tanto voluminoso y caro de fabricar.

Anteriormente se ha propuesto proporcionar un circuito convertidor CC-CC en el que se comparte un único inductor por múltiples convertidores de tensión. Un ejemplo de un convertidor CC-CC con inductor compartido convencional se describe en el documento US-A-2004/0201281. El problema con los convertidores CC-CC con inductor compartido convencionales de este tipo es que los convertidores pueden ser lentos y las tensiones en las salidas de los convertidores pueden fluctuar si más de un convertidor está activado en cualquier momento.

La presente invención busca proporcionar un convertidor CC-CC mejorado.

Según un aspecto de la presente invención se proporciona un convertidor CC-CC integrado en un dispositivo de seguridad para vehículos, comprendiendo el convertidor CC-CC: una entrada para recibir una tensión de entrada, un primer circuito convertidor conmutado configurado para proporcionar una primera tensión de salida y un segundo circuito convertidor conmutado configurad para proporcionar una segunda tensión de salida, compartiendo los circuitos convertidores primero y segundo un inductor al que se le suministra energía durante cada ciclo de funcionamiento del convertidor CC-CC, en el que el primer circuito convertidor comprende: un conmutador de subida de tensión conectado en paralelo después del inductor, un conmutador de salida de tensión alta conectado entre el inductor y la salida del primer circuito convertidor y un condensador de salida de tensión alta conectado en paralelo en la salida del primer circuito convertidor, y en el que los circuitos convertidores primero y segundo están configurados para conmutarse de manera que, durante cada ciclo de funcionamiento, una primera parte de la energía almacenada en el inductor se usa por el primer circuito convertidor y una segunda parte de la energía almacenada en el inductor se usa por el segundo circuito convertidor, en el que el primer circuito convertidor comprende además: un conmutador de derivación que está conectado entre la entrada de tensión positiva del convertidor CC-CC y la salida de tensión positiva del primer circuito convertidor para evitar el inductor de manera que la energía almacenada por el primer circuito convertidor pueda usarse para alimentar el segundo circuito convertidor.

Preferiblemente, la primera tensión de salida es más alta que la tensión de entrada.

En una realización, la segunda tensión de salida es más baja que la tensión de entrada.

En otra realización, la segunda tensión de salida es más alta que la tensión de entrada.

Ventajosamente, el inductor compartido es el único inductor previsto en el convertidor CC-CC.

Preferiblemente, el segundo circuito convertidor comprende: un conmutador de entrada conectado entre la entrada del convertidor CC-CC y el inductor, un diodo conectado en paralelo después del conmutador de entrada, un conmutador de salida de tensión baja conectado entre el inductor y la salida del segundo circuito convertidor y un condensador de salida de tensión baja conectado en paralelo en la salida del segundo circuito convertidor.

En una realización, el conmutador de entrada se sustituye por un diodo.

Preferiblemente, el convertidor CC-CC comprende además: un controlador de conmutadores para controlar los conmutadores en los circuitos convertidores.

En otra realización, el convertidor CC-CC comprende al menos un circuito convertidor adicional, comprendiendo el o cada circuito convertidor adicional: un conmutador de salida adicional conectado entre el inductor y la salida del circuito convertidor adicional y un condensador de salida adicional conectado en paralelo en la salida del circuito convertidor adicional.

Preferiblemente, el convertidor CC-CC comprende tres circuitos convertidores que están configurados para convertir una entrada de 12 V respectivamente en salidas de 25-35 V, 9 V y 5 V.

Convenientemente, el convertidor CC-CC es una fuente de alimentación para a dispositivo de seguridad para vehículos.

Para que la invención pueda entenderse más fácilmente y de manera que puedan apreciarse características adicionales de la misma, ahora se describirán realizaciones de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es un diagrama de circuito de un convertidor CC-CC convencional,

la figura 2 es un diagrama de circuito de un convertidor CC-CC según una realización preferida de la invención,

la figura 3 es a diagrama de circuito que muestra un primer circuito convertidor que forma parte del circuito mostrado en la figura 2, y

la figura 4 es un diagrama que muestra un segundo circuito convertidor que forma parte del circuito mostrado en la figura 2.

Haciendo referencia a la figura 2 de los dibujos adjuntos, un convertidor 4 CC-CC según una realización preferida de la invención comprende una entrada de tensión Vin que está preferiblemente configurada para recibir una tensión de entrada de CC de 12 V. La tensión de entrada Vin podría suministrarse por ejemplo mediante una batería en un vehículo de motor.

El convertidor 4 CC-CC es preferiblemente una fuente de alimentación para un dispositivo de seguridad en un vehículo de motor. En realizaciones de la invención, el convertidor 4 CC-CC está integrado en un dispositivo de seguridad para vehículos.

El circuito 4 convertidor incorpora conmutadores Sa, Sb, Sc, S0, S1, S2 y Sn que se controlan mediante un controlador 5 de conmutadores. Los conmutadores Sa, Sb, Sc, S0, S1, S2 y Sn son conmutadores de transistor, tal como MOSFET. El controlador 5 de conmutadores está integrado preferiblemente con los otros componentes en el circuito 4 convertidor, pero en otras realizaciones, el controlador 5 de conmutadores puede colocarse de manera remota con respecto al resto de los componentes en el circuito 4 convertidor.

Un conmutador Sa de entrada está conectado en serie con el carril de suministro positivo en la entrada de tensión Vin. En otras realizaciones, el conmutador Sa de entrada se sustituye por un diodo.

Un diodo D está conectado en paralelo después del conmutador Sa de entrada, es decir que el diodo D está conectado entre el carril de tensión positiva y el carril de 0 V con el diodo D frente al carril de tensión positiva.

Una bobina L de inducción está conectada en serie después del conmutador Sa de entrada y un conmutador Sb de subida de tensión está conectado en paralelo después del inductor L.

Un conmutador S0 de salida de tensión alta está conectado en serie después del inductor L. Un condensador C0 tanque de salida de tensión alta está conectado en paralelo después del conmutador S0 de salida de tensión alta. El condensador C0 de salida de tensión alta es preferiblemente de 1000 !F o mayor. Una salida de tensión alta VAlta está definida por los carriles positivo y de 0 V a través del condensador C0 de salida de tensión alta.

Un conmutador Sc de derivación está conectado en paralelo con el inductor L y el conmutador S0 de salida de tensión alta. Cuando se cierra, el conmutador Sc de derivación evita el inductor L y el conmutador S0 de salida de tensión alta eléctricamente.

Una cadena de conmutadores S1, S2, ... Sn de salida de tensión baja y condensadores C1, C2, ... Cn de salida de tensión baja están conectados en paralelo con el conmutador S0 de salida de tensión alta y el condensador C0 de salida de tensión alta para definir salidas de tensión baja VBaja1, VBaja2, ... VBaja.n. Las salidas de tensión baja VBaja1, VBaja2, ... VBaja.n son salidas que están configuradas, cada una, para emitir una tensión que es más baja que la tensión de entrada Vin.

El inductor L, el conmutador Sb de subida... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Convertidor (4) CC-CC configurado para integrarse en un dispositivo de seguridad para vehículos, comprendiendo el convertidor CC-CC:

una entrada para recibir un tensión de entrada (Vin) ,

un primer circuito (6) convertidor conmutado configurado para proporcionar una primera tensión de salida (VAlta) , y

un segundo circuito (7) convertidor conmutado configurado para proporcionar una segunda tensión de salida (VBaja1) , compartiendo los circuitos (6, 7) convertidores primero y segundo un inductor (L) al que se le suministra energía durante cada ciclo de funcionamiento del convertidor (4) CC-CC, en el que el primer circuito (6) convertidor comprende:

un conmutador (Sb) de subida de tensión conectado en paralelo después del inductor (L) ,

un conmutador (S0) de salida de tensión alta conectado entre el inductor (L) y la salida del primer circuito (6) convertidor, y

un condensador (C0) de salida de tensión alta conectado en paralelo en la salida del primer circuito (6) convertidor, y en el que los circuitos (6, 7) convertidores primero y segundo están configurados para conmutarse de manera que, durante cada ciclo de funcionamiento, una primera parte de la energía almacenada en el inductor (L) se usa por el primer circuito (6) convertidor y una segunda parte de la energía almacenada en el inductor (L) se usa por el segundo circuito (7) convertidor, caracterizado porque:

el primer circuito (6) convertidor comprende además:

un conmutador (Sc) de derivación que está conectado entre la entrada (Vin) de tensión positiva del convertidor (4) CC-CC y la salida (VAlta) de tensión positiva del primer circuito (6) convertidor para evitar el inductor (L) de manera que la energía almacenada por el primer circuito (6) convertidor pueda usarse para alimentar el segundo circuito (7) convertidor.

2. Convertidor CC-CC según la reivindicación 1, en el que la primera tensión de salida (VAlta) es más alta que la tensión de entrada (Vin) .

3. Convertidor CC-CC según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la segunda tensión de salida (VBaja1) es más baja que la tensión de entrada (Vin) .

4. Convertidor CC-CC según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la segunda tensión de salida (VBaja1) es más alta que la tensión de entrada (Vin) .

5. Convertidor CC-CC según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el inductor (L) compartido es el único inductor previsto en el convertidor (4) CC-CC.

6. Convertidor CC-CC según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo circuito

(7) convertidor comprende:

un conmutador (Sa) de entrada conectado entre la entrada (Vin) del convertidor (4) CC-CC y el inductor (L) ,

un diodo (D) conectado en paralelo después del conmutador (Sa) de entrada,

7. un conmutador (Sn) de salida de tensión baja conectado entre el inductor (L) y la salida del segundo circuito (7) convertidor, y

8. un condensador (C1) de salida de tensión baja conectado en paralelo en la salida del segundo (7) circuito convertidor.

9. Convertidor CC-CC según la reivindicación 6, en el que el conmutador (Sa) de entrada se sustituye por un diodo.

10. Convertidor CC-CC según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el convertidor (4) CC-CC comprende además:

un controlador (5) de conmutadores para controlar los conmutadores en los circuitos (6, 7) convertidores.

11. Convertidor CC-CC según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el convertidor (4)

CC-CC comprende al menos un circuito convertidor adicional, comprendiendo el o cada circuito convertidor 5 adicional:

un conmutador (Sn) de salida adicional conectado entre el inductor (L) y la salida del circuito convertidor adicional, y

un condensador (Sn) de salida adicional conectado en paralelo en la salida del circuito convertidor adicional.

12. Convertidor CC-CC según la reivindicación 9, en el que el convertidor (4) CC-CC comprende tres circuitos convertidores que están configurados para convertir una entrada de 12 V respectivamente en salidas de 2535 V, 9 V y 5 V.

13. Convertidor CC-CC según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el convertidor (4) CC-CC es una fuente de alimentación para un dispositivo de seguridad para vehículos.


 

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