Método de conmutación entre el modo de refuerzo y el modo de reacción para un convertidor CC-CC, y un convertidor CC-CC.

Un método de control de un convertidor CC-CC bidireccional (100) conectable entre un bus de alto voltaje (4) y un bus de bajo voltaje (2) para el paso desde un primer modo de funcionamiento (144) en el que el alto voltaje se convierte a un bajo voltaje y un segundo modo de funcionamiento (146) en el que el bajo voltaje se convierte a alto voltaje,

que comprende las etapas de:

- controlar (S1a) el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el primer o en el segundo modo de funcionamiento con un ciclo de trabajo que tenga un valor mayor del 0 %;

- medir (S2) un primer voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4);

- medir (S1) un segundo voltaje (VL) presente en el bus de bajo voltaje (2);

- controlar automáticamente (147), en base a los dichos primer y segundo voltajes medidos, del paso del convertidor CC-CC bidireccional (100) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento o desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento,

caracterizado por que comprende adicionalmente, antes del control del paso desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento, las etapas de:

- medir de modo continuo (S4) durante un primer intervalo de tiempo preestablecido (t2), el voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4);

- comparar (S4) el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con un primer valor de umbral (Vinf); y

- verificar (S4) si, dentro del primer intervalo de tiempo (t2), el voltaje (VH) en el bus de alto voltaje (4) toma un valor inferior al del primer valor de umbral (Vinf) y, si es así, control (147; S3, S4) del paso del convertidor CC-CC bidireccional (100) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento.

Incluyendo la etapa de control (147) de dicho paso la disminución (S3) del ciclo de trabajo en etapas preestablecidas hasta que se alcance un valor del ciclo de trabajo del 0 %.

Método de conmutación entre el modo de refuerzo y el modo de reacción para un convertidor CC-CC, y un convertidor CC-CC

La presente invención se refiere a un método de conmutación entre el modo de refuerzo (modo de funcionamiento de elevación del voltaje) y el modo de reacción (modo de funcionamiento de reducción del voltaje) y a la inversa para un convertidor CC-CC, y un convertidor CC-CC que implementa este método, en particular un convertidor CC-CC bidireccional.

Como es conocido, un convertidor CC-CC bidireccional realiza básicamente dos operaciones: elevación del voltaje entre un bus de entrada, en donde hay una fuente de CC de bajo voltaje (28 V por ejemplo), y un bus de salida, en donde se requiere un voltaje en CC más alto que el que está presente en el lado de entrada (270 V por ejemplo); y reducción del voltaje entre un bus entrada, en donde hay una fuente de CC de alto voltaje y un bus de salida, en donde se requiere un voltaje de CC más bajo que el presente en el lado de entrada.

Los convertidores CC-CC se usan, por ejemplo, en el modo de reacción cuando el voltaje en el bus de alto voltaje tiene un valor satisfactorio para una aplicación pretendida (por ejemplo, con referencia a una cierta norma) o para dispositivos y equipos que funcionan alimentados por medio del bus de alto voltaje y una batería a ser recargada en el bus de bajo voltaje. El voltaje tomado desde el bus de alto voltaje se reduce en consecuencia a un nivel aceptable para el bus de bajo voltaje y se aplica a la entrada del bus de bajo voltaje. Como alternativa o adlclonalmente a lo mencionado, el convertidor CC-CC se puede usar para alimentar dispositivos genéricos conectados al bus de bajo voltaje.

El convertidor CC-CC se controla en el modo de refuerzo cuando el voltaje en el bus de alto voltaje tiene un valor Inaceptable para una aplicación pretendida (por ejemplo, con referencia a una cierta norma) o para el funcionamiento de dispositivos y equipos alimentados por medio del bus de alto voltaje. En este caso, se toma la energía acumulada en la batería durante la operación en el modo de reacción, el voltaje se eleva y se suministra en una entrada al bus de alto voltaje, para restablecer el nivel de voltaje requerido en el bus de alto voltaje. El flujo de energía entre el bus de bajo voltaje y el bus de alto voltaje continúa hasta que se elimina la causa de la caída de voltaje en el bus de alto voltaje o hasta que la batería se agota. En este último caso, el sistema que comprende el bus de bajo voltaje, el convertidor CC-CC y el bus de alto voltaje se declara normalmente que tienen un defecto, debido a que no se están respetando los valores de voltaje requeridos para su funcionamiento.

Históricamente, los convertidores usados en el campo de la aeronáutica son unidireccionales, lo que Implica el uso de dos convertidores para realizar un convertidor bidireccional (con modos de funcionamiento de elevación y reducción del voltaje). Algunos fabricantes proponen compartir parte de los elementos comunes a los dos convertidores (tales como los elementos magnéticos, por ejemplo), mezclando de ese modo los dos en uno. Esto se puede conseguir fácilmente con algunos tipos de topologías intrínsecamente bldlrecclonales. Sin embargo, estas topologías no están bien adaptadas para ser usadas con potencias de funcionamiento elevadas; se hace necesario en consecuencia usar circuitos más complejos, tanto desde el punto de vista del hardware como del software de control.

La transición desde el modo de reacción al modo de refuerzo no tienen lugar automáticamente, o es automática pero de una forma no transparente, en el sentido de que el convertidor CC-CC se declara fuera de servicio durante el tiempo necesario para el paso entre los dos modos de funcionamiento (es necesaria una electrónica de control, externa al convertidor, para el manejo de la transición). De modo similar, la transición del modo de refuerzo al modo de reacción no se realiza automáticamente tampoco, o es automática pero de una forma no transparente.

El documento US 6344985 se refiere en general al campo de los dispositivos de conversión de potencia bidireccionales, en particular a un dispositivo de conversión de potencia CC-CA o CC-CC bidireccional.

El documento US 6191964 describe un rectificador para su uso en un sistema de potencia que tenga un tren de potencia, teniendo el rectificador una entrada y una salida, y método para el control del rectificador.

El objetivo de la presente Invención es proporcionar un método de conmutación entre el modo de refuerzo (modo de funcionamiento de elevación del voltaje) y el modo de reacción (modo de funcionamiento de reducción del voltaje) para un convertidor CC-CC, y un convertidor CC-CC que implemente este método, desprovisto de los problemas de la técnica conocida.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método de conmutación entre el modo de refuerzo (modo de funcionamiento de elevación del voltaje) y el modo de reacción (modo de funcionamiento de reducción del voltaje) para un convertidor CC-CC, y un convertidor CC-CC que implemente este método, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Para una mejor comprensión de la presente invención, se describirá ahora una realización preferida, puramente a

modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la Figura 1 muestra una red eléctrica que comprende un convertidor CC-CC;

- la Figura 2 muestra un convertidor CC-CC bidireccional utilizable en la red eléctrica de la Figura 1;

- la Figura 3 muestra el diagrama del circuito de un circuito de conversión CC-CC que pertenece al conversor CC- CC bidireccional de la Figura 2;

- las Figuras 4a-4d muestran los trazados de las señales de control del circuito de conversión de la Figura 3 funcionando en el modo de refuerzo con un ciclo de trabajo mayor del 50 %;

- las Figuras 5a-5d muestran los trazados de las señales de control del circuito de conversión de la Figura 3 funcionando en el modo de refuerzo con un ciclo de trabajo menor del 50 %;

- las Figuras 6a-6d muestran los trazados de las señales de control del circuito de conversión de la Figura 3 funcionando en el modo de reacción con un ciclo de trabajo mayor del 50 %;

- la Figura 7 muestra, por medio de un diagrama de bloques, una lógica de control y accionamiento del circuito de conversión de la Figura 3;

- la Figura 8 muestra, por medio de un diagrama de estado, un método de control del convertidor CC-CC bidireccional de la Figura 2;

- la Figura 9 muestra un circuito equivalente para el convertidor CC-CC bidireccional de la Figura 2;

- la Figura 10 muestra, por medio de un diagrama de estado, un método de conmutación entre el modo de

refuerzo (modo de funcionamiento de elevación del voltaje) y el modo de reacción (modo de funcionamiento de

reducción del voltaje) del convertidor CC-CC bidireccional de la Figura 2;

- la Figura 11 es una representación más detallada del diagrama de estado de la Figura 10;

- la Figura 12 es una representación de bloques del controlador de histéresis usado, de acuerdo con el método de

la Figura 10, para variar el ciclo de trabajo que controla el convertidor CC-CC bidireccional de la Figura 2 durante el funcionamiento de este último en el modo de reducción; y

- la Figura 13 es una representación de bloques del controlador de histéresis usado, de acuerdo con el método de la Figura 10, para variar el ciclo de trabajo que controla el convertidor CC-CC bidireccional de la Figura 2 durante el funcionamiento de este último en el modo de elevación.

La presente invención se refiere a un método de control para la conmutación entre el modo de reacción y el modo de refuerzo para un convertidor CC-CC bidireccional en una forma automática y transparente para el usuario. Más en detalle, el manejo de la transición entre el modo de reacción y el modo de refuerzo se basa en el análisis de la Calidad de Potencia (PQ) en el bus de alto voltaje. En particular, la norma de referencia para aplicaciones aeronáuticas es la ML-STD-704F. El paso del modo de reacción al modo de refuerzo se maneja de una forma Innovadora, debido a que en modo de reacción el convertidor CC-CC en sí se considera que es una carga conectada al bus de alto voltaje y por lo tanto, si después de haber salido del modo de reacción la Calidad de Potencia es adecuada con respecto a un valor de referencia, se permite la transferencia de una pequeña cantidad de energía, que es sostenible por lo tanto para el sistema en su conjunto, desde del bus de alto voltaje hacia el bus de bajo voltaje.

El paso del modo de refuerzo al... [Seguir leyendo]

1. Un método de control de un convertidor CC-CC bidireccional (100) conectable entre un bus de alto voltaje (4) y un bus de bajo voltaje (2) para el paso desde un primer modo de funcionamiento (144) en el que el alto voltaje se convierte a un bajo voltaje y un segundo modo de funcionamiento (146) en el que el bajo voltaje se 5 convierte a alto voltaje, que comprende las etapas de:

- controlar (S1a) el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el primer o en el segundo modo de funcionamiento con un ciclo de trabajo que tenga un valor mayor del 0 %;

- medir (S2) un primer voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4) ; 10

- medir (S1) un segundo voltaje (VL) presente en el bus de bajo voltaje (2) ;

- controlar automáticamente (147) , en base a los dichos primer y segundo voltajes medidos, del paso del convertidor CC-CC bidireccional (100) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento o desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento, caracterizado por que comprende adicionalmente, antes del control del paso desde el primer modo de 15 funcionamiento al segundo modo de funcionamiento, las etapas de:

- medir de modo continuo (S4) durante un primer intervalo de tiempo preestablecido (t2) , el voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4) ;

- comparar (S4) el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con un primer valor de umbral (Vinf) ; y - verificar (S4) si, dentro del primer intervalo de tiempo (t2) , el voltaje (VH) en el bus de alto voltaje (4) 20 toma un valor inferior al del primer valor de umbral (Vinf) y, si es así, control (147; S3, S4) del paso del convertidor CC-CC bidireccional (100) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento.

Incluyendo la etapa de control (147) de dicho paso la disminución (S3) del ciclo de trabajo en etapas 25 preestablecidas hasta que se alcance un valor del ciclo de trabajo del 0 %.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha etapa de control (147) del paso desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento comprende, al final de dicha etapa de disminución del ciclo de trabajo, la etapa de incrementar el ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para 30 accionar dicho segundo modo de funcionamiento.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicha etapa de control (147) del paso desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento comprende, al final de dicha etapa de disminución del ciclo de trabajo, la etapa de incrementar el ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para 35 accionar dicho primer modo de funcionamiento.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente, durante el segundo modo de funcionamiento (146) , las etapas de:

- medir de modo continuo (S6) del voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4) ;

- comparar (S6) el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con un primer intervalo de valores preestablecidos de funcionamiento óptimo;

- en base a dicha comparación del voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con el primer intervalo de valores preestablecidos de funcionamiento óptimo, incrementar (S6) o disminuir (S6) el 45 valor del ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para mantener el primer valor de voltaje (VH) dentro del primer intervalo de valores preestablecidos de funcionamiento óptimo.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente, durante el primer modo de funcionamiento (144) , las etapas de: 50

- medir de modo continuo (S7) el voltaje (VL) presente en el bus de bajo voltaje (2) ;

- comparar (S1a; S1, S2) el voltaje (VL) medido en el bus de bajo voltaje (2) con un segundo intervalo de valores preestablecidos de funcionamiento óptimo;

- en base a dicha comparación del voltaje (VL) medido en el bus de bajo voltaje (2) con el segundo 55 intervalo de valores preestablecidos de funcionamiento óptimo, incrementar (S7) o disminuir (S1a, S1, S2) el valor del ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para mantener el primer valor de voltaje (VL) dentro del segundo intervalo de valores preestablecidos de funcionamiento óptimo.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha etapa de control 60 (147; S3, S4) del paso del convertidor CC-CC bidireccional (100) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento comprende adicionalmente las etapas de:

- medir de modo continuo (S5) el voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4) ;

- comparar (S5, S7) el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con un segundo valor de umbral 65

(Vp) más alto que el primer valor de umbral (Vinf) ;

- si el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) es más alto que el segundo valor de umbral (Vp) , mantener (S7) el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el primer modo de funcionamiento;

- si el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) es más bajo que el segundo valor de umbral (Vp) , completar (S5, S6) el paso desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de 5 funcionamiento controlando el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el segundo modo de funcionamiento.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa de control (148) del paso desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento comprende 10 adicionalmente las etapas de:

- mantener (S6) el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el segundo modo de funcionamiento durante un segundo intervalo de tiempo preestablecido;

- detectar continuamente (S6) , al final del segundo intervalo de tiempo (t3) , el valor del ciclo de trabajo 15 durante dicho segundo modo de funcionamiento;

- comparar (S6) el valor del ciclo de trabajo detectado con un valor del ciclo de trabajo de umbral;

- si el valor del ciclo de trabajo detectado es más bajo que el valor del ciclo de trabajo de umbral, controlar (S6, S1a) el paso desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento. 20

8. Un convertidor CC-CC bidireccional (100) que puede conectarse entre un bus de alto voltaje (4) y un bus de bajo voltaje (2) para el paso desde un primer modo de funcionamiento (144) en el que el alto voltaje se convierte a bajo voltaje y un segundo modo de funcionamiento (146) en el que el bajo voltaje se convierte a alto voltaje, que comprende: 25

- un primer voltímetro (26) configurado para medir un primer voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4) ;

- un segundo voltímetro (46) configurado para medir un segundo voltaje (VL) presente en el bus de bajo voltaje (2) ; 30

- una lógica de control (121) configurada para controlar (S1a) el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el primer o en el segundo modo de funcionamiento con un ciclo de trabajo que tenga un valor mayor del 0 %; control (147) , en base a dichos primer y segundo voltajes medidos, del paso del convertidor CC-CC bidireccional (100) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento o desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento, 35

caracterizado por que el primer voltímetro (26) se configura adicionalmente para medir (S4) , continuamente y durante un primer intervalo de tiempo preestablecido (t2) , el voltaje (VH) presente en el bus alto voltaje (4) , y la lógica de control (121) se configura adicionalmente para, antes de controlar el paso desde el primer modo 40 de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento del convertidor CC-CC bidireccional (100) :

- comparar (S4) el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con un primer valor de umbral (Vinf) ;

- verificar (S4) si, dentro del primer intervalo de tiempo (t2) , el voltaje (VH) en el bus de alto voltaje (4) toma un valor inferior al del primer valor de umbral (Vinf) y, si es afirmativo, controlar (147; S3, S4) un 45 paso del convertidor CC-CC bidireccional (100) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento; y

disminuir (S3) el ciclo de trabajo en etapas preestablecidas hasta que se alcance un valor del ciclo de trabajo del 0 %. 50

9. El convertidor de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la lógica de control (121) se configura adicionalmente, al final de dicha etapa de disminución del ciclo de trabajo, para incrementar el ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para realizar el paso desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento. 55

10. El convertidor de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, en el que la lógica de control (121) se configura adicionalmente, al final de dicha etapa de disminución del ciclo de trabajo, para incrementar el ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para realizar el paso desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento. 60

11. El convertidor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en el que el primer voltímetro (26) se configura adicionalmente para medir continuamente el voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4) , y la lógica de control (121) se configura adicionalmente para:

- comparar (S6) el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con un primer intervalo preestablecido de valores de funcionamiento óptimo;

- en base a dicha comparación del voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con el primer intervalo preestablecido de valores de funcionamiento óptimo, incrementar (S6) o disminuir (S6) el valor del ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para mantener el primer valor de voltaje (VH) dentro del 5 primer intervalo preestablecido de valores de funcionamiento óptimo.

12. El convertidor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en el que el segundo voltímetro (46) se configura adicionalmente para medir, continuamente y durante el primer modo de funcionamiento, el voltaje (VL) presente en el bus de bajo voltaje (2) , y 10

la lógica de control (121) se configura adicionalmente para:

- comparar (S1a, S1, S2) el voltaje (VL) medido en el bus de bajo voltaje (2) con un segundo intervalo preestablecido de valores de funcionamiento óptimo;

- en base a dicha comparación del voltaje (VL) medido en el bus de bajo voltaje (2) con el segundo 15 intervalo preestablecido de valores de funcionamiento óptimo, incrementar (S7) o disminuir (S1a, S1, S2) el valor del ciclo de trabajo en etapas preestablecidas para mantener el primer valor de voltaje (VL) dentro del segundo intervalo preestablecido de valores de funcionamiento óptimo.

13. El convertidor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8-12, en el que el segundo voltímetro 20 (46) se configura adicionalmente para medir continuamente (S5) el voltaje (VH) presente en el bus de alto voltaje (4) , y la lógica de control (121) se configura adicionalmente para:

- comparar (S5, S7) el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) con un segundo valor de umbral 25 (Vp) más alto que el primer valor de umbral (Vinf) ;

- si el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) es más alto que el segundo valor de umbral (Vp) , mantener (S7) el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el primer modo de funcionamiento;

- si el voltaje (VH) medido en el bus de alto voltaje (4) está por debajo del segundo valor de umbral (Vp) , completar el paso (S5, S6) desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de 30 funcionamiento controlando el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el segundo modo de funcionamiento.

14. El convertidor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-13, en el que la lógica de control (121) se configura adicionalmente, durante la etapa de control (148) del paso desde el segundo modo de 35 funcionamiento al primer modo de funcionamiento, para:

- mantener (S6) el convertidor CC-CC bidireccional (100) en el segundo modo de funcionamiento durante un segundo intervalo de tiempo preestablecido (t3) ;

- detectar continuamente (S6) , desde el final del segundo intervalo de tiempo (t3) , el valor del ciclo de 40 trabajo durante dicho segundo modo de funcionamiento;

- comparar (S6) el valor del ciclo de trabajo detectado con un valor del ciclo de trabajo de umbral;

- si el valor del ciclo de trabajo detectado es menor que el valor del ciclo de trabajo de umbral, controlar (S6, S1a) el paso desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento.