ES2246045T3 - Convertidor multicelular de tension cc/cc con microinterruptores de proteccion. - Google Patents
Convertidor multicelular de tension cc/cc con microinterruptores de proteccion.Info
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Abstract
Convertidor de tensión CC/CC que comprende: - un primer borne positivo (1) y un primer borne negativo (2) destinados a ser conectados respectivamente a dos bornes de una red eléctrica de alta tensión; - un segundo borne positivo (3) y un segundo borne negativo (4) destinados a ser conectados respectivamente a dos bornes de una red eléctrica de baja tensión; - n células (100, 200, ..., 600) conectadas en paralelo, siendo n un número entero estrictamente superior a la unidad, dispuestas entre dichos primeros bornes positivo (1) y negativo (2) por un lado y dichos segundos bornes positivo (3) y negativo (4) por otro lado, comprendiendo cada una un convertidor CC/CC de interrupción, teniendo cada una de ellas un primer ramal de circuito que une dicho primer borne negativo (2) y dicho segundo borne negativo (4), un segundo ramal de circuito comprendiendo una inductancia (14, 24, ..., 64) y uniendo dicho primer borne positivo (1) y el citado segundo borne positivo (3), medios de interrupción comprendiendo por lo menos un interruptor de corte (11), y una unidad de gestión (C1) adaptada para gobernar la abertura y cierre del interruptor de corte (11) según una determinada relación cíclica; en que cada célula comporta además un transistor de protección único (13, 23, ..., 63) dispuesto en dicho segundo ramal de circuito y asociado a una unidad de gestión de protección (P) para neutralizar la citada célula (100, 200, ..., 600) independientemente de las demás células.
Description
Convertidor multicelular de tensión CC/CC con
microinterruptores de protección.
El presente invento hace referencia de a un
convertidor de tensión continua a continua (CC/CC), y encuentra
aplicaciones, de modo particular, en el sector del automóvil. Se ha
divulgado un convertidor de este tipo en el documento
US-6.275.848-B1.
El mismo hace especialmente referencia a un
convertidor de tensión CC/CC multicelular, es decir que comprende
varias células que forman otros tantos convertidores elementales
correspondientes, dispuestos en paralelo entre sí. En particular,
cada célula es un convertidor CC/CC de interrupción, que tiene la
particular de que no está aislado.
Un tal convertidor de interrupción es un
dispositivo eléctrico cuatripolar controlado, comprendiendo un
primer par de bornes positivo y negativo por un lado, y un segundo
par de bornes positivo y negativo por otro lado. El primer y segundo
bornes negativos van unidos entre sí mediante un primer ramal de
circuito determinado. Asimismo, los primeros y segundos bornes
positivos están unidos entre sí mediante un segundo ramal de
circuito determinado, el cual comprende una inductancia que
constituye una reserva de energía. El convertidor comprende además
medios de interrupción que comprenden por lo menos un interruptor
gobernado, cuya abertura y cierre son controlados por una unidad de
gestión según una determinada relación cíclica.
Dicho circuito es capaz de proporcionar corriente
eléctrica continua o casi continua entre los dos primeros bornes
positivo y negativo según una determinada tensión, denominada
tensión de salida, cuando se aplica una tensión determinada, llamada
tensión de entrada, entre los segundos bornes positivo y negativo, o
recíprocamente.
El convertidor se denomina no aislado en el
sentido de que comprende dichos primer y segundo ramales del
circuito que une dichos primer y segundo bornes, respectivamente
negativos y positivos. Tal convertidor se opone de hecho a un
convertidor con aislamiento, dado que el primer par de bornes está
aislado del segundo par de bornes.
A fin de reducir las dimensiones de los
componentes que constituyen el convertidor, a la vez que se
proporciona una suficiente potencia para alimentar diferentes
equipos, se conoce, especialmente por el documento
UA-A-6.275.958, el modo de realizar
un convertidor multicelular que comporta una serie de células
montadas en paralelo. Cuando una de las células es defectuosa,
también se conoce a través del mismo documento, el modo de aislar la
célula defectuosa por medio de dos interruptores de protección
formados por transistores MOS dispuestos uno al lado de una red de
alta tensión y el otro dispuesto al lado de una red de baja
tensión.
Dichos transistores funcionan como interruptores
controlados que se cierran en funcionamiento normal y que se abren
cuando se detecta un mal funcionamiento.
Como consecuencia de ello, durante un
funcionamiento normal los componentes dedicados a la función de
protección tienen originalmente un consumo estático de potencia que,
según los casos, puede variar entre el 0,5 y el 2,0% del consumo
estático del conjunto del dispositivo.
Asimismo, la presencia de dichos componentes de
protección se traduce en un aumento del tamaño del dispositivo
eléctrico, una prolongación y una mayor complejidad del
procedimiento de fabricación y, en definitiva, por un aumento
sustancial del coste del dispositivo.
Un objeto del presente invento es proponer un
convertidor multicelular de tensión que comprende un modo de
funcionamiento degradado, en que una determinada célula puede
neutralizarse independientemente de las demás células cuando se
produce un mal funcionamiento de dicha célula, reduciendo el consumo
en funcionamiento normal.
De acuerdo con el invento, se propone un
convertidor de tensión CC/CC que comprende:
- un primer borne positivo y un primer borne
negativo destinados a ser conectados respectivamente a dos bornes de
una red eléctrica de alta tensión;
- un segundo borne positivo y un segundo borne
negativo destinados a ser conectados respectivamente a dos bornes de
una red eléctrica de baja tensión;
- n células conectadas en paralelo, siendo n un
número entero estrictamente superior a la unidad, dispuestas entre
dichos primeros bornes positivo y negativo por un lado y dichos
segundos bornes positivo y negativo por otro lado, comprendiendo
cada una un convertidor CC/CC de interrupción, teniendo cada una un
primer ramal de circuito que une dicho primer borne negativo y dicho
segundo borne negativo, un segundo ramal de circuito comprendiendo
una inductancia y uniendo dicho primer borne positivo y el citado
segundo borne positivo, medios de interrupción comprendiendo por lo
menos un interruptor de corte, y una unidad de gestión adaptada para
gobernar la abertura y cierre del interruptor de corte según una
determinada relación cíclica; en que cada célula comporta además un
transistor de protección único dispuesto en dicho segundo ramal de
circuito y asociado a una unidad de gestión de protección para
neutralizar la citada célula independientemente de las demás
células.
En efecto, contrariamente a la idea recibida del
documento US-A-6.275.958, basta un
solo transistor de protección para permitir un aislamiento de la
célula correspondiente, y la puesta en servicio de la célula se
obtiene alimentando dicho único transistor para mantenerlo en
posición cerrada de manera que el consumo es reducido.
Según una ventajosa versión del invento, el
transistor de protección único de cada célula va montado en una
parte de alta tensión del convertidor. Con motivo de la alta tensión
la corriente de mantenimiento en posición cerrada es más débil de
manera que el consumo todavía es más reducido.
Como interruptor cerrado se entiende un
interruptor en un tal estado que da paso a la corriente que circula
por el ramal del circuito que contiene dicho interruptor. Por el
contrario, un interruptor abierto impone una intensidad nula al
ramal del circuito a que pertenece. En el caso que el interruptor
está realizado por medio de un transistor que comporta un diodo de
estructura, el estado abierto de dicho interruptor imponen una
intensidad nula cuando la tensión en los bornes del interruptor
provoca además el bloqueo del diodo de estructura, es decir cuando
el potencial eléctrico del cátodo de dicho diodo es superior al
potencial eléctrico del ánodo de dicho diodo.
Según otro aspecto del invento en relación con un
único transistor por célula montado en una parte de alta tensión del
convertidor, el convertidor comporta asimismo un transistor de
protección común para todas las células, asociado a una parte de
baja tensión del convertidor. Así pues, incluso aumentado de manera
muy pequeña el consumo estático del convertidor, se protege contra
una inversión de polaridad en la red de baja tensión, especialmente
en el caso de un montaje invertido de una batería de baja
tensión.
Otras particularidades y ventajas del presente
invento se pondrán de manifiesto en la siguiente descripción de
ejemplos de realización, no limitativos, haciendo referencia a los
dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 es un esquema eléctrico de un modo de
realización de un convertidor reductor de tensión, según el presente
invento;
La figura 2 representa la disposición de un
controlador y de un detector de mal funcionamiento asociado al
convertidor de la figura 1;
La figura 3 es un esquema eléctrico de un modo de
realización de un convertidor elevador de tensión, según el presente
invento;
La figura 4 es un esquema eléctrico de un primer
modo de realización de un convertidor reductor/elevador de tensión,
según el presente invento;
La figura 5 representa la disposición de un
controlador y de un detector de mal funcionamiento asociado al
convertidor de la figura 4;
La figura 6 es un esquema eléctrico de un segundo
modo de realización de un convertidor reductor/elevador de tensión,
según el presente invento;
La figura 7 representa la disposición de un
controlador y de un detector de mal funcionamiento asociado al
convertidor de la figura 6; y
La figura 8 es un esquema eléctrico de un
dispositivo que comprende una protección común del lado de baja
tensión.
En dichas figuras, a fin de indicar la
orientación de los transistores utilizados, las letras D y S
designan respectivamente el drenador y el surtidor de cada
transistor, según la orientación especificada en la descripción para
el transistor en cuestión.
De acuerdo con el esquema 1, una red de corriente
continua y de alta tensión está conectada a un convertidor reductor
de la tensión mediante el borne positivo 1 y mediante el borne
negativo 2. La tensión entre los bornes 1 y 2 es, por ejemplo, del
orden de 42 voltios. Hay una red de corriente continua y de baja
tensión conectada a los bornes 3 y 4, siendo el borne 3 positivo y
el borne 4 negativo, mientras la tensión en estos dos bornes es, por
ejemplo, del orden de 14 voltios.
En el ejemplo representado en la figura 1, hay
seis convertidores elementales de interrupción 100, 200, ..., 600,
de tipo reductor de tensión, idénticos entre sí, dispuestos en
paralelo entre, por un lado, los bornes 1 y 2, y por otro lado, los
bornes 3 y 4. Los bornes 2 y 4 están unidos directamente entre
sí.
En cada uno de dichos convertidores elementales
100, 200,..., 600, un condensador 16, 26,..., 66, por ejemplo de 60
microfaradios, une los bornes 1 y 2 a fin de almacenar, por el lado
de la red de 42 voltios, las cargas eléctricas transferidas por
dicho convertidor elemental 100, 200,..., 600, a otro condensador
17, 27,..., 67, por ejemplo también de 30 microfaradios, une los
bornes 3 y 4 a fin de almacenar, por el lado de la red de 14
voltios, las cargas eléctricas transferidas por dicho convertido
elemental 100, 200,..., 600. Durante su funcionamiento, cada una de
las dos redes de 42 y de 14 voltios, consume parcialmente las cargas
eléctricas de los conjuntos específicos de condensadores 16, 26,...,
66 y 17, 27,..., 67.
En cada convertidor elemental 100, 200,..., 600,
los bornes 1 y 3 están unidos entre sí por medio de un ramal que
comprende los siguientes componentes, montados en el orden que se
indica a continuación, desde el borne 1 hacia al borne 3:
- un transistor reductor 11, 21,..., 61, por
ejemplo MOS-FET de canal n (N-MOS),
conectado por su drenador al borne 1. Dicho transistor comporta un
diodo de estructura 18, 28,..., 68, colocado en paralelo con el
interruptor constituido por el transistor reductor 11, 21,..., 61, y
orientado en el sentido de paso del borne 3 al borne 1;
- una inductancia 14, 24,..., 64, por ejemplo de
12 microhenries y de 6 miliohmios de resistencia, unida al surtidor
del transistor reductor 11, 21,..., 61, por medio de un nudo N1,
N2,... N6.
- un transistor de protección 13, 23,..., 63,
único para cada célula, por ejemplo también MOS-FET
con canal n (N-MOS). Dicho transistor 13, 23,... 63,
está conectado por su drenador a la inductancia 14, 24,..., 64. Del
mismo modo que para el transistor reductor 12, 21,..., 61, este
transistor de protección 13, 23,..., 63 comporta un diodo de
estructura 20, 30,..., 70 dispuesto paralelo a dicho transistor de
protección 13, 23,..., 63, y orientado en el sentido de paso del
borne 3 al borne 1;
- una resistencia 15, 25,..., 65, por ejemplo de
2 miliohmios, unida al surtidor del transistor 13, 23,..., 63 y al
borne 3.
En caso de cortocircuito accidental entre el
surtidor y el drenador del transistor reductor 11, 21,..., 61, el
diodo equivalente 20, 30,..., 70 del transistor de protección 13,
23,..., 63 impide la circulación de una corriente involuntaria del
borne 1 al borne 3, cuando dicho transistor de protección 13,
23,..., 63 es entonces gobernado para ser abierto. De hecho, dicha
corriente involuntaria provocaría la descarga del circuito de alta
tensión en el circuito de baja tensión.
Cada convertidor reductor de tensión 100,
200,..., 600 comporta asimismo un diodo 12a, 22a,..., 62a unido por
medio de su cátodo al nudo N1, N2,..., N6 y por medio de su diodo a
los bornes 2 y 4.
Cada uno de los convertidores reductores de
tensión elementales 100, 200,..., 600 así construidos puede
transferir aproximadamente una potencia de 250 vatios de la red a 42
voltios hacia la red de 14 voltios.
La figura 2 representa la arquitectura de control
del convertidor elemental 100 de la figura 1. El mismo comprende un
controlador C1 que recibe a sus entradas dicha alta tensión por
medio de los hilos 101 y 102 conectados respectivamente a los bornes
1 y 2, la citada baja tensión por medio del hilo 103 conectado al
borne 3 y la tensión a los bornes de la resistencia 15 mediante los
hilos 150 y 151. Según una forma de gobierno con modulación de la
amplitud de impulsos, conocida por los especialistas, el controlador
C1 gobierna el transistor reductor 11 por medio de señales de
abertura o de cierre transmitidos por su rejilla por medio del hilo
110, según una periodicidad de impulsos determinada, correspondiente
por ejemplo a una frecuencia de 70 kilohercios.
Existe un controlador análogo al controlador C1
dispuesto del mismo modo en cada uno de los otros cinco
convertidores elementales 200,..., 600 para cumplir una función
idéntica respecto a cada uno de dichos circuitos. Ventajosamente,
los seis controladores emiten los respectivos impulsos de acuerdo
con la misma periodicidad de impulsos, y son considerados según un
orden cíclico determinado, de tal modo que los impulsos de dos
convertidores elementales sucesivos, según dicho orden, queden
desplazados un retraso igual a sexto periodo de impulso de gobierno
de cada convertido elemental.
Para el convertidor elemental 100, un detector D1
recibe en dos de sus entradas la tensión entre el drenador y el
surtidor del transistor reductor 11 por medio de los dos hilos 111 y
112. Con el convertidor elemental 100 funcionando normalmente, el
detector D1 transmite una señal a una unidad de gestión de
protección OP de manera que esta última aplica, a través del hilo
130, una cierta tensión a la rejilla del transistor de protección
13, por ejemplo una tensión comprendida entre 5 y 10 voltios con
respecto al surtidor de dicho transistor de protección 13, a fin de
mantener al transistor de protección 13 en un estado cerrado, o de
paso.
Cuando el detector D1 identifica un mal
funcionamiento del transistor reductor 11, y especialmente un
cortocircuito entre el drenador y el surtidor de dicho transistor
reductor 11, el detector D1 interrumpe la tensión aplicada a la
rejilla del transistor de protección 13 por medio del hilo 130, con
objeto de abrir el circuito entre el drenador y el surtidor de dicho
transistor de protección 13. Esta abertura del circuito puede
obtenerse a través de una resistencia de polarización, no
representada, por ejemplo de 10 kiloohmios, que une la rejilla y el
surtidor del transistor de protección 13. Así, el conjunto del
convertidor elemental 100 queda neutralizado. Además, una eventual
corriente de descarga de la red de 42 voltios hacia la red de 14
voltios, por parte del convertidor elemental 100, no puede circular
del borne 1 al borne 3.
Cada uno de los otros convertidores elementales
200,..., 600 también comporta un respectivo detector D2,..., D6
idéntico al detector D1, y unido de manera similar a la unidad de
gestión de protección P. Esta última también está unida a través de
los hilos 230,..., 630 a los correspondientes transistores
reductores 23,..., 63 de los convertidores elementales 200,..., 600,
a fin de proporcionar un mecanismo de protección individual idéntico
a todos los convertidores elementales 100, 200,..., 600.
Como cada convertidor elemental 100, 200,..., 600
está dispuesto en paralelo con los otros convertidores elementales,
el paro del funcionamiento de uno entre ellos no interrumpe el
funcionamiento de los demás. Por consiguiente prosigue un
funcionamiento del convertidor global mediante los convertidores
elementales que aún están operativos. Esta continuación del
funcionamiento está permitida gracias a la disposición en paralelo
de los convertidores elementales, así que por la disposición, según
el presente invento, de un interruptor de protección en cada
convertidor elemental.
Eventualmente, el modo de gobierno del conjunto
de convertidores elementales 100, 200,..., 600 por sus respectivos
controles puede adaptarse mediante un controlador supervisor, no
representado, que está unido a los seis controladores y a los seis
detectores, a fin de tener en cuenta la neutralización de uno de los
convertidores elementales. Esto permite, en esta circunstancia,
optimizar el funcionamiento del convertidor global a pesar del paro
de uno de los convertidores elementales.
Por ejemplo, cuando un convertidor elemental 100,
200,..., 600 está neutralizado, el controlador supervisor gobierna
los controladores de los otros cinco sucesivos convertidores
elementales 100, 200,..., 600, todavía operativos, siendo
desplazados un retraso igual al quinto del periodo común de impulsos
de gobierno de cada convertidor elemental. El funcionamiento
degradado que así se obtiene para el convertidor global, como
consecuencia de la neutralización de uno de los convertidores
elementales, corresponde a una reducción del máximo caudal de
suministro eléctrico, o bien a la potencia eléctrica máxima, que
puede ser transferida entre la red de alta tensión y la red de baja
tensión.
La figura 3 corresponde a un modo de realización
del invento que consiste en un convertidor elevador de tensión. Este
modo de realización vuelve a adoptar la arquitectura y una parte de
los componentes del modo de realización anterior. La descripción
detallada no se realiza en su integridad, y todos los componentes y
referencias son idénticas a aquellos y aquellas ya presentes en el
modo de realización precedente.
Ahora, cada convertidor elemental 100, 200,...,
600 es un convertidor elevador de tensión, que comprende:
- un transistor 13, 23,..., 63, por ejemplo
MOS-FET con canal n (N-MOS), que
desempeña la función de interruptor de protección, conectado por su
drenador al borne 1. Comporta un diodo de estructura 20, 30,..., 70
montado en paralelo a dicho transistor de protección 13, 23,..., 63,
y está orientado en el sentido de paso en dirección al borne 1. Su
surtidor está asimismo unido al condensador 16, 26,..., 66;
- un diodo 11a, 21a,..., 61a conectado por su
cátodo al surtidor del transistor de protección 13, 23,..., 63;
- una inductancia 14, 24,..., 64, por ejemplo de
12 microhenries y 6 miliohmios de resistencia, unida al ánodo del
diodo 11a, 21a,..., 61a mediante un nudo N1, N2,..., N6;
- una resistencia 15, 25,..., 65, por ejemplo de
2 millihomios unida a la inductancia 14, 24,..., 64 y al borne
3.
En lugar y sitio de los diodos 12a, 22a,..., 62a,
cada convertidor elemental 100, 200,..., 600 comporta un transistor
elevador 12, 22,..., 62. Dicho transistor elevador 12, 22,..., 62,
por ejemplo aún tipo MOS-FET con canal n
(N-MOS), está unido por su drenador al nudo N1,
N2,..., N6 y por su surtidor a los bornes 2 y 4. Este transistor
elevador 11,
22,..., 62 también comporta un diodo de estructura 19, 29,..., 69 dispuesto en paralelo y orientado en el sentido de paso hacia al nudo N1, N2,..., N6.
22,..., 62 también comporta un diodo de estructura 19, 29,..., 69 dispuesto en paralelo y orientado en el sentido de paso hacia al nudo N1, N2,..., N6.
El modo de funcionamiento de un tal convertidor
elevador de tensión ya es conocido por el especialista, y utiliza un
modo de control de los transistores elevadores 12, 22,..., 62
análogo al utilizado en el modo de realización precedente para los
transistores reductores. Cada uno de los convertidores elementales
elevadores de tensión 100, 200,..., 600 así constituido puede
transferir aproximadamente una potencia de 250 vatios de la red a 14
voltios a la red de 42
voltios.
voltios.
Ventajosamente, para un convertidor elevador de
tensión correspondiente a la figura 3, cada uno de los detectores de
mal funcionamiento D1, D2,..., D6 está unido mediante dos entradas
al drenador y al surtidor del transistor elevador 12, 22,..., 62 del
convertidor elemental al que va asociado. Dichos detectores de mal
funcionamiento D1, D2,..., D6 participan de la misma manera que
antes en la abertura del transistor de protección 13, 23,..., 63 del
convertidor elemental en que se ha detectado un mal
funcionamiento.
Las mismas ventajas y perfeccionamientos que los
citados en el caso de un convertidor reductor de tensión pueden
volver a conseguirse de manera idéntica en el presente caso de un
convertidor elevador de tensión.
La figura 4 corresponde a un convertidor
compuesto de convertidores elementales 100, 200,..., 600
reversibles. Cada uno de los convertidores elementales reversibles
100, 200,..., 600 vuelve a adoptar componentes de los convertidores
de interrupción reductores o elevadores de tensión ya presentados, y
están dispuestos de manera análoga. La descripción detallada de
dichos componentes no se repite en este caso.
Cada convertidor elemental 100, 200,..., 600
reversible comprende un transistor reductor 11, 21,..., 61 y un
transistor elevador 12, 22,..., 62 en lugar y sitio respectivo de
los diodos 11a, 21a,..., 61a y 12a, 22a,..., 62a.
El transistor reductor 11, 21,..., 61, por
ejemplo MOS-FET con canal n (N-MOS),
está conectado por su drenador al borne 1 y por su surtidor al nudo
N1, N2,..., N6. Su diodo de estructura 18, 28,..., 68, montado en
paralelo a dicho transistor reductor 11, 21,..., 61, está orientado
en el sentido de paso del borne 3 hacia al borne 1.
El transistor elevador 12, 22,..., 62, por
ejemplo MOS-FET con canal n (N-MOS),
está conectado por su drenador al nudo N1, N2,..., N6 y por su
surtidor a los bornes 2 y 4. Su diodo de estructura 19, 29,..., 69,
montado en paralelo, está orientado en el sentido de paso del nudo
N1, N2,..., N6.
Tal como se ha representado en la figura 5 para
el convertidor elemental reversible 100, el controlador C1 posee dos
salidas 110 y 120 unidas respectivamente a la rejilla del transistor
reductor 11, 21,..., 61 y a la del transistor elevador 12, 22,...,
62 de dicho convertidor elemental 100. También posee dos entradas
unidas mediante los hilos 150 y 151 a los dos bornes de la
resistencia en derivación 15.
Según un modo de control ya conocido por parte
del especialista, el controlador C1 gobierna, en un modo de
funcionamiento con reducción de tensión, la rejilla del transistor
reductor 11, 21,..., 61 para abrir o cerrar alternativamente la
misma en función del valor de la corriente medido en la resistencia
en derivación 15. Simultáneamente gobierna la rejilla del transistor
elevador 12, 22,..., 62 para que se abra por lo menos durante los
intervalos de tiempo en que el transistor reductor 11, 21,..., 61
está cerrado.
De manera simétrica, en un modo de funcionamiento
como elevador de tensión, el controlador C1 gobierna la rejilla del
transistor elevador 12, 22,..., 62 para abrir o cerrar
alternativamente la misma en función del valor de corriente medido
en la resistencia en derivación 15. Entonces gobierna
simultáneamente la rejilla del transistor reductor 11, 21,..., 61
para que esté abierta por lo menos durante los intervalos de tiempo
en que el transistor elevador 12, 22,... 62 está cerrado.
Del mismo modo, cada convertidor elemental
reversible 100, 200,..., 600 comporta un sistema de control de los
transistores reductor 11, 21,..., 61 y elevador 12, 22,..., 62 que
comprende, que es idéntico al del convertidor elemental reversible
100. La sincronización de los controles de todos los convertidores
elementales reversibles es idéntica a la de los convertidores
reductores o elevadores ya descritos en los modos de realización
anteriores.
De acuerdo con la figura 4, el transistor de
protección 13, 23,..., 63 de cada convertidor reversible elemental
100, 200,..., 600 va dispuesto entre la inductancia 14, 24,..., 64 y
la resistencia en derivación 15, 25,..., 65, teniendo su drenador
conectado a la inductancia, su surtidor a la resistencia y su diodo
de estructura 20 orientado desde el borne 3 al borne 1. Estos
transistores de protección 13, 23,..., 63 así dispuestos son
controlados por la unidad de gestión de protección P (véase la
figura 5), a su vez asociada a los detectores de mal funcionamiento
D1, D2,..., D6. Dichos detectores D1, D2,..., D6 están unidos
respectivamente al surtidor y al drenador de los transistores
reductores 11, 21,..., 61
de cada convertidor elemental 100, 200,..., 600. Entonces la protección obtenida es idéntica a la del primer modo de realización, correspondiente a las figuras 1 y 2.
de cada convertidor elemental 100, 200,..., 600. Entonces la protección obtenida es idéntica a la del primer modo de realización, correspondiente a las figuras 1 y 2.
Las mismas ventajas y perfeccionamientos que los
citados en el caso de un convertidor reductor de tensión pueden
volver a conseguirse de manera idéntica en el presente caso de un
convertidor reversible.
Las figuras 6 y 7, asociadas entre sí,
corresponden a un convertidor reversible de estructura idéntica a la
del convertidor reversible representado en las figuras 4 y 5. En
este nuevo modo de realización del invento, el transistor de
protección 13, 23,..., 63 de cada convertidor reversible elemental
100, 200,..., 600 está dispuesto entre el borne 1 y el transistor
reductor 11, 21,..., 61. Su drenador va conectado al borne 1, y su
surtidor a un nudo intermedio entre el drenador del transistor
reductor 11, 21,..., 61 y el condensador 16, 26,..., 66. El diodo de
estructura 20, 30,..., 70 del transistor de protección 13, 23,...,
63 aún está orientado para ser pasado en dirección al borne 1.
Se prefiere esta posición del transistor de
protección 13, 23,..., 63 a una posición situada entre el transistor
reductor 11, 21,..., 61 y un nudo de conexión del condensador 16,
26,..., 66 al borne 1. En efecto, al ser la corriente que circula
por el bucle formado por el condensador 16, 26,..., 66, el
transistor reductor 11, 21,..., 61 y el transistor elevador 12,
22,..., 62 una corriente sometida a variaciones brutales, resulta
particularmente ventajoso reducir la dimensión física de dicho bucle
a fin de disminuir las perturbaciones debidas a una eventual
autoinductancia parásita de dicho bucle, o incluso debidas a una
eventual radiación emitida por dicho bucle.
\newpage
El detector D1 todavía recibe en sus dos entradas
la tensión entre al drenador y el surtidor del transmisor reductor
11, a través de los dos hilos 111 y 112. Una idéntica disposición de
dichos componentes se adopta para cada uno de los convertidores
elementales reversibles 100, 200,..., 600.
El funcionamiento del convertidor global
reversible de acuerdo con este modo de realización, así como el
funcionamiento de su sistema de protección, son idénticos a los
correspondientes a las figuras 4 y 5. De la misma manera, el
detector asociado a cada transistor reductor 11, 21,..., 61 permite
neutralizar el convertidor elemental 100, 200,..., 600 al que está
asociado en caso de cortocircuito producido al nivel de dicho
transistor reductor. Los mismos perfeccionamientos aún pueden ser
combinados a este modo de realización.
La figura 8 muestra un dispositivo que está
asimismo equipado con un transistor de protección común a todas las
células, por el lado de baja tensión.
En esta figura, las células 100... 600 tan solo
han sido representadas por una línea de trazos, pudiendo la
estructura individual de las células ser una cualquiera de las antes
descritas, con incorporación del transistor de protección único de
cada célula por el lado de alta tensión.
De acuerdo con el esquema de la figura 8, una red
de corriente continua de alta tensión, que tiene por ejemplo una
tensión de aproximadamente 42 voltios entre los bornes H1 y H2,
comprende una batería HR dispuesta entre dichos bornes. El borne H1
es positivo y el borne H2 es negativo.
Una red de corriente continua de baja tensión,
por ejemplo una tensión de aproximadamente 14 voltios entre los
bornes B3 y B4 de la red B, comprende una batería BR. La batería BR
está conectada entre los bornes B3 y B4. El borne B3 es positivo y
el borne B4 es negativo.
La red de baja tensión está conectada a través de
un filtro 800 a las células 100,... 600. El filtro 800 está
conectado a los bornes 3 y 4 comunes a las células 100,... 600. La
constitución del filtro 800, conocida por el especialista en la
materia, no se describe en este caso.
Asimismo, la red de alta tensión también está
conectada a las células a través de otro filtro 700 unido a los
bornes 1 y 2 por un lado y a los bornes H1, H2 de la red de alta
tensión entre los cuales hay conectada una batería de alta tensión
HR.
Un transistor de protección 801, todavía a efecto
de campo del tipo metal-óxido-semicondutor
(MOS-FET) con canal n (N-MOS), está
dispuesto entre el filtro 800 y el borne B3. El drenador de dicho
transistor de protección 801 está unido al filtro 800 mientras que
su surtidor está unido al borne B3.
Una unidad de gobierno CS posee una salida
conectada a la rejilla del transistor de protección 801, y una
entrada conectada a una salida del detector D. Dicho detector D esta
asimismo conectado s los bornes B3 y B4.
En el modo de funcionamiento normal, el detector
D detecta una tensión del orden de 14 voltios entre los bornes B3 y
B4. La unidad de control CS gobierna entonces el cierre del
transistor de seguridad 801 mediante la aplicación de una tensión
positiva a su rejilla, del orden de 5 a 10 voltios, por ejemplo, con
respecto a su surtidor.
Cuando el detector D descubre valores anormales
de tensiones en B3 y B4, por ejemplo una inversión de polaridad, el
circuito de gobierno CS interrumpe la tensión positiva aplicada a la
rejilla del transistor de protección 801. Entonces, una resistencia
802, por ejemplo de 10 kiloohmios, dispuesta entre la rejilla y el
surtidor del transistor de protección 801, asegura la abertura de
dicho transistor. De este modo, cuando existe un cortocircuito o una
inversión de polaridad entre los bornes B3 y B4 del circuito de baja
tensión B, el circuito de baja tensión y el convertidor son aislados
entre sí.
El transistor de protección 801, cuando a efectos
de campo es del tipo metal-óxido-semiconductor con
canal n (N-MOS), posee un diodo de estructura 803
exterior dispuesto en paralelo entre el drenador y el surtidor de
dicho transistor. Este diodo de estructura 803 es pasado en el
sentido que va desde el surtidor hacia el drenador del transistor
801, con una tensión de umbral del orden de 0,9 a 1,3 voltios. El
transistor de protección 801 está orientado de manera que el diodo
de estructura 803 sea pasado en dirección al filtro 800.
Naturalmente, el invento no está limitado al modo
de realización descrito y se le pueden aportar variantes de
realización sin apartarse del marco del invento tal como viene
definido por las reivindicaciones.
De modo particular, aun cuando el invento haya
sido descrito según una forma de realización preferida consistente
en disponer el transistor de protección única de cada célula del
lado de alta tensión y el interruptor común del lado de baja
tensión, lo cual permite aislar una célula y proteger el convertidor
contra una inversión de polaridad del lado de alta tensión teniendo
un mínimo consumo estático, se pueden disponer los transistores de
protección en cada célula del lado de baja tensión y el interruptor
común del lado de alta tensión. Aún a costa de un ligero aumento del
consumo estático, esto permite evitar una transferencia de carga de
la batería de baja tensión hacia la batería de alta tensión cuando
se descarga la batería de alta tensión.
En las realizaciones alternativas de los modos de
realización descritos, los transistores tipo N-MOS
pueden ser sustituidos por transistores homólogos tipo
P-MOS. De este modo pueden ser sustituidos por
transistores de tecnología bipolar, sin que la función y el
funcionamiento general del montaje sean cambiados. El transistor de
protección que es común a todas las células también puede ser
sustituido por un interruptor controlado por un relé
electromagnético.
Además, aun cuando el transistor de protección
801 común a las diferentes células del lado de baja tensión ha sido
representado de manera integrada al convertidor, éste puede ser
separado con respecto al mismo.
Inversamente, aun que la unidad de control CS del
transistor 801 haya sido representada separada de la unidad de
gestión de protección, esta puede ser incorporada a la misma.
Claims (6)
1. Convertidor de tensión CC/CC que
comprende:
- -
- un primer borne positivo (1) y un primer borne negativo (2) destinados a ser conectados respectivamente a dos bornes de una red eléctrica de alta tensión;
- -
- un segundo borne positivo (3) y un segundo borne negativo (4) destinados a ser conectados respectivamente a dos bornes de una red eléctrica de baja tensión;
- -
- n células (100, 200,..., 600) conectadas en paralelo, siendo n un número entero estrictamente superior a la unidad, dispuestas entre dichos primeros bornes positivo (1) y negativo (2) por un lado y dichos segundos bornes positivo (3) y negativo (4) por otro lado, comprendiendo cada una un convertidor CC/CC de interrupción, teniendo cada una de ellas un primer ramal de circuito que une dicho primer borne negativo (2) y dicho segundo borne negativo (4), un segundo ramal de circuito comprendiendo una inductancia (14, 24,..., 64) y uniendo dicho primer borne positivo (1) y el citado segundo borne positivo (3), medios de interrupción comprendiendo por lo menos un interruptor de corte (11), y una unidad de gestión (C1) adaptada para gobernar la abertura y cierre del interruptor de corte (11) según una determinada relación cíclica;
en que cada célula comporta además
un transistor de protección único (13, 23,..., 63) dispuesto en
dicho segundo ramal de circuito y asociado a una unidad de gestión
de protección (P) para neutralizar la citada célula (100,
200,..., 600) independientemente de las demás células.
200,..., 600) independientemente de las demás células.
2. Convertidor de acuerdo con la reivindicación
1, en que el transistor de protección (13, 23,..., 63) de cada
célula (100, 200,..., 600) es un transistor MOS dispuesto en serie
en dicho segundo ramal de circuito de la célula, entre la
inductancia (14, 24,..., 64) y dicho segundo borne positivo (3), y
comprendiendo un diodo de estructura (20, 30,..., 70) conectado a la
inductancia (14, 24,..., 64) mediante su cátodo y al citado segundo
borne positivo (3) por medio de su ánodo.
3. Convertidor de acuerdo con la reivindicación
1, en que el mismo comporta un interruptor de protección (801) que
es común para todas las células, y que está asociado a una parte del
convertidor opuesta al transistor de protección único de cada
célula.
4. Convertidor de acuerdo con la reivindicación
1, en que el transistor de protección única (13, 23,..., 63) de cada
célula está montado en una parte de alta tensión de la célula.
5. Convertidor de acuerdo con la reivindicación
4, en que el interruptor de protección (13, 23,..., 63) es un
transistor MOS dispuesto en serie en dicho segundo ramal de circuito
de manera inmediatamente adyacente a dicho primer borne positivo
(1), y teniendo un diodo de estructura (20, 30,..., 70) unido al
citado primer borne positivo (1) mediante su cátodo.
6. Convertidor de acuerdo con la reivindicación
4, en que el mismo comporta un interruptor de protección (801) que
es común para todas las células y que está asociado a una parte de
baja tensión del convertidor.
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