ES2387377B1 - CIRCUIT AND METHOD TO REPLICATE AN ELECTRICAL SIGNAL WITH ASYNCHRONOUS CONTROL - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un circuito y a un método para generar una señal que replica la señal de la red eléctrica o la señal que se desee obtener. Para ello, se compara continuamente la tensión en un condensador de salida con una señal de referencia correspondiente con la señal de salida que se desea obtener, de modo que carga o descarga el condensador de salida para mantener su tensión dentro de unos límites preestablecidos. La generación de esa señal se realiza con una calidad superior a los inversores convencionales, ya que se evitan las conmutaciones abruptas y se obtienen mejoras en cuanto a interferencias y ruidos electromagnéticos.The invention relates to a circuit and a method for generating a signal that replicates the signal from the power grid or the signal that one wishes to obtain. To do this, the voltage in an output capacitor is continuously compared with a corresponding reference signal with the output signal that is desired to be obtained, so that it loads or discharges the output capacitor to maintain its voltage within preset limits. The generation of this signal is carried out with a higher quality than conventional inverters, since abrupt switching is avoided and improvements in interference and electromagnetic noise are obtained.
Description
CIRCUITO Y METODO PARA REPLICAR UNA SEÑAL ELECTRICA CON CONTROL ASINCRONO CIRCUIT AND METHOD TO REPLICATE AN ELECTRICAL SIGNAL WITH ASYNCHRONOUS CONTROL
OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se corresponde con el sector de The present invention corresponds to the sector of
10 la electrónica de potencia, y se aplica a la conversión de tensión continua en alterna, pudiendo aplicarse también a la aportación de energía a la red eléctrica. 10 the power electronics, and is applied to the conversion of continuous voltage into alternating, and can also be applied to the supply of energy to the power grid.
Más concretamente, la invención se refiere a un More specifically, the invention relates to a
15 circuito y a un método para generar una señal que replica la señal de la red eléctrica o la señal que se desee obtener. 15 circuit and a method to generate a signal that replicates the signal from the power grid or the signal that you want to obtain.
La generación de esa señal se realiza con una calidad The generation of that signal is done with a quality
20 superior a los inversores convencionales, ya que el circuito de la invención evita las conmutaciones abruptas y presenta por tanto importantes mejoras en cuanto a interferencias y ruidos electromagnéticos. 20 superior to conventional inverters, since the circuit of the invention avoids abrupt commutation and therefore presents significant improvements in interference and electromagnetic noise.
Desde la aparición en el mercado de dispositivos semiconductores y microprocesadores de altas prestaciones y 30 precio reducido, se han comenzado a utilizar extensamente Since the introduction of semiconductor devices and microprocessors with high performance and reduced price, they have begun to be widely used
llamados convertidores estáticos. Estos sistemas son capaces de convertir un tipo de energía eléctrica, ya sea alterna o continua, en el tipo de energía eléctrica deseada, con eficiencias energéticas elevas. called static converters. These systems are capable of converting a type of electrical energy, either alternating or continuous, into the type of electrical energy desired, with high energy efficiencies.
Entre estos circuitos y topologías una de las más empleadas es la del inversor, que convierte corriente continua en al terna, de magnitud, frecuencia y fase seleccionable en algunos casos. Entre las aplicaciones del inversor se pueden distinguir dos grandes grupos: por un lado es el circuito elegido para suministrar energía a una gran variedad de dispositivos eléctricos como motores de un Among these circuits and topologies, one of the most used is that of the inverter, which converts direct current into a tern, of magnitude, frequency and selectable phase in some cases. Between the applications of the inverter two big groups can be distinguished: on the one hand it is the circuit chosen to supply power to a great variety of electrical devices like motors of a
- amplio large
- rango de potencias, aplicaciones de tracción en rank of powers, traction applications in
- coches cars
- eléctricos, hornos de inducción o soldadura por electric, ovens from induction or welding by
- arco. arc.
Por otro lado, los inversores resultan necesarios en todo sistema que tenga que entregar energía eléctrica a la red, como pueden ser generadores solares y eólicos. Este caso supone una complejidad mayor de diseño, debido a las restricciones existentes en cuanto al tipo de tensiones que pueden existir en la misma. On the other hand, investors are necessary in any system that has to deliver electricity to the grid, such as solar and wind generators. This case supposes a greater complexity of design, due to the existing restrictions regarding the type of tensions that may exist in it.
Un ejemplo de un circuito inversor con filtro a la salida, se describe en la publicación internacional W02009000377Al. An example of an inverter circuit with an output filter is described in the international publication W02009000377Al.
No obstante, a pesar de la creciente sofisticación de los sistemas para generar tensiones sinusoidales cada vez más precisas, todos los inversores existentes se basan en la misma premisa: generar una tensión con un número finito de niveles (desde dos en diseños primitivos hasta los más recientes de quince) y posteriormente filtrarlo mediante una red LC (bobina+condensador) . However, despite the increasing sophistication of systems to generate increasingly precise sinusoidal tensions, all existing investors rely on the same premise: to generate a voltage with a finite number of levels (from two in primitive designs to the most fifteen) and then filter it using an LC network (coil + capacitor).
Todos estos circuitos tienen un filtro que se ha diseñado para una carga fija, pero no tienen en cuenta que la impedancia de la red es variable. All these circuits have a filter that is designed for a fixed load, but they do not take into account that the impedance of the network is variable.
La energía eléctrica se usa en muchos ámbitos hoy en día y poder obtenerla de una forma ecológica es una importante exigencia de muchos sectores de nuestra Electricity is used in many areas today and being able to obtain it in an ecological way is an important requirement of many sectors of our
sociedad. Las energías alternativas suponen una solución, con ellas, surge la generación distribuida como un aspecto técnico que hay que solucionar. society. Alternative energies are a solution, with them, distributed generation emerges as a technical aspect to be solved.
Esta generación supone el uso de inversores de potencia, que parte de la tensión continua proporcionada por dichas fuentes de energía, crean una señal con conmutaciones abruptas y posteriormente filtran, estando en muchos casos presente en el resultado del fil tracto restos de la conmutación y desfases no predecibles por el propio filtro, además de un bajo rendimiento debido a las pérdidas de energía en el filtro. This generation involves the use of power inverters, which part of the continuous voltage provided by said energy sources, create a signal with abrupt commutation and subsequently filter, being in many cases present in the result of the filter traces of switching and phase shifts not predictable by the filter itself, in addition to poor performance due to energy losses in the filter.
En esta propuesta se presenta un circuito de potencia para introducir energía de calidad en la red eléctrica sin necesidad de filtro, muestreando una señal de referencia de forma continua en el tiempo y asegurándose de que la tensión de salida sigue o replica, dentro de unos límites establecidos, a dicha señal de referencia. This proposal presents a power circuit to introduce quality energy into the electricity grid without the need for a filter, sampling a reference signal continuously over time and ensuring that the output voltage follows or replicates, within limits established, to said reference signal.
Se ha desarrollado un circuito de potencia que replica la tensión de la red eléctrica en tiempo real sin necesidad de filtros de red, ya que se basa en la carga y descarga controlada de un condensador de salida. A power circuit has been developed that replicates the power grid voltage in real time without the need for grid filters, since it is based on the controlled loading and unloading of an output capacitor.
Más concretamente, el circuito y el método se basan en aplicar una tensión procedente de unas baterías de continua sobre en un condensador de salida y comparar continuamente la tensión en el condensador con la tensión de una señal de referencia correspondiente con la señal de salida que se desea obtener, de modo que si la tensión en el condensador More specifically, the circuit and method are based on applying a voltage from a continuous battery on an output capacitor and continuously comparing the voltage on the capacitor with the voltage of a corresponding reference signal with the output signal that is you want to get, so if the voltage in the capacitor
es inferior a un límite preestablecido, se aporta tensión al condensador hasta que la tensión en el mismo vuelve a is less than a preset limit, tension is provided to the capacitor until the voltage in it returns to
- estar to be
- dentro de los límites preestablecidos. Si por el inside from the limits Preset Yes by he
- contrario contrary
- la tensión en el condensador es superior a la the tension in he condenser is higher to the
- tensión tension
- de la señal de referencia, se aplica en el from the signal from reference, be apply in he
- condensador condenser
- una tensión de polaridad inversa hasta que la a tension from polarity inverse until that the
tensión del condensador vuelve a estar dentro de los límites preestablecidos. Este proceso se repite de forma continua cargando o descargando la tensión del condensador, de forma que la señal de tensión en el condensador replica la señal de referencia. Condenser voltage is again within the preset limits. This process is repeated continuously loading or unloading the capacitor voltage, so that the voltage signal in the capacitor replicates the reference signal.
Con el circuito y método de la invención, se logra replicar la señal de la red eléctrica con una calidad superior a los inversores existentes, ya que se utiliza un modo de funcionamiento que evita las conmutaciones abruptas, por lo que logra notables mejoras en cuanto a interferencias y ruidos electromagnéticos. With the circuit and method of the invention, it is possible to replicate the signal of the power grid with a higher quality than the existing inverters, since an operating mode is used that avoids abrupt switching, so that it achieves notable improvements in terms of interference and electromagnetic noise.
La adaptación en tiempo real de la tensión de salida a la de referencia, que en una realización preferente consiste en la señal de red a la que se conecte el equipo, posibilita que la energía introducida a la red sea de mucha calidad en cuanto a ruidos e interferencias. The real-time adaptation of the output voltage to the reference voltage, which in a preferred embodiment consists of the network signal to which the equipment is connected, allows the energy introduced to the network to be of high quality in terms of noise and interference.
Uno de los efectos ventajosos del circuito de la invención, es que se genera una alta impedancia virtual a la frecuencia do red eléctrica, es decir el circuito logra que la diferencia entre la tensión de entrada del mismo y la tensión de salida, sea prácticamente nula. One of the advantageous effects of the circuit of the invention is that a high virtual impedance is generated at the frequency of the electrical network, that is to say the circuit achieves that the difference between the input voltage thereof and the output voltage, is practically zero .
Esta propiedad, tiene el efecto de que el transvase de energía entre el circuito y la red eléctrica se realiza sin restricciones, es decir sin pérdidas de energía y sin perturbar la señal de salida. This property has the effect that the transfer of energy between the circuit and the electricity grid is carried out without restrictions, that is, without loss of energy and without disturbing the output signal.
La impedancia que presenta la red eléctrica es muy variable en el tiempo y, por esto, las topologías y métodos de generación de señales eléctricas del estado de la técnica, con un filtro al final que no se adapta a la cambiante impedancia de la red, no resultan suficientes para garantizar una buena calidad de entrega de la energía y de eficiencia en el circuito. The impedance presented by the electrical network is very variable in time and, therefore, the topologies and methods of generating electrical signals of the state of the art, with a filter at the end that does not adapt to the changing impedance of the network, they are not enough to guarantee a good quality of energy delivery and efficiency in the circuit.
Con el circuito de la presente invención, la transferencia de la energía se adapta en todo instante a las condiciones de la red eléctrica, ya que la señal de With the circuit of the present invention, the energy transfer is adapted at all times to the conditions of the power grid, since the signal of
- referencia reference
- que se emplea para generar la señal de salida, that be employs for generate the signal from exit,
- es is
- la propia señal de la red eléctrica, por lo que the own signal from the net electric, by the that
- cualquier any
- variación de la misma es considerada en la variation from the same is considered in the
- generación generation
- de la señal de salida. from the signal from exit.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical implementation thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. In an illustrative and non-limiting manner, the following has been represented:
La figura 1.-muestra un esquema eléctrico del circuito objeto de la invención. Figure 1 shows an electrical diagram of the circuit object of the invention.
La figura 2.-muestra un esquema eléctrico de un ejemplo de realización del módulo de control. Figure 2 shows an electrical diagram of an embodiment of the control module.
La figura 3.-muestra unas gráficas representativas del funcionamiento del circuito para el caso de carga del condensador. En la parte inferir se indican los dispositivos (Sl-S4) que están activos, es decir cerrados. Figure 3.- shows graphs representative of the operation of the circuit in the case of capacitor charging. The inferred part indicates the devices (Sl-S4) that are active, that is, closed.
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- La figura 4.muestra unas gráficas representativas del funcionamiento del circuito para el caso de descarga del condensador. En la parte inferir se indican los dispositivos (Sl-S4) que están activos, es decir cerrados. La figura 5.muestra un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del circuito de la invención. Figure 4 shows graphs representative of the operation of the circuit in the case of capacitor discharge. The inferred part indicates the devices (Sl-S4) that are active, that is, closed. Figure 5 shows a flow chart illustrating the operation of the circuit of the invention.
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- REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN REALIZATION PREFERRED OF THE INVENTION
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- A la vista de la figura 1 puede observarse como en una realización preferente de la invención, el circuito comprende una rama de carga superior formada por un primer y un segundo dispositivos electrónicos de conmutación (S1,S2) y una primera bobina (L1) conectada en serie entre dichos primer y un segundo dispositivos electrónicos de conmutación (S1,S2). Concretamente, la primera bobina (Ll) está conectada entre un terminal (2) del dispositivo (Sl) y un terminal (3) del dispositivo (S2). In view of Figure 1, it can be seen that in a preferred embodiment of the invention, the circuit comprises a top loading branch formed by a first and second electronic switching devices (S1, S2) and a first coil (L1) connected in series between said first and second electronic switching devices (S1, S2). Specifically, the first coil (Ll) is connected between a terminal (2) of the device (Sl) and a terminal (3) of the device (S2).
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- De manera análoga, una rama de carga inferior está formada por un tercer y un cuarto dispositivos electrónicos de conmutación (S3, S4) y una segunda bobina (L2) conectada en serie entre dichos tercer y cuarto dispositivos electrónicos de conmutación (Sl, S2), concretamente, la segunda bobina (L2) está conectada entre un terminal ( 6) del dispositivo (S3) y un terminal(7) del dispositivo (S4). Similarly, a lower load branch is formed by a third and fourth electronic switching devices (S3, S4) and a second coil (L2) connected in series between said third and fourth electronic switching devices (Sl, S2) specifically, the second coil (L2) is connected between a terminal (6) of the device (S3) and a terminal (7) of the device (S4).
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- Una primera y una segunda fuentes de corriente continua (Vcc1, Vcc2) están conectadas entre sí en serie, con un terminal común (9) a ambas fuentes conectado a masa. A first and second direct current sources (Vcc1, Vcc2) are connected to each other in series, with a common terminal (9) to both sources connected to ground.
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- El polo positivo de la primera fuente (Vccl) está conectado con el terminal (1) del dispositivo (Sl), y el polo negativo de la fuente (Vccl) está conectado con el terminal común (9). El polo positivo de la segunda fuente The positive pole of the first source (Vccl) is connected to the terminal (1) of the device (Sl), and the negative pole of the source (Vccl) is connected to the common terminal (9). The positive pole of the second source
(Vcc2) está conectado con el terminal común (9), y el polo negativo de la segunda fuente (Vcc2) está conectado con el terminal (5) del tercer dispositivo de conmutación (S3) , tal y como se observa en la figura l. (Vcc2) is connected to the common terminal (9), and the negative pole of the second source (Vcc2) is connected to the terminal (5) of the third switching device (S3), as shown in figure l .
Un primer diodo (01) tiene su ánodo conectado con el polo negativo de la segunda fuente (Vcc2) y con el terminal A first diode (01) has its anode connected to the negative pole of the second source (Vcc2) and to the terminal
(5) del dispositivo (S3), mientras que su cátodo está conectado con la primera bobina (L1) y con el terminal (2) del dispositivo electrónico de conmutación (Sl). (5) of the device (S3), while its cathode is connected to the first coil (L1) and to the terminal (2) of the electronic switching device (Sl).
De manera análoga para la rama de descarga, un segundo diodo (D2) tiene su ánodo conectado con la segunda bobina (L2) y con el terminal ( 6) del dispositivo (S3), mientras que su cátodo está conectado con el polo positivo de la primera fuente (Vccl) y con el terminal (1) del dispositivo (Sl). Similarly to the discharge branch, a second diode (D2) has its anode connected to the second coil (L2) and to the terminal (6) of the device (S3), while its cathode is connected to the positive pole of the first source (Vccl) and with the terminal (1) of the device (Sl).
Los terminales ( 4, 8) respectivamente de los dispositivos (S2,S4), están conectados entre si. Un condensador de salida (C) tiene un terminal conectado a masa y otro terminal conectado con dichos terminales (4, 8) de los di spositivos (S2, S4) r y con un terminal de salida del circuito (Vout). The terminals (4, 8) respectively of the devices (S2, S4), are connected to each other. An output capacitor (C) has a terminal connected to ground and another terminal connected to said terminals (4, 8) of the devices (S2, S4) r and an output terminal of the circuit (Vout).
El circuito incorpora un sensor de corriente ( 1 O) conectado entre los terminales (4, 8) de los dispositivos (S2, S4) y el terminal de salida del circuito (Vout) , con objeto de medir la corriente de salida del circnito. The circuit incorporates a current sensor (1 O) connected between the terminals (4, 8) of the devices (S2, S4) and the circuit output terminal (Vout), in order to measure the output current of the circuit.
Por otro lado, se dispone de un módulo de control On the other hand, a control module is available
(11) para gobernar el funcionamiento del circuito y en concreto para controlar el encendido y apagado de los dispositivos electrónicos de conmutación (S1-S4). Este módulo de control (11) tiene tres entradas a las que están conectadas: la señal de medida (Isensor) del sensor de corriente ( 1 O) , la tensión de salida (Vout) , y una tensión (11) to govern the operation of the circuit and in particular to control the switching on and off of electronic switching devices (S1-S4). This control module (11) has three inputs to which they are connected: the measurement signal (Isensor) of the current sensor (1 O), the output voltage (Vout), and a voltage
de referencia (Vref) . reference (Vref).
La tensión de referencia (Vref} es la señal que se desea generar con el circuito, es decir, la señal que se va a replicar. En el caso de que el circuito se emplee para inyectar energía a la red eléctrica de distribución, la señal de referencia (Vref) es la propia señal de red. The reference voltage (Vref} is the signal to be generated with the circuit, that is, the signal to be replicated. In the event that the circuit is used to inject power into the distribution grid, the signal Reference (Vref) is the network signal itself.
El módulo de control (11) tiene cuatro salidas, en las que, a partir de las tres entradas citadas, genera cuatro señales de control (Scl, Sc2, Sc3, Sc4} respectivamente para gobernar la conducción de los dispositivos (S1-S4}, a través de los correspondientes drivers (12} para cada dispositivo (S1-S4}. La activación de los dispositivos (SlS4) a través de dichos drivers, es una técnica convencional y conocida para el experto en la materia, por lo que no se considera necesario describir con más detalle esta parte del circuito. The control module (11) has four outputs, in which, from the three cited inputs, it generates four control signals (Scl, Sc2, Sc3, Sc4} respectively to govern the driving of the devices (S1-S4} , through the corresponding drivers (12} for each device (S1-S4). The activation of the devices (SlS4) through said drivers, is a conventional technique known to the person skilled in the art, so no It is considered necessary to describe this part of the circuit in more detail.
El módulo de control (11) dispone de medios comparadores para comparar continuamente la tensión de salida (Vout) con la tensión de referencia (Vref) . Además módulo de control (11) dispone de un dispositivo electrónico programable (13) , por ejemplo un microprocesador, asociado con dichos medios comparadores. Dicho dispositivo electrónico programable (13) está configurado, es decir, está programado para activar las salidas (Scl, Sc2) y por lo tanto poner en conducción los dispositivos (Sl, S2) y cargar la bobina (Ll), cuando el comparador le indica que la tensión de salida (Vout} es inferior a la tensión de referencia (Vref), con lo que se procede a aportar tensión al condensador de salida procedente de las baterías. The control module (11) has comparator means for continuously comparing the output voltage (Vout) with the reference voltage (Vref). In addition, the control module (11) has a programmable electronic device (13), for example a microprocessor, associated with said comparator means. Said programmable electronic device (13) is configured, that is, it is programmed to activate the outputs (Scl, Sc2) and therefore to drive the devices (Sl, S2) and charge the coil (Ll), when the comparator It indicates that the output voltage (Vout} is lower than the reference voltage (Vref), which will proceed to provide voltage to the output capacitor from the batteries.
Por otro lado, el dispositivo electrónico programable está configurado para activar las salidas (Sc3,Sc4) y por lo tanto poner en conducción los dispositivos (S3,S4) y carga la bobina (L2), cuando el comparador le indica que la tensión de salida (Vout) es superior a la tensión de referencia (Vref), con lo que se descarga tensión del condensador de salida usando la tensión de las baterías que se aplica con polaridad inversa a la del condensador. On the other hand, the programmable electronic device is configured to activate the outputs (Sc3, Sc4) and therefore drive the devices (S3, S4) and load the coil (L2), when the comparator indicates that the voltage of Output (Vout) is higher than the reference voltage (Vref), so that voltage is discharged from the output capacitor using the battery voltage that is applied with reverse polarity to that of the capacitor.
El módulo de control (11) dispone además de un dispositivo detector de paso por cero de corriente (17) , que recibe a su entrada la señal (Isensor) y que a su salida genera una señal ( I zero), que se activa cuando la The control module (11) also has a current zero crossing device (17), which receives the signal (Isensor) at its input and generates a signal (I zero) at its output, which is activated when the
(Isensor) es igual a cero. Los medios programables (13) reciben la señal (Izero), y están configurados para apagar (Isensor) is equal to zero. Programmable media (13) receive the signal (Izero), and are set to turn off
- las the
- salidas (Scl -Sc4) cuando la ( I zero) está activa, es Departures (Scl -Sc4) when the (I zero) is active is
- decir tell
- cuando la (Isensor) es igual a cero debido a que la when the (Isensor) is same to zero due to that the
- corriente de current
- salida es cero. exit is zero.
Un ejemplo de realización del módulo de control (11) se ha representado en la figura 2, que se compone de un comparador de tensión (14) que compara las tensiones (Vout) y (Vref) . Un primer amplificador operacional (15) utilizado como comparador, recibe en su entrada no inversora la salida del comparador (14), y en su entrada inversora a una tensión continua (+delta_V) . Un segundo amplificador operacional (16) utilizado como comparador, recibe en su entrada no inversora a la salida del comparador (14), y en su entrada inversora a una tensión continua (-delta_V) del mismo valor que (+delta_V) pero de signo opuesto. An exemplary embodiment of the control module (11) is shown in Figure 2, which is composed of a voltage comparator (14) comparing the voltages (Vout) and (Vref). A first operational amplifier (15) used as a comparator, receives at its non-inverting input the output of the comparator (14), and at its inverting input at a continuous voltage (+ delta_V). A second operational amplifier (16) used as a comparator, receives at its non-inverting input at the output of the comparator (14), and at its inverting input at a continuous voltage (-delta_V) of the same value as (+ delta_V) but of sign opposite.
Las tensiones (+delta_V -delta_V) , sirven para establecer unos límites superior e inferior entre los que se permite que la tensión de salida varíe respecto a la tensión de referencia. Este valor es seleccionable por el operario y se denomina "valor de precisión".
The voltages (+ delta_V -delta_V), serve to establish upper and lower limits between which the output voltage is allowed to vary with respect to the reference voltage. This value is selectable by the operator and is called "precision value".
La salida del primer operacional (15) proporciona una señal (V SUP), y la salida del segundo operacional (16) proporciona una señal (V INF) . Las salidas de estos dos amplificadores operaciones están conectadas a entradas en los medios programables (13) junto con (Izero), de manera que cuando (V SUP) está activa, los medios electrónicos programables (13) activan las señales (Sc1,Sc2) para cerrar los dispositivos (S1, S2) , y cuando (V INF) está activa se activan las señales (Sc3, Sc4) para cerrar los dispositivos The output of the first operational (15) provides a signal (V SUP), and the output of the second operational (16) provides a signal (V INF). The outputs of these two operation amplifiers are connected to inputs in the programmable means (13) together with (Izero), so that when (V SUP) is active, the programmable electronic means (13) activate the signals (Sc1, Sc2) to close the devices (S1, S2), and when (V INF) is active the signals (Sc3, Sc4) are activated to close the devices
(S3, S4). Preferentemente, los medios (13) consisten en un microprocesador, y las entradas de los medios (13) a las que están conectadas las salidas de los dos operacionales (S3, S4). Preferably, the means (13) consist of a microprocessor, and the inputs of the means (13) to which the outputs of the two operational are connected
(15,16), son entradas de interrupción del microprocesador. (15,16), are interrupt inputs of the microprocessor.
A partir de la configuración del circuito anteriormente descrita, el funcionamiento del circuito se ilustra en las figuras 3, 4 y 5 y como se describe a continuación. Por defecto, el circuito se encuentra en el estado ( STDBY) (standby, en espera), y se mantendrá en el mismo hasta que no reciba alguna señal que indique que la tensión de salida se ha desviado de la de referencia más de lo permitido, es decir, hasta que no se active una señal (V INF) o (V SUP) . En este estado ( STDBY) , todos los dispositivos (S1 34) se encuentran abiertos, es decir desactivados y no se consume potencia de las fuentes de continua. From the circuit configuration described above, the operation of the circuit is illustrated in Figures 3, 4 and 5 and as described below. By default, the circuit is in the state (STDBY) (standby, standby), and will remain in it until it receives any signal indicating that the output voltage has deviated from the reference voltage more than allowed , that is, until a signal (V INF) or (V SUP) is activated. In this state (STDBY), all devices (S1 34) are open, that is, deactivated and no power is consumed from the DC sources.
En el momento en que se activa la señal (V INF) o (V SUP) por existir una diferencia entre la tensión de salida y la de referencia mayor que el valor de precisión fijado, ésta se atiende de forma asíncrona, como la interrupción de un microprocesador que en el caso de la figura 2, consisten en los medios programables (13), de ahí la denominación del circuito de control asíncrono. When the signal (V INF) or (V SUP) is activated because there is a difference between the output voltage and the reference voltage greater than the set precision value, it is treated asynchronously, such as the interruption of a microprocessor that in the case of figure 2, consists of the programmable means (13), hence the name of the asynchronous control circuit.
Inmediatamente el módulo de control (11) pasa al estado (CHG UP) (charge up, carga superior) según se muestra en la figura 5, o (CHG_DWN) (charge down, carga inferior), según cual sea la señal activada. Immediately, the control module (11) enters the state (CHG UP) (charge up, upper load) as shown in Figure 5, or (CHG_DWN) (charge down, lower load), depending on the activated signal.
En ambos casos, el apelativo de carga se refiere a las bobinas de cada rama. Por otro lado, el nombre de superior o inferior viene dado por la rama que se activará, respectivamente. Como se verá a continuación, la rama superior permite inyectar un "paquete" o impulso de tensión en el condensador de salida (C), y la inferior descargarlo, compensando así el desequilibrio que ha originado en primer lugar el entrar en alguno de los estados. In both cases, the appellation of charge refers to the coils of each branch. On the other hand, the name of upper or lower is given by the branch that will be activated, respectively. As will be seen below, the upper branch allows a "package" or voltage pulse to be injected into the output capacitor (C), and the lower one discharges it, thus compensating for the imbalance that has caused the first entry into any of the states .
En el momento en que se pasa al estado (CHG UP) cuando (V INF) se activa (igual a 1), el módulo de control When the state (CHG UP) is entered when (V INF) is activated (equal to 1), the control module
(11) cierra los interruptores (81 y 82). De esta forma, la bobina (L1) queda sometida a una tensión que, asumiendo que las variaciones de la tensión de referencia y de salida son suficientemente lentas respecto a los tiempos de carga, se puede considerar constante. Frente a dicha tensión, la bobina (Ll) aumenta su corriente (IL1) de forma lineal, formando una rampa tal y como se muestra en la parte inferior de la figura 3. (11) close the switches (81 and 82). In this way, the coil (L1) is subjected to a voltage that, assuming that the variations in the reference and output voltage are sufficiently slow with respect to the loading times, can be considered constant. Faced with said voltage, the coil (Ll) increases its current (IL1) in a linear fashion, forming a ramp as shown in the lower part of Figure 3.
Esta carga sigue hasta que se cumpla alguno de los criterios fijados por del diseñador del circuito, como puede ser por ejemplo que transcurra un tiempo determinado This load continues until one of the criteria set by the circuit designer is met, such as for example a certain time elapses
o que se alcance un nivel de corriente concreto. En cualquier caso, la corriente de la bobina se habrá cargado linealmente hasta un cierto valor, y se pasará al siguiente estado, (DISCH_UP) (discharge up, descarga superior), donde la bobina (Ll) comenzará a descargarse hacia la carga. or that a specific current level is reached. In any case, the coil current will have been linearly charged to a certain value, and it will go to the next state, (DISCH_UP) (discharge up, upper discharge), where the coil (Ll) will begin to discharge towards the load.
En el estado (DISCH_UP) el módulo de control (11) abre el interruptor (Sl) pero mantiene cerrado (82), con lo que la bobina empieza a descargarse hacia la carga, ya que In the state (DISCH_UP) the control module (11) opens the switch (Sl) but keeps it closed (82), so that the coil starts to discharge towards the load, since
el diodo (DI ) permite la circulación de corriente en la descarga de la bobina. La bobina (Ll) queda sometida a una tensión que de nuevo puede considerarse constante, pero al entrar en funcionamiento el diodo The diode (DI) allows the circulation of current in the coil discharge. The coil (Ll) is subjected to a voltage that can again be considered constant, but when the diode comes into operation
(DI), esta tensión es de signo opuesto a la del estado anterior. Esto provoca que la corriente de la bobina (Ll) comience a decrecer linealmente desde el valor en que hubiera quedado en la transición desde el estado anterior hasta cero, lo cual forma la rampa descendente de la parte inferior de la figura 3. (DI), this voltage is of opposite sign to that of the previous state. This causes the coil current (Ll) to begin to decrease linearly from the value that would have been in the transition from the previous state to zero, which forms the descending ramp of the bottom of Figure 3.
El módulo de control (11) se mantiene en este estado de (DI8CH_UP) (solo 82 cerrado) hasta que el sensor de paso por cero de corriente (17) indique efectivamente que se ha alcanzado la corriente cero (se activa IZERO) es decir que se ha descargado completamente la bobina (Ll), ya que el siguiente estado volverá a ser el de espera (8TANBY) en el que todos los interruptores están abiertos, por lo que en ese estado la bobina no podría descargarse adecuadamente si le quedara corriente remanente. The control module (11) is kept in this state of (DI8CH_UP) (only 82 closed) until the current zero crossing sensor (17) effectively indicates that the zero current has been reached (IZERO is activated) that is that the coil (Ll) has been completely discharged, since the next state will return to standby (8TANBY) in which all the switches are open, so in that state the coil could not discharge properly if it had current remainder.
El funcionamiento del circuito para el caso en el que la tensión de salida es superior a la tensión de referencia es similar al anteriormente descrito, pero activando los dispositivos de la rama inferior (83,84) The operation of the circuit for the case in which the output voltage is higher than the reference voltage is similar to the one described above, but activating the devices of the lower branch (83,84)
Este proceso se ha representado en la figura 4, donde se observa que en el momento en el que se pasa al estado (CHG_DWN) cuando (V 8UP) se activa (igual a 1), el módulo de control (11) cierra los interruptores (83 Y 84). De esta forma, la bobina (L2) aumenta su corriente (IL2) de forma lineal hasta un cierto valor, y se pasará al siguiente estado, (DI8CH_DWN) (discharge down, descarga rama inferior) . This process has been represented in Figure 4, where it is observed that at the moment in which the state is passed (CHG_DWN) when (V 8UP) is activated (equal to 1), the control module (11) closes the switches (83 and 84). In this way, the coil (L2) increases its current (IL2) in a linear fashion to a certain value, and it will go to the next state, (DI8CH_DWN) (discharge down, lower branch discharge).
En el estado (DI8CH_DWN) el módulo de control In the state (DI8CH_DWN) the control module
(11) abre el interruptor (83) Y mantiene cerrado (84), con (11) open the switch (83) and keep it closed (84), with
lo que la bobina empieza a descargarse hacia la carga, ya que el diodo (02) permite la circulación de corriente en la descarga de la bobina. El módulo de control (11) se mantiene en este estado de (OISCH OWN) (solo S4 cerrado)what the coil begins to discharge towards the load, since the diode (02) allows the circulation of current in the discharge of the coil. The control module (11) is kept in this state of (OISCH OWN) (only S4 closed)
- --
- hasta que el sensor de paso por cero de corriente (17) indique que se ha alcanzado la corriente cero (se activa IZERO), es decir que se ha descargado completamente la bobina (L2) . until the current zero crossing sensor (17) indicates that zero current has been reached (IZERO is activated), that is to say that the coil (L2) has been completely discharged.
Un ciclo de carga y descarga en corriente de la bobina (Ll) o (L2) según corresponda, hace que se transfiera uno de los paquetes de tensión anteriormente mencionados al condensador, con una polaridad u otra en función de si se desea cargar o descargar el condensador de salida. A current charging and unloading cycle of the coil (Ll) or (L2) as appropriate, causes one of the aforementioned voltage packets to be transferred to the capacitor, with one polarity or another depending on whether it is desired to load or unload The output capacitor.
Los diodos (01,02) además permiten recuperar la energía que la carga pueda devolver al circuito. Estos diodos permiten obtener un alto rendimiento en la transferencia de energía. The diodes (01.02) also allow to recover the energy that the charge can return to the circuit. These diodes allow to obtain a high performance in the transfer of energy.
Como se ha mencionado anteriormente, una vez pasado por los dos estados de la rama superior, el módulo de control vuelve al estado de (STDBY), y de nuevo queda a la espera de que la tensión de salida exceda algún límite. As mentioned above, once passed through the two states of the upper branch, the control module returns to the state of (STDBY), and again is waiting for the output voltage to exceed some limit.
Como se puede apreciar, el resultado ha sido que la corriente a través de la bobina tiene forma triangular, y que dicha corriente ha llegado directamente al condensador (C), cargándolo un pequeño valor de tensión (pequeño respecto a las magnitudes de la tensión de salida) , pero suficiente para compensar la diferencia inicial entre la tensión de salida y la de referencia, de tal forma que la regulación es continua en el tiempo. As can be seen, the result has been that the current through the coil has a triangular shape, and that said current has reached the capacitor directly (C), charging it a small voltage value (small with respect to the magnitudes of the voltage of output), but sufficient to compensate for the initial difference between the output voltage and the reference voltage, so that the regulation is continuous over time.
El circuito desarrollado se basa en control en tiempo real de la tensión de salida que proporciona mediante el condensador de salida, y en mantener la tensión en dicho condensador dentro de unos límites establecidos respecto de la señal de referencia. The circuit developed is based on real-time control of the output voltage that it provides through the output capacitor, and on maintaining the voltage in said capacitor within established limits with respect to the reference signal.
El módulo de control (11) se basa en el funcionamiento del microprocesador que funciona a una frecuencia suficientemente elevada respecto a la frecuencia de conmutación. Las señalas (V SUP), (V INF) y (Izero) se aplican a entradas de interrupción del microprocesador, por The control module (11) is based on the operation of the microprocessor that operates at a sufficiently high frequency with respect to the switching frequency. The signals (V SUP), (V INF) and (Izero) are applied to interrupt inputs of the microprocessor, by
- lo the
- que de esta forma, se puede decir que el control es that from is shape, be may tell that he control is
- asíncrono asynchronous
- ya que en caso de activarse alguna señal de already that in case from activate any signal from
- exceso excess
- o defecto de tensión, se atiende inmediatamente, en or defect from tension, be attends immediately, in
oposición a otros circuitos donde esa diferencia actúa sobre un modulador PWM. El circuito de la invención tiene la ventaja de que la diferencia de tensión se atiende inmediatamente y se compensa tan sólo en el tiempo que tarde pasar por los dos estados de la rama que corresponda. opposition to other circuits where that difference acts on a PWM modulator. The circuit of the invention has the advantage that the voltage difference is addressed immediately and is compensated only in the time it takes to go through the two states of the corresponding branch.
Diversas posibilidades de realizaciones prácticas de la invención, se describen en las adjuntas reivindicaciones dependientes. Various possibilities of practical embodiments of the invention are described in the attached dependent claims.
A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada. In view of this description and set of figures, the person skilled in the art will be able to understand that the embodiments of the invention that have been described can be combined in multiple ways within the scope of the invention. The invention has been described according to some preferred embodiments thereof, but it will be apparent to the person skilled in the art that multiple variations can be introduced in said preferred embodiments without exceeding the object of the claimed invention.
1.-Circuito replicador de una señal eléctrica 1.-Replicator circuit of an electrical signal
caracterizado porque comprende: una rama de carga superior formada por un primer y characterized in that it comprises: a top loading branch formed by a first and
- un a
- segundo dispositivos electrónicos de conmutación (S1,S2) second devices electronic from commutation (S1, S2)
- y Y
- una primera bobina (L1) conectada en serie entre dichos a first coil (L1) connected in Serie between sayings
- primer first
- y un segundo dispositivos electrónicos de Y a second dispositives electronic from
- conmutación commutation
- (S1,S2), (S1, S2),
una rama de carga inferior formada por un tercer y un cuarto dispositivos electrónicos de conmutación (S3, 84) y una segunda bobina (L2) conectada en serie entre dichos tercer y cuarto dispositivos electrónicos de conmutación (S3,S4), a lower load branch formed by a third and fourth electronic switching devices (S3, 84) and a second coil (L2) connected in series between said third and fourth electronic switching devices (S3, S4),
una primera y una segunda fuentes de corriente continua (Vcc1, Vcc2) conectadas en serie, donde el terminal positivo de la primera fuente (Vcc1) está conectado con el primer dispositivo electrónico de conmutación (S 1) , y donde el terminal negativo de la segunda fuente (Vcc2) está conectado con el tercer dispositivo electrónico de conmutación (83), y donde el terminal negativo de la primera fuente (Vcc1) y el terminal positivo de la segunda fuente (vcc2) están conectados a masa, a first and second direct current sources (Vcc1, Vcc2) connected in series, where the positive terminal of the first source (Vcc1) is connected to the first electronic switching device (S 1), and where the negative terminal of the second source (Vcc2) is connected to the third electronic switching device (83), and where the negative terminal of the first source (Vcc1) and the positive terminal of the second source (vcc2) are connected to ground,
un primer diodo (Dl) cuyo ánodo está conectado con el terminal negativo de la segunda fuente (Vcc2) y con el tercer dispositivo electrónico de conmutación (83), y cuyo cátodo está conectado con la primera bobina (Ll) y con el primer dispositivo electrónico de conmutación (S1), a first diode (Dl) whose anode is connected to the negative terminal of the second source (Vcc2) and the third electronic switching device (83), and whose cathode is connected to the first coil (Ll) and the first device electronic switching (S1),
un segundo diodo (02) cuyo ánodo está conectado con la segunda bobina (L2) y con el tercer dispositivo electrónico de conmutación (S3), y cuyo cátodo está a second diode (02) whose anode is connected to the second coil (L2) and the third electronic switching device (S3), and whose cathode is
Claims (5)
- conectado connected
- a masa y con otro terminal conectado con el to mass Y with other terminal connected with he
- segundo second
- y con el cuarto elementos electrónicos de Y with he fourth elements electronic from
- conmutación commutation
- (S2,S4) y con un terminal de salida del (S2, S4) Y with a terminal from exit of the
- circuito circuit
- (V out), (V out),
- de from
- control (11) dispone de medios comparadores para control (eleven) has from media comparators for
- comparar compare
- la tensión de salida (Vout) con la tensión de the tension from exit (Vout) with the tension from
- referencia reference
- (Vref) . (Vref) .
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