BR112012017952B1

BR112012017952B1 - Conversor de energia

Info

Publication number: BR112012017952B1
Application number: BR112012017952-7A
Authority: BR
Inventors: Toshiaki Satou
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2019-11-26
Also published as: JP4720942B1; BR112012017952A2; EP2528211A1; AU2010343533B2; CN102714457A; EP2528211A4; US8830704B2; AU2010343533A1; CN102714457B; US20120250375A1; JP2011151872A; WO2011089800A1

Abstract

dispositivo de conversão de energia. a presente invenção refere-se a um conversor de energia capaz de obter a tensão de operação de um elemento de comutação de uma unidade de conversão de energia a partir de uma fonte de alimentação de operação de um elemento de comutação de um circuito de comutação. uma unidade de fonte de alimentação (ed) tem uma extremidade no lado de baixa potência, a dita extremidade que é conectada a um elemento de comutação (ty2) no lado da linha de fonte de alimentação (ll), e serve como uma fonte de alimentação de operação para emitir um sinal de comutação ao elemento de comutação (ty2). um elemento de comutação (tx2) inclui um primeiro ou segundo eletrodo, e processa uma corrente elétrica em apenas uma direção a partir do segundo eletrodo ao primeiro eletrodo de condução. um diodo (dx22) é conectado em paralelo ao elemento de comutação (tx2), enquanto o cátodo do mesmo é direcionaod a uma linha de fonte de alimentação (lh). um capacitor (cbx2) tem uma extremidade conectada ao primeito eletrodo do elemento de comutação (tx2) e a outra extremidade conectada á outra extremidade da unidade de fonte de alimentação, e serve como uma fonte de alimentação de operação para emitir um sinal de comutação ao elemento de comutação (tx2).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONVERSOR DE ENERGIA.

Campo Técnico

A presente invenção refere-se aos conversores de energia e, em particular, a uma fonte de alimentação de operação para emitir o sinal de comutação a um elemento de comutação.

Antecedentes da Invenção

Documento de patente 1 descreve um inversor. O inversor inclui um elemento de comutação de lado superior e um elemento de comutação de lado inferior conectado em série um ao outro entre duas linhas de fonte de alimentação de corrente contínua (CC). Um primeiro circuito de controle interno para fornecer um sinal de comutação é conectado ao elemento de comutação de lado superior e um segundo circuito de controle interno para fornecer um sinal de comutação é conectado ao elemento de comutação de lado inferior.

A fonte de alimentação CC é fornecida ao segundo circuito de controle interno como a fonte de alimentação de operação. Uma tensão entre ambas as extremidades de um capacitor é fornecida ao primeiro circuito de controle interno como a fonte de alimentação de operação. Um diodo é conectado entre uma extremidade em um lado de alta potência do capacitor e em uma extremidade de um lado de alta potência da fonte de alimentação CC. O diodo é disposto com um ânodo direcionado em direção á fonte de alimentação CC.

De acordo com tal configuração, o capacitor é carregado com a fonte de alimentação CC como uma fonte de alimentação mediante a condução do elemento de comutação do lado inferior.

As técnicas relacionadas à presente invenção também são apresentadas nos documentos de patente 2, 3.

Documentos Citados

Documento de patente

Documento de patente 1: Pedido de Patente Japonesa aberto a inspeção pública N° 7-250485

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Documento de patente 2: Publicação de Patente Japonesa N° 4158715

Documento de patente 3: Pedido de Patente Japonesa aberto a inspeção pública N° 2007-295686

Sumário da Invenção

Problemas a serem solucionados pela Invenção

No documento de patente 1, no entanto, a fonte de alimentação de operação do elemento de comutação além do elemento de comutação do inversor não é considerada.

O inversor de tipo de tensão conforme descrito no documento de patente 1 é disposto com um eletrodo emissor direcionado em direção a uma linha de fonte de alimentação CC no lado de potência baixa. Assim, o eletrodo emissor do elemento de comutação é conectado à linha de fonte de alimentação CC no lado de baixa potência. Assim, a linha de fonte de alimentação CC funciona como um potencial comum do elemento de comutação de lado inferior, a fonte de energia CC comum pode ser adotada para a fonte de alimentação de operação de uma pluralidade de elementos de comutação de lado inferior.

O conversor do tipo de corrente elétrica, por outro lado, inclui os elementos de comutação de lado superior e de lado inferior. Uma tentativa é assim feita para conectar a fonte de energia CC da fonte de alimentação de operação di elemento de comutação de lado inferior do inversor ao elemento de comutação de lado inferior do conversor do tipo de corrente elétrica com base na ideia técnica da técnica anterior.

No entanto, o elemento de comutação adotado no inversor do tipo de tensão é disposto com o eletrodo emissor direcionado em direção ao lado de baixa potência, enquanto o elemento de comutação adotado no conversor do tipo de corrente elétrica é disposto com o eletrodo emissor direcionado em direção à linha de fonte de alimentação CC no lado de alta potência. Assim, a tensão de operação não pode ser fornecida de maneira adequada ao elemento de comutação de lado inferior do conversor do tipo de corrente elétrica com tal tentativa.

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É um objetivo da presente invenção fornecer um conversor de energia capaz de obter uma tensão de operação de um elemento de comutação de um conversor de energia como um conversor de uma fonte de alimentação de operação de um elemento de comutação de um circuito de comutação.

Meios para Solucionar os Problemas

Um primeiro aspecto de um conversor de energia de acordo com a presente invenção inclui uma primeira linha de fonte de alimentação (LH); uma segunda linha de fonte de alimentação (LL) aplicada a um potencial inferior do que o da primeira linha de fonte de alimentação; um circuito de comutação (2) que inclui um elemento de comutação (Ty2, S4) disposto entre a primeira e a segunda linha de fonte de alimentação, e uma unidade de fonte de alimentação (Ed) que tem ambas as extremidades entre as quais a tensão CC é sustentada, uma extremidade em um lado de baixa potência das extremidades sendo conectada ao elemento de comutação no lado da segunda linha de fonte de alimentação, e que serve como uma fonte de alimentação de operação para emitir um sinal de comutação ao elemento de comutação; e uma unidade de conversão de energia (1) que inclui um elemento de comutação de condução unidirecional (Tx2, Tx21) que inclui um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, que processa apenas a corrente elétrica que flui a partir do segundo eletrodo ao primeiro eletrodo para condução, e que é disposto entre a primeira e a segunda linha de fonte de alimentação com o primeiro eletrodo direcionado em direção ao lado da primeira linha de fonte de alimentação; um diodo (Dx22) conectado em paralelo com o elemento de comutação de condução unidirecional com um ânodo direcionado em direção ao lado da primeira linha de fonte de alimentação; e um capacitor (Cbx2) que inclui uma extremidade conectada ao primeiro eletrodo e outra extremidade conectada de modo elétrico à outra extremidade da unidade de fonte de alimentação e que serve como uma fonte de alimentação de operação para emitir um sinal de comutação ao elemento de comutação de condução unidirecional quando carregado.

Um segundo aspecto do conversor de energia de acordo com a

4/26 presente invenção se refere ao conversor de energia de acordo com o primeiro aspecto e inclui adicionalmente um segundo diodo (Dbx2) disposto entre o capacitor e a outra extremidade da unidade de fonte de alimentação (Ed) que tem um ânodo direcionado em direção à unidade de fonte de alimentação.

Um terceiro aspecto do conversor de energia de acordo com a presente invenção se refere ao conversor de energia de acordo com o primeiro ou o segundo aspecto e inclui adicionalmente um terceiro diodo (Dx21) que tem um cátodo direcionado em direção à primeira linha de fonte de alimentação, e um ânodo conectado ao primeiro eletrodo do elemento de comutação de condução unidirecional.

Um quarto aspecto do conversor de energia de acordo com a presente invenção se refere ao conversor de energia acordo com o terceiro aspecto, onde a unidade de conversão de energia (1) inclui adicionalmente um segundo elemento de comutação (Tx22) conectado em série com o elemento de comutação de condução unidirecional (Tx21) e conectado em paralelo ao terceiro diodo, e o capacitor funciona como uma fonte de alimentação de operação para emitir o sinal de comutação ao segundo elemento de comutação.

Um quinto aspecto do conversor de energia de acordo com a presente invenção se refere ao conversor de energia de acordo com qualquer um dos primeiro ao quarto aspectos, onde o circuito de comutação (2) inclui adicionalmente uma unidade de ajuste de tensão (VAy2) para abaixar a tensão da unidade de fonte de alimentação (Ed) e para fornecer uma tensão de operação do elemento de comutação (Ty2).

Efeito da Invenção

De acordo com o primeiro aspecto do conversor de energia da presente invenção, a corrente elétrica flui a partir da unidade de fonte de alimentação ao capacitor através do diodo. Assim, o capacitor pode ser carregado com o uso da fonte de alimentação de operação com relação ao elemento de comutação do circuito de comutação. Em outras palavras, a tensão de operação do elemento de comutação de condução unidirecional pode

5/26 ser obtida a partir da fonte de alimentação de operação do elemento de comutação do circuito de comutação.

De acordo com o segundo aspecto do conversor de energia da presente invenção, o potencial do primeiro eletrodo do elemento de comutação de condução unidirecional de torna maior que o potencial da segunda linha de fonte de alimentação no funcionamento normal, de modo que mesmo se a tensão entre a segunda linha de fonte de alimentação e a outra extremidade do capacitor (uma extremidade no lado de alta potência) se tornar maior que a tensão da unidade de fonte de alimentação, a diferença entre tal tensão e a tensão em uma extremidade no lado de alta potência da unidade de fonte de alimentação pode ter suporte pelo segundo diodo. Portanto, tal tensão é impedida de ser aplicada à unidade de fonte de alimentação, e adicionalmente, ao elemento de comutação.

De acordo com o terceiro aspecto do conversor de energia da presente invenção, o elemento de resistência de baixa tensão pode ser adotado para o elemento de comutação de condução unidirecional, o diodo e o segundo diodo.

De acordo com o quarto aspecto do conversor de energia da presente invenção, o elemento de comutação de condução unidirecional, o segundo elemento de comutação, e os primeiro e terceiro diodos podem configurar uma comutação bidirecional. Adicionalmente, o custo de fabricação pode ser reduzido uma vez que o capacitor funciona como a fonte de alimentação de operação não apenas do elemento de comutação de condução unidirecional, mas também do elemento de comutação, comparado a quando o capacitor é disposto em cada.

De acordo com o quinto aspecto do conversor de energia da presente invenção, a diferença na tensão da unidade de fonte de alimentação e a tensão entre ambas as extremidades do capacitor pode ser reduzida.

Os objetivos, as características, os aspectos e as vantagens da presente invenção ficarão aparentes mediante a referência à descrição e aos desenhos anexos a seguir.

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Breve Descrição dos Desenhos

As figuras 1 a 6 são vistas em que cada uma mostra um exemplo de uma configuração conceituai de um conversor de energia; Modalidade para Executar a Invenção

Primeira Modalidade <Um Exemplo de Conversor de Energia>

Um conversor de energia mostrado na figura 1 inclui um conversor 1, que é uma unidade de conversão de energia que serve como seu elemento de configuração, e um inversor 2, que é um circuito de comutação que serve como seu elemento de configuração.

As extremidades de entrada Pr, Ps, Pt são conectadas ao conversor 1. Por exemplo, uma fonte de alimentação de corrente alternada (CA) trifásica é conectada à extremidade de entradas Pr, Ps, Pt e fornece a tensão CA trifásica à extremidade de entradas Pr, Ps, Pt. O conversor 1 converte a tensão CA trifásica aplicada à extremidade de entradas Pr, Ps, Pt a uma tensão CC, e aplica a mesma á linha de fonte de alimentação CCs LH, LL. Descrever uma configuração mais específica, o conversor 1 tem uma perna de comutação para as três fases, as fases r, s, t. a perna de comutação da fase r inclui os elementos de comutação Tr1, Tr2, e os diodos Dr1, Dr21, Dr22. A perna de comutação da fase s inclui os elementos de comutação Ts1, Ts2, e os diodos Ds1, Ds21, Ds22. A perna de comutação da fase t inclui os elementos de comutação Tt1, Tt2, e os diodos Dt1, Dt21, Dt22. As três pernas de comutação são conectadas paralelas uma à outra entre as linhas de fonte de alimentação CC LH, LL.

O elemento de comutação Tx1 (x representa r, s, t) inclui os primeiro ao terceiro eletrodos. O elemento de comutação Tx1 conduz/não conduz a corrente elétrica que flui entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. Um sinal de comutação (sinal de tensão e sinal de corrente) para controlar a condução/não condução do elemento de comutação Tx1 é aplicado ao terceiro eletrodo. O primeiro eletrodo também funciona como um eletrodo de referência de controle, que se torna uma referência do sinal de comutação (por exemplo, o potencial de referência no caso de um sinal de tensão). Os

7/26 exemplos do elemento de comutação Tx1 incluem um transistor bipolar de porta isolada, um transistor de efeito de campo, um transistor bipolar, e similares. No caso do transistor bipolar de porta isolada, os primeiro a terceiro eletrodos correspondem, respectivamente, a um eletrodo emissor, a um eletrodo coletor e a um eletrodo de porta, por exemplo. No caso do transistor de efeito de campo, os primeiro a terceiro eletrodos correspondem, respectivamente, a um eletrodo fonte, a um eletrodo de dreno e a um eletrodo de porta, por exemplo. No caso do transistor bipolar, os primeiro a terceiro eletrodos correspondem, respectivamente, a um eletrodo emissor, a um eletrodo coletor e a um eletrodo base, por exemplo. Esse aspecto também é aplicado aos elementos de comutação Ty1, Ty2, a serem descritos mais adiante.

O elemento de comutação Tx2 (x representa r, s, t) inclui os primeiro ao terceiro eletrodos. O elemento de comutação Tx2 conduz/não conduz a corrente elétrica que flui a partir do segundo eletrodo ao primeiro eletrodo. No elemento de comutação Tx2, a corrente elétrica do segundo eletrodo em direção ao primeiro eletrodo não é processada para condução. Tal elemento de comutação pode ser reconhecido como um elemento de comutação de condução unidirecional. Um sinal de comutação (sinal de tensão e sinal de corrente) para controlar a condução/não condução do elemento de comutação Tx2 é aplicado ao terceiro eletrodo. O primeiro eletrodo também funciona como um eletrodo de referência de controle, que se torna uma referência do sinal de comutação (por exemplo, o potencial de referência no caso de um sinal de tensão). Um exemplo de tal elemento de comutação Tx2 é um transistor bipolar de porta isolada. No transistor bipolar de porta isolada, os primeiro a terceiro eletrodos correspondem, respectivamente, a um eletrodo emissor, um eletrodo coletor e a um eletrodo de porta, por exemplo.

A descrição será feita a seguir com o uso do transistor bipolar de porta isolada para os elementos de comutação Tx1, Tx2.

O elemento de comutação Tx1 e o diodo Dx1 são conectados em série uns aos outros entre a linha de fonte de alimentação CO LH e a extremidade de entrada Px. O elemento de comutação Tx1 é disposto com o eletrodo emissor direcionado em direção à linha de fonte de alimentação CC

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LH, e o diodo Dx1 é disposto com o anodo direcionado em direção à extremidade de entrada Px. O elemento de comutação Tx2 e o diodo Dx21 são conectados em série uns aos outros entre a linha de fonte de alimentação CC LL e a extremidade de entrada Px. O elemento de comutação Tx2 é disposto com o eletrodo emissor direcionado em direção à extremidade de entrada Px (a linha de fonte de alimentação CC LH), e o diodo Dx21 é disposto com o anodo direcionado em direção à linha de fonte de alimentação CC LL. O diodo Dx21 é disposto no lado da linha de fonte de alimentação CC LH com relação ao elemento de comutação Tx2. O diodo Dx22 é conectado em paralelo com o elemento de comutação Tx2 com o anodo direcionado em direção à linha de fonte de alimentação CC LH.

O sinal de comutação é fornecido aos elementos de comutação Tx1, Tx2, e o conversor 1 converte a tensão CA trifásica para a tensão CC. Um potencial mais elevado de que um potencial da linha de fonte de alimentação CC LL é assim aplicado à linha de fonte de alimentação CC LH. Os diodos Dx1, Dx21 exibem uma capacidade de blocagem reversa de um conversor. Em outras palavras, o conversor 1 funciona como um conversor fonte de corrente..

O inversor 2 converte a tensão CC entre as linhas de fonte de alimentação CC LH, LL à tensão CA, e aplica a mesma à carga 3 (por exemplo, motor). Na ilustração da figura 1, a carga 3 é desenhada como uma carga indutiva que inclui um corpo de série de um resistor e de um reator.

O inversor 3 inclui as pernas de comutação para as três fases, as fases u, v, w. A perna de comutação da fase u inclui os elementos de comutação Tu1, Tu2, e os diodos Du1, Du2. A perna de comutação da fase v inclui os elementos de comutação Tv1, Tv2, e os diodos Dv1, Dv2. A perna de comutação da fase w inclui os elementos de comutação Tw1, Tw2, e os diodos Dw1, Dw2. As três pernas de comutação são conectadas paralelas uma à outra entre as linhas de fonte de alimentação CC LH, LL.

Os elementos de comutação Ty1, Ty2 (y representa u, v, w) são, por exemplo, um transistor bipolar de porta isolada. Os elementos de comutação Ty1, Ty2 são conectados em série uns aos outros entre as linhas de

9/26 fonte de alimentação CC LH, LL. Os elementos de comutação Ty1, Ty2 são ambos dispostos com o eletrodo emissor direcionado em direção à linha de fonte de alimentação CC LL. Os diodos Dy1, Dy2 são respectivamente conectados em paralelo aos elementos de comutação Ty1, Ty2. Os diodos Dy1, Dy2 são ambos dispostos com o ânodo direcionado em direção à linha de fonte de alimentação CC LL.

A extremidade de saída Py disposta entre os elementos de comutação Ty1, Ty2 é conectado à carga 3.

O sinal de comutação é fornecido aos elementos de comutação Ty1, Ty2, e o inversor 3 converte a tensão CC para a tensão CA. Os diodos Dy1, Dy2 evitam, respectivamente, que a corrente reversa flua a partir dos elementos de comutação Ty1, Ty2, e também impedem que a tensão reversa seja aplicada aos elementos de comutação Ty1, Ty2.

Alimentação de Energia de Operação do Elemento de Comutação do conversor 1 e inversor 2

A fonte de alimentação de operação para emitir o sinal de comutação aos elementos de comutação Tx1, Tx2, Ty1, Ty2 será agora descrita com referência à figura 2. Na ilustração da figura 2, apenas uma perna de comutação do conversor 1 e apenas uma perna de comutação do inversor 3 são ilustrados de maneira representativa.

O conversor 1 inclui os circuitos de acionamento Drx1, Drx2 para acionar os elementos de comutação Tx1, Tx2, respectivamente, e o inversor 3 inclui os circuitos de acionamento Dry1, Dry2 para acionar os elementos de comutação Ty1, Ty2, respectivamente. Os circuitos de acionamento Drx1, Drx2, Dry1, e Dry2 são, respectivamente, conectados aos eletrodos de porta dos elementos de comutação Tx1, Tx2, Ty1 e Ty2.

Na ilustração da figura 2, a fonte de alimentação de operação é fornecida a partir da fonte de alimentação CC Ed ao circuito de acionamento Dry2. Uma extremidade em um lado de baixa potência da fonte de alimentação CC Ed é conectada ao eletrodo emissor do elemento de comutação Ty2, e ao circuito de acionamento Dry2. Uma extremidade em um lado de alta potência da fonte de alimentação CC Ed é conectada ao circuito de aciona10/26 mento Dry2.

A tensão entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 é fornecida ao circuito de acionamento Drx2 como a fonte de alimentação de operação. Uma extremidade do capacitor Cbx2 é conectada ao eletrodo emissor do elemento de comutação Tx2 e ao circuito de acionamento Drx2. A outra extremidade do capacitor Cbx2 é conectada ao circuito de acionamento Drx2. Esse conteúdo pode ser entendido que o capacitor Cbx2 tem suporte para a tensão CC entre a extremidade relevante e a outra extremidade relevante, e as funções da fonte de alimentação de operação para emitir o sinal de comutação ao elemento de comutação Tx2. Esse conteúdo também pode ser aplicado a outros capacitores.

O circuito de alteração de nível LSx2 é conectado ao circuito de acionamento Drx2. O circuito de alteração de nível LSx2 altera, de maneira adequada, o nível de potência do sinal de comutação criado pelo circuito de controle comum (não mostrado), por exemplo, de acordo com o potencial do circuito de acionamento Drx2, e fornece o mesmo ao circuito de acionamento Drx2. Isso é similar aos circuitos de alteração de nível, e assim a descrição detalhada será omitida a seguir.

A outra extremidade do capacitor Cbx2 é conectada a uma extremidade no lado de alta potência da fonte de alimentação CC Ed através do diodo Dbx2. O diodo Dbx2 é disposto com o anodo direcionado em direção à fonte de alimentação CC Ed. O diodo Dbx2 impede que o capacitor Cbx2 descarregue para a fonte de alimentação CC Ed.

O capacitor Cbx2 é carregado antes do funcionamento normal do conversor de energia. Especificamente, a corrente elétrica flui através da trajetória a partir da fonte de alimentação CC Ed até o capacitor Cbx2 através dos diodos Dbx2, Dbx22. O capacitor Cbx2 é assim carregado com a fonte de alimentação CC Ed como a fonte de alimentação. Na figura 2, a trajetória relevante é mostrada como a trajetória A1.

Ambos os diodos Dxb2, Dx22 são interpostos na trajetória A1. O diodo Dx22 pode ser simplesmente disposto a partir do ponto de vista de prevenção do capacitor Cbx2 de descarregar em direção à fonte de alimen11/26 tação CC Ed na trajetória A1. O diodo Dbx2 não é uma exigência essencial no conceito mais significativo de acordo com o presente pedido. As operações e os efeitos do diodo adicionais Dbx2 serão descritos em uma segunda modalidade.

No conversor de energia da figura 2, o capacitor Cbx2 pode ser carregado mediante o processamento dos elementos de comutação Tx1, Ty1, Ty2 para a condução antes de realizar o funcionamento normal, mesmo se o conversor 1 não incluir o diodo Dx22. Isso se deve ao fato de que a corrente elétrica flui através da trajetória a partir da fonte de alimentação CC Ed ao capacitor Cbx2 através dos diodos Dbx2, Dx21, Dx1, e dos elementos de comutação Tx1, Ty1, Ty2 de acordo com tal condição. Na ilustração da figura 2, os elementos de comutação Tx1, Ty1 recebem a tensão entre ambas as extremidades do capacitor de carregamentos Cbx1, Cby1 como a fonte de alimentação de operação. Portanto, os capacitores de carregamento Cbx1, Cby1 já precisam estar carregados de modo a processar os elementos de comutação Tx1, Ty1 para conduzir. Tal carregamento será descrito mais adiante. Tal fonte de alimentação CC pode ser disposta no local dos capacitores de carregamento Cbx1, Cby1, tal que a fonte de alimentação CC pode funcionar como a fonte de alimentação de operação do elemento de comutação Tr1.

Os problemas a seguir surgem quando os elementos de comutação Tx1, Ty1, Ty2 são processados para a condução para alterar o capacitor Cbx2. Em outras palavras, três diodos Dbx2, Dx21, Dx1 e três elementos de comutação Tx1, Ty1, Ty2 são interpostos na trajetória para carregar o capacitor Cbx2. A queda de tensão ocorre em tais diodos e elementos de comutação e, portanto, apenas uma tensão relativamente pequena comparada à tensão da fonte de alimentação CC Ed pode ser carregada no capacitor Cbx2.

De acordo com o presente conversor de energia, por outro lado, apenas dois Dbx2, Dx22 são interpostos na trajetória A1 e, portanto, o capacitor Cbx2 pode ser carregado ao mesmo tempo em que supera a queda de tensão. Portanto, uma tensão relativamente grande pode ser carregada ao

12/26 capacitor Cbx2.

Conforme será descrito a seguir, a capacitância eletrostática exigida pelo capacitor Cbx2 pode ser reduzida uma vez que o capacitor Cbx2 também é carregado no funcionamento normal do conversor 1.

Quando o elemento de comutação Tx2 é processado para a condução no funcionamento normal, a corrente elétrica segue a partir do lado de carga 3 para a extremidade de entrada Px através do elemento de comutação Ty2, da linha de energia CC LL e da comutação Tx2. A voltagem direta é aplicada ao elemento de comutação Tx2 por tal corrente elétrica. Em outras palavras, a tensão reversa é aplicada ao diodo Dx22. Portanto, a corrente elétrica não flui através da trajetória A1.

Nesse caso, no entanto, a corrente elétrica flui a partir da fonte de alimentação CC Ed ao capacitor Cbx2 através do diodo Dbx2 e do elemento de comutação Tx2. A corrente elétrica que flui através do elemento de comutação Tx2, ou seja, a soma da corrente elétrica que flui a partir da carga 3 e a corrente elétrica que flui a partir da fonte de alimentação CC Ed através do capacitor Cbx2 flui na direção direta a partir do eletrodo coletor ao eletrodo emissor. Conforme descrito acima, o capacitor Cbx2 é carregado uma vez que a corrente elétrica flui a partir da fonte de alimentação CC Ed ao capacitor Cbx2 através do elemento de comutação Tx2.

No período de transição de quando o elemento de comutação Tx2 comuta da condução para a não condução, a corrente elétrica pode fluir ao capacitor Cbx2 através da trajetória A1.

O capacitor Cbx2 é carregado mesmo no funcionamento normal, conforme descrito acima. Portanto, a capacitância eletrostática exigida pelo capacitor Cbx2 pode ser reduzida.

Se o diodo Dx22 não for disposto, o capacitor de carregamento Cbx2 não é carregado quando o elemento de comutação Tx2 não é conduzido durante o funcionamento normal. Adicionalmente, o capacitor de carregamento Cbx2 não é carregando antes do funcionamento normal a menos que um processo especial para o processamento de maneira simultânea dos elementos de comutação Tx1, Ty1, Ty2 de condução seja realizado, e as13/26 sim, o elemento de comutação Tx2 normalmente não pode ser processado para a condução. Na presente modalidade, por outro lado, o carregamento pode ser realizado mesmo antes do funcionamento normal, e o carregamento pode ser realizado durante o funcionamento normal através do diodo Dx22, de modo que a oportunidade de que o capacitor de carregamento Cbx2 possa ser carregado aumenta. Portanto, de acordo com o presente conversor de energia, a capacitância eletrostática exigida pelo capacitor de carregamento Cbx2 pode ser reduzida comparado a um modo no qual o diodo Dx22 não é disposto.

Um exemplo da fonte de alimentação de operação do elemento de comutação Ty1 será agora descrito. A tensão entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cby1 é fornecida ao circuito de acionamento Dry1 como a fonte de alimentação de operação. Uma extremidade do capacitor de carregamento Cby1 é conectada ao eletrodo emissor do elemento de comutação Ty1 e ao circuito de acionamento Dry1. A outra extremidade do capacitor de carregamento Cby1 é conectada ao circuito de acionamento Dry1.

O circuito de alteração de nível LSy1 é conectado ao circuito de acionamento Dry1. O circuito de alteração de nível LSy1 recebe o sinal de comutação, altera o nível de maneira adequada de tal sinal de comutação e o emite ao circuito de acionamento Dry1.

A outra extremidade do capacitor de carregamento Cby1 é conectada a uma extremidade no lado de alta potência da fonte de alimentação CC Ed através do diodo Dby1. O diodo Dby1 é disposto com o ânodo direcionado em direção à fonte de alimentação CC Ed. O diodo Dby1 impede que o capacitor de carregamento Cby1 descarregue da fonte de alimentação CC Ed.

De acordo com tal configuração, o capacitor de carregamento Cby1 pode ser carregado com o uso das the fonte de alimentação CC Ed mediante o processamento do elemento de comutação Ty2 para condução. Isso se deve ao fato de que a corrente elétrica flui através da trajetória A2 da fonte de alimentação CC Ed ao capacitor de carregamento Cby1 através do

14/26 diodo Dby1 do elemento de comutação Ty1.

Um exemplo da fonte de alimentação de operação do elemento de comutação Tx1 será agora descrito. Uma tensão entre ambas as extremidades de um capacitor de carregamento Cbx1 é fornecida ao circuito de acionamento Drx1 como a fonte de alimentação de operação. Uma extremidade do capacitor de carregamento Cbx1 é conectada ao eletrodo emissor do elemento de comutação Tx1 e ao circuito de acionamento Drx1. A outra extremidade do capacitor de carregamento Cbx1 é conectada ao circuito de acionamento Drx1.

O circuito de alteração de nível LSx1 é conectado ao circuito de acionamento Drx1. O circuito de alteração de nível LSx1 recebe o sinal de comutação, altera o nível de maneira adequada de tal sinal de comutação e o emite ao circuito de acionamento Drx1.

A outra extremidade do capacitor de carregamento Cbx1 é conectada a uma extremidade no lado de alta potência do capacitor de carregamento Cby1 através do diodo Dbx1. O diodo Dbx1 é disposto com o anodo direcionado em direção ao capacitor de carregamento Cby1. O diodo Dbx1 impede que o capacitor de carregamento Cbx1 descarregue em direção ao capacitor de carregamento Cby1.

De acordo com tal configuração, o capacitor de carregamento Cbx1 pode ser carregado com o uso das cargas acumuladas no capacitor de carregamento Cby1 mediante o processamento dos elementos de comutação Tx1, Ty2 para condução. Isso se deve ao fato de que a corrente elétrica flui através de uma trajetória A3 do capacitor de carregamento Cby1 ao capacitor de carregamento Cbx1 através dos diodos Dbx1, Dx11 e dos elementos de comutação Tx1, Ty1.

Variante

A tensão entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cbx2 não precisa, necessariamente, ser obtida a partir da fonte de alimentação CC Ed que funciona como a fonte de alimentação de operação do elemento de comutação Ty2 do inversor 2. Em outras palavras, ela precisa apenas ser obtida a partir da fonte de alimentação de operação do ele15/26 mento de comutação conectado para a linha de fonte de alimentação CC LL. Por exemplo, o conversor de energia da figura 3 pode ser adotado. Na figura 3, apenas uma perna de comutação é mostrada no conversor 1, e o inversor 2 e a carga 3 são omitidos. O conversor de energia da figura 3 inclui um circuito de freio 4 entre o conversor 1 e o inversor 3, comparado ao conversor de energia da figura 1. A descrição feita acima é igual para a fonte de alimentação de operação do elemento de comutação Tx1 e assim, a descrição detalhada pode ser omitida.

O circuito de freio 4 inclui um resistor R4 e um elemento de comutação S4. O resistor R4 e o elemento de comutação S4 são conectados em série uns aos outros entre as linhas de fonte de alimentação CC LH, LL. O elemento de comutação S4 é um elemento de comutação igual aos elementos de comutação Ty1, Ty2. Na figura 3, o elemento de comutação S4 é mostrado como um transistor bipolar de porta isolada. O elemento de comutação S4 é disposto com o eletrodo emissor direcionado em direção à linha de energia CC LL.

Em tal circuito de freio 4, o elemento de comutação S4 é processado para condução para a alimentação de corrente elétrica à carga 3, que é uma carga indutiva, por exemplo, é interrompida. A corrente elétrica regenerativa da carga 3 assim, flui através do resistor R4. A energia regenerativa da carga 3 pode ser consumida em um estágio inicial.

O circuito de acionamento Drs4 é conectado ao eletrodo emissor do elemento de comutação S4. O circuito de acionamento Drs4 aciona o elemento de comutação S4. A fonte de alimentação de operação é fornecida a partir da fonte de alimentação CC Ed ao circuito de acionamento Drs4. Uma extremidade no lado de baixa potência da fonte de alimentação CC Ed é conectada ao eletrodo emissor do elemento de comutação Ty2 e ao circuito de acionamento Drs4. Uma extremidade no lado de alta potência da fonte de alimentação CC Ed é conectada ao circuito de acionamento Drs4.

O ânodo do diodo Dbx2 é conectado a uma extremidade no lado de alta potência da fonte de alimentação CC Ed.

Em tal conversor de energia também, o capacitor de carrega16/26 mento Cbx2 é carregado com a fonte de alimentação CC Ed como a fonte de alimentação. Portanto, a tensão que é grande comparada ao carregamento com o uso da trajetória na qual os elementos de comutação Tx1, Ty1, Ty2 são interpostos pode ser carregada ao capacitor de carregamento Cbx2. No funcionamento normal também, o capacitor de carregamento Cbx2 pode ser alterado através do elemento de comutação Tx2 ou do diodo Dx22, similar à descrição com referência à figura 2. Portanto, a capacitância eletrostática exigida pelo capacitor de carregamento Cbx2 pode ser reduzida.

Tal variante pode ser aplicada a outras modalidades descritas a seguir.

Segunda Modalidade

Na segunda modalidade, as operações e os efeitos dos diodos Dbx2, Dx22 serão descritos em detalhes. Em primeiro lugar, um caso no qual o diodo Dbx2 não é disposto será considerado. No funcionamento normal do conversor de energia, o conversor 1 e o inversor 2 são comutados. Por exemplo, uma tensão de sobretensão pode ser gerada por tal comutação, e o potencial do eletrodo emissor do elemento de comutação Tx2 pode ser aumentado mais do que o suposto. Em outras palavras, a tensão entre a linha de energia CC LL e uma extremidade no lado de alta potência do capacitor Cbx2 pode ser aumentada mais do que o suposto. Tal tensão é aplicada á fonte de alimentação CC Ed e ao circuito de acionamento Dry2. A aplicação de tal tensão pode causar instabilidade na operação do elemento de comutação Ty2.

O diodo Dbx2 pode sustentar uma diferença de potencial (diferença entre o potencial no lado de alta potência da fonte de alimentação CC Ed e o potencial no lado de alta potência do capacitor Cbx2). Portanto, tal problema pode ser evitado.

As operações e os efeitos do diodo Dx21 serão agora descritos. O diodo Dx21 pode ter suporte para a tensão entre a extremidade de entrada Px e a linha de fonte de alimentação CC LL de quando o potencial aplicado à extremidade de entrada Px é variado. Um elemento barato que tem baixa tensão de resistência e assim, pode ser adotado para o elemento de co17/26 mutação Tx2, para o diodo Dx22 e para o diodo Dbx2. A tensão entre o coletor e o emissor tende a ser menor no caso de um elemento de comutação que tem uma baixa tensão de resistência, e a voltagem direta tende a ser pequena no caso de um diodo que tem uma baixa tensão de resistência. Um elemento com propriedades satisfatórias pode ser assim adotado.

Terceira Modalidade

Na primeira modalidade, a tensão da fonte de alimentação de operação de cada elemento de comutação pode variar. Por exemplo, considere a queda de tensão que ocorre em cada elemento de configuração de cada trajetória A1 a A3 com referência à figura 2. Presume-se aqui que a voltagem direta de cada diodo é igual uma à outra e é a tensão Vf, e a tensão entre o emissor e o coletor de cada elemento de comutação é igual uma à outra e é a tensão Vce, para simplificar a explicação.

O capacitor de carregamento Cby1 é carregado através do diodo Dby1 e o elemento de comutação Ty2 com a fonte de alimentação CC Ed como a fonte de alimentação. O capacitor de carregamento Cby1 é carregado na trajetória no funcionamento normal também. A tensão Vcy1 entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cby1 pode assim ser expressa pela seguinte equação.

Vcbyl = Ed - Vf - Vce —(1)

O capacitor de carregamento Cbx1 é carregado através dos diodos Dbx1, Dx11 e o elemento de comutação Ty1 com o capacitor de carregamento Cby1 como a fonte de alimentação. O capacitor de carregamento Cbx1 é carregado na trajetória no funcionamento normal também.

O diodo Dx1 não é interposto na trajetória A3 na configuração na qual o diodo Dx1 é posicionado no lado da extremidade de entrada Px com relação ao elemento de comutação Tx1. Portanto, com tal configuração, a queda de tensão da voltagem direta Vf do diodo Dx1 pode ser ignorada. Um caso no qual o diodo Dx1 é interposto na trajetória A3 será descrito a seguir.

A tensão Vcbxl entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cbx1 é expressa pela seguinte equação.

Vcbxl = Vcbyl - 2Vf - Vce = Ed - 3Vf - 2Vce — (2)

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A trajetória de carregamento do capacitor Cbx2 na operação de carregamento antes do funcionamento normal é a trajetória A1, descrita acima. Na trajetória A1, o capacitor Cbx2 é carregado através dos diodos Dbx2, Dx22 com a fonte de alimentação CC Ed como a fonte de alimentação. Portanto, a tensão Vbcx2_d entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 em tal caso é expressa pela seguinte equação.

Vbcx2_d = Ed - 2Vf — (3)

Há duas trajetórias de carregamento do capacitor Cbx2 no funcionamento normal, conforme descrito na primeira modalidade. No entanto, o carregamento pela trajetória A1 é realizado apenas quando o elemento de comutação Tx2 não é conduzido e o primeiro potencial do terminal do elemento de comutação Tx2 se torna o potencial para o processamento do diodo Dx22 de condução, e assim o carregamento através do elemento de comutação Tx2 é principalmente realizado. Na trajetória através do elemento de comutação Tx2, o capacitor Cbx2 é carregado através dos elementos de comutação Tx2 e do diodo Dx22. Portanto, a tensão Vcbx2_t entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 é expressa pela seguinte equação.

Vcbx2_t = Ed - Vf + Vce — (4)

Se a variação na tensão da fonte de alimentação de operação puder ser reduzida, o mesmo elemento de comutação pode ser adotado, por exemplo, e a variação nas propriedades de comutação e similares de cada elemento de comutação pode ser reduzida. A variação na tensão da fonte de alimentação de operação de cada elemento de comutação é reduzida na terceira modalidade.

Presume-se aqui que a tensão Vf é maior que a tensão Vce para simplificar a explicação. Mediante tal suposição, a tensão Vcbxl entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cbx1 é a menor das dos capacitores Cby1, Cbx2 e a fonte de alimentação CC Ed.

Mediante tal suposição, o presente conversor de energia inclui adicionalmente os circuitos de ajuste de tensão VAy1, VAy2, VAx2, conforme mostrado na figura 4. Na ilustração da figura 4, apenas uma perna de comutação do conversor 1 e uma perna de comutação do inversor 3 são i19/26 lustradas de modo representativo.

O circuito de ajuste de tensão VAy2 é conectado entre uma extremidade no lado de alta potência, por exemplo, da fonte de alimentação CO Ed e do circuito de acionamento Dry2. O circuito de ajuste de tensão VAy2 é, por exemplo, um resistor, e abaixa a tensão da fonte de alimentação CC Ed e fornece a mesma ao circuito de acionamento Dry2 como a tensão de operação. Como um exemplo mais específico, a tensão da fonte de alimentação CC Ed é abaixada pela soma de três vezes a tensão Vf e duas vezes a tensão Vce, e fornecida como a tensão de operação. As tensões de operação fornecidas ao circuito de acionamentos Drx1, Dry2 podem assim ser iguais umas às outras (vide a equação (2).

O circuito de ajuste de tensão VAy1 é conectado entre uma extremidade no lado de alta potência, por exemplo, do capacitor de carregamento Cby1 e do circuito de acionamento Dry1. O circuito de ajuste de tensão VAy1 é, por exemplo, um resistor, e abaixa a tensão entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cby1 e fornece a mesma ao circuito de acionamento Dry1 como a fonte de alimentação de operação. Mais especificamente, a tensão entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cby1 é abaixada pela soma duas vezes a tensão Vf e a tensão Vce, e fornecida como a tensão de operação. As tensões de operação fornecidas aos circuitos de acionamento Drx1, Dry1 podem assim ser iguais umas às outras (vide a equação (1) e a equação (2)).

O circuito de ajuste de tensão VAx2 é conectado entre uma extremidade no lado de alta potência, por exemplo, do capacitor Cbx2 e do circuito de acionamento Dry2. O circuito de ajuste de tensão VAx2 é, por exemplo, um resistor, e abaixa a tensão entre ambas as extremidades do capacitor de carregamento Cbx2 e fornece a mesma ao circuito de acionamento Drx2 como a fonte de operação. A tensão entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 pode adotar suas tensões Vcbx2_d, Vcbx2_t de acordo com a distinção da trajetória de carregamento.

A título de exemplo, a menor tensão Vcbx2_d das tensões Vcbx2_d, Vcbx2_t é adotada. O circuito de ajuste de tensão VAx2 abaixa a

20/26 tensão Vcxb2 entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 pela soma de duas vezes a tensão Vce e a tensão Vf, e fornece a mesma como a fonte de alimentação de operação. As tensões de operação fornecidas aos circuitos de acionamento Drx1, Drx2 podem ser iguais umas às outras quando a tensão entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 é a tensão Vcbx2_d. Adicionalmente, a diferença nas tensões de operação a serem fornecidas aos circuitos de acionamento Drx1, Drx2 pode ser reduzida mesmo se a tensão do capacitor Cbx2 for a tensão Vcbx2_t entre ambas as extremidades uma vez que a unidade de ajuste de tensão VAx2 abaixa a mesma.

No funcionamento normal, o capacitor Cbx2 é principalmente carregado através da trajetória que inclui o elemento de comutação Tx2 e, portanto, a tensão Vbcx2_t entre ambas as extremidades pode ser adotada.

Um coeficiente de ponderação pode ser multiplicado ás tensões Vcbx2_t, Vcbx2_d entre ambas as extremidades e, então, adicionado, cujo valor resultante pode ser considerado como a tensão entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2. O coeficiente de ponderação é, por exemplo, um valor positivo, e a soma é um. O circuito de ajuste de tensão VAx2 abaixa a tensão entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 pela diferença entre tal tensão (valor resultante) entre ambas as extremidades e a tensão Vcbxl entre ambas as extremidades.

O circuito fixador de tensão pode ser conectado em paralelo ao capacitor Cbx2 e ambas as tensões Vcbx2_t, Vcbx2_d entre ambas as extremidades podem ser definidas para assumir os valores maiores que a tensão fixada, de modo que o circuito fixador de tensão pode fornecer uma tensão estável ao circuito de acionamento Drx2.

O circuito de ajuste de tensão não se limita ao modo aqui descrito. Por exemplo, um modo para dividir a tensão do capacitor, ou um modo para obter a tensão constante com o diodo zener pode ser adotado. Adicionalmente, um modo para conectar uma entrada de um regulador a ambas as extremidades do capacitor e para conectar uma saída do regulador ao circuito de acionamento pode ser adotado.

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Quarta Modalidade

Nas primeira à terceira modalidades, os elementos de comutação Tx1, Tx2 selecionam para conduzir/não conduzir a corrente elétrica na direção (direção direta) da linha de fonte de alimentação CC LL em direção à linha de fonte de alimentação CC LH. Os elementos de comutação Tx1, Tx2 não podem selecionar a condução/não condução da corrente elétrica na direção (direção reversa) da linha de fonte de alimentação CC LH em direção à linha de fonte de alimentação CC LL. Se os elementos de comutação Tx1, Tx2 forem transistores bipolares de porta isolada, por exemplo, a corrente elétrica na direção reversa não flui. Adicionalmente, se os elementos de comutação Tx1, Tx2 forem os transistores de efeito de campo de MOS, a corrente elétrica na direção reversa flui pelo diodo parasítico. Em qualquer caso, a corrente elétrica na direção reversa é inibida pelos diodos Dx1, Dx21 no conversor 1. Na quarta modalidade, a comutação bidirecional é realizada no conversor 1. Isso será especificamente descrito a seguir.

O conversor de energia mostrado na figura 5 se difere do conversor de energia mostrado na figura 1 na configuração do conversor 1.

A perna de comutação da fase r inclui os elementos de comutação Tr11, Tr12, Tr21, Tr22 e os diodos Dr11, Dr12, Dr21, Dr22. A perna de comutação da fase s inclui os elementos de comutação Ts11, Ts12, Ts21, Ts22 e os diodos Ds11, Ds12, Ds21, Ds22. A perna de comutação da fase t inclui os elementos de comutação Tt11, Tt12, Tt21, Tt22 e os diodos Dt11, Dt12, Dt21, Dt22.

Os elementos de comutação Tx11, Tx12 (x representa r, s, t) são os elementos de comutação iguais ao elemento de comutação Tx1 e são, por exemplo, os transistores bipolares de porta isolada, os transistores bipolares, os transistores de efeito de campo, e similares. O transistor bipolar de porta isolada será descrito a seguir, a título de exemplo. Os elementos de comutação Tx11, Tx12 são conectados em série entre a linha de fonte de alimentação CC LH e a extremidade de entrada Px, onde os eletrodos emissores são conectados uns aos outros. O ânodo do diodo Dx11 é conectado ao eletrodo emissor do elemento de comutação Tx11, e o cátodo é conecta22/26 do ao eletrodo coletor do elemento de comutação Tx12. O ânodo do diodo Dx21 é conectado ao eletrodo emissor do elemento de comutação Tx21, e o cátodo é conectado ao eletrodo coletor do elemento de comutação Tx11.

Os elementos de comutação Tx21, Tx22 são os elementos de comutação iguais ao elemento de comutação Tx2 e são, por exemplo, os transistores bipolares de porta isolada, os transistores bipolares, os transistores de efeito de campo, e similares. O transistor bipolar de porta isolada será descrito a seguir, a título de exemplo. Os elementos de comutação Tx21, Tx22 são conectados em série entre a linha de fonte de alimentação CC LL e a extremidade de entrada Px, onde os eletrodos emissores são conectados uns aos outros. O ânodo do diodo Dx21 é conectado ao eletrodo emissor do elemento de comutação Tx21, e o cátodo é conectado ao eletrodo coletor do elemento de comutação Tx22. O ânodo do diodo Dx22 é conectado ao eletrodo emissor do elemento de comutação Tx22, e o cátodo é conectado ao eletrodo coletor do elemento de comutação Tx21.

De acordo com tal conversor 1, os elementos de comutação Tx11, Tx12 e os diodos Dx11, Dx12 configuram as comutações bidirecionais. De maneira similar, os elementos de comutação Tx21, Tx22 e os diodos Dx21, Dx22 configuram as comutações bidirecionais. Portanto, se a carga 3 for a carga indutiva, a corrente elétrica regenerativa gerada a partir da propriedade de indução pode ser fluida em direção a uma fonte de alimentação através do conversor 1.

Adicionalmente, de acordo com o conversor 1, os eletrodos emissores dos elementos de comutação Tx11, Tx12 são conectados uns aos outros, e os eletrodos emissores dos elementos de comutação Tx21, Tx22 são conectados uns aos outros. Portanto, conforme mostrado na figura 6, as fontes de alimentação de operação dos elementos de comutação Tx11, Tx12 podem ser comuns, e as fontes de alimentação de operação dos elementos de comutação Tx21, Tx22 podem ser comuns. Assim, o custo de fabricação pode ser reduzido quando comparado a quando a fonte de alimentação de operação é disposta separadamente. Isso será descrito a seguir de maneira específica.

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Em primeiro lugar, a fonte de alimentação de operação dos elementos de comutação Tx21, Tx22 será descrita. Os elementos de comutação Tx21, Tx22 são acionados pelo circuito de acionamento Drx2. O circuito de acionamento Drx2 é, em geral, conectado aos eletrodos de porta dos elementos de comutação Tx21, Tx22. The circuito de alteração de nível LSx2 é conectado ao circuito de acionamento Drx2.

A tensão entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2 é fornecida ao circuito de acionamento Drx2 como a fonte de alimentação de operação. Uma extremidade do capacitor Cbx2 é conectada ao eletrodo emissor do elemento de comutação Tx21, Tx22 e do circuito de acionamento Drx2. A outra extremidade do capacitor Cbx2 é conectada ao circuito de acionamento Drx2.

A outra extremidade do capacitor Cbx2 é conectada a uma extremidade no lado de alta potência da fonte de alimentação CC Ed através do diodo Dbx2. O diodo Dbx2 é disposto com um cátodo direcionado em direção ao capacitor Cbx2. O diodo Dbx2 impede que o capacitor Cbx2 descarregue em direção à fonte de alimentação CC Ed.

Tal capacitor Cbx2 é carregado antes do funcionamento normal do conversor de energia. Especificamente, a corrente elétrica flui através de uma trajetória A4 a partir da fonte de alimentação CC Ed ao capacitor Cbx2 através dos diodos Dbx2, Dx22, carregando assim o capacitor Cbx2.

Portanto, a fonte de alimentação de operação dos elementos de comutação Tx21, Tx22 podem ser comuns, e o capacitor Cbx2 pode ser adotado para tal fonte de alimentação de operação, de modo que o número de fontes de alimentação CC pode ser reduzido.

O capacitor Cbx2 é carregado no funcionamento normal do presente conversor de energia. A operação de execução e a operação de restauração de energia serão descritas de modo separado. A operação de execução de energia é a operação na qual a corrente elétrica flui a partir da fonte de alimentação à carga 3 para acionar a carga 3. Na operação de execução de energia, a corrente elétrica flui a partir da linha de fonte de alimentação CC LH à linha de fonte de alimentação CC LL através do inversor 2 e da

24/26 carga 3. A operação de restauração é a operação de restauração da corrente elétrica regenerativa gerada a partir da propriedade de indução em direção à fonte de alimentação quando a carga 3 é uma carga indutiva, ou a operação de restauração da corrente elétrica regenerativa gerada a partir do estado da carga em direção à fonte de alimentação quando a carga 3 é uma carga de motor ou similares que tem uma grande inércia. Na operação de restauração, a corrente elétrica flui a partir da linha de fonte de alimentação CC LH à linha de fonte de alimentação CC LL através do conversor 1 e da fonte de alimentação.

Na operação de execução de energia, a corrente elétrica flui a partir da linha de fonte de alimentação CC LL à extremidade de entrada Px através dela própria ou do diodo Dx21 pela condução do elemento de comutação Tx21. Nesse caso, a corrente elétrica flui a partir da fonte de alimentação CC Ed ao capacitor Cbx2 através do diodo Dbx2 e do elemento de comutação Tx21, similar à primeira modalidade. O capacitor Cbx2 é assim carregado.

Na operação de restauração, a corrente elétrica flui a partir da extremidade de entrada Px à linha de fonte de alimentação CC LL através dela própria e do diodo Dx22 pela condução do elemento de comutação Tx22. A corrente elétrica flui através da trajetória A4 à medida que o diodo Dx22 é processado conduzindo, assim, carregando o capacitor Cbx2.

A capacitância eletrostática exigida pelo capacitor Cbx2 pode ser reduzida uma vez que o capacitor Cbx2 é carregado mesmo no funcionamento normal, conforme descrito acima.

A fonte de alimentação de operação dos elementos de comutação Tx11, Tx12 será agora descrita. Os elementos de comutação Tx11, Tx12 são acionados pelo circuito de acionamento Drx1. O circuito de acionamento Drx1 é, em geral, conectado aos eletrodos de porta dos elementos de comutação Tx11, Tx12. O circuito de alteração de nível LSx1 é conectado ao circuito de acionamento Drx1.

Uma tensão entre ambas as extremidades de um capacitor de carregamento Cbx1 é fornecida ao circuito de acionamento Drx1 como a fon25/26 te de alimentação de operação. Uma extremidade do capacitor de carregamento Cbx1 é conectado aos eletrodos emissores dos elementos de comutação Tx11, Tx12, and the circuito de acionamento Drx1. A outra extremidade do capacitor de carregamento Cbx1 é conectada ao circuito de acionamento Drx1.

A outra extremidade do capacitor de carregamento Cbx1 é conectada a uma extremidade no lado de alta potência do capacitor de carregamento Cby1 por meio do diodo Dbx1. O diodo Dbx1 é disposto com o cátodo direcionado em direção ao capacitor de carregamento Cbx1. O diodo Dbx1 impede que o capacitor de carregamento Cbx1 descarregue em direção ao capacitor de carregamento Cby1.

De acordo com tal configuração, o capacitor de carregamento Cbx1 pode ser carregado com o uso das cargas acumuladas no capacitor de carregamento Cby1 mediante a condução do elemento de comutação Ty1. Isso se deve ao fato de que a corrente elétrica flui através de uma trajetória A5 que inclui o capacitor de carregamento Cby1, o diodo Dbx1, o capacitor de carregamento Cbx1, o diodo Dx11 e o elemento de comutação Ty1 de acordo com tal condução.

Portanto, as fontes de alimentação de operação dos elementos de comutação Tx11, Tx12 podem ser comuns, e o capacitor de carregamento Cbx1 é adotado para tal fonte de alimentação de operação, de modo que o número de fontes de alimentação CC pode ser reduzido.

A terceira modalidade pode ser aplicada ao presente conversor de energia. Nesse caso, uma questão, cuja uma das tensões Vcbx2_t and Vcbx2_d entre ambas as extremidades (vide as equações 3, 4) é adotada como a tensão entre ambas as extremidades do capacitor Cbx2, surge. Por fim, ambos podem ser adotados. Isso se deve ao fato de que a variação na tensão de operação do elemento de comutação pode ser reduzida em qualquer caso. O coeficiente de ponderação pode ser multiplicado em cada uma das tensões Vcbx2_t, Vcbx2_d entre ambas as extremidades e, então, adicionado, e tal valor resultante pode ser adotado. Nesse caso, um valor alto pode ser adotado para o coeficiente de ponderação para a tensão Vcbx2_t

26/26 entre ambas as extremidades se o período durante a renovação for relativamente grande, em vista da situação da operação da carga 3.

Um circuito fixador de tensão pode ser conectado em paralelo ao capacitor Cbx2 e ambas as tensões Vcbx2_t, Vcbx2_d entre ambas as extremidades podem ser definidas para assumir os valores maiores que a tensão fixada, de modo que o circuito fixador de tensão pode fornecer uma tensão estável ao circuito de acionamento Drx2.

O capacitor (Cbx2) só precisa ser capaz de acumular as cargas como a fonte de alimentação de operação do elemento de comutação e assim, não se limita à forma de um capacitor. O circuito paralelo do elemento de comutação e o diodo podem ser configurados com um MOSFET que inclui um diodo parasítico ou um elemento de condução reversa, como um IGBT de condução reversa.

Um resistor, ou similares pode ser inserido na trajetória de carregamento dos capacitores Cbx1, Cbx2, Cby1 para limitar a corrente elétrica durante o carregamento.

A presente invenção foi descrita em detalhes acima, mas a descrição é meramente ilustrativa em todos os aspectos e não deve ser construída como limitadora da presente invenção. Deve-se observar que um número infinito de variações que não são descritas aqui podem ser alcançadas sem se desviar do escopo da invenção.

Listagem de Referência

Cbx1, Cby1 capacitor de carregamento

Cbx2 capacitor

Dx21, Dbx2 diodo

Ed fonte de alimentação CC

LH, LL linha de fonte de alimentação CC

Pr, Ps, Pt extremidade de entrada

Pu, Pv, Pw extremidade de saída

VAx1, VAx2, VAy1 unidade de ajuste de tensão

Claims

1. Conversor de energia, que compreende:

uma primeira linha de fonte de alimentação (LH);

uma segunda linha de fonte de alimentação (LL) aplicada com um potencial inferior ao da dita primeira linha de fonte de alimentação;

compreendendo ainda um circuito de comutação (2) que inclui um elemento de comutação (Ty2, S4) disposto entre as ditas primeira e segunda linhas de fonte de alimentação, e uma unidade de fonte de alimentação (Ed) que tem ambas as extremidades entre as quais uma tensão CC é sustentada, uma extremidade em um lado de baixa potência das ditas extremidades sendo conectada ao dito elemento de comutação no dito lado da segunda linha de fonte de alimentação, e que serve como uma fonte de alimentação de operação para emitir um sinal de comutação para o dito elemento de comutação; e caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de conversão de energia (1) que inclui um elemento de comutação de condução unidirecional (Tx2, Tx21) que inclui um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, processa apenas a corrente elétrica que flui a partir do segundo eletrodo ao dito primeiro eletrodo de condução, e que é disposto entre as ditas primeira e segunda linhas de fonte de alimentação com o dito primeiro eletrodo direcionado em direção ao dito lado da primeira linha de fonte de alimentação; um diodo (Dx22) conectado em paralelo ao dito elemento de comutação de condução unidirecional com um ânodo direcionado em direção ao dito lado da primeira linha de fonte de alimentação; e um capacitor (Cbx2) que inclui uma extremidade conectada ao dito primeiro eletrodo e outra conectada de maneira elétrica à outra extremidade da dita unidade de fonte de alimentação e que serve como uma fonte de alimentação de operação para emitir um sinal de comutação ao dito elemento de comutação de condução unidirecional quando carregado.

2. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um segundo diodo (Dbx2) disposto entre o dito capacitor e outra extremidade da dita unidade

Petição 870190065696, de 12/07/2019, pág. 6/10

2/2 de fonte de alimentação (Ed) que tem um anodo direcionado em direção à dita unidade de fonte de alimentação.

3. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um terceiro dio-

5 do (Dx21) que tem um cátodo direcionado em direção à dita primeira linha de fonte de alimentação, e um ânodo conectado ao dito primeiro eletrodo do dito elemento de comutação de condução unidirecional.

4. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita unidade de conversão de energia (1) in-

10 clui adicionalmente um segundo elemento de comutação (Tx22) conectado em série ao dito elemento de comutação de condução unidirecional (Tx21) e conectado em paralelo ao dito terceiro diodo (Dx21), e o dito capacitor funciona como uma fonte de alimentação de operação para emitir o sinal de comutação ao dito segundo elemento de comutação.

15 5. Conversor de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o dito circuito de comutação (2) inclui adicionalmente uma unidade de ajuste de tensão (VAy2) para abaixar uma tensão da dita unidade de fonte de alimentação (Ed) e para fornecer uma tensão de operação do dito elemento de comutação (Ty2).