BR112012024228B1 - método para controle de circuito de fornecimento de energia comutável - Google Patents

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Abstract

circuito de fornecimento de energia comutável, e método para controle de circuito de fornecimento de energia comutável. a presente invenção refere-se a um circuito de fornecimento de energia comutável que contribui para a obtenção de características elétricas de acordo com uma variação de uma carga. um circuito (3a) inclui um reator (l1), um diodo (d11), e um elemento comutador (s1), um diodo (d11), e um elemento comutador (s1). o reator (l1) e o diodo (d11) são conectados em série um com o outro em um linha de fornecimento de energia (lh1). o elemento comutador (s1) é fornecido entre uma linha de fornecimento de energia (ll) e um ponto entre o reator (l1) e o diodo (d11). um circuito (3b) inclui um reator (l2), um diodo (d21), e um elemento comutador (s2). o reator (l2) e o diodo (d21) são conectados em série um com o outro em um linha de fornecimento de energia (lh2). o elemento comutador (s2) é fornecido entre a linha de fornecimento de energia (ll) e um ponto entre o reator (l2) e o diodo (d21). características de pelo menos algum dos reatores (l1, l2), dos elementos comutadores (s1,s2), e dos diodos (d11,d21) são diferentes umas das outras.

Description

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA [0002] Como um circuito de correção de fator de potência para corrigir um fator de potência do lado de entrada, um circuito (chamado circuito de reforço) que inclui um reator, um diodo, e um elemento comutador tem sido proposto convencionalmente. Mais especificamente, o reator e o elemento comutador são conectados em série um com o outro entre dois terminais de entrada, e o diodo e o elemento comutador são conectados em série um com o outro entre dois terminais de saída. O diodo é fornecido com o anodo do mesmo direcionado para o lado do elemento comutador. Um capacitor de suavização é fornecido entre os dois terminais de saída.
[0003] Neste circuito, quando o elemento comutador está conduzindo, uma corrente flui nos terminais de entrada através do reator e do elemento comutador, e quando o elemento comutador não está conduzindo, uma corrente flui nos terminais de entrada através do reator, do diodo, e dos terminais de saída. Isto aumenta o ângulo de condução de uma corrente de entrada, e deste modo corrige um fator de potência do lado de entrada.
[0004] Um circuito de correção de fator de potência que inclui dois destes circuitos também tem sido proposto. Neste um circuito de correção de fator de potência, elementos comutadores que pertencem aos dois circuitos são feitos conduzir em tempos diferentes. Este circuito de
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2/35 correção de fator de potência é referenciado como um assim chamado circuito de correção de fator de potência tipo intercalado.
[0005] Além disso, o Documento de Patente 1 é revelado como uma técnica relacionada a presente invenção.
DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR
DOCUMENTOS DE PATENTE [0006] Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japonês Aberto à Inspeção Pública No. 11-289766 (1999)
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
PROBLEMAS PARA SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO [0007] No circuito de fornecimento de energia comutável que inclui dois circuitos mencionados acima, ainda existe espaço para inovação do ponto de vista de características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com uma variação de uma carga do capacitor de suavização em um caso onde a carga varia.
[0008] Portanto, um objetivo da presente invenção é fornecer um circuito de fornecimento de energia comutável que contribua para a obtenção de características elétricas de acordo com uma variação de uma carga.
MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS [0009] Um primeiro aspecto de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção inclui: primeiro e segundo terminais de entrada (P1, P2); primeiro e segundo terminais de saída (P3, P4); uma segunda linha de fornecimento de energia (LL) que conecta o segundo terminal de entrada e o segundo terminal de saída um ao outro; e uma pluralidade de circuitos (3, 3a, 3b), em que cada um da pluralidade de circuitos inclui: uma primeira linha de fornecimento de energia (LH1, LH2) que conecta o primeiro terminal de entrada e o primeiro terminal de saída um ao outro; um reator (L1, L2) fornecido na
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3/35 primeira linha de fornecimento de energia; um diodo (D11, D21) conectado em série com o reator na primeira linha de fornecimento de energia e disposto com um anodo do mesmo direcionado para o reator; e um elemento comutador (S1, S2) fornecido entre a segunda linha de fornecimento de energia e um ponto entre o reator e o diodo, e em que características do reator de um da pluralidade de circuitos e o reator de outro da pluralidade de circuitos são diferentes um do outro, ou características do elemento comutador do um da pluralidade de circuitos e o elemento comutador do outro da pluralidade de circuitos são diferentes um do outro, ou características do diodo do um da pluralidade de circuitos e do diodo do outro da pluralidade de circuitos são diferentes umas das outras.
[00010] Um segundo aspecto de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é o circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com o primeiro aspecto, em que o elemento comutador (S1) que pertence ao um da pluralidade de circuitos (3a) é um transistor bipolar de porta isolada, e o elemento comutador (S2) que pertence ao outro da pluralidade de circuitos (3b) é um transistor de efeito de campo MOS.
[00011] Um terceiro aspecto de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é o circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com o primeiro aspecto, em que o elemento comutador (S1) que pertence ao um da pluralidade de circuitos (3a) é formado de um semicondutor de carboneto de silício ou um semicondutor de nitreto de gálio, e o elemento comutador (S2) pertence ao outro da pluralidade de circuitos (3b) é formado de um semicondutor de silício.
[00012] Um quarto aspecto de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é o circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com qualquer um do primeiro
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4/35 ao terceiro aspectos, em que uma impedância do reator (L1) que pertence ao um da pluralidade de circuitos (3a) é menor do que uma impedância do reator que pertence ao outro da pluralidade de circuitos (3b). [00013] Um primeiro aspecto de um método para controle de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é um método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com qualquer um do primeiro ao quarto aspectos, em que o método inclui realizar: uma primeira etapa de manter o elemento comutador (S1, S2) que pertence a cada um da pluralidade de circuitos (3a, 3b) não conduzindo; e uma segunda etapa de, quando uma corrente que flui no primeiro e segundo terminais de entrada (P1, P2) exceder um primeiro valor predeterminado (Iref1), comutar repetidamente condução / não condução do elemento comutador (S1) que pertence ao um da pluralidade de circuitos (3a).
[00014] Um segundo aspecto de um método para controle de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é o método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com o primeiro aspecto, em que na segunda etapa, a condução / não condução do elemento comutador (S1) que pertence ao um da pluralidade de circuitos (3a) é comutada repetidamente baseada em um primeiro valor de comando de tensão CC que é maior do que uma tensão entre o primeiro e segundo terminais de saída (P3, P4) na primeira etapa.
[00015] Um terceiro aspecto de um método para controle de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é o método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com o primeiro ou segundo aspecto, que inclui adicionalmente realizar uma terceira etapa de, quando a corrente que flui no primeiro e segundo terminais de entrada (P1, P2) exceder um segundo valor predeterminado (Iref2) que é maior do que o primeiro valor predeterminado
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5/35 (Irefl), comutar repetidamente condução / não condução do elemento comutador (S1) do um da pluralidade de circuitos (3a) e do elemento comutador (S2) do outro da pluralidade de circuitos (3b).
[00016] Um quarto aspecto de um método para controle de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é o método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com o terceiro aspecto, em que na terceira etapa, a condução / não condução do elemento comutador (S1) do um da pluralidade de circuitos (3a) e do elemento comutador (S2) do outro da pluralidade de circuitos (3b), é comutada repetidamente baseada em um segundo valor de comando de tensão CC que é maior do que o primeiro valor de comando de tensão CC.
[00017] Um quinto aspecto de um método para controle de um circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção é o método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com qualquer um do primeiro ao quarto aspectos, que inclui adicionalmente, antes da primeira etapa e da segunda etapa, realizar: uma quarta etapa de manter o elemento comutador (S1, S2) que pertence a cada um da pluralidade de circuitos (3, 3a, 3b) não conduzindo, e obter um primeiro relacionamento entre a corrente e uma eficiência do circuito de fornecimento de energia comutável; e uma quinta etapa de comutar repetidamente condução / não condução do elemento comutador (S1) do um da pluralidade de circuitos (3a) baseada no primeiro valor de comando de tensão CC, e obter um segundo relacionamento entre a corrente e uma eficiência do circuito de fornecimento de energia comutável, em que a corrente que fornece a mesma eficiência tanto no primeiro relacionamento como no segundo relacionamento é adotada como o primeiro valor predeterminado (Iref1).
EFEITOS DA INVENÇÃO [00018] Como para o primeiro aspecto do circuito de fornecimento de
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6/35 energia comutável de acordo com a presente invenção, será apresentada abaixo uma descrição com um caso de exemplo onde a pluralidade de circuitos são dois primeiros e segundos circuitos.
[00019] As características de pelo menos um do reator, do elemento comutador, e do diodo do primeiro circuito são diferentes das características de pelo menos um do reator, do elemento comutador, e do diodo do segundo circuito. Consequentemente, as características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável em um primeiro estado onde apenas o primeiro circuito é operado são diferentes daquelas em um segundo estado onde apenas o segundo circuito é operado. As características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável em um terceiro estado onde tanto o primeiro como o segundo circuito são operados são diferentes das características elétricas no primeiro estado e no segundo estado.
[00020] Como descrito acima, três tipos de características elétricas, como o circuito de fornecimento de energia comutável, podem ser exibidas com os dois primeiro e segundo circuitos.
[00021] Além disso, as características elétricas no primeiro ao terceiro estados influenciam o fator de potência, a eficiência, e harmônicos, respectivamente. Portanto, selecionando apropriadamente o primeiro ao terceiro estados, o fator de potência, a eficiência, e harmônicos podem ser ajustados apropriadamente.
[00022] Neste circuito de fornecimento de energia comutável, por exemplo, o primeiro ao terceiro estados podem ser selecionados apropriadamente de acordo com uma variação de uma carga conectada ao primeiro e segundo terminais de saída. Consequentemente, isto contribui para a obtenção das características elétricas de acordo com a variação da carga.
[00023] No segundo aspecto do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, o circuito que tem um
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7/35 transistor de efeito de campo MOS tem uma capacidade de corrente menor do que aquela de um transistor bipolar de porta isolada, e é usado amplamente em um receptor de televisão ou algo semelhante. Isto permite o uso de um componente de propósito geral, e, portanto um custo é reduzido.
[00024] No terceiro aspecto do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, o elemento comutador formado de um semicondutor de carboneto de silício ou um semicondutor de nitreto de gálio tem uma perda de condução menor e um uma resistência de tensão maior do que aquelas do elemento comutador formado de um semicondutor de silício.
[00025] No quarto aspecto do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, o reator que pertence ao um da pluralidade de circuitos pode ser reduzido.
[00026] No primeiro aspecto de método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, quando a corrente é menor do que o primeiro valor predeterminado, todos os elementos comutadores são tornados não condutores. Em um estado onde a corrente é baixa, uma perda de comutação ocupa uma grande proporção de uma perda que ocorre no circuito, e, portanto pode ser aumentada a eficiência em um estado onde a corrente é menor do que o primeiro valor predeterminado. Por outro lado, quando a corrente é maior do que o primeiro valor predeterminado, a condução / não condução do elemento comutador que pertence ao um da pluralidade de circuitos é comutada repetidamente, e deste modo a eficiência neste estado pode ser melhorada.
[00027] No segundo aspecto do método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, uma operação estável do circuito na segunda etapa é obtida em um intervalo onde a corrente é alta, quando comparado com um método de
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8/35 controle em que o primeiro valor de comando de tensão CC é determinado igual à tensão CC na primeira etapa. Por outro lado, a eficiência do circuito em um intervalo onde a corrente é baixa pode ser aumentada.
[00028] No terceiro aspecto do método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, em um estado onde a corrente é baixa, a perda de comutação ocupa uma grande proporção da perda que ocorre no circuito, e, portanto a eficiência em um estado onde a corrente é menor do que o segundo valor predeterminado pode ser aumentada. Por outro lado, quando a corrente é maior do que o segundo valor predeterminado, a condução / não condução dos elementos comutadores que pertencem ao um e ao outro da pluralidade de circuitos é comutada repetidamente, e deste modo a eficiência neste estado pode ser melhorada.
[00029] No quarto aspecto do método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, a eficiência na terceira etapa pode ser melhorada, quando comparada com um método de controle em que o segundo valor de comando de tensão CC é determinado igual ao primeiro valor de comando de tensão CC.
[00030] No quinto aspecto do método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável de acordo com a presente invenção, a primeira etapa e a segunda etapa podem ser selecionadas de modo a obter a eficiência mais alta.
[00031] Estes e outros objetivos, características, aspectos e vantagens da presente invenção ficarão mais evidentes a partir da descrição detalhada da presente invenção a seguir quando tomada em conjunto com os desenhos em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [00032] As figuras 1 e 2 são diagramas que mostram um exemplo de
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9/35 uma configuração conceituai de um circuito de fornecimento de energia comutável;
[00033] A figura 3 é um diagrama conceitual que mostra um exemplo de um estado de condução / não condução de cada uma das correntes de elemento comutador que flui em reatores, e a soma das correntes que fluem nos reatores;
[00034] A figura 4 é um diagrama que mostra um exemplo de uma configuração conceitual do circuito de fornecimento de energia comutável;
[00035] A figura 5 é um diagrama que mostra um período de tempo durante o qual cada temperatura do ar externo ocorre no Japão, e o relacionamento entre a temperatura do ar externo e uma carga de condicionamento de ar;
[00036] As figura 6 a 8 são diagramas que mostra esquematicamente um exemplo do relacionamento da eficiência relativa para uma corrente; [00037] As figuras 9 a 11 são diagramas conceituais que mostram um exemplo de correntes que fluem nos reatores e a soma das mesmas; e [00038] A figura 12 é um diagrama conceitual que mostra um exemplo de correntes.
MODALIDADE PARA EXECUTAR A INVENÇÃO
Primeira Modalidade [00039] Como ilustrado na figura 1, um circuito de fornecimento de energia comutável inclui uma pluralidade de circuitos 3, terminais de entrada P1, P2, e terminais de saída P3, P4.
[00040] Uma tensão CC é aplicada entre os terminais de entrada P1, P2. Na ilustração da figura 1, um circuito retificador de diodo 2 é conectado aos terminais de entrada P1, P2. O circuito retificador de diodo 2 retifica uma tensão CA fornecida de uma fonte de energia CA 1, e aplica uma tensão CC obtida após a retificação entre os terminais de entrada
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P1, P2. Aqui, um potencial aplicado ao terminal de entrada P2 é menor do que um potencial aplicado ao terminal de entrada P1. Não é um requisito essencial que o circuito retificador de diodo 2 seja conectado aos terminais de entrada P1, P2. É suficiente que alguma configuração para aplicar uma tensão CC entre os terminais de entrada P1, P2 seja conectada aos terminais de entrada P1, P2.
[00041] Cada um da pluralidade de circuitos 3 é conectado aos terminais de entrada P1, P2 e aos terminais de saída P3, P4. Cada um dos circuitos 3 funciona como um circuito de reforço para reforçar a tensão CC aplicada aos terminais de entrada P1, P2 e também funciona como um circuito de correção de fator de potência para melhorar um fator de potência do lado de entrada, como será descrito posteriormente.
[00042] Um capacitor de suavização C1 é fornecido entre os terminais de saída P3, P4. O capacitor de suavização C1 suaviza a tensão CC reforçada por cada circuito 3.
[00043] Um capacitor C2 pode ser fornecido entre os terminais de entrada P1, P2. O capacitor C2 pode reduzir um ruído de uma corrente entrada para cada circuito 3.
[00044] A figura 2 mostra conceitualmente um exemplo de uma configuração específica da pluralidade de circuitos 3. Na figura 2, como um exemplo, dois circuitos 3a, 3b são mostrados. Na ilustração da figura 2, saídas dos circuitos 3a, 3b são entradas para um inversor 4 através do capacitor de suavização C1. Ou seja, os terminais de saída P3, P4 são conectados ao inversor 4 no lado de entrada do inversor 4.
[00045] O terminal de entrada P2 e o terminal de saída P4 são conectados um ao outro por uma linha de fornecimento de energia LL. [00046] O circuito 3a inclui uma linha de fornecimento de energia LH1, um reator L1, um diodo D11, e um elemento comutador S1. A linha de fornecimento de energia LH1 conecta o terminal de entrada P1 e o terminal de saída P3 um ao outro. O reator L1 é fornecido na linha de
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11/35 fornecimento de energia LH1. O diodo D11 é conectado em série com o reator L1 no lado do terminal de saída P3 do reator L1. O diodo D11 é fornecido com o anodo do mesmo direcionado para o reator L1.
[00047] O elemento comutador S1 é fornecido entre a linha de fornecimento de energia LL e um ponto entre o reator L1 e o diodo D11. A condução / não condução do elemento comutador S1 é controlada pela seção de controle 5. Na ilustração da figura 2, o elemento comutador S1 inclui um transistor T1 e um diodo D12. O transistor T1 é, por exemplo, um transistor bipolar de porta isolada, e fornecido com um eletrodo emissor do mesmo direcionado para o lado da linha de fornecimento de energia LL. Não é sempre necessário que o elemento comutador S1 inclua o transistor T1 e o diodo D12. Por exemplo, pode ser aceitável que o diodo D12 não seja fornecido. Como o elemento comutador S1, por exemplo, um transistor de efeito de campo MOS (Semicondutor de Óxido de Metal) pode ser adotado.
[00048] O circuito 3b inclui uma linha de fornecimento de energia LH2, um reator L2, um diodo D21, e um elemento comutador S2. Um relacionamento de conexão entre a linha de fornecimento de energia LH2, o reator L2, o diodo D21, e o elemento comutador S2 é o mesmo que o relacionamento de conexão entre a linha de fornecimento de energia LH1, o reator L1, o diodo D11, e o elemento comutador S1. Na ilustração da figura 2, o elemento comutador S2 inclui um transistor T2 e um diodo D22. O relacionamento de conexão entre o transistor T2 e o diodo D22 é o mesmo como o relacionamento de conexão entre o transistor T1 e o diodo D12. O diodo D22 não é um requisito essencial, e o elemento comutador S2 pode ser, por exemplo, um transistor de efeito de campo MOS. A condução / não condução do elemento comutador S2 é controlada pela seção de controle 5.
[00049] A seguir, o controle dos elementos comutadores S1, S2 será descrito, e um sujeito primário do mesmo é a seção de controle 5, se
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12/35 não especificado em contrário.
[00050] Aqui, a seção de controle 5 é configurada para incluir um microcomputador e um dispositivo de armazenamento. O microcomputador executa etapas do processo (em outras palavras, procedimentos) descritos em um programa. O dispositivo de armazenamento mencionado acima pode ser configurado com, por exemplo, um ou uma pluralidade de vários dispositivos de armazenamento tais como uma ROM (Memória Somente de Leitura), uma RAM (Memória de Acesso Randômico), uma memória não volátil regravável (por exemplo, uma EPROM (ROM programável apagável)), e um dispositivo de disco rígido. O dispositivo de armazenamento armazena vários tipos de informação, dados, e assim por diante, e também armazena o programa executado pelo microcomputador, e também fornece uma área de trabalho para a execução do programa. Pode ser entendido que o microcomputador funciona como vários meios que correspondem às etapas do processo descritas no programa, ou alternativamente pode ser entendido que o microcomputador implementa várias funções que correspondem às etapas do processo. Aqui, a seção de controle 5 não é limitada a isto, e vários procedimentos executados pela seção de controle 5, ou vários meios ou várias funções implementadas pela seção de controle 5, podem ser parcial ou totalmente implementadas como hardware.
Operação Individual de Circuitos 3a, 3b [00051] Neste circuito de fornecimento de energia comutável, é possível fazer o elemento comutador S2 não conduzir de modo que o circuito 3a seja operado individualmente. Igualmente, é possível fazer o elemento comutador S1 não conduzir de modo que o circuito 3b seja operado individualmente. Primeiramente, será descrita uma operação individual do circuito 3a.
[00052] No circuito 3a, quando o elemento comutador S1 está conduzindo, uma corrente flui do terminal de entrada P1 para o terminal de
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13/35 entrada P2 através do reator L1 e do elemento comutador S1. Esta corrente aumenta de acordo com uma inclinação que é determinada por uma indutância do reator L1 e a tensão CC entre os terminais de entrada P1, P2 (ver uma corrente IL1 na figura 3). Devido a esta corrente, energia eletromagnética é acumulada no reator L1.
[00053] Quando o elemento comutador S1 comuta de condução para não condução, uma corrente flui do terminal de entrada P1 para o terminal de entrada P2 através do reator L1, do diodo D11, e do capacitor de suavização C1 (ver figura 1). Neste momento, uma tensão (tensão induzida) provocada pela energia eletromagnética acumulada no reator L1 é adicionada à tensão CC entre os terminais de entrada P1, P2, e a soma das mesmas é aplicada ao capacitor de suavização C1. Portanto, a tensão CC entre os terminais de entrada P1, P2 pode ser reforçada, e a tensão CC obtida após o reforço pode ser aplicada ao capacitor de suavização C1.
[00054] Esta corrente diminui com uma inclinação que é baseada na indutância do reator L1, em uma capacitância eletrostática do capacitor de suavização C1, e algo semelhante (ver a corrente IL1 na figura 3). Em seguida, quando esta corrente, ou seja, a corrente IL1, se torna zero, o elemento comutador S1 é feito conduzir novamente. Depois disso, a operação descrita acima é repetida. Esta operação faz com que a corrente IL1 mude enquanto exibe uma forma semelhante a dente de serra. Este modo em que o elemento comutador S1 é feito conduzir imediatamente após a corrente IL1 que flui no reator L1 alcançar zero é um assim chamado modo de corrente crítica.
[00055] Como descrito acima, o circuito 3a pode funcionar como o circuito de fornecimento de energia comutável que reforça a tensão entre os terminais de entrada P1, P2 e aplica a tensão reforçada entre os terminais de saída P3, P4. Mesmo em um período de tempo em que uma corrente não flui para o capacitor de suavização C1 (um período
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14/35 de tempo em que o elemento comutador S1 está conduzindo), uma corrente flui no circuito retificador de diodo 2. Portanto, um ângulo de condução da corrente que flui no circuito retificador de diodo 2 pode ser aumentado. Em outras palavras, o circuito 3a pode funcionar como um circuito de correção de fator de potência.
[00056] Para obter esta comutação do circuito 3a, a corrente IL1 que flui no reator L1 é detectada, e a corrente detectada IL1 é entrada para a seção de controle 5. A seção de controle 5, por exemplo, detecta o cruzamento de zero da corrente IL1, e, de um ponto do tempo quando o cruzamento de zero é detectado, fornece um sinal de comutação para o elemento comutador S1. Em seguida, em consequência da passagem de um período de tempo determinado baseado em um valor de comando de tensão CC arbitrário (a valor de comando que diz respeito à tensão entre os terminais de saída P3, P4), a seção de controle 5 para a saída do sinal de comutação.
[00057] Uma operação individual do circuito 3b é similar àquela do circuito 3a. Consequentemente, o circuito 3b funciona como um circuito de reforço e também funciona como um circuito de correção de fator de potência. Para obter esta comutação do circuito 3b, uma corrente IL2 que flui no reator L2 é detectada, e a corrente detectada IL2 é entrada para a seção de controle 5. A seção de controle 5, por exemplo, detecta o cruzamento de zero da corrente IL2, e, de um ponto do tempo quando o cruzamento de zero é detectado, fornece um sinal de comutação para o elemento comutador S2. Em seguida, em consequência da passagem de um período de tempo determinada baseado em um valor de comando de tensão CC arbitrário, a seção de controle 5 para a saída do sinal de comutação.
[00058] Embora o modo de corrente crítica seja adotado nos exemplos descritos acima, isto não é limitante. Por exemplo, é possível que o elemento comutador S1 ou o elemento comutador S2 sejam feitos
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15/35 conduzir quando a corrente IL1 alcançar um valor predeterminado maior do que zero. Este modo é um assim chamado modo de corrente contínua. Também é possível que o elemento comutador S1 ou o elemento comutador S2 sejam feitos conduzir quando um período de tempo predeterminado tenha passado após o ponto do tempo quando a corrente IL1 alcançou zero. Este modo é um assim chamado modo de corrente não contínua. Algum dos modos é adotável, e isto também é verdade para outras modalidades descritas posteriormente. A seguir, entretanto, o modo de corrente crítica será descrito como um exemplo típico.
Operação Cooperativa de Circuitos 3a, 3b [00059] Neste circuito de fornecimento de energia comutável, os circuitos 3a, 3b podem ser operados cooperativamente. Esta operação também é chamada intercalada. A seguir, serão descritos detalhes.
[00060] O elemento comutador S2 é feito conduzir quando um período de tempo predeterminado (o período de tempo predeterminado pode ser zero) tiver passado após um ponto do tempo quando o elemento comutador S1 foi feito conduzir. Este período de tempo predeterminado é um período de tempo mais curto do que um período de tempo (daqui em diante também referenciado como ciclo) T de quando o elemento comutador S1 é feito conduzir até quando o elemento comutador S1 é feitos conduzir novamente. Na ilustração da figura 3, uma metade do período de tempo T é adotada como o período de tempo predeterminado, e um caso onde a metade do período de tempo T é adotada como o período de tempo predeterminado será descrito abaixo. Uma vez que um ponto do tempo quando o elemento comutador S2 é feito conduzir é determinado com base em um ponto do tempo quando o elemento comutador S1 é feito conduzir, pode ser entendido que o elemento comutador S1 é um elemento comutador do lado mestre e o elemento comutador S2 é um elemento comutador do lado escravo.
[00061] Devido à comutação descrita acima, o circuito 3b é operado
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16/35 de maneira similar com um atraso de uma metade do ciclo atrás do circuito 3a. Portanto, a corrente IL2 que flui no reator L2 é atrasada por uma metade do ciclo relativa à corrente IL1 que flui no reator L1.
[00062] Em um caso onde apenas o circuito 3a é operado individualmente, uma corrente I que flui no circuito retificador de diodo 2 é igual à corrente IL1 que flui no reator L1. Por outro lado, em um caso onde os circuitos 3a, 3b são operados cooperativamente, a corrente I que flui no circuito retificador de diodo 2 é igual à soma das correntes IL1, IL2. Na soma, uma parte de valor baixo (assim chamado vale ) da corrente IL1 é compensada por uma parte de valor alto (assim chamado pico) da corrente IL2. Da mesma maneira, um vale da corrente IL2 é compensado por um pico da corrente IL1. Consequentemente, um componente variável (assim chamado componente harmônico) da corrente I pode ser reduzido (ver a corrente I na figura 3). Embora um deslocamento entre os ciclos das correntes IL1, IL2 não é limitado a uma metade do ciclo, uma metade do ciclo provoca a maior redução do componente harmônico. Além disso, uma vez que o vale da corrente IL1 é compensado pelo pico da corrente IL2, o valor médio da corrente I é aumentado. Em outras palavras, o valor máximo da corrente I pode ser abaixado para obter o mesmo valor médio como em um caso onde o circuito 3a é operado individualmente.
[00063] Para obter esta comutação dos circuitos 3a, 3b, a seção de controle 5, por exemplo, detecta o cruzamento de zero da corrente IL1, e, a partir de um ponto do tempo quando o cruzamento de zero é detectado, fornece um sinal de comutação para o elemento comutador S1. Em seguida, em consequência da passagem de um período de tempo determinada baseado em um comando de valor de tensão CC arbitrário, a seção de controle 5 para a saída do sinal de comutação. Concorrentemente com isto, a seção de controle 5 fornece um sinal de comutação para o elemento comutador S2 a partir de um ponto do tempo quando
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17/35 um período de tempo predeterminado (por exemplo, uma metade do ciclo) tiver passado após o ponto do tempo quando o cruzamento de zero da corrente IL1 foi detectado, e em consequência da passagem de um período de tempo determinada baseado em um comando de valor de tensão CC arbitrário, para a saída do sinal de comutação.
[00064] Como descrito acima, neste circuito de fornecimento de energia comutável, cada um dos circuitos 3a, 3b pode ser operado individualmente, e os circuitos 3a, 3b podem ser operados cooperativamente, também. A seção de controle 5 também tem uma função para comutar entre a operação individual do circuito 3a, a operação individual do circuito 3b, e a operação cooperativa dos circuitos 3a, 3b.
Características de Circuitos 3a, 3b [00065] Nesta modalidade, características de pelo menos algum dos elementos comutadores S1, S2, dos diodos D11, D21, e dos reatores L1, L2 que pertencem aos circuitos 3a, 3b, respectivamente, são diferentes umas das outras. Consequentemente, características elétricas do circuito 3a e características elétricas do circuito 3b são diferentes umas das outras.
[00066] Portanto, características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável em um primeiro estado onde o circuito 3a é operado individualmente, e características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável em um segundo estado onde o circuito 3b é operado individualmente são diferentes umas das outras. Além disso, características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável em um terceiro estado onde os circuitos 3a, 3b são operados cooperativamente são diferentes das características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável tanto no primeiro estado como no segundo estado.
[00067] Portanto, neste circuito de fornecimento de energia comutável, podem ser exibidos três tipos de características elétricas com os
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18/35 dois circuitos 3a, 3b. Além disso, é possível adotar um estado zeroésimo onde nenhum dos dois circuitos 3a, 3b são operados, ou seja, um estado onde ambos os elementos comutadores S1, S2 não estão conduzindo. A adoção deste permite que quatro tipos de características elétricas sejam exibidas com os dois circuitos 3a, 3b.
[00068] Daqui em diante, exemplos de diferentes características de dispositivos entre os circuitos 3a, 3b serão mencionadas. Por exemplo, indutâncias dos reatores L1, L2, características de recuperação inversa e tensões diretas dos diodos D11, D21, características de condução e constantes de porta dos elementos comutadores S1, S2, e algo semelhante, podem ser mencionadas. Cada uma destas características de dispositivo influencia qualquer um de fator de potência, eficiência, e harmônicos incluídos na corrente, do circuito de fornecimento de energia comutável. Adicionalmente, as influências destas características do dispositivo no fator de potência, na eficiência, e nos harmônicos dependem de uma carga (tal como uma corrente de saída e uma frequência de saída) do inversor 4. Portanto, é preferível, por exemplo, operar o circuito de fornecimento de energia comutável enquanto adotando apropriadamente o primeiro estado, o segundo estado, ou o terceiro estado de acordo com a distinção entre baixa, média, e alta da carga do inversor 4 (por exemplo, a distinção de um intervalo baixo, um intervalo médio, e um intervalo alto da frequência de saída do inversor 4). Alternativamente, também é aceitável adotar o estado zero-ésimo, o primeiro estado, e o terceiro estado de acordo com a distinção entre baixa, média, e alta da carga do inversor 4, respectivamente. Desnecessário dizer, que é aceitável adotar o zero-ésimo ao terceiro estados enquanto distinguindo o estado de carga do inversor 4 em quatro intervalos. Em seguida, determinando apropriadamente as características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável no zero-ésimo estado, no primeiro estado, no segundo estado, e no terceiro estado, o circuito de
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19/35 fornecimento de energia comutável pode ser operado no estado de operação mais apropriado de acordo com a carga do inversor 4. Em outras palavras, este circuito de fornecimento de energia comutável contribui para a obtenção das características elétricas de acordo com uma variação da carga.
[00069] Como descrito acima, os circuitos 3a, 3b são ilustrados como
a pluralidade de circuitos 3. Entretanto, quando N circuitos 3 que tem diferentes características do dispositivo são adotados, a quantidade de combinações S dos mesmos é representada pela expressão abaixo.
Matemática 1 s=LNinC. +1 ... (1)
[00070] Aqui, aCb é representado pela expressão abaixo. Matemática 2 c _ ax(a-1)χ···χ(a-b-1) a n bx(b-1)χ···χ 1 Ç
[00071] Consequentemente, quando são fornecidos N circuitos 3 que
têm diferentes características do dispositivo, S padrões de características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável são obtidos. Em outras palavras, este circuito de fornecimento de energia comutável contribui para a obtenção das características elétricas de acordo com um estado de carga mais delicado. Aqui, alguns da pluralidade de circuitos 3 podem ter as mesmas características de dispositivo. [00072] A figura 4 é um diagrama que mostra um exemplo do circuito de fornecimento de energia comutável. O circuito de fornecimento de energia comutável ilustrado na figura 4 é diferente do circuito de fornecimento de energia comutável ilustrado na figura 2, em termos dos dois elementos comutadores S1, S2 que pertencem aos circuitos 3a, 3b, respectivamente. Para ser específico, o elemento comutador S1 é um transistor bipolar de porta isolada. O elemento comutador S2 é um transistor
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20/35 de efeito de campo MOS. O termo “MOS” tem sido usado para a estrutura laminada de metal/óxido/semicondutor nos velhos tempos, e foi nomeado com as letras iniciais de Semicondutor de Óxido de Metal. Entretanto, especialmente em um transistor de efeito de campo que tem uma estrutura MOS, do ponto de vista do aprimoramento recente na integração e no processo de fabricação, etc., os materiais de uma película de isolamento de porta e um eletrodo de porta foram melhorados. [00073] Por exemplo, no transistor de efeito de campo MOS, principalmente do ponto de vista de formar a fonte e o dreno de uma maneira de autoalinhamento, agora tem sido adotado silício policristalino, em vez de um metal, como o material do eletrodo de porta. Embora um material que tenha uma alta constante dielétrica seja adotado como o material da película de isolamento de porta do ponto de vista de melhorar as características elétricas, este material não é limitado a óxidos.
[00074] Portanto, a adoção do termo “MOS” não é necessariamente limitada a uma estrutura laminada de metal/óxido/semicondutor, e esta especificação não assume esta limitação. Ou seja, em vista do conhecimento técnico geral comum, o termo “MOS” neste documento não é apenas uma abreviação derivada da origem da palavra mas também tem um sentido amplo que inclui uma estrutura empilhada de condutor/isolador/semicondutor.
[00075] Um transistor bipolar de porta isolada tem, como suas características de dispositivo, um perda de condução maior do que aquela de um transistor de efeito de campo MOS, e tem, como suas características de dispositivo, capacidade de corrente maior do que aquela de um transistor de efeito de campo MOS.
[00076] Consequentemente, por exemplo, em uma região onde a corrente I é baixa (por exemplo, onda a carga do inversor 4 fica em um intervalo baixo), apenas o circuito 3b é operado individualmente. Uma vez que o elemento comutador S1 não está conduzindo na região onde
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21/35 a corrente I é baixa, a ocorrência de uma perda de condução é suprimida e, portanto a eficiência é melhorada. Por exemplo, em uma região onde a corrente é média (por exemplo, onda a carga do inversor 4 fica em um intervalo médio), apenas o circuito 3a é operado individualmente. Como um resultado, mesmo se a capacidade de corrente do elemento comutador S2 for deficiente, danos ao elemento comutador S2 são evitados devido ao elemento comutador S1 que tem uma grande capacidade de corrente ser usado.
[00077] Por exemplo, em uma região onde a corrente I é alta (por exemplo, onda carga do inversor 4 fica em um intervalo alto), os circuitos 3a, 3b são operados cooperativamente. Como um resultado, mesmo se a capacidade de corrente do elemento comutador S1 for deficiente devido à operação individual do circuito 3a, a corrente é distribuída para dos elementos comutadores S1, S2 e, portanto a corrente que flui em cada um dos elementos comutadores S1, S2 é reduzida. Aqui, em vista de uma diferença entre as capacidades de corrente dos elementos comutadores S1, S2, é preferível que o valor máximo da corrente que flui no elemento comutador S2 seja menor do que o valor máximo da corrente que flui no elemento comutador S1. Isto é obtido em consideração aos dois pontos a seguir. Primeiramente, quando o reator L2 tem uma alta indutância, a inclinação da corrente que flui no elemento comutador S2 (ou seja, a inclinação do aumento da corrente IL2) pode ser reduzida. Em segundo lugar, quando o período de tempo em que o elemento comutador S2 está conduzindo é curto, o valor máximo da corrente que flui no elemento comutador S2 é abaixado. Consequentemente, determinando apropriadamente a indutância do reator L2 e o período de tempo em que o elemento comutador S2 está conduzindo, o valor máximo da corrente que flui no elemento comutador S2 pode ser feito menor do que o valor máximo da corrente que flui no elemento comutador S1.
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22/35 [00078] O circuito 3b que adota um transistor de efeito de campo MOS como o elemento comutador S2 é usado amplamente em, por exemplo, um receptor de televisão. Portanto, uma vez que é permitida a adoção do elemento comutador S2 que é um componente de propósito geral, o custo de fabricação pode ser reduzido.
[00079] O elemento comutador S1 pode ser formado de um semicondutor SiC (carboneto de silício) ou um GaN (semicondutor de nitreto de gálio), e o elemento comutador S2 pode ser formado de um semicondutor Si (silício). O elemento comutador S1 formado de um semicondutor SiC ou um semicondutor GaN tem uma perda de condução menor do que, por exemplo, o elemento comutador S2 formado de um semicondutor Si. Portanto, por exemplo, a eficiência no primeiro estado onde o circuito 3a é operado individualmente é aumentada adicionalmente. Por outro lado, o custo de fabricação do elemento comutador S2 formado de um semicondutor Si é menor do que o custo de fabricação do elemento comutador S1 formado por um semicondutor SiC ou um semicondutor GaN. Portanto, o custo de fabricação pode ser reduzido, quando comparado com um caso onde ambos os elementos comutadores S1, S2 são formados de um semicondutor SiC ou um semicondutor GaN.
[00080] Como o reator L2, pode ser adotado um reator que tenha uma pequena capacidade de corrente. Ou seja, o diâmetro do fio de uma bobina incluída no reator L2 pode ser reduzido. Isto pode reduzir o reator L2, e o custo de fabricação pode ser reduzido. O circuito 3b que adota este reator L2 é também usado amplamente em um receptor de televisão ou algo semelhante. Portanto, uma vez que é permitida a adoção do reator L2 que é um componente de propósito geral, o custo de fabricação pode ser reduzido.
Aparelho de Condicionamento de Ar Montado com Circuito de Fornecimento de Energia Comutável
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23/35 [00081] A seguir, será apresentada uma consideração para um caso onde este circuito de fornecimento de energia comutável é fornecido em um aparelho de condicionamento de ar. Aqui, de maneira similar à ilustração da figura 2, este circuito de fornecimento de energia comutável é fornecido no lado de entrada do inversor 4, e o inversor 4 aplica uma tensão CA a um motor, não mostrado, para controlar a velocidade de rotação do motor. O motor aciona um compressor ou um ventilador fornecido no aparelho de condicionamento de ar.
[00082] A figura 5 mostra um período de tempo durante o qual cada temperatura do ar externo ocorre no Japão, e o relacionamento entre a temperatura do ar externo e uma carga de condicionamento de ar. A carga de condicionamento de ar mostrada na figura 5 é entendida como uma carga de aquecimento quando a temperatura do ar externo estiver em um intervalo menor do que 20 graus Celsius (daqui em diante, omitida), e entendido como uma carga de resfriamento quando a temperatura do ar externo estiver em um intervalo maior do que 20 graus. Como ilustrado na figura 5, em uma operação de aquecimento, como a temperatura do ar externo é mais baixa, a carga de aquecimento aumenta, e, portanto a carga do inversor 4 aumenta. Entretanto, como mostrado na figura 5, um período de tempo durante o qual a temperatura do ar externo é, por exemplo, 5 graus ou menos é relativamente curto por todo o ano.
[00083] Consequentemente, um período de tempo em que um alto valor da capacidade de aquecimento é requerido é curto. Por exemplo, se a capacidade (neste documento, a capacidade de aquecimento) exibida pelo aparelho de condicionamento de ar quando a temperatura do ar externo é aproximadamente -1 graus (T1) é definida como uma capacidade de aquecimento nominal P1, uma capacidade de aquecimento intermediária P2 que tem metade do valor da capacidade nominal é coincidente com a capacidade exibida quando a temperatura do ar
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24/35 externo é 7 a 8 graus (T2). Um período de tempo em que a operação é realizada com a capacidade de aquecimento intermediária P2 ou menos (um período de tempo em que a temperatura do ar externo é maior do que 7 a 8 °C) é mais longo do que um período de tempo em que a operação é realizada com a capacidade de aquecimento intermediária P2 ou mais (um período de tempo em que a temperatura do ar externo é menor do que 7 a 8 °C). Em outras palavras, por todo o ano, o inversor 4 é frequentemente operado com a carga de condicionamento de ar sendo igual ou menor do que a capacidade de aquecimento intermediária P2.
[00084] Por outro lado, em uma operação de refrigeração, como a temperatura do ar externo é mais alta, uma maior capacidade de refrigeração é requerida. Entretanto, como ilustrado na figura 5, um período de tempo durante o qual a temperatura do ar externo é, por exemplo, 33 graus ou maior é relativamente curto. Consequentemente, um período de tempo em que um alto valor da capacidade de refrigeração é requerido é curto. Por exemplo, se a capacidade (neste documento, a capacidade de refrigeração) exibida pelo aparelho de condicionamento quando a temperatura do ar externo é aproximadamente 35 graus (T4) é definida como uma capacidade de refrigeração nominal P4, uma capacidade de refrigeração intermediária P3 do mesmo é coincidente com a capacidade exibida quando a temperatura do ar externo é aproximadamente 29 graus (T3). Um período de tempo em que a operação é realizada com a capacidade de refrigeração intermediária P3 ou menos é relativamente longo.
[00085] Como descrito acima, no aparelho de condicionamento de ar que é frequentemente operado com uma carga sendo média ou menor, a melhoria nas características elétricas do circuito de fornecimento de energia comutável com respeito à carga que é média ou menor é parti
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25/35 cularmente demandada, quando comparado com um caso onde o circuito de fornecimento de energia comutável é adotado em outros campos.
[00086] Portanto, este circuito de fornecimento de energia comutável é controlado, por exemplo, como a seguir. Aqui, será apresentada uma descrição para um caso de exemplo onde a comutação entre o zeroésimo estado, o primeiro estado, e o terceiro estado é realizada de acordo com um status da carga. Um status da carga é distinguido baseado em, por exemplo, a corrente I. Consequentemente, aqui, por exemplo, a comutação entre o zero-ésimo estado, o primeiro estado, e o terceiro estado é realizada de acordo com a magnitude da corrente I.
[00087] A figura 6 mostra um exemplo do relacionamento entre a magnitude da corrente I e a eficiência em cada estado. Na ilustração da figura 6, os relacionamentos da corrente I para as eficiências no zeroésimo estado, no primeiro estado, e no terceiro estado são indicados pela linha curva sólida, pela linha curva quebrada, e pela linha curva de traço alternado longo e curto, respectivamente. Estes relacionamentos podem ser obtidos antecipadamente por experimentos ou simulações. Por exemplo, o relacionamento no estado zero-ésimo pode ser obtido calculando a eficiência do circuito de fornecimento de energia comutável enquanto muda a corrente I com todos os elementos comutadores S1, S2 mantidos não conduzindo. O mesmo é verdade para o primeiro estado e o terceiro estado.
[00088] Como ilustrado na figura 6, a eficiência em cada estado geralmente tem uma forma convexa para cima. Um valor de corrente I1 que atinge o pico da eficiência no estado zero-ésimo é menor do que um valor de corrente I2 que atinge o pico da eficiência no primeiro estado, e o valor de corrente I2 é menor do que um valor de corrente I3 que atinge o pico da eficiência no terceiro estado. Em seguida, a eficiência no estado zero-ésimo e a eficiência no primeiro estado atingem o
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26/35 mesmo valor em um valor de corrente Irefl que é maior do que o valor de corrente I1 e menor do que o valor de corrente I2. A eficiência no primeiro estado e a eficiência no terceiro estado atingem o mesmo valor em um valor de corrente Iref2 que é maior do que o valor de corrente I2 e menor do que a valor de corrente I3.
[00089] Consequentemente, para melhorar a eficiência em um amplo intervalo de correntes, a comutação entre o zero-ésimo estado, o primeiro estado, e o terceiro estado é realizada como a seguir. Ou seja, quando a corrente I é menor do que o valor de corrente Iref1, o estado zero-ésimo é adotado não operando os circuitos 3a, 3b, Ou seja, mantendo os elementos comutadores S1, S2 não conduzindo, e quando a corrente I é maior do que o valor de corrente Iref1, o primeiro estado é adotado operando singularmente o circuito 3a, Ou seja, comutando repetidamente condução / não condução do elemento comutador S1. Quando a corrente I é maior do que o valor de corrente Iref2, o terceiro estado é adotado operando cooperativamente os circuitos 3a, 3b, ou seja, comutando repetidamente condução / não condução dos elementos comutadores S1, S2. Deste modo, como ilustrado na figura 7, a eficiência pode ser aumentada em um amplo intervalo da corrente I (em outras palavras, em um amplo intervalo da carga).
[00090] Na ilustração das figuras 6 e 7, para o propósito de comparação, o relacionamento entre a corrente e a eficiência em um circuito de fornecimento de energia comutável que tem o circuito individual 3a é indicada pela linha curva de traços alternados longo e dois curtos. Na ilustração das figuras 6 e 7, para melhorar a eficiência na região inteira da corrente I, uma constante de circuito do circuito de fornecimento de energia comutável é determinada de modo que a eficiência tenha seu pico na vizinhança do centro da mesma (na vizinhança do valor de corrente I2). Como entendido da ilustração das figuras 6 e 7, o método de
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27/35 controle descrito acima pode melhorar a eficiência em um amplo intervalo da corrente I.
[00091] Como descrito acima, este método de controle pode melhorar a eficiência em um amplo intervalo da carga. Particularmente, adotando o estado zero-ésimo quando a corrente I é menor do que o valor de corrente Iref1, a eficiência pode ser melhorada em uma região onda a carga é baixa. Consequentemente, este método de controle é particularmente eficaz para um aparelho de condicionamento de ar que é frequentemente operado com uma capacidade intermediária ou menor.
[00092] Quando a corrente é coincidente com o valor de corrente Iref1, qualquer um de estado zero-ésimo e primeiro estado pode ser adotado, e quando a corrente é coincidente com o valor de corrente Iref2, qualquer um de primeiro estado e terceiro estado pode ser adotado. Adicionalmente, os critérios para comutar o estado não são necessariamente os valores de corrente Iref1, Iref2, e um leve deslocamento é permitido. Além disso, este método de controle não é limitado a aparelho de condicionamento de ar, e pode ser adotada em um circuito de fornecimento de energia comutável montado em outro aparelho.
[00093] Em um caso onde o elemento comutador S1 é formado de, por exemplo, um semicondutor SiC ou um semicondutor GAN, a eficiência no primeiro estado pode ser melhorada adicionalmente como ilustrado na figura 8. Na ilustração da figura 8, a linha curva quebrada fina indica a eficiência obtida quando o elemento comutador S1 formado de um semicondutor SI é adotado, e a linha curva quebrada grossa indica a eficiência obtida quando o elemento comutador S1 formado de um semicondutor SIC ou um semicondutor GAN é adotado. O elemento comutador S1 formado de um semicondutor SIC ou um semicondutor GAN também melhora a eficiência no terceiro estado, embora não mostrado na figura 8.
Valor de Comando de Tensão CC
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28/35 [00094] Como descrito acima, a seção de controle 5 controla os elementos comutadores S1, S2 baseado no valor de comando de tensão CC que é o valor de comando que diz respeito à tensão CC entre os terminais de saída P3, P4 no primeiro ao terceiro estados. Em mais detalhes, por exemplo, os períodos de tempo em que dos elementos comutadores S1, S2 estão conduzindo podem ser determinados baseado no valor de comando de tensão CC.
[00095] Por exemplo, na figura 7, a seção de controle 5 adota o primeiro estado quando, por exemplo, a corrente I é maior do que a valor de corrente Iref1. Neste momento, é preferível que a seção de controle 5 adote um primeiro valor de comando de tensão CC A que é maior do que a tensão CC entre os terminais de saída P3, P4 no zero-ésimo estado. A razão para isto é como a seguir. Ou seja, com a corrente I sendo maior (ou seja, com a carga sendo mais alta), uma ondulação na tensão CC aumenta. Um aumento na ondulação na tensão CC pode provocar uma operação instável do circuito 3. Para ser mais específico, existe uma possibilidade de que, por exemplo, a tensão CC tenha um valor menor do que requerido pelo inversor. Neste método de controle, quando a corrente I é maior do que o valor de corrente Iref, o primeiro valor de comando de tensão CC A que é ainda maior é adotado. Isto aumenta as cargas armazenadas no capacitor de suavização C1, e portanto pode reduzir uma ondulação na tensão CC. Como um resultado, é obtida uma operação estável. Por outro lado, quando a tensão CC aumenta, uma perda no circuito 3 aumenta e portanto a eficiência diminui. Neste método de controle, quando a corrente I é menor do que o valor de corrente Iref, a tensão CC adota um valor que é ainda mais baixo. Portanto, a eficiência neste intervalo pode ser melhorada. Como descrito acima, a eficiência do circuito em um intervalo onde a corrente I é baixa é melhorada ao mesmo tempo em que é obtida uma operação estável do circuito 3 em um intervalo onde a corrente I é alta.
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29/35 [00096] Da mesma maneira, é desejável que um valor maior do que o primeiro valor de comando de tensão CC A adotado no primeiro estado seja adotado como um segundo valor de comando de tensão CC B no terceiro estado. Isto contribui para uma operação estável do circuito 3 em um estado onde a corrente I é maior do que o valor de corrente Iref2. Além disso, quando comparado com um caso onde o segundo valor de comando de tensão CC B é adotado em um intervalo onde a corrente I é maior do que o valor de corrente Iref1 e menor do que o valor de corrente Iref2, a eficiência neste intervalo é melhorada.
[00097] Além disso, nesta modalidade, o inversor 4 aciona o motor. A eficiência do motor diminui quando a corrente I aumenta. Isto é devido a um aumento na corrente I aumentar uma perda de cobre. Entretanto, aumentando a tensão CC, a perda de cobre pode ser diminuída. Embora um aumento na tensão CC diminua a eficiência do circuito 3, a diminuição na eficiência do motor provocada deste modo é menor do que o aumento na eficiência do motor provocada pela diminuição na perda de cobre. Como um resultado, a eficiência do motor é melhorada. Consequentemente, em um caso onde o inversor 4 aciona o motor, a adoção deste método de controle pode suprimir a diminuição na eficiência do motor em um intervalo onde a corrente I é alta, ou pode aumentar a eficiência do motor. Adicionalmente, como descrito acima, este método de controle melhora a eficiência do circuito em um intervalo onde a corrente I é baixa, e consequentemente contribui para melhoria na eficiência do motor neste intervalo.
Exemplo de Operação de Circuitos 3a, 3b tendo Características de Dispositivos Diferentes [00098] A seguir, será apresentada uma descrição para um exemplo de comutação para operar cooperativamente os circuitos 3a, 3b que têm características de dispositivos diferentes. A seguir, o elemento comutador S1 é definido como um elemento comutador do lado mestre, e o
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30/35 elemento comutador S2 é definida como um elemento comutador do lado escravo.
[00099] Por exemplo, no circuito de fornecimento de energia comutável da figura 2, os reatores L1, L2 tem impedâncias diferentes. Aqui, é assumido que, por exemplo, a indutância do reator L1 é o dobro da indutância do reator L2. Portanto, a quantidade de voltas de um bobina incluída no reator L2 pode ser a metade da quantidade de voltas de um bobina incluída no reator L2. Portanto, é obtida redução do reator L2, e o custo de fabricação é reduzido.
[000100] A figura 9 mostra um exemplo das correntes IL1, IL2, I neste circuito de fornecimento de energia comutável. No circuito 3a, em um intervalo entre um tempo t1 e um tempo t3, o sinal de comutação é fornecido para o elemento comutador S1 fazer o elemento comutador S1 conduzir. Consequentemente, no intervalo entre o tempo t1 e o tempo t3, a corrente IL1 aumenta com uma inclinação predeterminada. Em seguida, em um intervalo entre o tempo t3 e um tempo t5, a saída do sinal de comutação para o elemento comutador S1 é parada. Deste modo, o elemento comutador S1 é tornado não condutor, e a corrente IL1 diminui com uma inclinação predeterminada. Uma vez que a corrente IL1 alcança zero em um ponto do tempo do tempo t5, o sinal de comutação é fornecido para o elemento comutador S1 novamente, fazer o elemento comutador S1 conduzir. Depois disso, no circuito 3a, a operação descrita acima é repetida.
[000101] Na figura 9, a inclinação do aumento na corrente IL1 e a inclinação de diminuição na corrente IL1 são, exceto para mais e menos, idênticas uma à outra. Em outras palavras, a corrente IL1 em um caso onde o período de tempo em que o elemento comutador S1 está conduzindo e o período de tempo em que o elemento comutador S1 não está conduzindo são idênticos um ao outro é ilustrada. Portanto, Na ilustração da figura 9, em um ciclo T que é o período de tempo entre o
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31/35 tempo t1 e o tempo t5, a corrente IL1 tem a forma de um triângulo isosceles.
[000102] No circuito 3b, por outro lado, no tempo t1, o sinal de comutação é fornecido para o elemento comutador S2 fazer o elemento comutador S2 conduzir. Consequentemente, a corrente IL2 aumenta com uma inclinação predeterminada. As inclinações do aumento nas correntes IL1, IL2 se tornam menores quando as indutâncias dos reatores L1, L2 são mais altas. Aqui, a indutância do reator L2 é metade do valor da indutância do reator L1, e portanto a inclinação do aumento na corrente IL2 (a razão do incremento da mesma relativa ao tempo) é o dobro da inclinação do aumento na corrente IL1.
[000103] Em um tempo t2 em que o valor máximo da corrente IL2 e o valor máximo da corrente IL1 são coincidentes um com o outro, a saída do sinal de comutação para o elemento comutador S2 é parada. Deste modo, o elemento comutador S2 é tornado não condutor, e a corrente IL2 diminui com uma inclinação predeterminada. As inclinações de diminuição nas correntes IL1, IL2 também se tornam menores quando as indutâncias do reatores L1, L2 são mais altas, respectivamente. Aqui, a indutância do reator L2 é metade do valor da indutância do reator L1, e, portanto a inclinação de diminuição na corrente IL2 (a razão de decremento da mesma relativa ao tempo) é o dobro da inclinação de diminuição na corrente IL1.
[000104] Em vista dos relacionamentos das inclinações das correntes IL1, IL2, a corrente IL2 alcança zero em um ponto do tempo (ou seja, o tempo t3) quando a metade de um ciclo T passa. Em seguida, no tempo t3, o sinal de comutação é fornecido para o elemento comutador S2 novamente, e a operação descrita acima é repetida.
[000105] Devido a esta operação cooperativa dos circuitos 3a, 3b, a corrente I (=IL1+IL2) flui no circuito retificador de diodo 2.
[000106] Uma vez que as correntes IL1, IL2 têm seus vales ao mesmo
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32/35 tempo (por exemplo, nos tempos t1, t5), a corrente I que é a soma das mesmas também tem seu vale neste momento. Em outras palavras, neste momento, o valor mínimo da corrente I é zero que é igual aos valores mínimos das correntes IL1, IL2. Adicionalmente, nestes tempos t2, t4, o valor máximo da corrente I assume um valor maior do que os valores máximos das correntes IL1, IL2 (aqui, 1,5 vezes maior do que aqueles das correntes IL1, IL2). Portanto, existe uma grande diferença (aqui, 1,5 vezes as correntes IL1, IL2) entre o valor máximo e o valor mínimo da corrente I que é a soma das correntes IL1, IL2. Portanto, é provável a ocorrência de harmônicos.
[000107] Também pode ser aceitável deslocar os pontos do tempo quando os elementos comutadores S1, S2 são feitos conduzir. Em outras palavras, pode ser aceitável mudar uma diferença de fase entre s correntes IL1, IL2. Entretanto, mesmo se a diferença de fase é mudada, a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da corrente I não é muito mudado.
[000108] Portanto, pode ser possível que, como mostrado na figura 10, o sinal de comutação seja fornecido para o elemento comutador S2 apenas em um período de tempo do tempo t4 ao tempo t5 durante um ciclo T do tempo t1 ao tempo t5. Isto faz com que a corrente IL2 faça um pico em um período de tempo em que a corrente IL1 faz um vale , e a corrente IL2 seja zero em um período de tempo em que a corrente IL1 faz um pico. Portanto a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da corrente I que é a soma das correntes IL1, IL2 pode ser reduzido. Aqui, o valor máximo e o valor mínimo da corrente I são iguais e 0,5 vezes o valor máximo da corrente IL1 (ou da corrente IL2), respectivamente, e a diferença entre os mesmos é reduzido para 0,5 vezes o valor máximo da corrente IL1 (ou da corrente IL2).
[000109] Em um caso onde a razão das indutâncias dos reatores L1, L2 é 2, como ilustrado na figura 10, o elemento comutador S2 é feito
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33/35 conduzir apenas no último quarto de um ciclo T. Em um caso onde a razão da indutância do reator L1 relativa à indutância do reator L2 é N (N é um número maior do que 1), o elemento comutador S2 pode ser feito conduzir apenas no último um 2N-ésimo do um ciclo T. Em outras palavras, o elemento comutador S2 pode ser feito conduzir apenas em um intervalo entre um terceiro ponto do tempo (t4) que é anterior, por um período de tempo que corresponde a um N-ésimo do um ciclo, a um segundo ponto do tempo (t5), e o segundo ponto do tempo (t5) que é o próximo tempo após o primeiro ponto do tempo (t1) para fazer o elemento comutador S1 conduzir.
[000110] Por exemplo, no circuito de fornecimento de energia comutável da figura 2, os reatores L1, L2 pode ter diferentes indutâncias e diferentes capacidades de corrente. Aqui, por exemplo, é assumido que a indutância do reator L1 é menor do que a indutância do reator L2, e a capacidade de corrente do reator L1 é menor do que a capacidade de corrente do reator L2. Isto pode fazer o diâmetro do fio de uma bobina incluída no reator L2 menor do que o diâmetro do fio de uma bobina incluída no reator L2. Consequentemente, mesmo se o reator L2 tiver uma alta indutância, é suprimido um aumento no tamanho do reator L2, e adicionalmente o custo de fabricação é reduzido.
[000111] A figura 11 mostra um exemplo das correntes IL1, IL2, I neste circuito de fornecimento de energia comutável. A comutação do elemento comutador S1 do circuito 3a é a mesma que a comutação que foi descrita com referência a figura 9.
[000112] Por outro lado, para o elemento comutador S2, o sinal de comutação é fornecido em um período de tempo (ou seja, uma metade do ciclo) do tempo t3, que é quando uma metade do ciclo passa após o tempo t1 em que o elemento comutador S1 foi feito conduzir, para o tempo t5. Desta maneira, o elemento comutador S2 é feito conduzir. Portanto, no período de tempo do tempo t3 para o tempo t5, a corrente
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34/35
IL2 aumenta. Entretanto, uma vez que a indutância do reator L2 é maior do que a indutância do reator L1, a inclinação da corrente IL2 é menor do que a inclinação da corrente IL1. Uma vez que, o período em que o elemento comutador S1 é feito conduzir e o período de tempo em que o elemento comutador S2 é feito conduzir são os mesmos, o valor máximo da corrente IL2 é menor do que o valor máximo da corrente IL1.
[000113] Portanto, mesmo se a capacidade de corrente do reator L2 for menor do que a capacidade de corrente do reator L1, os circuitos 3a, 3b podem ser operados cooperativamente sem provocar um mau funcionamento do reator L2. Desnecessário dizer, que a capacidade de corrente do reator L2 é determinada maior do que a corrente da corrente IL2.
[000114] Aqui, também na ilustração da figura 11, pode ser aceitável deslocar os pontos do tempo quando os elementos comutadores S1, S2 são feitos conduzir. Em outras palavras, pode ser aceitável mudar a diferença de fase entre as correntes IL1, IL2.
[000115] Por exemplo, no circuito de fornecimento de energia comutável que foi descrito com referência a figura 9, pode ser possível fazer a indutância do reator L2 mais próxima à indutância do reator L1. Isto reduz a inclinação da corrente IL2, e portanto reduz o valor máximo da corrente IL2. Estas correntes IL1, IL2, I são ilustradas na figura 12. Juntamente com a redução no valor máximo da corrente IL2, o valor máximo da corrente I também é reduzido. Deste modo, a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da corrente I é reduzido, e adicionalmente a capacidade de corrente do reator L2 é reduzida.
[000116] Também na ilustração da figura 12, pode ser aceitável deslocar os pontos do tempo quando os elementos comutadores S1, S2 são feitos conduzir. Em outras palavras, pode ser aceitável mudar a diferença de fase entre as correntes IL1, IL2.
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35/35 [000117] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes, a descrição acima é em todos os aspectos ilustrativa e não restritiva. Portanto é entendido que numerosas modificações e variações, embora não ilustradas neste documento, podem ser concebidas sem se afastar do escopo da invenção.
DESCRIÇÃO DOS NUMERAIS DE REFERÊNCIA
D11, D12 diodo
L1, L2 reator
LH1, LH2, LL linha de fornecimento de energia
P1, P2 terminal de entrada
P3, P4 terminal de saída
S1, S2 elemento comutador
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Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para controle de um circuito de fornecimento de energia comutável, o dito circuito de fornecimento de energia comutável que compreende:
    primeiro e segundo terminais de entrada (P1, P2);
    primeiro e segundo terminais de saída (P3, P4);
    uma segunda linha de fornecimento de energia (LL) que conecta o dito segundo terminal de entrada e o dito segundo terminal de saída um ao outro; e uma pluralidade de circuitos (3, 3a, 3b), em que cada um da dita pluralidade de circuitos inclui:
    uma primeira linha de fornecimento de energia (LH1, LH2) que conecta o dito primeiro terminal de entrada e o dito primeiro terminal de saída um ao outro;
    um reator (L1, L2) fornecido na dita primeira linha de fornecimento de energia;
    um diodo (D11, D21) conectado em série com o dito reator na dita primeira linha de fornecimento de energia e disposto com um anodo do mesmo direcionado para o dito reator; e um elemento comutador (S1, S2) fornecido entre a dita segunda linha de fornecimento de energia e um ponto entre o dito reator e o dito diodo, características do dito reator de pelo menos um da dita pluralidade de circuitos e o dito reator do outro da dita pluralidade de circuitos são diferentes umas das outras, ou características do dito elemento comutador do dito um da pluralidade de circuitos e o dito elemento comutador do dito outro da pluralidade de circuitos são diferentes umas das outras, ou características do dito diodo do dito um da dita pluralidade de circuitos e o dito diodo do dito outro da dita pluralidade
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  2. 2/4 de circuitos, são diferentes umas das outras, em que o dito método compreende realizar:
    uma primeira etapa de manter o dito elemento comutador (S1, S2) que pertence a cada um da dita pluralidade de circuitos (3a, 3b) não conduzindo; e uma segunda etapa de, quando uma corrente que flui no dito primeiro e segundo terminais de entrada (P1, P2) excede um primeiro valor predeterminado (Iref1), comutar repetidamente condução / não condução do dito elemento comutador (S1) que pertence ao dito um da dita pluralidade de circuitos (3a), caracterizado pelo fato de que na dita segunda etapa, a condução / não condução do dito elemento comutador (S1) que pertence ao dito um da dita pluralidade de circuitos (3a) é comutada repetidamente baseado em um primeiro valor de comando de tensão CC que é maior do que uma tensão entre os ditos primeiro e segundo terminais de saída (P3, P4) na dita primeira etapa.
    2. Método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento comutador (S1) que pertence ao dito um da dita pluralidade de circuitos (3a) é um transistor bipolar de porta isolada, e o dito elemento comutador (S2) que pertence ao dito outro da dita pluralidade de circuitos (3b) é um transistor de efeito de campo MOS.
  3. 3. Método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento comutador (S1) que pertence ao dito um da dita pluralidade de circuitos (3a) é formado de um semicondutor de car
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    3/4 boneto de silício ou um semicondutor de nitreto de gálio, e o dito elemento comutador (S2) que pertence ao dito outro da dita pluralidade de circuitos (3b) é formado de um semicondutor de silício.
  4. 4. Método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma impedância do dito reator (L1) que pertence ao dito um da dita pluralidade de circuitos (3a) é menor do que uma impedância do dito reator que pertence ao dito outro da dita pluralidade de circuitos (3b).
  5. 5. Método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente realizar uma terceira etapa de, quando a corrente que flui no dito primeiro e segundo terminais de entrada (P1, P2) exceder um segundo valor predeterminado (Iref2) que é maior do que o dito primeiro valor predeterminado (Iref1), comutar repetidamente condução / não condução do dito elemento comutador (S1) do dito um da dita pluralidade de circuitos (3a) e do dito elemento comutador (S2) do dito outro da dita pluralidade de circuitos (3b).
  6. 6. Método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que na dita terceira etapa, a condução / não condução do dito elemento comutador (S1) do dito um da dita pluralidade de circuitos (3a) e do dito elemento comutador (S2) do dito outro da dita pluralidade de circuitos (3b), é comutada repetidamente baseada em um segundo valor de comando de tensão CC que é maior do que o dito primeiro valor de comando de tensão CC.
    Petição 870190076911, de 09/08/2019, pág. 42/47
    4/4
  7. 7. Método para controle do circuito de fornecimento de energia comutável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, antes da dita primeira etapa e da dita segunda etapa, realizar:
    uma quarta etapa de manter o dito elemento comutador (S1, S2) que pertence a cada um da dita pluralidade de circuitos (3, 3a, 3b) não conduzindo, e obter um primeiro relacionamento entre a dita corrente e uma eficiência do dito circuito de fornecimento de energia comutável; e uma quinta etapa de comutar repetidamente condução / não condução do dito elemento comutador (S1) do dito um da dita pluralidade de circuitos (3a) baseado no dito primeiro valor de comando de tensão CC, e obter um segundo relacionamento entre a dita corrente e uma eficiência do dito circuito de fornecimento de energia comutável, em que a corrente que fornece a mesma eficiência tanto no dito primeiro relacionamento como no dito segundo relacionamento é adotada como o dito primeiro valor predeterminado (Iref1).
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