BR112015027689B1

BR112015027689B1 - Controlador para um circuito de correção do fator de potência e método para controlar um circuito de correção do fator de potência

Info

Publication number: BR112015027689B1
Application number: BR112015027689-0A
Authority: BR
Inventors: Traver Gumaer
Original assignee: Cooper Technologies Company
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2022-05-10
Also published as: EP2992398A1; BR112015027689A2; WO2014179497A1; ES2667429T3; EP2992398B1; US9548794B2; EP2992398A4; US20140328415A1

Abstract

correção do fator de potência para entrada de corrente constante com comunicação pela rede elétrica. a presente divulgação proporciona técnicas para a correção do fator de potência em um sistema de corrente constante e também provê comunicação pela rede elétrica no mesmo circuito de correção do fator de potência. em uma configuração exemplar, por meio de carregamento e drenagem controladas de um capacitor de entrada, o circuito de correção do fator de potência gera uma tensão de entrada que está na fase com a corrente de entrada. os dados da comunicação também estão embutidos na tensão de entrada e/ou corrente de entrada carregando e drenando adicionalmente o capacitor de entrada de acordo com um esquema de comutação controlado que inclui tanto dados da fase da corrente de entrada quanto sinais de comunicação correspondentes.

Description

Campo Técnico

[0001] A presente divulgação refere-se de forma geral à comunicação pela rede elétrica em um circuito de correção do fator de potência. Especificamente, a presente divulgação refere-se a técnicas para proporcionar comunicação pela rede elétrica e correção do fator de potência em um sistema que possui uma entrada de corrente constante.

Histórico

[0002] A correção do fator de potência é frequentemente utilizada em sistemas de energia elétrica e entre fontes e cargas de energia a fim de sincronizar a corrente de entrada e a tensão de entrada antes do respectivo envio à carga. A correção do fator de potência pode proporcionar muitos benefícios ao sistema de energia elétrica e à carga, como vida prolongada e eficiência energética.

[0003] Tradicionalmente, os circuitos de correção do fator de potência são projetados para correção do fator de potência com base na tensão. Os referidos circuitos são utilizados em sistemas de tensão constante, e a forma de onda de corrente de entrada é feita para combinar com a forma de onda de tensão de entrada. No entanto, em determinadas indústrias, como a de iluminação de aeródromos, a infraestrutura existente requer sistemas com base em corrente que exigem uma fonte de energia de corrente constante ao invés de uma fonte de energia de tensão constante. Especificamente na área da iluminação de aeródromos, sistemas de corrente constante são utilizados tradicionalmente devido à necessidade de intensidade consistente, ao longo da pluralidade de dispositivos de iluminação acoplados em série e energizados pela mesma fonte de energia. Como uma fonte de alimentação de corrente constante pode proporcionar o mesmo nível de corrente para cada um dos dispositivos de iluminação, ela se tornou a forma padrão de distribuição de energia na área de iluminação de aeródromos. Embora a tecnologia de iluminação tenha se tornado mais sofisticada nos últimos anos, a infraestrutura continuou sendo um sistema com base em corrente. Entretanto, as técnicas de correção do fator de potência utilizadas para sistemas com base em tensão que recebem tensão constante geralmente não podem ser utilizadas para sistemas com base em corrente.

[0004] Adicionalmente, em muitos sistemas de iluminação modernos, os dispositivos de iluminação são capazes de se comunicarem com um controlador central. Por exemplo, um dispositivo de iluminação pode enviar um sinal ao controlador central indicativo de dados ou erros operacionais. O controlador central também pode enviar um sinal para um dispositivo de iluminação que contenha um comando operacional ou solicitação de status. Na indústria de iluminação aeroportuária, a referida comunicação pode ser realizada por meio de comunicação pela rede elétrica, na qual a comunicação e os sinais de controle podem ser enviados entre o controlador central e os dispositivos de iluminação. Tipicamente, um amplificador é utilizado para adicionar um sinal de comunicação de frequência maior no topo do sinal da rede elétrica, como um sinal de rede elétrica típico de 60 hertz. Então, um receptor é utilizado na extremidade receptora para decodificar o sinal de comunicação. Consequentemente, esses sistemas de comunicação normalmente requerem hardware adicional e apresentam diversos desafios, como atenuação, verificação de erro e lentidão do hardware.

Resumo

[0005] Em uma configuração exemplar da presente divulgação, um circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica inclui um capacitor de entrada configurado para receber uma corrente de entrada de uma fonte de corrente constante e produzir uma tensão de entrada, e um dispositivo de comutação acoplado ao capacitor de entrada, onde o dispositivo de comutação troca entre um estado DESLIGADO e um estado LIGADO. A tensão de entrada aumenta quando o dispositivo de comutação estiver no estado DESLIGADO e decai quando o dispositivo de comutação estiver no estado LIGADO. O circuito inclui um controlador acoplado ao dispositivo de comutação, onde o controlador controla o funcionamento do dispositivo de comutação, e o funcionamento do dispositivo de comutação configura a tensão de entrada para estar na fase com a corrente de entrada. O funcionamento do dispositivo de comutação gera distúrbios na tensão de entrada e na corrente de entrada, os distúrbios tendo dados de comunicação.

[0006] Em outra configuração exemplar da presente divulgação, um controlador para um circuito de correção do fator de potência (CFP) com comunicação pela rede elétrica inclui um controlador configurado para receber uma corrente de entrada a partir de um circuito de CFP, uma tensão de saída do circuito de CFP, e um sinal de comunicação. O controlador gera uma referência de onda senoidal sincronizada com a corrente de entrada e adiciona o sinal de comunicação à referência de onda senoidal. O controlador compreende um controlador de retroalimentação configurado para comparar a tensão de saída com uma tensão de referência e produzir uma saída do controlador de retroalimentação, onde a saída do controlador de retroalimentação aumenta quando a tensão de saída estiver abaixo da tensão de referência e diminui quando a tensão de saída estiver acima da tensão de referência. A saída do controlador de retroalimentação é multiplicada pela soma da referência da onda senoidal e do sinal de comunicação para produzir um sinal de controle. Um gerador de modulação por largura de pulso (PWM - pulse width modulation) recebe o sinal de controle e converte o sinal de controle em um sinal de PWM correspondente, onde o sinal de PWM controle pelo menos uma parte do circuito de CFP. O circuito de CFP configura uma tensão de entrada para estar em fase com a corrente de entrada, e a corrente de entrada, tensão de entrada ou ambas incluem dados de comunicação refletivos do sinal de comunicação.

[0007] Em outra configuração exemplar da presente divulgação, um método para controlar um circuito de correção do fator de potência (CFP) com comunicação pela rede elétrica inclui o recebimento de uma tensão de saída de um circuito de CFP, o recebimento de uma tensão de referência indicativa de um nível de potência desejado da tensão de saída, comparando a tensão de saída com a tensão de referência, gerar uma saída do controlador de retroalimentação com base na diferença entre a tensão de saída e a tensão de referência. O método inclui, ainda, o recebimento de uma referência de onda senoidal sincronizada com uma corrente de entrada do circuito de CFP, o recebimento de um sinal de comunicação para ser transmitido pelo circuito de CFP, somar a referência da onda senoidal e o sinal de comunicação, e multiplicar a saída do controlador de retroalimentação pela soma da referência da onda senoidal e do sinal de comunicação para produzir um sinal de controle senoidal. O método também inclui o controle do CFP com o sinal de controle senoidal e configurar uma tensão de entrada para estar na fase com a corrente de entrada.

Breve descrição dos desenhos

[0008] Para um entendimento mais completo da divulgação e suas respectivas vantagens, faz-se referência agora à seguinte descrição, em conjunto com as figuras anexas, brevemente descritas, conforme segue:

[0009] A figura 1 ilustra um dispositivo de iluminação alimentado por um sistema de corrente constante e tendo um circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica, de acordo com uma configuração exemplar da presente divulgação;

[00010] A figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica para um sistema de corrente constante, de acordo com uma configuração exemplar da presente divulgação;

[00011] A figura 3 ilustra um diagrama de um controlador de circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica da figura 1, de acordo com uma configuração exemplar da presente divulgação;

[00012] A figura 4 ilustra um fluxograma de um método de correção do fator de potência com base na corrente, de acordo com uma configuração exemplar da presente divulgação; e

[00013] A figura 5 ilustra um fluxograma de um método de controle de um circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica, de acordo com uma configuração exemplar da presente divulgação.

[00014] Os desenhos ilustram apenas configurações exemplares da divulgação e, portanto, não são considerados limitantes de seu escopo, visto que a divulgação pode admitir outras configurações igualmente eficazes. Os elementos e características mostrados nos desenhos não estão necessariamente em escala, sendo que a respectiva ênfase é dada, em vez disso, à clara ilustração dos princípios das configurações exemplares da presente divulgação. Adicionalmente, determinadas dimensões podem ter sido exageradas para ajudar a expressar visualmente os referidos princípios.

Descrição detalhada das configurações exemplares

[00015] Nos parágrafos a seguir, a presente divulgação será descrita mais detalhadamente por meio de exemplos com referência aos desenhos anexados. Na descrição, componentes, métodos e/ou técnicas de processamento bem conhecidos serão omitidos ou brevemente descritos de forma a não obscurecer a divulgação. Conforme utilizado aqui, “presente divulgação” se refere a quaisquer configurações da divulgação descrita aqui e quaisquer equivalentes. Além disso, a referência a várias características da “presente divulgação” não serve para sugerir que todas as configurações devam incluir a(s) característica(s) referenciada(s). A presente divulgação proporciona sistemas e métodos de correção do fator de potência e comunicações de rede elétrica integradas operando em uma fonte de entrada de corrente constante. A presente divulgação é direcionada para sistemas de distribuição de energia na área de iluminação de aeródromos como uma aplicação exemplar, mas pode ser utilizada com qualquer outra distribuição de energia apropriada e sistema de comunicação pela rede elétrica que opere em uma fonte de entrada de corrente constante.

[00016] Em determinadas configurações exemplares, a presente divulgação apresenta um circuito de correção do fator de potência com capacidade de comunicação pela rede elétrica para uso em sistemas com fontes de entrada de corrente constante. Em um exemplo, o circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica é utilizado em um sistema de iluminação de aeródromos que inclui diversos dispositivos de iluminação individuais. Cada um dos dispositivos de iluminação recebe uma alimentação de corrente constante de uma fonte de alimentação central e pode se comunicar com um controlador central. Em determinadas configurações, cada um ou um subconjunto de dispositivos de iluminação inclui o circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica divulgado aqui, que melhora a eficiência energética dos dispositivos de iluminação, bem como a eficácia e a confiabilidade da comunicação.

[00017] A figura 1 mostra uma visualização em perspectiva expandida de um dos referidos dispositivos de iluminação 100 de acordo com determinadas divulgações exemplares. Com referência agora à figura 1, o dispositivo de iluminação 100 é um exemplo de um dispositivo de iluminação de uma pista de decolagem e/ou pista de rolamento de aeroportos. O dispositivo de iluminação 100 da figura 1 inclui uma estrutura, uma fonte de luz 104, e uma fonte de alimentação 150. A estrutura pode incluir uma proteção 170 e um carcaça óptica 120. O dispositivo de iluminação 100 inclui, ainda, um conjunto de carcaça óptica 110. O conjunto de carcaça óptica 110 inclui a combinação de um ou mais componentes associados à estrutura mecânica e configuração da carcaça óptica 120 e outros componentes ópticos, como um corpo, lentes, difusor, conectores e similares.

[00018] Em determinadas configurações exemplares, a proteção 170 inclui pelo menos uma parede 177 que forma uma cavidade 174. Dentro da cavidade 174 é possível posicionar pelo menos uma ou mais fontes de luz 104 e a fonte de alimentação 150. A proteção 170 pode incluir uma ou mais características (por exemplo, saliências, aberturas) que permitem que vários componentes dispostos na cavidade 174 se encaixem e mantenha o acoplamento elétrico, mecânico e/ou térmico uns com os outros. A carcaça óptica 120 protege os componentes dispostos dentro da cavidade 174 e também pode proteger as fontes de luz 104 e outros componentes internos 130.

[00019] A fonte de alimentação 150 inclui um ou mais circuitos e componentes elétricos configurados para receber a entrada de corrente constante da fonte de alimentação central, condicionar a corrente recebida e acionar as fontes de luz 104. Em determinadas configurações exemplares, a fonte de alimentação inclui o circuito de correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica divulgado aqui. Em determinadas configurações, a entrada de corrente constante é condicionada para correção do fator de potência antes que seja fornecida para as fontes de luz 104 melhorando, dessa forma, a eficiência energética. Adicionalmente, a comunicação pela rede elétrica proporcionada pelo circuito de correção do fator de potência permite que o dispositivo de iluminação 100 seja controlado por um controlador central e troque dados com o controlador central.

[00020] A figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um circuito de correção do fator de potência (CFP) com comunicação pela rede elétrica 200, de acordo com uma configuração exemplar da presente divulgação. Em determinadas configurações exemplares, o circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 inclui uma fonte de entrada 202, um capacitor de carregamento de entrada 204, um primeiro indutor 212a, um primeiro MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor = transistor de efeito de campo metal-óxido- semicondutor) de comutação 210a, e um primeiro diodo de saída 216a. O circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 inclui, ainda, um segundo indutor 212b, um segundo MOSFET de comutação 210b, um segundo diodo de saída 216b, um controlador 220, um capacitor de saída 214 e um barramento de saída de CC 224. A fonte de entrada 202 fornece uma fonte de alimentação de corrente constante para o circuito 200. Em determinadas configurações exemplares, a fonte de entrada 202 fornece uma onda senoidal de 6,6 ampere, 60 hertz. Em determinadas configurações exemplares, o circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 é amplamente idêntico a um circuito de CFP para uma fonte de corrente constante. Especificamente, as funções de comunicação pela rede elétrica do circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 são realizadas prontamente por um circuito de CFP para uma fonte de corrente constante sem hardware de comunicação ou custo adicional.

[00021] O circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 oferece correção do fator de potência entre a fonte de entrada de energia de corrente constante 202 e uma carga, como um dispositivo de iluminação. Especificamente, o circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 recebe energia de uma fonte de entrada de corrente constante 202 e gera energia de CC por meio de barramento de saída de CC 224 para uma carga. O circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 modula a forma de onda da tensão de entrada no capacitor de carregamento de entrada 204 para seguir e ser sincronizada com a forma de onda da corrente de entrada. Em determinadas configurações exemplares, a forma de onda da tensão é pelo menos parcialmente modulada controlando-se o carregamento e a drenagem do capacitor de carregamento de entrada pelo primeiro e segundo MOSFETs 210a, 210b. A fonte de entrada 202 oferece uma corrente alternada constante, que é positiva durante uma metade do ciclo e negativa durante a outra metade do ciclo. Ao invés de retificar a corrente de entrada utilizando uma ponte retificador a de diodo, o circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 utiliza dois MOSFETs 210a, 210b, acoplados ao circuito 200 em direções opostas. Normalmente, uma ponte retificadora de diodo inclui diversos (por exemplo, 4) diodos, o que resulta em uma perda de potência relativamente grande. Dessa forma, a capacidade de tratar uma corrente alternada sem o uso de uma ponte retificadora aumenta significativamente a eficiência energética. No entanto, em determinadas configurações exemplares do circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200, o circuito 200 inclui uma ponte retificadora de diodo para retificar a corrente de entrada. Nessa configuração, apenas um MOSFET é necessário, uma vez que o MOSFET sempre estará polarizado na direção da operação relativa à corrente retificada. Em determinadas configurações exemplares, outros dispositivos de comutação apropriados são utilizados no lugar dos MOSFETs.

[00022] Por exemplo, o primeiro MOSFET 210a está em operação para controlar o carregamento e a drenagem do capacitor de carregamento de entrada 204 quando a corrente de entrada está na primeira metade do ciclo (por exemplo, positiva). Durante este período, o segundo MOSFET 210b, que está polarizado na direção errada quando a corrente está na primeira metade do ciclo, atua como um curto. Da mesma forma, quando a corrente de entrada está na segunda metade do ciclo (por exemplo, negativa), o segundo MOSFET 210b, que agora está polarizado na direção operacional, pode ser comutado para controlar o carregamento e a drenagem do capacitor de carregamento de entrada 204. Durante este período, o primeiro MOSFET 210a, que agora tem um viés na direção errada, atua como um curto. Em determinadas configurações exemplares, o primeiro MOSFET 210a funciona em conjunto com o primeiro indutor 212a e o primeiro diodo de saída 216a para produzir uma tensão com forma de onda que combine com a forma de onda da corrente de entrada. Da mesma forma, o segundo MOSFET funciona em conjunto com o segundo indutor 212b e o segundo diodo de saída 216b.

[00023] Descreve-se a seguir, mais detalhadamente, a operação do circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 para propósitos de correção do fator de potência e como ele é controlado para produzir uma forma de onda de tensão que combine com a corrente de entrada. Subsequentemente, as funções de comunicação pela rede elétrica do circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 serão descritas.

[00024] O primeiro e segundo MOSFETs 210a, 210b podem, às vezes ser chamados genericamente de “MOSFET 210”. O MOSFET 210 se refere ao primeiro ou ao segundo MOSFET 210a, 210b, dependendo em qual metade de ciclo a corrente de entrada estiver, uma vez que o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b são idênticos em sua operação em relação à sua determinada metade de ciclo. Dessa forma, a operação geral tanto do primeiro MOSFET 210a quando o segundo MOSFET 210b é descrita em termos de MOSFET 210 por motivo de brevidade. Da mesma forma, o primeiro e o segundo indutores 212a, 212b, que estão respectivamente associados com o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b, podem ser chamados de “indutor 212”. Adicionalmente, o primeiro e o segundo diodo 216a, 216b, que estão respectivamente associados com o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b, podem ser chamados de “diodo de saída 216”. O primeiro MOSFET 210a e o segundo MOSFET 210b serão identificados separadamente quando uma distinção tiver que ser feita.

[00025] Ainda em referência à figura 2, em determinadas configurações exemplares, a fonte de entrada 202 é diretamente acoplada ao capacitor de carregamento de entrada 204. A corrente de entrada da fonte de entrada de corrente constante 202 carrega o capacitor de carregamento de entrada 204 quando o MOSFET 210 estiver em um estado desligado. Em determinadas configurações exemplares, o MOSFET 210 está inicialmente desligado. Dessa forma, neste estado, a corrente de entrada da fonte de entrada de corrente constante 202 carrega o capacitor de carregamento de entrada 204. À medida que a corrente de entrada carrega o capacitor de carregamento de entrada 204, ocorre um aumento da tensão no capacitor de carregamento de entrada 204. Quando a tensão sobe para um determinado nível limite, o MOSFET 210 é ligado. Em determinadas configurações exemplares, o nível limite é determinado por uma tensão de referência 222 de forma que a tensão no capacitor de carregamento de entrada 204 possa aumentar até atingir o nível da tensão de referência 222. Em determinadas configurações exemplares, o controlador 220 proporciona a tensão de referência 222 e também recebe um sinal de tensão detectado 226 da tensão no capacitor de carregamento de entrada 204. O controlador 220 também recebe um sinal de corrente detectado 206 da corrente de entrada. Em determinadas configurações exemplares, a tensão de referência 222 é indicativa do nível de potência de saída desejada, ou da amplitude da forma de onda de tensão. O controlador 220 compara um sinal de tensão detectado 226 com a tensão de referência 222 e controla o MOSFET 210 de forma adequada. O controlador 220 será descrito mais detalhadamente abaixo com relação à figura 3. O controlador 220 envia um sinal de comutação tanto para o primeiro MOSFET 210a quanto para o segundo MOSFET 210b. No entanto, apenas um entre o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b será capaz de funcionar apropriadamente em um momento.

[00026] Quando a tensão no capacitor de carregamento de entrada 204 atingir a tensão de referência 222, o MOSFET 210 é ligado. Quando o MOSFET 210 for ligado, a corrente é drenada do capacitor de carregamento de entrada 204 e a tensão cai apropriadamente. Dessa forma, a tensão no capacitor de carregamento de entrada 204 aumenta quando o MOSFET 210 é desligado e cai quando o MOSFET 210 é ligado, criando uma forma de onda que segue o ciclo de serviço do MOSFET 210. Durante o tempo em que o MOSFET 210 estiver ligado, a corrente aumenta no indutor 222. Dessa forma, quando o MOSFET 210 é desligado novamente, o indutor volta e entregar energia, que é retificada pelo diodo de saída 216, para o capacitor de saída 214. A tensão no capacitor de saída 214 é fornecida para um barramento de saída de CC 224 e configurada para ser entregue para uma carga. À medida que o MOSFET 210 comuta a uma alta frequência (centenas de kHz) de acordo com um ciclo de trabalho controlado, a tensão instantânea no capacitor de carga de entrada 204 combinará com a tensão de referência de cada ciclo. Dessa forma, uma tensão de entrada de onda senoidal na qual a forma de onda é combinada com a forma de onda da corrente de entrada é criada ao longo do tempo. Especificamente, por exemplo, durante a primeira metade do ciclo, o primeiro MOSFET 210a é alternado, pelo controlador 220, entre o estado ligado e o estado desligado. Durante a segunda metade do ciclo, o segundo MOSFET 210b é alternado, pelo controlador 220, entre o estado ligado e o estado desligado.

[00027] Em outra configuração exemplar, o controlador 220 não necessariamente monitora a tensão de entrada 226. Ao contrário, o dispositivo de comutação recebe um sinal de modulação por largura de pulso modulado como uma onda senoidal independente da tensão de entrada, o que força a tensão de entrada a assumir uma forma de onda conforme definido pelo sinal de modulação por largura de pulso.

[00028] Em outra configuração da presente divulgação, o circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 inclui uma configuração de retorno. Nessa configuração, o primeiro e segundo indutores 212a, 212b são substituídos pelo primeiro e segundo transformadores (não mostrados), respectivamente. Os enrolamentos secundários do primeiro e do segundo transformadores proporcionam a tensão de saída. No entanto, como os transformadores apresentam uma relação variável do transformador, o nível de tensão de saída pode ser controlado ajustando-se a relação do transformador.

[00029] Conforme brevemente discutido, o circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 é capaz de fornecer, realizar e ler sinais de comunicação além da entrada da linha de energia sem a adição de componentes ou custos extras para o circuito de CFP 200 de base. Em determinadas configurações o circuito de CFP 200 de base é configurado diferentemente e contém diferentes componentes com o propósito de realizar a correção do fator de potência. Essas modificações não devem ser vistas como componentes adicionais para realizar a comunicação pela rede elétrica, mas como configurações do circuito de CFP 200 de base divulgado. De fato, ao invés de utilizar equipamento de comunicação adicional para direcionar os sinais de comunicação para as redes elétricas, o circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 permite que o ciclo de trabalho dos MOSFETs de comutação 110 do circuito de CFP 200 seja manipulado para criar interferências de tensão e de corrente controladas e na tensão de entrada 226 e na corrente 206. As interferências de tensão e corrente são ou representam o sinal de comunicação a ser transmitido. O sinal de comunicação é, então, lido pelo controlador 220 ou por outro processador na carga. Em determinadas configurações exemplares, o sinal de comunicação a ser transmitido é fornecido e embutido no sinal de energia pelo controlador 220 do dispositivo de envio, os detalhes do qual são fornecidos adicionalmente abaixo com relação à figura 3.

[00030] A figura 3 ilustra uma representação esquemática do controlador 220 da Figura 2 de acordo com uma configuração exemplar. O controlador 220 oferece controle de comutação dos MOSFETs 220 para propósitos de correção do fator de potência, bem como para propósitos de comunicação pela rede elétrica. Para propósitos de correção do fator de potência, o controlador 220 inclui um controlador de retroalimentação 301 que recebem, como entradas, uma tensão de saída detectada 303 do barramento de saída de CC 224 e a tensão de referência 222. O valor da tensão de referência 222 é, geralmente, selecionado de acordo com a quantidade desejada de energia a ser fornecida no barramento de saída de CC 224. O valor da tensão de saída detectada 303 é comparado com o valor da tensão de referência 222. Se o valor da tensão de saída detectada 202 estivar abaixo do valor da tensão de referência 222, a saída 304 do controlador de retroalimentação 302 aumentará. Se o valor da tensão de saída detectada 303 estiver acima do valor da tensão de referência 222, a saída 304 do controlador de retroalimentação 302 diminuirá. A saída 304 do controlador de retroalimentação 302 é, então, multiplicada 306 por uma referência de onda senoidal 308. Em determinadas configurações exemplares, o sinal da corrente de entrada 206 é aplicado à referência da onda senoidal 308 para sincronizar a referência da onda senoidal 308 com o sinal de corrente de entrada 206. Dessa forma, a saída 310 da multiplicação 306 da referência da onda senoidal 308 e a saída do controlador de retroalimentação 304 são um sinal de controla senoidal 310 que varia em amplitude com a saída do controlador de retroalimentação 304.

[00031] Em determinadas configurações exemplares, como quando um sinal de comunicação tiver que ser enviado pelas redes elétricas, um sinal de comunicação 314 é adicionado à referência de onda senoidal 308. Dessa forma, a soma 307 da referência da onda senoidal 308 e do sinal de comunicação 314 é sincronizada com a forma de onda da corrente de entrada e também inclui o sinal de comunicação 314. Nessa configuração, a soma 307 da referência da onda senoidal 308 e o sinal de comunicação 314 são multiplicados pela saída do controlador de retroalimentação 304 para produzir uma onda senoidal 310 que varia em amplitude com a saída do controlador de retroalimentação 304, e inclui a sincronização da corrente de entrada 308 e o sinal de comunicação 314.

[00032] Em determinadas configurações exemplares, o controlador 220 inclui, ainda, um gerador de modulação por largura de pulso (PWM) 312. O gerador de PWM 312 recebe uma entrada, o sinal de controle senoidal 310 e converte o sinal de controle senoidal 310 em um sinal de modulação por largura de pulso 316. O sinal de modulação por largura de pulso 316 é utilizado para acionar o MOSFET 210 (figura 2). Em determinadas configurações exemplares, o ciclo de trabalho do sinal de modulação por largura de pulso 316 diminui para aumentar a tensão de entrada 226, e o sinal de modulação por pulso 316 aumenta para diminuir a tensão de entrada 226. Nos picos do sinal de controle senoidal 310, o sinal de modulação por largura de pulso 316 está em seu mínimo controlado, e a tensão de entrada está em seu pico. Dessa forma, os picos da forma de onda da tensão de entrada são combinados com os picos do sinal de controle senoidal 310, que foi sincronizado com a corrente de entrada 206. Portanto, a forma de onda da tensão de entrada é combinada com aquela da corrente de entrada 206.

[00033] Em determinadas configurações exemplares, o sinal de controle senoidal 310 inclui o conteúdo da comunicação 318 de um sinal de comunicação embutido 314. Como tal, o gerador de PWM 312, ao receber essa onda senoidal, produzirá um ciclo de trabalho variável que não apenas controla a comutação do MOSFET quanto ao fator de potência conforme descrito acima, mas também controla a comutação do MOSFET para criar um sinal na forma de onda da tensão na tensão de entrada 226 que carrega os dados da comunicação 318 representativos do sinal de comunicação 314. Os referidos dados de comunicação 318 podem ser observados como interferências 318 nas formas de onda da tensão de entrada 226 e da corrente 206, que podem ser observadas e/ou lidas por outros dispositivos, controladores ou processadores na carga ou no sistema.

[00034] A figura 4 ilustra um método 400 de correção do fator de potência para um sistema de corrente constante de acordo com uma configuração exemplar. A figura 5 ilustra um método 500 de controle do circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica de acordo com uma configuração exemplar. Especificamente, em determinadas configurações, o método de correção do fator de potência 400 é implementado por meio do circuito de correção do fator de potência da figura 2 e o método de controle 500 do circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 é implementado por meio do controlador 220 ilustrado na figura 3. Em referência às figuras 2 e 4, o método 400 de correção do fator de potência inclui o recebimento de uma corrente de entrada de uma fonte de entrada de corrente constante 202 (etapa 402). O método 400 ainda inclui permitir que o capacitor de entrada 204 seja carregado (etapa 406). Especificamente, em determinadas configurações exemplares, o MOSFET 210 está inicialmente no estado desligado. Conforme discutido anteriormente, quando o MOSFET 210 estiver no estado desligado, o capacitor de entrada carrega e a tensão de entrada aumenta. Em determinadas configurações exemplares, a tensão de entrada é monitorada constantemente pelo controlador 220 por meio da detecção da tensão de entrada 226. O método inclui, ainda, determinar se a tensão de entrada atingiu a tensão de referência (bloco 408). Em determinadas configurações exemplares, a tensão de referência inclui uma amplitude indicativa do nível desejado de saída de energia, bem como uma fase que é sincronizada com a corrente de entrada.

[00035] A fim de fazer a determinação, o controlador 220 compara o valor da tensão de entrada com o valor da tensão de referência. Caso se determine que a tensão de entrada é inferior à tensão de referência, o método vai para a etapa 406, na qual o MOSFET 210 permanece desligado e permite-se que o capacitor de entrada seja carregado. Conforme discutido, o MOSFET 210 (primeiro MOSFET 210a ou segundo MOSFET 210b) que seja operacional depende da metade (positiva ou negativa) do ciclo de corrente de entrada. Em determinadas configurações exemplares, as etapas 406 e 408 são repetidas até que se determine na etapa 408 que a tensão de entrada atingiu a tensão de referência. Em determinadas configurações exemplares, o controlador 220 monitor constantemente a tensão de entrada e reage quando o valor de tensão detectado atinge um limite representativo da tensão de referência. Quando se determinar que a entrada atingiu a tensão de referência, o MOSFET 210 liga (etapa 410).

[00036] Especificamente, em determinadas configurações, determina-se se a corrente de entrada está na primeira metade do ciclo (etapa 411). Se a entrada estiver na primeira metade do ciclo, então, o primeiro MOSFET 210a está corretamente polarizado e operacional. Portanto, o primeiro MOSFET 210a liga (bloco 410a). Se a corrente de entrada não estiver na primeira metade do ciclo, então, ela deve estar na segunda metade do ciclo. Neste caso, o segundo MOSFET 210b liga (etapa 410b). Quando o MOSFET 210 (seja o primeiro MOSFET 210a ou o segundo MOSFET 210b) ligar, o capacitor de entrada drena (etapa 412), e a tensão de entrada cai. O método 400 inclui ainda desligar o MOSFET 210 novamente (etapa 414) para permitir que a tensão de entrada aumente novamente, formando uma forma de onda senoidal. Conforme explicado acima, MOSFET 210 se refere ao primeiro MOSFET 210a ou ao segundo MOSFET 210b que esteja operacional no momento. O método 400 também inclui o condicionamento e saída contínua da tensão de entrada por meio de um barramento de saída CC 224 (etapa 416). Em determinadas configurações exemplares, a tensão de entrada é filtrada pelo indutor 212 e retificada pelo diodo de saída 216. Com esse método, a saída de tensão 226 de um circuito de correção de potência de corrente constante é combinada e segue a fase da corrente de entrada de corrente constante. Dessa forma, a eficiência energética é melhorada.

[00037] Com referência às figuras 3 e 5, o método 500 de controle do circuito de CFP com comunicação pela rede elétrica 200 inclui o recebimento da tensão de saída 303 do circuito de CFP 200 (etapa 502) e o recebimento da tensão de referência 222 (etapa 504). Em determinadas configurações exemplares, a tensão de saída 303 e a tensão de referência 222 são recebidas pelo controlador de retroalimentação 302. O método 500 ainda inclui a comparação da tensão de saída 303 com a tensão de referência 222 (etapa 506). Adequadamente em determinadas configurações exemplares, o controlador de retroalimentação 302 executa a comparação. O método 500 também inclui a geração de uma saída do controlador de retroalimentação 304 da comparação da tensão de saída 303 e da tensão de referência 222 (etapa 508). Ao comparar a tensão de saída 303 com a tensão de referência 222, o método também determina se a tensão de saída 303 está acima ou abaixo da tensão de referência 222 (etapa 510). Se a tensão de saída 303 estiver acima da tensão de referência 222, então a saída do controlador de retroalimentação 304 é diminuída (etapa 512). Se a tensão de saída 303 estiver abaixo da tensão de referência 222, então, a saída do controlador de retroalimentação 304 é aumentada (etapa 514). O método inclui ainda multiplicar 306 a saída do controlador de retroalimentação 304 pela soma 307 da referência da onda senoidal 308 e o sinal de comunicação 314 para produzir o sinal de controle senoidal 310 (etapa 516). Em determinadas configurações exemplares, a referência da onda senoidal 308 foi sincronizada com a forma de onda da corrente de entrada e, dessa forma, inclui a fase da corrente. Como tal, o sinal de controle senoidal 310 inclui os dados de amplitude desejada da tensão de referência 222, os dados da fase da corrente da referência da onda senoidal 308, e os dados de comunicação do sinal de comunicação 314. O método ainda inclui a conversão do sinal de controle senoidal 310 em um sinal de modulação por largura de pulso (PWM) 316 (etapa 518). Em determinadas configurações exemplares, o gerador de PWM realiza a etapa 518. O método também inclui o controle da comutação dos MOSFETs 210 por meio do sinal de PWM 316 (etapa 520). Dessa forma, por meio da comutação controlada dos MOSFETs 210, a tensão de entrada 226 é formada para estar na fase com a corrente de entrada 206, ter uma amplitude desejada conforme oferecida pela tensão de referência, e conter dados de comunicação 318 conforme oferecidos pelo sinal de comunicação 314. Em determinadas configurações exemplares, o método inclui controlar o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b, dependendo da metade do ciclo da corrente de entrada. Em determinadas outras configurações exemplares, como em um circuito de CFP com uma ponte retificadora de diodo, o método inclui o controle de um único MOSFET.

[00038] A presente divulgação proporciona técnicas para correção do fator de potência com comunicação pela rede elétrica em um sistema de corrente constante combinando a forma de onda da tensão com a forma de onda da corrente de entrada. Muito embora as configurações da presente divulgação tenham sido descritas detalhadamente aqui, as descrições são são apenas para fins de exemplo. As características da divulgação aqui descritas são representativas e, em configurações alternativas, determinadas características e elementos poderão ser adicionados ou omitidos. Adicionalmente, modificações em aspectos das configurações aqui descritas poderão ser feitas por pessoas com experiência na técnica, sem se afastar da essência e escopo da presente divulgação, conforme definido nas reivindicações a seguir, cujo escopo deve ser interpretado da forma mais ampla possível, de forma a englobar eventuais modificações e estruturas equivalentes.

Claims

1. Controlador para um circuito de correção do fator de potência, circuito CFP, com comunicações de rede elétrica, caracterizado pelo fato de compreender: - um controlador (220) configurado para receber uma corrente de entrada (206) de um circuito de CFP (200), uma tensão de saída (303) do circuito de CFP (200), e um sinal de comunicação (314), sendo que o controlador (220) é configurado para gerar uma referência de onda senoidal sincronizada com a corrente de entrada (206) e para adicionar o sinal de comunicação (314) à referência de onda senoidal; - um controlador de retroalimentação (302) configurado para comparar a tensão de saída (303) com uma tensão de referência (222) e para produzir uma saída do controlador de retroalimentação (304), onde a saída do controlador de retroalimentação (304) aumenta quando a tensão de saída (303) está abaixo da tensão de referência (222) e diminui quando a tensão de saída (303) está acima da tensão de referência (222), e onde a saída do controlador de retroalimentação (304) é multiplicada com a soma da referência da onda senoidal e o sinal de comunicação (314) para produzir um sinal de controle (310); e - um gerador de modulação por largura de pulso (312), gerador PWM em curto, onde o gerador de PWM (312) é configurado para receber o sinal de controle e para converter o sinal de controle (310) em um sinal de PWM correspondente (316), onde o sinal de PWM (316) controla pelo menos uma parte do circuito de CFP (200), onde o circuito de CFP é configurado para modular uma tensão de entrada (226) para estar em fase com a corrente de entrada (206), sendo que a corrente de entrada (206), a tensão de entrada (226) ou ambas incluem dados de comunicação representativos do sinal de comunicação (314).

2. Controlador para um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a tensão de referência (222) representar uma amplitude ou nível de potência desejado da tensão de saída (303).

3. Controlador para um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o circuito de CFP (200) compreender: - um MOSFET (210) comutável entre um estado DESLIGADO e um estado LIGADO, onde a comutação do MOSFET (210) modula a tensão de entrada (226), e onde o sinal de PWM (316) controla a comutação do MOSFET (210).

4. Controlador para um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o MOSFET (210) ser configurado para ser LIGADO quando a tensão de saída (303) atinge a tensão de referência (222).

5. Controlador para um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o circuito de CFP (200) compreender um capacitor de entrada (204) configurado para receber a corrente de entrada (206) de uma fonte de corrente constante e para produzir a tensão de entrada (226), onde, quando o MOSFET (210) está no estado DESLIGADO, o capacitor de entrada (204) carrega e a tensão de entrada (226) aumenta, e quando o MOSFET (210) está no estado LIGADO, o capacitor de entrada (204) drena e a tensão de entrada (226) cai.

6. Controlador para um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sinal de comunicação (314) ser indicativo de um sistema de erro, dados, solicitação ou atualização.

7. Controlador para um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sinal de controle (310) conter um dado de amplitude de tensão desejada, um dado da fase da corrente de entrada e um dado de uma comunicação.

8. Método para controlar um circuito de correção do fator de potência, circuito CFP, com comunicações de rede elétrica, compreendendo: - receber (502) uma corrente de entrada (206) do circuito CFP (200), e uma tensão de saída (303) do circuito de CFP (200); - receber (504) uma tensão de referência (222) indicativa de um nível de potência desejado da tensão de saída (303); - comparar (506) a tensão de saída (303) com a tensão de referência (222); - gerar (508) uma saída do controlador de retroalimentação (304) com base na diferença entre a tensão de saída (303) e a tensão de referência (222); - receber uma referência de onda senoidal (308) sincronizada com a corrente de entrada (206) do circuito de CFP (200); o método sendo caracterizado pelo fato de: - receber um sinal de comunicação (314) para ser transmitido pelo circuito de CFP (200); - somar (307) a referência da onda senoidal (308) e o sinal de comunicação (314) para produzir uma soma; - multiplicar (518) a saída do controlador de retroalimentação (304) pela soma da referência da onda senoidal (308) e do sinal de comunicação (314) para produzir um sinal de controle senoidal (310); - converter (518) o sinal de controle senoidal (310) em um sinal (PWM); e - controlar (520) o circuito CFP (200) com o sinal PWM e modular uma tensão de entrada (226) para estar em fase com a corrente de entrada (206), sendo que a corrente de entrada (206), a tensão de entrada (226) ou ambas incluem dados de comunicação (318) representativos do sinal de comunicação (314).

9. Método para controlar um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de controlar (520) o circuito CFP (200) com o sinal PWM compreender ainda: - controlar um dispositivo de comutação no circuito de CFP (200) por meio do sinal de PWM, sendo que a comutação do dispositivo de comutação modula a tensão de entrada (226) para estar em fase com a corrente de entrada (206), e causa interferências na tensão de saída (303) e na corrente de entrada (206), onde as interferências contêm dados de comunicação (318) correspondentes ao sinal de comunicação (314).

10. Método para controlar um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender: - diminuir a saída do controlador de retroalimentação quando a tensão de saída (303) está acima da tensão de referência (222); e - aumentar a saída do controlador de retroalimentação quando a tensão de saída (303) está abaixo da tensão de referência (222).

11. Método para controlar um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - controlar um primeiro dispositivo de comutação quando a corrente de entrada (206) está em uma primeira metade do ciclo; e - controlar um segundo dispositivo de comutação quando a corrente de entrada (206) está em uma segunda metade do ciclo.

12. Método para controlar um circuito de correção do fator de potência, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o dispositivo de comutação compreender um MOSFET (210).