BR112015027693B1 - Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte e método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante - Google Patents

Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte e método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante Download PDF

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Abstract

circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte e método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante. a presente divulgação proporciona técnicas para a correção do fator de potência em um sistema de corrente constante sem a utilização de uma ponte retificadora de diodo. em um exemplo de concretização, a presente divulgação prove um circuito de correção do fator de potência o qual inclui dois mosfets de comutação polarizados em direções opostas os quais operam durante metades de ciclos opostos da corrente de entrada. o circuito de correção do fator de potência gera uma tensão de entrada para corresponder com a fase da corrente de entrada. a tensão de entrada é gerada através do carregamento e drenagem de um capacitor de entrada pelos mosfets. os mosfets são acionados em um ciclo de trabalho associado, de forma sincronizada, com a forma de onda da corrente de entrada.

Description

Campo Técnico
[0001] A presente divulgação refere-se, geralmente, à correção do fator de potência. Especificamente, a presente divulgação refere-se a técnicas para proporcionar a correção do fator de potência em um sistema tendo 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 destas serem enviadas à carga. A correção do fator de potência pode proporcionar muitos benefícios ao sistema de energia elétrica e à carga, tal como vida prolongada e eficiência energética.
[0003] Tradicionalmente, os circuitos de correção do fator de potência são projetados conforme a 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 aeroportos, a infraestrutura existente requer sistemas baseados em corrente que exigem uma fonte de alimentação de corrente constante ao invés de uma fonte de alimentação de tensão constante. Especificamente na área da iluminação de aeroportos, sistemas de corrente constante são tradicionalmente utilizados devido à necessidade de brilho consistente, ao longo da pluralidade de dispositivos de iluminação acoplados em série sendo energizados pela mesma fonte de alimentação. Uma vez que uma fonte de alimentação de corrente constante pode proporcionar o mesmo nível de corrente para cada um dos dispositivos de iluminação, ela se torna a forma padrão de distribuição de energia na área de iluminação do aeroporto. Embora a tecnologia de iluminação tenha se tornado mais sofisticada em anos recentes, 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 baseados em corrente.
Sumário
[0004] Em um exemplo de concretização da presente divulgação, um circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte (“bridgeless”) inclui um capacitor de entrada configurado para receber uma corrente de entrada a partir de uma fonte de corrente constante e produzir uma tensão de entrada. O circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte inclui, adicionalmente, um primeiro dispositivo de comutação acoplado ao capacitor de entrada, e a fonte de corrente, sendo que o primeiro dispositivo de comutação é operável durante uma primeira metade do ciclo da corrente de entrada e em curto durante uma segunda metade de ciclo da corrente de entrada, e sendo que quando operável, o primeiro dispositivo de comutação comuta-se entre um estado LIGADO e um estado DESLIGADO. O circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte inclui um segundo dispositivo de comutação acoplado ao capacitor de entrada e a fonte de corrente, sendo que o segundo dispositivo de comutação é operável durante a segunda metade do ciclo da corrente de entrada e em curto durante a primeira metade do ciclo da corrente de entrada, e sendo que quando operável, o segundo dispositivo de comutação comuta-se entre o estado LIGADO e o estado DESLIGADO. O circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte inclui, adicionalmente, um controlador acoplado ao primeiro dispositivo de comutação e ao segundo dispositivo de comutação, sendo que o controlado comuta o primeiro ou segundo dispositivo entre o estado LIGADO e o estado DESLIGADO, dependendo da metade do ciclo da corrente de entrada. Quando um dos primeiro e segundo dispositivos de comutação está em um estado DESLIGADO, o capacitor de entrada carrega e a tensão de entrada aumenta, e quando um dos primeiro e segundo dispositivos de comutação está em um estado LIGADO, o capacitor de entrada drena e a tensão de entrada cai. O circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte inclui, adicionalmente, um barramento de saída CC provendo uma tensão de saída, sendo que a tensão de saída é uma forma condicionada da tensão de entrada, sendo que a tensão de entrada está em fase com a corrente de entrada.
[0005] Em outro exemplo de concretização da presente divulgação, um circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte inclui um capacitor de entrada configurado para receber uma corrente de entrada a partir de uma fonte de corrente constante e produzir uma tensão de entrada, sendo que a corrente de entrada compreende uma forma de onda de corrente. O circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte inclui, adicionalmente, um primeiro MOSFET comutável entre um estado LIGADO e um estado DESLIGADO, quando a corrente de entrada está em uma primeira metade do ciclo, e um segundo MOSFET comutável entre o estado LIGADO e o estado DESLIGADO quando a corrente de entrada está em uma segunda metade do ciclo, sendo que quando um dos primeiro e segundo MOSFETs está no estado DESLIGADO, o capacitor de entrada é carregado a partir da corrente de entrada e a tensão de entrada aumenta, e quando um dos primeiro e segundo MOSFETs está no estado LIGADO, o capacitor de entrada é drenado e a tensão de entrada cai. Comutando alternadamente entre o estado DESLIGADO e o estado LIGADO dá a tensão de entrada uma forma de onda substancialmente sinusoidal, sendo que a forma de onda sinusoidal está em fase com a forma de onda da corrente de entrada. O circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte inclui, adicionalmente, um controlador acoplado ao dispositivo de comutação, sendo que o controlador controla a comutação dos primeiro e segundo MOSFETs.
[0006] Em outro exemplo de concretização da presente divulgação, um método de correção do fator de potência em um sistema de corrente constante inclui o recebimento de uma corrente de entrada a partir de uma fonte de entrada de corrente constante, a corrente de entrada tendo uma forma de onda de corrente, permitindo o carregamento de um capacitor de entrada a partir da corrente de entrada, sendo que uma tensão de entrada, formada no capacitor de entrada, aumente conforme o capacitor de entrada carrega, determinando se a tensão de entrada atinge uma tensão de referência. Quando a corrente de entrada está em uma primeira metade do ciclo, o método inclui a comutação de um primeiro dispositivo de comutação a partir de um primeiro estado para um segundo estado quando a tensão de entrada atinge a tensão de referência. Quando a corrente de entrada está em uma segunda metade do ciclo, o método inclui a comutação de um segundo dispositivo de comutação a partir de um primeiro estado para um segundo estado quando a tensão de entrada atinge a tensão de referência. O método inclui, adicionalmente, a permissão de drenagem do capacitor de entrada, sendo que a tensão de entrada cai conforme a drenagem do capacitor de entrada, e formando a tensão de entrada para ter uma forma de onda semelhante à forma de onda da corrente através do controle de comutação dos primeiro e segundo dispositivos de comutação.
Breve descrição dos desenhos
[0007] Para um entendimento mais completo da divulgação e suas vantagens, faz-se referência agora à descrição a seguir, em conjunto com as figuras em anexo brevemente descritas conforme segue:
[0008] A figura 1 ilustra um dispositivo de iluminação energizado por um sistema de corrente constante e tendo um circuito de correção do fator de potência sem ponte, de acordo com um exemplo de concretização da presente divulgação;
[0009] A figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um circuito de correção do fator de potência sem ponte tendo uma entrada de corrente constante, de acordo com um exemplo de concretização da presente divulgação;
[00010] A figura 3 ilustra um diagrama de um controlador de circuito de correção do fator de potência sem ponte da figura 1, de acordo com um exemplo de concretização da presente divulgação; e
[00011] A figura 4 ilustra um fluxograma de um método de correção do fator de potência com base na corrente sem ponte, de acordo com um exemplo de concretização da presente divulgação.
[00012] Os desenhos ilustram apenas exemplos das concretizações da divulgação e, portanto, não são considerados limitantes de seu escopo, conforme a divulgação pode admitir outras concretizações igualmente eficazes. Os elementos e características mostrados nos desenhos não estão necessariamente em escala, sendo que a respectiva ênfase é dada, ao contrário, à clara ilustração dos princípios dos exemplos das concretizações da presente divulgação. Adicionalmente, determinadas dimensões podem ter sido exageradas para ajudar a expressar visualmente tais princípios.
Descrição detalhada dos exemplos das concretizações
[00013] 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 aqui utilizado, a “presente divulgação” se refere a quaisquer concretizações da divulgação aqui descrita e quaisquer equivalentes. Além disso, a referência a várias concretizações da “presente divulgação” não serve para sugerir que todas as configurações devam incluir a(s) característica(s) referenciada(s). A presente divulgação prove sistemas e métodos de correção do fator de potência 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 aeroportos como um exemplo de aplicação, mas pode ser utilizada com qualquer outro sistema de distribuição de energia apropriado operando em uma fonte de entrada de corrente constante.
[00014] Em certo exemplo das concretizações, a presente divulgação prove um circuito de correção do fator de potência para utilização em sistemas com fontes de entrada de corrente constante. Em um exemplo, o circuito de correção do fator de potência é utilizado em um sistema de iluminação de aeroportos que inclui uma pluralidade de dispositivos de iluminação individuais. Cada um dos dispositivos de iluminação recebe uma fonte de alimentação de corrente constante a partir de uma fonte de alimentação central. Em certo exemplo das concretizações, cada um ou um subconjunto de dispositivos de iluminação inclui o circuito de correção do fator de potência aqui divulgado, o qual melhora a eficiência energética dos dispositivos de iluminação.
[00015] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva explodida de um dos referidos dispositivos de iluminação 100, de acordo com certos exemplos das concretizações. Referindo-se 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 taxiamento 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 cobertura 170 e um alojamento óptico 120. O dispositivo de iluminação 100 inclui, adicionalmente, um arranjo de alojamento óptico 110. O arranjo de alojamento óptico 110 inclui a adequação de um ou mais componentes associados à estrutura mecânica e configuração do alojamento óptico 120 e outros componentes ópticos, tais como um corpo, lentes, difusor, conectores e semelhantes.
[00016] Em certos exemplos das concretizações, a cobertura 170 inclui pelo menos uma parede 177 que forma uma cavidade 174. Dentro da cavidade 174 pode ser posicionada pelo menos uma ou mais fontes de luz 104 e a fonte de alimentação 150. A cobertura 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 alojamento óptico 120 protege os componentes dispostos dentro da cavidade 174, e também pode prender as fontes de luz 104 e outros componentes internos 130.
[00017] A fonte de alimentação 150 inclui um ou mais circuitos e componentes elétricos configurados para receber a entrada de corrente constante a partir da fonte de alimentação central, condicionar a corrente recebida, e acionar as fontes de luz 104. Em certos exemplos das concretizações, a fonte de alimentação inclui o circuito de correção do fator de potência aqui divulgado, de forma que 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.
[00018] A figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um circuito de correção do fator de potência (CFP) sem ponte 200, de acordo com um exemplo de concretização da presente divulgação. Em certos exemplos das concretizações, o circuito CFP de sem ponte 200 inclui uma fonte de entrada 202, um capacitor de carregamento de entrada 204, um primeiro indutor 212a, um primeiro MOSFET de comutação 210a, e um primeiro diodo de saída 216a. O circuito CFP sem ponte 200 inclui, adicionalmente, 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 CC 224. A fonte de entrada 202 fornece uma fonte de alimentação de corrente constante para o circuito 200. Em certos exemplos das concretizações, a fonte de entrada 202 fornece uma onda senoidal de 6,6 ampere, 60 hertz.
[00019] O circuito de PFC sem ponte 200 recebe energia a partir da fonte de entrada de corrente constante 202 e gera energia de CC por meio do barramento de saída de CC 224 para uma carga. O circuito de CFP sem ponte 200 modula a forma de onda da tensão de saída fornecida ao barramento de saída de CC 224 para seguir e ser sincronizada com a forma de onda da corrente de entrada. Em certos exemplos de concretizações, a forma de onda da tensão é pelo menos parcialmente modulada através do controle do carregamento e da drenagem do capacitor de carregamento de entrada pelo primeiro e segundo MOSFETs 210a, 210b. A fonte de entrada 202 prove uma corrente alternada constante, a qual é positiva durante uma metade do ciclo e negativa durante a outra metade do ciclo. Ao contrário de retificar a corrente de entrada utilizando uma ponte retificadora de diodo, o circuito de CFP sem ponte 200 utiliza dois MOSFETs 210a, 210b, acoplados ao circuito 200 em direções opostas. Tipicamente, uma ponte retificadora de diodo inclui uma pluralidade (por exemplo, 4) diodos, os quais resultam em uma perda de potência relativamente grande. Assim, a capacidade de tratar uma corrente alternada sem a utilização de uma ponte retificadora aumenta significativamente a eficiência energética.
[00020] 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, o qual 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, o qual agora está polarizado na direção operacional, pode ser comutado para controlar o carregamento e a drenagem do capacitor de carregamento de entrada 102. Durante este período, o primeiro MOSFET 210a, o qual está agora polarizado na direção errada, atua como um curto. Em certos exemplos das concretizações, o primeiro MOSFET 210a funciona em conjunto com o primeiro indutor 212a e o primeiro diodo de saída 216a para produzir uma tensão tendo uma forma de onda que corresponde 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.
[00021] A seguir é descrito, mais detalhadamente, a operação do circuito de CFP sem ponte e como ele é controlado para produzir uma forma de onda de tensão a qual corresponde com a corrente de entrada. O primeiro e segundo MOSFETs 210a, 210b podem, às vezes ser referidos, de forma genérica, como “MOSFET 210”. O MOSFET 210 se refere tanto ao primeiro ou quanto ao segundo MOSFET 210a, 210b, dependendo em qual metade de ciclo a corrente de entrada estiver, como o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b são idênticos em suas operações relativas à sua determinada metade de ciclo. Dessa forma, a operação geral tanto do primeiro MOSFET 210a quando do segundo MOSFET 210b é descrita em termos de MOSFET 210 por razões de simplificação. Da mesma forma, o primeiro e o segundo indutores 212a, 212b, os quais estão respectivamente associados com o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b, podem ser chamados como “indutor 212”. Adicionalmente, o primeiro e o segundo diodos de saída 216a, 216b, que estão respectivamente associados com o primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b, podem ser chamados como “diodo de saída 216”. O primeiro MOSFET 210a e o segundo MOSFET 210b serão identificados separadamente quando uma distinção tiver que ser feita.
[00022] Ainda em referência à figura 2, em certos exemplos das concretizações, a fonte de entrada 202 é diretamente acoplada ao capacitor de carregamento de entrada 204. A corrente de entrada a partir 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 certos exemplos das concretizações, o MOSFET 210 está inicialmente desligado. Dessa forma, neste estado, a corrente de entrada a partir da fonte de entrada de corrente constante 202 carrega o capacitor de carregamento de entrada 204. Conforme 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 aumenta para um determinado nível limite, o MOSFET 210 é ligado. Em certos exemplos de concretizações, 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 certos exemplos das concretizações, 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 a partir da corrente de entrada. Em certos exemplos das concretizações, 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 para ambos primeiro MOSFET 210a e segundo MOSFET 210b. No entanto, apenas dos primeiro e o segundo MOSFETs 210a, 210b será capaz de funcionar apropriadamente em um momento.
[00023] 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 está ligado, a corrente é drenada a partir 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 que o MOSFET 210 está ligado, a corrente aumenta no indutor 222. Dessa forma, quando o MOSFET 210 é desligado novamente, o indutor retorna e entrega energia, que é retificada pelo diodo de saída 216, para o capacitor de saída 214. A tensão no capacitor de saída 214 é provida a um barramento de saída CC 224 e configurada para ser entregue para uma carga. Conforme o MOSFET 210 comuta-se 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 irá corresponder com a tensão de referência de cada ciclo. Assim, uma tensão de entrada de onda senoidal, na qual a forma de onda corresponde 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 comutável, pelo controlador 220, entre o estado ligado e o estado desligado. Durante a segunda metade do ciclo, o segundo MOSFET 210b é comutável, pelo controlador 220, entre o estado ligado e o estado desligado.
[00024] Em outro exemplo de concretização, o controlador 220 não necessariamente monitora a tensão de entrada 226. Ao contrário, o dispositivo de comutação é provido com 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 para assumir uma forma de onda, conforme definido pelo sinal de modulação por largura de pulso.
[00025] Em outra concretização da presente divulgação, o circuito CFP sem ponte 200 inclui uma configuração de retorno. Nessa concretização, o primeiro e segundo indutores 212a, 212b são substituídos, respectivamente, com o primeiro e segundo transformadores (não mostrados). Os enrolamentos secundários do primeiro e do segundo transformadores proporcionam a tensão de saída. No entanto, em função dos transformadores proverem uma relação variável do transformador, o nível de tensão de saída pode ser controlado pelo ajuste da relação do transformador.
[00026] A figura 3 ilustra uma representação esquemática do controlador 220 da Figura 2, de acordo com um exemplo de concretização. O controlador 220 inclui um controlador de realimentação 302 que recebe, como entradas, uma tensão de saída detectada 303 a partir do barramento de saída CC 224 e a tensão de referência 222. O valor da tensão de referência 222 é, tipicamente, selecionado de acordo com a quantidade desejada de energia a ser provida no barramento de saída 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 estiver abaixo do valor da tensão de referência 222, a saída 304 do controlador de realimentação 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 realimentação 302 diminuirá. A saída 304 do controlador de realimentação 302 é, então, multiplicada 306 por uma referência de onda senoidal 308. Em certos exemplos das concretizações, 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. Assim, a saída 310 da multiplicação 306, da referência da onda senoidal 308, e a saída do controlador de realimentação 304 são uma onda senoidal 310 que varia em amplitude com a saída do controlador de realimentação 304.
[00027] Em certos exemplos das concretizações, o controlador 220 inclui, adicionalmente, um gerador de modulação por largura de pulso (PWM) 312. O gerador PWM 312 recebe uma entrada, a onda senoidal 310 e converte a onda senoidal 310 em um sinal de modulação por largura de pulso 314. O sinal de modulação por largura de pulso 314 é utilizado para acionar o MOSFET 210 (figura 2). Em certos exemplos das concretizações, o ciclo de trabalho do sinal de modulação por largura de pulso 314 diminui para aumentar a tensão de entrada 226, e o sinal de modulação por pulso 314 aumenta para diminuir a tensão de entrada 226. Nos picos da onda senoidal 310, o sinal de modulação por largura de pulso 314 está em seu mínimo controlado, e a tensão de entrada está em seu pico. Assim, os picos da forma de onda da tensão de entrada são compatíveis com os picos da onda senoidal 310, que foram sincronizados com a corrente de entrada 206. Portanto, a forma de onda da tensão de entrada corresponde com aquela da corrente de entrada 206.
[00028] A figura 4 ilustra um método de correção do fator de potência sem ponte 400 para um sistema de corrente constante, de acordo com um exemplo de concretização. Especificamente, em certas concretizações, o método de correção do fator de potência 400 é implementado através do circuito de correção do fator de potência da figura 2. Em referência às figuras 2 e 4, o método de correção do fator de potência 400 inclui o recebimento de uma corrente de entrada a partir de uma fonte de entrada de corrente constante 202 (etapa 402). O método 400 inclui, adicionalmente, permitir que o capacitor de entrada 204 seja carregado (etapa 406). Especificamente, em certos exemplos das concretizações, o MOSFET 210 está inicialmente no estado desligado. Conforme discutido anteriormente, quando o MOSFET 210 está no estado desligado, o capacitor de entrada carrega, e a tensão de entrada aumenta. Em certos exemplos das concretizações, a tensão de entrada é constantemente monitorada pelo controlador 220 via detecção da tensão de entrada 226. O método inclui, adicionalmente, determinar se a tensão de entrada atingiu a tensão de referência (bloco 408). Em certos exemplos das concretizações, 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.
[00029] 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 que o capacitor de entrada seja carregado. Conforme discutido, o MOSFET 210 (primeiro MOSFET 210a ou segundo MOSFET 210b) que é dependente operacional da metade (positiva ou negativa) do ciclo da corrente de entrada. Em certos exemplos das concretizações, 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 certo exemplo da concretização, o controlador 220 monitora constantemente a tensão de entrada e reage quando o valor de tensão detectado atinge um limite representativo da tensão de referência. Quando esta é determinada que a entrada atingiu a tensão de referência, o MOSFET 210 liga (etapa 410). Especificamente, em certas concretizações, é determinado se a corrente de entrada está na primeira metade do ciclo (bloco 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 (bloco 410b). Quando o MOSFET 210 (tanto o primeiro MOSFET 210a ou o segundo MOSFET 210b) liga, o capacitor de entrada drena (etapa 412), e a tensão de entrada cai. O método 400 inclui, adicionalmente, desligar o MOSFET 210 novamente (414) para permitir que a tensão de entrada aumente novamente, formando uma forma de onda senoidal. Conforme explicado acima, o MOSFET 210 se refere a qualquer um do primeiro MOSFET 210a ou do segundo MOSFET 210b que esteja operacional no momento. O método 400 inclui, adicionalmente, o condicionamento e saída, de forma contínua, da tensão de entrada através de um barramento de saída CC 224 (etapa 416). Em certos exemplos das concretizações, a tensão de entrada é filtrada pelo indutor 212 e retificada pelo diodo de saída 216. Com esse método, a saída de tensão de um circuito de correção de potência de corrente constante é feita para corresponder e seguir a fase da corrente de entrada de corrente constante. Assim, a eficiência energética é melhorada.
[00030] A presente divulgação proporciona técnicas para correção do fator de potência em um sistema de corrente constante através da adequação da forma de onda da tensão com a forma de onda da corrente de entrada. Embora as concretizações da presente divulgação tenham sido descritas aqui detalhadamente, as descrições a título de exemplo. As características da divulgação aqui descritas são representativas e, em concretizações alternativas, certas características e elementos podem ser adicionados ou omitidos. Adicionalmente, modificações em aspectos das concretizações aqui descritas podem ser feitas por técnicos no assunto sem se afastar da essência e escopo da presente divulgação, conforme definido nas reivindicações a seguir, cujo o escopo deve ser interpretado da forma mais ampla possível, de forma a englobar modificações e estruturas equivalentes.

Claims (12)

1. Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte, caracterizado pelo fato de compreender: - um capacitor de entrada (204) configurado para receber uma corrente de entrada a partir de uma fonte de corrente constante (202) e produzir uma tensão de entrada; - um primeiro dispositivo de comutação (210a) acoplado ao capacitor de entrada (204) e a fonte de corrente (202), sendo que o primeiro dispositivo de comutação (210a) é configurado para ser operável durante uma primeira metade de ciclo da corrente de entrada e em curto durante uma segunda metade do ciclo da corrente de entrada, e sendo que quando operável, o primeiro dispositivo de comutação (210a) comuta-se entre um estado LIGADO e um estado DESLIGADO; - um segundo dispositivo de comutação (210b) acoplado ao capacitor de entrada (204) e a fonte de corrente (202), sendo que o segundo dispositivo de comutação (210b) é configurado para ser operável durante a segunda metade de ciclo da corrente de entrada e em curto durante a primeira metade do ciclo da corrente de entrada, e sendo que quando operável, o segundo dispositivo de comutação (210b) comuta-se entre um estado LIGADO e um estado DESLIGADO; - um controlador (220) acoplado ao primeiro dispositivo de comutação (210a) e ao segundo dispositivo de comutação (210b), sendo que o controlador (220) é configurado para prover um sinal de modulação por largura de pulso (PWM) (314) ao primeiro dispositivo de comutação (210a) e ao segundo dispositivo de comutação (210b) para controlar o primeiro dispositivo de comutação (210a) e o segundo dispositivo de comutação (210b), sendo que o controlador (220) é configurado para comutar os primeiro e segundo dispositivos de comutação (210a; 210b) entre o estado LIGADO e o estado DESLIGADO, dependendo de qual metade de ciclo a corrente de entrada está, sendo que quando um dos primeiro e segundo dispositivos de comutação (210a; 210b) está no estado DESLIGADO, o capacitor de entrada (204) se carrega e a tensão de entrada aumente, e quando um dos primeiro e segundo dispositivos de comutação (210a; 210b) está no estado LIGADO, o capacitor de entrada (204) drena-se e a tensão de entrada cai; e - um barramento de saída CC (224) configurado para prover uma tensão de saída, sendo que o controlador (220) compreende um controlador de realimentação (302), que é configurado para comparar a tensão de saída e uma tensão de referência (222) e que é configurado para gerar uma saída do controlador de realimentação (304), que aumenta quando a tensão de saída está abaixo da tensão de referência (222) e que diminui quando a tensão de saída está acima da tensão de referência (222), sendo que o controlador (220) é configurado para gerar o sinal PWM baseado em pelo menos na saída do controlador de realimentação (304), sendo que a tensão de saída é uma forma condicionada da tensão de entrada, sendo que a tensão de entrada está em fase com a corrente de entrada.
2. Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um dos primeiro e segundo dispositivos de comutação (210a; 210b) compreender um MOSFET de comutação.
3. Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de durante a primeira metade do ciclo, o primeiro dispositivo de comutação (210a) ser colocado no estado LIGADO quando a tensão de entrada atinge uma tensão de referência, a tensão de referência representando um nível de potência desejada da tensão de saída.
4. Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a saída do controlador de realimentação (302) ser multiplicada com um sinal de referência de onda senoidal para obter um sinal de referência sincronizado, sendo que o sinal de referência de onda senoidal tem uma fase correspondente a fase da corrente de entrada.
5. Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o controlador (220) compreender adicionalmente um gerador de modulação por largura de pulso (312), sendo que o gerador de modulação por largura de pulso (312) ser configurado para gerar um sinal de modulação de largura de pulso a partir do sinal de referência sincronizado, o qual aciona os primeiro e segundo dispositivos de comutação (210a; 210b).
6. Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - um primeiro transformador, sendo que o primeiro transformador é configurado para prover a tensão de saída durante a primeira metade do ciclo da corrente de entrada; e - um segundo transformador, sendo que o segundo transformador é configurado para prover a tensão de saída durante a segunda metade do ciclo da corrente de entrada.
7. Circuito de correção do fator de potência de corrente constante sem ponte, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o MOSFET do primeiro dispositivo de comutação (210a) ser polarizado em direção oposta do que o MOSFET do segundo dispositivo de comutação (210b), sendo que o MOSFET do segundo dispositivo de comutação (210b) está em curto quando o MOSFET do primeiro dispositivo de comutação (210a) está operacional e o MOSFET do primeiro dispositivo de comutação (210a) está em curto quando o MOSFET do segundo dispositivo de comutação (210b) está operacional.
8. Método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante, caracterizado pelo fato de compreender: - receber uma corrente de entrada a partir de uma fonte de entrada de corrente constante (202), a corrente de entrada tendo uma forma de onda de corrente; - permitir que um capacitor de entrada (204) carregue (406) a partir da corrente de entrada, sendo que a tensão de entrada formada no capacitor de entrada (204) aumente conforme o capacitor de entrada (204) carrega; - determinar se a tensão de entrada atinge uma tensão de referência (222); - comutar (410a), quando a corrente de entrada está em uma primeira metade do ciclo, um primeiro dispositivo de comutação (210a) a partir de um primeiro estado para um segundo estado quando a tensão de entrada atinge a tensão de referência (222); - comutar (410b), quando a corrente de entrada está em uma segunda metade do ciclo, um segundo dispositivo de comutação (210b) a partir de um primeiro estado para um segundo estado quando a tensão de entrada atinge a tensão de referência (222); sendo que a comutação (410a) do primeiro dispositivo de comutação (210a) e a comutação (410b) do segundo dispositivo de comutação (210b) inclui prover um sinal de modulação por largura de pulso (PWM) (314) ao primeiro dispositivo de comutação (210a) e ao segundo dispositivo de comutação (210b), sendo que o sinal PWM (314) é gerado por um controlador (220) baseado pelo menos em uma saída do controlador de realimentação (304) gerada por um controlador de realimentação (302) através da comparação da tensão de saída e da tensão de referência; - permitir que o capacitor de entrada (204) drene (412), sendo que a tensão de entrada cai conforme o capacitor de entrada (204) drena; e - modular a tensão de entrada para ter uma forma de onda de tensão combinando com a forma de onda da corrente através do controle da comutação dos primeiro e segundo dispositivos de comutação (210a; 210b).
9. Método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - produzir a tensão de entrada através de um barramento de saída.
10. Método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - filtrar e retificar a tensão de entrada para produzir uma tensão CC; e - produzir a tensão CC através de um barramento de saída CC (224).
11. Método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de durante a primeira metade do ciclo da corrente de entrada, a tensão de entrada aumenta quando o primeiro dispositivo de comutação (210a) está no primeiro estado, e a tensão de entrada cai quando o primeiro dispositivo de comutação (210a) está no segundo estado; e sendo que durante a segunda metade do ciclo da corrente de entrada, a tensão de entrada aumenta quando o segundo dispositivo de comutação (210b) está no primeiro estado e a tensão de entrada cai quando o segundo dispositivo de comutação (210b) está no segundo estado.
12. Método para corrigir o fator de potência em um sistema de corrente constante, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de cada um dos primeiro e segundo dispositivos de comutação (210a; 210b) compreender um MOSFET.
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