BRPI1004699A2

BRPI1004699A2 - dispositivo conversor e fonte de alimentaÇço ininterrupta equipada com dispositivo

Info

Publication number: BRPI1004699A2
Application number: BRPI1004699-2A
Authority: BR
Inventors: Corentin Rizet; Alain Lacarnoy
Original assignee: Mge Ups Systems
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-02-26
Also published as: FR2952483B1; FR2952483A1; CN102055365B; CN102055365A; ES2640344T3; EP2320553B1; US8638007B2; EP2320553A2; EP2320553A3; US20110109162A1

Abstract

DISPOSITIVO CONVERSOR E FONTE DE ALIMENTAÇçO ININTERRUPTA EQUIPADA COM TAL DISPOSITIVO. A presente invenção refere-se a um conversor para suprir uma tensão e uma corrente (VS, IS) de três tensões CC (-U/2, UREF, U/2) compreendendo duas unidades de comutação (UC1, UC4) providas com um primeiro meio de comutação (T1, T4) conectado entre uma entrada e uma saída de comutação (S1, S4), o dito conversor compreendendo, para cada unidade de comutação, um segundo meio de comutação (T2, T3) conectado entre a dita unidade de comutação e uma saída de sinal modulado (SM), e um circuito de auxílio de comutação (A1, A4), o dito conversor compreendendo um meio de controle que atua no segundo meio de comutação associado com a unidade de comutação que é conectada à entrada de tensão desinal oposto ao sinal da dita tensão CA para estabelecer a desativação do dito segundo meio de comutação, quando a dita tensão CA e a dita corrente CA forem de sinais opostos. Uma fonte de alimentação ininterrupta que compreende o conversor descrito acima.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO CONVERSOR E FONTE DE ALIMENTAÇÃO ININTERRUPTA EQUIPADA COM TAL DISPOSITIVO".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se ao campo de conversores, tais

como inversores, por exemplo, aqueles usados em fontes de alimentação ininterrupta, em particular, fontes de alimentação ininterrupta de alta potên- cia, isto é, com uma potência que é geralmente compreendida entre cerca de 100 e 500 kVA.

A invenção refere-se, mais particularmente, a um dispositivo

conversor que permite que uma tensão e corrente CA sejam supridas com a filtragem de pulsos obtidos em um sinal modulado emitido de três tensões substancialmente CC disponíveis em uma linha de tensão de referência e em duas entradas de tensão de sinais opostos, o dito dispositivo compreen- dendo duas unidades de comutação conectadas entre a dita linha de tensão de referência e respectivamente uma e a outra das ditas entradas, cada uni- dade de comutação compreendendo um primeiro meio de comutação conec- tado entre a entrada à qual é conectada a dita unidade de comutação e uma saída de comutação da dita unidade de comutação para suprir pulsos apre- sentando o mesmo sinal que aquele da tensão disponível na dita entrada pelas ativações e desativações principais do dito primeiro meio de comuta- ção, o dito dispositivo compreendendo, para cada unidade de comutação, um segundo meio de comutação associado com a dita unidade de comuta- ção e conectado entre a dita unidade de comutação e a dita saída de sinal modulado, e o primeiro meio de controle atuando no dito segundo meio de comutação para estabelecer a ativação do dito segundo meio de comutação, quando o sinal da dita tensão CA for igual àquele da tensão na entrada à qual é conectada a dita unidade de comutação.

A invenção também refere-se a uma fonte de alimentação inin- terrupta que compreende uma entrada de fonte de alimentação na qual é aplicada uma tensão de entrada CA, um retificador conectado à dita entrada, duas linhas de tensão substancialmente CC de sinais opostos conectadas na saída do dito retificador, um inversor conectado às ditas linhas de tensão de tensão substancialmente CC e compreendendo uma saída destinada a suprir uma tensão de reforço. ESTADO DA TÉCNICA Fontes de alimentação ininterrupta são comumente desenvolvi-

das para aperfeiçoar sua eficiência e para reduzir perturbações audíveis ge- radas por freqüências de comutação que são geralmente baixas, isto é, de cerca de alguns milhares de hertz. Neste contexto, foi mostrado que era inte- ressante usar fontes de alimentação ininterrupta apresentando topologias em diversos níveis, geralmente três níveis, que usam componentes com de- sempenhos aperfeiçoados que permitem que o problema evocado acima seja aliviado.

Com referência à figura 1, tal fonte de alimentação ininterrupta 11 compreende uma entrada de rede de alimentação 12 à qual é conectada uma rede elétrica de alimentação e a qual permite que uma tensão de entra- da variável que é mais freqüente do que não CA seja aplicada à dita fonte de alimentação ininterrupta 11. A fonte de alimentação ininterrupta também compreende uma saída de rede de alimentação 13 à qual são conectadas cargas e a qual permite que seja suprida uma fonte de alimentação elétrica chamada fonte de alimentação de reforço, isto é, uma fonte de alimentação elétrica para a qual são controladas a tensão e a freqüência. A fonte de ali- mentação ininterrupta 11 compreende um retificador ou um conversor CAJCC 15 conectado à entrada de rede de alimentação 12, linhas de tensão substancialmente CC 16, 17, e uma referência de tensão 18 conectada na saída do retificador. A fonte de alimentação ininterrupta 11 também compre- ende um conversor CCICC 19 compreendendo um meio de armazenamento de energia elétrica 20, o dito conversor e o dito meio de armazenamento sendo conectados a linhas de tensão substancialmente CC 16, 17. A fonte de alimentação ininterrupta 11 adicionalmente compreende capacitores de desacoplamento 21, 22 conectados entre a referência de tensão 18 e as li- nhas de tensão substancialmente CC 16, 17, e um inversor ou conversor CC/CA reversível 23 conectado entre as ditas linhas 16, 17 e a saída de re- de de alimentação 13. O conversor 23 da fonte de alimentação ininterrupta 11 compreende seis células de comutação. Mais precisamente, o conversor 23 compreende duas células de comutação para cada das três fases, uma dedicada às meias-ondas positivas e a outra dedicada às meias-ondas ne- gativas.

Conforme poderá ser visto na figura 1, a fonte de alimentação i- ninterrupta 11 apresenta uma topologia em três níveis, isto é, o retificador 15 supre uma tensão substancialmente CC em três níveis, isto é, um nível posi- tivo na linha 16, um nível negativo na linha 17 e um nível de referência na referência de tensão 18. Em paralelo, o conversor CC/CA 23 supre uma ten- são CA a partir destes três níveis de tensão CC. Os níveis positivo e negati- vo geralmente apresentam o mesmo potencial elétrico em valor absoluto substancialmente igual à metade da tensão U entre as linhas 16 e 17.

Com referência à figura 2, duas células do conversor CC/CA 23 são representadas para uma determinada fase. O dispositivo conversor as- sim parcialmente representado supre uma tensão VS CA e uma corrente IS CA em uma linha de fase. Uma tensão VS e uma corrente IS CA são obtidas com a filtragem de pulsos obtidos em uma saída de sinal modulado SM a partir de três níveis de tensão substancialmente CC -U/2, UREF, U/2 dispo- níveis em uma linha de tensão de referência REF e em duas entradas de tensão Ρ, N de sinais opostos. O meio de filtragem usado compreende uma indutância L conectada entre a saída de sinal modulado SM e a saída de tensão VS e corrente IS CA. O meio de filtragem adicionalmente compreen- de um capacitor C conectado entre a dita saída de tensão VS e corrente IS CA e um ponto de referência de tensão apresentando o mesmo potencial elétrico que a linha de tensão de referência REF.

O dispositivo conversor representado na figura 2 compreende duas unidades de comutação UC1, UC4 controladas por meio de uma uni- dade de controle CD1 representada separadamente na figura 3. As unidades de comutação UC1, UC4 são conectadas entre a linha de tensão de referên- cia REF e respectivamente uma e a outra das ditas entradas Ρ, N. Cada uni- dade de comutação UC1, UC4 compreende um primeiro meio de comuta- ção, isto é, um transistor T1, T4, conectado entre a entrada de tensão Ρ, N à qual é conectada a dita unidade de comutação e uma saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação. Os transistores T1, T4 podem tam- bém ser chamados de transistores principais. Por meio desta configuração, os pulsos na saída de sinal modulado SM são obtidos por meio de uma su- cessão de ativações e desativações principais dos transistores Τ1, T4 exe- cutadas por meio da unidade de comutação CD1. Quando o transistor Τ1, T4 de uma unidade de comutação UC1, UC4 estiver em um estado ativado principal, a tensão na saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comu- tação será igual à tensão CC -U/2, U/2 da entrada de tensão Ρ, N à qual é conectada a dita unidade de comutação. Cada unidade de comutação UC1, UC4 adicionalmente compreende um diodo DC2, DC3 conectado entre a linha de tensão de referência REF e a saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação para estabelecer uma tensão igual à dita tensão de referência UREF na dita saída de comutação, quando uma desativação prin- cipal acontecer. Desta forma, os transistores Τ1, T4 de cada unidade de co- mutação UC1, UC4 permitem que pulsos apresentando o mesmo sinal que aquele da tensão disponível na entrada de tensão Ρ, N da dita unidade de comutação sejam supridos em suas respectivas saídas de comutação S1, S4.

Conforme pode ser visto na figura 3, os transistores Τ1, T4 são controlados a partir dos sinais de controle F1, F2. Estes são obtidos da ten- são VS CA com o uso de técnicas de modulação de largura de pulso conhe- cidas.

Mais precisamente, o sinal de controle F1, respectivamente F2,

é aplicado à entrada de controle do transistor T1, respectivamente, T4. Quando a amplitude do sinal de controle F1, F2 aplicada na entrada de con- trole de um transistor Τ1, T4 for igual a zero, o dito transistor será desativa- do, e quando esta amplitude for igual a um, o dito transistor será ativado. Quando a tensão VS CA for positiva, respectivamente negativa, a ativação principal do transistor T1, respectivamente T4, permitirá que uma tensão com uma amplitude que é igual à tensão CC positiva +U/2, respectivamente tensão CC negativa -U/2, seja suprida na saída de comutação S1, respecti- vamente S4. Desta maneira, quando a tensão VS CA for positiva, respecti- vamente negativa, a desativação principal do transistor T1, respectivamente T4, permitirá que o diodo DC2, respectivamente DC4, seja ativado, o que permite que uma tensão com uma amplitude que é igual a zero seja suprida na saída de comutação S1, respectivamente S4. Esta sucessão de ativações e desativações principais aplicadas no transistor T1, respectivamente T4, permite assim que pulsos de largura variável apresentando uma amplitude substancialmente igual à tensão CC U/2 e apresentando um sinal positivo, respectivamente um sinal negativo, sejam obtidos na saída de comutação S1, respectivamente S4.

Para cada unidade de comutação UC1, UC4, o dispositivo de conversão representado na figura 2 adicionalmente compreende um segun- do meio de comutação, isto é, transistores T2, T3 conectados entre a dita unidade de comutação e a saída de sinal modulado SM. Os transistores T2, T3 permitem que a unidade de comutação UC1, UC4 seja conectada à saída de sinal modulado SM de acordo com o sinal da tensão VS CA, isto é, eles permitem que a saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação UC1, UC4 seja conectada à saída de sinal modulado SM. Conforme pode ser visto na figura 3, o sinal de controle F1, res-

pectivamente F2, é invertido por meio do primeiro meio de controle, isto é, um inversor 52, respectivamente 51. O sinal na saída do inversor 52, respec- tivamente 51, é aplicado à entrada de controle do transistor T3, respectiva- mente T2, Quando a tensão VS CA for positiva, respectivamente negativa, o sinal de controle F2, respectivamente F1, será igual a zero e o sinal na saída do inversor 51, respectivamente, 52, será, portanto, igual a um. Isto resultará na desativação do transistor T2, quando a tensão VS CA for positiva, de mo- do que a saída de comutação S1 da unidade de comutação UC1 seja conec- tada à saída de sinal modulado SM. Desta maneira, quando a tensão VS CA for negativa, será o transistor T3 que será desativado, de modo que a saída de comutação S4 da unidade de comutação UC4 seja conectada à saída de sinal modulado SM. Por meio deste primeiro meio de controle 51, 52, é pos- sível suprir pulsos de largura variável, apresentando uma amplitude subs- tancialmente igual à tensão CC U/2 e apresentando um sinal idêntico ao si- nal de tensão VS CA na saída de sinal modulado SM. Em outras palavras, o primeiro meio de controle 51, 52 permite que a saída de comutação S1, S4 da unidade de comutação UC1 , UC4 seja conectada à saída de sinal modu- lado SM, quando o sinal de tensão VS CA for igual àquele da tensão dispo- nível na entrada de tensão da dita unidade de comutação. A filtragem con- secutiva destes pulsos na saída de sinal modulado SM, por meio da indutân- cia L e da capacitância C, permite assim que a tensão VS CA seja suprida. Conforme descrito acima, o dispositivo conversor representado

na figura 2 permite a operação durante as fases ativas, isto é, quando a ten- são VS e a corrente IS CA forem do mesmo sinal. Durante as fases ativas, os pulsos de tensão nas saídas de comutação S1, S4 são, portanto, obtidos por meio das unidades de comutação UC1, UC4 descritas acima. Este mesmo dispositivo conversor também compreende um meio adicional descri- to na seguinte operação de ativação durante as fases reativas, isto é, quan- do a tensão VS e a corrente IS CA forem de sinais opostos.

No dispositivo conversor representado na figura 2, o meio que permite a operação durante as fases reativas compreende diodos com as referências D1, D2, D3, D4 conectados em paralelo com os transistores res- pectivamente com as referências T1, T2, T3, T4. Mais precisamente, cada diodo apresenta um cátodo e um ânodo respectivamente conectados ao e- missor e ao coletor do transistor ao qual ele é conectado em paralelo. Estes diodos D1, D2, D3, D4 são muitas vezes referenciados como diodos antipa- ralelos.

Quando a tensão VS CA for positiva e a corrente IS CA for nega- tiva, a comutação será executada por meio do segundo meio de comutação associado com a unidade de comutação UC4, isto é, o transistor T3, e tam- bém por meio dos diodos D1, D2, conectados em paralelo com o primeiro e o segundo meios de comutação associados com a célula da unidade de co- mutação UC1, isto é, conectados em paralelo com os transistores T1 e T2, respectivamente. Quando a tensão VS CA for negativa e a corrente IS CA for positiva, a comutação acontecerá, por um lado, por meio do segundo meio de comutação associado com a unidade de comutação UC1, isto é, o transistor T2, e também por meio dos diodos D4, D3 conectados em paralelo com o primeiro e o segundo meios de comutação associados com a unidade de comutação UC1, isto é, conectados em paralelo com os transistores T4 e T3, respectivamente.

Mais precisamente, quando o transistor T3, respectivamente T2, for ativado, a corrente IS CA fluirá através do dito transistor e diodo DC3, respectivamente DC2. Isto resulta na tensão na saída de sinal modulado SM sendo substancialmente igual à tensão de referência REF. Inversamente, quando o transistor T3, respectivamente T2, for desativado, a corrente IS CA fluirá através dos diodos D2, D1, respectivamente dos diodos D3, D4, o que resulta na tensão na saída de sinal modulado SM sendo substancialmente igual à tensão CC U/2, respectivamente -U/2. Desse modo, durante as fases ativas, para estabelecer pulsos

na saída de sinal modulado SM, o primeiro meio de comutação T1, T4 das unidades de comutação UC1, UC4 será essencialmente usado. Durante as fases reativas, o estabelecimento de pulsos na saída de sinal modulado SM essencialmente usa o segundo meio de comutação T3, T2 associado com as unidades de comutação UC4, UC1.

Quando a fonte de alimentação ininterrupta 11 representada na figura 1, e, em particular, o dispositivo conversor representado nas figuras 2 e 3, estiverem em uso, as velocidades de comutação dos transistores T1 a T4 e as correntes elevadas que fluem nestes impõem limitações estruturais consideráveis. Isto resulta nas perdas de comutação nestes componentes eletrônicos de potência ativa limitando o aumento da freqüência de comuta- ção. Um problema técnico é o de limitar estas perdas de comutação durante as fases ativas de operação do dispositivo conversor, enquanto ao mesmo tempo assegura uma operação satisfatória durante as fases reativas. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo da invenção é o de prover uma solução aos proble- mas dos dispositivos conversores da técnica anterior propondo um dispositi- vo conversor que permita que uma tensão CA e uma corrente CA sejam su- pridas por meio da filtragem de pulsos obtidos em uma saída de sinal modu- lado de três tensões substancialmente CC disponíveis em uma linha de ten- são de referência e em duas entradas de tensão de sinais opostos, o dito dispositivo compreendendo duas unidades de comutação conectadas entre a dita linha de tensão de referência e respectivamente uma e a outra das ditas entradas, cada unidade de comutação compreendendo um primeiro meio de comutação conectado entre a entrada à qual é conectada a dita u- nidade de comutação e uma saída de comutação da dita unidade de comu- tação para suprir pulsos apresentando o mesmo sinal que aquele da tensão disponível na dita entrada pelas ativações e desativações principais do dito primeiro meio de comutação, o dito dispositivo compreendendo, para cada unidade de comutação, um segundo meio de comutação associado com a dita unidade de comutação e conectado entre a dita unidade de comutação e a dita saída de sinal modulado, e o primeiro meio de controle atuando no dito segundo meio de comutação para estabelecer a ativação do dito segundo meio de comutação, quando o sinal da dita tensão CA for igual àquele da tensão na entrada à qual é conectada a dita unidade de comutação, o dito dispositivo sendo caracterizado pelo fato de, para cada unidade de comuta- ção, compreender um circuito de auxílio de comutação da dita unidade de comutação conectada entre a entrada à qual é conectada a dita unidade de comutação e a saída de comutação da dita unidade de comutação para es- tabelecer uma tensão de comutação do dito primeiro meio de comutação que é substancialmente igual a zero, antes de qualquer ativação principal do primeiro meio de comutação da dita unidade de comutação, e de, para cada unidade de comutação, o dito dispositivo compreender um segundo meio de controle que atua sobre o segundo meio de comutação associado com a unidade de comutação que é conectada à entrada de tensão de sinal igual àquele da dita tensão CA para estabelecer a desativação do dito segundo meio de comutação, quando a dita tensão CA e a dita corrente CA forem de sinais opostos.

Cada unidade de comutação preferivelmente compreende adi- cionalmente um diodo conectado entre a linha de tensão de referência e a saída de comutação da dita unidade de comutação para estabelecer uma tensão igual à dita tensão de referência na dita saída de comutação, quando a dita desativação acontecer.

O segundo meio de comutação de cada unidade de comutação

é preferivelmente conectado entre a saída de comutação da dita unidade de comutação e a saída de sinal modulado. Alternativamente, a saída de comu- tação de cada unidade de comutação é conectada diretamente à saída de sinal modulado, e o segundo meio de comutação de cada unidade de comu- tação é conectado em série entre o diodo e a dita saída de sinal modulado.

Cada unidade de comutação é preferivelmente controlada por meio de um sinal de controle de modulação de largura de pulso, a amplitude do qual é mantida em um valor substancialmente igual a zero, quando o si- nal da tensão CA for o oposto do sinal da tensão na entrada à qual é conec- tada a dita unidade de controle, e o primeiro meio de controle que atua no segundo meio de comutação associado com uma das unidades de comuta- ção compreende um inversor conectado entre a entrada de controle do dito segundo meio de comutação e um ponto de entrada do sinal de controle da outra unidade de comutação. Vantajosamente, o segundo meio de controle que atua no segundo meio de comutação associado com uma unidade de comutação compreende entre a entrada de controle do dito segundo meio de comutação e o ponto de entrada do sinal de controle da outra unidade de comutação:

- um meio para testar o sinal da corrente CA com relação àquele da tensão na entrada à qual é conectada a dita primeira unidade de comuta- ção, e

- um operador booliano "E" lógico provido com duas entradas conectadas a uma saída do inversor do primeiro meio de controle do dito segundo meio de comutação e a uma saída do dito meio para testes e com

uma saída para estabelecer a desativação do dito segundo meio de comuta- ção, quando a dita corrente CA for de sinal oposto àquele da tensão na en- trada à qual é conectada a dita primeira unidade de comutação. O circuito de auxílio de comutação de cada unidade de comuta- ção preferivelmente compreende um meio indutivo, um meio de ramificação para derivar uma corrente da saída de comutação para desviar a dita corren- te para o dito meio indutivo antes da ativação principal, e um meio de arma- zenamento de energia conectado em paralelo no diodo da dita unidade de comutação para estabelecer uma ressonância da dita corrente no dito meio indutivo antes da ativação principal. Vantajosamente, o meio indutivo do cir- cuito de auxílio de comutação de cada unidade de comutação é essencial- mente formado por um transformador conectado à saída de comutação da dita unidade de comutação e compreendendo enrolamentos reversamente enrolados, e o dito meio de ramificação compreende um meio de comutação auxiliar diretamente conectado entre o dito meio indutivo e a entrada de ten- são à qual é conectada a dita unidade de comutação. O transformador do circuito de auxílio de comutação de cada unidade de comutação vantajosa- mente compreende:

- um primeiro enrolamento conectado entre a saída de comuta- ção da dita unidade de comutação e o meio de ramificação do dito circuito de auxílio de comutação, e

- um segundo enrolamento magneticamente acoplado ao dito primeiro enrolamento e conectado entre a dita saída de comutação e a linha

de tensão de referência.

O transformador preferivelmente apresenta uma relação de transformação de menos de um.

O circuito de auxílio de comutação de cada unidade de comuta- ção preferivelmente compreende pelo menos um primeiro diodo de bloqueio conectado entre o primeiro enrolamento e a linha de tensão de referência. Vantajosamente, o circuito de auxílio de comutação de cada unidade de co- mutação compreende um segundo diodo de bloqueio conectado entre o se- gundo enrolamento e a linha de tensão de referência. O dispositivo conversor preferivelmente compreende um terceiro

meio de controle que atua sobre o primeiro meio de comutação de cada uni- dade de comutação, o dito terceiro meio de controle sendo conectado entre o ponto de entrada do sinal de controle de modulação de largura de pulso da dita unidade de comutação e a entrada de controle do dito primeiro meio de comutação, o dito terceiro meio de controle permitindo que uma sucessão de ativações e desativações principais do dito primeiro meio de comutação seja comandada do dito sinal de controle, o dito terceiro meio de controle com- preendendo um módulo de retardo destinado a estabelecer uma ativação principal retardada depois de um período maior do que um período preesta- belecido. O dispositivo conversor vantajosamente compreende um quarto meio de controle que atua no meio de comutação auxiliar do circuito de auxí- lio de comutação de cada unidade de comutação, o dito quarto meio de con- trole sendo conectado entre o ponto de entrada do sinal de controle de mo- dulação de largura de pulso da dita unidade de comutação e a entrada de controle do dito meio de comutação auxiliar, o dito quarto meio de controle compreendendo um módulo destinado a estabelecer a ativação do dito meio de comutação auxiliar durante um período preestabelecido.

A invenção também se refere a uma fonte de alimentação inin- terrupta compreendendo uma entrada de fonte de alimentação na qual é a- plicada uma tensão de entrada CA, um retificador conectado à dita entrada, duas linhas de tensão substancialmente CC de sinais opostos conectadas na saída do dito retificador, um inversor conectado às ditas linhas de tensão substancialmente CC e compreendendo uma saída destinada a suprir uma tensão de reforço, a dita fonte de alimentação sendo caracterizada pelo fato de o dito inversor ser um dispositivo conversor, conforme descrito acima, e suprir uma tensão CA de reforço de tensões substancialmente CC. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outras vantagens e características se tornarão mais claramente evidentes a partir da seguinte descrição de concretizações específicas da invenção, fornecida como um exemplo não restritivo apenas e representadas nos desenhos anexos. A figura 1 representa uma fonte de alimentação ininterrupta de

acordo com a técnica anterior.

A figura 2 representa um dispositivo conversor de tensão CC em tensão CA de acordo com a técnica anterior.

A figura 3 representa a unidade de controle do dispositivo con- versor representado na figura 2.

A figura 4 esquematicamente representa um dispositivo conver- sor de acordo com a invenção.

A figura 5 representa a unidade de controle capaz de ser imple- mentada no dispositivo conversor representado na figura 4, e também os dispositivos conversores representados nas figuras 6 e 7.

A figura 6 representa uma concretização de um dispositivo con- versor de acordo com a invenção que usa a unidade de controle representa- da na figura 5.

A figura 7 representa outra concretização de um dispositivo con- versor de acordo com a invenção que usa a unidade de controle representa- da na figura 5.

As figuras de 8A a 8H são diagramas de tempo que ilustram a

operação do dispositivo conversor representado na figura 6 ou 7, quando a tensão e a corrente CA forem de sinais opostos e, no caso específico, quan- do for usada uma unidade de controle, de acordo com a técnica anterior, conforme representado na figura 3. As figuras de 9A a 9H são diagramas de tempo que ilustram a

operação do dispositivo conversor representado na figura 6 ou 7 com uma unidade de controle, de acordo com a invenção, conforme representado na figura 5, e quando a tensão e a corrente CA forem de sinais opostos.

As figuras de 10A a 10L são diagramas de tempo que ilustram a operação do dispositivo conversor, de acordo com a invenção; representado na figura 6 ou 7, quando a tensão e a corrente CA forem do mesmo sinal.

As figuras de 11A a 11K são diagramas de tempo que ilustram a operação no modo retificador do dispositivo conversor, de acordo com a in- venção, representado na figura 6 ou 7, quando a tensão e a corrente CA fo- rem do mesmo sinal, no início e no final de uma meia-onda da dita tensão CA.

A figura 12 representa uma fonte de alimentação ininterrupta, de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA CONCRETIZAÇÃO

Com referência à figura 4, o dispositivo conversor compreende um grande número de elementos que já foram descritos e que têm os mes- mos números de referência. O dispositivo conversor adicionalmente com- preende, para cada unidade de comutação UC1, UC4, um circuito de auxílio de comutação Α1, A4 da dita unidade de comutação conectada entre a en- trada de tensão Ρ, N à qual é conectada a dita unidade de comutação e a saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação. Estes circuitos de auxílio de comutação A1, A4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 permitem que uma tensão de comutação do primeiro meio de comutação T1, T4 da dita unidade de comutação que é substancialmente igual a zero seja estabelecida antes da ativação principal.

A seguir, a ativação do meio de comutação poderia também ser qualificada como disparo do dito meio de comutação. O termo "principal", associado com os termos ativação, disparo ou desativação, pode ser usado com referência às comutações do primeiro meio de comutação T1, T4 com o qual os circuitos de auxílio de comutação interagem para suavizar as comu- tações. O termo "principal" também permite que seja feita a distinção entre as comutações do primeiro meio de comutação Τ1, T4 e aquelas do segun- do meio de comutação T2, T3 ou aquelas do meio de comutação auxiliar TX1, TX4.

De modo geral, para estabelecer pulsos na saída de sinal modu- lado SM, as comutações que dão origem a perdas no segundo meio de co- mutação T2, T3 são menos freqüentes do que as comutações do primeiro meio de comutação Τ1, T4. Os circuitos de auxílio de comutação são, por- tanto, geralmente destinados a estabelecerem uma tensão de comutação substancialmente igual a zero para comutações do primeiro meio de comu- tação Τ1, T4 apenas, isto é, durante as fases ativas de operação. Para estabelecer uma tensão de comutação substancialmente

igual a zero antes da ativação ou disparo principal, o circuito de auxílio de comutação A1, A4 da unidade de comutação UC1, UC4 envolvido compre- ende, em geral, um meio para desviar uma corrente IRP1 IRN da saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação e para estabelecer uma ressonância desta corrente. Estes circuitos de auxílio de comutação Α1, A4, geralmente destinados às fases ativas de operação, podem, de fato, interagir de maneira desfavorável com o segundo meio de comutação T3, T2, durante as fases reativas de operação.

Por exemplo, conforme descrito na maneira detalhada, a seguir, os circuitos de auxílio de comutação Α1, A4 podem compreender um meio de armazenamento de energia que atua, durante as fases reativas de opera- ção, na corrente que flui no segundo meio de comutação T2, T3. Mais preci- samente, estes meios de armazenamento de energia são geralmente dis- postos de tal modo que, quando da ativação do segundo meio de comutação T2, T3, a descarga do dito meio de armazenamento de energia acontecerá através de todo o dito segundo meio de comutação, o que exige o superdi- mensionamento destes segundos meios de comutação e do meio de arma- zenamento de energia.

Foi descoberto que, com a modificação da unidade de controle CD1, era possível usar um circuito de auxílio de comutação que impedisse qualquer superdimensionamento do segundo meio de comutação T2, T3. Para isto, os segundos meios de controle descritos adicionalmente de ma- neira detalhada foram acrescentados à unidade de controle CD1 para atua- rem no segundo meio de comutação T2, T3 associado com a unidade de comutação UC1, UC4 que é conectada à entrada Ρ, N. Este segundo meio de controle permite assim que a desativação do segundo meio de comuta- ção T2, T3, associado com a unidade de comutação UC1, UC4 que é conec- tada à entrada de tensão de sinal oposto do sinal da dita tensão CA seja es- tabelecida quando a tensão VS e a corrente IS CA forem de sinais opostos, isto é, durante as fases reativas. Em outras palavras, quando a tensão VS e a corrente IS CA forem de sinais opostos, o segundo meio de controle atuará no segundo meio de comutação T2, T3 associado com a unidade de comu- tação UC1, UC4 que é conectada à entrada Ρ, N para proteger a dita unida- de de comutação da saída de sinal modulado SM. Uma unidade de controle modificada CD2 incluindo o segundo meio de controle é representada na figura 5. Como na unidade de comuta- ção CD1 representada na figura 3, o controle de cada unidade de comutação é executado por meio de um sinal de controle de modulação de largura de pulso F1, F2 da dita unidade de comutação. Conforme descrito anteriormen- te, a amplitude do sinal de controle F1, F2 de uma unidade de comutação UC1, UC4 será mantida igual a zero, quando o sinal da tensão VS CA for o oposto do sinal da tensão na entrada Ρ, N à qual é conectada a dita unidade de comutação. Em outras palavras, a amplitude de sinal F1 será mantida igual a zero, quando o sinal da tensão VS CA for negativo, e a amplitude de sinal F2 será mantida igual a zero, quando o sinal da tensão VS CA for posi- tivo. Como na unidade de comutação CD1 representada na figura 3, o pri- meiro meio de controle que atua no segundo meio de comutação T2, T3 as- sociado com uma das unidades de comutação UC1, UC4 compreende um inversor 51, 52 conectado entre a entrada de controle do dito segundo meio de comutação e um ponto de entrada do sinal de controle F2, F1 da outra unidade de comutação UC4, UC1.

A unidade de controle CD2 adicionalmente compreende, para cada unidade de comutação, um segundo meio de controle que também a- tua no segundo meio de comutação T2, T3 associado com a unidade de co- mutação UC1, UC4 que é conectada à entrada de tensão do mesmo sinal que aquele da tensão VS CA para estabelecer a desativação do dito segun- do meio de comutação, quando a dita tensão VS CA e a dita corrente IS CA forem de sinais opostos. Em outras palavras, o segundo meio de controle atua no segundo meio de comutação T2, respectivamente T3, associado com a unidade de comutação UC1, respectivamente UC4, para estabelecer a desativação do dito segundo meio de comutação, quando a corrente IS CA for negativa, respectivamente positiva.

O segundo meio de controle que atua sobre o segundo meio de comutação T2, T3 associado com uma primeira unidade de comutação UC1, UC4 compreende entre a entrada de controle do dito segundo meio de co- mutação T2, T3 e o ponto de entrada do sinal de controle F2, F1 da outra unidade de comutação UC4, UC1:

- um meio para testar 61, 62 o sinal da corrente IS CA com rela- ção àquele da tensão na entrada Ρ, N à qual é conectada a dita primeira u- nidade de comutação UC1, UC4, e - um operador booliano "E" lógico 65, 66 provido com duas en-

tradas conectadas a uma saída do inversor 51 do primeiro meio de controle do dito meio de comutação T2, T3 e a uma saída do dito meio para testes 61, 62 e com uma saída para estabelecer a desativação do dito segundo meio de comutação, quando a dita corrente IS CA for de sinal oposto àquele da tensão na entrada à qual é conectada a dita primeira unidade de comuta- ção.

Um exemplo de um circuito de auxílio de comutação Α1, A4 ca- paz de ser implementado para cada unidade de comutação UC1, UC4 é re- presentado na figura 6. O dispositivo conversor representado na figura 6 compreende um certo número dos elementos já descritos anteriormente e indicados pelos mesmos números de referência. Como nas figuras 2 e 4, apenas as duas unidades de comutação associadas com uma das três fases foram representadas.

Com referência à figura 6, o circuito de auxílio de comutação A1, A4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 compreende um meio indutivo, um meio de ramificação para derivar a corrente IRP, IRN da saída de comu- tação S1, S4 para desviar a dita corrente para o dito meio indutivo antes que o dito disparo aconteça, e um capacitor C2, C3 conectado em paralelo nos diodos DC2, DC3 da dita unidade de comutação para estabelecer uma res- sonância da dita corrente IRP, IRN no dito meio indutivo antes de o disparo acontecer.

Os meios indutivos do circuito de auxílio de comutação Α1, A4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 são essencialmente formados por um transformador TP, TN conectado à saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação e compreendendo enrolamentos enrolados ao contrá- rio. Em outras palavras, os dois enrolamentos do transformador são direta- mente conectados à saída de comutação S1, S4. No dispositivo conversor representado na figura 6, o transformador TP1 TN é diretamente conectado à saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação. Devido ao fato de o meio indutivo de cada circuito de auxílio de comutação Α1, A4 ser es- sencialmente formado por um transformador, e de este ser diretamente co- nectado à saída de comutação S1, S4, a topologia do dispositivo conversor e de seus circuitos de auxílio de comutação é simplificada.

O meio de ramificação do circuito de auxílio de comutação A1, A4 de cada unidade de comutação UC1, UC4, de sua parte, compreende um meio de comutação auxiliar na forma de transistores auxiliares TX1, TX4, diretamente conectado entre o transformador TP1 TN e a entrada de tensão Ρ, N à qual é conectada a dita unidade de comutação. O termo "diretamente conectado" indica que o meio de conexão entre o transistor auxiliar e a en- trada de tensão Ρ, N e entre este transistor auxiliar e o transformador TP1 TN é essencialmente formado por condutores elétricos. Os transistores auxilia- res TX1, TX4 participam no estabelecimento de uma ramificação de corrente IS CA no transformador TP1 TN antes do disparo principal.

Mais precisamente, o transformador TP1 TN do circuito de auxílio de comutação A1, A4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 compreen- de um primeiro enrolamento 71, 72 conectado entre a saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação e o meio de ramificação TX1, TX4 do dito circuito de auxílio de comutação. O transformador TP, TN compreende um segundo enrolamento 73, 74 que é magneticamente acoplado do primei- ro enrolamento 71, 72 e conectado entre a saída de comutação S1, S4 e a linha de tensão de referência REF através do diodo DA2, DA3. Este segundo enrolamento 73, 74 é adicionalmente enrolado ao contrário com relação ao primeiro enrolamento 71, 72.

Esta configuração do transformador TP, TN permite que mais corrente seja desviada em cada dos enrolamentos do transformador TP, TN, quando os transistores auxiliares TX1, TX4 forem disparados. Devido ao bo- binamento contrário dos enrolamentos e à conexão das extremidades contí- guas dos ditos enrolamentos à entrada de fonte de alimentação, a corrente IS CA é, de fato, desviada para ser compartilhada em cada dos enrolamen- tos. A corrente de entrada IRP1 IRN é assim amplificada por indução mútua. Isto permite que a potência nominal corrente do transistor auxiliar TX1, TX4 seja reduzida. Depois da desativação do diodo DC2, DC3, a tensão V2, V3 nos terminais do transistor principal Τ1, T4 diminui para um valor substanci- almente igual a zero, e o diodo D1, D4 é ativado, o que permite que o dito transistor principal seja disparado sob tensão zero.

Na concretização representada na figura 6, o circuito de auxílio de comutação A1, A4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 compreen- de um primeiro diodo de bloqueio DX2, DX3 conectado entre o primeiro en- rolamento 71, 72 e a linha de tensão de referência REF. Quando o transistor auxiliar TX1, TX4 for desativado, este diodo DX2, DX3 permitirá que a cor- rente flua no primeiro enrolamento 71, 72 em uma única direção. Este diodo também permite que a tensão nos terminais do transistor auxiliar TX1, TX4 seja limitada.

Na concretização representada na figura 6, o circuito de auxílio

de comutação A1, A4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 adicional- mente compreende um segundo diodo de bloqueio DA2, DA3 conectado en- tre o segundo enrolamento 73, 74 e a linha de tensão de referência REF. Este diodo permite que a corrente flua em uma direção única neste segundo enrolamento. A presença destes diodos DA2, DA3 impede qualquer opera- ção reversível dos circuitos de auxílio de comutação e permite que o trans- formador TP, TN seja desmagnetizado. Esta operação unidirecional do cir- cuito de auxílio de comutação Α1, A4 é de interesse, visto que ela limita o tempo de operação do dito circuito de auxílio de comutação Α1, A4 e, por- tanto, limita as perdas no dito circuito.

Esta configuração do circuito de auxílio de comutação A1, A4, uma vez que o transistor principal Τ1, T4 tenha sido disparado, permite que o transformador TP, TN seja desmagnetizado, isto é, não haja mais nenhu- ma corrente fluindo nos enrolamentos do transformador. Isto impede que a energia que resultaria na destruição do dispositivo conversor se acumule no transformador. Esta desmagnetização é permitida pelo diodo DX2, DX3 que permite que a tensão de referência seja aplicada no enrolamento 71, 72 quando o transistor auxiliar TX1, TX4 for desativado e quando a ativação do dito diodo for executada, e pelo diodo DA2, DA3 que suporta a tensão pre- sente no enrolamento 73, 74.

O transformador TP1 TN geralmente apresenta vazamentos magnéticos em cada dos enrolamentos que podem, em geral, não ser igno- rados. Uma indutância equivalente pode ser assim criada pelos vazamentos e esta indutância é ligada a uma indutância de ressonância equivalente. Esta indutância de ressonância determina o grau de inclinação ascendente e des- cendente da corrente nos enrolamentos do transformador. Vantajosamente, o transformador TP, TN compreende um material eletricamente isolante que separa os enrolamentos. A escolha da espessura deste material isolante, entre outras coisas, permite que a indutância de vazamento do transforma- dor, e, portanto, o grau de inclinação corrente seja ajustado.

O ciclo ativo para gerar sinais de controle F1, F2 é geralmente escolhido levando-se em consideração o tempo de desmagnetização do transformador TP, TN1 que é geralmente de cerca de metade do tempo de disparo. Isto impede a saturação destes transformadores.

Na concretização representada na figura 6, o segundo meio de comutação T2, T3 de cada unidade de comutação UC1, UC4 é conectado entre a saída de comutação S1, S4 da dita unidade de comutação e a saída de sinal modulado SM.

Na concretização representada na figura 7, o dispositivo conver- sor compreende um certo número de elementos já descritos anteriormente e indicados pelos mesmos números de referência. Diferente do dispositivo conversor da figura 6, a saída de comutação S1, S4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 é conectada à saída de sinal modulado SM. Adicio- nalmente, o segundo meio de comutação T2, T3 de cada unidade de comu- tação UC1, UC4 é conectado em série entre o diodo DC2, DC3 e a saída de sinal modulado SM. Esta concretização opera essencialmente da mesma maneira que aquela da figura 6 usando a unidade de controle CD2 represen- tada na figura 5.

Os dispositivos conversores representados na figura 6 ou 7 po- dem ser usados de maneira reversível. Em outras palavras, o dispositivo conversor pode operar em um modo retificador que permite que uma tensão substancialmente CC seja obtida nas entradas de tensão CC Ρ, N da tensão VS CA, isto é, como um conversor CA/CC.

Nas concretizações representadas nas figuras 6 e 7, o transistor

T1, T4 de cada unidade de comutação UC1, UC4 pode ser usado no modo tiristor duplo, isto é, o disparo acontece de maneira natural. Em geral, o dis- paro principal acontecerá de maneira natural quando a tensão de comutação se tornar substancialmente igual a zero e o diodo antiparalelo D1, D4 for ati- vado. Para isto, a unidade de controle CD2 representada na figura 5 com- preende um comprador 81, 82 para detectar um cruzamento zero da tensão nos terminais do primeiro meio de comutação Τ1, T4. A saída deste compa- rador 81, 82 é conectada a uma entrada de um primeiro operador booliano "E" lógico de referência 83, 84. O termo "operador booliano "E" lógico" indica que também um produto de entradas lógicas ou um operador binário conjun- tivo, cada uma das ditas entradas lógicas podendo ser igual a zero ou a um. Outra entrada deste operador é conectada ao ponto de entrada do sinal de controle F1, F2. O cruzamento zero da tensão nos terminais do transistor T1, T4 e a presença simultânea de um pulso de sinal de controle F1, F2 permite assim que a saída deste operador booliano 83, 84 seja ativada e o transistor T1, T4 seja disparado.

Entretanto, no modo retificador e no caso em que a intensidade da corrente IS CA seja baixa demais, isto é, para uma amplitude de corrente IS CA menor do que cerca de 10% de seu valor máximo, que geralmente corresponde ao início ou ao final de uma meia-onda da dita corrente, a ten- são na saída de comutação S1, S4 não tem tempo para alcançar o valor exi- gido da tensão de linha P, N1 não sendo possível o disparo natural dos tran- sistores principais T1, T4. Certamente, neste caso, os capacitores CR2, CR3 não têm tempo de serem carregados e é difícil obter uma ressonância da corrente que entra no meio indutivo que cancele a tensão nos terminais dos transistores principais Τ1, T4.

Para remediar esta desvantagem, a unidade de controle CD2 representada na figura 5 compreende um módulo de retardo 91, 92 destina- do a forçar o disparo principal retardado depois de um período maior do que um período preestabelecido TMAX. Este modo de operação forçado será implementado no modo inverso, principalmente no início e no final da meia- onda da tensão VS CA1 quando o valor da corrente IS CA não for suficiente para carregar os capacitores CR2, CR3. A saída do operador 83, 84 é co- nectada a um segundo operador booliano "OU" lógico de referência 93, 94, a saída do mesmo sendo conectada à entrada de controle do transistor princi- pal Τ1, T4. O termo "operador booliano "OU" lógico" também é um operador binário disjuntivo, cada uma das ditas entradas lógicas sendo capaz de ser igual a zero ou a um. Desse modo, na operação normal, quando a saída do operador "E" 83, 84 for ativada, a saída do operador 93, 94 será também ativada, o que permite que o disparo do transistor principal Τ1, T4 seja co- mandado no momento em que a tensão nos terminais do dito transistor cru- za zero.

A unidade de controle CD2 representada na figura 5 adicional- mente compreende um módulo 95, 96 que permite que o transistor auxiliar TX1, TX4 seja disparado durante um período preestabelecido TMAX'. Este período se estende a partir da parte dianteira ascendente do sinal de contro- Ie F1, F2. Na operação normal e durante este período TMAX', o transistor auxiliar TX1, TX4 pode, portanto, ser disparado, o que permite que a tensão de comutação seja cancelada para disparar o transistor principal T1, T4.

Com referência às figuras de 8A a 8H e para fins de comparação com o dispositivo conversor, de acordo com a invenção, a operação do dis- positivo conversor representada na figura 6 associada com a unidade de controle CD1 representada na figura 3 (técnica anterior) é descrita, a seguir, no caso em que a tensão VS CA é positiva e a corrente IS CA é negativa. Deve ser notado que a descrição desta operação também se aplica ao dis- positivo conversor representado na figura 7. Contanto que o sinal de controle F1 seja igual a um, o transistor

T1 está em um estado ativado e o transistor T3 é mantido no estado desati- vado por meio do inversor 51. A corrente IS CA flui nos diodos D1 e D2 (figu- ras 8Ε e 8G). A tensão VCR2 nos terminais do capacitor CR2 é, de sua par- te, igual à tensão U/2 na entrada P.

Em um tempo t1, o sinal de controle F1 vai de um a zero, o tran- sistor T1 é desativado e o transistor T3 é ativado. Deve ser notado que o transistor T2 é mantido ativado por toda a meia-onda positiva devido à pre- sença do inversor 52 e ao fato de o sinal de controle F2 na entrada do dito inversor ser mantido igual a zero por toda a meia-onda positiva. Isto resulta na tensão VCR2 nos terminais do capacitor CR2 sendo cancelada pela des- carga do dito capacitor CR2 através do transistor T2. O valor da corrente IT3 e IT2 que flui no transistor T3 e T2 se tona assim muito alta (figura 8C), o que pode ser prejudicial para sua integridade. O transistor T2 é ativado por todo o período durante o qual a corrente IS CA é negativa e a tensão VS CA é positiva, e a tensão VD1 nos terminais de D1 é mantida igual à tensão U/2 na entrada P (figura 8D). É por isso, que o diodo D1 suporta toda a tensão U/2 da entrada Ρ. A corrente flui, portanto, no transistor T3 (figura 8C) e no diodo DC3.

Em um tempo t2, o sinal de controle F1 vai de zero a um, tran- sistor T1 é ativado e o transistor T3 é desativado. Isto resulta na corrente sendo desviada para o capacitor CR2 através do diodo De (figura 8G), que diminui a elevação da tensão VT3 nos terminais do transistor T3 (figura 8B).

No tempo t3, o capacitor CR2 é carregado e apresenta uma ten- são VCR2 em seus terminais igual à tensão U/2 na entrada P. Uma corrente IS CA flui nos diodos D1 e D2 (figuras 8E e 8G).

Com referência às figuras de 9A a 9H, a operação do dispositivo conversor representado na figura 6 associado com a unidade de controle CD2 representada na figura 5 é descrita a seguir, ainda no caso em que a tensão VS CA é positiva e a corrente IS CA é negativa, isto é, durante as fases reativas. Esta operação pode ser transportada no caso em que a ten- são VS é negativa e a corrente IS é positiva, T2 operando então como T3, a seguir, e vice-versa.

Deve ser notado que a descrição desta operação também se a - plica ao dispositivo conversor representado na figura 7. Contanto que o sinal de controle F1 seja igual a um, o transistor T1 é ativado e o transistor T3 é mantido desativado por meio do inversor 51. A corrente IS CA flui nos diodos D1 e D2 (figuras 9E). A tensão VCR2 nos terminais do capacitor CR2 é, de sua parte, igual à tensão U/2 na entrada P (figura 9G).

No tempo t1, o sinal de controle F1 vai de um a zero, o transistor T1 é desativado e o transistor T3 é ativado como foi o caso anteriormente. Além disso, a saída do inversor 52 é mantida igual a um devido ao fato de, por toda a meia-onda positiva da tensão VS, o sinal de controle F2 ser man- tido igual a zero. Em paralelo, o sinal da corrente CA permite que a saída do comparador 61 seja mantida em zero. Isto resulta na saída do operador boo- Iiano "E" lógico 65 sendo igual a zero e no transistor T2 sendo desativado. O segundo meio de controle 61, 65, permite, portanto, que o transistor T2 seja desativado, o que impede que a corrente originária da descarga do capacitor CR2 flua. O capacitor CR2 permanece, portanto, carregado (figura 9G) e a tensão nos terminais do diodo D1 é mantida igual a zero (figura 9E). Por is- so, é o diodo D2 que irá suportar toda a tensão U/2 da entrada P, quando o transistor T3 for ativado (figura 9F).

Conforme anteriormente, no tempo t2, o sinal de controle F1 vai de zero a um, o transistor T1 é ativado e o transistor T3 é desativado. A cor- rente é desviada no diodo D2.

No tempo t2, a corrente IS CA flui nos diodos D1 e D2 (figura

9E).

O uso da unidade de comutação CD2 representada na figura 5, em particular, do segundo meio de controle 61, 62, 65, 66 da dita unidade de controle, permite que a corrente IT3, IT2 que flui no transistor T3, T2 seja limitada impedindo a descarga do capacitor CR2, CR3. O transistor T3 não precisa, portanto, ser superdimensionado para suportar uma corrente à qual seria acrescentada uma corrente de descarga do capacitor CR2, CR3. Com referência aos diagramas de tempo das figuras de 10A a

10L, a operação do dispositivo conversor representada na figura 6 ou na fi- gura 7 é descrita, a seguir. Deve ser notado que estes diagramas de tempo se estendem sobre um período de tempo durante o qual a tensão VS e a corrente IS CA podem ser consideradas como sendo contínuas. A seguinte descrição é limitada à operação durante as meias-ondas positivas de tensão VS CA, isto é, essencialmente à operação da unidade de comutação UC1 e do circuito de auxílio de comutação A1. A operação do dispositivo conversor durante as meias-ondas negativas da tensão VS CA pode ser facilmente derivada a partir daí por aquele versado na técnica. A seguinte descrição é formada para o caso em que a tensão VS CA e a corrente IS CA são do mesmo sinal, isto é, quando o circuito de auxílio de comutação for usado para obter uma comutação suave dos transistores principais T1, T4. Além disso, a seguinte descrição se aplica ao modo retificador do dispositivo con- versor, isto é, ao modo CC/CA de operação, uma condição sendo também a de que a intensidade da corrente IS CA é suficiente para obter a ativação natural dos transistores Τ1, T4. Em outras palavras, a operação descrita adi- ante com relação a uma certa extensão exclui o modo retificador para o iní- cio e o final das meias-ondas da tensão VS CA.

O transistor principal T1 está inicialmente em um estado dispa- rado ou ativado, que é indicado pela presença de uma linha em negrito na figura 10B. O transistor auxiliar TX1 está, de sua parte, em um estado desa- tivado, que é indicado pela ausência de uma linha em negrito na figura 10C. Conforme pode ser visto na figura 10G, o diodo DC2 é desativado. O transis- tor T1 vê um fluxo IT1 de corrente, representado na figura 10F, isto é, subs- tancialmente igual à corrente IS CA. A tensão V1 nos terminais do transistor T1 é assim substancialmente igual a zero, e a tensão VCR2 nos terminais do capacitor CR2 é substancialmente igual à tensão U/2 na entrada P (figura 10E). O diodo DA2 não vê qualquer fluxo de corrente como é representado na figura 10H e está no estado desativado. A tensão VDA2 em seus termi- nais representados na figura 101 é, portanto, substancialmente igual ao valor da tensão U/2 na entrada P. No tempo t1, o transistor T1 está desativado (figura 10B), e a

corrente IS CA é desviada no capacitor CR2. A tensão V1 nos terminais do transistor principal T1 começa a aumentar progressivamente o capacitor de descarga CR2, conforme pode ser visto na figura 10E. O diodo DA2 está ainda no estado desativado e a tensão VDA2 em seus terminais começa a diminuir (figura 101) até alcançar um valor zero. Ao mesmo tempo, conforme pode ser visto na figura 10L, a tensão VTX1 nos terminais do transistor auxi- liar TX1 aumenta para o valor da tensão U/2 na entrada P.

No tempo t2, a tensão VCR2 nos terminais do capacitor CR2 al- cança o valor da tensão de referência (figura 10E) e o diodo DC2 começa a conduzir uma corrente IDC2, o valor da qual é substancialmente igual ao valor da corrente IS representada na figura 10G. No tempo t3, o transistor auxiliar TX1 é disparado (figura 10C), o

que irá resultar em um decréscimo de corrente IDC2 no diodo DC2 (figura 10G) que é desviado para o transistor auxiliar TX1 que foi ativado. Conforme pode ser visto na figura 10J, o transistor auxiliar TX1 detecta, portanto, uma corrente ITX1 que aumenta progressivamente. A corrente IRP no transfor- mador TP, representado na figura 10D, irá, portanto, aumentar ao mesmo tempo em que a corrente IDC2 diminui. Depois do disparo do diodo DA2 esta corrente IRP resultará da soma de corrente ITX1 no primeiro enrola- mento 71 do transformador TP (figura 10J) e da corrente IDA2 no segundo enrolamento 73 deste mesmo transformador TP (figura 10H). Tão logo o di- odo DA2 seja disparado, a tensão U/2 na entrada P será aplicada aos dois enrolamentos 71, 73 do transformador TP. Por conta das perdas magnéticas deste transformador, o enrolamento 73 será submetido a uma tensão em seus terminais que é substancialmente igual à tensão U/2 na entrada Ρ. A relação de transformação do transformador TP está muito próxima a um, a corrente ITX1 no enrolamento 71 representada na figura 10J e a corrente IDA2 no enrolamento 73 representada na figura 10H são substancialmente iguais à metade do valor da corrente IRP que entra no transformador TP, isto é, igual à metade da corrente IS CA.

No tempo t4, não há mais nenhuma corrente fluindo no diodo DC2, sendo este, consequentemente, desativado (figura 10G). A tensão V2 nos terminais do capacitor CR2 (figura 10E) começa, portanto, a aumentar pelo fenômeno da ressonância com o transformador TP. Ao mesmo tempo, conforme pode ser visto nas figuras 10D, 10H e 10J, a corrente IRP na en- trada do transformador TP e as correntes IDA2 e ITX1 em cada enrolamento irão aumentar. Desta forma, a corrente IRP no transformador entrará em ressonância. Certamente, no tempo t4, o capacitor CR2 que é descarregado será carregado progressivamente na medida em que a tensão V2 em seus terminais aumenta para alcançar a tensão de entrada P.

Entre os tempos t4 e t5, quando a tensão V2 nos terminais do capacitor CR2 for substancialmente igual à metade da tensão U/2 na entrada P, a corrente IRP que entra no transformador TP irá alcançar um pico de ressonância (figuras 10D e 10E). Durante este lapso de tempo, a tensão nos terminais do enrolamento 71 do transformador TP irá diminuir e a tensão nos terminais do enrolamento 73 deste mesmo transformador irá aumentar. Em outras palavras, devido à variação de tensão V2, a tensão U/2 na entrada P irá simultaneamente comutar do enrolamento 71 para o enrolamento 73. No tempo t5, considerando que a tensão V2 nos terminais do

capacitor CR2 é igual à tensão U/2 na entrada P (figura 10E), uma corrente fraca irá fluir no diodo conectado ao contrário D1 paralelo ao transistor T1. Isto pode ser visto na figura 10F que representa a corrente IT1 que flui no módulo formado pelo transistor principal T1 e pelo diodo D1. O transistor principal T1 é disparado entre o tempo t5 e o tempo t6 com uma tensão em seus terminais que é, portanto, substancialmente igual a zero (figura 10E). A potência dissipada quando este disparo acontecer será, portanto, minimiza- da.

No tempo t6, a corrente IT1 no transistor principal T1 aumenta progressivamente (figura 10F); ao mesmo tempo, a intensidade de correntes ITX1 e IDA2 no primeiro e no segundo enrolamentos 71, 73, respectivamen- te, diminui (figuras 10J e 10H).

No tempo t7, não há mais nenhuma corrente fluindo no diodo DA2 e no segundo enrolamento 73 do transformador TP (figura 10H), o que resulta na desativação do dito diodo. Uma corrente de baixa intensidade I- MAG representada na figura 10J, devido à magnetização do transformador TP, continua a fluir no transistor TX1 e no primeiro enrolamento 71 do dito transformador. Entre o tempo t7 e o tempo t8, as tensões nos terminais dos enrolamentos 71, 73 do transformador TP são substancialmente iguais a zero, o valor desta corrente IMAG permanecendo substancialmente constante.

No tempo t8, o transistor TX1 é comandado para o estado desa- tivado (figura 10C) e o diodo DX2 permite que a corrente de magnetização IMAG que flui no primeiro enrolamento 71 seja completamente evacuada. A total desmagnetização do transformador TP acontece assim antes da desati- vação principal do transistor principal T1. Conforme pode ser visto na figura 10L, o valor da tensão nos terminais do transistor TX1 é substancialmente igual à tensão U/2 na entrada P. Conforme pode ser visto na figura 101, a tensão nos terminais do diodo DA2 é, de sua parte, substancialmente igual a duas vezes o valor da tensão U/2 na entrada P. Durante a desmagnetização do transformador TP, a tensão VTX1 nos terminais do transistor auxiliar TX1 é, portanto, duas vezes tão baixa quanto a tensão VDA2 nos terminais do diodo DA2. Por isso, o diodo DA2 que absorve uma alta tensão de desmag- netização em vez do transistor auxiliar TX1, que permite que um transistor TX1 de potência nominal inferior seja escolhido, é, portanto menos oneroso e opera com um menor consumo de energia.

No tempo t9, o transformador TP é totalmente desmagnetizado, isto é, o valor médio da tensão em seus terminais é zero. A corrente IMAG se torna, portanto, zero e o diodo DX2 é desativado. O tempo anterior da situação inicial t1 é assim revertido.

Com referência aos diagramas de tempo das figuras de 11A a 11K, a operação no modo retificador do dispositivo conversor representado na figura 6 ou na figura 7, isto é, o modo de operação CC/CA do dito conver- sor, é descrito, a seguir, no caso de a intensidade da corrente IS CA não ser suficiente para obter a ativação natural dos transistores Τ1, T4. A operação descrita adiante é, portanto, aplicável ao início e ao final da meia-onda de corrente IS CA. Deve ser notado que estes diagramas de tempo se esten- dem sobre um período durante o qual a tensão VS e a corrente IS CA po- dem ser consideradas como sendo contínuas. A seguinte descrição é limita- da à operação durante as meias-ondas positivas da tensão VS CA, a opera- ção durante as meias-ondas negativas da dita tensão VS CA podendo ser facilmente derivada a partir desta por aquele versado na técnica.

No inicio, o transistor T1 é disparado ou ativado, conforme pode ser visto na figura 11 A. O transistor T1 conduz uma corrente IT1 representa- da na figura 11E o valor da qual é substancialmente igual àquele da corrente IS CA. Conforme pode ser visto nas figuras 11D e 11F, o valor da tensão VCR2 nos terminais do capacitor CR2 é quase zero e o diodo DC2 está no estado desativado.

No tempo t1, o transistor principal T1 vai do estado ativado para o estado desativado (figura 11A) e a corrente IS CA é desviada no capacitor CR2. A tensão VCR2 nos terminais do capacitor CR2 começa a diminuir progressivamente descarregando o capacitor CR2, e a tensão V1 nos termi- nais do transistor principal T1 aumenta progressivamente, conforme pode ser visto na figura 11 D. A intensidade da corrente IS CA é baixa demais, a tensão V1 nos terminais do transistor T1 aumenta muito rapidamente e não consegue alcançar o valor de tensão U/2 na entrada Ρ. O diodo DC2 não pode, portanto, ser disparado, não conduzindo, por conseguinte (figura 11F).

No tempo t2, o transistor auxiliar TX1 é disparado (figura 11 N|B). Conforme pode ser visto na figura 111, o transistor auxiliar TX1 vê, portanto, uma corrente ITX1 que aumenta progressivamente. Da mesma maneia, a corrente IRP no transformador TP (figura 11C) e a corrente IDFA2 no diodo DA2 (figura 11G) aumentam. A corrente IRP no transformador TP irá então entrar em uma fase de ressonância. O capacitor CR2 que é inicialmente car- regado será, de fato, descarregado na medida em que a tensão V1 nos ter- minais do transistor principal T1 diminui para zero. A corrente IRP no trans- formador TP irá então alcançar um pico de ressonância (figura 11C) que irá então continuar com uma queda. Conforme pode ser visto nas figuras 11C, 11 D, 11H, 111 e 11K, a fase de ressonância resulta em oscilações sem que a tensão V1 nos terminais do transistor principal T1 possa ser cancelada. O transistor T1 pode, portanto, não disparar devido ao fato de as saídas do comparador 81 e da operação booliana "E" lógico 83 da unidade de controle CD2 permanecerem em um estado inativo. No tempo t3, depois do lapso de tempo TMAX definido pelo mó- dulo de retardo 91 do meio de controle CD2, o transistor principal T1 é dispa- rado automaticamente (figura 11 A) devido ao fato de a saída do operador booliano "OU" lógico 93 comutar para o estado ativo. Ao mesmo tempo, a tensão V1 nos terminais do transistor principal T1 é bruscamente trazida pa- ra zero (figura 11 D), o que gera um pico de corrente no transistor principal T1 (figura 11E). A corrente IRP diminui (figura 11C) e o diodo DA2 é reverti- do para o estado desativado (figura 11C). Apenas uma corrente de magneti- zação IMAG flui no transistor TX1 (figura 111). No tempo t4, depois de um período TMAX' definido pelo módulo

95 da unidade de controle CD2 e geralmente maior do que o tempo TMAX1 o transistor auxiliar TX1 é desativado (figura 11 Β). O diodo DX2 permite que a total desmagnetização do transformador TP seja conseguida no tempo t5 (figuras 11H, 111 e 11J). No tempo t5, o transformador TP é totalmente desmagnetizado.

A corrente IMAG se torna, portanto, zero e o diodo DX2 é desativado (figura 11J). O tempo precedente da situação inicial t1 é, portanto, revertido.

Os dispositivos conversores descritos acima podem ser usados em uma fonte de alimentação ininterrupta 501, conforme representado na figura 12. Esta fonte de alimentação ininterrupta compreende uma entrada de fonte de alimentação 502 na qual é aplicada uma tensão de entrada vari- ável de um primeiro sistema de potência trifásica. A fonte de alimentação ininterrupta compreende um retificador 502, o dito retificador sendo conecta- do entre a entrada da fonte de alimentação 502, por um lado, e duas linhas de saída substancial CC 504 ou barras de tensão, por outro. A fonte de ali- mentação ininterrupta compreende um inversor 506 correspondendo a um dos dispositivos conversores descritos acima, o dito inversor sendo conecta- do entre as linhas de saída 504 e uma saída 507 destinada a suprir uma tensão CA trifásica de reforço para uma carga 508. A barra de tensão CC 504 é também conectada a uma bateria 509 através de um conversor CC/CC 510.

Conforme pode ser visto na figura 12, comutadores estáticos 511 e 512 permitem a seleção ou de entrada de fonte de alimentação 502 do primeiro sistema de potência trifásica ou de uma entrada de fonte de alimen- tação 513 de um segundo sistema de potência que também é trifásico. Des- se modo, é possível suprir a carga por meio do primeiro sistema de potência de reforço através da fonte de alimentação ininterrupta 501, e alternar para o segundo sistema de potência, caso exigido.

Claims

1. Dispositivo conversor que permite que uma tensão (VS) e uma corrente (IS) CA sejam supridas com a filtragem de pulsos obtidos em uma saída de sinal modulado (SM) de três tensões substancialmente CC (- U/2, UREF, U/2) disponíveis em uma linha de tensão de referência (REF) e em duas entradas de tensão (Ρ, N) de sinais opostos, o dito dispositivo com- preendendo duas unidades de comutação (UC1, UC4) conectadas entre a dita linha de tensão de referência e respectivamente uma e a outra das ditas entradas, cada unidade de comutação compreendendo um primeiro meio de comutação (T1, T4) conectado entre a entrada à qual é conectada a dita u- nidade de comutação e uma saída de comutação (S1, S4) da dita unidade de comutação para suprir pulsos apresentando o mesmo sinal que aquele da tensão disponível na dita entrada pelas ativações e desativações principais do dito primeiro meio de comutação, o dito dispositivo compreendendo, para cada unidade de comutação, um segundo meio de comutação (T2, T3) as- sociado com a dita unidade de comutação e conectado entre a dita unidade de comutação e a dita saída de sinal modulado, e o primeiro meio de contro- le (51, 52) atuando no dito segundo meio de comutação para estabelecer a ativação do dito segundo meio de comutação quando o sinal da dita tensão CA for igual àquele da tensão na entrada (Ρ, N) à qual é conectada a dita unidade de comutação, caracterizado pelo fato de que, para cada unidade de comutação, o dito dispositivo compreende um circuito de auxílio de comu- tação (A1, A4) da dita unidade de comutação conectada entre a entrada à qual é conectada a dita unidade de comutação e a saída de comutação da dita unidade de comutação para estabelecer uma tensão de comutação do dito primeiro meio de comutação que é substancialmente igual a zero, antes de qualquer ativação principal do primeiro meio de comutação da dita unida- de de comutação, e para cada unidade de comutação, o dito dispositivo compreende um segundo meio de controle que atua no segundo meio de comutação associado com a unidade de comutação que é conectada à en- trada de tensão (Ρ, N) do mesmo sinal que aquele da dita tensão CA para estabelecer a desativação do dito segundo meio de comutação quando a dita tensão CA e a dita corrente CA forem de sinais opostos.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada unidade de comutação (UC1, UC4) adicionalmente compreende um diodo (DC2, DC3) conectado entre a linha de tensão de re- ferência (REF) e a saída de comutação (S1, S4) da dita unidade de comuta- ção para estabelecer uma tensão igual à dita tensão de referência na dita saída de comutação, quando a desativação principal acontecer.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o segundo meio de comutação (T2, T3) de cada unidade de comutação (UC1, UC4) é conectado entre a saída de comutação (S1, S4) da dita unidade de comutação e a saída de sinal modulado (SM).

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a saída de comutação (S1, S4) de cada unidade de comu- tação (UC1, UC4) é diretamente conectada à saída de sinal modulado (SM), e de o segundo meio de comutação (T2, T3) de cada unidade de comutação (UC1, UC4) é conectado em série entre o diodo (DC2, DC3) e a dita saída de sinal modulado (SM).

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracteri- zado pelo fato de que cada unidade de comutação (UC1, UC4) é controlada por meio de um sinal de controle de modulação de largura de pulso (F1, F2), a amplitude do qual é mantida em um valor substancialmente igual a zero, quando o sinal da tensão CA (VS) for oposto ao sinal da tensão na entrada (Ρ, N) à qual é conectada a unidade de controle, e o primeiro meio de controle que atua no segundo meio de comu- tação (T2, T3) associado com uma das unidades de comutação (UC1, UC4) compreende um inversor (51, 52) conectado entre a entrada de controle do dito segundo meio de comutação (T2, T3) e um ponto de entrada do sinal de controle (F2, F1) da outra unidade de comutação.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o segundo meio de controle que atua no segundo meio de comutação (T2, T3) associado com uma unidade de comutação (UC1, UC4) compreende entre a entrada de controle do dito segundo meio de comutação (Τ2, Τ3) e ο ponto de entrada do sinal de controle (F2, F1) da outra unidade de comutação (UC4, UC1): - um meio para testar (61, 62) o sinal da corrente CA (IS) com relação àquele da tensão na entrada (Ρ, N) à qual é conectada a dita primei- ra unidade de comutação, e - um operador lógico booleano "E" (65, 66) provido com duas en- tradas conectadas a uma saída do inversor (51, 52) do primeiro meio de con- trole do dito segundo meio de comutação e a uma saída do dito meio para testes (61, 62) e com uma saída para estabelecer a desativação do dito se- gundo meio de comutação, quando a dita corrente CA for de sinal oposto àquele da tensão na entrada (Ρ, N) à qual é conectada a primeira unidade de comutação.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que o circuito de auxílio de comutação (A1, A4) de cada unidade de comutação (UC1, UC4) compreende um meio indu- tivo, um meio de ramificação para derivar uma corrente (IRP, IRN) da saída de comutação (S1, S4) para desviar a dita corrente para o dito meio indutivo antes da ativação principal, e um meio de armazenamento de energia (CR2, CR3) conectado em paralelo no diodo (DC2, DC3) da dita unidade de comu- tação para estabelecer uma ressonância da dita corrente (IRP) no dito meio indutivo antes da ativação principal.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o meio indutivo do circuito de auxílio de comutação (A1, A4) de cada unidade de comutação é essencialmente formado por um transfor- mador (TP, TN) conectado à saída de comutação da dita unidade de comu- tação e compreendendo enrolamentos reversamente enrolados , e o dito meio de ramificação compreender um meio de comutação auxiliar (TX1, TX4) diretamente conectado entre o dito meio indutivo e a entrada de tensão (Ρ, N) à qual é conectada a dita unidade de comutação.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o transformador (TP, TN) do circuito de auxílio de comuta- ção (A1, A4) de cada unidade de comutação (UC1, UC4) compreende: - um primeiro enrolamento (71, 72) conectado entre a saída de comutação (S1, S4) da dita unidade de comutação e o meio de ramificação (TX1, TX4) do dito circuito de auxílio de comutação, e - um segundo enrolamento (73, 74) magneticamente acoplado ao dito primeiro enrolamento e conectado entre a dita saída de comutação e a linha de tensão de referência (REF).

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracteri- zado pelo fato de que o transformador (TP, TN) apresenta uma relação de transformação de menos de um.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracte- rizado pelo fato de que o circuito de auxílio de comutação (Α1, A4) de cada unidade de comutação (UC1, UC4) compreende pelo menos um primeiro diodo de bloqueio (DX2, DX3) conectado entre o primeiro enrolamento (71, 72) e a linha de tensão de referência (REF).

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito de auxílio de comutação (Α1, A4) de cada unidade de comutação (UC1, ÜC4) compreende um segundo diodo de bloqueio (DA2, DA3) conectado entre o segundo enrolamento (73, 74) e a linha de tensão de referência (REF).

13. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende um terceiro meio de con- trole que atua no primeiro meio de comutação (Τ1, T4) de cada unidade de comutação (UC1, UC4), o dito terceiro meio de controle sendo conectado entre o ponto de entrada do sinal de controle de modulação de largura de pulso (F1, F2) da dita unidade de comutação e a entrada de controle do dito primeiro meio de comutação (Τ1, T4), o dito terceiro meio de controle permi- tindo que uma sucessão de ativações e desativações principais do dito pri- meiro meio de comutação seja comandada do dito sinal de controle (F1, F2), o dito terceiro meio de controle compreendendo um módulo de retardo (91, 92) destinado a estabelecer uma ativação principal retardada depois de um período maior do que o período preestabelecido (TMAX).

14. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações .8 a 13, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo compreende um quarto meio de controle que atua no meio de comutação auxiliar (TX1, TX4) do circuito de auxílio de comutação de cada unidade de comutação (UC1, UC4), o dito quarto meio de controle sendo conectado entre o ponto de en- trada do sinal de controle de modulação de largura de pulso (F1, F2) da dita unidade de comutação e a entrada de controle do dito meio de comutação auxiliar (TX1, TX4), o dito quarto meio de controle compreendendo um mó- dulo (95, 96) destinado a estabelecer a ativação do dito meio de comutação auxiliar durante um período preestabelecido (TMAX').

15. Fonte de alimentação ininterrupta (301) que compreende uma entrada de fonte de alimentação (302) na qual é aplicada uma tensão de entrada CA, um retificador (303) conectado à dita entrada, duas linhas de tensão substancialmente CC de sinais opostos conectadas na saída do dito retificador, um inversor (306) conectado às ditas linhas de tensão substanci- almente CC e compreendendo uma saída (307) destinada a suprir uma ten- são de reforço, caracterizada pelo fato de que o dito inversor é um dispositi- vo conversor, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, e supre uma tensão CA de reforço de tensões substancialmente CC.