ES2244133T3 - Convertidor con condensador de baja inductancia en el circuito intermedio. - Google Patents
Convertidor con condensador de baja inductancia en el circuito intermedio.Info
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Abstract
Convertidor de la clase de potencia para elevados requerimientos, con un sistema electrónico de potencia (26) en forma de varios interruptores de potencia, tales como transistores y diodos, en construcción híbrida, en por lo menos una cerámica aislante, un sistema de sensores, un embarrado plano intermedio (10, 11, 12) con condensadores (18), un circuito de mando (22) y un microcontrolador, caracterizado porque los condensadores (18) y la electrónica de potencia (26) están unidos por debajo del embarrado intermedio (10, 11, 12), de baja inducción, de forma eléctricamente conductora y, por otra parte, en un plano en un cuerpo de refrigeración común (16), posicionados de forma eléctricamente aislante, que evacúa el calor, estando situados por lo menos los condensadores (18) y el sistema electrónico de potencia (26) y, alternativamente, otros elementos de conmutación, tales como sensores y circuitos de mando (22), en una caja (25), y estando los condensadores (18), los sensores y el sistema electrónico de potencia (26) unidos con el embarrado intermedio (10, 11) y éste a su vez indirectamente con el circuitos de mando (22) o con los muelles de contacto (3) y las conexiones de potencia (27) se sacan lateralmente de la caja común (25).
Description
Convertidor con condensador de baja inductancia
en el circuito intermedio.
La presente invención describe un convertidor
para elevados requerimientos, con condensadores de baja inductancia
en la construcción del circuito intermedio, según las
características del preámbulo de la reivindicación principal.
Ya en el documento DE 40 05 333 A1 o US 5,130,918
que se basa en él, se da a conocer un interruptor de potencia
electrónico, que tiene los conductores de alimentación en este caso
realizados como componentes semiconductores individuales, montados
por separado, se da a conocer una configuración de baja inductancia.
Los condensadores necesarios se disponen cerca de los diversos
elementos semiconductores, montados en barras de refrigeración.
El documento DE 43 38 277 A1 da a conocer un
módulo de rectificador, refrigerado por líquido, con elementos de
conmutación para semiconductores de potencia desconectables. El
módulo de rectificador presenta, además, unos sensores, así como un
circuito de mando. Los semiconductores de potencia, son para ello
celdas de discos, es decir, de componentes semiconductores
individuales, según el estado de la técnica conocida desde hace
tiempo.
Los convertidores con elevada densidad de
potencia, son conocidos hace tiempo según el estado la técnica. En
el documento DE 41 10 339 C2 se representa un ondulador con
conductores de corriente continua, que está caracterizado por varios
condensadores de alisado conectados en serie, de forma muy junta, a
por lo menos, un conductor de corriente continua y también, porque
los conductores de alimentación de corriente continua se han
configurado en forma de placas. La disposición de los condensadores
montados discretos para el circuito intermedio y las partes de
conmutación del convertidor se representan en las figuras y se
describen en el texto.
El documento DE 42 32 763 C2 propone para la
realización de un ondulador la utilización de barras de unión de
varias capas y describe para ello su posicionado de poca inducción.
El punto de partida es también en esta solución la utilización de
condensadores montados discretos.
Una posición todavía mejor definida, basada en
ella, de las conexiones exteriores de condensadores discretos, se
describe en el documento DE 196 19 538 A1. Para la realización de
una disposición de convertidor construida con la menor inductividad
posible, se proponen para ello otras propuestas para la conexión de
las partes del circuito que conducen la corriente continua.
Resumiendo, se puede constatar que los sistemas
electrónicos de potencia están formados, según el estado actual de
la técnica, de diferentes componentes individuales para un
convertidor montado completo. La electrónica de potencia, en forma
de su interruptor, es el generador de pérdidas principal y está
montado por ello en un dispositivo refrigerado.
En construcciones más modernas de convertidores,
el mando está integrado en la estructura electrónica de potencia y
contactado eléctricamente mediante clavijas de soldadura o
conexiones de enchufe para la parte de potencia o en unión de
material. El circuito intermedio está dotado de condensadores
electrolíticos o de láminas. El embarrado del circuito intermedio
está realizado ventajosamente en forma de
sándwich y la conexión al sistema electrónico de potencia se produce mediante una unión por tornillo.
sándwich y la conexión al sistema electrónico de potencia se produce mediante una unión por tornillo.
Las uniones por tornillo, pero también en igual
medida las uniones por soldadura, forman, además, en inductividades
adicionales en los circuitos de conmutación y limitan con ello la
tensión máxima posible del circuito intermedio. Además, se deben
prever para las conexiones de tornillo espacio y accesibilidad, lo
que contradice una estructura compacta con elevada densidad de
empaquetado.
La presente invención tiene por objeto presentar
una disposición de circuito electrónico compacto y fiable, en forma
de un convertidor para elevados requerimientos, con condensadores
integrados, con una estructura de circuito intermedio de baja
inducción.
Este objetivo se consigue por las partes
caracterizantes de la reivindicación 1, y las variantes de
realización ventajosas se relacionan en las siguientes
subreivindicaciones.
La idea inventiva se describirá a continuación
basándose en las representaciones, que no están dibujadas a
escala.
La figura 1 muestra una sección transversal de
una estructura del circuito según la invención.
La figura 2 esquematiza la estructura según la
invención vista en planta.
La figura 1 muestra una sección transversal de
una estructura de circuito según la invención. En una carcasa (25)
esta posicionada el sistema electrónico (26) en forma de diodos y
transistores, unidos como elementos semiconductores del circuito,
que se pueden soldar en las cerámicas aislantes. Según la invención,
se han montado en la misma carcasa también los condensadores
intermedios (18) y el embarrado del circuito intermedio (10, 11, 12)
de inductividad extremadamente baja.
Los contactos eléctricos se producen mediante
muelles (23), con sección transversal suficiente y fuerza de muelle
correspondiente. La fuerza entre el elemento del puente (19), de
tensado múltiple, se aplica mediante tornillos (14) contra el cuerpo
de refrigeración (16). El dispositivo de presión, formado por lo
menos por un sistema de muelle de presión (20) y un elemento del
puente (19), se puede montar conjunto o separadamente para la parte
electrónica de potencia (26) y para la parte del condensador (18)
conjunta o separadamente.
Para la protección contra las influencias del
medio ambiente, se ha colocado un baño aislante (24) en la caja
(25), hermética contra el cuerpo refrigerante (16). Los componentes
auxiliares, por ejemplo, el circuito de mando (22), opcionalmente
con procesado digital de señales (28), están unidos de igual manera
mediante muelles de contacto (23) con la electrónica de potencia
(26). En el sistema del convertidor inventivo, integrado y asimismo
con muelles de contacto para la transmisión de señales, se
encuentran los sensores de temperatura y de corriente no
representados.
La presente inversión permite la fabricación de
un convertidor intermedio de tensión compacto, con una elevada
densidad de empaquetado, cuyo circuito intermedio no precisa para la
electrónica de potencia conexiones de tornillo o de soldadura, y con
ello es de una inductividad extremadamente baja, y además se elimina
con ello por lo menos una interfaz.
Además, el sistema inventivo por la integración
de las partes del circuito de electrónica de potencia, condensador
intermedio, embarrado del circuito intermedio, sensores, circuito de
mando y microcontrolador, permite realizar la estructura, por lo
menos en parte, híbrida, de forma muy compacta y se reducen las
interfaces necesarias.
Mediante la integración del sistema electrónico
de potencia (26) y los condensadores del circuito intermedio (18) en
un plano del cuerpo de refrigeración (16), se puede producir la
refrigeración de los condensadores a través del cuerpo de
refrigeración con la utilización de placas conductoras térmicas (17)
de forma fácil y muy efectiva.
La estructura de un convertidor completo, según
la invención, con todas las partes de conmutación permite por las
modificaciones fáciles de realizar la posición de los diferentes
partes del circuito de la configuración de las conexiones de los
diferentes partes del circuito entre sí, de una forma flexible y
variable, con lo cual se pueden configurar disposiciones del
convertidor muy ventajosas para diferentes campos de aplicación sin
deslizamiento de tiempo del grupo según el principio modular.
En la figura 2 se dibuja la estructura según la
invención, vista en planta. Se han presentado dos ejemplos en la
figura a y b. En la figura 2a se puede ver la posición de los
diferentes componentes de la estructura del circuito. En una
superficie plana de la caja (25) se ha representado en el lado
izquierdo de la toma de corriente continua el embarrado (10, 11).
Por debajo de este plano del circuito intermedio (10, 11, 12), se
encuentran seis condensadores (18) en una estructura, según la
invención, muy junta, apilados uno encima del otro.
En modo de construcción híbrida sigue a la
electrónica de potencia (26), representada en forma de un contorno a
trazos, de las tres conexiones de corriente alterna (27) con
aisladores de cerámica para las distintas fases de corriente o de
tensión. Mediante la caja (25) y el elemento del puente (19) se
completa la estructura ya descrita.
En la forma de la configuración de un convertidor
según la figura 2a, se encuentra las conexiones de corriente
continua (10, 11) frente a las conexiones de corriente alterna (27).
Esta forma puede ser muy conveniente para ajustadores de corriente
continua convertidores u onduladores. Una estructura, según la forma
dibujada en la figura 2b, con conexiones de convertidor (10, 11)
entre las conexiones de corriente alterna (27) es preferible en la
utilización como módulo de enchufe.
Es imaginable, sin embargo, una extracción de las
conexiones de corriente continua (10, 11), como éstas están rayada
en la figura 2b. Mediante la configuración plana del circuito
intermedio, es posible la configuraron en todos los cuatro lados del
convertidor salidas de corriente continua, por lo cual la adaptación
flexible del convertidor se da en todos los casos imaginables.
Todos los demás elementos restantes de la
disposición de convertidor de circuito, tales como atornillados
(14), puente (19), sistema de muelles de presión (20) y su efecto se
han representado ya en la figura 1.
Mediante la inclusión constructiva de los
condensadores en la parte de potencia de los convertidores y
alternativamente en la misma caja de los interruptores de potencia,
se ahorra mucho espacio e interfaces. Se elimina el embarrado
externo, realizado según el estado de la técnica, con los
condensadores necesarios montados discretos y la unidad del
convertidor completo, con todas las partes de conmutación
(interruptor de potencia, en construcción híbrida como electrónica
de potencia, el sistema de sensores moderno, en embarrados de
circuitos intermedios, condensadores, circuitos de mando y
microcontrolador) se puede configurar como un módulo cerrado, que,
producido industrialmente, es de gran ventaja. Con módulos
construidos de esta forma, es posible proteger completamente las
oscilaciones de armónicos parásitos, tales como los que provocan
interferencias de radio en los módulos de convertidor según la
invención.
Como continuación de la compactación de las
potencias, en disposiciones de conmutación, individuales adquieren
cada vez mayor importancia los problemas de las inductividades
parasitarias. Se han publicado ensayos, en que todas las piezas que
conducen corriente continúa se posicionan con sus conexiones entre
ellas tan cerca como sea posible. Los convertidores fabricados,
según el principio de la invención, satisfacen todos requerimientos
de una construcción de baja inductividad.
Claims (3)
1. Convertidor de la clase de potencia para
elevados requerimientos, con un sistema electrónico de potencia (26)
en forma de varios interruptores de potencia, tales como
transistores y diodos, en construcción híbrida, en por lo menos una
cerámica aislante, un sistema de sensores, un embarrado plano
intermedio (10, 11, 12) con condensadores (18), un circuito de mando
(22) y un microcontrolador, caracterizado porque los
condensadores (18) y la electrónica de potencia (26) están unidos
por debajo del embarrado intermedio (10, 11, 12), de baja inducción,
de forma eléctricamente conductora y, por otra parte, en un plano en
un cuerpo de refrigeración común (16), posicionados de forma
eléctricamente aislante, que evacúa el calor, estando situados por
lo menos los condensadores (18) y el sistema electrónico de potencia
(26) y, alternativamente, otros elementos de conmutación, tales como
sensores y circuitos de mando (22), en una caja (25), y estando los
condensadores (18), los sensores y el sistema electrónico de
potencia (26) unidos con el embarrado intermedio (10, 11) y éste a
su vez indirectamente con el circuitos de mando (22) o con los
muelles de contacto (3) y las conexiones de potencia (27) se sacan
lateralmente de la caja común (25).
2. Convertidor, según la reivindicación 1,
caracterizado porque los condensadores (18) poseen en su
forma constructiva en sección transversal, capas de condensadores
enrollados rectangulares, los dos electrodos de baja inductancia por
el lado superior, y se dimensionan de tal manera que la altura de la
parte saliente del sistema electrónico de potencia (26) y de los
sensores están adaptados.
3. Convertidor, según la reivindicación 2,
caracterizado porque los electrodos de los condensadores (18)
están contactados por unión o por el material.
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