ES2278438T3 - Procedimiento para el funcionamiento paralelo controlado de convertidores de tension continua. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento controlado de convertidores de tensión continua, especialmente en una red de a bordo varias tensiones de un vehículo, con dos zonas de tensión (U1) y (U2), entre las cuales se encuentran los convertidores de tensión conectados en paralelo, en el que solamente uno de los convertidores de tensión trabaja como regulador de la tensión activo y asume la regulación de la tensión en el modo de carga parcial y los otros (n-1) convertidores trabajan, de acuerdo con la necesidad de potencia requerida o bien en el modo a plena carga o en el modo de marcha en vacío, estando en funcionamiento solamente un convertidor, especialmente el primer convertidor, cuando la necesidad de carga es reducida, y asumiendo la regulación de la tensión de salida, mientras que los otros convertidores no están en funcionamiento, caracterizado porque si la demanda de potencia excede la capacidad de potencia del convertidor que trabaja como convertidor de tensión, este convertidor o bientransfiere la regulación de la tensión a través de una señalización de que se ha alcanzado su potencia máxima al convertidor siguiente o transmite una información sobre su potencia de salida momentánea a una electrónica de control / mando central y esta electrónica controla la activación de los restantes convertidores de una manera correspondiente en el modo de plena carga o en el modo de marcha en vacío, siendo accionados los convertidores predeterminados al menos con una carga básica en el lado de salida y siendo adaptados los umbrales de conmutación para la transmisión de la regulación de la tensión a esta carga básica y estando el umbral de conexión adicional a medida que se incrementa la necesidad, mientras que el umbral de desconexión a medida que se reduce la necesidad corresponde a la carga básica.
Description
Procedimiento para el funcionamiento paralelo
controlado de convertidores de tensión continua.
Para la elevación de la potencia de
convertidores DC/DC, éstos son accionados en el modo de maestro -
subordinado. En el modo maestro - subordinado, el llamado maestro
asume de una manera de orden superior los cometidos de la
regulación de todo el sistema. El o bien los convertidores
subordinados (esclavos) trabajan en el modo ajustado, lo que
significa una multiplicación del potencial de potencia eléctrica. La
activación del convertidor subordinado se puede llevar a cabo, por
ejemplo, a través de la transmisión de instrucciones de conmutación
para válvulas eléctricas (por ejemplo, señales de activación de los
transistores de conmutación).
Los convertidores DC/DC se emplean para la
generación de uno o varios potenciales de tensión o para la
transmisión de energía entre dos potenciales de tensión diferentes
(por ejemplo, red de a bordo de dos tensiones 14 V/42 V en el
automóvil). Para la reacción flexible a la línea de salida máxima
deseada se ofrece el circuito en paralelo en el lado de salida de n
módulos de convertidores individuales. Una disposición de este tipo
se representa en la figura 1.
El lado de la tensión de entrada está conectado
en este caso, por ejemplo, con el generador del vehículo. Si cada
convertidor dispone de una regulación de la tensión autónoma,
entonces se producen oscilaciones de acoplamiento a través de la
conexión en el lado exterior.
Se conoce a partir del documento
US-A 4.924.170 un sistema de tensión de
alimentación, en el que una pluralidad de módulos están dispuestos
en paralelo entre sí para la alimentación de la tensión. Todos estos
módulos de alimentación de la tensión son activados de la misma
manera y no está previsto configurar uno de estos módulos como
regulador o hacer que trabajen como regulador y accionar los módulos
restantes solamente en la marcha en vacío o en el modo a plena
carga. Se conoce también todavía a partir del documento
US-A 4.924.170 que cuando se emplean varios módulos
de alimentación de la tensión, al menos uno de estos módulos debe
ser accionado con una limitación de la corriente y que cuando el
primer módulo alcanza su límite de potencia, esto es comunicado al
segundo módulo y el segundo módulo asume entonces la regulación.
Se conoce a partir del documento
DE-A 195 46 495, en el caso de convertidores de
tensión continua accionados en paralelo, transmitir datos de
potencia a través de un sistema de bus a una unidad de control.
Además, se conoce, en el caso del funcionamiento en paralelo de los
convertidores de tensión continua, proporcionar una distribución
uniforme de la potencia eléctrica. En este caso, uno de los
convertidores de tensión continua trabaja como maestro y los
restantes como subordinados. La unidad maestra predetermina un valor
de previsión de la tensión, que se transmite a través del sistema
de bus a todas las unidades subordinadas accionadas en paralelo, de
manera que éstas utilizan el valor respectivo como valor de
previsión de la tensión.
El cometido de la invención consiste en un
incremento de la potencia de convertidores de tensión continua
(convertidores DC/DC) a través del funcionamiento en paralelo
controlado de varios convertidores individuales impidiendo al mismo
tiempo las oscilaciones de acoplamiento. Este cometido se soluciona
a través de los dispositivos y procedimientos mostrados en la
reivindicación principal así como en las reivindicaciones
dependientes para el funcionamiento paralelo controlado de
convertidores de tensión
continua.
continua.
El principio representado y reivindicado en la
reivindicación 1 de la distribución de la carga evita de una manera
ventajosa el peligro de oscilaciones de acoplamiento en el caso de
regulaciones de la tensión que trabajan en paralelo. La disposición
de los convertidores se puede realizar tanto en la proximidad
espacial como también de forma separada. En oposición a los
procedimientos conocidos, solamente debe llevarse a cabo n
intercambio de información entre los convertidores en el instante de
la conversión. A tal fin, es suficiente una conexión de una anchura
de banda reducida (por ejemplo, CAN). La estructura e control en
serie tiene la ventaja de que posibilita una estructura idéntica de
los convertidores.
Otras ventajas de la invención se consiguen a
través de las medidas indicadas en las reivindicaciones
dependientes.
Los ejemplos de realización de la invención se
representan en el dibujo y se explican en detalle en la descripción
siguiente. En particular, la figura 1 muestra la conexión en
paralelo de los módulos de varios convertidores, en la figura 2 se
representa a modo de ejemplo la distribución de una necesidad de
potencia momentánea, la figura 3 muestra una estructura de control
jerárquica y la figura 4 muestra una disposición con estructura de
control en serie.
La figura 1 muestra un circuito en serie de los
módulos de varios convertidores DC/DC 1, 2, ..., n, que es adecuada
para la reacción flexible a una potencia de salida máxima deseada y
para la que se puede emplear la invención. La tensión de entrada,
por ejemplo la tensión de la red de a bordo de un vehículo está
designada con U1, la tensión de salida de los convertidores DC/DC
es U2. En una red de a bordo de dos tensiones, las tensiones
correspondientes son, por ejemplo, 14 y 42 voltios.
Si cada uno de los convertidores DC/DC 1, 2,...,
n dispone de una regulación autónoma de la tensión, se pueden
producir oscilaciones de acoplamiento a través de la conexión en el
lado de salida. Para evitar la influencia mutua de los reguladores,
se recomienda una reducción a un único regulador de la tensión
activo. La necesidad de potencia requerida se divide en
(n-1) convertidores, que o bien trabajan en el modo
de plena carga o en el modo de marcha en vacío y otro convertidor,
que asume la regulación de la tensión en el modo de carga
parcial.
En la figura 2 se representa a modo de ejemplo
la distribución de la carga en cinco convertidores en paralelo. Los
convertidores 1, 2 y 3 trabajan en el modo de plena carga y pone a
disposición en el lado de salida su corriente de salida máxima. El
convertidor 4 asume la regulación de la tensión y cubre la zona de
potencia "activa". El convertidor 5 trabaja en marcha en
vacío.
La estrategia de regulación se puede representar
de la siguiente manera:
- -
- Si es suficiente un único convertidor para la cobertura de la necesidad de potencia, entonces este regulador asume la regulación de la tensión de salida. Los otros reguladores no están en servicio.
- -
- Si la solicitud de potencia excede la capacidad de potencia de un único convertidor (convertidor 1), este convertidor asume la regulación de la tensión en el siguiente convertidor (convertidor 2). El convertidor 1 pasa al modo de plena carga y pone a disposición su corriente de salida máxima.
- -
- En el caso de un incremento adicional de la necesidad de potencia, se ponen en servicio varios convertidores sucesivos en el modo de plena carga, Otro convertidor asume en cada caso la carga parcial todavía remanente.
- -
- En el caso inverso de una necesidad de potencia decreciente, se retornan de una manera sucesiva los convertidores desde el modo de plena carga al modo de carga parcial.
Para la realización se pueden aplicar las
siguientes estructuras de control.
En el caso de aplicación de una estructura de
control jerárquica, una electrónica de control/mando central asume
la coordinación de los convertidores individuales. Recibe en cada
caso desde el convertidor activo de regulación de la tensión
informaciones sobre su potencia de salida momentánea y controla los
convertidores restantes en el modo de plena carga o en el modo de
carga en vacío. Una estructura de control jerárquica de este tipo
se representa en la figura 3. La electrónica de control/mando 6
correspondiente puede estar integrada, por ejemplo, también en un
convertidor, por ejemplo en el convertidor 1. El intercambio de los
datos se puede realizar bidireccionalmente a través de un bus en
serie (por ejemplo, CAN) o a través de líneas de señales
especiales.
Muchos convertidores DC/DC no pueden funcionar
en vacío. Requieren una carga básica en el lado de salida. En este
caso, los umbrales de conmutación para la transmisión de la
regulación de la tensión deben ser adaptados de uno al siguiente
convertidor. El umbral de conexión adicional a medida que se
incrementa la necesidad no está entonces en P = P_{max}, sino en
P = P_{max} - P_{grund}. El umbral de desconexión a medida que
se reduce la necesidad es en este caso idéntico con la carga básica
P_{grund}.
Si el rendimiento máximo de los convertidores
empleados está en la zona de carga parcial, entonces los
convertidores controlados se pueden accionar para la optimización
del rendimiento también en esta zona de carga parcial. La señal de
control a este respecto es predeterminada por la electrónica de
control central. Si la emisión de potencia total no es suficiente,
entonces se puede elevar la cesión de los convertidores controlados
posteriormente hasta la potencia máxima.
En el caso de aplicación de una estructura en
serie, como se representa en la figura 4, se puede prescindir de la
electrónica de control central de acuerdo con la figura 3. Los
enlaces se realizan solamente a través del circuito externo.
El arranque del sistema se puede realizar, por
ejemplo, a través de una instrucción de conexión EIN para el primer
convertidor en la cadena. Éste asume la regulación de la tensión. Si
el convertidor 1 alcanza su límite de potencia, se inicia la
transmisión de la regulación de la tensión al convertidor 2 a través
de la señalización P = P_{max}. Esto es una señal de que se ha
alcanzado la potencia máxima. Por lo tanto, el convertidor 1 pone a
disposición en la salida su potencia máxima o bien su corriente
máxima. Una demanda de potencia creciente tiene como consecuencia
una transmisión sucesiva de la regulación de la tensión a través de
la señal P = P_{max}.
En el caso de una demanda decreciente de la
potencia, el convertidor de regulación de la tensión que está
activo en ese momento señaliza al convertidor precedente que ha
alcanzado su estado de marcha en vacío a través de la información P
= 0. El convertidor precedente trabaja ahora como regulador de la
tensión. Los convertidores se conmutar de una manera sucesiva en la
marcha en vacío, en el ejemplo representado comenzando desde el
convertidor 3 hasta el convertidor 1.
Como se ha indicado ya con relación a la forma
de realización de acuerdo con la figura 3, se puede utilizar como
umbral de conmutación también la carga básica o el punto de
rendimiento máximo.
El intercambio de datos se puede llevar a cabo
de la misma manera a través de un bus en serie (por ejemplo, CAN9 o
a través de líneas de señales especiales.
Los dispositivos mostrados o bien los
procedimientos correspondientes para el funcionamiento en paralelo
controlado de convertidores de tensión (convertidores DC/DC) se
pueden emplear también, por ejemplo, en redes de a bordo de
vehículos, pero también son adecuados para otras aplicaciones, en
las que es importante convertir altas potencias. Es esencial que
uno de los convertidores trabaje en la zona activa y todos los otros
convertidores están en el modo a plena carga o en el modo de marcha
en vacío.
Claims (11)
1. Procedimiento para el funcionamiento
controlado de convertidores de tensión continua, especialmente en
una red de a bordo varias tensiones de un vehículo, con dos zonas de
tensión (U1) y (U2), entre las cuales se encuentran los
convertidores de tensión conectados en paralelo, en el que solamente
uno de los convertidores de tensión trabaja como regulador de la
tensión activo y asume la regulación de la tensión en el modo de
carga parcial y los otros (n-1) convertidores
trabajan, de acuerdo con la necesidad de potencia requerida o bien
en el modo a plena carga o en el modo de marcha en vacío, estando en
funcionamiento solamente un convertidor, especialmente el primer
convertidor, cuando la necesidad de carga es reducida, y asumiendo
la regulación de la tensión de salida, mientras que los otros
convertidores no están en funcionamiento, caracterizado
porque si la demanda de potencia excede la capacidad de potencia
del convertidor que trabaja como convertidor de tensión, este
convertidor o bien transfiere la regulación de la tensión a través
de una señalización de que se ha alcanzado su potencia máxima al
convertidor siguiente o transmite una información sobre su potencia
de salida momentánea a una electrónica de control/mando central y
esta electrónica controla la activación de los restantes
convertidores de una manera correspondiente en el modo de plena
carga o en el modo de marcha en vacío, siendo accionados los
convertidores predeterminados al menos con una carga básica en el
lado de salida y siendo adaptados los umbrales de conmutación para
la transmisión de la regulación de la tensión a esta carga básica y
estando el umbral de conexión adicional a medida que se incrementa
la necesidad, mientras que el umbral de desconexión a medida que se
reduce la necesidad corresponde a la carga básica.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la distribución de la
carga en el caso de un número predeterminado de convertidores en
paralelo, se realiza de tal forma que los convertidores (1), (2) y
(3) trabajan en el modo de plena carga y suministran en el lado de
salida su corriente de salida máxima, porque el convertidor (4)
asume una regulación de la tensión y cubre la zona de potencia
activa o bien variable y el convertidor (5) está en el modo de
marcha en vacío.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque si la demanda de
potencia excede la capacidad de potencia de un convertidor
individual, éste pasa al modo de plena carga y
suministra su potencia de salida máxima.
suministra su potencia de salida máxima.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque a medida que se
incrementa la necesidad, se ponen en servicio otros convertidores
en el modo de plena carga y en cada caso el convertidor siguiente
asume la carga parcial y porque a medida que se reduce la necesidad
de potencia, los convertidores retornad de una manera sucesiva
desde el modo de plena carga al modo de carga parcial.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
estructura de control es una estructura de control jerárquico, que
se realiza por la electrónica de control/mando, que activa todos
los convertidores y que puede recibir datos desde éstos, siendo
realizado el intercambio de los datos a través de un bus en serie,
especialmente un bus CAN o a través de líneas de señales
especiales.
6. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque la electrónica de
control/mando está integrada en uno de los convertidores.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
convertidores predeterminados son accionados en la zona de carga
parcial de tal manera que se produce un rendimiento máximo, en el
que por medio de señales de control se eleva desde la electrónica de
control y mando central, dado el caso, la potencia hasta la
potencia máxima.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
convertidores son accionados en una disposición en serie y están
enlazados entre sí, en el que cada convertidor alimenta al
convertidor que le sigue una señal para la consecución de su
potencia máxima y recibe de éste una señal para alcanzar la marcha
en vacío.
9. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque la regulación de la
tensión solamente se realiza en uno de los convertidores y cuando
alcanza su carga plena, se transmite de una manera sucesiva al
convertidor siguiente.
10. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como umbral
de conmutación para la transmisión de la regulación de la tensión o
para la desconexión se utiliza la carga básica o el punto del
máximo rendimiento.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
intercambio de datos se realiza a través de un bus en serie,
especialmente bus CAN o a través de líneas de señales
especiales.
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