ES2553007T3 - Bus de CC equilibrador de circuitos - Google Patents

Abstract

Un circuito (1200) para su uso con cuatro niveles de alimentación de CC que incluye tensiones primera, segunda, tercera y cuarta, comprendiento el circuito: nodos primero, segundo, tercero y cuarto (1310,1311,1313,1314) configurados para recibir la alimentación de CC de cuatro niveles; primero, segundo, tercero, cuarto, quinto, y sexto conmutadores, (1235,1245,1255,1265,1275,1285) acoplados en serie entre el primer y cuarto nodos, en el que el segundo nodo está acoplado a una unión de la segunda y tercera interruptores y el tercer nodo está acoplado a una unión de los conmutadores cuarto y quinto; un primer diodo (1240) acoplado en paralelo con el primer conmutador; un segundo diodo (1250) acoplado en paralelo con el segundo conmutador; un tercer diodo (1260) acoplado en paralelo con el tercer interruptor; un cuarto diodo (1270) acoplado en paralelo con el cuarto conmutador; quinto diodo (1280) acoplado en paralelo con el quinto conmutador; sexto diodo (1290) acoplado en paralelo con el sexto conmutador; un primer tanque resonante (1320) acoplado a un cruce de los conmutadores primero y segundo y para la unión de los conmutadores tercero y cuarto; y un segundo tanque resonante (1325) acoplado a la unión de los conmutadores tercero y cuarto y para la unión de los conmutadores quinto y sexto; donde los tanques resonantes primero y segundo están configurados para almacenar energía; y en donde los conmutadores primero, segundo, tercero, cuarto, quinto, y sexto están configurados para cambio de energía entre al menos dos de los nodos primero, segundo, tercero y cuarto, si un valor absoluto del pimer voltaje difiere de un valor absoluto del cuarto voltaje, usando los tanques resonantes primer y segundo; y en el que los conmutadores primero, segundo, tercero, cuarto, quinto, y sexto están configurados para cambio de energía entre al menos dos de los nodos primero, segundo, tercero y cuarto si un valor absoluto de la segunda tensión difiere de un valor absoluto de la tercera tensión, utilizando los tanques resonantes primero y segundo.

Description

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Bus de CC equilibrador de circuitos Descripcion

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

[0001] Fuentes de alimentacion ininterruptihles (UPS) incluidas los convertidores de voltaje son parte fundamental de muchos de los sistemas electricos, tales como sistemas de suministro de energla para los ordenadores y servidores en centros de datos. UPS se pueden utilizar con muchos sistemas de energla tlpicos incluidos las conexiones individuales y de 3 fases, y se pueden utilizar con los sistemas de baja potencia (por ejemplo, un ordenador domestico) y los sistemas de alta potencia (por ejemplo, grandes centros de datos o instalaciones de proceso). Sistemas de alta potencia suelen utilizar una conexion de energla de 3 fases (fases por ejemplo, X, Y, y Z). Un convertidor de voltaje UPS de 3 fases se utiliza tlpicamente para proporcionar alimentacion de CA en 3 fases a una carga de 3 fases, para convertir un voltaje de CA de 3 fases de un nivel a otro, y para proporcionar energla de 3 fases a una carga en el caso de un corte de energla. Las conexiones de entrada y de salida a un convertidor de voltaje UPS de 3 fases son tlpicamente tres o cuatro conexiones de terminal, una conexion para cada fase de la conexion de alimentacion de 3 fases y una conexion opcional de neutro. Una baterla tambien esta tlpicamente acoplada al convertidor de voltaje UPS y se utiliza para almacenar energla para su uso en caso de un fallo de suministro.

[0002] UPS tlpicos alto potencia (por ejemplo, por encima de 100 kW) son operados utilizando voltajes de entrada de CA nominales de 3x400 V (en Europa) o V 3x480 (en los EE.UU.). UPS sin transformadores pueden funcionar con una tension de bus de CC interna de 6450 V. En tal configuracion, componentes contenidos en el SAI estan preferentemente clasificados para operacion, al menos, de 1.200 V, debido a grandes excesos de voltaje asociados con inductancias sueltas de modulos de transistores aislantes flsicamente grandes bipolares (IGBT) modulos. El uso de componentes de 1200 V, sin embargo, por lo general conduce a un aumento de las perdidas de conduccion y conmutacion, reduciendo as! la eficiencia.

[0003] Ademas, un desequilibrio en los voltajes de bus de alimentacion de CC del SAI disminuye su eficiencia.

[0004] ANNETTE VON JOUANNE ET AL: "A Multilevel Inverter Approach Providing DC-Link Balancing, Ride- Through Enhancement and Common-Mode Voltage Elimination" muestra un circuito de equilibracion de voltaje CC. Se divulga el uso de convertidores de mlnimo y maximo para equilibrar la tension de punto neutro en un sistema de tres niveles.

[0005] US 6 459 596 B1 y US 5 644 483 A divulga un rectificador que equilibra los voltajes de cuatro niveles. RESUMEN DE LA INVENCION

[0006] La invention se define por las caracterlsticas de la revindication 1.

[0007] Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.

[0008] Las capacidades de la invencion, ademas de la propia invencion, se comprenderan mas plenamente despues de una revision de las siguientes figuras, descripcion detallada y reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

[0009]

FIG. 1 es un diagrama esquematico de un ejemplo de UPS 3-fase.

FIG. 2 es un diagrama de circuito de un convertidor de AC / DC ejemplar.

FIG. 3 es un grafico que representa una senal de potencia ejemplar proporcionada al convertidor AC / DC de la figura. 2.

FIGS. 4A-4C son graficos que representan los estados de conmutacion en el convertidor de AC / DC de la figura. 2.

FIG. 5 es un diagrama de circuito de un circuito de control de modulation de anchura de impulsos ejemplar. FIG. 6 es un diagrama de senales de control ejemplares para su uso con el circuito de control de modulacion de anchura de pulso de la figura. 5.

FIG. 7 es un diagrama de circuito de un convertidor DC / AC ejemplar.

FIG. 8 es un grafico que representa las senales de alimentacion de CA y CC ejemplares.

FIG. 9A-9C son graficos que representan estados de interruptores en el convertidor DC / AC de la figura. 8. FIG. 10 es un diagrama de circuito de un convertidor AC / AC ejemplar.

FIG. 11 es un diagrama de circuito de un convertidor DC / DC ejemplar.

FIG. 12 es un diagrama de circuito de un equilibrador de bus de CC de acuerdo con una realization de la invencion.

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FIG. 13 es un grafico que representa senales ejemplares para el control de interruptores incluidos en el equilibrador de bus de CC de la fig. 12.

FIG. 14 es un diagrama de flujo de un proceso para proporcionar energla de los UPS de 3 fases que se muestran en la figura. 1.

DESCRIPCION DETALLADA

[0010] Los siguientes ejemplos proporcionan tecnicas para proporcionar una fuente de alimentacion de 3 fases ininterrumpida a una carga. Por ejemplo, un transformador de 3 fases de alimentacion ininterrumpida incluye convertidores AC / DC (por ejemplo, factor de potencia Modulos de correccion), convertidores DC / AC (por ejemplo, inversores), un modulo de DC / DC de conversion, varios buses de CC y un equilibrador del bus de CC. Los convertidores AC / DC reciben alimentacion de CA de 3 fases (por ejemplo, 3 x 400 V o 3 x 480 V fase-fase) de una fase 3 fuente de alimentacion y convertir la energla de 3 fases en corriente continua (por ejemplo, con multiples niveles de tension). Cada uno de los convertidores AC / DC recibe una fase de la conexion de alimentacion de 3 fases. Durante el funcionamiento normal (por ejemplo, cuando se recibe la energla de 3 fases adecuadas de la fuente de alimentacion de 3 fases), la alimentacion de CC presentes en los buses de CC proporciona alimentacion a los convertidores DC / AC. Por otra parte, durante el funcionamiento normal, un convertidor CC / CC convierte la corriente continua de energla presente en los autobuses de DC a un voltaje que se utiliza para cargar la baterla. Durante otras ocasiones (por ejemplo, cuando la potencia de 3 fases es insuficiente o no esta disponible), se proporciona alimentacion de CC a los convertidores DC / AC de la baterla. Los convertidores DC / AC convierten la corriente continua en alimentacion de CA de 3 fases de (por ejemplo, cada uno de los convertidores DC / AC proporcionan una unica fase de la senal de 3 fases). Las tensiones recibidas por los convertidores AC / DC y de las tensiones proporcionadas por los convertidores DC / AC pueden ser iguales o diferentes. Durante el funcionamiento normal o de otra manera, el equilibrador de bus de CC equilibra las tensiones presentes en los buses de CC al trasladar la energla entre los buses de CC.

[0011] Haciendo referencia a la figura. 1, un UPS 5 incluye modulos de AC / AC 10, 20, y 30, un modulo DC / DC 40, una baterla 50, y los autobuses 60, 61, 62, 63 y 64. El modulo AC / AC 10 incluye un convertidor AC /DC 11 acoplado a un convertidor 12 DC / AC a traves de los buses 60, 61, 62, 63 y 64. El modulo AC / AC 20 incluye un convertidor 21 AC / DC acoplado a un convertidor DC / AC 22 a traves de los buses 60, 61, 62, 63, y 64. El modulo AC / AC 30 incluye y el convertidor AC / DC 31 acoplado a un convertidor DC / AC 32 a traves de los buses 60, 61,

62, 63, y 64. El modulo DC / DC 40 incluye un convertidor DC / DC 41 y un equilibrador de bus de CC 42. El convertidor DC / DC 41 se acopla al equilibrador de bus DC 42 a traves de los buses 60, 61, 62, 63 y 64. Los modulos de AC / AC 10, 20 y 30, y el modulo DC / DC 40 estan interconectados a traves de los buses 60, 61, 62, 63, y 64. El UPS 5 esta configurado para proporcionar potencia a una carga (no se muestra) ya sea de alimentacion de potencia de 3 fases, acoplado al SAI 5 y / o de la energla almacenada en la baterla 50.

[0012] Cada uno de los modulos AC / AC 10, 20, y 30 estan configurados para recibir una fase (por ejemplo, la fase X, Y, o Z) de una alimentacion de potencia de 3 fases a una primera tension de corriente alterna, y para proporcionar un segundo voltaje de CA a traves de una salida. El convertidor de AC / DC 11 incluye entradas 13 y 14; el convertidor de AC / DC 21 incluye entradas 23 y 24; y el convertidor de AC / DC 31 incluye entradas 33 y 34. El convertidor DC / AC 12 incluye salidas 15 y 16; el convertidor DC / AC 22 incluye salidas 25 y 26; y el convertidor DC / AC 32 incluye salidas 35 y 36. Cada uno de los modulos de AC / AC 10, 20, y 30 estan configurados para ser acoplados a una fase de una alimentacion de energla de 3 fases y a una conexion de neutro. Por ejemplo, la entrada 13 del convertidor de AC / DC 11 se puede acoplar a la fase de X, la entrada 23 del convertidor de AC / DC 21 puede ser acoplado a la fase de Y, y la entrada 33 del convertidor de AC / DC 31 puede ser acoplado a la fase Z. Las entradas 14, 24, y 34 estan configurados para ser acoplados a la conexion del neutro de la alimentacion de energla de 3 fases (o una conexion a tierra). Cada uno de los modulos AC / AC 10, 20, y 30 estan configurados para proporcionar una salida que incluye una fase de una salida de 3 fases, aunque son posibles otras configuraciones. Por ejemplo, la salida 15 se puede configurar para proporcionar la salida de fase X, la salida 25 se puede configurar para proporcionar la salida de fase Y, y 35 se puede configurar para proporcionar la salida de fase Z. Cada una de las salidas 16, 26 y 36 estan configurados para ser acoplados a una conexion de neutro de una carga. Cada uno de los modulos AC / Ac 10, 20, y 30 estan configurados para compartir el poder a traves de los autobuses 60, 61, 62,

63, y 64.

[0013] El modulo DC / DC 40 puede recibir energla de (es decir, cuando esta en un estado de carga) y proporcionar energla a (es decir, cuando esta en un estado de descarga) los modulos de AC / AC 10, 20, y / o 30. El convertidor DC / DC 41 esta configurado para ser acoplado a la baterla 50 a traves de conexiones 43, 44, y 45. La conexion 44, no obstante, es opcional. La baterla 50 es preferiblemente una baterla de acido plomo, aunque se pueden usar otros tipos de baterlas. El modulo DC / DC 40 esta configurado para proporcionar alimentacion de CC a la baterla 50 (cargando de ese modo la baterla 50) cuando una alimentacion de potencia de 3 fases deseada esta presente en las entradas 13, 23 y 33 (es decir, el estado de carga). Del mismo modo, el modulo DC / DC 40 esta configurado para proporcionar uno o mas voltajes de CC, utilizando la energla de la baterla 50, a los modulos de AC / AC 10, 20, y 30 en ausencia de una fuente de alimentacion de 3 fases deseada en las entradas 13, 23, y 33 (es decir, el estado de descarga). El estado en que el modulo DC / DC 40 esta funcionando se puede controlar mediante un controlador (no mostrado) que esta configurado para controlar, por ejemplo, la entrada de CA de 3 fases. El convertidor DC / DC 41

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esta configurado, en el estado de carga, para recibir un voltaje DC fijado de los modulos de AC / AC 10, 20, y 30 y para convertir la tension de CC se establece en un voltaje de carga de bateria DC deseada por la bateria 50. El DC / DC 41 esta configurado ademas para, durante el estado de descarga, recibir alimentacion de CC desde la bateria 50 en el voltaje de la bateria de carga, y para convertirlo en el conjunto de voltaje DC. El convertidor DC / DC 41 esta configurado para proporcionar la tension de CC en los modulos de AC / Ac 10, 20 y 30 durante el estado de descarga. El convertidor DC / DC 41 se acopla al equilibrador de bus DC 42 a traves de los buses 60, 61, 62, 63 y

64. El equilibrador de bus de CC 42 esta configurado para equilibrar tensiones presentes en los buses 60, 61, 62, 63, y 64, como se describira en mas detalle a continuacion.

[0014] El UPS 5 esta configurado para determinar si la potencia de entrada adecuada esta presente en las entradas a los modulos de AC / AC 10, 20 y / o 30. El UPS 5 puede detectar la presencia de potencia adecuada en las entradas a los modulos de AC / AC utilizando uno o mas metodos y / o circuitos. Por ejemplo, el UPS 5 puede incluir circuiteria configurada para determinar si una tension de CA presente en las entradas 13, 23, 33, en su caso, esta a un nivel deseado. El UPS 5 tambien puede incluir circuitos configurados para monitorear en que estado del convertidor DC / DC 41 esta funcionando (por ejemplo, la carga o el estado de descarga) y si una tension continua esta presente en los autobuses 60, 61, 63 y / o 64 . Por ejemplo, si el convertidor DC / DC 41 esta operando en el estado de carga, y la respectiva tension continua en los autobuses 60, 61, 63 y / o 64 cae por debajo de un nivel deseado respectivo, los circuitos pueden proporcionar una senal que indica que la tension alterna que suministra a los convertidores AC / AC 11, 21 y 31 ha caido por debajo de los niveles deseados. Otros metodos y / o circuitos pueden ser utilizados para detectar si el voltaje de entrada AC esta por debajo de los niveles deseados. El UPS 5 esta ademas configurado para desconectarse de la alimentacion de energia de 3 fases (por ejemplo, mediante el establecimiento de conmutadores (como se describe a continuacion) para posiciones de apagado).

[0015] La modulacion de anchura de pulso controladores (PWM) esta configurada para controlar el funcionamiento de al menos algunos de los componentes en el UPS 5. Por ejemplo, controladores PWM separados se pueden utilizar para los convertidores AC / DC 11, 21 y 31, los convertidores DC / AC 12, 22, y 32, el modulo DC / DC 41, y el equilibrador bus DC 42, aunque otras configuraciones son posibles. Por ejemplo, se pueden usar controladores PWM separados que tienen la misma configuracion fisica, pero utilizando diferentes senales de control, o alternativamente, se pueden utilizar controladores PWM que tienen configuraciones fisicas no identicos. El controlador PWM se puede configurar para controlar la conmutacion de una porcion de los conmutadores como una funcion de la frecuencia y la fase de la senal de entrada de CA (por ejemplo, usando un bucle de retroalimentacion), o se puede ajustar de acuerdo con una salida deseada (por ejemplo, para proporcionar energia de una frecuencia y de fase deseada a una carga acoplada a los convertidores DC / AC 12, 22, y 32.

[0016] Haciendo referencia a la figura. 2, un convertidor AC / DC 200 (por ejemplo, un ejemplo de la AC / DC convertidores 11, 21 y 31) incluye diodos 205, 215, 225, 235, 245, y 255, conmutadores 210, 220, 230, 240, 250, y 260 (S1, S2, S3, S4, S5, S6), un condensador 280, y un inductor 285. Los interruptores 210, 220, 230, 240, 250, y 260 son transistores bipolares aislados (IGBT), aunque otros interruptores pueden ser utilizados. Preferiblemente, los interruptores 210, 220, 250, y 260 tienen una calificacion de tension maxima de 600 V y los interruptores 230 y 240 tienen un valor nominal maximo de tension de 1200V, aunque otras tensiones nominales son posibles. Una entrada 202 esta configurada para ser acoplada a, por ejemplo, una fase de la alimentacion de energia de 3 fases (por ejemplo, la fase X). Acoplado entre la entrada 202 y una conexion a tierra es el condensador 280. Un nodo 286 del inductor 285 tambien esta acoplado a la entrada 202. Acoplado a un nodo 287 del inductor 285 es un anodo 227 del diodo 225, un emisor 232 del conmutador 230, un catodo 236 del diodo 235, y un colector 241 del conmutador 240. Un catodo 226 del diodo 225 esta acoplado a un colector 231 del conmutador 230. Un anodo 237 del diodo 235 esta acoplado a un emisor 242 del conmutador 240. El catodo 226, el colector 231, un anodo 207 del diodo 205, un emisor 212 del conmutador 210, un catodo 216 del diodo 215, y un colector 221 del conmutador 220 estan acoplados juntos. El anodo 237, el emisor 242, un anodo 247 del diodo 245, un emisor 252 del conmutador 250, un catodo 256 del diodo 255, y un colector 261 del conmutador 260 se acoplan entre si. Un catodo 206 del diodo 205 y un colector 211 del conmutador 210 estan acoplados a una salida 235. Un anodo 217 del diodo 215 y un emisor 222 del conmutador 220 estan acoplados a una salida 240. Un catodo de 246 de la diodo 245 y un colector 251 del conmutador 250 estan acoplados a una salida 245. Un anodo 257 del diodo 255 y un emisor 262 del conmutador 260 estan acoplados a una salida 250. Las puertas, 213, 223, 233, 243, 253, y 263 de los conmutadores 210, 220, 230, 240, 250, y 260, respectivamente, estan cada uno acoplados a un controlador de modulacion de anchura de impulsos 275 como se describira en mas detalle a continuacion. Las salidas 265, 266, 267, y 268 estan configurados para ser acoplados a los autobuses, 64, 63, 61, y 60, respectivamente. El inductor 258 preferiblemente tiene una inductancia de 100 uH, aunque otras inductancias pueden ser utilizados (por ejemplo, en funcion de la potencia nominal del sistema 5). El condensador tiene preferiblemente una capacidad de 200 uF, aunque otras capacidades pueden ser utilizados (por ejemplo, en funcion de la potencia nominal del sistema 5).

[0017] El convertidor AC / DC 200 esta configurado para recibir alimentacion de CA de, por ejemplo, una fase de conexion de alimentacion de 3 fases para proporcionar una salida de corriente continua multi-nivel a traves de las salidas 265, 266, 267, y 268. Por ejemplo, cuando el convertidor de AC / DC 200 esta en funcionamiento y la entrada 202 esta acoplada a una fuente de alimentacion 480 VAC, el convertidor de AC / DC 200 puede inducir un voltaje (con respecto a una conexion de neutro de la alimentacion de potencia) de alrededor de 450 VDC a traves de la salida 265 y la conexion neutral, una tension de alrededor de 150 VDC a traves de la salida 266 y el neutro, un

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voltaje de alrededor de -150 V CC a traves de la salida 267 y el neutro, y un voltaje de alrededor de -450 VDC a traves de la salida 268 y el neutro. Del mismo modo, el convertidor de AC / DC 200 esta configurado para inducir una tension de alrededor de 300 VDC a traves de las salidas 265 y 266 (V1), las salidas 266 y 267 (V2), y las salidas 267 y 268 (V3).

[0018] Preferiblemente, el voltaje inducido en las salidas 265 y 268 es una funcion de la tension de entrada. La tension inducida en las salidas 265 y 268 es preferiblemente igual o mayor que la tension a traves del condensador

280 multiplicado por %? root). El voltaje a traves del condensador 280 (es decir, el voltaje de fase-neutro) es preferiblemente sustancialmente igual a

(Voltaje en entrada 202) , .

—----*—_------------ = (Fase - Voltaje Neutro) : (1)

(si una conexion neutral esta disponible) y la tension de pico instantanea a traves del condensador 280 varia entre ±

(Fase - Voltaje Neutro) (v':>). Preferiblemente, el convertidor de AC / DC 200 esta configurado de manera que la tension de provisto en la salida 265 es mayor que la tension instantanea de pico positivo a traves del condensador 280 y el voltaje proporcionado en la salida 268 es menor que la tension instantanea pico negativo a traves del condensador 280. Por ejemplo, suponiendo una entrada de 480 V en la entrada 202, la fase neutra es de aproximadamente 277 Vrms, y la tension de pico instantanea a traves del condensador 280 es de aproximadamente 392 V. Por lo tanto, en este ejemplo, el convertidor de AC / DC 200 esta configurado de manera que la salida 265 emite una tension de aproximadamente 392 V o superior (por ejemplo, 450 V) y la salida 268 emite una tension de alrededor de -392 o menos (por ejemplo, -450 V). El aumento de la diferencia entre el valor absoluto de la salida en la voltajes salidas 265 y 268 y el valor absoluto de los voltajes de pico instantaneo traves del condensador 280 puede aumentar la tolerancia de funcionamiento del sistema 5.

[0019] La combinacion del condensador 280, el inductor 285, y los conmutadores 210, 220, 230, 240, 250, y 260 esta configurada para actuar como un convertidor elevador y para convertir la serial de CA que se suministra a la entrada 202 en una de onda de cuatro niveles cuasi-cuadrado (por ejemplo, como se muestra como una serial 305 en la Fig. 8) en el nodo 287 del inductor 285. La tension en el nodo 287 puede variar dependiendo del estado de los interruptores 210, 220, 230,250, 260 (como se describe mas completamente a continuacion). Por ejemplo, cuando el valor instantaneo de la tension de CA presente en la entrada 202 es entre un primer nivel de tension igual a la tension DC en el nodo 265 (por ejemplo, 450 V, segun lo determinado por la configuracion del convertidor AC / DC 200) y un segundo nivel de tension igual a la tension DC en el nodo 266 (por ejemplo, 150 V), la onda cuadrada en el nodo de 287 del inductor 285 oscila entre estos valores (en este caso 450 V y 150 V); cuando el valor instantaneo de la tension de CA presente en la entrada 202 esta entre el segundo nivel de tension igual a la tension DC en el nodo 266 y un tercer nivel de tension igual a la tension DC en el nodo 267 (por ejemplo, -150 V), la onda cuadrada en el nodo 287 del inductor 285 oscila entre estos valores (por ejemplo, -150 V y - 150 V); y cuando el valor instantaneo de la tension de CA presente en la entrada 202 esta entre el tercero nivel de tension igual a la tension DC en el nodo 267 y un cuarto nivel de tension igual a la tension DC en el nodo 268 (por ejemplo, -450 V) , la onda cuadrada en el nodo 287 del inductor 285 oscila entre estos valores (por ejemplo, -150 V y -450 V). Ademas, la combinacion del condensador 280 y el inductor 285 esta configurado para actuar como un filtro de paso bajo.

[0020] El convertidor AC / DC 200 esta configurado para inducir tensiones en las salidas 265, 266, 267, y 268 por la conmutacion de los interruptores 210, 220, 230, 240, 250, y 260. Los conmutadores estan configurados para ser accionados por el controlador PWM 275. El controlador PWM 275 esta configurado para controlar los interruptores 210, 220, 230, 240, 250, y 260, segun en cual de los tres estados esta funcionando el convertidor de AC / dC 200. Con referencia tambien a la figura. 3, el convertidor de AC / DC 200 esta configurado para operar en tres estados. El primer estado corresponde a cuando la tension de entrada recibida por la entrada 202 esta por encima de un tercio de la tension proporcionada por la salida 265 (por ejemplo, si la tension de entrada maxima es 6450 VAC, entonces el primer estado corresponde a cuando la entrada esta por encima 150 V). El segundo estado corresponde a cuando la entrada recibida por la entrada 202 es entre un tercio de la tension proporcionada por la salida 265, y un tercio de la tension proporcionada por la salida 268 (por ejemplo, 150 V y - 150V). El tercer estado corresponde a cuando la entrada recibida por la entrada 202 esta por debajo de un tercio de la tension proporcionada por la salida 268 (por ejemplo, por debajo de -150 V). Con referencia tambien a la figura. 4, el controlador PWM 275 esta configurado de tal manera que durante el primer estado de los interruptores 230 y 250 se establecen en su estado de encendido (conductores) los conmutadores 240 y 260 se establecen en su estado de apagado (no conductores), y los interruptores 210 y 220 oscilan entre sus estados apagado y encendido (Fig. 4A). El controlador PWM 275 esta configurado de manera que durante el segundo estado, los interruptores 220 y 250 estan encendidos, los conmutadores 210 y 260 estan apagados, y los conmutadores 230 y 240 estan oscilando (Fig. 4B). El controlador PWM 275 esta configurado de tal manera que durante el tercer estado, los interruptores 220 y 240 estan encendidas, los conmutadores 210 y 230 estan apagados, y los conmutadores 250 y 260 estan oscilando (Fig. 4C).

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[0021] Haciendo referenda a las figuras. 5-6, el controlador PWM 275 esta configurado para controlar los interruptores 210, 220, 230, 240, 250, y 260, usando senales de control. El controlador PWM 275 incluye comparadores 505, 515, y 525, y los inversores logicos 510, 520, y 530. El controlador PWM 275 esta configurado para hacer que el convertidor de AC / DC 200 opere en los estados descritos en el presente documento con el fin de convertir una senal entrante de corriente alterna a las senales de CC descritas en este documento. Una entrada positiva 506 del comparador 505 esta acoplada a una fuente de senal de modulacion sinusoidal (para recibir una senal 605), y una entrada negativa 507 del comparador 505 esta acoplada a una senal portadora primera PWM 610. Una entrada positiva 516 del comparador 515 esta acoplada a la senal de modulacion sinusoidal, y una entrada negativa 517 del comparador 515 esta acoplado a una segunda senal de PWM portador 615. Una entrada positiva 526 del comparador 525 esta acoplada a la senal de modulacion sinusoidal, y una entrada negativa 527 del comparador 525 esta acoplada a una tercera senal PWM 620. Una salida 508 del comparador 505 esta acoplada al conmutador 210, y el interruptor 220 a traves del inversor logico 510. Una salida 518 del comparador 515 esta acoplada al conmutador 230 y al conmutador 240 a traves del inversor logico 520. Una salida 528 del comparador 525 esta acoplada al conmutador 250 y al conmutador 260 a traves del inversor logico 530.

[0022] Las senales de control utilizadas por el controlador PWM 275 se han seleccionado para lograr el patron de conmutacion deseada de los conmutadores 210, 220, 230, 240, 250, y 260. Las senales 605, 610, 615, y 620 son preferentemente de voltaje bajo, generadas, por ejemplo, por un generador de onda. La senal de onda sinusoidal 605 es una senal sinusoidal que tiene una frecuencia y fase aproximadamente igual a la frecuencia y la fase de la alimentacion de potencia proporcionada a la entrada 202. La senal de onda sinusoidal 605 tiene una amplitud de pico aproximadamente igual a un umbral 625, que puede ser de diversos valores, por ejemplo, 1V. Los primeros soportes PWM 610, 615, y 620 son ondas triangulares que tienen una frecuencia sustancialmente igual a la frecuencia de conmutacion PWM deseada del convertidor AC / DC 200, aunque otras frecuencias son posibles. La frecuencia de conmutacion PWM del convertidor AC / DC 200 se elige preferiblemente como un punto medio entre las perdidas de conmutacion IGBT y el tamano flsico y coste de las bobinas de entrada y salida y los condensadores (por ejemplo, el condensador 280 (C5) y el inductor 285). Un valor maximo de la senal de control PWM 610 es aproximadamente igual al umbral de 625 y un valor mlnimo de la primera .senal de control PWM 610 es aproximadamente igual a un tercio del umbral 625. Un maximo, el valor de la senal de control PWM 615 es aproximadamente igual a un tercio del umbral de 625 y un valor mlnimo de la senal de control PWM 615 es aproximadamente igual al negativo de un tercio del umbral 625. Un valor maximo de la senal de control PWM 620 es aproximadamente igual al negativo de un tercio del umbra 625 y un valor mlnimo de la senal de control PWM 620 es aproximadamente igual al umbral de 625 multiplicado por -1.

[0023] El controlador PWM 275 esta configurado para conmutar los interruptores 210, 220, 230, 240, 250, y 260 utilizando la senal de onda sinusoidal de modulacion 605 y las senales de control PWM 610, 615, y 620. A medida que la senal de modulacion de onda sinusoidal 605 varla, el comparador 505 emitira ya sea un logico uno o un logico cero, correspondiente a cual sea mayor de la entrada positiva 505 o la entrada negativa 507. El comparador 505 esta configurado para emitir un uno logico ceri si la entrada positiva 506 es mayor que la entrada negativa 507, (por ejemplo, el voltaje de la senal de modulacion de onda sinusoidal 605 es mayor que el voltaje de la senal de control PWM 610). Del mismo modo, el comparador 505 esta configurado para salida de un cero logico si la entrada positiva 506 es menor que la entrada negativa 507, el voltaje de la senal de modulacion de onda sinusoidal 605 es menor que el voltaje de la senal de control PWM 610). Mientras que la discusion anterior se ha centrado en la operacion del comparador 505, la operacion de los comparadores 515 y 525 es preferentemente similar. Preferiblemente, el controlador PWM 275 esta configurado para insertar pequenas "bandas muertas" de tal manera que hay un ligero retraso entre la desconexion de cualquier conmutador dado y la conexion de otro interruptor (por ejemplo, para proteger contra pares no deseados de los interruptores estar en forma simultanea). Los interruptores 210, 220, 230, 240, 250, y 260 estan configurados de tal manera que una logica 1 enciende el interruptor, mientras que un logico 0 apaga el interruptor, aunque lo contrario es posible.

[0024] El controlador PWM 275 puede configurarse para variar el ciclo de trabajo en el que los interruptores que control se conmutan. Por ejemplo, usando las senales 610, 615, 620 y 625, el ciclo de trabajo de los interruptores que repetidamente se estan alternando se varla (por ejemplo, en el primer estado, los interruptores 210 y 220). Al comparar los intervalos 630 y 635, los cuales indican cuando el interruptor 210 esta encendido y el interruptor 220 esta desactivado, el intervalo 630 es mayor que el intervalo 635.

[0025] Haciendo referencia de nuevo a la figura. 2, se describira ejemplos de la operacion del convertidor de AC / DC 200. El convertidor de AC / DC 200 esta configurado para proporcionar los respectivos voltajes de CC a las salidas 265, 266, 267, y 268, actuando como un convertidor de refuerzo, por ejemplo, en el primer estado cuando el interruptor 220 esta encendido y el interruptor 210 esta apagado, el inductor 285 almacenara energla. Cuando el conmutador 220 esta apagado, la energla almacenada en el inductor 285 hace que una corriente pase libremente a traves del diodo 205. En el segundo estado, cuando el interruptor 230 esta encendido y el interruptor 240 esta desactivado, el inductor 285 almacenara energla. Cuando el interruptor 230 esta apagado, el inductor 285 provoca una corriente de rueda libre a traves del diodo 235. En el tercer estado, cuando el conmutador 250 esta activado, y el conmutador 260 esta apagado, el inductor 285 almacenara energla. Cuando el conmutador 250 esta apagado, la energla almacenada en el inductor 285 (L1) hace que una corriente pase libremente a traves del diodo 255.

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[0026] Haciendo referenda a las figuras. 2 y 7, un convertidor DC / AC 700 (p.ej., un ejemplo de los convertidores DC / AC es 12, 22, y 32) incluye diodos 705, 715, 725, 735, 745, y 755; interruptores 710, 720, 730, 740, 750 y 760, las entradas 765, 766, 767 y 768; un filtro 770, y una salida 702. Los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 76o son IGBTs aunque otros transistores pueden utilizarse. Las entradas 765, 766, 767, y 768 estan configuradas para recibir alimentacion de CC de, por ejemplo, el convertidor de AC / DC 200. Acoplado a la salida 702 es un anodo 727 del diodo 725, emisor 732 del conmutador 730, un catodo 736 del diodo 735, y un colector 741 del conmutador 743. Un catodo 726 del diodo 725 esta acoplado a un colector 731 del conmutador 730. Un anodo 737 del diodo 735 esta acoplado a un emisor 742 del conmutador 740 . El catodo 726, el colector 731, un anodo 707 del diodo 705, un emisor 712 del conmutador 710, un catodo 716 del diodo 715, y un colector 721 del conmutador 720 se acoplan entre si. El anodo 737, el emisor 742, un anodo 747 del diodo 745, un emisor 752 del conmutador 750, un catodo 756 del diodo 755, y un colector 761 del conmutador 760 se acoplan entre si. Un catodo 706 del diodo 705 y un colector 711 del conmutador 710 se acopla a la entrada 765. Un anodo 717 del diodo 715 y un emisor 722 del conmutador 720 se acopla a la entrada 766. Un catodo 746 del diodo 745 y un colector 751 del conmutador 750 se acopla a la entrada 767. Un anodo 757 del diodo 755 y un emisor 762 del conmutador 760 se acopla a la entrada 768. Bases 713, 723, 733, 743, 753, y 763 de los interruptores 7iso, 720, 730, 740, 750, y 760 (S7, S8, S9, S10, S11, S12), respectivamente, estan cada una acoplada a un controlador de modulacion de ancho de pulso, como se describira en mas detalle a continuacion. El emisor 732 del conmutador 730, el anodo 727 del diodo 725, el colector 741 del conmutador 740, y el catodo 736 del diodo 735 (es decir, la definicion de nodo 772) estan acoplados al filtro 770. El filtro 770 incluye el inductor 785 y el condensador 790 (C6). El inductor 785 (L2) esta acoplado entre el nodo 772 y la salida 702. El condensador 790 esta acoplado entre la salida 702 y el suelo. El inductor 785 preferiblemente tiene una inductancia de 100 mH, aunque otras inductancias pueden ser utilizadas (por ejemplo, en funcion de la potencia nominal del sistema 5). El condensador 790 tiene preferiblemente una capacidad de 200 mF, aunque otras capacidades pueden ser utilizados (por ejemplo, en funcion de la potencia nominal del sistema 5).

[0027] El convertidor DC / AC 700 esta configurado para recibir alimentacion de CC de, por ejemplo, el convertidor de AC / DC 200, y para proporcionar una salida de CA a traves de la salida 702. Por ejemplo, cuando el convertidor DC / AC 700 se encuentra en operacion, y las entradas 765, 766, 767, y 768 estan acopladas a las salidas 265, 266, 267, y 268, respectivamente, del convertidor de AC / DC 200, una salida de CA puede ser inducida en la salida 702. El DC convertidor A / AC 700 esta configurado para inducir en la salida 702 una salida de CA que tiene voltajes de pico (por ejemplo, con respecto a la conexion de neutro) aproximadamente igual a las tensiones presentes en la entrada 765 (por ejemplo, una tension de pico positivo de la senal en la salida 702) y la entrada 768 (por ejemplo, una tension de pico negativo de la senal en la salida 702). Otros voltajes, sin embargo, pueden ser inducidos.

[0028] El convertidor CC / CA 700 se puede realizar como una tension o un convertidor DC / AC de corriente controlada. Preferiblemente, un bucle de tension "exterior" se utiliza para mantener una tension deseada cuando se opera el convertidor 700 CC / CA usando de control de corriente. Por ejemplo, un circuito de control (no mostrado) puede ser configurado para controlar el flujo de corriente en el inductor 785 y para controlar la tension presente en la salida 702 (por ejemplo, para determinar si la salida es sinusoidal). El circuito de control puede ser configurado para ajustar una senal PWM suministrada a los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 760, sobre la base de los valores de corriente y voltaje medidos para mantener la tension de salida deseada. El convertidor DC / AC 700 se puede configurar para ser operado con una frecuencia PWM fija o variable, como se describe en el presente documento.

[0029] El convertidor DC / AC 700 esta configurado para convertir los voltajes de CC presentes en las entradas 765, 766, 767, y 768 en una tension de salida de CA al cambiar los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 760. Los conmutadores estan configurados para ser accionados por un controlador PWM 775 que esta configurado preferiblemente de una manera similar al controlador PWM 275. Las senales de control proporcionadas al controlador PWM 775 pueden ser similares a los proporcionados al controlador PWM 275, aunque las frecuencias y / o amplitudes de las senales de control pueden variar para producir una salida deseada para una carga acoplada a la salida 702. Preferiblemente, el convertidor DC / AC 700 esta configurado de tal manera que que en cualquier parte dada de un ciclo de llnea (por ejemplo, un ciclo a traves de los estados primero, segundo y tercero) dos de los seis interruptores 710, 720, 730, 740, 750 y 760 se encienden de una manera complementaria, mientras que los cuatro interruptores restantes o se encuentran apagados constantemente o encendidos constantemente.

[0030] Con referencia tambien a la figura. 8, el controlador PWM 775 puede hacer que el convertidor DC / AC 700 opere en tres estados. El primer estado corresponde a momentos en que la tension de salida proporcionada en la salida 702 esta por encima de un tercio de la tension proporcionada en la entrada 765 (por ejemplo, la tension en la entrada es 450 V, entonces el primer estado corresponde a los momentos en que la salida esta por encima de 150 V). El segundo estado corresponde a los momentos en que la salida es proporcionada en la salida 702, siendo de entre un tercio de la tension proporcionada en la entrada 765 y un tercio de la tension proporcionada en la entrada 768 (por ejemplo, -150 V y 150 V). El tercer estado corresponde a momentos en que la tension de salida proporcionada en la salida 702 esta por debajo de un tercio de la tension proporcionada en la entrada 768 (por ejemplo, por debajo de -150 V). El controlador PWM 775 esta configurado de tal manera que durante el primer estado, los interruptores 730 y 750 estan conectados, los conmutadores 740 y 760 estan apagados, y los conmutadores 710 y 720 estan oscilando (ver Fig. 9A). El controlador PWM 775 esta configurado de manera que durante el segundo estado, los interruptores 720 y 750 estan encendidos, los conmutadores 710 y 760 se desconectan, y los conmutadores 730 y 740 estan oscilando (Fig. 9B). El controlador PWM 775 esta configurado de

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tal manera que durante el tercer estado, los interruptores 720 y 740 estan conectados, los conmutadores 710 y 730 estan apagados, y los conmutadores 750 y 760 estan oscilando (Fig. 9C). En el primer estado, la configuracion de conmutacion de los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 760 esta configurada para provocar una tension de onda cuadrada en un nodo 780 que varla entre 450 V y 150 V, con un ciclo de trabajo variable. Por ejemplo, el ciclo de trabajo de la onda cuadrada puede variar segun en que parte de que estado el convertidor DC / AC esta operando (por ejemplo, como la tension de la salida se aproxima a 450 V en el primer estado, el ciclo de trabajo de la plaza ola se acerca al 100%). En el segundo estado, la configuracion de conmutacion de los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 760 esta configurada para causar una tension de onda cuadrada en el nodo 780 que varla entre 150 V y -150 V, con un ciclo de trabajo variable. En el tercer estado, la configuracion de conmutacion de los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 760 esta configurada para causar una tension de onda cuadrada en el nodo 780 que varla entre -150 y -450 V, con un ciclo de trabajo variable.

[0031] El filtro 770 esta configurado para filtrar la salida proporcionada en el nodo 772 en una tension de salida sustancialmente de CA (310) que se proporciona a la salida 702. El filtro 770 puede ser un filtro de paso bajo LC, aunque otras configuraciones de filtro son posibles.

[0032] Haciendo referencia a la figura. 10, el modulo CA / CA 10 incluye el convertidor de AC / DC 200, el convertidor DC / AC 700, los condensadores 905, 910, 915, y 920 (C1, C2, C3, C4). Las salidas 265, 266, 267, y 268 estan acoplados a las entradas 765, 766, 767, y 768, respectivamente. El condensador 905 esta acoplado entre la union de la salida 265 y la entrada 765 y la union de la salida 266 y la entrada 766. El condensador 910 esta acoplado entre la union de la salida 266 y la entrada 766 y la conexion neutral. El condensador 915 esta acoplado entre la conexion del neutro y la union de la salida 267 y la entrada 767. El condensador 920 esta acoplado entre la union de la salida 267 y la entrada 767 y la union de la salida 268 y la entrada 768. Ademas , la union de la salida 265 y la entrada 765 esta acoplado al bus. 64. La union de la salida 266 y la entrada 766 esta acoplada al bus 63. La union de la salida 267 y la entrada 767 esta acoplada al bus 60. La union de la salida 268 y la entrada 768 esta acoplada al bus 61.

[0033] Los condensadores 905, 910, 915, y 920 estan configurados para almacenar energla durante un corto perlodo de tiempo cuando, por ejemplo, la frecuencia de la senal de potencia suministrada a la entrada 202 difiere de la frecuencia de la senal proporcionada por la salida 702 y para reducir corriente de ondulacion en los buses 60, 61, 62, 63, y / o 64. El modulo de AC / AC 10 esta configurada para, en funcionamiento, inducir un potencial de 300 V a traves de los condensadores 905 y 920, y un potencial 150 V a traves de los condensadores 910 y 915.

[0034] Haciendo referencia a las figuras. 1 y 11, un convertidor DC / DC 1.000 (p.ej., un ejemplo del convertidor DC / DC 41) esta acoplado a la baterla 50 e incluye diodos 1005,1015,1025, y 1.035, interruptores 1010, 1020, 1030, y 1040 , condensadores 1050, 1055, 1060, 1065 (C1a, C2a, C3a, C4a), condensadores de 1070, y 1075 (C7, C8), y bobinas de 1080 y 1085 (L3, L4). Los conmutadores 1010, 1020, 1030, y 1040 (S13, S14, S15, S16) son preferiblemente IGBTs, aunque otros conmutadores pueden ser utilizados. Preferiblemente, los diodos son rapidos o diodos de recuperacion ultrarrapidos inversa (por ejemplo, como se puede utilizar en otras partes del sistema 5). Un catodo 1006 del diodo 1005 esta acoplado a un colector 1011 del conmutador 1010, y esta ademas acoplado al nodo de 1090. Un anodo 1007 del diodo 1005, un emisor 1012 del conmutador 1010, un catodo 1016 del diodo 1015 y un colector de 1021 del conmutador 1020 se acoplan juntos. Un anodo 1017 del diodo 1015 y un emisor 1022 del conmutador 1020 estan acoplados juntos, y estan acoplados adicionalmente al nodo de 1091. Un terminal positivo del condensador de 1051 1050 esta acoplado al nodo 1090 y un terminal negativo 1052 del condensador 1050 se acopla al nodo de 1091. El condensador 1070 y el inductor 1080 se acoplan entre la union del anodo 1007, el emisor 1012, el catodo 1016, y el colector de 1021 y el nodo de 1092. Preferiblemente, el inductor 1080 esta acoplado a la union del anodo 1007, el emisor 1012, el catodo 1016, y el colector 1021, y el condensador de 1070 esta acoplado al nodo de 1092. Un terminal positivo 1056 del condensador 1055 esta acoplado al nodo de 1091, y un terminal negativo 1057 del condensador 1055 esta acoplado al nodo 1092. Un catodo 1026 del diodo 1025 esta acoplado a un colector 1031 del interruptor de 1030, y esta ademas acoplado al nodo de 1093. Un anodo 1027 del diodo 1025, un emisor 1032 del conmutador 1030, un catodo 1036 del diodo 1035, un coleccionista de 1041 del conmutador 1040 se acoplan juntos. Un anodo 1037 del diodo 1035 y un emisor 1042 del conmutador 1040 estan acoplados entre si, y estan ademas acoplados al nodo de 1094. Un terminal positivo 1066 del condensador 1065 esta acoplado al nodo 1093 y un terminal negativo 1067 del condensador 1065 esta acoplado al nodo de 1094. El condensador 1075 y el inductor 1085 se acoplan entre la union del anodo 1027, el emisor 1032, el catodo 1036, y el colector 1041 y el nodo de 1092. Preferiblemente, el inductor 1085 se acopla a la union del anodo 1027, el emisor 1032, el catodo 1036, y el colector 1041, y el condensador 1075 se acopla al nodo de 1092. Un terminal positivo 1061 del condensador 1060 esta acoplado al nodo 1092, y el terminal negativo 1062 del condensador 1060 se acopla al nodo de 1093. Los nodos 1090, 1091, 1092, 1093, y 1094 estan configurados para ser acoplados a los buses 64, 63, 62, 61, y 60, respectivamente. Los conmutadores estan configurados para ser acoplado a un controlador PWM 1115. Mientras que los condensadores 1050, 1055, 1060, y 1065 han sido asignadas diferentes numeros de referencia en las figuras, los condensadores 1050, 1055, 1060, y 1065 pueden ser los condensadores 905, 910, 915, y 920, respectivamente.

[0035] El convertidor DC / DC 1.000 esta configurado para proporcionar energla y recibir energla de las pilas 1095 y 1100. Las baterlas 1095 y 1100 estan acoplados al convertidor de DC / DC 1,000 a traves de disyuntores 1105 y

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1110. Un terminal positivo 1096 de la baterla 1095 esta acoplado a la union del condensador 1070 y el inductor 1080 a traves del interruptor 1105. Un terminal negativo 1097 de la baterla 1095 esta acoplado a un terminal positivo 1101 de la baterla 1100. Un terminal negativo 1102 de la baterla 1100 esta acoplado a la union del condensador 1075 y el inductor 1085 a traves del interruptor 1110. Opcionalmente, el terminal negativo 1097 de la baterla 1095 y el terminal positivo 1101 de la baterla 1100 pueden estar acoplados al nodo 1092 para reducir la tension maxima en los interruptores de baterla. Preferiblemente, las pilas 1095 y 1100 estan configuradas para recibir y proporcionar un voltaje que este entre la tension de pico del sistema 5 (por ejemplo, la tension presente en el bus 64) y una tercera parte de la tension de pico del sistema 5 (por ejemplo, , la tension presente en el bus 63). Por ejemplo, las pilas 1095 y 1100 se pueden configurar para proporcionar aproximadamente 288 V.

[0036] El convertidor DC / DC 1000 esta configurado para funcionar en dos estados, un estado de carga y un estado de descarga. Durante el estado de carga del convertidor de DC / DC 1000 actua como un convertidor reductor y recibe una primera tension de CC fijada a los buses 60, 61, 63, y 64 para proporcionar una tension de un primer nivel a las baterlas 1095 y 1110. Durante el estado de descarga, el convertidor DC / DC 1000 recibe alimentacion de CC de un segundo nivel y proporciona un segundo voltaje de CC en los autobuses 60, 61, 63, y 64, respectivamente. El primer conjunto de voltaje y el segundo conjunto de voltaje pueden ser sustancialmente iguales. La primera tension de CC y el segundo voltaje de CC pueden ser sustancialmente iguales. Durante el estado de carga, el convertidor DC / DC 1000 cobra activamente las baterlas de 1095 y 1100, y / o proporciona una carga flotante (por ejemplo, para mantener una carga de una baterla totalmente cargada).

[0037] Los conmutadores 1010, 1020, 1030, y 1040 estan configurados para ser controlados por un controlador PWM 1115. Preferiblemente, una configuracion del controlador PWM 1115 es similar al controlador PWM 275, aunque son posibles otras configuraciones. Preferiblemente, los conmutadores 1010 y 1040 estan controlados para oscilar de una manera similar (por ejemplo, tanto los conmutadores 1010 y 1040 estan encendidos en aproximadamente el mismo tiempo) y los conmutadores 1020 y 1030 estan controlados para cambiar de una manera similar (por ejemplo, los conmutadores 1020 y 1030 se encienden aproximadamente al mismo tiempo). Si, sin embargo, la union del terminal negativo 1097 y el terminal positivo 1101 esta acoplada al nodo 1092, cada uno de los interruptores de 1010, 1020, 1030, 1040 se puede cambiar de forma independiente. El controlador PWM 1115 esta configurado para variar la tension de carga de la baterla 1095 variando el ciclo de trabajo del interruptor 1010. Del mismo modo, el controlador PWM 1115 puede variar la tension de carga de la baterla 1110 variando el ciclo de trabajo del conmutador 1040.

[0038] Cuando el convertidor DC / DC 1000 esta funcionando en el estado de carga, el controlador PWM 1115 hace que el convertidor DC / DC 1000 opere como un convertidor buck cambiando repetidamente los conmutadores 1010 y 1040 mientras que mantiene los interruptores 1020 y 1030 apagados. Cuando los conmutadores 1010 y 1040 estan encendidos, el convertidor DC / DC 1000 las tensiones presentes en los nodos 1090 y 1094 carga los inductores 1080 y 1085. Cuando los conmutadores 1010 y 1040 estan apagados, las corrientes de estrangulamiento (por ejemplo, causada por la descarga de los inductores 1080 y 1085) pasan libremente por los diodos 1015 y 1025. El convertidor DC / DC 1000 esta configurado para bajar los voltajes presentes en los nodos 1090 y 1094 mediante la variation del ciclo de trabajo en la que los conmutadores 1010 y 1040 se encienden. Por ejemplo, como el ciclo de trabajo de la senal de conmutacion proporcionada por el controlador PWM 1115 aumente hacia 1, el voltaje proporcionado a las baterlas 1095 y 1100 aumenta hacia la tension presente en los nodos 1090 y 1094. Los condensadores 1070 y 1075 estan configurados para reducir la corriente de ondulacion mediante la filtration de componentes de alta frecuencia de la senal proporcionada a las baterlas 1095 y 1110.

[0039] Cuando el convertidor DC / DC 1000 esta funcionando en el estado de descarga, el controlador PWM 1115 hace que el Convertidor DC / DC 1000 funcione como un convertidor buck-boost, encendiendo repetidamente los conmutadores 1020 y 1030 y manteniendo los conmutadores 1010 y 1040 apagados. Por ejemplo, el convertidor DC / DC 1000 proporciona un voltaje aumentado de las baterlas 1095 y 1100 a los nodos 1090 y 1094, y proporciona una tension reducida a los nodos 1091 y 1093. Cuando los conmutadores 1020 y 1030 estan encendidos, las baterlas 1095 y 1100 dan lugar a que los inductores 1080 y 1085 almacenen energla. Cuando los conmutadores 1020 y 1030 esten apagados, la energla almacenada en los inductores 1080 y 1085 (y la energla proporcionada por las baterlas de 1095 y 1100) se descarga (por ejemplo, una ruedas libre) a traves de los diodos 1005 y 1035, respectivamente. El convertidor DC / DC 1000 esta configurado para incrementar a la tension suministrada por las baterlas 1095 y 1100 hasta el nivel deseado mediante la variacion del ciclo de trabajo en la que los conmutadores 1020 y 1030 se encienden. Por ejemplo, como el ciclo de trabajo de la senal de conmutacion proporcionada por el controlador PWM 1115 aumenta hacia 1, el voltaje proporcionado en los nodos 1090, 1091, 1093, y 1094 aumenta. El convertidor DC / DC 1000 tambien esta configurado para el paso hacia abajo de la tension suministrada por las baterlas 1095 y 1100 y para proporcionar la tension escalonada hacia abajo a los nodos 1091 y 1093. El convertidor DC / DC 1000 esta configurado para reducir el voltaje a los nodos 1091 y 1093 de una manera similar a la descrita anteriormente. Los condensadores 1050, 1055, 1060, y 1065 estan configurados para filtrar los componentes de alta frecuencia de las senales en los nodos 1090, 1091, 1093, y 1094.

[0040] Haciendo referencia a las FIGS. 1 y 12, un ejemplo del balanceador de bus CC 42, aqul un equilibrador del bus de CC 1200, incluye condensadores 1205 (C1b), 1210 (C2b), 1215 (C3b), 1220 (C4b), 1225 (C9), y 1230 ( C10), interruptores de 1235 (S17), 1245 (S18), 1255 (S19), 1265 (S20), 1275 (S21), y 1285 (S22), diodos 1240, 1250,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

1260, 1270, 1280 y 1290, y inductores 1295 (L5), 1300 (L6) y 1305 (L7). Un terminal positivo 1206 del condensador 1205, un colector 1236 del conmutador 1235, y un catodo 1241 del diodo 1240 estan acoplados a un nodo de 1310. Un emisor 1237 del conmutador 1235, un anodo 1242 del diodo 1240, un colector 1246 del interruptor 1245, y un catodo 1251 del diodo 1250 estan acoplados juntos. Un emisor 1247 del conmutador 1245, un anodo 1252 del diodo 1250, un colector 1256 del conmutador 1255, y un catodo 1261 del diodo 1260 se acoplan entre si y estan acoplados ademas a un nodo 1311. Un emisor 1257 del conmutador 1255, un anodo 1262 del diodo 1260, un colector 1266 del interruptor 1265, y un catodo 1271 del diodo 1270 se acoplan entre si. Un emisor 1267 del conmutador 1265, un anodo 1272 del diodo 1270, un colector 1276 del conmutador 1275, y un catodo 1281 del diodo 1280 se acoplan entre si, y estan acoplados adicionalmente al nodo 1313. Un emisor 1277 del conmutador 1275, un anodo 1282 del diodo 1280, un colector 1286 del conmutador 1285, y un catodo 1291 del diodo 1290 se acoplan entre si. Un emisor 1287 del interruptor 1285, y un anodo 1292 del diodo 1290 estan acoplados entre si, y estan ademas acoplado al nodo de 1314. Un terminal positivo 1206 del condensador 1205 esta acoplado al nodo 1310 y un terminal negativo 1,207 del condensador 1205 se acopla al nodo 1311. Un terminal positivo 1211 del condensador 1210 esta acoplado al nodo de 1311 y un terminal negativo 1212 del condensador 1210 esta acoplado al nodo de 1312. Un terminal positivo 1216 del condensador 1215 esta acoplada al nodo 1312 y un terminal negativo 1217 del condensador 1215 esta acoplado al nodo 1313. Un terminal positivo 1221 del condensador 1220 esta acoplado al nodo 1313 y un terminal negativo 1222 del condensador 1220 esta acoplado al nodo 1314. El condensador 1225 y el inductor 1295 estan acoplados en serie entre la union de los diodos 1240 y 1250 y la union de los diodos 1260 y 1270. El inductor 1300 y el condensador de 1230 se acoplan entre la union de los diodos 1260 y 1270 y la union de los diodos 1280 y 1290. Por lo tanto, el condensador 1225, el inductor 1295, el inductor 1300, y el condensador 1230 estan acoplados en serie entre la union de los diodos 1240 y 1250 y los diodos 1280 y 1290. El inductor 1305 esta acoplado entre el nodo 1312 y la union de los diodos 1260 y 1270. El inductor 1305, sin embargo, es opcional. Por ejemplo, si los convertidores AC / DC 11, 21, y 31 estan configurados para controlar una cantidad de potencia extralda de la entrada de CA en los respectivos semiciclos positivos y negativos. El equilibrador de bus de CC 1200 se puede configurar para reducir (y posiblemente eliminar) el deseo de controlar el consumo de energla en la entrada de CA usando los convertidores AC / DC 11, 21 y 31 (por ejemplo, con el fin de equilibrar los buses 60, 61, 62, 63 y 64) mediante la inclusion del inductor 1305. La combinacion 1225 y el inductor 1295 definen un tanque resonante 1320, y la combinacion del condensador 1230 y el inductor 1300 definen un tanque resonante 1325.

[0041] Un controlador PWM 1315 esta acoplado a cada uno de los interruptores 1235, 1245, 1255, 1265, 1275, y 1285. El controlador PWM 1315 esta preferiblemente configurado de una manera similar al controlador PWM 275. Por ejemplo, el controlador PWM 1 315 incluye multiples comparadores que estan configurados cada uno para recibir multiples senales de control. Las senales de control se seleccionan de tal manera que se obtiene la secuencia de conmutacion deseado (por ejemplo, como se describe en este documento en el equilibrador de bus DC 42). El controlador PWM 1315 esta configurado para proporcionar senales de control que preferentemente tienen una frecuencia constante y ciclo de trabajo, aunque otras configuraciones son posibles. Las senales de control proporcionadas a los conmutadores 1235, 1255, y 1275 son preferiblemente sustancialmente identicos, y las senales de control proporcionadas a los conmutadores 1245, 1265, y 1285 son preferiblemente sustancialmente identicos. Las senales de control tienen preferiblemente un ciclo de trabajo de aproximadamente 50%, aunque otros ciclos de trabajo son posibles. Con referencia tambien a la figura. 13, el controlador PWM 1315 esta configurado para insertar "tiempo muerto" entre la conmutacion de los interruptores de 1235, 1245, 1255, 1265, 1275, y 1285 de tal manera que los interruptores que se apagan estan sustancialmente apagados por completo antes de que los otros interruptores se encienden. El uso del tiempo muerto, sin embargo, es opcional. El controlador PWM 1315 esta configurado para proporcionar una senal de control de tal manera que los interruptores 1235, 1245, 1255, 1265, 1275 y 1285 conmutan a una frecuencia aproximadamente igual a una frecuencia de resonancia de los tanques resonantes 1320 y 1325, aunque otras frecuencias son posibles.

[0042] El equilibrador bus DC 1200 esta configurado para equilibrar y mantener los voltajes deseados en los buses 60, 61, 62, 63 y 64 al mover la energla almacenada en los condensadores 1205, 1210, 1215 y 1220 en los buses 64, 63, 61, y 60, segun corresponda. Los conmutadores 1235, 1245, 1255, 1265, 1275, y 1285 estan configurados para cambiarse por el controlador PWM 1315. El controlador PWM 1315 esta configurado para controlar los interruptores para ser estados primero y segundo. En el primer estado, los interruptores de 1235, 1255 y 1275 estan encendidos, mientras que los interruptores de 1245, 1265 y 1285 estan apagados. En el segundo estado, los interruptores 1235, 1255, y 12C estan apagados mientras que los interruptores de 1245, 1265 y 1285 estan encendidos. Debido a estos estados de conmutacion, las tensiones dentro del equilibrador de bus DC 1200 oscilan como se muestra en la Tabla 1.

Union de

Voltaje de Primer Estado Voltaje de Segundo Estado

Interruptores 1235 y 1245

Interruptores en nodo 1310 Voltaje en nodo 1311

Interruptores 1255 y 1265

Interruptores en nodo 1311 Voltaje en nodo 1313

Interruptores 1275 y 1285

Interruptores en nodo 1313 Voltaje en nodo 1314

Por lo tanto, cuando los nodos 1310, 1311, 1313, y 1314 proporcionan 450 V, 150 V, -150 V, y -450 V, respectivamente, a continuacion, cada una de las uniones descritas en la Tabla 1 se alternan en aproximadamente

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

300 V (pico a pico). El resto de la discusion del equilibrador de bus DC 1200 asume que los autobuses 64, 63, 61, y 60 proporcionan 450 V, 150 V, -150 V, y -450 V, respectivamente (en relacion con el neutro).

[0043] Durante el funcionamiento equilibrado del equilibrador bus DC 1200 (por ejemplo, las tensiones en los nodos 1310, 1311, 1312, 1313, y 1314 estan en los niveles deseados), la senal presente en cada una de las uniones que se describen en la Tabla 1 es sustancialmente cuadrada. Ademas, durante el funcionamiento equilibrado, las oscilaciones de tension en las uniones descritas en la Tabla 1 seran sustancialmente en fase entre si y tienen sustancialmente la misma amplitud. Las diferencias de voltaje a traves de los tanques resonantes 1320 y 1325 son preferiblemente aproximadamente igual a un tercio del voltaje total entre el bus DC 60 y 64 (por ejemplo, 300 V). Los condensadores de 1225 y 1230 estan configurados para cargar al potencial colocado a traves de los tanques resonantes 1320 y 1325, respectivamente (por ejemplo, 300V).

[0044] El bus equilibrador VDC 1200 esta configurado para compensar tensiones desequilibradas en los nodos

1310, 1311, 1312, 1313, 1314 y utilizando la energla almacenada en los tanques resonantes 1320 y 1325. Durante el funcionamiento desequilibrado del equilibrador de bus DC 1200, la amplitud de los voltajes de onda cuadrada inducidas traves de las uniones descritas en la Tabla 1 puede ser desigual, que puede causar una tension de onda cuadrada que aparezca a traves de uno o mas de los tanques resonantes 1320 y 1325. Cada uno de los tanques resonantes 1320 y 1325 se configuran de tal manera que, como aparece un voltaje a traves de los tanques

resonantes 1320 y 1325, una corriente fluye a traves de cada uno de los tanques resonantes 1320 y 1325. Los

tanques resonantes 1320 y 1325 estan configurados para tener una impedancia baja (por ejemplo, acercandose a cero) tal que incluso un pequeno potencial de voltaje a traves de cada uno de los tanques resonantes 1320 y / o 1325 puede causar un gran flujo de corriente a traves de los tanques resonantes 1320 y / o 1325. La impedancia de los tanques resonantes 1320 y 1325 puede ser una funcion de la frecuencia a la que los interruptores de 1235, 1245, 1255, 1265, 1275 y 1285 se conectan (o viceversa). Por ejemplo, como la frecuencia de conmutacion se aproxima a ser igual a la frecuencia de resonancia de los tanques resonantes 1320 y 1325, la impedancia de los tanques

resonantes 1320 y 1325 se aproxima a cero. Los tanques resonantes 1320 y 1325 estan configurados para dar lugar

a que fluya una corriente que pueda mover la energla de los condensadores 1205, 1210, 1215, y / o 1220 que tiene voltaje (s) mas alto que los niveles de voltaje preferidos de 300 V y 150 V, respectivamente , hacia los condensadores que tienen voltaje (s) mas baja que los niveles de voltaje preferidos. Los interruptores (por ejemplo, de los conmutadores 1235, 1245, 1255, 1265, 1275, y 1285) que estan acoplados a traves del condensador (por ejemplo, de los condensadores 1205, 1210, 1215, y / o 1220) que tiene la tension mas alta se configuran para actuar como un generador y crear una corriente alterna a traves de los tanques resonantes 1320 y / o 1325 para establecer un flujo de potencia real hacia el condensador (por ejemplo, de los condensadores de 1205, 1210, 1215, y / o 1220) que tiene la tension mas baja . El equilibrador de bus DC 1200 esta configurado de tal manera que el flujo de corriente a traves de los tanques resonantes 1320 y 1325 se inicia preferiblemente cuando la diferencia de tension entre los condensadores desequilibrados excede de una calda de tension de los respectivos diodos 1240, 1250, 1260, 1270, 1,280, y 1290 (por ejemplo, unos pocos voltios). Preferiblemente, como la frecuencia a que los interruptores 1235, 1245, 1255, 1265, 1275, y 1.285 se conmutan se aproxima a la frecuencia de resonancia de los tanques resonantes 1225 y 1230, cruces por cero de la corriente inducida ocurren mas cerca del tiempo muerto entre los estados primero y segundo, que pueden reducir las perdidas de conmutacion.

[0045] En funcionamiento, con referencia a la figura 14, con referencia adicional a las figuras 1-13, un proceso 1400 para proporcionar una fuente ininterruptible de potencia a una carga utilizando la UPS 5 incluye las etapas mostradas. El proceso 1400, sin embargo, es solamente ejemplificativo y no limitante. El proceso 1400 puede ser alterado, por ejemplo, anadiendo, eliminaand, modificadando o reordenando las etapas. Ademas, mientras que las porciones del proceso 1400 se muestran como etapas sucesivas, ciertas etapas pueden ocurrir en paralelo (por ejemplo, las etapas 1435 y 1440).

[0046] En la etapa 1405, el SAI 5 esta acoplado a una fuente de alimentacion de 3 fases. Los modulos de AC / AC 10, 20 y 30 estan acoplados a las fases X, Y, y Z de la alimentacion de energla de 3 fases, respectivamente. Los modulos de AC / AC 10, 20, y 30 estan acoplados ademas a una conexion de neutro de la alimentacion de energla de 3 fases. La alimentacion de energla proporciona alimentacion de CA de 3 fases para el SAI 5.

[0047] En la etapa 1410, la UPS 5 esta acoplado a una o mas cargas. El UPS 5 puede ser acoplado a una carga de 3 fases (por ejemplo, el modulo de AC / AC 10 proporciona la fase X, el modulo / AC AC 20 proporciona la fase Y, y el modulo AC / AC 30 proporciona la fase Z) . Alternativamente, el UPS 5 puede acoplarse a una o mas cargas monofasicas. Por ejemplo, cada uno de los modulos AC / AC 10, 20, y 30 puede proporcionar energla monofasica a una o mas cargas.

[0048] En la etapa 1415, el SAI 5 determina si la alimentacion de CA es aceptable. Si el UPS 5 determina que la potencia de entrada de CA es aceptable, entonces el proceso 1400 procede a la etapa 1420. Si el UPS 5 determina que la potencia de entrada es inaceptable, por ejemplo, se ha detenido y / o se ha vuelto inestable (por ejemplo, una condicion de voltaje bajo), entonces el proceso 1400 procede a la etapa 1430.

[0049] En la etapa 1420, los modulos de AC / DC 11, 21, y 31 convierten la alimentacion de CA de entrada en alimentacion de CC, que se proporciona a los buses 60, 61, 63 y 64. Los modulos AC / DC 11, 21 y 31 se inicializan

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

(por ejemplo, los interruptores se conmutan al estado correspondiente a una senal de energla) en el arranque o en una potencia adecuada que se proporciona a la UPS 5. Aunque la siguiente discusion se centra en el modulo de AC / DC 11, el funcionamiento de los modulos AC / DC 21 y 31 puede ser similar. El modulo AC / DC 11 procesa la alimentacion de CA de entrada utilizando un filtro de paso bajo combinado y un convertidor de impulso (es decir, la combinacion del condensador 280 y del inductor 285). El controlador PWM 275 conmuta los conmutadores 210, 220, 230, 240, 250, y 260 como una funcion de la senal de potencia que es recibido por el modulo de AC / DC 11. Por ejemplo, el controlador PWM 275 hace que los interruptores 210, 220, 230, 240, 250, y 260 operaren en uno de tres estados. En el primer estado, el controlador PWM 275 cambia los interruptores 210 y 220 de una manera mutuamente excluyente, manteniendo los interruptores 230 y 250 en una posicion de encendido, y manteniendo los interruptores 240 y 260 en una posicion de apagado. En el segundo estado, el controlador PWM 275 mantiene los interruptores 210 y 260 en una posicion descentrada, mantiene los interruptores 220 y 250 en una posicion de encendido, y cambia los interruptores 230 y 240 de una manera mutuamente excluyente. En el tercer estado, el controlador PWM mantiene los interruptores 210 y 230 en una posicion descentrada, mantiene los interruptores 220 y 240 en una posicion de encendido, y cambia los interruptores 250 y 260 de una manera mutuamente excluyentes. El controlador PWM 275 da lugar a que el convertidor de Ac / DC 11 opere en el primer estado cuando la entrada de CA que se suministra al modulo de AC / DC 11 sea mayor que un tercio de la tension proporcionada en la salida 265. El controlador 275 hace que el PWM convertidor de AC / DC 11 opere en el segundo estado cuando la entrada de CA proporcione al modulo de AC / DC 11 de entre un tercio de la tension proporcionada en la salida 265 y un tercio de la tension proporcionada en la salida 268. El controlador PWM 275 hace que el convertidor de AC / DC 11 opere en el tercer estado cuando la entrada de CA que se suministra al modulo de AC / DC 11 este por debajo de un tercio de la tension proporcionada en la salida 268.

[0050] En la etapa 1425, el convertidor DC / DC 1000 carga la baterla 50. El convertidor DC / DC 1000 recibe un primer conjunto de tensiones continuas de los buses 60, 61, 63 y 64. Cuando el SAI 5 recibe adecuada alimentacion de la alimentacion de energla, el convertidor DC / DC 1000 convierte la primera tension ajustado a una primera tension de DC que se proporciona a la baterla 50. La tension proporcionada a la baterla 50 esta entre la tension presente en el bus 64 y un tercio de la tension proporcionada en el bus 64.

[0051] El controlador PWM 1115 hace que el convertidor DC / DC 1000 actue como un convertidor Buck, convirtiendo el primero conjunto de tension establecida en la primera tension. El controlador PWM 1115 hace que los conmutadores 1020 y 1030 se mantengan en una posicion de apagado, mientras que los conmutadores 1010 y 1040 se apaguen y enciendan sustancialmente simultaneamente. Cada vez que los conmutadores 1010 y 1040 estan encendidos, los inductores 1080 y 1085 de carga y las pilas 1095 y 1100 reciben una tension que es sustancialmente igual a la primera tension. Cada vez que los conmutadores 1010 y 1040 se apagan, los inductores 1080 y 1085 se descargan (por ejemplo, ruedas libres de corriente a traves de los diodos 1015 y 1025) y proporcionan sustancialmente la primera tension de las baterlas 1095 y 1100. Preferiblemente, los conmutadores 1010 y 1040 se cambian a una posicion de encendido antes de que los inductores 1080 y 1085 se descarguen por completo.

[0052] En la etapa 1430, el controlador PWM 1115 hace que el convertidor DC / DC 1,000 actue como un convertidor boost, convirtiendo la segunda tension en el segundo conjunto de voltaje. El controlador PWM 1115 hace que los conmutadores 1020 y 1.030 se enciendan y se apaguen sustancialmente de manera simultanea, mientras que los conmutadores 1010 y 1040 se mantienen en una posicion de apagado. Cada vez que los conmutadores 1020 y 1030 se encienden, los inductores 1080 y 1085 cargan usando energla de las pilas 1095 y 1100. Cada vez que los conmutadores 1020 y 1030 se apagan, los inductores 1080 y 1085 descargan y una corriente va en ruedas libre a traves de los diodos 1005 y 1035 (por ejemplo, causada por la energla almacenada en las baterlas 1095 y 1100 y los inductores 1080 y 1085). Preferiblemente, los interruptores 1020 y 1030 se conmutan a un estado de encendido antes de que los inductores 1080 y 1085 se descarguen completamente. Los condensadores 1070 y 1075 pueden ser utilizados para reducir la corriente de rizado en la potencia suministrada a los nodos 1090, 1091, 1093, y 1094. Ademas, los interruptores de UPS se establecen en un estado para recibir alimentacion de CC de la baterla 50. Por ejemplo, al detectar que la alimentacion de alimentacion de CA no esta disponible y / o inestable, la conexion 13 se desacopla de los autobuses 64, 63, 61, y 60 mediante la configuration de todos los interruptores en los modulos AC / DC 11 a una posicion de apagado. Del mismo modo, el funcionamiento de los convertidores AC / DC 21 y 31 es similar.

[0053] En la etapa 1435, el equilibrador de bus DC 1200 equilibra las tensiones presentes en los buses 60, 61, 63, 64. Si bien la etapa 1435 se muestra como una etapa colocada entre otras etapas, el equilibrio de bus DC 1200 equilibra las tensiones presentes en los buses 60, 61, 63, y 64 en paralelo con otras etapas durante el funcionamiento del UPS 5. El equilibrador de bus DC 1200 equilibra y mantiene los voltajes deseados en los buses 60, 61, 62, 63, y 64 moviendo energla almacenada en los condensadores 1205, 1210, 1215 y 1220 en los buses 64, 63, 61, y 60, segun corresponda. Los interruptores de 1235, 1245, 1255, 1265, 1275 y 1285 se conmutan por el controlador PWM 1315. El controlador PWM 1315 cambia los interruptores de 1235, 1245, 1255, 1265, 1275 y 1285 en los estados primero y segundo. En el primer estado, los interruptores de 1235, 1255 y 1275 estan encendidos, mientras que los interruptores de 1245, 1265 y 1285 estan apagados. En el segundo estado de los interruptores de 1235, 1255 y 1265 estan apagados, mientras que los interruptores de 1245, 1265 y 1285 estan encendidos. Tensiones en el equilibrador del bus 1200 DC alternan, como se muestra en la Tabla 1 (ver imagen superior). Por lo

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tanto, cuando los nodos 1310, 1311, 1313, y 1314 proporcionan 450 V, 150 V, -150 V, y -450 V, respectivamente, cada una de las uniones descritas en la Tabla 1 se alternan en aproximadamente 300 V (pico a pico). El resto de la discusion de la etapa equilibradora de bus DC 1435 asume que los buses 64, 63, 61, y 60 proporcionan 450 V, 150 V, -150 V, y -450 V, respectivamente (en relacion con el neutro).

[0054] Durante el funcionamiento equilibrado del equilibrador bus DC 1200 (por ejemplo, las tensiones en los nodos 1310, 1311, 1312, 1313, y 1314 estan en los niveles deseados), la senal presente en cada una de las uniones que se describen en la Tabla 1 es sustancialmente cuadrada. Por lo tanto, durante el funcionamiento equilibrado, las oscilaciones de tension en las uniones descritas en la Tabla 1 seran sustancialmente en fase y tener sustancialmente la misma amplitud. Las diferencias de voltaje a traves de los tanques resonantes 1320 y 1325 son aproximadamente igual a un tercio de la tension total entre el bus DC 60 y el bus (por ejemplo, 300 V). Los condensadores 1225 y 1230 cargan al potencial colocado a traves de los tanques resonantes 1320 y 1325, respectivamente (por ejemplo, 300 V).

[0055] El equilibrador de bus DC 1200 compensa los voltajes desequilibrados en los nodos 1310, 1311, 1312, 1313, 1314 y utilizando la energla almacenada en los tanques resonantes 1320 y 1325. Durante el funcionamiento desequilibrado del equilibrador de bus DC 1200, la amplitud de la voltajes de onda cuadrada inducida traves de las uniones descritas en la Tabla 1 puede ser desigual, que puede causar una tension de onda cuadrada que aparezca a traves de uno o mas de los tanques resonantes 1320 y 1325. Como aparece un voltaje a traves de cada uno de los tanques resonantes 1320 y / o 1325, la corriente fluye a traves de cada uno de los tanques resonantes 1320 y / o 1325, respectivamente. La cantidad de corriente que fluye en los tanques resonantes 1320 y / o 1325 se puede aumentar mediante la reduccion de la impedancia de los tanques resonantes 1320 y 1325 (por ejemplo, una impedancia cercana a cero). El controlador PWM 1315 conmuta los conmutadores 1.235, 1.245, 1.255, 1.265, 1.275, 1.285 y a una frecuencia tal que la impedancia de los tanques resonantes 1320 y 1325 se reduce. Por ejemplo, como la frecuencia de conmutacion se aproxima a ser igual a la frecuencia de resonancia de los tanques resonantes 1320 y 1325, la impedancia de los tanques resonantes 1320 y 1325 se aproxima a cero. Cuando haya un voltaje presente a traves de los tanques resonantes 1320 y 1325 una corriente fluye desde el condensador que tiene la tension mas alta (por ejemplo, de los condensadores 1205, 1210, 1215, y 1220) hacia el condensador que tiene la tension mas baja (por ejemplo, de la condensadores 1205, 1210, 1215 y 1220). Los interruptores (por ejemplo, de los conmutadores 1235, 1245, 1255, 1265, 1275, y 1285) que estan acoplados a traves del condensador que tiene la tension mas alta (por ejemplo, de los condensadores 1205, 1210, 1215, y 1220) actua como un generador y crea una corriente alterna a traves de los tanques resonantes 1320 y / o 1325 para establecer un flujo de potencia real hacia el condensador (por ejemplo, de los condensadores 1205, 1210, 1215, y 1220) que tiene la tension mas baja. El flujo de corriente a traves de los tanques resonantes 1320 y 1325 se inicia preferiblemente cuando la diferencia de tension entre los condensadores desequilibradas excede de una calda de tension de los respectivos diodos 1240, 1250, 1260, 1270, 1280, y 1290 (por ejemplo, unos pocos voltios).

[0056] Una forma de onda de corriente inducida que fluye en los tanques resonantes 1225 y 1230 (por ejemplo, causado por la operacion desequilibrada del equilibrador de bus DC 1200) es similar a una onda sinusoidal. Preferiblemente, a la vez que la frecuencia que los interruptores 1235, 1245, 1255, 1265, 1275, y 1.285 se conmute a se aproxima a la frecuencia de resonancia de los tanques resonantes 1225 y 1230, cruces por cero de la corriente inducida ocurren mas cerca del tiempo muerto entre los estados primer y segundo, que pueden reducir las perdidas de conmutacion.

[0057] En la etapa 1440, la corriente continua en los buses 60, 61, 63, y 64 se convierte en la alimentacion de CA por los convertidores DC / AC 12, 22 y 32. Cada uno de los convertidores DC / AC 12, 22, y 32 esta configurado preferiblemente como el convertidor DC / AC 700. El convertidor CC / CA 700 recibe energla desde el convertidor AC / DC 200, o la baterla 50 a traves de los buses 60, 61, 63, y 64. El convertidor DC / AC 700 genera una salida AC teniendo tensiones de pico aproximadamente igual a los voltajes presentes en la entrada 765 y la entrada 768. Una fase de cada uno de los convertidores DC / AC 12, 22, y 32 son preferiblemente variadas de tal manera que la energla de 3 fases estandar puede ser proporcionada a una carga.

[0058] Con referencia tambien a las Figs. 9-10 el convertidor DC / AC 700 convierte la corriente continua de

alimentacion de CA por conmutacion de los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 760 en una secuencia predeterminada. El controlador PWM 775 conmuta los conmutadores 710, 720, 730, 740, 750, y 760 en diferentes secuencias, dependiendo de la salida deseada en la salida 702. Cuando la salida deseada (en la salida 702) es entre las tensiones presentes en las entradas 765 y 766, el controlador PWM 775 cambia de forma activa los

interruptores 710 y 720 y se apaga, lo pone en los conmutadores 730 y 750 a una posicion de encendido, y

establece los conmutadores 740 y 760 en una posicion de apagado. Cuando la salida deseada (en la salida 702) es entre las tensiones presentes en las entradas 766 y 767 el controlador PWM 775 cambia de forma activa los

interruptores 730 y 740 a encendido y apagado, establece los interruptores 720 y 750 a una posicion de encendido,

y establece el interruptores 710 y 760 a una posicion de apagado. Cuando la salida deseada (en la salida 702) esta entre los voltajes presentes en las entradas 767 y 768, el controlador PWM 775 cambia de forma activa los interruptores 750 y 760 y fuera, establece los interruptores 720 y 540 a una posicion de encendido, y los interruptores 710 y 730 a una posicion de apagado. En cada uno de los tres estados, el ciclo de trabajo de los interruptores 710, 720, 730, 740, 750, y 760 que estan siendo cambiaron activamente se vario de tal manera que la

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salida del filtro 770 es sustancialmente AC (por ejemplo, como se muestra en las Figuras . 9-10). El filtro 770 (por ejemplo, un filtro de paso bajo LC) filtra la senal proporcionada en el nodo 780 en una senal sustancialmente AC que se proporciona a la salida 702.

[0059] En la etapa 1445 potencia CA se proporciona a una carga. La configuracion de la potencia que se proporciona a la carga puede variar dependiendo de la operacion deseada. Por ejemplo, cada uno de los convertidores DC / AC 12, 22, y 32 puede proporcionar una fase de una conexion de alimentacion de 3 fases, la totalidad o una parte de los convertidores DC / Ac 12, 22, y 32 puede proporcionar energla que tiene una unica fase, cada uno de los convertidores DC / AC 12, 22, y 32 pueden proporcionar energla monofasica a las cargas individuales, etc.

[0060] Por ejemplo, debido a la naturaleza del software, las funciones descritas anteriormente pueden implementarse utilizando software, hardware, firmware, cableado, o combinaciones de cualquiera de estos. Caracterlsticas de aplicacion de funciones tambien pueden estar ubicadas flsicamente en varias posiciones, incluyendo la de ser distribuidas de tal manera que las porciones de funciones se implementan en diferentes ubicaciones flsicas. Mientras que tres convertidores DC / AC se muestran (por ejemplo, convertidores DC / AC 12, 22, 32 y 42) un unico convertidor DC / AC se puede utilizar si se desea la unica potencia monofasica. Los convertidores AC / DC y DC / AC se pueden dividir en varios circuitos paralelos y ser interruptores de manera intercalada, por ejemplo, para reducir la corriente de ondulacion en los buses. Las tensiones presentes en los buses 61, 62, 64, y 65 pueden ser diferentes de la descrita en este documento. Una baterla puede acoplarse directamente a los buses 61, 63, y / o 64, sin el uso de un convertidor DC / DC.

[0061] Aunque la descripcion en el presente documento describe numerosos condensadores separados, dos o mas condensadores se pueden combinar en un solo capacitor. Por ejemplo, la FIG. 10 muestra el condensador 905 acoplado entre el bus 64 y el bus 63, la FIG. 11 muestra el condensador de 1050 acoplado entre el bus 64 y el bus 63, y la FIG. 12 muestra el condensador 1205 acoplado entre el bus 64 y el bus 63. Los condensadores 905, 1050, y 1205 pueden ser un unico condensador compartido.

[0062] Haciendo referencia a la figura. 2, mientras que el convertidor de AC / DC 200 esta configurado como un inversor de cuatro cuadrantes, al proporcionar voltajes de CC positivos y negativos, un convertidor AC / DC puede estar dispuesto en otras configuraciones. Por ejemplo, un convertidor AC / DC se puede configurar como un rectificador de 2 cuadrantes, proporcionando voltajes de CC solamente positivos durante los semiciclos positivos de la tension de llnea de entrada (y voltajes de CC solamente negativos durante los semiciclos negativos de la tension de llnea de entrada) mediante la sustitucion de los interruptores 210 y 260 con diodos.

[0063] Mientras que la presente descripcion utiliza dispositivos co-envasados (por ejemplo, un interruptor y un diodo acoplados en paralelo) otros circuitos pueden ser utilizados, por ejemplo, un circuito configurado para permitir que fluya una corriente en una primera direccion sustancialmente desinhibida, mientras se controla selectivamente el flujo de corriente en una direccion opuesta a la primera direccion, se puede utilizar.

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   Reivindicaciones

   1. Un circuito (1200) para su uso con cuatro niveles de alimentacion de CC que incluye tensiones primera, segunda, tercera y cuarta, comprendiento el circuito:

   nodos primero, segundo, tercero y cuarto (1310,1311,1313,1314) configurados para recibir la alimentacion de CC de cuatro niveles; primero, segundo, tercero, cuarto, quinto, y sexto conmutadores, (1235,1245,1255,1265,1275,1285) acoplados en serie entre el primer y cuarto nodos, en el que el segundo nodo esta acoplado a una union de la segunda y tercera interruptores y el tercer nodo esta acoplado a una union de los conmutadores cuarto y quinto;

   un primer diodo (1240) acoplado en paralelo con el primer conmutador; un segundo diodo (1250) acoplado en paralelo con el segundo conmutador; un tercer diodo (1260) acoplado en paralelo con el tercer interruptor; un cuarto diodo (1270) acoplado en paralelo con el cuarto conmutador; quinto diodo (1280) acoplado en paralelo con el quinto conmutador; sexto diodo (1290) acoplado en paralelo con el sexto conmutador;

   un primer tanque resonante (1320) acoplado a un cruce de los conmutadores primero y segundo y para la union de los conmutadores tercero y cuarto; y

   un segundo tanque resonante (1325) acoplado a la union de los conmutadores tercero y cuarto y para la union de los conmutadores quinto y sexto;

   donde los tanques resonantes primero y segundo estan configurados para almacenar energla; y en donde los conmutadores primero, segundo, tercero, cuarto, quinto, y sexto estan configurados para cambio de energla entre al menos dos de los nodos primero, segundo, tercero y cuarto, si un valor absoluto del pimer voltaje difiere de un valor absoluto del cuarto voltaje, usando los tanques resonantes primer y segundo; y en el que los conmutadores primero, segundo, tercero, cuarto, quinto, y sexto estan configurados para cambio de energla entre al menos dos de los nodos primero, segundo, tercero y cuarto si un valor absoluto de la segunda tension difiere de un valor absoluto de la tercera tension, utilizando los tanques resonantes primero y segundo.
2. 2. El circuito de la reivindicacion 1 en la que:

   el primer tanque resonante comprende un primer condensador (1225) acoplado en serie con un primer inductor (I295); y

   el segundo tanque resonante comprende un segundo condensador (1,230) acoplado en serie con un segundo inductor (1300).
3. 3. El circuito de la reivindicacion 1 en el que el circuito comprende ademas un controlador (1315) configurado para accionar los conmutadores primero, segundo, tercero, cuarto, quinto, y sexto en sus respectivos estados de activado y desactivado.
4. 4. El circuito de la reivindicacion 3 en donde el controlador es un controlador de modulacion de ancho de pulso (PWM) (1.315).
5. 5. El circuito de la reivindicacion 3 en el que el controlador esta configurado para hacer que el circuito opere en uno de dos estados, en los que:

   en un primer estado los interruptores primero, tercero y quinto estan en sus respectivos estados y los interruptores segundo, cuarto y sexto estan activados en sus respectivas estados de encendido; y en un segundo estado, el primer, tercer y quinto interruptores estan en sus respectivas fuera de los estados y los interruptores segundo, cuarto y sexto estan activados en sus respectivas estados de apagado.
6. 6. El circuito de la reivindicacion 5 en el que el controlador esta configurado para hacer que el circuito repetidamente se alterne entre los estados primero y segundo a una frecuencia sustancialmente igual a las frecuencias resonantes de los tanques resonantes primero y segundo.
7. 7. El circuito de la reivindicacion 5 en el que el controlador esta configurado para hacer que el circuito repetidamente se alterne entre los estados primero y segundo de tal manera que las amplitudes de las ondas cuadradas inducidas en los cruces de los interruptores segundo y tercero, los conmutadores tercero y cuarto, y los conmutadores quinto y sexto sean sustancialmente iguales cuando el valor absoluto de los voltajes primero y cuarto sean sustancialmente iguales y el valor absoluto de las tensiones segunda y tercera sean sustancialmente iguales.
8. 8. El circuito de la reivindicacion 3 en el que el controlador esta configurado para causar que los interruptores primero, segundo, tercero, cuarto, quinto y sexto para alternen entre los estados de encendido y apagado a un ciclo de trabajo de sustancialmente un cincuenta por ciento.

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9. 9. El circuito de la reivindicacion 1 que comprende ademas un tercer inductor (1305) acoplado entre la union de los interruptores tercero y cuarto y un neutral.
10. 10. El circuito de la reivindicacion 1 que comprende ademas:

    un primer condensador (1205) acoplado entre el primer nodo y el segundo nodo; un segundo condensador

    (1210) acoplado entre el segundo nodo y un neutral;

    un tercer condensador (1215) acoplado entre el neutro y el tercer nodo;

    y un cuarto condensador (1220) acoplado entre el tercer nodo y el cuarto nodo.