ES2590467T3 - Sistemas, procedimientos y aparatos para un rectificador monofásico de alto factor de potencia - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para la conversión de energía para proporcionar una salida de corriente continua (CC) basada, al menos en parte, en una corriente alterna, que comprende: rectificar (1902) la corriente alterna hasta una primera corriente continua mediante un primer circuito rectificador; promediar (1904) la primera corriente continua mediante un circuito promediador, para proporcionar una segunda corriente continua; y rectificar (1906) la corriente alterna hasta una tercera corriente continua mediante un segundo circuito rectificador; y proporcionar (1908) la salida de corriente directa obtenida de la segunda corriente continua y la tercera corriente continua; en el que uno entre el primer circuito rectificador y el segundo circuito rectificador, o ambos, comprenden una topología de rectificador que comprende una combinación de circuitos rectificadores, en el que la topología de rectificador comprende un circuito rectificador de onda completa conectado eléctricamente en serie con un circuito duplicador de corriente, comprendiendo el circuito duplicador de corriente dos inductores (L5, L6, L9, L10) y dos diodos (D17, D18, D24, D25).

Description

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DESCRIPCION

Sistemas, procedimientos y aparatos para un rectificador monofasico de alto factor de potencia Campo

La invencion se refiere, en general, a la conversion de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC), de banda ancha. Mas especificamente, la divulgacion se orienta a una topologia de rectificador monofasico de alto factor de potencia para la conversion de CA a CC de banda ancha.

Antecedentes

Un gran numero y una gran variedad de sistemas son activados y operados con corriente continua (CC). Por ejemplo, una amplia variedad de dispositivos electronicos estan alimentados mediante corriente continua, que incluyen, por ejemplo, telefonos moviles, reproductores de musica portatiles, ordenadores portatiles, ordenadores de tableta, dispositivos informaticos perifericos, dispositivos de comunicacion (por ejemplo, dispositivos de Bluetooth), camaras digitales, audifonos y similares. Ademas, las baterias, tal como en vehiculos electricos, tambien se cargan usando CC y proporcionan una salida de CC. Muchas fuentes de energia utilizadas para proporcionar energia a dispositivos electronicos, o para la carga de baterias, proporcionan corriente alterna (CA). La corriente alterna se utiliza a menudo para proporcionar energia, debido a la ventaja relativa en la energia a distancia que puede transferirse de manera eficaz, asi como por la eficacia en la generacion de CA en comparacion con Cc. Como resultado, se requieren circuitos de conversion de potencia en muchos sistemas para la conversion de CA a CC. Por ejemplo, al cargar las baterias o dispositivos de alimentacion con CC, se usa generalmente una fuente de alimentacion que recibe CA y convierte la CA en CC para su uso en la carga o alimentacion de baterias o dispositivos que dependen de la CC. Dado que, durante la conversion, a menudo se pierde potencia, son deseables sistemas que aumenten la eficacia de la conversion de CA a CC.

El documento US5953223 (A) "Unidad de fuente de alimentacion capaz de conmutar a alta frecuencia para la alimentacion de un aparato de fusion por calor de induccion de imagenes" divulga una unidad de fuente de alimentacion utilizada en un aparato de formacion de imagenes que tiene un dispositivo de induccion de fusion por calor. En la unidad de fuente de alimentacion, cada uno, entre un primer y un segundo circuito rectificador, rectifica la tension de CA desde una fuente de alimentacion para generar tension de CC. Un circuito inversor genera una tension de alta frecuencia que se aplica a una bobina del dispositivo de fusion por calor de induccion, conmutando la tension de CC desde el primer circuito de rectificacion. Un circuito de conmutacion conmuta la tension de CC a partir de dicho segundo circuito de rectificacion y genera tension de CA. Un transformador recibe la tension de CA desde el circuito de conmutacion y emite una tension transformada que se aplica a un componente del aparato de formacion de imagenes. El inversor, el segundo circuito rectificador y el circuito de conmutacion estan conectados a una linea de base comun.

El documento US2007006912 (A1) divulga un circuito de mejora de factores de potencia de alta eficacia, que es capaz de gestionar simultaneamente una operacion de rectificacion realizada por diodos rectificadores de puente y una operacion de mejora de factores de alimentacion, y de reducir la perdida de conmutacion mediante un circuito amortiguador cuando una tension de entrada se impulsa hasta un nivel predeterminado. El circuito de mejora de factores de potencia incluye: un circuito convertidor impulsor que comprende diodos rectificadores de puente que constituyen un circuito de puente; y un circuito amortiguador que reduce la perdida de conmutacion causada, debido a las caracteristicas de la corriente de recuperacion inversa de los diodos rectificadores de puente.

SUMARIO

La invencion, como se describe en el presente documento con referencia a las reivindicaciones adjuntas, se orienta a un procedimiento y a un aparato para la conversion de energia, para proporcionar una salida directa de CC basada, al menos en parte, en una corriente alterna. Como ejemplo, el aparato de conversion de energia incluye un primer circuito rectificador configurado para rectificar la corriente alterna hasta una primera corriente continua. El aparato de conversion de energia incluye ademas un circuito promediador, configurado para promediar la primera corriente continua recibida desde el primer circuito rectificador y para proporcionar una segunda corriente continua. El aparato de conversion de energia tambien incluye un segundo circuito rectificador configurado para rectificar la corriente alterna hasta una tercera corriente continua. La salida de corriente continua se obtiene de la segunda corriente continua y de la tercera corriente continua.

Un ejemplo adicional de la materia en cuestion, descrito en la divulgacion, proporciona una implementacion de un procedimiento para la conversion de energia, para proporcionar una salida de corriente continua (CC) en base, al menos en parte, a una corriente alterna. El procedimiento incluye la rectificacion de la corriente alterna hasta una primera corriente continua, mediante un primer circuito rectificador. El procedimiento incluye ademas promediar la primera corriente continua, mediante un circuito promediador, para proporcionar una segunda corriente continua. El procedimiento tambien incluye la rectificacion de la corriente alterna hasta una tercera corriente continua, mediante

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un segundo circuito rectificador. El procedimiento incluye ademas proporcionar la salida de corriente continua, obtenida desde la segunda corriente continua y desde la tercera corriente continua.

Otro ejemplo adicional de la materia en cuestion, descrito en la divulgacion, proporciona un aparato de conversion de energia para proporcionar una salida de corriente continua (CC) en base, al menos en parte, a una corriente alterna. El aparato de conversion de energia incluye medios para rectificar la corriente alterna hasta una primera corriente continua. El aparato de conversion de energia incluye ademas medios para promediar la primera corriente continua, para proporcionar una segunda corriente continua. El aparato de conversion de energia tambien incluye medios para rectificar la corriente alterna hasta una tercera corriente continua. El aparato de conversion de energia incluye ademas medios para proporcionar la salida de corriente continua obtenida desde la segunda corriente continua y desde la tercera corriente continua.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema ejemplar para la conversion de CA a CC.

La figura 2 es un diagrama esquematico de un sistema ejemplar para la conversion de CA a CC, segun se muestra en la figura 1, que incluye un circuito rectificador de puente de onda completa.

La figura 3 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente del circuito rectificador de puente de onda completa, como se muestra en la figura 2.

La figura 4 es un diagrama esquematico de un sistema para la conversion de CA a CC.

La figura 5 es un diagrama esquematico de un sistema para la conversion de CA a CC.

La figura 6 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente del sistema, segun se muestra en la figura 5.

La figura 7 es un diagrama esquematico de un sistema para la conversion de CA a CC, de acuerdo a la presente invencion.

La figura 8 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente del sistema, segun se muestra en la figura 7.

La figura 9 es un diagrama esquematico de otro sistema ejemplar para la conversion de CA a CC, de acuerdo a la

presente invencion.

La figura 10 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente del sistema, segun se muestra en la figura 9.

La figura 11 es un diagrama esquematico de otro sistema ejemplar para la conversion de CA a CC, de acuerdo a la presente invencion.

La figura 12 es un diagrama esquematico de un sistema para la conversion de CA a CC.

La figura 13 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema ejemplar de transferencia de energia inalambrica, que puede incluir cualquiera de los sistemas de conversion de CA a CC de las figuras 4 a 12.

La figura 14 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema ejemplar de transferencia de energia inalambrica, que se puede usar en el sistema de transferencia de energia inalambrica de la figura 13.

La figura 15 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema ejemplar de recepcion de energia inalambrica, que se puede usar en el sistema de transferencia de energia inalambrica de la figura 13 y que puede utilizar los sistemas de conversion de CA a CC de las figuras 4 a 12.

La figura 16 es un diagrama de un sistema ejemplar para la carga de un vehiculo electrico que puede incluir el sistema de transferencia de energia inalambrica de la figura 13.

La figura 17 es un diagrama de bloques funcionales de otro transmisor ejemplar de energia inalambrica.

La figura 18 es un diagrama de bloques funcionales de otro receptor ejemplar de energia inalambrica, que puede usar cualquiera de los sistemas de conversion de CA a CC de las figuras 4 a 12.

La figura 19 es un diagrama de flujo de un procedimiento ejemplar para la conversion de CA a CC.

La figura 20 muestra otro diagrama ejemplar de bloques funcionales de un sistema de conversion de CA a CC.

Descripcion detallada

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La descripcion detallada expuesta a continuacion, en relacion con los dibujos adjuntos, esta concebida como una descripcion de realizaciones ejemplares de la invencion, y no esta concebida para representar las unicas realizaciones en las que la invencion puede llevarse a la practica. La expresion "ejemplar" usada a lo largo de esta descripcion significa "que sirve como ejemplo, instancia o ilustracion", y no deberia interpretarse necesariamente como preferido o ventajoso con respecto a otras realizaciones ejemplares. La descripcion detallada incluye detalles especificos con el objetivo de proporcionar un entendimiento exhaustivo de las realizaciones ejemplares de la invencion. En algunos casos, algunos dispositivos se muestran en forma de diagrama de bloques.

Como se ha senalado anteriormente, muchas aplicaciones de energia emplean la conversion de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) para convertir la energia, por ejemplo, desde una red de suministro electrico, de manera que se pueda utilizar para cargar baterias o para alimentar dispositivos electronicos que se basan en la CC.

La figura 1 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema 100 ejemplar para la conversion de CA a CC. El sistema 100 incluye una fuente de alimentacion 102 que puede proporcionar una tension que varia con el tiempo para producir una corriente alterna monofasica (CA). La fuente de alimentacion 102 puede ser cualquier fuente de alimentacion que proporcione una tension variable en el tiempo, que produce una corriente alterna (CA). Un circuito rectificador 104 puede recibir la CA desde la fuente de alimentacion 102 y rectificar la corriente alterna hasta la corriente continua (CC) constante. La salida de corriente continua desde el circuito rectificador 104 se proporciona para alimentar o cargar una carga 106. La carga 106, por ejemplo, podria ser una bateria configurada para cargarse. La carga 106 tambien puede ser cualquier otro circuito que utiliza corriente continua, tal como un circuito integrado en un dispositivo electronico o cualquier otro circuito.

La rectificacion de CA de alta frecuencia hasta la CC puede dar como resultado la distorsion armonica que reduce la eficacia del circuito rectificador 104 y crea emisiones indeseables. Algunos circuitos rectificadores pueden no funcionar a altas frecuencias, pueden requerir filtros resonantes, tienen escasa eficacia, o requieren energia de corriente alterna polifasica. Por ejemplo, la correccion de la potencia activa se puede usar para frecuencias de linea utilitaria. Sin embargo, como la correccion de la potencia activa puede requerir potencia de conmutacion suministrada varias veces a la frecuencia de linea de alimentacion, puede ser impracticable para frecuencias por encima de unos pocos KHz. Se pueden utilizar topologias de rellenado de valles; sin embargo, la corriente de carga puede fluctuar con la alimentacion de entrada y, por lo tanto, puede no ser practicable por encima de unos pocos KHz. Tambien se puede usar redes de filtro resonante para eliminar armonicos. Las redes de filtro, sin embargo, pueden requerir valores precisos del inductor y del condensador y, por lo tanto, solo pueden ser adecuadas en una estrecha gama de frecuencias. Tambien se pueden usar topologias de rectificador de multiples pulsos para la energia polifasica; sin embargo, estas pueden solamente ser adecuadas para redes de energia trifasica. De tal modo, se necesita una topologia de rectificador que pueda funcionar en una amplia gama de frecuencias, proporcionando tambien a la vez un alto factor de potencia y armonicos reducidos, utilizando energia monofasica.

La figura 2 es un diagrama esquematico de un sistema 200 ejemplar para la conversion de CA a CC, segun se muestra en la figura 1, que incluye un circuito rectificador de puente de onda completa 204. Un circuito rectificador 204 puede estar configurado para recibir una corriente alterna monofasica variable en el tiempo, generada por una fuente de alimentacion 202, y convertir la CA recibida en CC, que puede proporcionarse a una carga Rl 206. El circuito rectificador 204 puede ser un rectificador de puente de onda completa que incluye los diodos D1, D2, D3 y D4 para rectificar la corriente alterna, recibida desde la fuente de alimentacion 202, hasta la corriente continua. La CC rectificada puede ser allanada por el condensador C1 para proporcionar una CC constante a la carga Rl 206.

La figura 3 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente 330 y 320 del circuito rectificador de puente de onda completa 204, como se muestra en la figura 2. Como se muestra, la onda de tension 330 procedente de la fuente de alimentacion 202 proporciona una forma sinusoidal sin distorsiones. Idealmente, la onda de la corriente 320 en el circuito rectificador 204 reflejaria la onda de tension 330 y tambien tiene una correspondiente forma sinusoidal no distorsionada. Sin embargo, debido a las distorsiones armonicas, etc., como se ha descrito anteriormente, la onda de corriente 320 en el circuito rectificador 204 tiene un amplio paso con picos y valles estrechos. Como resultado de las distorsiones, se reduce la eficacia del sistema 200. Mas especificamente, el factor de potencia (es decir, la razon entre la potencia real que fluye a la carga 206 y la potencia aparente del circuito rectificador 204) se reduce. La operacion no lineal de la carga 206 tambien puede dar como resultado la distorsion de la onda de corriente 320, dando como resultado un factor de potencia reducida. Un factor de potencia baja indica que se suministra menos energia a la carga 206 que la disponible en el circuito. Como resultado, la eficacia en el sistema 200 se reduce.

La figura 4 es un diagrama esquematico de otro sistema 400 ejemplar para la conversion de CA a CC. La fuente de alimentacion de CA monofasica 402 proporciona la CA a un primer y a un segundo circuito rectificador 404a y 404b. El primer circuito rectificador 404a y el segundo rectificador 404b se pueden formar a partir de una amplia variedad de diferentes tipos de circuitos rectificadores y topologias de circuito rectificador, tal como se describira adicionalmente mas adelante. Con independencia de la topologia utilizada, el primer circuito rectificador 404a y el segundo circuito rectificador 404b pueden rectificar la corriente alterna procedente de la fuente de alimentacion 402

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en corriente continua. El primer circuito rectificador 404a puede estar configurado para rectificar la corriente alterna procedente de la fuente de alimentacion 402 hasta una primera corriente continua proporcionada en la salida.

La primera corriente continua puede ser recibida por un circuito promediador 410 que puede promediar la salida del primer circuito rectificador 404a. El funcionamiento del circuito promediador 410 puede hacer que la salida del circuito promediador 410 sea menor que la tension maxima de la salida del segundo circuito rectificador 404b. El circuito promediador 410 puede comprender un inductor L1 y un condensador C2. El inductor L1 y el condensador C2 pueden estar conectados electricamente en paralelo. La inductancia del inductor L1 y del condensador C2 puede elegirse de acuerdo a una amplia variedad de parametros de diseno y condiciones de funcionamiento del sistema 400. El circuito promediador 410 puede incluir ademas un diodo D5. El circuito promediador 410 puede proporcionar una segunda corriente continua que se obtiene de la primera salida de corriente continua desde el primer circuito rectificador 404a.

El segundo circuito rectificador 404b tambien puede rectificar la corriente alterna procedente de la fuente de alimentacion 402 para producir una tercera corriente continua. La salida del circuito promediador 410 y la salida del segundo circuito rectificador 404a estan conectadas electricamente para formar una salida comun, de manera que la segunda salida de corriente continua desde el circuito promediador 410 se combine con la tercera salida de corriente continua desde el segundo circuito rectificador 404a. En un aspecto, la salida minima del segundo circuito rectificador 404b puede estar limitada por la salida del circuito promediador 410, ya que las salidas estan conectadas electricamente. En un aspecto, esto puede dar como resultado una onda de corriente del sistema 400, que es una onda escalonada que se aproxima mas estrechamente a una onda sinusoidal. Como resultado del funcionamiento del sistema 400, los armonicos se reducen y se incrementa el factor de potencia. En un aspecto, el primer circuito rectificador 404a puede estar caracterizado como un circuito rectificador de tension inferior y el segundo circuito rectificador 404b puede estar caracterizado como un circuito rectificador de tension superior, en comparacion con el primer circuito rectificador 404a. La salida de corriente continua desde el segundo circuito rectificador 404b y el circuito promediador 410 se puede filtrar mas mediante un circuito de filtro 412 que puede, entre otras cosas, proporcionar una CC esencialmente constante, que debe facilitarse a una carga Rl 406. El circuito de filtro 412 tambien puede estar configurado para proporcionar incrementos en el factor de potencia y la reduccion de armonicos indeseables. El circuito de filtro 412 puede comprender un inductor L2 y un condensador C3.

La figura 5 es un diagrama esquematico de otro sistema 500 ejemplar para la conversion de CA en CC. La figura 5 muestra un diagrama esquematico de circuitos ejemplares, primero y rectificador, 504a y 504b que se pueden utilizar de acuerdo al sistema 400 de la figura 4. El primer circuito rectificador 504a incluye una topologia de circuito rectificador de puente completo que incluye los diodos Da, Dg, D10 y D11 y esta configurado para rectificar la corriente alterna monofasica proveniente de la fuente de alimentacion 502 hasta una primera corriente continua en la salida. El segundo circuito rectificador 504b comprende una topologia de circuito rectificador de puente completo que incluye los diodos D6, D7, Da y Dg, y tambien para rectificar la corriente alterna proveniente de la fuente de alimentacion 502 hasta una segunda corriente continua. Como se muestra en la figura 5, los circuitos rectificadores primero y segundo 504a y 504b pueden compartir componentes, tal como los diodos Da y Dg. Como se muestra, cada uno, entre el primer circuito rectificador y el segundo circuito rectificador 504a y 504b, puede ser un circuito rectificador de puente completo.

La salida del primer circuito rectificador 504b, como primera corriente continua, se proporciona a un circuito promediador 510 que incluye el inductor L3, el condensador C4 y el diodo D12. La salida del circuito promediador 510 esta conectada electricamente a la salida del segundo circuito rectificador 504b. La salida de corriente continua combinada se filtra mediante un circuito de filtro 512 que incluye el inductor L4 y el condensador C5 que pueden, en un aspecto, allanar la salida para proporcionar una CC constante. La salida se proporciona entonces a una carga Rl 506. Como se muestra, un circuito rectificador de puente de onda completa, que incluye los diodos D6, D7, Da y Dg, esta conectado electricamente en serie con los diodos D1o y D11. La topologia para los circuitos rectificadores primero y segundo 504a y 504b, mostrados en la figura 5, puede simplificarse en comparacion con otras topologias, como se describe a continuacion. La reduccion del numero de componentes puede proporcionar varios beneficios, tales como un menor coste o una mayor eficacia.

La figura 6 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente 630, y del sistema 500, como se muestra en la figura 5. Como se muestra, la onda de tension 630 tiene una forma sinusoidal sin distorsiones. La onda de corriente 620 del sistema 500 crea una onda de corriente escalonada 620 que se aproxima mas estrechamente a una onda sin distorsiones, en particular, en comparacion con la onda de corriente 320 de la figura 3. Segun lo indicado por la onda de corriente menos distorsionada 620, el sistema 500 puede proporcionar reducciones significativas de armonicos y un factor de potencia aumentado. Se deberia apreciar que los valores de tension y de corriente de la figura 6 y de otras figuras proporcionan valores hipoteticos con fines de ilustracion, y que es posible una amplia variedad de diferentes valores y niveles. Debido a que el sistema 500 puede ser no resonante, el sistema 500 se puede utilizar en una amplia gama de frecuencias. Mediante el uso de una combinacion de topologias de rectificador, como se muestra en las figuras 4 y 5, la onda de corriente puede aproximarse mas estrechamente a una onda sinusoidal, y el funcionamiento del sistema puede permitir evitar algunos de los problemas, tal como se ha descrito anteriormente con respecto a armonicos no deseados y a factores de potencia reducidos. Puede utilizarse una amplia gama de valores de componentes para los distintos componentes que se muestran en las figuras 4 y 5,

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proporcionando aun a la vez un alto factor de potencia, de manera que los sistemas 400 y 500 puedan ser disenados para una amplia gama de frecuencias y condiciones de funcionamiento.

La figura 7 es un diagrama esquematico de otro sistema 700 ejemplar para la conversion de CA a CC, de acuerdo a un modo de realizacion. La figura 7 muestra un diagrama esquematico de otros circuitos ejemplares, primero y rectificador, 704a y 704b que se pueden utilizar de acuerdo al sistema 400 de la figura 4. El primer circuito rectificador 704a incluye un circuito rectificador de puente completo que incluye los diodos D15, D16, D19 y D20. El segundo circuito rectificador 704b incluye un circuito rectificador de puente completo que incluye los diodos D13, D14, D15 y D16. El segundo circuito rectificador 704b tambien incluye un circuito rectificador duplicador de corriente, que incluye los inductores L5 y L6. Ademas, los diodos adicionales D17 y D18 se pueden incluir, tal como se muestra. Un condensador C8 tambien puede incluirse segun se muestra. De manera similar al sistema 500 que se muestra en la figura 5, el primer circuito rectificador 704a y el segundo circuito rectificador 704b pueden compartir diversos componentes. En esta configuracion, el circuito duplicador de corriente puede estar situado hacia la parte inferior del sistema 700 con respecto a la carga Rl 706. Como se muestra en las anteriores figuras 4 y 5, la salida del primer circuito rectificador 704a esta conectada a un circuito promediador 710. La salida del segundo circuito rectificador 704b esta conectada electricamente a la salida del circuito promediador 710, por ejemplo, en el nodo 714. Un circuito de filtro 712 se utiliza para filtrar y/o allanar la corriente continua en el nodo 714 para proporcionar una CC constante a la carga Rl 706, como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 4 y 5.

La figura 8 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente 830 y 820 del sistema 700, como se muestra en la figura 7. Como se muestra, la onda de tension 830 proporciona una senal sinusoidal sin distorsiones. Aunque la onda de corriente 820 se distorsiona, el funcionamiento de las topologias del sistema 700 mostrado en la figura 7 proporciona una onda de corriente escalonada que se aproxima mas estrechamente a una sinusoidal sin distorsiones, en particular, en comparacion con la onda de corriente 320 de la figura 3. Segun lo mostrado por la onda de corriente 820, la topologia del circuito rectificador del sistema 700 de la figura 7 puede proporcionar reducciones significativas de armonicos y un factor de potencia aumentado.

Como se muestra en la figura 7, se puede utilizar una amplia variedad de diferentes topologias para los circuitos rectificadores primero y segundo 704a y 704b, de acuerdo a varias condiciones de funcionamiento, y para la reduccion de las distorsiones armonicas tanto como sea posible, de acuerdo a la carga accionada por el sistema 700. De tal modo, los circuitos rectificadores primero y segundo 704a y 704b pueden incluir una combinacion de uno o mas circuitos rectificadores u otros circuitos en combinacion con topologias de circuito rectificador para producir la salida de corriente continua deseada y para el control de la distorsion de la onda de corriente 820.

La figura 9 es un diagrama esquematico de otro sistema 900 ejemplar para la conversion de CA a CC, de acuerdo a un modo de realizacion. La figura 9 muestra un diagrama esquematico de otros circuitos ejemplares, primero y rectificador, 904a y 904b, que se pueden utilizar de acuerdo al sistema 400 de la figura. 4. Como tambien se ha descrito anteriormente, con referencia a la figura 7, en lugar de utilizar un solo circuito rectificador de puente de onda completa 204, como se muestra en la figura 2, una topologia de circuito rectificador, que incluye una combinacion de circuitos rectificadores, puede ser utilizada para proporcionar un alto factor de potencia y un filtro de armonicos reducidos. El primer circuito rectificador 904a puede incluir los diodos D26, D27, D28 y D29, que forman un circuito rectificador de puente completo. Los condensadores C12 y C13 tambien se pueden incluir, segun se muestra. El segundo circuito rectificador 904b puede incluir los diodos D22, D23, D24 y D25, que forman un circuito rectificador de puente completo. El segundo circuito rectificador 904b incluye ademas un circuito rectificador duplicador de corriente que incluye los inductores L9 y L10 y los diodos D24 y D25, que estan en comun con el circuito rectificador de puente completo del segundo circuito rectificador 904b. Un condensador C11 tambien puede incluirse segun se muestra. En un modo de realizacion, el circuito rectificador duplicador de corriente del segundo circuito rectificador 904b puede proporcionar una vez y media la tension del primer circuito rectificador 904a. Como se ha descrito anteriormente, con referencia a las figuras 4, 5 y 7, la salida del primer circuito rectificador 904a puede ser proporcionada a un circuito promediador 910, como se ha descrito anteriormente. La salida del circuito promediador puede estar conectada electricamente con la salida del primer circuito rectificador 904b para producir una corriente continua. Esta corriente continua se puede filtrar y/o allanar mediante un circuito de filtro 9, 12, como se ha descrito anteriormente, para proporcionar una CC mas constante a la carga Rl 906.

La figura 10 es un grafico de ondas ejemplares de tension y de corriente 1030 y 1020 del sistema 900, como se muestra en la figura 9. Como se muestra, la onda de tension 1030 se muestra como una sinusoidal no distorsionada. El funcionamiento de la topologia del rectificador del sistema 900 de la figura 9 crea una onda de corriente escalonada que tambien se aproxima mas estrechamente a una onda, en particular, en comparacion con la onda de corriente 320 de la figura 3. El sistema 900 puede reducir el armonico de la entrada de CA (linea), como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, el sistema 900 puede proporcionar una reduccion de >30 dB en el tercer armonico en la linea de CA, junto con una reduccion de 9 dB en el quinto armonico. Niveles similares de reduccion de armonicos se pueden conseguir para cualquiera de los sistemas descritos anteriormente con referencia a las figuras 4, 5 y 7. Los valores de componente de los componentes del sistema 900 pueden variar en una amplia gama para las inductancias y la capacitancia. Ademas, el sistema 900 puede no ser resonante y, por lo tanto, puede funcionar usando una amplia gama de frecuencias de entrada. De tal modo, el sistema 900 puede proporcionar un factor de potencia alto y aumentar la eficacia del sistema 900. Como se muestra en la figura 9, cualquiera entre los

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circuitos rectificadores primero y segundo 904a y 904b puede incluir individualmente multiples circuitos rectificadores (por ejemplo, topologfas de circuito rectificador) de diferentes tipos para controlar mas la distorsion de la onda de corriente, de acuerdo a la carga 906 o a otras condiciones de funcionamiento. El uso de una combinacion de topologfas de rectificador, como se ha mostrado anteriormente, puede proporcionar una onda de corriente con una distorsion tan mmima como sea posible, en comparacion con un sinusoide, y evitar algunos de los problemas de armonicos/eficacia, como se ha descrito anteriormente. Por otra parte, los circuitos rectificadores adicionales pueden conectarse en cascada para proporcionar aumentos adicionales en el factor de potencia en algunos casos. Por ejemplo, un tercer circuito rectificador (no mostrado) puede proporcionarse y conectarse electricamente para su uso conjuntamente con los circuitos rectificadores primero y segundo 904a y 904b, para reducir mas los armonicos en el sistema 900 y aumentar el factor de potencia.

La figura 11 es un diagrama esquematico de otro sistema 1100 ejemplar para la conversion de CA a CC. La figura

11 muestra una configuracion de circuito similar a la mostrada en la figura 9, pero donde la orientacion de los diodos D31, D32, D33, D34, D35, D36, D37, D38 y D39 se ha invertido. Aunque la polaridad de salida puede ser opuesta, en comparacion con la figura 9, el sistema 1100 puede funcionar de una manera similar al sistema 900 de la figura 9, y aun asf proporcionar una reduccion significativa de armonicos. De manera similar, los diodos de cualquiera de las figuras 4, 5 y 7 tambien se pueden invertir sin cambiar esencialmente el funcionamiento y las ventajas de los sistemas 400, 500 y 700. Otras configuraciones similares tambien son posibles de acuerdo a los principios descritos en el presente documento.

La figura 12 es un diagrama esquematico de otro sistema 1200 ejemplar para la conversion a CC. La figura 12 muestra una configuracion de circuito similar a la mostrada en la figura 9, pero donde se pueden usar circuitos rectificadores sfncronos. Por consiguiente, los diodos de la figura 9 se pueden reemplazar por los interruptores S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 y S8, accionados por las ondas adecuadas de un controlador 1250 para realizar una funcion similar a la de los diodos. Los interruptores pueden ser cualquiera entre una amplia variedad de diferentes interruptores (por ejemplo, reles, MOSFET, BIT, etc.). En algunos casos, el uso de circuitos rectificadores sfncronos puede permitir un mayor control sobre el funcionamiento del rectificador, en particular, cuando las condiciones de funcionamiento son dinamicas. Cuando se acciona con una onda adecuada para los interruptores S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 y S8, el sistema 1200 de la figura 12 puede funcionar de manera similar al sistema 900 de la figura 9. En otros modos de realizacion, se pueden usar circuitos rectificadores semi-srncronos. Por ejemplo, solo una parte de los diodos de los circuitos rectificadores de la figura 9 puede ser reemplazada por interruptores. De manera similar, los interruptores se pueden utilizar en lugar de los diodos para cualquiera de los circuitos descritos anteriormente con referencia a las figuras 4, 5 y 7. Otras configuraciones similares tambien son posibles de acuerdo a los principios descritos en el presente documento.

Los sistemas de conversion de CA a CC, descritos anteriormente con referencia a las figuras 4 a 12, se pueden usar en una amplia variedad de otros sistemas, que implican el uso de DG obtenida de una fuente de CA. De acuerdo con un modo de realizacion ejemplar, los sistemas de conversion de CA a CC de las figuras 4 a 1 se pueden utilizar en sistemas para la transferencia inalambrica de energfa, que implican, por ejemplo, recibir energfa de forma inalambrica en forma de una tension variable en el tiempo que produce una corriente alterna. Muchas aplicaciones que pueden usar energfa recibida de forma inalambrica dependen de la CC para la alimentacion de un sistema o la carga de una baterfa. Por ejemplo, la energfa inalambrica se puede usar para cargar de forma inalambrica una baterfa de un vehfculo electrico, tal como se describira adicionalmente mas adelante, o cargar de forma inalambrica dispositivos electronicos tales como telefonos celulares, como se describira adicionalmente mas adelante. De tal modo, la descripcion siguiente proporciona ejemplos de sistemas de energfa inalambricos que pueden incluir los sistemas de conversion de CA a CC, como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 4 a 12. Por ejemplo, cada una de las fuentes de alimentacion descritas anteriormente con referencia a las figuras 4, 5,7, 9, 11 y

12 puede ser una tension variable con el tiempo, inducida de manera inalambrica mediante un campo, como se describira adicionalmente mas adelante.

La transmision de energfa inalambrica sin contacto para la carga u operacion (por ejemplo, alimentacion) puede lograrse mediante el acoplamiento magnetico entre una bobina primaria de alambre y una bobina secundaria de alambre. El mecanismo puede ser similar al de un transformador electrico de corriente alterna, donde la energfa puede convertirse, desde una corriente electrica alterna en el devanado primario, en un campo magnetico alterno que esta acoplado por un circuito magnetico, usualmente compuesto de hierro o material portador de hierro, a un devanado secundario en el que el campo magnetico se convierte de nuevo en una corriente electrica alterna (CA). Otros circuitos convierten la energfa recibida en corriente continua (CC) para cargar la baterfa, tales como los circuitos descritos anteriormente con referencia a las figuras 4 a 9.

El termino "potencia inalambrica" se usa en el presente documento para indicar cualquier forma de energfa asociada a campos electricos, campos magneticos, campos electromagneticos, u otros, que se transmite entre un "circuito de transmision" o transmisor a un "circuito de recepcion" o receptor, sin el uso de conductores electricos ffsicos. De aquf en adelante, estos tres seran mencionados genericamente como campos, con el entendimiento de que los campos magneticos puros o electricos puros no irradian energfa. Estos deben ser acoplados a un circuito de recepcion para lograr la transferencia de energfa.

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La figura 13 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema ejemplar de transferencia de energia inalambrica 1300. Como se describira adicionalmente mas adelante, los sistemas descritos anteriormente y, en particular, con referencia a las figuras 7, 9 y 11, se pueden utilizar en el sistema de energia inalambrica 1300. La energia de entrada 1302 se proporciona a una fuente de alimentacion 1310, que convierte la energia de entrada 1302 a una forma adecuada para accionar un circuito de transmision que incluye una bobina de transmision 1304, que genera un campo 1308 para proporcionar la transferencia de energia. Un circuito de recepcion que incluye una bobina de recepcion 1306 se acopla al campo 1308 y genera energia electrica, que es rectificada y filtrada por un circuito de conversion de energia de recepcion 1320, y que es convertida para su almacenamiento o consumo mediante un dispositivo (no mostrado) acoplado a la energia de salida 1330. La bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306 estan separadas por una distancia. En una realizacion ejemplar, la bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306 se configuran de acuerdo a una relacion de resonancia mutua y, cuando la frecuencia de resonancia de la bobina de recepcion 1306 y la frecuencia de resonancia de la bobina de transmision 1304 estan muy cercanas, las perdidas de transmision entre la bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306 son minimas cuando la bobina de recepcion 1306 se situa en la region donde la mayoria de las lineas de flujo del campo 1308 pasan cerca o a traves de la bobina de recepcion 1306.

La bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306 se pueden dimensionar de acuerdo a las aplicaciones y dispositivos que se asociaran con las mismas. Se produce una transferencia de energia eficiente mediante el acoplamiento de una gran parte de la energia del campo de la bobina de transmision 1304 a una bobina de recepcion 1304, en lugar de propagar la mayor parte de la energia en una onda electromagnetica al campo lejano. Cuando se esta en este campo cercano, puede desarrollarse una modalidad de acoplamiento entre la bobina transmisora 1304 y la bobina receptora 1306. El area alrededor de la bobina transmisora 1304 y la bobina receptora 1306, donde este acoplamiento de campo cercano puede producirse, puede denominarse en el presente documento una region en modalidad de acoplamiento.

En un modo de realizacion, segun se muestra en la figura 13, la fuente de alimentacion 1310 puede recibir energia de la red a 50/60 Hz 1302 y convertirla en una CA de alta frecuencia para accionar la bobina de transmision 1304. La fuente de alimentacion 1310 puede incluir un rectificador 1311 que convierte la CA de la red en CC pulsante. Para grandes cargas, tal como un cargador de vehiculo electrico, se pueden usar circuitos de correccion de factor de potencia 1312 para evitar corrientes excesivas que fluyen en la red de suministro electrico. La CC pulsante se puede filtrar, mediante un gran elemento de almacenamiento de energia 1313, hasta una CC constante. La CC puede entonces ser convertida en una onda cuadrada de alta frecuencia por un circuito de corte 1314 y filtrada en una onda sinusoidal por el filtro 1315. Esta salida puede entonces conectarse a una bobina de transmision 1304 de un circuito de transmision. La corriente de CA de alta frecuencia que fluye en la bobina de transmision 1304 puede crear un campo magnetico de alta frecuencia pulsante 1308. La bobina de transmision 1304 y el condensador 1316 pueden formar un circuito resonante en la frecuencia de funcionamiento, produciendo un mejor acoplamiento magnetico entre la bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306.

Una bobina de recepcion 1306 en un circuito de recepcion se acopla al campo de alta frecuencia pulsante 1308 (por ejemplo, campo magnetico) y genera una energia de CA de alta frecuencia, que esta conectada a un circuito convertidor de energia de recepcion 1320. El condensador 1321 y el inductor 1307 de la bobina de recepcion 1306 pueden formar un circuito resonante en la frecuencia de funcionamiento, produciendo un mejor acoplamiento magnetico entre la bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306. La energia de CA es convertida en CC pulsante por el rectificador 1322. Por ejemplo, el rectificador 1322 puede incluir los circuitos rectificadores de los sistemas descritos anteriormente con referencia a las figuras 4 a 9 y, en particular, a las figuras 7 y 9. Un dispositivo de almacenamiento de energia 1323 puede incluirse para allanar la CC pulsante hasta la CC constante. Una fuente de alimentacion en modalidad de conmutacion 1324 puede incluirse para ajustar la tension a un valor adecuado para la carga de una bateria (no mostrada) mediante la energia de salida 1330. La fuente de alimentacion 1310 y el circuito convertidor de energia de recepcion 1320 pueden comunicarse modulando el campo magnetico 1308, o por un canal de comunicacion individual 1332 (por ejemplo, Bluetooth, ZigBee, celular, NFC, etc.).

Como se ha indicado, una transferencia eficaz de la energia entre la bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306 se produce durante la resonancia apareada, o casi apareada, entre la bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306, y son accionadas a esa frecuencia por la fuente de alimentacion 1310. Sin embargo, incluso cuando la resonancia entre la bobina de transmision 1304 y la bobina de recepcion 1306 no se corresponden, la energia puede transferirse, aunque la eficacia puede verse afectada. La transferencia de energia se produce acoplando la energia del campo cercano de la bobina de transmision 1304 a la bobina de recepcion 1306 que reside en la vecindad donde este campo cercano se establece, en lugar de propagar la energia desde la bobina de transmision 1306 al espacio libre. El campo cercano puede corresponder a una region en la que existen fuertes campos reactivos resultantes de las corrientes y las cargas en la bobina de transmision 1304, que no irradian energia hacia el exterior de la bobina de transmision 104a. En algunos casos, el campo cercano puede corresponder a una region que se encuentra dentro de aproximadamente una longitud de onda de 1/2n de la bobina de transmision 1304 (y viceversa para la bobina de recepcion 1306), como se describira adicionalmente mas adelante.

La figura 14 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema ejemplar transmisor de energia inalambrica 1400, que se puede usar en el sistema de transferencia de energia inalambrica 1300 de la figura 13. La figura 14 muestra

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una configuracion ejemplar de una fuente de alimentacion que puede incluir la funcionalidad requerida para convertir la energfa de red de 50/60 Hz en una corriente alterna de alta frecuencia que puede ser utilizada para accionar el circuito de transmision 1404, si bien otras configuraciones son posibles para otras fuentes de alimentacion de entrada. La energfa de red de 50/60 Hz 1402 puede estar acondicionada por un filtro de lfnea 1411 para eliminar el ruido de alta frecuencia y los picos de tension perjudiciales. Un rectificador 1412 puede convertir la CA de 50/60 Hz en CC pulsante. El rectificador 1412 puede hacer uso de cualquiera de los componentes/circuitos de los sistemas descritos anteriormente con referencia a las figuras 4 a 12.

Un circuito de correccion del factor de potencia activa 1413 puede incluirse con fines de regulacion para evitar corrientes excesivas en la red de suministro electrico, debido a la tension desfasada y a la distorsion de corriente y de armonicos, debida a la accion de conmutacion del rectificador 1412. El circuito de correccion del factor de potencia 1413 puede regular el flujo de corriente desde la red de suministro electrico, de manera que siga la tension de la red y aparezca como una carga resistiva con un buen factor de potencia. El circuito de correccion del factor de potencia 1413 puede ser similar a una fuente de alimentacion en modalidad conmutada que consume corriente de la red en una serie de pulsos de alta frecuencia que estan modulados para que coincidan con la onda de la tension de la red.

Un elemento de almacenamiento de energfa 1414 puede ser incluido, y puede ser un condensador muy grande o puede estar compuesto de inductores y condensadores. En cualquier caso, los componentes pueden ser grandes para almacenar suficiente energfa para una duracion de medio ciclo de la energfa de red de 50/60 Hz. Las fuentes de alimentacion de menor potencia pueden omitir el elemento de almacenamiento de energfa 1414, pero la potencia de CA de alta frecuencia resultante que acciona la bobina de transmision 1404 puede entonces tener una onda de la energfa de red de 50/60 Hz rectificada, superpuesta como una envolvente, lo que lleva a tensiones y corrientes con picos mas altos y a campos magneticos de picos mas altos. Puede ser deseable evitar esto en varios niveles de energfa.

Un circuito de corte 1415 puede ser utilizado para convertir la CC rectificada y allanada, producida por los componentes anteriores 1411 a 1414, y puede cortar la CC allanada en una onda cuadrada en la frecuencia de funcionamiento del circuito de transmision 1404. Como una implementacion ejemplar, esta frecuencia podrfa ser de 20 KHz, aunque podrfa utilizarse cualquier frecuencia que condujera a una bobina de transmision 1404 y a una bobina de recepcion de tamano practico. Frecuencias mas altas pueden permitir utilizar componentes mas pequenos, tanto en la fuente de alimentacion 1410 como en la bobina de transmision 1404, mientras que frecuencias mas bajas pueden conducir a una mayor eficacia, debido a perdidas de conmutacion menores. Se han propuesto sistemas de carga de uso de frecuencias en la gama entre 400 Hz y 1 MHz.

Un circuito de adaptacion 1416 puede incluirse para realizar una tarea doble como un filtro para convertir la onda cuadrada generada por el circuito de corte 1415 en una onda sinusoidal con armonicos suprimidos, y que adapta la impedancia del circuito de corte 1415 al circuito resonante formado por el condensador 1417 y el inductor 1405 de la bobina de transmision 1404. Dado que el circuito de adaptacion 1416 esta funcionando en una frecuencia alta, los componentes pueden ser relativamente pequenos, pero deben ser de alta calidad para evitar perdidas. El condensador 1417 puede estar en paralelo con, o en serie con, el inductor 1405 en el circuito de transmision 1404 pero, en cualquier caso, puede ser de la mas alta calidad para evitar perdidas cuando la corriente que fluye en este dispositivo se multiplica por la Q operativa del circuito resonante. De manera similar, el inductor 1405 en el circuito de transmision 1406 puede estar compuesto por componentes de alta calidad para evitar perdidas. Un cable Litz se puede usar para aumentar el area de superficie y hacer un uso maximo del cobre en el devanado. Como alternativa, la bobina de transmision 1404 puede estar hecha de una tira metalica con el espesor, anchura y tipo de metal seleccionados para conservar bajas las perdidas resistivas. El material de ferrita utilizado para el circuito magnetico puede seleccionarse para evitar saturacion, corrientes arremolinadas y perdida en la frecuencia de funcionamiento.

La fuente de alimentacion 1410 puede incluir adicionalmente un circuito de deteccion de carga (no mostrado) para detectar la presencia o ausencia de bobinas de recepcion activas en la proximidad del campo magnetico 1408 generado por la bobina de transmision 1404. A modo de ejemplo, un circuito de deteccion de carga monitoriza la corriente que fluye al circuito de corte 1415, que se ve afectada por la presencia o ausencia de una bobina de recepcion adecuadamente alineada en la proximidad del campo magnetico 1408. La deteccion de los cambios para la carga en el circuito de corte 1415 puede monitorizarse mediante un controlador, no mostrado, para su uso al determinar si se habilita o no el circuito de correccion del factor de potencia 1413 para transmitir energfa y para comunicarse con una bobina de recepcion activa. Una corriente medida en el circuito de corte 1415 se puede usar ademas para determinar si un objeto invalido esta o no colocado dentro de una region de carga de la bobina de transmision 1404.

La figura 15 es un diagrama de bloques funcionales de un sistema ejemplar inalambrico de recepcion de energfa 1500 que puede utilizarse en el sistema de transferencia de energfa inalambrica 1300 de la figura 13 y que puede utilizar los sistemas de conversion de CA a CC de las figuras 4 a 12, y en las figuras 7, 9 y 11. El sistema de recepcion 1500 puede convertir el campo magnetico de alta frecuencia 1508 en una energfa de CA de alta frecuencia que se convierte en energfa de CC 1530 utilizada para cargar una baterfa (no mostrada) o alimentar un dispositivo (no mostrado). La bobina de recepcion 1506 incluye un inductor 1507 que, junto con el condensador

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1521, forma un circuito resonante. Los comentarios de calidad de los componentes para el inductor 1507 y el condensador 1521, descritos anteriormente con referencia a la figura 14, valen aquf tambien. Un circuito de adaptacion 1522 puede realizar una funcion similar al circuito de adaptacion 1413, pero en sentido inverso, donde la energfa de CA de alta frecuencia generada por la bobina de recepcion 1506 es adaptada, en impedancia, a un rectificador 1523 y los armonicos generados por el rectificador 1523 no son acoplados al circuito de recepcion 1506. El circuito rectificador 1523 puede ser utilizado para reducir los armonicos generados por la accion de rectificacion y reducir los requisitos de filtrado sobre el circuito de adaptacion 1522. Por ejemplo, el circuito rectificador 1523 puede hacer uso de, y/o incluir, los componentes y las topologfas de los sistemas descritos anteriormente con referencia a las figuras 14 a 12. Esto puede permitir proporcionar un alto factor de potencia para aumentar la eficacia de conversion de energfa, para recibir de manera inalambrica la energfa y proporcionar esa energfa a una carga (por ejemplo, una baterfa para carga).

Un elemento de almacenamiento de energfa 1524 se puede utilizar para allanar la CC pulsante hasta CC constante. El elemento de almacenamiento de energfa 1524 puede funcionar a altas frecuencias (en comparacion con el elemento de almacenamiento de energfa 1414 de la figura 14), por lo que los componentes pueden ser mas pequenos. Una fuente de alimentacion en modalidad de conmutacion 1525 se puede utilizar para regular la tension de CC y, posiblemente, la CC en respuesta a un sistema de gestion de la baterfa (no mostrado). Como alternativa, la funcion de regulacion de la fuente de alimentacion en modalidad de conmutacion 1525 puede proporcionarse en el transmisor dentro de la fuente de alimentacion 1410, pero este enfoque puede depender de un enlace de comunicaciones rapido y fiable desde el sistema de recepcion 1400 a la fuente de alimentacion 1410 y puede anadir complejidad a todo el sistema.

La figura 16 es un diagrama de un sistema ejemplar para la carga de un vehfculo electrico 1650, que puede incluir el sistema de transferencia de energfa inalambrica 1300 de la figura 13. El sistema de transferencia de energfa inalambrica 1600 permite la carga de un vehfculo electrico 1600 mientras el vehfculo electrico 1650 esta aparcado cerca de un sistema de base de carga 1610a. Se ilustran espacios para dos vehfculos electricos en un area de estacionamiento, a estacionar sobre los correspondientes sistemas de base de carga 1610a, 1610b. En algunos modos de realizacion, un centro de distribucion local 1640 puede estar conectado a una red troncal de alimentacion 1642 y configurado para proporcionar un suministro de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC) a traves de un enlace de energfa (o fuente de alimentacion) 1602 al sistema de base de carga 1610a. El sistema de base de carga 1610a tambien incluye una bobina de transmision 1604a, como se ha descrito anteriormente, para transferir o recibir energfa de forma inalambrica. Un vehfculo electrico 1612 puede incluir una unidad de baterfa 1634, una bobina de recepcion 1606 y un circuito de conversion de energfa del receptor 1620. La bobina de recepcion 1606 puede interactuar con la bobina de transmision 1604a para transferir energfa de forma inalambrica, como se ha descrito anteriormente.

La bobina de transmision 1604 o la bobina de recepcion 1606 tambien pueden ser mencionadas o estar configuradas como una antena de "bucle". La bobina de transmision 1604 o la bobina de recepcion 1606 tambien pueden mencionarse en la presente memoria, o estar configuradas, como una antena "magnetica" o una bobina de induccion. El termino "bobina" esta concebido, en un aspecto, para referirse a un componente que puede emitir o recibir energfa de forma inalambrica para su acoplamiento a otra "bobina". La bobina tambien puede mencionarse como una "antena" de un tipo que esta configurada para emitir o recibir energfa de forma inalambrica.

El centro de distribucion local 1640 puede configurarse para comunicarse con fuentes externas (por ejemplo, una red electrica) mediante una red de retorno de comunicacion 1642, y con el sistema de base de carga 1610a mediante un enlace de comunicacion 1632.

En algunos modos de realizacion, la bobina de recepcion 1606 puede estar alineada con la bobina de transmision 1604a y, por lo tanto, dispuesta dentro de una region de campo cercano, simplemente por colocar el conductor el vehfculo electrico 1650 correctamente con respecto a la bobina de transmision 1604a. En otros modos de realizacion, al conductor se le puede dar retro-alimentacion visual, retro-alimentacion auditiva o combinaciones de las mismas para determinar cuando el vehfculo electrico 1650 esta correctamente colocado para la transferencia inalambrica de energfa. En otros modos de realizacion mas, el vehfculo electrico 1650 puede ser situado por un sistema de piloto automatico, que puede mover el vehfculo 1650 hacia adelante y hacia atras (por ejemplo, en movimientos en zigzag) hasta que un error de alineacion haya alcanzado un valor tolerable. Esto puede ser realizado de forma automatica y autonoma por el vehfculo electrico 1650 sin, o solamente con una mmima, intervencion del conductor, siempre que el vehfculo electrico 1650 este equipado con un volante de direccion servo, sensores de ultrasonidos e inteligencia para ajustar el vehfculo. En otros modos de realizacion mas, la bobina de recepcion 1606, la bobina de transmision 1604a, o una combinacion de las mismas, pueden tener funcionalidad para desplazar y mover las bobinas 1606 y 1604a entre sf, para orientarlas de manera mas precisa y desarrollar un acoplamiento mas eficaz entre las mismas.

El sistema de base de carga 1610a puede estar situado en una amplia variedad de ubicaciones. Como ejemplos no limitativos, algunas ubicaciones adecuadas incluyen un area de aparcamiento en una casa del propietario del vehfculo electrico, areas de aparcamiento reservadas para carga de vehfculos electricos sin cable, modeladas a

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semejanza de las estaciones de servicio convencionales basadas en el petroleo, y estacionamientos en otras ubicaciones, tales como centros comerciales y lugares de trabajo.

Los vehiculos electricos de carga en forma inalambrica brindan numerosos beneficios. Por ejemplo, la carga se puede realizar de forma automatica, practicamente sin intervencion del conductor ni manipulaciones, mejorando por ello la comodidad para un usuario. Tambien puede no haber contactos electricos expuestos y ningun desgaste mecanico, mejorando por ello la fiabilidad del sistema de transferencia de energia inalambrica 1600. Pueden no ser necesarias manipulaciones con cables y conectores, y puede no haber cables, enchufes o tomas de corriente que puedan estar expuestas a la humedad y al agua en un entorno al aire libre, mejorando por ello la seguridad. Tambien puede no haber tomas de corriente, cables y enchufes visibles o accesibles, reduciendo por ello el vandalismo potencial de los dispositivos de carga de energia. Ademas, puesto que los vehiculos electricos pueden ser utilizados como dispositivos de almacenamiento distribuidos para estabilizar una red de energia electrica, una solucion comoda de amarre a la red puede ser deseable para aumentar la disponibilidad de los vehiculos para las operaciones de vehiculo a red (V2G).

Un sistema de transferencia de energia inalambrica 1600 tambien puede brindar ventajas esteticas y sin barreras. Por ejemplo, puede no haber columnas de carga y/o cables, que pueden ser barreras para vehiculos y/o peatones.

En otros modos de realizacion, un sistema de transferencia de energia inalambrica puede utilizarse para cargar una amplia variedad de dispositivos electronicos recargables u otros dispositivos que pueden funcionar utilizando la energia recibida en forma inalambrica. La figura 17 es un diagrama de bloques funcionales de otro transmisor ejemplar de energia inalambrica 1704. El transmisor 1704 puede incluir circuitos de transmision 1706 y una bobina de transmision 1714. Los circuitos de transmision 1706 pueden proporcionar energia de RF a la bobina de transmision 1714, proporcionando una senal oscilante que da como resultado la generacion de energia (por ejemplo, flujo magnetico) alrededor de la bobina de transmision 1714, como se ha descrito anteriormente. El transmisor 1704 puede funcionar en cualquier frecuencia adecuada. A modo de ejemplo, el transmisor 1704 puede funcionar en la banda ISM de 13,56 MHz.

Como se ha descrito anteriormente, los circuitos de transmision 1706 pueden incluir un circuito de acoplamiento de impedancia fija 1709 y un circuito de filtro 1708 configurado para reducir las emisiones de armonicos a los niveles para prevenir el auto-bloqueo de dispositivos acoplados a los receptores. Otras realizaciones ejemplares pueden incluir diferentes topologias de filtro, incluyendo, pero sin limitacion, filtros de muesca que atenuan las frecuencias especificas, dejando pasar otras, y pueden incluir un apareo de impedancia adaptativo, que puede variarse basandose en metricas de transmision medibles, tales como la potencia de salida a la bobina 1714 o la CC consumida por el circuito de accionamiento 1724. Los circuitos de transmision 1706 tambien incluyen un circuito de accionamiento 1724 configurado para accionar una senal de RF, segun lo determinado por un oscilador 1723. Los circuitos de transmision 1706 pueden consistir en dispositivos o circuitos discretos o, como alternativa, pueden consistir en un montaje integrado. Una salida ejemplar de energia de RF de la bobina de transmision 1714 puede ser del orden de 2,5 vatios para la carga de dispositivos electronicos.

Los circuitos de transmision 1706 pueden incluir adicionalmente un controlador 1715 para habilitar de manera selectiva el oscilador 1723 durante las fases de transmision (o ciclos de trabajo) para receptores especificos, para ajustar la frecuencia o fase del oscilador 1723, y para ajustar el nivel de potencia de salida para implementar un protocolo de comunicacion para interactuar con los dispositivos adyacentes a traves de sus receptores adjuntos. Se hace notar que el controlador 1515 tambien puede mencionarse en este documento como el procesador 1715. El ajuste de la fase del oscilador y de los circuitos en la trayectoria de transmision puede permitir la reduccion de emisiones fuera de banda, sobre todo, cuando transitan de una frecuencia a otra. El transmisor 1704 puede estar integrado en un panel de carga para cargar de forma inalambrica una amplia variedad de dispositivos electronicos portatiles.

La figura 18 es un diagrama de bloques funcionales de otro receptor ejemplar de energia inalambrica 1808 que puede usar cualquiera de los sistemas de conversion de CA a CC de las figuras 4 a 12 y, en particular, las figuras 7, 9 y 11. El receptor 1808 incluye circuitos de recepcion 1810 que pueden incluir una bobina de recepcion 1818. El receptor 1808 se acopla adicionalmente al dispositivo 1850 para proporcionar la potencia recibida al mismo. Cabe apreciar que el receptor 1808 se ilustra como externo al dispositivo 1850, pero puede integrarse en el dispositivo 1850. La energia se puede propagar de forma inalambrica a la bobina de recepcion 1818 y despues acoplarse, a traves del resto de los circuitos de recepcion 1810, al dispositivo 1850. A modo de ejemplo, el dispositivo de carga puede incluir dispositivos tales como telefonos moviles, reproductores de musica portatiles, ordenadores portatiles, ordenadores de tableta, dispositivos informaticos perifericos, dispositivos de comunicacion (por ejemplo, dispositivos de Bluetooth), camaras digitales, audifonos (y otros dispositivos medicos) y similares.

La bobina de recepcion 1818 puede ser sintonizada para resonar a la misma frecuencia, o dentro de un determinado rango de frecuencias, de la bobina de transmision 1714 (figura 17). La bobina de recepcion 1818 puede dimensionarse de forma analoga a la bobina de transmision 1814 o puede dimensionarse de forma diferente, basandose en las dimensiones del dispositivo asociado 1850. A modo de ejemplo, el dispositivo 1850 puede ser un dispositivo electronico portatil que tiene una dimension diametral o longitudinal menor que el diametro o la longitud

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de la bobina de transmision 1714. En tal ejemplo, la bobina de recepcion 1818 puede implementarse como una bobina multi-giro a fin de reducir el valor de la capacitancia de un condensador de sintonfa (no mostrado) y aumentar la impedancia de la bobina de recepcion. A modo de ejemplo, la bobina de recepcion 1818 puede colocarse alrededor de la circunferencia esencial del dispositivo 1850 con el fin de maximizar el diametro de la bobina y reducir el numero de giros del bucle (es decir, devanados) de la bobina de recepcion 1818 y la capacitancia de inter- devanado.

Como se ha descrito anteriormente, con referencia a la figura 17, los circuitos de recepcion 1810 puede proporcionar una adaptacion de la impedancia con respecto a la bobina de recepcion 1818. Como tambien se ha descrito anteriormente, los circuitos de recepcion 1810 incluyen circuitos de conversion de potencia 1806 para convertir una fuente de energfa de RF recibida en potencia de carga, para su uso por el dispositivo 1850. Los circuitos de conversion de energfa 1806 incluyen un convertidor RF a CC 1820 (por ejemplo, rectificador) y tambien pueden incluir un convertidor de CC a CC 1822 (regulador), como se ha descrito anteriormente. El convertidor de RF a CC 1820 puede hacer uso de algunos de, o todos, los circuitos, como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 4 a 12, para proporcionar un alto factor de potencia y la reduccion del contenido de armonicos. Los circuitos de recepcion 1810 pueden incluir adicionalmente los circuitos de conmutacion 1812 para conectar la bobina de recepcion 1818 a los circuitos de conversion de energfa 1806 o, como alternativa, para desconectar los circuitos de conversion de energfa 1806. La desconexion de la bobina de recepcion 1818 de los circuitos de conversion de energfa 1806 no solo suspende la carga del dispositivo 1850, sino que tambien cambia la "carga" segun "la ve" el transmisor 1704 (figura 17). Los circuitos receptores 1810 incluyen adicionalmente el procesador 1816 para coordinar los procesos del receptor 1808 descrito en el presente documento, incluyendo el control de los circuitos de conmutacion 1812 descritos en el presente documento. El procesador 1816 tambien puede ajustar el convertidor de CC en CC 1822 para un mejor rendimiento.

Se deberfa apreciar que, aunque las figuras anteriores muestran un ejemplo de los diversos sistemas de carga inalambrica, el sistema y el procedimiento descritos en este documento pueden aplicarse igualmente a un sistema de carga que usa una conexion no inalambrica. Por ejemplo, una lfnea de transmision puede estar conectada directamente entre sistemas para cargar la baterfa (no mostrado).

La figura 19 es un diagrama de flujo de un procedimiento 1900 ejemplar para la conversion de CA a CC. Aunque se ha descrito con referencia a la figura 4, el procedimiento 1900 puede ser utilizado conjuntamente con cualquiera de los sistemas descritos con referencia a las figuras 5, 7, 9, 11 y 12. En el bloque 1902, la corriente alterna desde una fuente de alimentacion 402 se rectifica hasta una primera corriente continua mediante un primer circuito rectificador 404a. En el bloque 1904, la primera corriente continua se promedia mediante un circuito promediador 410 para proporcionar una segunda corriente continua. El circuito promediador 410 puede comprender un inductor y un condensador. En el bloque 1906, la corriente alterna tambien se rectifica hasta una tercera corriente continua mediante un segundo circuito rectificador 404b. Los circuitos rectificadores primero y segundo 404a y 404b pueden incluir circuitos rectificadores de onda completa y pueden compartir componentes. Cada uno de los circuitos rectificadores primero y segundo 404a y 404b puede incluir una topologfa de rectificador que incluye una combinacion de circuitos rectificadores.

En el bloque 1908, se proporcionan la corriente continua obtenida de la segunda corriente continua y la tercera corriente continua. Por ejemplo, las salidas del circuito promediador 410 y el segundo circuito rectificador 404b pueden estar conectadas electricamente de manera que se combinen la segunda y la tercera corriente continua. La corriente continua obtenida de la segunda corriente continua y la tercera corriente continua se pueden proporcionar para alimentar o cargar una carga 406. El procedimiento 1900 puede incluir, ademas, la generacion de la corriente alterna en base, al menos parcialmente, a la energfa recibida de forma inalambrica. Por ejemplo, la fuente de alimentacion 402 puede comprender una bobina configurada para recibir energfa de manera inalambrica, segun se induce una tension variable en el tiempo para producir una corriente alterna. En algunos modos de realizacion, el procedimiento puede incluir ademas el filtrado de la corriente continua mediante un circuito de filtro para allanar la CC hasta un nivel constante.

La figura 20 muestra otro diagrama ejemplar de bloques funcionales de un sistema de conversion de CA a CC. El sistema puede incluir un aparato de conversion de energfa 2000 que comprende los medios 2002, 2004, 2006 y 2008 para las diversas acciones expuestas con respecto a las figuras 1 a 19.

Las diversas operaciones de los procedimientos descritos anteriormente pueden ser llevadas a cabo por cualquier medio adecuado capaz de realizar las operaciones, tales como diversos componentes, circuitos y/o modulos de hardware y/o software. En general, cualquier operacion ilustrada en las figuras puede ser llevada a cabo por medios funcionales correspondientes, capaces de llevar a cabo las operaciones. Por ejemplo, los medios para rectificar pueden comprender un circuito rectificador que puede ser cualquiera de los circuitos rectificadores descritos anteriormente, o cualquier combinacion de los mismos. Ademas, los medios para promediar pueden comprender un circuito promediador. Los medios para proporcionar la corriente continua pueden comprender los circuitos segun lo descrito anteriormente con referencia a las figuras 4 a 12 y, en particular, las figuras 7, 9 y 11.

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La informacion y las senales pueden representarse usando cualquiera entre una amplia variedad de tecnologias y tecnicas diferentes. Por ejemplo, los datos, las instrucciones, los comandos, la informacion, las senales, los bits, los simbolos y los chips que pueden haber sido mencionados a lo largo de la descripcion anterior pueden representarse mediante tensiones, corrientes, ondas electromagneticas, campos o particulas magneticos, campos o particulas opticos, o cualquier combinacion de los mismos.

Los diversos bloques logicos, modulos, circuitos y etapas de algoritmo ilustrativos, descritos en relacion con las realizaciones divulgadas en el presente documento pueden implementarse como hardware electronico, software informatico o combinaciones de ambos. Para ilustrar claramente esta intercambiabilidad de hardware y software, anteriormente se han descrito diversos componentes, bloques, modulos, circuitos y etapas ilustrativos, generalmente, en lo que respecta a su funcionalidad. Si tal funcionalidad se implementa como hardware o software depende de la aplicacion particular y de las limitaciones de diseno impuestas sobre todo el sistema. La funcionalidad descrita se puede implementar de formas variables para cada aplicacion particular, pero no debe interpretarse que tales decisiones de implementacion suponen un alejamiento del alcance de las realizaciones de la invencion.

Los diversos bloques, modulos y circuitos ilustrativos descritos en relacion con las realizaciones divulgadas en el presente documento pueden implementarse o realizarse con un procesador de proposito general, con un procesador de senales digitales (DSP), con un circuito integrado especifico de la aplicacion (ASIC), con una formacion de compuertas programables en el terreno (FPGA) o con otro dispositivo de logica programable, compuerta discreta o logica de transistor, componentes de hardware discretos, o con cualquier combinacion de los mismos disenada para realizar las funciones descritas en el presente documento. Un procesador de proposito general puede ser un microprocesador, pero, como alternativa, el procesador puede ser cualquier procesador, controlador, micro- controlador o maquina de estados convencional. Un procesador tambien puede implementarse como una combinacion de dispositivos informaticos, por ejemplo, una combinacion de un DSP y un microprocesador, una pluralidad de microprocesadores, uno o mas microprocesadores junto con un nucleo de DSP o cualquier otra configuracion de este tipo.

Las etapas de un procedimiento o algoritmo y las funciones descritas en relacion con los modos de realizacion divulgados en el presente documento pueden realizarse directamente en hardware, en un modulo de software ejecutado por un procesador o en una combinacion de los dos. Si se implementan en software, las funciones, como una o mas instrucciones o codigo, pueden almacenarse en, o transmitirse por, un medio no transitorio tangible, legible por ordenador. Un modulo de software puede residir en memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria flash, memoria de solo lectura (ROM), memoria ROM electricamente programable (EPROM), memoria ROM programable electricamente borrable (EEPROM), registros, un disco duro, un disco extraible, un CD-ROM o en cualquier otra forma de medio de almacenamiento conocida en la tecnica. Un medio de almacenamiento esta acoplado con el procesador de modo que el procesador pueda leer informacion de, y escribir informacion en, el medio de almacenamiento. Como alternativa, el medio de almacenamiento puede estar integrado en el procesador. Los discos, como se usan en el presente documento, incluyen el disco compacto (CD), el disco de laser, el disco optico, el disco versatil digital (DVD), el disco flexible y el disco Blu-ray, donde algunos discos normalmente reproducen datos de manera magnetica, mientras que otros discos reproducen los datos de manera optica con laser. Las combinaciones de lo que antecede tambien deberian incluirse dentro del alcance de los medios legibles por ordenador. El procesador y el medio de almacenamiento pueden residir en un ASIC. El ASIC puede residir en un terminal de usuario. Como alternativa, el procesador y el medio de almacenamiento pueden residir como componentes discretos en un terminal de usuario.

Con el fin de resumir la divulgacion, ciertos aspectos, ventajas y caracteristicas novedosas de las invenciones se han descrito en el presente documento. Debe entenderse que no necesariamente pueden lograrse todas estas ventajas de acuerdo a cualquier realizacion particular de la invencion. Por lo tanto, la invencion puede realizarse o llevarse a cabo de una manera que logre u optimice una ventaja o un grupo de ventajas, segun se ensena en este documento, sin tener que lograr necesariamente otras ventajas, segun se pueda ensenar o sugerir en el presente documento.

Diversas modificaciones de los modos de realizacion descritos anteriormente resultaran inmediatamente evidentes, y los principios genericos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin apartarse del alcance de la invencion, segun se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

10

15

20

2.

25

3.

30 4.

5.

35

6.

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45

50

55

7.

8.

60

REIVINDICACIONES

Un procedimiento para la conversion de energia para proporcionar una salida de corriente continua (CC) basada, al menos en parte, en una corriente alterna, que comprende:

rectificar (1902) la corriente alterna hasta una primera corriente continua mediante un primer circuito rectificador;

promediar (1904) la primera corriente continua mediante un circuito promediador, para proporcionar una segunda corriente continua; y

rectificar (1906) la corriente alterna hasta una tercera corriente continua mediante un segundo circuito rectificador; y

proporcionar (1908) la salida de corriente directa obtenida de la segunda corriente continua y la tercera corriente continua;

en el que uno entre el primer circuito rectificador y el segundo circuito rectificador, o ambos, comprenden una topologia de rectificador que comprende una combinacion de circuitos rectificadores, en el que la topologia de rectificador comprende un circuito rectificador de onda completa conectado electricamente en serie con un circuito duplicador de corriente, comprendiendo el circuito duplicador de corriente dos inductores (L5, L6, L9, L10) y dos diodos (D17, D18, D24, D25).

El procedimiento de la reivindicacion 1, que comprende ademas filtrar la salida de corriente continua mediante un inductor y un condensador.

El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el promediado comprende proporcionar menos de una tension maxima de una salida del segundo circuito rectificador.

El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende ademas la alimentacion o la carga de una carga utilizando la salida de corriente continua.

El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende ademas la generacion de la corriente alterna en base, al menos parcialmente, a la energia recibida de forma inalambrica.

Un aparato de conversion de energia para proporcionar una salida de corriente continua (CC) basada, al menos en parte, en una corriente alterna, que comprende:

medios para rectificar (2004) la corriente alterna hasta una primera corriente continua;

medios para promediar (2006) la primera corriente continua para proporcionar una segunda corriente continua;

medios para rectificar (2002) la corriente alterna hasta una tercera corriente continua; y

medios para proporcionar (2008) la salida de corriente continua obtenida de la segunda corriente continua y la tercera corriente continua;

en el que uno de los, o ambos, medios para rectificar (2004) la corriente alterna hasta la primera corriente continua, y los medios para rectificar (2002) la corriente alterna hasta la tercera salida de corriente continua, comprenden una topologia de rectificador que comprende una combinacion de circuitos rectificadores, en el que el topologia de rectificador comprende un circuito rectificador de onda completa conectado electricamente en serie con un circuito duplicador de corriente, comprendiendo el circuito duplicador de corriente dos inductores (L5, L6, L9, L10) y dos diodos (D17, D18, D24, D25).

El aparato de conversion de energia de la reivindicacion 6, que comprende ademas un circuito de filtro que comprende un inductor y un condensador configurado para filtrar la salida de corriente continua.

El aparato de conversion de energia de cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en el que los medios para promediar comprenden medios para proporcionar menos de una tension maxima de una salida de los medios para rectificar la corriente alterna hasta la tercera corriente continua.

El aparato de conversion de energia de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que los medios para promediar comprenden un circuito promediador que comprende un inductor y un condensador.

10.

El aparato de conversion de energia de la reivindicacion 9, en el que el inductor esta conectado electricamente en paralelo con el condensador.

11. 5

El aparato de conversion de energia de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el que los medios para proporcionar la primera salida de corriente continua comprenden un primer circuito rectificador, en el que los medios para proporcionar la tercera salida de corriente continua comprenden un segundo circuito rectificador, y en el que el primer circuito rectificador y el segundo circuito rectificador comprenden circuitos rectificadores de onda completa.

10 12.

El aparato de conversion de energia de la reivindicacion 11, en el que cada uno de los circuitos rectificadores

13.

de onda completa comprende cuatro diodos, y en el que dos diodos de los cuatro diodos estan compartidos entre el primer circuito rectificador y el segundo circuito rectificador. El aparato de conversion de energia de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en el que la salida de corriente continua se proporciona para alimentar o cargar una carga.

15 14.

El aparato de conversion de energia de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 13, en el que la corriente alterna esta configurada para ser generada en base, al menos parcialmente, a energia recibida de forma inalambrica.

20 15.

El aparato de conversion de energia de la reivindicacion 14, que comprende ademas una bobina configurada para recibir de forma inalambrica la energia recibida de forma inalambrica y para generar la corriente alterna.