ES2713651T3

ES2713651T3 - Protección contra sobretensión para rectificadores activos en caso de deslastre de carga

Info

Publication number: ES2713651T3
Application number: ES14744113T
Authority: ES
Inventors: Harald Schueler; Siegbert Sautter; Christopher Otte; Paul Mehringer; Jie Ge; Wolfgang Feiler; Matthias Schmidt
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: EP3039761A2; JP6259975B2; US9985517B2; JP2016534700A; WO2015028222A3; CN105474495B; EP3039761B1; DE102013217896A1; US20160211740A1; WO2015028222A2; CN105474495A

Abstract

Un módulo rectificador (40) para un puente rectificador activo (1) que comprende dos elementos de conmutación (S1-S5, S6-S10) conectados en serie entre dos terminales finales, entre los cuales se forma una toma central, así como un circuito de control (4U-4Y) que incluye una unidad de monitorización (43), una unidad de sincronización (41) y una unidad de control (44), en el que: - la unidad de monitorización (43) está configurada para detectar una tensión de medición y emitir una señal de requerimiento cuando la tensión de medición supera un valor umbral superior (30U-30W), - la unidad de sincronización (41) está configurada para emitir una señal de sincronización a un terminal de sincronización (c) siempre que la unidad de monitorización (43) emita la señal de requerimiento, y de lo contrario, para monitorizar el terminal de sincronización (c) en una señal de sincronización; y - la unidad de control (44) está configurada para cambiar uno de los dos elementos de conmutación (S1-S5, S6- S10) en el estado conductor al menos en secciones durante un periodo de control, cuando la unidad de monitorización (43) emite la señal de requerimiento y/o cuando detecta la señal de sincronización y es reconocida opcionalmente como válida por la monitorización del terminal de sincronización (c), en el que el módulo rectificador (40) comprende al menos un condensador para alimentar el circuito de control (4U-4Y) y/o los elementos de conmutación (S1-S5, S6-S10), en el que la unidad de control (44) está configurada para cambiar uno de los dos elementos de conmutación (S1-S5, S6-S10), conectados en conducción a través de la unidad de control (44), al estado no conductor hasta que una tensión aplicada en al menos un condensador exceda nuevamente un valor predeterminado, si se determina durante el periodo de requerimiento que una tensión aplicada al menos a un condensador cae por debajo de un valor predeterminado.

Description

DESCRIPCION

Proteccion contra sobretension para rectificadores activos en caso de deslastre de carga

La presente invencion se refiere a un modulo rectificador para un puente rectificador activo con medios de proteccion contra sobretensiones en caso de deslastre de carga, un puente rectificador activo con modulos rectificadores correspondientes, un dispositivo generador con un puente rectificador de este tipo, un sistema electrico de vehnculo motorizado correspondiente, un procedimiento operativo asociado y medios para implementar este procedimiento operativo.

Estado de la tecnica

Para la alimentacion de sistemas de corriente continua a partir de sistemas de corriente trifasica pueden utilizarse rectificadores de distintos tipos. En los sistemas electricos de vehnculos motorizados, en correspondencia con los generadores de corriente trifasica empleados generalmente aqrn, se utilizan a menudo puentes rectificadores integrados de seis pulsos. Sin embargo, la invencion es igualmente adecuada para puentes rectificadores con otro numero de fases, por ejemplo, para generadores de cuatro o cinco fases.

Un caso de operacion cntico con puentes rectificadores es el deslastre de carga (Load Dump, en ingles). Esto ocurre cuando con el generador altamente energizado y un alto suministro de corriente correspondiente, la carga en el generador o el puente rectificador asociado al mismo (por ejemplo, mediante la desconexion de consumidores) se reduce abruptamente y esto no puede ser interceptado por elementos de efecto capacitivo en la red de tension continua (por ejemplo, la batena en el sistema electrico de vehnculos motorizados). En este caso, debido a la energfa no emitida en el generador en casos extremos durante aproximadamente 300 a 500 ms, podna suministrarse una alta tension a traves del puente rectificador conectado en el generador al sistema electrico de vehnculo motorizado. Por lo tanto, normalmente, esto debena poder interceptarse en el puente rectificador, para proteger contra los danos por sobretension los componentes electricos en el sistema electrico del vehnculo motorizado. Esto se realiza con puentes rectificadores pasivos a traves de los diodos Zener rectificadores incorporados, a los que se puede unir la sobretension y se puede convertir el exceso de energfa en calor.

Sin embargo, como se explica, por ejemplo, en el documento DE 102009 046955 A1, resulta deseable el uso de puentes rectificadores activos en vehnculos motorizados, entre otras cosas porque estos, a diferencia de los puentes rectificadores pasivos o descontrolados, presentan menor perdida de potencia. Los elementos interruptores activos o controlables disponibles actualmente para dichos puentes rectificadores activos como, por ejemplo, MOSFET, no tienen ninguna funcion de agarre incorporada con suficiente robustez y no pueden captar la sobretension. Por lo tanto, en puentes rectificadores activos se requieren estrategias de proteccion adicionales.

En el caso de un deslastre de carga, las fases del generador pueden, por ejemplo, cortocircuitarse, por lo que todos los elementos de conmutacion de la seccion rectificadora superior o inferior pueden conmutarse por conduccion, como tambien se describe, por ejemplo, en el documento DE 19835316 A1 y en el documento DE 102009046955 A1. Esto se realiza en particular sobre la base de una evaluacion de la tension de salida determinada en los terminales de corriente continua del puente rectificador activo. Si esta excede un valor umbral superior predeterminado, se inicia un cortocircuito correspondiente y disminuye la tension de salida. Si, por lo tanto, la tension de salida esta por debajo de un valor umbral inferior predeterminado, se cancela el cortocircuito y la tension de salida sube nuevamente. En este caso, se trata de un tfpico comportamiento de histeresis. Por lo tanto, la tension de salida en el caso de un deslastre de carga oscila, esencialmente entre el valor umbral superior y el inferior.

Los problemas pueden surgir aqrn a partir de los llamados puentes rectificadores activos de estructura descentralizada, en los que los medios puentes individuales comprenden cada uno circuitos de control independientes que detectan cada uno individualmente la tension de salida. Dichos medios puentes con circuitos de control independientes se conocen tambien, en el contexto de esta solicitud, como modulos rectificadores o modulos de fase. Debido a que en estos circuitos de control son inevitables determinadas tolerancias, puede producirse un comportamiento de conmutacion diferente en los medios puentes individuales, como se describe a continuacion. Esto se refiere en particular a los circuitos de control que se implementan por medio de circuitos integrados para aplicaciones espedficas (application specific integrated circuits, ASIC, en ingles). Mediante el comportamiento de conmutacion diferente pueden sobrecargarse significativamente elementos de conmutacion individuales en el puente rectificador activo, provocando la destruccion termica del elemento de conmutacion correspondiente y un fallo. Por lo tanto, es necesario mejorar las estrategias de proteccion del puente rectificador activo en caso de deslastre de carga.

El documento EP 0777309 A2 describe un modulo rectificador para un puente rectificador activo, que comprende dos elementos de conmutacion conectados en serie entre dos terminales finales, entre los que se forma una toma central, asf como un circuito de control con una unidad de monitorizacion, una unidad de sincronizacion y una unidad de control, en el que

- la unidad de monitorizacion esta configurada para detectar una tension de medicion y emitir una senal de requerimiento cuando la tension de medicion supera un valor umbral superior

- la unidad de sincronizacion esta configurada para emitir una senal de sincronizacion en un terminal de sincronizacion siempre que la unidad de monitorizacion emita la senal de requerimiento, y

- la unidad de control esta configurada para cambiar al estado conductor al menos en secciones uno de los dos elementos de conmutacion durante un periodo de control, cuando la unidad de monitorizacion emite la senal de requerimiento y/o cuando por medio de la monitorizacion del terminal de sincronizacion detecta la senal de sincronizacion y se reconoce opcionalmente como valida.

Descripcion de la invencion

En este contexto, la presente invencion propone un modulo rectificador para un puente rectificador activo con medios de proteccion contra sobretensiones en caso de deslastre de carga, un puente rectificador activo con los correspondientes modulos rectificadores, un dispositivo generador con un puente rectificador de este tipo, un sistema electrico de vetnculo motorizado correspondiente, un procedimiento operativo asociado y medios para la implementacion de este procedimiento operativo con las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Ventajas de la invencion

La presente invencion se refiere, como se ha mencionado, a la operacion de un dispositivo generador con un puente rectificador activo en caso de deslastre de carga. Tal como se ha explicado, una operacion de este tipo puede comprender las fases del generador o sus correspondientes terminales de tension alterna del puente rectificador activo a traves del control simultaneo (y por lo tanto, conmutacion simultanea) de todos los elementos de conmutacion inferiores o de todos los superiores, controlables o activos, de una seccion rectificadora de conexion con funcion conductiva entre sf (cortocircuito) y cancelar nuevamente de manera simultanea los cortocircuitos correspondientes. De este modo, se inducen o se cancelan cortocircuitos de fase.

Tambien en los puentes rectificadores activos de estructura descentralizada mencionados, en los que los medios puentes individuales presentan cada uno circuitos de control independientes, que detectan la tension de salida que se aplica respectivamente de forma individual en los terminales de tension continua del puente rectificador activo, sin embargo, se prefiere una operacion de este tipo, que en el estado de la tecnica, debido a que las tolerancias explicadas al inicio en el caso de la deteccion de tension y/o en los elementos subordinados de los circuitos de control no siempre se consigue. Las medidas de acuerdo con la invencion permiten, sin embargo, una operacion de este tipo.

Debido a las tolerancias mencionadas puede suceder, por lo tanto, que el circuito de control de un medio puente se conecte en estado conductor solo a un valor de tension mas alto de la tension de salida que todos los demas medios puentes. Esto trae como resultado que haya efectivamente un valor umbral superior mas alto en este circuito de control, a pesar de la especificacion identica en todos los medios puentes.

Lo mismo se aplica al valor umbral inferior, es decir, el circuito de control de un medio puente reinicia la operacion normal solo a un valor de tension mas bajo de la tension de salida que todos los demas medios puentes y posee de este modo, a pesar de especificaciones identicas en todos los medios puentes efectivamente un valor umbral inferior mas bajo.

El ultimo caso expuesto resulta ser particularmente cntico. Dado que los circuitos de control de todos los demas medios puentes reinician la operacion normal antes del circuito de control con el valor umbral efectivamente inferior, la tension de salida sube nuevamente. Por lo tanto, puede suceder que el circuito de control con el valor umbral efectivamente mas bajo nunca detecte una tension de salida por debajo de este valor umbral efectivamente mas bajo. El elemento de conmutacion correspondientemente controlado permanece asf conectado de forma conductora permanentemente.

Bajo ciertas circunstancias, fases individuales reinician nuevamente la rectificacion normal, mientras que otras permanecen permanentemente en estado conductor. En caso necesario, otras no pasan nunca al estado conductor permanente. Este comportamiento conduce a una asimetna de las corrientes de fase resultantes, como se ilustra en la figura 2 descrita a continuacion. Debido a esto, los elementos de conmutacion individuales pueden sobrecargarse significativamente en el rectificador, lo que puede provocar la destruccion termica de los elementos de conmutacion correspondientes. Por lo tanto, es posible una cafda temprana del puente rectificador activo o una limitacion insuficiente de las sobretensiones generadas por el deslastre de carga.

Un puente rectificador activo presenta, como se conoce generalmente, medios puentes que definen una seccion rectificadora superior y una inferior o de lado alto y de lado bajo con sus correspondientes elementos de conmutacion. Por medio de los elementos de conmutacion dispuestos en la seccion rectificadora superior o de lado alto puede construirse una conexion respectiva de uno o varios terminales de tension alterna con un terminal de tension continua positiva y por medio de los elementos de conmutacion dispuestos en la seccion rectificadora inferior o de lado bajo, una conexion de uno o varios terminales de tension alterna con un terminal de tension continua.

Cada medio puente presenta, por lo tanto, dos elementos de conmutacion conectados en serie y controlables entre los dos terminales de tension continua, entre los que se conectan cada uno de los terminales de tension alterna.

Por medio de los terminales de tension continua, el puente rectificador activo se conecta con un numero de fases correspondientes del generador y los terminales de tension continua alimentan un sistema electrico de tension continua. El terminal de tension continua positiva tambien se conoce como B+. El terminal de tension continua negativa, conocido tambien como B-, puede tener en particular, toma a tierra. En los terminales de tension continua, en el caso de la operacion rectificadora del puente rectificador activo, se aplica una tension de salida, que puede corresponderse con la tension de sistema electrico de un sistema electrico conectado. Se entiende que los puentes rectificadores activos correspondientes tambien pueden ser operados en modo alterno, por ejemplo, en vehmulos tnbridos. Dichas fases operativas no se consideran en este caso. Sin embargo, se entiende que, si en el contexto de esta solicitud se habla de un generador, se puede hacer referencia tambien en el presente documento a una maquina electrica que puede operarse tanto mediante generador como mediante motor. Lo mismo se aplica al rectificador activo, que en las fases operativas correspondientes tambien puede ser operado en modo alterno.

La invencion se refiere, como se ha mencionado anteriormente, a un llamado puente rectificador descentralizado, en el que cada medio puente comprende un circuito de control. Como resultado, en cada caso se forma un modulo rectificador para un puente rectificador activo, que presenta dos elementos de conmutacion conectados en serie entre dos terminales finales, entre los cuales se forma una toma central. Los dos terminales finales corresponden en el estado instalado del modulo rectificador a los terminales de tension continua del puente rectificador activo, y la toma central corresponde a uno de los terminales de tension alterna. Las siguientes explicaciones se refieren en este caso, por ejemplo, a un puente rectificador activo que esta construido a partir de modulos rectificadores correspondientes, de modo que las realizaciones con respecto a los terminales de tension alterna pueden referirse tambien a los terminales finales de los modulos rectificadores y las realizaciones con respecto a los terminales de tension alterna pueden referirse tambien a las tomas centrales de los modulos rectificadores. El circuito de control comprende de acuerdo con la invencion, una unidad de monitorizacion, una unidad de sincronizacion y una unidad de control y esta disenado como circuito de proteccion para proteger un sistema electrico en caso de deslastre de carga.

La unidad de monitorizacion esta configurada de acuerdo con la invencion para detectar una tension de medicion y emitir una senal de requerimiento cuando la tension de medicion supera un valor umbral superior. La senal de requerimiento es emitida, por lo tanto, hasta la presencia de otras condiciones o durante un tiempo predeterminado, como se explica con mas detalle a continuacion. De este modo, se conecta al sobrepasar el valor umbral superior y posteriormente se desconecta, aunque no se desconecta nuevamente por un descenso por debajo del valor umbral superior.

La unidad de sincronizacion esta configurada para emitir una senal de sincronizacion en un puente rectificador activo correspondiente conectable a una lmea de sincronizacion y en el caso del uso del modulo rectificador con un terminal de sincronizacion conectado a una lmea de sincronizacion de este tipo, siempre que la unidad de monitorizacion mencionada anteriormente emita la senal de requerimiento, y de lo contrario, monitorizar el terminal de sincronizacion en una senal de sincronizacion, que en el caso del uso del modulo rectificador se aplica en un puente rectificador activo, y cuando proceda, en la lmea de sincronizacion, ya que es emitida por otra unidad de sincronizacion.

La senal de requerimiento puede emitirse en diferentes realizaciones de la invencion hasta que la tension de medicion este por debajo de un valor umbral inferior y/o hasta que transcurra un tiempo mmimo y/o hasta que una fuente de energfa para la alimentacion de los modulos rectificadores o de los circuitos de control correspondientes de los medios puentes individuales ya no puedan recargarse, como se explica a continuacion. La tension de medicion se forma mediante el uso del modulo rectificador en un puente rectificador activo correspondiente a traves de la tension de salida que se aplica entre los dos terminales de tension continua y se mide en el terminal de tension continua positiva.

La unidad de control finalmente se configura para conectar en modo conductor al menos temporalmente uno de los dos elementos de conmutacion durante un periodo de control, cuando la unidad de monitorizacion emite la senal de requerimiento y/o cuando a traves de la unidad de monitorizacion, debido a la monitorizacion del terminal de sincronizacion, se detecta la senal de sincronizacion y esta se reconoce opcionalmente como valida. El periodo de control puede corresponder a todo el periodo durante el cual la unidad de monitorizacion emite la senal de requerimiento y/o durante el cual detecta la senal de sincronizacion a traves de la unidad de monitorizacion debido a la monitorizacion del terminal de sincronizacion y en caso necesario, se reconoce como valida. Sin embargo, el periodo de control se limita ventajosamente por o en un periodo maximo, que debe seleccionarse para que sea mayor que un tiempo mmimo predeterminado de, por ejemplo, 500 ms.

Si se mantiene el cortocircuito de fase inducido por la senal de requerimiento durante un tiempo mmimo de, por ejemplo, 500 ms o mas, cae la tension de salida determinada entre los terminales de tension continua (medida, por ejemplo, en el terminal de tension continua positiva B+) a un valor de (casi) 0 V. Por lo tanto, la logica de control (por ejemplo, un ASIC) y los interruptores de alimentacion (por ejemplo, un MOSFET) de los circuitos de control de los medios puentes deben alimentarse a partir de otra fuente de energfa, tipicamente a partir de un condensador. Dichos condensadores estan contenidos, por ejemplo, como los llamados condensadores bootstrap tipicamente en un circuito rectificador correspondiente o en modulos rectificadores correspondientes.

Si para ello se requiere un tiempo mmimo de, por ejemplo, 500 ms o mas para un cortocircuito de fase, es necesario un dimensionamiento adecuado de los condensadores, para garantizar el suministro de la logica de control y del interruptor de potencia en una tension baja correspondiente durante el cortocircuito de fase. Sin embargo, los condensadores generalmente instalados no se basan en el caso especial de deslastre de carga, sino en la operacion rectificadora normal. En una operacion rectificadora normal, un condensador correspondiente debe ser capaz de alimentar la logica de control y el interruptor de potencia, aunque unicamente para una media onda. Sin ninguna medida adicional, los condensadores correspondientes podnan asegurar por lo tanto unicamente un suministro de energfa de menos de 10 ms, lo cual no es suficiente para el deslastre de carga.

Para poder conseguir el enfoque de acuerdo con la invencion tambien con condensadores de dimensiones relativamente pequenas -disenados solo para la operacion rectificadora- puede preverse que estos se recarguen durante el deslastre de carga.

Para este proposito, se puede prever que cada unidad de control y, por tanto, cada modulo rectificador monitorice la tension aplicada al respectivo condensador. Si esta cae por debajo de un valor definido, por ejemplo, por debajo de 8 V, la unidad de control de este modulo rectificador desactiva el cortocircuito de fase de su elemento de conmutacion solamente. La senal de sincronizacion no se ve afectada por esto. De este modo, este modulo rectificador vuelve a la operacion normal del rectificador y eleva el potencial de tension entre los terminales de tension continua nuevamente.

Se puede prever la alimentacion de los condensadores de todas las unidades de control a traves de los terminales de tension continua (o el terminal de tension continua B+). Tambien a traves de la desactivacion del cortocircuito de un solo modulo rectificador (en el caso de la deteccion de una tension demasiado baja en su condensador) pueden recargarse tambien, por lo tanto, los condensadores de los otros modulos.

Cuando la tension en el condensador alcanza un lfmite superior, por ejemplo, 12 V, se reinicia el cortocircuito de fase (individualmente cancelado). Ademas, se puede monitorizar tambien la tension aplicada entre los terminales de tension continua y tiene lugar una desconexion que depende de esta tension. De esta manera, se producen solo pocos aumentos de tension, lo cual no conduce a que pueda alimentarse, por ejemplo, el campo inductor de un generador conectado. Por lo tanto, este continua disminuyendo. A traves de la desconexion anterior se asegura ademas a tensiones relativamente bajas que no se produzcan altas tensiones en el sistema electrico.

De este modo, si los condensadores se alimentan solamente de los terminales de tension continua, los modulos rectificadores independientes entre sf deben cancelar de nuevo brevemente el cortocircuito de fase, para recargar sus condensadores.

Si ya no hay suficiente tension para recargar en su totalidad los condensadores, puede cancelarse nuevamente en su totalidad el cortocircuito. Si resulta que el campo inductor ya antes del final del tiempo mmimo explicado ha disminuido tanto que la tension en los condensadores no puede mantenerse por encima de los respectivos umbrales, por ejemplo, 8 V, todos los modulos rectificadores reconocen gradualmente la subtension y desactivan individualmente el cortocircuito de fase de su respectivo elemento de conmutacion. De este modo, cada vez mas fases o modulos de fase pasan a la operacion de rectificador activo. Si esto no es suficiente para cargar los condensadores, se puede considerar como el final del evento de deslastre de carga, es decir que el campo inductor del generador ha disminuido tanto que incluso sin contramedida deja de producirse tension cntica. Por lo tanto, esto conduce en su caso antes de la expiracion de un periodo predeterminado a una cancelacion de la senal de sincronizacion, dado que los elementos del circuito ya no se alimentan con tension. Este comportamiento permite, por lo tanto, que el circuito no este provisto innecesariamente de costosas medidas de apoyo adicionales.

El elemento de conmutacion conectado en conduccion al menos temporalmente a traves de la unidad de control en el periodo de control es el elemento de conmutacion destinado a iniciar o cancelar un cortocircuito de fase correspondiente.

El otro elemento de conmutacion correspondiente, en cambio, no se conecta en conduccion durante el deslastre de carga. A continuacion, se describira la invencion predominantemente con referencia al control correspondiente de un elemento de conmutacion en la seccion rectificadora inferior o de lado bajo, aunque se puede utilizar de la misma manera para un control de un elemento de conmutacion correspondiente en una seccion rectificadora superior o de lado alto.

Normalmente, en las fases operativas de un modulo rectificador correspondiente no consideradas aqrn por separado, es decir cuando no existe deslastre de carga, se operan todos los elementos de conmutacion rectificadores como, por ejemplo, los controlados por una senal de control sincronizada, como se utiliza generalmente para el control de un puente rectificador correspondiente con el rectificador en funcionamiento normal.

Esta senal de control puede ser proporcionada tambien por una unidad de control superior, donde el respectivo circuito de control, si es necesario, esta configurado para enviar a traves de la unidad de control la senal de control proporcionada a los elementos de conmutacion.

La presente invencion consigue, a traves de las medidas mencionadas y explicadas mas detalladamente a continuacion, una sincronizacion de los circuitos de control de los medios puentes individuales, que permite generar en todos los medios puentes del puente rectificador activo un circuito conductor simultaneo o casi simultaneo (es decir, por ejemplo, en un intervalo de tiempo de unos pocos microsegundos) de todos los elementos de conmutacion implicados en un cortocircuito de fase y cancelar tambien simultaneamente o casi simultaneamente este circuito conductor. Por lo tanto, el cortocircuito de fase puede iniciarse y cancelarse en corto tiempo. De este modo, se previenen con seguridad en particular las situaciones explicadas anteriormente en las que un circuito de control no detecta nunca un cortocircuito de fase o no resuelve nunca el cortocircuito de fase.

Esta sincronizacion se consigue de acuerdo con la invencion mediante la disposicion de las unidades de sincronizacion en los circuitos de control de los medios puentes individuales y, en caso necesario, la lmea de sincronizacion comun que los conecta en un rectificador activo. A traves de estas unidades de sincronizacion y la lmea de sincronizacion puede intercambiarse, en principio, cualquier tipo de informacion electrica entre las unidades de sincronizacion.

Basicamente, se puede distinguir aqu una sincronizacion y una comunicacion. La lmea de sincronizacion sirve principalmente para el proposito de la sincronizacion. La estrategia de sincronizacion es un aspecto central de la invencion. Como un aspecto adicional, puede preverse que la lmea de sincronizacion sirva al mismo tiempo como lmea de comunicacion (por ejemplo, como LIN) para permitir un diagnostico y cerrar las brechas de seguridad del procedimiento de control. Para ello, se requiere solo una unidad de control de comunicacion adicional en el modulo rectificador. La ventaja en este caso es el hecho de que puede realizarse un diagnostico de los errores en el modulo rectificador individual y la transmision al sistema superior o sistema del vehmulo. La lmea de sincronizacion se utiliza en caso de deslastre de carga, aunque en particular, exclusivamente para la sincronizacion. La comunicacion, por ejemplo, la funcion LIN, solo se puede activar, por ejemplo, cuando el nivel de tension entre los terminales de tension continua se encuentra por debajo de los umbrales inferiores.

Por medio de las medidas proporcionadas de acuerdo con la invencion, se previenen de forma segura cortocircuitos de fase indeseados o accidentales incluso en caso de error o mal funcionamiento en las unidades de sincronizacion o en la lmea de sincronizacion. Ninguna funcion de los circuitos de control de los medios puentes individuales se ve afectada negativamente por la unidad de sincronizacion adicional y su funcion. Esto significa, entre otras cosas, que pueden utilizarse los circuitos de control al menos en una operacion de emergencia incluso sin las medidas de acuerdo con la invencion y tampoco se muestran en este caso, desventajas en relacion con los circuitos de control convencionales.

La lmea de sincronizacion puede realizarse, en particular, en forma de una conexion por cable, donde las unidades de sincronizacion en los respectivos circuitos de control estan configuradas para la emision de senales de sincronizacion que se transmiten sobre la lmea de sincronizacion y para la recepcion de senales de sincronizacion que se emiten desde otras unidades de sincronizacion a la lmea de sincronizacion.

Las unidades de sincronizacion tambien estan configuradas en este caso para que la senal de requerimiento se reciba desde una unidad de monitorizacion del circuito de monitorizacion asociado, la cual se emite, por ejemplo, en base a la comparacion del valor umbral explicado de la tension de salida, y la cual tambien se proporciona en circuitos de control convencionales. La senal de requerimiento indica en este caso que el elemento de conmutacion previsto para este fin se mueve al estado conductor y permanece de este modo hasta tanto se pueda mantener este estado conductor, o sea hasta que la tension de salida este por debajo del valor umbral inferior mencionado y/o hasta que se alcance un periodo de requerimiento maximo. El verdadero control de los elementos de conmutacion utilizados tiene lugar mediante la senal de control del circuito de control que, a su vez, limita un periodo mmimo. Para excluir el mal funcionamiento, puede limitarse el periodo de requerimiento maximo, aunque debe ser mayor que el periodo mmimo.

Si se recibe una senal de requerimiento correspondiente desde la unidad de monitorizacion del circuito de control asociado, y no se ha recibido ninguna senal de sincronizacion a traves de la lmea de sincronizacion, la unidad de sincronizacion correspondiente emite una senal de sincronizacion correspondiente a la lmea de sincronizacion. En este caso, puede tratarse, por ejemplo, de un uno logico que se aplica a la lmea de sincronizacion. La senal de sincronizacion se emite hasta que la unidad de monitorizacion cancele la senal de requerimiento. Al mismo tiempo a traves del circuito de control o por medio de una unidad de control, se desplaza el elemento de conmutacion correspondiente proporcionado para dicho proposito al estado conductor.

Los circuitos de control de los otros medios puentes o de sus unidades de sincronizacion, que generalmente no han recibido ninguna senal de requerimiento propia, reciben la senal de sincronizacion que se transmite a traves de la lmea de sincronizacion y la evaluan. Si esta evaluacion da como resultado, por ejemplo, como parte de una verificacion de plausibilidad que, sin embargo, es opcional, que se inicie un cortocircuito de fase, los circuitos de control de los otros medios puentes mueven el elemento de conmutacion provisto respectivamente para ello al estado conductor, en caso necesario, por medio de una unidad de control. En consecuencia, el inicio del cortocircuito de fase se sincroniza por medio de la senal de sincronizacion. El tiempo que transcurre en este caso se determina solamente despues de la duracion de la transmision de la senal de sincronizacion y si es necesario, del tiempo requerido para la verificacion de plausibilidad mencionada.

Ademas, se emite la senal de sincronizacion correspondiente, aunque ahora tambien a traves de los circuitos de control de los otros medios puentes o sus unidades de sincronizacion, por ejemplo, el uno logico mencionado y esto en este caso mientras los circuitos de control correspondientes de los otros medios puentes emitan la senal de requerimiento.

Por lo tanto, inmediatamente despues del intercambio de la senal de sincronizacion o inmediatamente despues del inicio del cortocircuito de fase, emiten todos los circuitos de control o sus unidades de sincronizacion una senal de sincronizacion correspondiente a la lmea de sincronizacion. Por ejemplo, existe un uno logico respectivo en los terminales de comunicacion de las unidades de sincronizacion de todos los circuitos de control en la lmea de sincronizacion.

En el caso mas simple, la senal de sincronizacion se emite hasta la expiracion del periodo de requerimiento maximo o incluso hasta que se reconozca que una tension de alimentacion de un condensador ya no es suficiente (vease arriba). Sin embargo, la invencion tambien puede proporcionar un valor umbral inferior de la tension que se aplica en los terminales de tension continua:

Si la tension de salida disminuye nuevamente a traves del cortocircuito de fase, se detecta en una realizacion particularmente ventajosa de la invencion, el circuito de control o la unidad de monitorizacion correspondiente con el valor umbral inferior efectivamente mas alto. Por lo tanto, se termina la emision de la senal de requerimiento explicada anteriormente a la unidad de sincronizacion asociada. Debido a esto finaliza esta unidad de sincronizacion tambien la emision de la senal de sincronizacion a la lmea de sincronizacion. Sin embargo, dado que los otros circuitos de control siguen emitiendo una senal de sincronizacion correspondiente a la lmea de sincronizacion, ya que aqrn el valor umbral inferior (efectivamente menor) no ha descendido todavfa, los primeros elementos de conmutacion de todos los medios puentes se mantienen en el estado conductor. En otras palabras, los elementos de conmutacion conectados en conduccion de todos los medios puentes siguen estando en estado conductor, siempre que al menos una de las unidades de control emita una senal de sincronizacion.

Solo cuando tambien la ultima unidad de monitorizacion, o sea la unidad de monitorizacion con el valor umbral inferior efectivamente mas bajo, ha detectado una disminucion por debajo del valor umbral inferior a traves de la tension de salida, ya no se aplica ninguna senal de sincronizacion en la lmea de sincronizacion. Solo entonces seran operados nuevamente los elementos de conmutacion conectados en conduccion bajo un funcionamiento normal del rectificador (es decir, bajo el control de la primera senal de control). Esto tiene lugar nuevamente hasta que una de las unidades de monitorizacion detecte un exceso del valor umbral superior, emita posteriormente la primera senal de control, etc.

A continuacion, se explican brevemente ventajas particulares de las medidas propuestas de acuerdo con la invencion.

El inicio sincronizado del cortocircuito de fase se realiza de acuerdo con la invencion sin la determinacion previa de un maestro de comunicacion y un correspondiente esclavo. Todos los circuitos de control o sus unidades de sincronizacion y por lo tanto todos los modulos rectificadores se pueden construir de manera identica. En funcion de las respectivas tolerancias, dicho circuito de control o dicha unidad de sincronizacion actua como maestro de comunicacion para la activacion del cortocircuito de fase o inicia la sincronizacion en la que la unidad de monitorizacion asociada presenta el valor umbral superior mas bajo. De este modo, se asegura que, en caso necesario, el cortocircuito de fase no se active demasiado tarde, debido a la tolerancia de un circuito de control individual o a una unidad de monitorizacion individual y, por lo tanto, no puede mantenerse una sobretension por debajo de un lfmite definido.

La cancelacion sincronizada del cortocircuito de fase es iniciada en la realizacion explicada anteriormente solo a traves de dicho circuito de control, cuya unidad de monitorizacion presenta el valor umbral inferior mas bajo. La unidad de sincronizacion asociada se convierte en este sentido en el maestro de sincronizacion para la cancelacion. Los otros circuitos de control que en este caso representan los esclavos, no deben cancelar independientemente el estado conductor permanente del elemento de conmutacion conectado en conduccion, incluso si el valor umbral inferior de la unidad de monitorizacion respectiva cae por debajo de un lfmite.

Mediante la evaluacion de la senal de sincronizacion aplicada sobre la lmea de sincronizacion, esta se puede hacer plausible, tal como se ha mencionado. Por ejemplo, puede preverse que una senal de sincronizacion correspondiente no sea aceptada siempre que la tension de salida no supere el valor umbral inferior en la unidad de monitorizacion asociada. De este modo, puede ocultarse una senal de sincronizacion defectuosa.

La evaluacion de la senal de sincronizacion que se aplica sobre la lmea de sincronizacion puede realizarse tambien en una forma por la cual, por ejemplo, se pueda detectar un error causado por un cortocircuito de la lmea de sincronizacion a tierra (o por el terminal de tension continua negativa) y se pueda reaccionar al mismo adecuadamente. Por ejemplo, se puede prever que cuando la senal de sincronizacion se aplica durante mas de un periodo predeterminado, por ejemplo 100 ms, en un rango de tension normal de la tension de salida, esta ya no sea aceptada en el circuito de control correspondiente que la detecta o en su unidad de sincronizacion durante al menos el ciclo de conduccion actual. De este modo se puede prevenir un cortocircuito de fase no deseado. En el caso de un deslastre de carga que tiene lugar posteriormente, cada circuito de control puede activar o desactivar todavfa individualmente el cortocircuito de fase como en el estado de la tecnica. Por lo tanto, los circuitos de control propuestos de acuerdo con la invencion no tienen ninguna desventaja, incluso en caso de error, en comparacion con circuitos de control conocidos.

En otros casos de error como, por ejemplo, en un cortocircuito de la lmea de sincronizacion contra un terminal de tension continua positiva del puente rectificador activo o una ruptura de la lmea de sincronizacion, cada circuito de control individual tambien puede actuar individualmente en caso de deslastre de carga e iniciar un cortocircuito de fase. Por lo tanto, los circuitos de control propuestos de acuerdo con la invencion no tienen ninguna desventaja incluso en dichos casos de error en comparacion con circuitos de control conocidos.

Puede proporcionarse igualmente una proteccion contra el sobrecalentamiento en caso de un cortocircuito de la lmea de sincronizacion contra un terminal de tension continua positiva del puente rectificador activo, como se explica a continuacion.

Los circuitos de control disenados de acuerdo con la invencion o los modulos con dichos circuitos de control se pueden instalar y utilizar tambien si no se proporciona ffsicamente ninguna lmea de sincronizacion.

Los circuitos de control explicados en detalle anteriormente con las unidades de sincronizacion, las unidades de monitorizacion y las unidades de control pueden agruparse junto con los elementos de conmutacion en un modulo conocido aqu como modulo rectificador. Como se ha explicado, estos presentan dos elementos de conmutacion unidos conectados entre sf mediante un circuito en serie entre dos terminales finales y una toma central entre los elementos de conmutacion. Los terminales finales de varios (segun el numero de fases generadoras de tres, cuatro, cinco, seis, etc.) modulos rectificadores en este caso se pueden conectar en serie entre sf y de esta manera formar juntos terminales de tension continua correspondientes de un puente rectificador activo construido a partir de estos modulos rectificadores. Las tomas centrales forman en consecuencia los respectivos terminales de tension alterna. Un dispositivo generador con un puente rectificador correspondiente construido, por ejemplo, a partir de los modulos rectificadores mencionados, tambien presenta un generador con un controlador de generador. El controlador del generador tiene el objetivo de mantener la tension del generador a velocidad variable y la carga del sistema electrico constante, ajustando la corriente de excitacion, por ejemplo, mediante modulacion de ancho de pulso, de acuerdo con una tension nominal del generador. Como valor real se utiliza la tension de salida mencionada repetidamente entre los terminales de tension continua del puente rectificador activo asociado. La tension nominal del generador puede proporcionarse en este caso como una funcion de la temperatura del aire de entrada o a traves de una interfaz. La razon de la especificacion dependiente de la temperatura de la tension nominal del generador se encuentra en las propiedades qmmicas de la batena. A traves de una especificacion variable de la tension nominal del generador puede mejorarse la carga de la batena a bajas temperaturas y al mismo tiempo se puede evitar una sobrecarga de la batena a altas temperaturas.

Si en caso de un deslastre de carga, como se ha explicado arriba, se provoca un cortocircuito de fase, este puede hacer que despues de la seleccion del umbral de desactivacion del cortocircuito de fase, el controlador del generador detecte una tension de salida que es inferior a la tension nominal del generador. Esto se reconoce en el controlador del generador como subtension. Para contrarrestar la subtension, el controlador del generador aumentara el campo inductor que a su vez provoca que el cortocircuito de fase no pueda ser cancelado, porque no se alcanzan los valores umbrales inferiores mencionados varias veces anteriormente. El generador no vuelve, por tanto, a la operacion normal del generador, dado que la funcion de proteccion contra deslastre de carga que se explico anteriormente funciona por la funcion del controlador del generador. De este modo, el generador puede danarse.

Un desarrollo ventajoso de la invencion preve por lo tanto ademas involucrar el controlador del generador en la sincronizacion explicada. Por lo tanto, en el caso del controlador de generador, una interfaz de sincronizacion puede estar provista de la lmea de sincronizacion comun descrita anteriormente de los circuitos de control de los medios puentes individuales del puente rectificador activo.

Si a traves de la interfaz de sincronizacion del controlador de generador se detecta una senal de sincronizacion que se aplica en la lmea de sincronizacion, y esta, en caso necesario, puede hacerse factible como se ha explicado anteriormente, puede desconectarse, por ejemplo, el suministro de tension del campo inductor del generador durante un periodo definido, de modo que la corriente de excitacion ceda. Incluso el propio generador se puede desconectar. El suministro de tension para el campo inductor durante un periodo definido puede comprender en este caso desconectar un controlador de generador correspondiente, desconectar la tension de alimentacion completa del controlador, regular la corriente de excitacion basada en una tension nominal del generador reducida y/o ajustar la corriente de excitacion a un valor predeterminado.

El periodo definido durante el que puede reducirse la corriente de excitacion puede coincidir en este caso con aquel durante el cual la senal de sincronizacion se aplica a la lmea de sincronizacion o fijarse un periodo predeterminado y centrarse en los periodos tfpicos que se necesitan para el equilibrio de un deslastre de carga.

Si en caso de deslastre de carga, el cortocircuito de fase se mantiene durante un tiempo mmimo determinado de, por ejemplo, 500 ms o hasta que ya no sea posible recargar el condensador de alimentacion (vease arriba), el campo inductor ya no podra alimentarse con energfa, lo que inherentemente hace que ceda el campo inductor y el generador finalmente se apague, incluso si el regulador detecta la subtension y activa la correspondiente etapa de final de campo.

Las caractensticas explicadas en el contexto de esta solicitud y las ventajas que pueden lograrse a traves de la misma se refieren al puente rectificador activo de acuerdo con la invencion, el dispositivo generador de acuerdo con la invencion, el sistema electrico de vehnculo motorizado de acuerdo con la invencion, el procedimiento operativo de acuerdo con la invencion y los medios de acuerdo con la invencion que estan configurados para la implementacion de este procedimiento operativo. Una unidad informatica de acuerdo con la invencion, por ejemplo, un dispositivo de control de un vehnculo de motor o un control rectificador esta configurada programatica y tecnicamente, en particular, para realizar el procedimiento de acuerdo con la invencion.

Resulta ventajosa ademas la implementacion del procedimiento en forma de programas informaticos, ya que es particularmente poco costosa, especialmente si un dispositivo de control ejecutivo puede utilizarse tambien para otras tareas y por lo tanto ya existe de por sh Los soportes de datos adecuados para proporcionar el programa informatico son, en particular, disquetes, discos duros, memorias flash, EEPROM, CD-ROM, DVD y similares. Tambien es posible descargar un programa a traves de redes informaticas (internet, intranet, etc.).

Otras ventajas y realizaciones de la invencion se derivan de la descripcion y de los dibujos adjuntos.

Se entiende que las caractensticas mencionadas anteriormente y las que se explicaran a continuacion pueden utilizarse no solo en la combinacion especificada, sino tambien en otras combinaciones o individualmente, sin apartarse del alcance de la presente invencion.

La invencion se basa en una realizacion ejemplar que se muestra esquematicamente en los dibujos y se describe con mas detalle a continuacion con referencia a los dibujos.

Breve descripcion de los dibujos

Las figuras 1A a 1C muestran dispositivos generadores con puentes rectificadores activos y su funcion en una representacion esquematica.

La figura 2 ilustra los efectos asimetricos en un puente rectificador activo de acuerdo con el estado de la tecnica. Las figuras 3A y 3B muestran unidades de control de acuerdo con el estado de la tecnica y de acuerdo con una realizacion de la invencion en una representacion esquematica.

La figura 4 muestra un circuito de plausibilidad de acuerdo con una realizacion de la invencion en una representacion esquematica.

En las figuras, los elementos identicos o correspondientes entre sf se indican con los mismos numeros de referencia. En caso de una explicacion repetida, esta se omite.

Realizacion o realizaciones de la invencion

Las figuras 1A a 1C muestran dispositivos generadores con puentes rectificadores activos y su funcion en una representacion esquematica. Los dispositivos generadores se designan, en general, con el numero 10. Cada uno comprende un puente rectificador activo 1 en este caso, por ejemplo, con cinco medios puentes U a Y. Los cinco medios puentes U a Y pueden disenarse cada uno como modulos rectificadores correspondientes, como se ilustra aqrn por razones de claridad, solo en relacion con el modulo rectificador 40 en la figura 1A (medio puente Y). Los dispositivos generadores 10 comprenden, ademas, a modo de ejemplo en este documento, el generador de cinco fases 2.

Los cinco medios puentes U a Y estan integrados cada uno entre dos terminales de tension continua B+ y B- del puente rectificador activo 1, donde cada medio puente U a Y presenta dos elementos de conmutacion controlables y conectados en serie entre los dos terminales de tension continua B+ y B-, que se indican aqrn con S1 a S10. Los elementos de conmutacion S1 a S10 se ilustran como interruptores con un diodo conectado en paralelo que, en realidad, sin embargo, por ejemplo, se forma como MOSFET. El diodo ilustra el llamado diodo cuerpo. Los MOSFET se comportan en sentido inverso si no son conducidos, como un diodo. Entre los elementos de conmutacion S1 a S10 se conecta en cada medio puente respectivamente un terminal de tension alterna u a y, donde cada uno de los terminales de tension alterna u a y corresponde a una fase generadora del generador 2. Los dos terminales de tension continua B+ y B- del puente rectificador activo 1 corresponden por ejemplo a una conexion por batena o de sistema electrico positiva y a una negativa, donde la batena o la conexion del sistema electrico negativa tambien puede conectarse a la tierra. Los elementos de conmutacion S1 a S10 estan integrados cada uno en una seccion superior H (lado alto) y en una seccion inferior L (lado bajo) de los respectivos medio puentes U a Y.

Los terminales de tension alterna u a y, si existe una conmutacion adecuada de los elementos de conmutacion S1 a S10, pueden unirse con uno de los dos terminales de tension continua B+ y B-, donde debe evitarse un control simultaneo de cada uno de los elementos de conmutacion de un medio puente U a Y en el modo de control, para impedir las llamadas rutas calientes entre los dos terminales de tension continua B+ y B-.

El generador 2 presenta un total de 21 conjuntos de estator designados, que en este caso estan formados en conexion en estrella, pero que pueden proporcionarse en otro conjunto. Los cinco devanados del conjunto de estator 21 (sin designacion) estan unidos a los terminales de tension alterna u a y.

El generador 2 comprende, ademas, un controlador de generador 22. El controlador de generador 22, como se ha explicado, esta disenado para ajustar una corriente de excitacion a traves de un devanado inductor 23. El controlador de generador 22 puede conectarse, por medio de las lmeas 221 y 222 con los dos terminales de tension continua B+ y B- y alimentarse a traves de los mismos. A traves de estas lmeas 221 y 222 y/o una lmea de medicion separada, el controlador de generador 22 puede detectar tambien una tension que se aplica entre los dos terminales de tension continua B+ y B-. Puede proporcionarse un elemento de conmutacion S22, a traves del cual el controlador de generador 22 puede separarse de los dos terminales de tension continua B+ y B- (o solo del terminal de tension continua positiva 22).

El interruptor S22 no se muestra en la figura con una lmea de control. Por ejemplo, es posible controlarlo, si es necesario, a traves de una logica adicional o, si se usa un control de tiempo, si es necesario, directamente desde una lmea de sincronizacion (vease abajo), cuando un potencial de tension empleado aqrn resulta adecuado.

Para controlar el puente rectificador activo 1, se puede proporcionar una unidad de control 3. Sin embargo, en un puente rectificador activo descentralizado 1 representado aqrn, circuitos de control individuales, indicados aqrn con 4U a 4Y, asumen al menos una parte de las tareas de conmutacion requeridas de cada uno de los medios puentes U a Y. Los elementos de conmutacion S1 a S10 pueden ser controlados en este caso respectivamente a traves de lmeas g representadas con puntos por medio de los circuitos de control individuales 4U a 4Y con una senal de control. Asf, por ejemplo, en el caso de deslastre de carga, puede tratarse de una senal de control, que activa en conduccion permanente todos los elementos de conmutacion S1 a S5 en la seccion superior H (lado alto) o todos los elementos de conmutacion S6 a S10 o en la seccion inferior L (lado bajo) de los respectivos medios puentes U a Y. Otra senal de control puede comprender por ejemplo un patron de control para una operacion rectificadora regular, que se proporciona a traves de la unidad de control 3.

Los elementos de conmutacion de cada medio puente U a Y (es decir, S1/S6, S2/S7, S3/S8, S4/S9 y S5/S10) son controlados en el modo de operacion rectificadora normal, de modo que una corriente que se aplica en uno de los terminales de tension alterna u a y es controlada respectivamente en cada uno de los cinco devanados del estator 21 del generador 2 alternadamente en relacion con uno de los dos terminales de tension continua B+ y B-. Regularmente, esto se hace de modo que cuando se aplica una media onda positiva en los terminales de tension alterna u a y, se controla la corriente respectiva hacia B+, y cuando se aplica una media onda negativa, la corriente se controla en cambio hacia B-. El ajuste de una tension de salida en B+ tambien puede realizarse a traves de una correspondiente sincronizacion.

Se puede detectar un deslastre de carga en una disposicion representada en la figura 1A sobre la base de una tension que se aplica en B+. Para ello, en el ejemplo representado, se configuran los circuitos de control individuales 4U a 4W, como tambien se ilustran a continuacion con referencia a las figuras 3A y 3B. Los circuitos de control individuales 4U a 4Y estan conectados en este caso a traves de lmeas no mostradas con al menos uno de los dos terminales de tension continua B+ y B- del puente rectificador activo 1. Si se supera un valor umbral superior definido de una tension de salida que se aplica entre los dos terminales de tension continua B+ y B- del puente rectificador activo 1, puede detectarse un deslastre de carga.

El control del puente rectificador activo 1 si se detecta un deslastre de carga puede realizarse de tal manera que los devanados de fase del generador 2, que estan conectados respectivamente a traves de uno de los terminales de tension alterna u a y con los medios puentes U a Y del puente rectificador activo 1, definidos temporalmente, sean cortocircuitados. Como resultado, la corriente suministrada al sistema electrico desciende a cero y la tension del sistema electrico cae debido a su propio consumo. Puede producirse un cortocircuito correspondiente a traves de un control simultaneo y por lo tanto la conmutacion conductiva de los elementos de conmutacion S1 a S5 por un lado o S6 a S10 por otro lado de una respectiva seccion rectificadora H o L. Si se resuelve el cortocircuito, aumenta nuevamente la tension. Este proceso puede ser utilizado para la regulacion de la tension de salida y/o para la reduccion de una sobretension del generador. Como se ha mencionado, esto se realiza, aunque de forma no fiable, mediante los circuitos de evaluacion individuales 4U a 4Y de acuerdo con el estado de la tecnica, como se muestra en la figura 1A. Esto se ilustra a continuacion con referencia a la figura 2. Se ilustra una solucion de acuerdo con las realizaciones de la invencion en las siguientes figuras 1B y 1C y con referencia a las figuras 3A y 3B.

En las figuras 1B y 1C se proporcionan disposiciones respectivas con un generador de cinco fases 2 y un puente rectificador activo 1 con cinco medios puentes como se muestra en la figura 1A y con sus correspondientes numeros de referencia.

En el ejemplo mostrado en la figura 1B, los circuitos de control 4U a 4Y comprenden cada uno una unidad de sincronizacion 41 que esta integrada en una lmea de sincronizacion comun 42 mediante un terminal de sincronizacion. Como se ha explicado y se ha descrito con referencia a las figuras 3A y 3B anteriormente, los circuitos de control 4U a 4Y pueden intercambiarse, por ejemplo, a traves de la aplicacion de una senal que coincide con un uno logico en la lmea de sincronizacion 42 o cancelando una senal correspondiente. A traves de otras conexiones no mostradas, las unidades de sincronizacion 41 tambien pueden conectarse, por ejemplo, a traves de un sistema de bus en serie, con una unidad de diagnostico de errores. Esto se muestra en especial en la figura 3B.

En el ejemplo representado en la figura 1C, el controlador de generador 22 tambien comprende una interfaz de comunicacion 223. Si como se ha mencionado, se detecta a traves de la interfaz de comunicacion 223 del controlador de generador 22 una senal de sincronizacion aplicada a la lmea de sincronizacion 42, y esto puede ser factible, si es necesario, como se ha explicado anteriormente, puede preverse que el controlador de generador desactive el suministro de tension de su campo inductor durante un tiempo mmimo determinado, de modo que este cede (por ejemplo, sobre un diodo de marcha libre). De manera alternativa, el controlador puede separarse completamente del suministro de tension, a traves de una logica adicional, que igualmente monitoriza la lmea de sincronizacion, a traves del elemento de conmutacion S22, de modo que el campo inductor cede y el controlador tampoco puede realizar el reajuste.

En la figura 2 se ilustran efectos asimetricos en un puente rectificador activo de acuerdo con el estado de la tecnica, cuyos medio puentes, como se ilustra con referencia a la figura 1A, comprenden circuitos de control individuales sin soluciones de acuerdo con la invencion. Con fines de claridad, la figura 2 se refiere a un puente rectificador activo trifasico, aplicandose igualmente las explicaciones, sin embargo, tambien a un puente rectificador activo de cinco fases, como se ilustra en las figuras 1A a 1C o un puente rectificador activo con otro numero de fases.

En la figura 2, se indican los valores umbrales (efectivos) superiores respectivos de los circuitos de control individuales de los medios puentes U a W de un rectificador correspondiente con 30U a 30W, y los valores umbrales (efectivos) inferiores se indican con 31U a 31W. Es obvio que el valor umbral superior e inferior del circuito de control del medio puente W, 30W y 31W, se encuentra por encima de los valores umbrales del circuito de control del medio puente V, 30V y 31V, que a su vez se encuentra por encima de los valores umbrales de los circuitos de control del medio puente U, 30U y 31U.

En un diagrama 300 hay una curva de tension 301, como figura por ejemplo en un terminal de tension continua de un puente rectificador activo de este tipo, que se aplica, por ejemplo, al terminal de tension continua B+, como valor de tension U en V en la ordenada en relacion con un tiempo t en s en la abscisa.

Entre los momentos t0 y tLD se produce en este caso una operacion regular, el valor de tension de la curva de tension 301 se encuentra en un rango habitual en el caso de una rectificacion y corresponde por ejemplo a una tension nominal de un sistema electrico, por ejemplo, 12 V. El puente rectificador activo correspondiente se encuentra, por lo tanto, en la operacion rectificadora regular. Para un momento tLD se produce un deslastre de carga, por ejemplo, mediante la desconexion de un consumidor en el sistema electrico. El valor de tension de la curva de tension 301 aumenta repentinamente.

En un punto 311, el valor de tension de la curva de tension 301 alcanza el valor umbral superior 30U del circuito de control del medio puente U. El elemento de conmutacion de este medio puente U, por ejemplo, el elemento de conmutacion de lado bajo provisto para este fin se conmuta, por lo tanto, en conduccion. De este modo, el aumento de tension disminuye, pero alcanza en el caso de un punto 312 el valor umbral superior 30V del circuito de control del medio puente V. Tambien el elemento de conmutacion de este medio puente V previsto para este fin se conmuta en conduccion. Debido a esto, el valor de tension de la curva de tension 301 disminuye. Por lo tanto, el valor umbral superior 30W del circuito de control del medio puente W, 30W ya no se alcanza, por lo que se mantiene el elemento de conmutacion correspondiente de este medio puente W en el control regular, por ejemplo, un control sincronico, que tambien se encuentra entre los momentos t0 y tLD.

En un punto 313, el valor de tension de la curva de tension 301 alcanza el valor umbral inferior 31W del circuito de control del medio puente W. Sin embargo, dado que anteriormente esta no ha iniciado ningun estado conductor del elemento de conmutacion correspondiente, no se origina en este caso ningun cambio.

Sin embargo, en un punto 314, el valor de tension de la curva de tension 301 alcanza el valor umbral inferior 31V del circuito de control del medio puente V. El circuito de control 4U del medio puente V cancela ahora el estado conductor permanente del elemento de conmutacion correspondiente y retorna al control regular, por ejemplo, a un control sincronizado que tiene lugar tambien entre los momentos t0 y tLD, de modo que solo el elemento de conmutacion controlado a traves del circuito de control del medio puente U siga estando en estado conductor permanente.

Pero como ahora solo este elemento de conmutacion se conmuta en conduccion permanente, aumenta nuevamente el valor de tension de la curva de tension 301. El elemento de conmutacion controlado a traves del circuito de control del medio puente U ya no puede, por lo tanto, someterse al control regular, porque el valor umbral inferior 31U ya no se alcanza. El elemento de conmutacion controlado a traves del circuito de control del medio puente U se carga, por lo tanto, de forma excesivamente fuerte.

En las figuras 3A y 3B se muestran parcialmente modulos rectificadores 40 propuestos para resolver este problema, como tambien pueden utilizarse para todos los medios puentes U a Y de un rectificador activo correspondiente 1, como se representa, por ejemplo, en las figuras 1A a 1C. No se muestran todos los componentes de un modulo rectificador correspondiente; por ejemplo, solo se muestra un elemento de conmutacion S6. La unidad de sincronizacion 41 se representa aqrn en cada caso con lmeas discontinuas. Esta integrada, como se ha mencionado, en la lmea de sincronizacion 42 a traves de un terminal de sincronizacion c.

Una unidad de monitorizacion respectivamente provista se indica con 43. Esta consiste en el ejemplo representado en tres entradas 431, donde la entrada que se muestra aqrn en el centro esta conectada con el terminal de tension continua positiva B+ del puente rectificador activo 1 y los terminales mostrados arriba y abajo configurados para la especificacion de los valores umbrales superiores e inferiores, por ejemplo, 30U y 31U (vease la figura 2). Si se proporciona en el terminal de tension continua positiva B+ del puente rectificador activo 1 una senal que supera el valor umbral superior 30U, se emite a traves de una salida 432 de la unidad de monitorizacion 432 una senal de requerimiento 43, por ejemplo, un uno logico, a una puerta OR 413 de la unidad de sincronizacion 41.

En la unidad de monitorizacion 43 o en su salida, se puede integrar un retardo de desconexion, es decir un bloque que, por ejemplo, activa inmediatamente un uno logico de la unidad de monitorizacion 43, y efectua una retransferencia hacia un cero logico, que sin embargo presenta desfase temporal.

La puerta OR 413 de la unidad de sincronizacion 41 emite una senal correspondiente desde una salida 441, por ejemplo, tambien un uno logico a un modulo de control 44, que esta configurada para controlar de forma permanente el elemento de conmutacion provisto en cada caso para este fin, por ejemplo, el elemento de conmutacion S6 en el medio puente U, siempre que se emita una senal correspondiente a traves de la salida 441 de la puerta OR 413 de la unidad de sincronizacion 41. Se entiende que pueden emitirse tambien otras senales a un elemento de conmutacion correspondiente S6 y el otro elemento de conmutacion respectivo en un medio puente correspondiente, en este caso el elemento de conmutacion S1 en el medio puente U, por ejemplo, una senal sincronizada que se proporciona a traves de una unidad de control 3 en la operacion rectificadora normal.

Si existe una senal en la conexion de tension continua positiva B+ del puente rectificador activo, que supera el valor umbral superior mencionado 30U, a traves de la salida 432 de la unidad de monitorizacion 43 se emite la senal de requerimiento, por ejemplo, el uno logico, al mismo tiempo que un circuito conductor 414 de la unidad de sincronizacion 41. El circuito conductor 414 de la unidad de sincronizacion 41 produce un cierre de un elemento de conmutacion S41, con lo cual una tension aplicada a traves de una resistencia adecuada R1, por ejemplo, del terminal de tension continua positiva B+ del puente rectificador activo, arrastrado a tierra y se emite de este modo una senal de sincronizacion correspondiente a la lmea de sincronizacion 42.

Si existe una senal en la conexion de tension continua positiva B+ del puente rectificador activo, que ya no supera el valor umbral superior mencionado 30U, donde la senal, sin embargo, ha superado anteriormente este valor umbral superior 30U, a traves de la salida 432 de la unidad de monitorizacion 43 se emite la senal de requerimiento, por ejemplo, el uno logico, hasta que la senal se situe por debajo del valor umbral inferior 31U en el terminal de tension continua positiva B+ del puente rectificador activo. Una vez realizado esto, no se emite mas la senal de requerimiento, por ejemplo, el uno logico, si es necesario, con desfase temporal, a traves de la salida 432 de la unidad de monitorizacion 43. En la salida 432 de la unidad de monitorizacion 43 se aplica ahora, por ejemplo, un cero logico. Por lo tanto, se abre ahora el elemento de conmutacion S41 mediante el circuito conductor 414.

Pero siempre que cualquier otra unidad de sincronizacion 41 (veanse los circuitos de control construidos identicamente 4U a 4Y en las figuras 1A a 1C) no haya cafdo por debajo de un lfmite del valor umbral inferior (veanse los valores umbrales correspondientes 31V y 31W en la figura 2), sigue existiendo una senal de sincronizacion en la lmea de sincronizacion 42 o en el terminal de sincronizacion c. Lo mismo se aplica cuando la unidad de monitorizacion 43 del circuito de control 4U por sf sola no ha detectado aun ningun exceso del valor umbral superior 30U de la senal aplicada en el terminal de tension continua B+ del puente rectificador activo, pero sf una unidad de monitorizacion de otro circuito de control 4V a 4Y.

La senal de sincronizacion aplicada a la lmea de sincronizacion 42 se recibe, por ejemplo, por medio de un circuito receptor 411. Una senal emitida por el circuito receptor 411 puede conducir a un circuito de verificacion de plausibilidad 412 que realiza una plausibilidad, como se ha explicado anteriormente. Si la plausibilidad en el circuito de verificacion de plausibilidad 412 da una plausibilidad positiva de la senal de sincronizacion que se aplica en la lmea de sincronizacion 42, se emite una senal correspondiente, por ejemplo, de nuevo en forma de un uno logico, a la puerta OR 413 y tambien induce de este modo el circuito de control 44 para la conmutacion en conduccion del correspondiente primer elemento de conmutacion, en este caso S6. Solo si ya no hay senal correspondiente en la lmea de sincronizacion 42 y a traves de la salida 432, se cancela la conmutacion del primer elemento de conmutacion, en este caso S6.

La realizacion mostrada en la figura 3B del circuito de control 40 se amplfa en relacion con la realizacion mostrada en la figura 3A. La realizacion mostrada en la figura 3B ofrece ventajas, porque a traves de la misma puede realizarse una monitorizacion de estructura simple y, por lo tanto, rentable a traves del uso de los equipos proporcionados destinados a la sincronizacion de acuerdo con la invencion. Esto permite detectar errores en los circuitos de control 4U a 4Y asociados a los medios puentes individuales U a Y. Un correspondiente dispositivo generador esta preparado por lo tanto para el diagnostico y cumple asf con los estrictos requisitos para el diagnostico a bordo (OBD) y consigue una mejora en la seguridad del sistema de acuerdo con la norma ISO 26262, emitiendo un mensaje de error a un sistema superior, por ejemplo, la unidad de control 3. Sin embargo, la modularidad o flexibilidad del puente rectificador activo se sigue manteniendo. Funciones adicionales tales como despertarse (wake up) y dormir (sleep) (funciones de ahorro de energfa) se pueden controlar de modo centralizado. En la realizacion del circuito de control 4U mostrada en la figura 3B, se proporciona, ademas, una interfaz en serie 417, por ejemplo, una interfaz LIN, para un sistema de bus correspondiente, al que se integra, por ejemplo, una unidad de diagnostico de errores 45. Ademas, se proporciona una puerta AND 418. La estructura del equipo y las conexiones del circuito de accionamiento 4U se mantienen, por lo demas, sin cambios.

El circuito de control 4U comprende un controlador de bus adecuado 415. La puerta AND 418 solo entonces puede emitir una senal al circuito conductor 414 cuando hay una senal emitida a traves del circuito de verificacion de plausibilidad 412 en su entrada. Esta senal indica que una tension aplicada en el terminal de tension positiva B+ es menor que un valor maximo, por ejemplo, en un sistema de 12 V es inferior a 16V.

Una senal correspondiente del controlador de bus 415, por lo tanto, se ignora cuando la tension aplicada en el terminal de tension positiva B+ es mayor que este valor maximo, por ejemplo, es de 16 V, de modo que la sincronizacion de los circuitos de control 4U a 4Y durante el deslastre de carga no se altera. Tambien los otros suscriptores del bus desconectan la comunicacion, si la tension es mayor que, por ejemplo, 16 V.

La lmea de sincronizacion 42, cuya senal tambien se suministra al controlador de bus 415, puede acoplarse a traves de este ultimo con una lmea de sincronizacion existente de un controlador de generador 22 y controlarse por un sistema superior, por ejemplo, un dispositivo de control del motor.

La unidad de diagnostico de errores 45 puede emitir o procesar un mensaje de error y enviarlo a traves del bus correspondiente al sistema maestro superior, de modo que el controlador de generador 22, si es necesario, pueda desconectarse para conseguir un estado seguro.

Cada controlador de bus 415 tiene tfpicamente tres entradas 416 por defecto para una codificacion de direccion. Al combinar las tres entradas, en cada una de las cuales se puede aplicar un uno logico o un cero logico, tienen lugar 8 posibles identificadores de participates para identificar participates individuales. Asf pueden crearse de manera uniforme unidades de control correspondientes 4U a 4Y y, sin embargo, enviar mensajes de error rastreables.

Dado que un protocolo de comunicacion de uso tfpico es tolerante a fallos, es posible una combinacion de la sincronizacion explicada y del sistema de bus correspondiente. Los rangos de funcionamiento de las dos funciones no se superponen por definicion. Incluso si ocurren espontaneamente fallos breves a partir de las funciones de proteccion de deslastre de carga, estos no conducen a un fallo en la comunicacion del bus. De manera alternativa, puede seleccionarse una estructura de comunicacion en la que se utiliza un modulo central para la comunicacion con el sistema superior y al mismo tiempo como maestro para las unidades de control 4U a 4^y. De este modo, se pueden eliminar otras avenas.

La figura 4 ilustra la funcion de un circuito de verificacion de plausibilidad de acuerdo con una realizacion de la invencion, por ejemplo, del circuito de verificacion de plausibilidad 412 de las figuras 3A y 3B.

Una senal V_BPF es en este caso una senal de tension filtrada de una tension aplicada en el terminal de tension continua positiva B+. RX representa una senal de un circuito receptor 411. Una senal de salida COM_PS se reenvfa a la puerta OR 413.

La senal Enable_1 se activa (1 logico), si V_BPF supera el valor umbral inferior 31U (indicado aqu con VLD_lower_Hyst). Esta funcion impide la solicitud no autorizada de un cortocircuito de fase desde la lmea de sincronizacion.

La senal Enable_2 se activa (1 logico), si V_BPF esta nuevamente por debajo del valor umbral inferior 31U (VLD_lower_Hyst), durando esto no mas que un tiempo definido (por ejemplo, 2 ms). Debido a esta funcion, los circuitos de control 4U a 4Y que actuan como esclavos no pueden desactivar de forma independiente el cortocircuito de fase, incluso si el valor umbral inferior en estos circuitos de control 4U a 4Y o en las unidades de monitorizacion asociadas 43 se situa por sf solo por debajo del lfmite.

La senal DIS se activa (logica 1) aunque la senal RX del circuito receptor 411 este activa, pero V_BPF se situa por debajo del valor umbral inferior 31U (VLD_lower_Hyst) y este estado ha durado mas que un tiempo definido (por ejemplo, 100 ms, tGND_short). De este modo, se detecta un cortocircuito a tierra de la lmea de sincronizacion y se prohfoe el cortocircuito de fase indeseado a traves del fallo de cortocircuito.

La senal COM_PS toma el mismo valor que la senal RX del circuito receptor 411, si la senal Enable_1 o la senal Enable_2 es activa (1 logico) y la senal DlS es pasiva (0 logico).

El circuito conductor 414 comprende ventajosamente no solo el conductor real para la conmutacion del elemento de conmutacion S41, sino tambien una funcion de proteccion. En caso de cortocircuito permanente de la lmea de sincronizacion 42 en el terminal de tension continua positiva B+, el circuito conductor 414 monitoriza el error a traves de un umbral de conmutacion adecuado y un cronometro. Tras la llegada de la senal para encender el elemento de conmutacion S41 se inicia el cronometro. Si la tension en la salida del elemento de conmutacion S41 esta por encima del umbral de conmutacion y ha expirado el tiempo definido para el cronometro, se detecta un estado correspondiente y el elemento de conmutacion S41 se desconecta nuevamente. Por ello, se evita una alta corriente permanente sobre el elemento de conmutacion S41 impidiendo asf tambien un sobrecalentamiento o un fallo del componente.

Otra ventaja de la invencion es el hecho de que los circuitos de control llevan a cabo sin impedimentos e individualmente al menos la accion protectora del deslastre de carga independiente, incluso si la lmea de sincronizacion es defectuosa. Por ejemplo, si se interrumpe una conexion entre dos circuitos de control 4U a 4Y, se sincronizan de este modo los grupos divididos individualmente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un modulo rectificador (40) para un puente rectificador activo (1) que comprende dos elementos de conmutacion (S1-S5, S6-S10) conectados en serie entre dos terminales finales, entre los cuales se forma una toma central, asf como un circuito de control (4U-4Y) que incluye una unidad de monitorizacion (43), una unidad de sincronizacion (41) y una unidad de control (44), en el que:

- la unidad de monitorizacion (43) esta configurada para detectar una tension de medicion y emitir una senal de requerimiento cuando la tension de medicion supera un valor umbral superior (30U-30W),

- la unidad de sincronizacion (41) esta configurada para emitir una senal de sincronizacion a un terminal de sincronizacion (c) siempre que la unidad de monitorizacion (43) emita la senal de requerimiento, y de lo contrario, para monitorizar el terminal de sincronizacion (c) en una senal de sincronizacion; y

- la unidad de control (44) esta configurada para cambiar uno de los dos elementos de conmutacion (S1-S5, S6-S10) en el estado conductor al menos en secciones durante un periodo de control, cuando la unidad de monitorizacion (43) emite la senal de requerimiento y/o cuando detecta la senal de sincronizacion y es reconocida opcionalmente como valida por la monitorizacion del terminal de sincronizacion (c), en el que el modulo rectificador (40) comprende al menos un condensador para alimentar el circuito de control (4U-4Y) y/o los elementos de conmutacion (S1-S5, S6-S10), en el que la unidad de control (44) esta configurada para cambiar uno de los dos elementos de conmutacion (S1-S5, S6-S10), conectados en conduccion a traves de la unidad de control (44), al estado no conductor hasta que una tension aplicada en al menos un condensador exceda nuevamente un valor predeterminado, si se determina durante el periodo de requerimiento que una tension aplicada al menos a un condensador cae por debajo de un valor predeterminado.

2. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la unidad de monitorizacion (43) esta configurada para terminar la emision de la senal de requerimiento lo antes posible tras la expiracion de un tiempo mmimo y/o a mas tardar despues de la expiracion de un periodo de requerimiento maximo.

3. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la unidad de monitorizacion (43) esta configurada para terminar la emision de la senal de requerimiento antes de la expiracion del periodo de requerimiento si se determina que una tension utilizada para cargar el al menos un condensador cae por debajo de un valor umbral.

4. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de monitorizacion (43) esta configurada para emitir la senal de requerimiento hasta que la tension de medicion caiga por debajo de un valor umbral inferior (31U-31W).

5. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la senal de sincronizacion solo se reconoce como valida si la tension de medicion supera al mismo tiempo el valor umbral inferior (31U - 31W).

6. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la senal de sincronizacion se reconoce como valida siempre que no exceda una duracion maxima predeterminada.

7. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito de control (4U-4Y) comprende una unidad de diagnostico de errores (45) que incluye una interfaz de comunicacion.

8. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que la interfaz de comunicacion esta disenada como una interfaz en serie, en el que el circuito de control (4U-4Y) comprende un controlador de bus (415) provisto de una codificacion de direccion.

9. Un modulo rectificador (40) de acuerdo con la reivindicacion 8, que esta configurado para desconectar la interfaz de comunicacion cuando la tension de medicion supera el valor umbral superior (30U-30W).

10. Un puente rectificador activo (1) que comprende una pluralidad de terminales de tension alterna (u-y), dos terminales de tension continua (B+, B-), asf como una pluralidad de medios puentes (U-Y) correspondientes a la pluralidad de terminales de tension alterna (u-y), en el que cada uno de los medios puentes esta formado por un modulo rectificador (40) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, cuyos elementos de conmutacion (S1-S10) estan integrados cada uno con sus terminales finales en serie entre los terminales de tension continua (B+, B-), y cuya toma central forma un terminal de tension alterna (u-y) del puente rectificador activo (1).

11. Un puente rectificador activo (1) de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que las unidades de monitorizacion (43) de los modulos rectificadores (40) estan configuradas para detectar una tension, que se aplica entre los dos terminales de tension continua (B+, B-) como tension de medicion.

12. Un puente rectificador activo (1) de acuerdo con la reivindicacion 10 u 11, en el que los terminales de sincronizacion (b) de las unidades de sincronizacion (41) en los modulos rectificadores (40) estan conectados entre sf a traves de una lmea de sincronizacion (42), de modo que siempre se aplica una senal de sincronizacion a los terminales de sincronizacion (b), cuando una senal de sincronizacion es emitida por al menos una de las unidades de sincronizacion (41).

13. Un dispositivo generador (10) que comprende un puente rectificador activo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12 y un generador (2) que incluye un controlador de generador (22), en el que el controlador de generador (22) se alimenta a traves de los terminales de tension continua (B+, B-).

14. Un dispositivo generador (10) de acuerdo con la reivindicacion 13, que comprende medios configurados para desconectar un suministro de tension de un campo inductor del generador (2) o el generador (2) al menos durante un periodo definido si se detecta una senal de sincronizacion en la lmea de sincronizacion y se reconoce opcionalmente como valida y/o si la tension de medicion supera el valor umbral superior (30U-30W).

15. Un sistema electrico de vehmulo motorizado que comprende al menos un dispositivo generador (10) de acuerdo con la reivindicacion 13 o 14.

16. Un procedimiento para operar un puente rectificador activo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, un dispositivo generador de acuerdo con la reivindicacion 13 o 14 y/o un sistema electrico de vehmulo motorizado (4) de acuerdo con la reivindicacion 15, comprendiendo el procedimiento la conexion conductiva entre sf de los terminales de tension alterna (u-y), siempre que se aplique una senal de sincronizacion a la lmea de sincronizacion (42) y se reconozca opcionalmente como valida.

17. Una unidad de control (3) para operar un puente rectificador activo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, un dispositivo generador de acuerdo con la reivindicacion 13 o 14 y/o un sistema electrico de vehmulo motorizado (4) de acuerdo con la reivindicacion 15 que esta configurada para la realizacion de un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 16.

18. Un programa informatico que induce una unidad informatica, en particular una unidad de control (3) de acuerdo con la reivindicacion 17, a llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 16 cuando se ejecuta desde la unidad informatica.