ES2887418T3 - Cargador electrónico para instalaciones de media tensión y su método de control - Google Patents

Cargador electrónico para instalaciones de media tensión y su método de control Download PDF

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Abstract

Un cargador electrónico (1) para instalaciones con tensiones superiores a 1 kV CA y 1,5 kV CC hasta algunas decenas de kV, que comprende: - terminales (21, 22) de entrada, que se pueden conectar eléctricamente a una fuente (50) de alimentación eléctrica; - terminales (23, 24) de salida, que se pueden conectar eléctricamente a una carga eléctrica (60) para ser cargada; - un convertidor (2) de CC/CC de tipo SEPIC que comprende: - una etapa (2A) de entrada conectada eléctricamente con dichos terminales de entrada y que comprende un inductor (11) de entrada, que está configurado para almacenar la energía eléctrica proporcionada por dicha fuente de alimentación, y un dispositivo (Q1) de conmutación, que está configurado para controlar un proceso de carga de dicho inductor de entrada; - una etapa (2B) de salida conectada eléctricamente con dichos terminales de salida y que comprende un inductor (12) de salida, que está acoplado magnéticamente con dicho inductor de entrada, un condensador (15) de salida, que está configurado para almacenar energía eléctrica para alimentar dicha carga capacitiva y un dispositivo (16) de bloqueo, que está configurado para impedir el flujo de una corriente de descarga desde dicho condensador de salida hacia dichos inductores de entrada y de salida; - un condensador (14) de acoplamiento, que está configurado para acoplar eléctricamente dicha etapa de entrada y dicha etapa de salida por medio de un acoplamiento capacitivo; - un primer sensor (31) configurado para proporcionar una primera señal (S1) de detección indicativa de una corriente (IL1) de carga que fluye a través de dicho inductor de entrada, cuando dicho dispositivo de conmutación está en estado ENCENDIDO; - un primer controlador (35) configurado para adquirir dicha primera señal (S1) de detección y una señal (SR) de referencia indicativa de un valor de referencia para dicha corriente (IL1) de carga y configurado para proporcionar una señal (DS) de accionamiento para controlar dicha dispositivo (Q1) de conmutación, estando configurado dicho primer controlador para poner dicho dispositivo de conmutación en estado ENCENDIDO en instantes (tON) de encendido predefinidos y para poner dicho dispositivo de conmutación en estado APAGADO en instantes (tOFF) de apagado, que se determinan por dicho controlador procesando la información proporcionada por dicha primera señal (S1) de detección y dicha señal (SR) de referencia.

Description

DESCRIPCIÓN
Cargador electróni
La presente invención se refiere a un cargador electróni
Para los propósitos de la presente invención, el término media tensión (MT) identifica tensiones superiores a 1 kV CA y 1,5 kV CC hasta algunas decenas de kV, p. ej., hasta 72 kV CA y 100 kV C c .
Las instalaciones de MT pueden comprender, por ejemplo, cuadros de distribución de MT, sistemas de suministro de energía de MT, aparatos de conmutación de MT (p. ej., disyuntores, interruptores, desconectadores, reconectadores, etc.) y similares.
Como es sabido, en muchas instalaciones de MT los bancos de condensadores o las baterías están adaptados para almacenar enormes cantidades de energía eléctrica (típicamente algunos miles de Julios).
Esto es particularmente cierto para los aparatos de conmutación de MT que comprenden un activador electromagnético. En estos dispositivos, la etapa de suministro de energía no está generalmente diseñada para recolectar la energía eléctrica necesaria para operar el activador directamente desde el suministro de energía disponible.
De hecho, tal elección implicaría inconvenientes relevantes en términos de tamaño, costes industriales y montaje de componentes, ya que el activador puede requerir altos picos de energía eléctrica durante el funcionamiento.
Por esta razón, la etapa de suministro de energía de un aparato de conmutación de MT generalmente comprende uno o más bancos de condensadores, que están adaptados para almacenar energía eléctrica para alimentar adecuadamente el activador incluso cuando se necesitan picos de energía eléctrica relativamente altos para su funcionamiento.
En las instalaciones de MT, normalmente se proporciona un cargador electrónico para cargar tales cargas capacitivas enormes extrayendo energía eléctrica de la fuente de alimentación disponible (p. ej., una línea eléctrica de MT).
Generalmente, un cargador electrónico tradicional comprende un convertidor de conmutación de CC/CC de tipo convertidor de retroceso o de tipo convertidor elevador.
Desafortunadamente, la experiencia ha demostrado que cargar tales cargas capacitivas enormes es un proceso difícil de gestionar.
La adopción de técnicas de carga lineal no es adecuada ya que el cargador electrónico debería diseñarse para proporcionar una tensión de CC más alta que la tensión de carga final deseada para los bancos de condensadores. Esto conllevaría importantes inconvenientes en términos de disipación de energía eléctrica.
Por otro lado, debido a su enorme tamaño, estas cargas capacitivas se comportan eléctricamente como cortocircuitos al inicio del proceso de carga y como circuitos abiertos, cuando el proceso de carga está casi completo y casi se alcanza la tensión de carga final.
Por lo tanto, idealmente, las técnicas de control de corriente deberían adoptarse en las primeras etapas del proceso de carga, mientras que las técnicas de control de tensión deberían adoptarse, cuando la tensión a lo largo de los bancos de condensadores está más cerca de la tensión de carga final deseada.
Los cargadores electrónicos tradicionales todavía no pueden proporcionar prestaciones de este tipo.
Además, muestran algunos inconvenientes adicionales.
Los cargadores electrónicos, que comprenden un convertidor de retroceso de CC/CC, generalmente muestran una alta disipación de energía eléctrica debido a que las corrientes de fuga (que se deben a la inductancia de fuga del transformador convertidor) están presentes cuando el interruptor del convertidor está en un estado APAGADO (estado de interdicción o corte).
Además, los cargadores electrónicos de este tipo generalmente ofrecen malos rendimientos en términos de regulación de la tensión de salida, ya que la relación de bobinado del transformador convertidor determina sustancialmente si el convertidor es del tipo elevador o reductor.
Además, estos cargadores electrónicos muestran altas tensiones reflejadas en el interruptor del convertidor, cuando este último cambia a un estado APAGADO. Tales tensiones reflejadas pueden provocar fallos de tensión en el interruptor del convertidor.
Los cargadores electrónicos, que comprenden un convertidor elevador de CC/CC, generalmente muestran ondas de alta corriente en la etapa de entrada. Estos fenómenos pueden conllevar elevadas emisiones electromagnéticas y acortamiento de la vida útil de los componentes electrónicos. A menudo es necesario disponer costosas configuraciones de circuitos para hacer frente a estos problemas.
El documento US2013/0119923 A1 describe un cargador que comprende un SEPIC para cargar condensadores de baja tensión con corriente constante.
El objetivo principal de la presente invención es proporcionar un cargador electróni
superar los inconvenientes de la técnica conocida.
Dentro de este objetivo, un propósito de la presente invención es proporcionar un cargador electrónico, que sea capaz de gestionar de manera eficiente el proceso de carga de una carga capacitiva de gran tamaño (p. ej., los bancos de condensadores de un aparato de conmutación).
Otro propósito de la presente invención es proporcionar un cargador electrónico que muestre una baja disipación de energía eléctrica con respecto a los cargadores electrónicos disponibles actualmente.
Otro propósito de la presente invención es proporcionar un cargador electrónico que muestre un alto rendimiento en términos de regulación de la tensión de salida.
Otro propósito de la presente invención es proporcionar un cargador electrónico, que sea relativamente simple y económico de fabricar a nivel industrial.
El objetivo y propósitos anteriores, así como otros propósitos que surgirán claramente de la siguiente descripción y de los dibujos adjuntos, se proporcionan según la invención mediante un cargador electróni
la siguiente reivindicación 1 y las reivindicaciones dependientes relacionadas.
En un aspecto adicional, la presente invención proporciona una instalación de MT, según la siguiente reivindicación 9. En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un aparato de conmutación de MT, según la siguiente reivindicación 10.
En otro aspecto más, la presente invención proporciona un método de control, según la siguiente reivindicación 11 y las reivindicaciones dependientes relacionadas.
Otras características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la descripción detallada de las realizaciones preferidas ilustradas solo a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:
Las figuras 1 -2 son diagramas de bloques que muestran esquemáticamente una realización del cargador electrónico según la invención;
Las figuras 3-5 son diagramas de bloques que muestran esquemáticamente el funcionamiento del cargador electrónico según la invención;
La figura 6 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente un método de control para hacer funcionar el cargador electrónico según la invención.
Con referencia a las figuras citadas, la presente invención se refiere a un cargador electrónico 1 para instalaciones de MT. El cargador electrónico 1 es particularmente adecuado para cargar cargas capacitivas enormes, por ejemplo, los bancos de condensadores de un aparato de conmutación de MT, tal como un disyuntor de MT, un interruptor, un desconectador, un reconectador y similares.
Sin embargo, el cargador electrónico 1 se puede utilizar para cargar cargas capacitivas en otras instalaciones de MT, tales como en cuadros de distribución de MT, sistemas de suministro de energía de MT y similares.
El cargador electrónico 1 comprende terminales 21-22 de entrada, que se pueden conectar eléctricamente a una fuente 50 de alimentación eléctrica.
Como ejemplo, la fuente 50 de alimentación puede ser una unidad de fuente de alimentación auxiliar de tipo conocido dispuesta para extraer energía eléctrica de una línea de distribución de energía.
Se pueden disponer de forma adecuada uno o más circuitos eléctricos y/o electrónicos de tipo conocido para acoplar eléctricamente la fuente 50 de alimentación a los terminales 21 -22 de entrada del cargador electrónico 1.
Como ejemplo, se puede disponer un circuito 51 de interfaz que incluye uno o más puentes de diodos y/o circuitos de filtrado para proporcionar una tensión de CC al cargador electrónico 1.
El cargador electrónico 1 comprende terminales 23-24 de salida, que se pueden conectar eléctricamente a una carga eléctrica 60 para ser cargada.
Preferiblemente, la carga 60 es una carga capacitiva, que puede estar configurada para almacenar niveles relativamente altos de energía eléctrica (p. ej., miles de Julios).
Como ejemplo, la carga capacitiva 60 puede estar formada por los bancos de condensadores de un aparato de conmutación de MT.
Se pueden disponer de forma adecuada uno o más circuitos eléctricos y/o electrónicos de tipo conocido para acoplar eléctricamente los terminales 23-24 de salida y la carga capacitiva 60.
Como ejemplo, se puede disponer de forma adecuada un circuito 61 de bloqueo que incluye uno o más diodos para impedir (en condiciones de funcionamiento dadas) el flujo de una corriente de descarga desde la carga capacitiva 60 hacia el cargador electrónico 1.
Los terminales de entrada del cargador electrónico 1 comprenden un primer terminal 21 de entrada, a una tensión dada, y un segundo terminal 22 de entrada, que preferiblemente está conectado a tierra.
De manera similar, los terminales de salida del cargador electrónico 1 comprenden un primer terminal 23 de salida, a una tensión dada, y un segundo terminal 24 de salida, que preferiblemente está conectado a tierra.
El cargador electrónico 1 recibe una tensión de entrada de CC VIN en los terminales 21 -22 de entrada y proporciona una tensión VOUT de salida de CC en los terminales 23-24 de salida.
El cargador electrónico 1 comprende un convertidor 2 de conmutación de CC/CC del tipo SEPIC (Convertidor de Inductor Primario de un Solo Extremo).
El convertidor 2 comprende una etapa 2A de entrada, que está conectada eléctricamente con los terminales 21 -22 de entrada.
La etapa 2A de entrada comprende un inductor 11 de entrada, que está adaptado para almacenar energía eléctrica proporcionada por la fuente 50 de alimentación.
Además, la etapa 2A de entrada comprende un dispositivo Q1 de conmutación, que está configurado para controlar el proceso de carga del inductor 11 de entrada, de modo que este último se carga, cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en un estado ENCENDIDO (estado de conducción), y está descargado, cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en un estado APAGADO (estado de interdicción o corte).
Preferiblemente, la etapa 2A de entrada comprende también un condensador 17 de entrada.
El convertidor 2 comprende una etapa 2B de salida, que está conectada eléctricamente con los terminales 23-24 de salida y comprende un inductor 12 de salida, que está acoplado magnéticamente con el inductor 11 de entrada.
Preferiblemente, los inductores 11, 12 de entrada y de salida están formados respectivamente por un primer y un segundo devanados enrollados en un mismo elemento de núcleo magnético.
La etapa 2B de salida comprende también un condensador 15 de salida, que está configurado para almacenar energía eléctrica para alimentar la carga capacitiva 60.
Preferiblemente, el condensador 15 de salida está adaptado para recibir energía eléctrica de los inductores 11-12 de entrada y de salida, cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en un estado APAGADO, y para proporcionar energía eléctrica a la carga capacitiva 60, cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en un estado ENCENDIDO.
La etapa 2B de salida comprende además un dispositivo 16 de bloqueo, que está configurado para impedir el flujo de una corriente de descarga desde el condensador 15 de salida hacia los inductores 11,12 de entrada y/o de salida, cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en un estado APAGADO.
El convertidor 2 comprende además un condensador 14 de acoplamiento, que está configurado para acoplar eléctricamente la etapa 2A de entrada y la etapa 2B de salida por medio de un acoplamiento capacitivo.
En una realización preferida de la invención, la etapa 2A de entrada tiene la configuración que se muestra en la figura 2. El inductor 11 de entrada está conectado eléctricamente en serie al primer terminal 21 de entrada. En particular, el inductor 11 de entrada tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente al primer terminal 21 de entrada, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente a un primer terminal del condensador 14 de acoplamiento.
El dispositivo Q1 de conmutación está conectado eléctricamente en paralelo con respecto a los terminales 21-22 de entrada.
En particular, el dispositivo Q1 de conmutación tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente al segundo terminal del inductor 11 de entrada y al primer terminal del condensador 14 de acoplamiento, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente al segundo terminal 22 de entrada.
El dispositivo Q1 de conmutación tiene también un terminal de control, que es adecuado para recibir una señal DS de accionamiento para controlar su funcionamiento.
Preferiblemente, el dispositivo Q1 de conmutación es un MOSFET de potencia de tipo n que tiene el terminal de drenaje, que está conectado eléctricamente al segundo terminal del inductor 11 de entrada y al primer terminal del condensador 14 de acoplamiento, y el terminal de fuente, que es conectado eléctricamente al segundo terminal 22 de entrada. El terminal de puerta del MOSFET Q1 forma el terminal de control adaptado para recibir la señal DS de accionamiento.
Preferiblemente, el condensador 17 de entrada tiene terminales conectados eléctricamente en paralelo a los terminales 21-22 de entrada.
En una realización preferida de la invención, la etapa 2B de salida tiene la configuración que se muestra en la figura 2. El dispositivo 16 de bloqueo es preferiblemente un diodo de bloqueo (preferiblemente de tipo Schottky) que tiene un primer terminal (terminal de ánodo), que está conectado eléctricamente a un segundo terminal del condensador 14 de acoplamiento, y un segundo terminal (terminal de cátodo), que está eléctricamente conectado a un primer terminal 23 de salida.
El inductor 12 de salida tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente al primer terminal del diodo 16 de bloqueo y al segundo terminal del condensador 14 de acoplamiento, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente al segundo terminal 24 de salida.
El condensador 15 de salida tiene terminales conectados eléctricamente en paralelo a los terminales 23-24 de salida. El condensador 14 de acoplamiento tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente con el segundo terminal del inductor 11 de entrada y con el primer terminal del dispositivo Q1 de conmutación, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente al primer terminal del inductor 12 de salida y al primer terminal del diodo 16 de bloqueo.
El funcionamiento del convertidor 2 se describe brevemente con referencia a las figuras 3-4.
Cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en estado ENCENDEIDO, el convertidor 2 muestra la configuración de circuito equivalente de la figura 3.
Ambos inductores 11, 12 están desacoplados eléctricamente del condensador 15 de salida.
El inductor 11 de entrada se carga con la energía proporcionada por la fuente 50 de alimentación.
Como la fuente 50 de alimentación proporciona una tensión de entrada VIN, fluye una corriente IL1 de carga que arroja el inductor 11 de entrada. Dado que la tensión de entrada VIN es una tensión de CC, la corriente IL1 aumenta progresivamente con una tendencia sustancialmente lineal (figura 5).
El inductor 12 de salida se carga con la energía almacenada por el condensador 14 de acoplamiento.
El condensador 15 de salida proporciona energía a la carga conductora 60 y la tensión VOUT de salida disminuye progresivamente (figura 5).
Cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en un estado APAGADO, el convertidor 2 muestra la configuración de circuito equivalente de la figura 4.
Ambos inductores 11, 12 están ahora acoplados eléctricamente al condensador 15 de salida.
El inductor 11 de entrada proporciona energía eléctrica al condensador C1 de acoplamiento y al condensador COUT de salida.
También, el inductor 12 de salida proporciona energía al condensador COUT de salida.
Este último recibe una corriente IC de carga que se debe a las corrientes proporcionadas por los inductores 11, 12. El condensador 15 de salida se carga y la tensión VOUT de salida aumenta progresivamente.
Según la invención, el cargador electrónico 1 comprende un primer sensor 31 configurado para proporcionar una primera señal S1 de detección indicativa de la corriente IL1 de carga, que fluye a través del inductor 11 de entrada para cargarlo cuando el dispositivo Q1 de conmutación está en un estado ENCENDIDO.
El primer sensor 31 puede ser de tipo conocido, por ejemplo, una resistencia en derivación.
Preferiblemente, el cargador electrónico 1 comprende un segundo sensor 32 configurado para proporcionar una segunda señal S2 de detección indicativa de la tensión VOUT de salida en los terminales 23-24 de salida. El segundo sensor 32 puede ser de tipo conocido, por ejemplo, un divisor de tensión resistivo.
Preferiblemente, el cargador electrónico 1 comprende un tercer sensor 33 configurado para proporcionar una tercera señal 53 de detección indicativa de la tensión VIN de entrada en los terminales 21 -22 de entrada. El tercer sensor 33 puede ser de tipo conocido, por ejemplo, un divisor de tensión resistivo.
Preferiblemente, el cargador electrónico 1 comprende un cuarto sensor 34 configurado para proporcionar una cuarta señal 54 de detección indicativa de la temperatura de funcionamiento del cargador electrónico 1. El sensor 34 de temperatura puede ser de tipo conocido, por ejemplo, un termopar.
Según la invención, el cargador electrónico 1 comprende un primer controlador 35.
El primer controlador 35 puede comprender un dispositivo de procesamiento digital (tal como un microprocesador), que es capaz de almacenar y ejecutar instrucciones de software adecuadas, p. ej., para fines de procesamiento de señales y/o fines de control.
El primer controlador 35 está acoplado operativamente al primer sensor 31 y al dispositivo Q1 de conmutación.
Por tanto, el primer controlador 35 está adaptado para recibir la primera señal S1 de detección.
El primer controlador 35 también está adaptado para recibir una señal SR de referencia, que es indicativa de un valor de referencia para la corriente IL1 de carga.
El primer controlador 35 está configurado para proporcionar la señal DS de accionamiento para controlar el funcionamiento del dispositivo Q1 de conmutación sobre la base de la información proporcionada por la señal S1 de detección y la señal SR de referencia.
La señal DS de accionamiento (preferiblemente de tipo pulsado) está configurada de tal manera que el dispositivo Q1 de conmutación pasa del estado APAGADO al estado ENCENDIDO en instantes tON de encendido dados y pasa del estado ENCENDIDO al estado APAGADO en instantes tOFF de apagado dados.
Según la invención, la señal DS de accionamiento está configurada de modo que el dispositivo Q1 de conmutación se enciende en los instantes tON de ENCENDIDO predefinidos y se apaga en los instantes tOFF de APAGADO, que se determinan procesando el información proporcionada por la primera señal S1 de detección y la señal SR de referencia. En otras palabras, según la invención, el controlador 35 está configurado para poner el dispositivo Q1 de conmutación en un estado ENCENDIDO en instantes (tON) de encendido predefinidos y para poner el dispositivo de conmutación en un estado APAGADO en los instantes (tOFF) de apagado, que se determinan sobre la base de la información proporcionada por la primera señal S1 de detección y la señal SR de referencia.
Los instantes de encendido tON pueden ser determinados por el controlador 31 sobre la base de ajustes predefinidos. Preferiblemente, los instantes tON de encendido son instantes que tienen una frecuencia predefinida F = 1/T, donde T es el período de tiempo predefinido entre dos instantes de encendido siguientes.
Para determinar los instantes tOFF de apagado, el controlador 35 puede adoptar diferentes lógicas de control.
Preferiblemente, el controlador 35 determina los instantes tOFF de apagado comparando los valores de la corriente IL1 de carga, que son proporcionados por la señal S1 de detección, con un valor IREF de referencia, que es proporcionado por la señal SR de referencia.
Preferiblemente, el controlador 35 determina los instantes tOFF de desconexión como los instantes en los que, durante el proceso de carga del inductor 11 de entrada (es decir, cuando el dispositivo Q1 de conmutación se pone en un estado ENCENDIDO), la corriente IL1 de carga detectada es igual a, o supera el valor IREF de referencia (figura 5).
En general, el primer controlador 35 y el primer sensor 31 forman un primer bucle 301 de control para controlar el proceso de carga/descarga del inductor 11 de entrada apagando el dispositivo Q1 de conmutación en instantes de apagado seleccionados que se determinan sobre la base de la corriente IL1 de carga que fluye a través del inductor 11 de entrada. Como se muestra en la figura 5, el primer bucle 301 de control adopta preferiblemente una técnica de modulación PWM para proporcionar la señal DS de accionamiento para controlar la conmutación del dispositivo Q1 de conmutación.
Según una realización preferida de la invención, el cargador electrónico 1 comprende un segundo controlador 36.
El segundo controlador 36 puede comprender un dispositivo de procesamiento digital (tal como un microprocesador), que es capaz de almacenar la ejecución de instrucciones de software adecuadas, p. ej., para fines de procesamiento de señales o fines de control.
El segundo controlador 36 está configurado ventajosamente para proporcionar la señal SR de referencia al primer controlador 35.
En particular, el segundo controlador 36 está configurado para recibir la segunda señal S2 de detección y procesar la información proporcionada por la segunda señal S2 de detección para proporcionar la señal SR de referencia.
El segundo controlador 36 y el segundo sensor 32 forman un segundo bucle 302 de control, que coopera con el primer bucle de control formado por el primer controlador 35 y el primer sensor 31, para controlar la tensión VOUT de salida proporcionada en los terminales 23-24 de salida.
En particular, el segundo bucle 302 de control está configurado para establecer la señal SR de referencia en función de la tensión VOUT de salida.
De este modo, el proceso de carga/descarga del inductor 11 de entrada es controlado apropiadamente por el primer bucle 301 de control para obtener un nivel V0 tensión dado para la tensión VOUT de salida (una parte de una ondulación de tensión derivada de la modulación PWM de la corriente IL1 de carga en el inductor 11).
Preferiblemente, el segundo bucle 302 de control puede estar configurado para establecer la señal SR de referencia sobre la base de diferentes cantidades físicas en el cargador electrónico 1.
Preferiblemente, el segundo bucle 302 de control comprende el tercer sensor 33 y el segundo controlador 36 está configurado para recibir la tercera señal S3 de detección, que es proporcionada por el tercer sensor 33, y procesar la información proporcionada por la tercera señal S3 de detección para proporcionar la señal SR de referencia.
De este modo, la señal SR de referencia (establecida por el segundo bucle 302 de control) resulta también en función de la tensión VIN de salida.
Por lo tanto, el cargador electrónico 1 puede adoptarse para un intervalo más amplio de tensiones VIN de entrada, proporcionando así un rendimiento sobresaliente en términos de flexibilidad de uso, ya que la respuesta del primer y segundo bucles 301,302 de control puede variar según la tensión VIN de entrada.
Preferiblemente, el segundo bucle 302 de control comprende el cuarto sensor 34 y el segundo controlador 36 está configurado para recibir la cuarta señal S4 de detección, que es proporcionada por el cuarto sensor 34, y procesar la información proporcionada por la cuarta señal S4 de detección para proporcionar la señal SR de referencia.
De este modo, la señal SR de referencia (establecida por el segundo bucle 302 de control) resulta también en función de la temperatura de funcionamiento del cargador electrónico 1.
Esto puede traer ventajas relevantes para reducir las tensiones térmicas en los componentes electrónicos.
En un aspecto adicional, la presente invención se refiere a un método 100 de control para el cargador electrónico 1, que está estructurado como se ha ilustrado anteriormente.
El método 100 de control comprende un primer procedimiento 101 de control, que se lleva a cabo mediante el primer bucle 301 de control. El procedimiento 101 de control comprende:
- la etapa 102 de adquirir la primera señal S1 de detección del primer sensor 31;
- la etapa 103 de adquirir la señal SR de referencia;
- la etapa 104 de proporcionar la señal DS de accionamiento para controlar el dispositivo Q1 de conmutación. La señal DS de accionamiento está configurada para que el dispositivo Q1 de conmutación se ponga en un estado ENCENDIDO en los instantes (tON) de encendido predefinidos y se ponga en un estado APAGADO en los instantes (tOFF) de apagado, que se determinan procesando la información proporcionada por la señal S1 de detección y la señal SR de referencia.
Preferiblemente, los instantes (tON) de encendido tienen una frecuencia predefinida.
Preferiblemente, el procedimiento 101 de control comprende la etapa 105 de determinar los instantes tOFF de desconexión comparando el valor de la corriente IL1 de carga, que son proporcionados por la señal S1 de detección, con un valor IREF de referencia, que es proporcionado por la señal SR de referencia.
Preferiblemente, los instantes tOFF de apagado se determinan como los instantes en los que, durante el proceso de carga del inductor 11 de entrada (es decir, cuando el dispositivo Q1 de conmutación se pone en estado ENCENDIDO), la corriente IL1 de carga detectada supera el valor IREF de referencia.
Preferiblemente, el método 100 de control comprende un segundo procedimiento 202 de control, que es llevado a cabo por el segundo bucle 302 de control al mismo tiempo que el primer procedimiento de control ejecutado por el primer bucle 301 de control. El procedimiento 202 de control comprende:
- la etapa 112 de adquirir la segunda señal S2 de detección del segundo sensor 32;
- la etapa 113 de procesar la información proporcionada por dicha segunda señal S2 de detección para proporcionar la señal SR de referencia.
Preferiblemente, el procedimiento 202 de control comprende:
- la etapa 114 de adquirir la tercera señal S3 de detección del tercer sensor 33;
- la etapa 115 de procesar la información proporcionada por la señal S3 de detección para proporcionar la señal SR de referencia.
Preferiblemente, el procedimiento 202 de control comprende:
- la etapa 116 de adquirir la cuarta señal S4 de detección del cuarto sensor 34;
- la etapa 117 de procesar la información proporcionada por la señal S3 de detección para proporcionar la señal SR de referencia.
Preferiblemente, el primer y segundo controladores 35, 36 comprenden dispositivos de procesamiento digital (tales como un microprocesador) capaces de almacenar la ejecución de instrucciones de software adecuadas, p. ej., para llevar a cabo las etapas del método 100 de control descrito anteriormente.
El cargador electrónico 1 de la invención proporciona ventajas relevantes.
La adopción de un convertidor de conmutación de CC/CC con una configuración de tipo SEPIC permite reducir las pérdidas por disipación.
La adopción de inductores acoplados 11, 12 de entrada y salida permite reducir la huella total de la fuente de alimentación y reducir las tensiones eléctricas en el condensador 14 de acoplamiento.
El primer y segundo bucles 301,302 de control permiten gestionar eficazmente el proceso de carga de la carga capacitiva 60.
En las primeras etapas del proceso de carga, cuando la carga capacitiva 60 se comporta como un cortocircuito, el primer y segundo bucles 301,302 de control proporcionan un control de corriente efectivo limitando así los picos de corriente que fluyen a través de los inductores 11, 12.
Cuando el proceso de carga está casi completo y cuando la carga capacitiva 60 se comporta como un circuito abierto, proporciona una regulación suave de la tensión de salida.
El cargador electrónico 1 se caracteriza por un alto rendimiento en términos de flexibilidad de uso.
El cargador electrónico 1 se puede fabricar fácilmente a nivel industrial a costes competitivos.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un cargador electrónico (1) para instalaciones con tensiones superiores a 1 kV CA y 1,5 kV CC hasta algunas decenas de kV, que comprende:
- terminales (21,22) de entrada, que se pueden conectar eléctricamente a una fuente (50) de alimentación eléctrica;
- terminales (23, 24) de salida, que se pueden conectar eléctricamente a una carga eléctrica (60) para ser cargada;
- un convertidor (2) de CC/CC de tipo SEPIC que comprende:
- una etapa (2A) de entrada conectada eléctricamente con dichos terminales de entrada y que comprende un inductor (11) de entrada, que está configurado para almacenar la energía eléctrica proporcionada por dicha fuente de alimentación, y un dispositivo (Q1) de conmutación, que está configurado para controlar un proceso de carga de dicho inductor de entrada;
- una etapa (2B) de salida conectada eléctricamente con dichos terminales de salida y que comprende un inductor (12) de salida, que está acoplado magnéticamente con dicho inductor de entrada, un condensador (15) de salida, que está configurado para almacenar energía eléctrica para alimentar dicha carga capacitiva y un dispositivo (16) de bloqueo, que está configurado para impedir el flujo de una corriente de descarga desde dicho condensador de salida hacia dichos inductores de entrada y de salida;
- un condensador (14) de acoplamiento, que está configurado para acoplar eléctricamente dicha etapa de entrada y dicha etapa de salida por medio de un acoplamiento capacitivo;
- un primer sensor (31) configurado para proporcionar una primera señal (S1) de detección indicativa de una corriente (IL1) de carga que fluye a través de dicho inductor de entrada, cuando dicho dispositivo de conmutación está en estado ENCENDIDO;
- un primer controlador (35) configurado para adquirir dicha primera señal (S1) de detección y una señal (SR) de referencia indicativa de un valor de referencia para dicha corriente (IL1) de carga y configurado para proporcionar una señal (DS) de accionamiento para controlar dicha dispositivo (Q1) de conmutación, estando configurado dicho primer controlador para poner dicho dispositivo de conmutación en estado ENCENDIDO en instantes (tON) de encendido predefinidos y para poner dicho dispositivo de conmutación en estado APAGADO en instantes (tOFF) de apagado, que se determinan por dicho controlador procesando la información proporcionada por dicha primera señal (S1) de detección y dicha señal (SR) de referencia.
2. El cargador electrónico, según la reivindicación 1, en el que dichos instantes (tON) de encendido tienen una frecuencia predefinida.
3. El cargador electrónico, según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que comprende un segundo controlador (36) configurado para proporcionar dicha señal (SR) de referencia a dicho primer controlador (35).
4. El cargador electrónico, según la reivindicación 3, en el que comprende un segundo sensor (32) configurado para proporcionar una segunda señal (S2) de detección indicativa de una tensión (VOUT) de salida en dichos terminales (23, 24) de salida, estando configurado dicho segundo controlador para adquirir dicha segunda señal (S2) de detección y procesar la información proporcionada por dicha segunda señal (S2) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia.
5. El cargador electrónico, según la reivindicación 4, en el que comprende un tercer sensor (33) configurado para proporcionar una tercera señal (S3) de detección indicativa de una tensión (VIN) de entrada en dichos terminales (21,22) de entrada, estando configurado dicho segundo controlador para adquirir dicha tercera señal (S3) de detección y procesar la información proporcionada por dicha tercera señal (S3) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia.
6. El cargador electrónico, según las reivindicaciones 4 o 5, en el que comprende un cuarto sensor (34) configurado para proporcionar una cuarta señal (S4) de detección indicativa de una temperatura de funcionamiento de dicho cargador electrónico, estando configurado dicho segundo controlador para adquirir dicha cuarta señal (S4) de detección y procesar la información proporcionada por dicha cuarta señal (S4) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia.
7. El cargador electrónico (1), según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que:
- dicho inductor (11) de entrada tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente a un primer terminal (21) de entrada, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente a un primer terminal de dicho condensador (14) de acoplamiento;
- dicho dispositivo (Q1) de conmutación tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente al segundo terminal de dicho inductor (11) de entrada y al primer terminal de dicho condensador (14) de acoplamiento, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente a un segundo terminal (22) de entrada.
8. El cargador electrónico (1), según la reivindicación 7, en el que:
- dicho dispositivo (16) de bloqueo es un diodo de bloqueo que tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente a un segundo terminal de dicho condensador (14) de acoplamiento, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente a un primer terminal (23) de salida;
- dicho inductor (12) de salida tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente al primer terminal de dicho diodo (16) de bloqueo y al segundo terminal de dicho condensador (14) de acoplamiento, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente a un segundo terminal (24) de salida;
- dicho condensador (15) de salida tiene un primer terminal, que está conectado eléctricamente a dicho primer terminal (23) de salida, y un segundo terminal, que está conectado eléctricamente a dicho segundo terminal (24) de salida.
9. Una instalación con tensiones superiores a 1 kV CA y 1,5 kV CC hasta algunas decenas de kV que comprende el cargador electrónico (1), según una o más de las reivindicaciones anteriores.
10. Aparato de conmutación con tensiones superiores a 1 kV CA y 1,5 kV CC hasta algunas decenas de kV que comprende el cargador electrónico (1), según una o más de las reivindicaciones 1 a 8.
11. Un método de control de un cargador electrónico (1) para instalaciones con tensiones superiores a 1 kV CA y 1,5 kV CC hasta algunas decenas de kV, comprendiendo el cargador electrónico:
- terminales (21,22) de entrada, que se pueden conectar eléctricamente a una fuente (50) de alimentación eléctrica;
- terminales (23, 24) de salida, que se pueden conectar eléctricamente a una carga eléctrica (60) para ser cargada;
- un convertidor (2) de CC/CC de tipo SEPIC que comprende:
- una etapa (2A) de entrada conectada eléctricamente con dichos terminales de entrada y que comprende un inductor (11) de entrada, que está configurado para almacenar energía eléctrica proporcionada por dicha fuente de alimentación, y un dispositivo (Q1) de conmutación, que está configurado para controlar un proceso de carga de dicho inductor de entrada;
- una etapa (2B) de salida conectada eléctricamente con dichos terminales de salida y que comprende un inductor (12) de salida, que está acoplado magnéticamente con dicho inductor de entrada, un condensador (15) de salida, que está configurado para almacenar energía eléctrica para alimentar dicha carga capacitiva y un dispositivo (16) de bloqueo, que está configurado para impedir el flujo de una corriente de descarga desde dicho condensador de salida hacia dichos inductores de entrada y de salida;
- un condensador (14) de acoplamiento, que está configurado para acoplar eléctricamente dicha etapa de entrada y dicha etapa de salida por medio de un acoplamiento capacitivo;
- un primer sensor (31) configurado para proporcionar una primera señal (S1) de detección indicativa de una corriente (IL1) de carga que fluye a través de dicho inductor de entrada, cuando dicho dispositivo de conmutación está en un estado ENCENDIDO, y
- un primer controlador (35) configurado para adquirir dicha primera señal (S1) de detección y una señal (SR) de referencia indicativa de un valor de referencia para dicha corriente (IL1) de carga y configurado para proporcionar una señal (DS) de accionamiento para controlar dicho dispositivo (Q1) de conmutación, estando configurado dicho primer controlador para poner dicho dispositivo de conmutación en estado ENCENDIDO en instantes (tON) de encendido predefinidos y para poner dicho dispositivo de conmutación en estado APAGADO en instantes (tOFF) de apagado, que se determinan por dicho controlador procesando la información proporcionada por dicha primera señal (S1) de detección y dicha señal (SR) de referencia,
en el que el método comprende las siguientes etapas:
- adquirir la primera señal (S1) de detección indicativa de la corriente (IL1) de carga, que fluye a través de dicho inductor (11) de entrada para cargar dicho inductor de entrada, cuando dicho dispositivo de conmutación está en un estado ENCENDIDO;
- adquirir la señal (SR) de referencia indicativa del valor de referencia para dicha corriente (IL1) de carga;
- proporcionar la señal (DS) de accionamiento para controlar dicho dispositivo (Q1) de conmutación, estando configurada dicha señal de accionamiento de modo que dicho dispositivo de conmutación se ponga en estado ENCENDIDO en instantes (tON) de encendido predefinidos y se ponga en estado APAGADO en instantes (tOFF) de apagado, que se determinan procesando la información proporcionada por dicha primera señal (S1) de detección y dicha señal (SR) de referencia.
12. El método de control, según la reivindicación 11, en el que dichos instantes (tON) de encendido tienen una frecuencia predefinida.
13. El método de control, según una o más de las reivindicaciones 11 a 12, en el que el cargador electrónico comprende además un segundo controlador (36) configurado para proporcionar dicha señal (SR) de referencia a dicho primer controlador (35) y un segundo sensor (32) configurado para proporcionar una segunda señal (S2) de detección indicativa de una tensión (VOUT) de salida en dichos terminales (23, 24) de salida, estando dicho segundo controlador configurado para adquirir dicha segunda señal (S2) de detección y procesar la información proporcionada por dicha segunda señal (S2) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia, y el método comprende además las siguientes etapas:
- adquirir la segunda señal (S2) de detección indicativa de la tensión (VOUT) de salida en dichos terminales (21, 22) de salida;
- procesar la información proporcionada por dicha segunda señal (S2) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia.
14. El método de control, según la reivindicación 13, en el que el cargador electrónico comprende además un tercer sensor (33) configurado para proporcionar una tercera señal (S3) de detección indicativa de una tensión (VIN) de entrada en dichos terminales (21, 22) de entrada, estando configurado dicho segundo controlador para adquirir dicha tercera señal (S3) de detección y procesar la información proporcionada por dicha tercera señal (S3) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia, y el método comprende además las siguientes etapas:
- adquirir la tercera señal (S3) de detección indicativa de la tensión (VIN) de entrada en dichos terminales (21, 22) de entrada;
- procesar la información proporcionada por dicha tercera señal (S3) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia.
15. El método de control, según la reivindicación 13 o 14, en el que el cargador electrónico comprende además un cuarto sensor (34) configurado para proporcionar una cuarta señal (S4) de detección indicativa de una temperatura de funcionamiento de dicho cargador electrónico, estando configurado dicho segundo controlador para adquirir dicha cuarta señal (S4) de detección y procesar la información proporcionada por dicha cuarta señal (S4) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia, y el método comprende además las siguientes etapas:
- adquirir la cuarta señal (S4) de detección indicativa de la temperatura de funcionamiento de dicho cargador electrónico;
- procesar la información proporcionada por dicha cuarta señal (S4) de detección para proporcionar dicha señal (SR) de referencia.
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