ES2887779A1 - Generador electronico de potencia de onda variable - Google Patents
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Abstract
Generador electrónico de potencia de onda variable. La presente invención se refiere a un generador de onda multinivel, configurado con una pluralidad de módulos (1) convertidores que comprenden: una etapa de alimentación que comprende un convertidor DC-DC (2) con tensión de bus V1,2...,N; un condensador (3) conectado a la etapa de alimentación, de forma que almacena la tensión de bus V1,2,...,N generada; y una etapa de potencia que comprende un transformador DC-AC (4) de tipo puente conectado al condensador (3), donde dicha etapa de potencia comprende al menos un semipuente de tipo semiconductor de gap ancho. La pluralidad de los módulos (1) convertidores se encuentra conectada formando una topología en cascada, donde las tensiones de bus V1,2...,N generadas en al menos dos de los módulos (1) convertidores son diferentes entre sí, y donde el convertidor DC-DC (2) de bus V1,2,...,N es bidireccional, de forma que puede ceder energía a la carga conectada en sus terminales o absorber energía de la misma.
Description
d e s c r ip c ió n
g e n e r a d o r e l e c t r ó n ic o d e p o t e n c ia de o n d a v a r ia b l e
c a m p o de l a in v e n c ió n
La presente invención se refiere al sector de la ingeniería electrónica y, particularmente, a las tecnologías de convertidores y/o generadores electrónicos de potencia, con forma de onda variable.
a n t e c e d e n t e s de l a in v e n c ió n
En la actualidad, son innumerables las aplicaciones que utilizan convertidores electrónicos de potencia, configurados para generar formas de onda versátiles con diferentes usos. Algunos de los más relevantes son los siguientes:
• Aplicaciones biomédicas: en general, todas aquellas que requieren la aplicación de estímulos eléctricos de precisión, tales como electroestimulación, generadores para electrocirugía de altas prestaciones, electroporación, electroforesis o transferencia genética, entre otras.
• Aplicaciones en l+D: por ejemplo, sistemas de caracterización de gran señal y con un amplio rango de frecuencias en componentes eléctricos y electrónicos, tales como bobinas, transformadores, condensadores o dispositivos semiconductores.
• Aplicaciones industriales para la realización de pruebas: por ejemplo, para la realización de ensayos de gran señal, en condiciones reales de trabajo sobre conectores, relés, transformadores, etc.
• Aplicaciones de audio: por ejemplo, en situaciones donde se requiere generar señales de elevada tensión/corriente, con un ancho de banda elevado y una baja distorsión armónica.
La principal dificultad en el diseño de generadores de onda de altas prestaciones se deriva de la combinación de altas tensiones y corrientes, con altas frecuencias y alta calidad de la señal. Ello implica un elevado estrés en los dispositivos de potencia, así como la necesidad de utilización de topologías complejas y técnicas de control digital avanzadas.
Para resolver este problema, existen típicamente dos tipos de equipos que permiten generar formas de onda variables. En primer lugar, existen generadores de forma de onda versátil y analizadores de impedancia y de redes, que permiten generar tensiones y corrientes con alta precisión y ancho de banda. Éstos, sin embargo, se encuentran normalmente limitados en tensión (decenas de voltios) y corriente (centenares de miliamperios), lo que restringe fuertemente sus potenciales aplicaciones. En particular, no permiten excitar sistemas de alta potencia o realizar la caracterización y ensayo de componentes en condiciones reales de operación, siendo ésta una limitación determinante en su potencial de utilización.
En segundo lugar, existen generadores de alta potencia, capaces de generar altas tensiones y corrientes (por encima de los límites que presentan los generadores de forma de onda versátil y analizadores de impedancia y de redes). Dichos generadores de alta potencia pueden estar basados en el uso de amplificadores lineales, convertidores de alta tensión con control de anchura de pulso (PWM, del inglés "Pulse Width Modulation”) o convertidores multinivel. De todos ellos, la estructura más interesante para implementar generadores altamente versátiles es la estructura multinivel, ya que se trata de una topología modular, basada en módulos de tensiones intermedias, que permite un amplio rango de operación en tensión y en frecuencia, y que a la vez es capaz de entregar una gran corriente.
Hasta la fecha, se han propuesto diferentes topologías multinivel (ver, por ejemplo H. Akagi, "Classification, Terminology, and Application of the Modular Multilevel Cascade Converter (MMCC)", IEEE Transactions on Power Electronics, voI. 26, no. 11, pp. 3119-3130, 2011), entre las que destacan las topologías de tipo "neutral-point clamped” o "flying capacitors” (ver L. Jih-Sheng and P. Fang Zheng, "Multilevel converters: a new breed of power converters", IEEE Transactions on Industry Applications, voI. 32, no. 3, pp. 509-517, 1996), y "cascaded h-bridge” (ver J. Rodriguez, L. Jih-Sheng, and P. Fang Zheng, "Multilevel inverters: a survey of topologies, Controls, and applications", IEEE Transactions on Industrial Electronics, voI. 49, no. 4, pp. 724-738, 2002) como las más relevantes. Todas ellas se basan en almacenar tensión en condensadores de bus, de modo que la tensión de salida se puede seleccionar en función del número de niveles activados. Asimismo, todas las tensiones en dichos dispositivos son de igual valor, haciendo que la forma de onda de salida tenga una elevada distorsión armónica, especialmente para valores bajos de la tensión de salida. Esto mismo ocurre con otros desarrollos similares (ver, H. Sarnago, O. Lucía, J. M. Burdío, A. Naval, A. Ivorra, and Q. Castellví, "Electronic system having variable modular power for generating electrical pulses and associated uses", 2015, y Sarnago, J. M. Burdío, T. García-Sánchez, L. M. Mir, and O. Lucía, "A Versatile Large-Signal High-Frequency Arbitrary Waveform Generator Using GaN Devices", en IEEE Applied Power Electronics
Conference and Exposition, 2019, pp. 458-462), donde se utilizan tensiones de bus iguales en todos los niveles, limitando significativamente la calidad de la tensión de salida. Si bien en algunos estudios (ver M. F. Kangarlu and E. Babaei, "Variable DC voltage as a solution to improve output voltage quality in multilevel converters", en 4th Annual International Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conference, 2013, pp. 242-247) se propone el uso de una tensión de bus variable para solucionar el problema de la alta distorsión en rangos de operación variables, en ellos se propone el uso de una tensión variable, pero idéntica en todos los niveles, lo que limita fuertemente la dinámica del sistema por la necesidad de variar esta tensión de alimentación, al mismo tiempo que se requiere un elevado número de niveles. Asimismo, los generadores descritos se utilizan para alimentar cargas que únicamente absorben potencia, es decir, se trata de convertidores unidireccionales. La potencia fluye siempre desde la fuente de cada uno de los niveles hacia la carga.
Estas limitaciones generan, en el presente campo técnico, la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías de generadores electrónicos multinivel de potencia de onda variable, que permitan operar en regiones de trabajo con mayor tensión, corriente y frecuencia, con un elevado ancho de banda y baja distorsión en la salida (manteniendo unas elevadas prestaciones, independientemente de las condiciones de operación o de carga utilizadas) y que, además, presenten un comportamiento bidireccional en cada uno de los niveles, que permita su funcionamiento como fuente o carga.
La presente invención está destinada a resolver dicha necesidad, mediante un novedoso generador de onda multinivel, y un método de generación de ondas de tensión que comprende el uso de dicho generador.
d e s c r ip c ió n b r e v e de l a in v e n c ió n
A la luz de los problemas del estado de la técnica expuestos en la sección anterior, un primer objeto de la presente invención se refiere, principalmente, a un generador de onda multinivel que comprende una pluralidad de módulos convertidores alimentados por una tensión de entrada Vin de corriente continua, donde cada uno de dichos módulos convertidores comprende:
- una etapa de alimentación que comprende un convertidor DC-DC (de corriente continua a corriente continua) con tensión de bus V i ,2...n de corriente continua;
- un condensador conectado a la etapa de alimentación, de forma que almacena la tensión de bus V i ,2...n generada por dicha etapa de alimentación;
- una etapa de potencia que comprende un transformador DC-AC (de corriente continua a corriente alterna) de tipo puente conectado al condensador, donde dicha etapa de potencia comprende al menos un semipuente de tipo semiconductor de gap ancho, con frecuencia de conmutación de al menos 1 MHz ;
donde la pluralidad de los módulos convertidores se encuentra conectada formando una topología en cascada, en cuyos extremos el generador de onda posee una tensión de salida Vout.
Ventajosamente, en dicho generador:
- las tensiones de bus V i ,2...n generadas en al menos dos de los módulos convertidores son diferentes entre s í;
- el convertidor DC-DC de bus V i ,2...n de corriente continua es bidireccional, de forma que puede ceder energía a la carga conectada en sus terminales o absorber energía de la misma;
- el generador de onda multinivel comprende, adicionalmente, un dispositivo de control de activación de los módulos convertidores mediante modulación de tipo digital-a-analógica (DAC), siendo las tensiones de entrada digitales de dicho dispositivo de control las tensiones de bus V i ,2...n generadas en los módulos convertidores, y siendo la tensión de salida analógica de dicho módulo de control la tensión de salida Vout de la topología en cascada formada por los módulos convertidores.
La combinación de las características anteriores permite, en el generador de la invención, no sólo operar en regiones de trabajo con mayor tensión, corriente y frecuencia, con un elevado ancho de banda y baja distorsión en la salida, sino también trabajar con cargas reactivas que devuelven energía al bus, o elementos generadores tales como motores, baterías o sistemas fotovoltaicos. Asimismo, en ausencia de esta capacidad bidireccional del generador, la absorción de potencia no sería posible, ya que provocaría la elevación indefinida de la tensión de bus, aumentando el riesgo de avería o daño de los dispositivos de potencia por sobretensión. Por tanto, la invención propuesta permite una operación más eficiente y con una dinámica más rápida del convertidor respecto a otros generadores del estado de la técnica, ya que no es necesario el uso de elementos disipativos en el bus que permitan absorber sobrecargas puntuales.
En una realización preferente de la invención, al menos uno de los convertidores DC-DC de bus V i ,2...n de corriente continua bidireccional comprende una etapa de tipo puente activo dual (en inglés, "dual active bridge” o DAB), configurado como una doble estructura de puente. Ello favorece un mejor control de la tensión de salida Vout y de los flujos de potencia
bidireccionales. Alternativa o complementariamente, con este mismo fin también es posible plantear realizaciones de la invención donde al menos uno de los convertidores DC-DC (2) de bus V i ,2...n de corriente continua bidireccional comprende una etapa DAB en doble estructura de semipuente.
En otra realización preferente de la invención, el convertidor DC-DC de la etapa de alimentación comprende una estructura DAB de tipo semipuente y donde que las tres ramas semipuente del transformador DC-AC situadas aguas abajo del mismo están integradas como un único módulo de potencia trifásico.
En otra realización preferente de la invención, las tensiones de bus V i ,2...n de los módulos convertidores poseen valores crecientes a lo largo de la topología de cascada; y/o los valores de las tensiones de bus V i ,2...n de los módulos (1) convertidores sigue una serie de potencias de 2, a lo largo de la topología de cascada. Se consigue con ello implementar con mayor sencillez funciones de onda de tipo discreto o digital.
En otra realización preferente de la invención, los semipuentes de tipo semiconductor de gap ancho del transformador DC-AC son de carburo de silicio (S íC) y/o de nitruro de galio (GaN). A diferencia de los dispositivos de silicio (S í) utilizados tradicionalmente, este tipo de semiconductores permiten operar en regiones de trabajo con mayor tensión, corriente y frecuencia. En la actualidad, su aplicación a etapas electrónicas de potencia no se considera evidente, ya que requieren la utilización de avanzados sistemas de control y de disparo, así como de un cuidadoso diseño de las placas de circuito impreso correspondientes. Además, no han sido aplicados a generadores de forma de onda versátil con los rangos de operación detallados en esta invención.
En otra realización preferente de la invención, al menos uno de los módulos convertidores está compuesto por una pluralidad de submódulos conectados en serie, configurados con tensiones de bus inferiores a la tensión de bus V i ,2...n de dicho módulo convertidor.
En otra realización preferente de la invención, al menos dos de los módulos convertidores están conectados en paralelo.
En otra realización preferente de la invención, el dispositivo de control de activación de los módulos convertidores mediante modulación digital-a-analógica (DAC) comprende un dispositivo de control digital de tipo FPGA (del inglés, "field-programmable gate array”) o DSP (del inglés, "digital signal processor”).
En otra realización preferente de la invención, el generador comprende un dispositivo de control de tensión conectado a la tensión de salida Vout, estando dicho dispositivo de control equipado con medios de monitorización de dicha tensión de salida Vout. y , más preferentemente, el dispositivo de control de tensión está conectado al dispositivo de control de activación. Gracias a ello, es posible adaptar la tensión de forma retroalimentada, utilizando la señal de salida como información de entrada para adaptar la función de onda generada.
En una realización preferente de la invención, el condensador de al menos uno de los módulos generadores es de tipo ultracondensador, con capacidad de al menos 1 F. Se consigue con ello disponer de un alto almacenamiento de carga, lo que supone una importante ventaja en aplicaciones de generación de potencia.
Un segundo objeto de la invención se refiere a un método de generación de una onda de tensión de salida Vout, que comprende el uso de un generador de onda multinivel según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento donde, ventajosamente, se realizan los siguientes pasos:
- se activan las etapas de alimentación de los módulos convertidores del generador, de forma que las tensiones de bus V i ,2...n generadas en al menos dos de los módulos convertidores sean diferentes entre sí;
- se controla la activación de dichos módulos convertidores mediante modulación de tipo digital-a-analógica (DAC) a través del dispositivo de control de activación del generador, siendo las tensiones de entrada digitales de dicho dispositivo de control las tensiones de bus V i ,2...n generadas en los módulos convertidores, y siendo la tensión de salida analógica de dicho módulo de control la tensión de salida Vout de la topología en cascada formada por los módulos convertidores, hasta alcanzar una forma de onda con una tensión de salida Vout, una intensidad de salida U t y una frecuencia de salida fout con valores determinados.
En una realización preferente del método de la invención, en la que el dispositivo de control del generador comprende medios de monitorización de dicha tensión de salida Vout y el dispositivo de control de tensión está conectado a dicho dispositivo de control de activación, se realizan, adicionalmente, los siguientes pasos:
- se monitoriza el valor de la corriente de salida U t ;
- a partir de la información obtenida en el paso anterior, se modifica la modulación digital-a-analógica (DAC) mediante el dispositivo de control de activación de los módulos
convertidores, hasta alcanzar una forma de onda con una tensión de salida Vout, una intensidad de salida Ut y una frecuencia de salida fout con valores determinados.
Un tercer objeto de la invención se refiere al uso de un generador o de un método según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento para generar una onda de tensión de salida Vout apta para aplicaciones de electroporación, dispositivos de calentamiento por inducción o en cocinas de inducción o en sistemas de caracterización y/o excitación de componentes y sistemas eléctricos y electrónicos.
d e s c r ip c ió n de lo s d ib u jo s
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán plenamente a partir de la descripción detallada de la invención, así como de los ejemplos de realización preferente referidos a las figuras adjuntas, que se describen en los párrafos siguientes.
La Figura 1 muestra un esquema electrónico modular del generador de potencia de onda de la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 2 muestra una realización particular del generador de la invención, donde el bloque DC-DC bidireccional incluido en cada convertidor modular se implementa mediante una estructura de doble puente activo ("dual active bridge”, DAB), mediante una estructura de puente completo.
La Figura 3 muestra una realización particular del generador de la invención, donde el bloque DC-DC bidireccional incluido en cada convertidor modular se implementa mediante una estructura de doble puente activo ("dual active bridge”, DAB), mediante una estructura de semipuente.
La Figura 4 muestra una realización particular de la invención, donde el convertidor modular comprende un convertidor DC-DC DAB de tipo semipuente y un convertidor DA-AC de tipo puente completo.
Referencias numéricas utilizadas en los dibujos:
d e s c r ip c ió n d e t a l l a d a d e l a in v e n c ió n
Se expone a continuación una descripción detallada de la invención, referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basadas en las Figuras 1-4 del presente documento. Dicha descripción se aporta con fines ilustrativos, pero no limitativos, de la invención reivindicada.
Según lo descrito en las secciones anteriores, la invención se refiere preferentemente a generador de onda multinivel, descrito de forma esquemática en la Figura 1 en su implementación más general. Como se aprecia en dicha figura, el generador comprende una pluralidad de módulos (1) convertidores alimentados por una tensión de entrada Vin de corriente continua, cuya activación de forma coordinada da lugar a una función de onda cuya forma, tensión, intensidad y frecuencia pueden modificarse de forma controlada a través de dicha activación. Asimismo, los módulos (1) convertidores se encuentra conectados formando una topología en cascada, en cuyos extremos el generador de onda posee una tensión de salida Vout. De este modo, la onda generada corresponderá a la suma de contribuciones de los elementos modulares conectados en dicha topología.
Por su parte, cada uno de los módulos (1) convertidores comprende, preferentemente:
- Una etapa de alimentación en la que se dispone un convertidor DC-DC (2) con tensión de bus V i ,2...n de corriente continua. De este modo, es posible obtener unos valores de tensión de bus bien determinados, según diferentes patrones de tensión en función del tipo de onda específica que se desee generar. Preferentemente, las tensiones de bus V i ,2...n generadas en al menos dos de los módulos (1) convertidores son diferentes entre s í. Además, el convertidor DC-DC (2) de bus V i ,2...n es preferentemente bidireccional, de forma que puede ceder energía a la carga conectada en sus terminales o absorber energía de la misma. En diferentes realizaciones preferentes de la invención, las tensiones de bus V i ,2...n de los módulos (1) convertidores poseen valores crecientes a lo largo de la topología de cascada; y/o los valores de las tensiones de bus V i ,2...n de los módulos (1) convertidores sigue una serie de potencias de 2, a lo largo de dicha topología de cascada.
- Un condensador (3) conectado a la etapa de alimentación, de forma que almacena la tensión de bus V i ,2...n generada por dicha etapa de alimentación. En una realización preferente de la invención, dicho condensador (3) es de tipo ultracondensador, con capacidad de al menos 1 F.
- Una etapa de potencia que comprende un convertidor DC-AC (4) de tipo puente conectado al condensador (3), donde dicha etapa de potencia comprende al menos un semipuente de tipo semiconductor de gap ancho. Preferentemente, el semiconductor comprende SiC o GaN, lo que permite trabajar con elevadas tensiones y frecuencias de operación. De este modo, estos dispositivos conmutan a una frecuencia elevada, típicamente varios MHz , para ser capaces de sintetizar una forma de onda de frecuencia inferior, típicamente diez veces menor, con la mejor calidad posible.
Además de los elementos anteriores, el generador de onda multinivel de la invención comprende, adicionalmente, un dispositivo de control de activación (no mostrado en los dibujos) de los módulos (1) convertidores, preferentemente mediante modulación de tipo digital-a-analógica (DAC), siendo las tensiones de entrada digitales de dicho dispositivo de control las tensiones de bus V i ,2... n generadas en los módulos convertidores, y siendo la tensión de salida analógica de dicho módulo de control la tensión de salida Vout de la topología en cascada formada por los módulos (1) convertidores.
Preferentemente, el dispositivo de control de activación de los módulos (1) convertidores mediante modulación digital-a-analógica (DAC) comprende un dispositivo de control digital de tipo FPGA o DSP. En esta realización, el dispositivo de control digital utiliza la medida de la corriente de salida Ut para generar una tensión de salida apropiada Vout. En particular, y gracias a las características de amplio rango de tensión y corriente, amplio ancho de banda, y capacidad bidireccional, el generador de la invención se puede utilizar para emular cualquier componente eléctrico activo o pasivo, lineal o no lineal. En particular, se puede
utilizar para emular el comportamiento de una bobina(según v0(t) = l —° ^ ) o de un ° dt
condensador(según 
sustituyendo a dichos elementos.
El convertidor DC-DC (2) de bus V i ,2...n bidireccional incluido en cada módulo (1) puede ser implementado de manera ventajosa mediante una estructura doble puente activo ("dual active bridge”, DAB), lo que permite controlar con precisión la tensión de salida y controlar flujos de potencia bidireccionales. En particular, se pueden utilizar estructuras DAB basadas en una estructura de puente completo (tal como se muestra en la Figura 2) o en una estructura de semipuente (tal como se muestra en la Figura 3).
Asimismo, en la Figura 4 del presente documento se muestra una implementación ventajosa de un generador modular completo según la invención, compuesto por un convertidor DC
DC (2) DAB de tipo semipuente y un convertidor DC-AC (4) de tipo puente completo. En esta implementación, se utiliza un módulo de potencia trifási
tres ramas semipuente situadas aguas abajo del transformador (Tx), que proporciona aislamiento galvánico. De este modo, se logra un diseño con mejores prestaciones, más compacto y de coste reducido.
En diferentes realizaciones de la invención, al menos uno de los módulos (1) convertidores está compuesto por una pluralidad de submódulos conectados en serie, configurados con tensiones de bus inferiores a la tensión de bus V i ,2...n de dicho módulo (1) convertidor. En otras realizaciones, al menos dos de los módulos (1) convertidores están conectados en paralelo.
Para realizar el control de los módulos (1) convertidores multinivel, se propone el uso preferente de una estrategia de tipo DAC ("digital-analog converter”) para generar formas de onda de alta precisión, gracias a la diferente tensión existente en cada uno de los niveles. En una realización particular, la distribución de la tensión de cada uno de los niveles se realiza siguiendo valores con factores de potencias de dos (2N). De este modo, existen niveles que almacenan gran tensión para generar elevadas tensiones de salida, y módulos de pequeña tensión, que permiten realizar un ajuste preciso de la misma. Mediante la activación adecuada de cada uno de los niveles es posible, por tanto, generar formas de onda de alta tensión y corriente, gracias a la topología multinivel y los dispositivos de gap ancho, con elevada calidad, gracias a la estrategia de control DAC y la distribución de las diferentes tensiones en los niveles.
Claims (15)
1. 
- Generador de onda multinivel que comprende una pluralidad de módulos (1) convertidores alimentados por una tensión de entrada Vin de corriente continua, donde cada uno de dichos módulos (1) convertidores comprende:
- una etapa de alimentación que comprende un convertidor DC-DC (2) con tensión de bus V i ,2...n de corriente continua;
- un condensador (3) conectado a la etapa de alimentación, de forma que almacena la tensión de bus V i ,2...n generada por dicha etapa de alimentación;
- una etapa de potencia que comprende un transformador DC-AC (4) de tipo puente conectado al condensador (3), donde dicha etapa de potencia comprende al menos un semipuente de tipo semiconductor de gap ancho, con frecuencia de conmutación de al menos 1 MHz;
donde la pluralidad de los módulos (1) convertidores se encuentra conectada formando una topología en cascada, en cuyos extremos el generador de onda posee una tensión de salida Vout;
y donde dicho generador de onda está caracterizado por que:
- las tensiones de bus V 1,2...n generadas en al menos dos de los módulos (1) convertidores son diferentes entre sí;
- el convertidor DC-DC (2) de bus V 1,2...n de corriente continua es bidireccional, de forma que puede ceder energía a la carga conectada en sus terminales o absorber energía de la misma;
- el generador de onda multinivel comprende, adicionalmente, un dispositivo de control de activación de los módulos (1) convertidores mediante modulación de tipo digital-aanalógica (DAC), siendo las tensiones de entrada digitales de dicho dispositivo de control las tensiones de bus V 1,2...n generadas en los módulos (1) convertidores, y siendo la tensión de salida analógica de dicho módulo de control la tensión de salida Vout de la topología en cascada formada por los módulos (1) convertidores.
2. - Generador según la reivindicación anterior, donde al menos uno de los convertidores DC-DC (2) de bus V 1,2...n de corriente continua bidireccional comprende una etapa de tipo DAB, configurada con una doble estructura de puente completo.
3. - Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de los convertidores DC-DC (2) de bus V 1,2...n de corriente continua bidireccional comprende una etapa DAB en doble estructura de semipuente.
4. - Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el convertidor DC-DC (2) de la etapa de alimentación comprende una estructura DAB de tipo semipuente y donde que las tres ramas semipuente del transformador DC-AC (4) situadas aguas abajo del mismo están integradas como un único módulo de potencia trifásico.
5. - Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
- donde las tensiones de bus V i ,2...n de los módulos (1) convertidores poseen valores crecientes a lo largo de la topología de cascada; y/o
- donde los valores de las tensiones de bus V i,2...n de los módulos (1) convertidores siguen una serie de potencias de 2, a lo largo de la topología de cascada.
6. 
- Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los semipuentes de tipo semiconductor de gap ancho del transformador DC-AC (4) son de carburo de silicio y/o de nitruro de galio.
7. 
- Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de los módulos (1) convertidores está compuesto por una pluralidad de submódulos conectados en serie, configurados con tensiones de bus inferiores a la tensión de bus V i ,2...n de dicho módulo (1) convertidor.
8. 
- Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos dos de los módulos (1) convertidores están conectados en paralelo.
9. 
- Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de control de activación de los módulos (1) convertidores mediante modulación digital-aanalógica (DAC) comprende un dispositivo de control digital de tipo FPGA o DSP.
10. 
- Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un dispositivo de control conectado a la salida de los módulos (1) convertidores, estando dicho dispositivo de control equipado con medios de monitorización de la tensión de salida Vout y de la corriente de salida Ut del generador.
11. 
- Generador según la reivindicación anterior, donde el dispositivo de control de tensión y corriente está conectado al dispositivo de control de activación.
12. - Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el condensador de al menos uno de los módulos (1) generadores es de tipo ultracondensador, con capacidad de al menos 1 F.
13. 
- Método de generación de una onda de tensión de salida Vout que comprende el uso de un generador de onda multinivel según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando dicho método caracterizado por la realización de los siguientes pasos:
- se activan las etapas de alimentación de los módulos (1) convertidores del generador, de forma que las tensiones de bus V 1,2...n generadas en al menos dos de los módulos (1) convertidores sean diferentes entre sí;
- se controla la activación de dichos módulos (1) convertidores mediante modulación de tipo digital-a-analógica (DAC) a través del dispositivo de control de activación del generador, siendo las tensiones de entrada digitales de dicho dispositivo de control las tensiones de bus V 1,2...n generadas en los módulos (1) convertidores, y siendo la tensión de salida analógica de dicho módulo de control la tensión de salida Vout de la topología en cascada formada por los módulos (1) convertidores, hasta alcanzar una forma de onda con una tensión de salida Vout, una intensidad de salida Ut y una frecuencia de salida fout con valores determinados.
14. 
- Método según la reivindicación anterior que comprende el uso de un generador según la reivindicación 11 y donde se realizan, adicionalmente, los siguientes pasos:
- se monitoriza el valor de la corriente de salida Ut mediante el dispositivo de control de tensión;
- a partir de la información obtenida en el paso anterior, se modifica la modulación digital-a-analógica (DAC) mediante el dispositivo de control de activación de los módulos (1) convertidores, hasta alcanzar una forma de onda con una tensión de salida Vout, una intensidad de salida Ut y una frecuencia de salida fout con valores determinados.
15. - Uso de un generador según cualquiera de las reivindicaciones 1-12 o de un método según cualquiera de las reivindicaciones 13-14 para generar una onda de tensión de salida Vout apta para aplicaciones de electroporación, en dispositivos de calentamiento por inducción o en cocinas de inducción.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202030623A ES2887779A1 (es) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | Generador electronico de potencia de onda variable |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202030623A ES2887779A1 (es) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | Generador electronico de potencia de onda variable |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2887779A1 true ES2887779A1 (es) | 2021-12-27 |
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ID=79023977
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES202030623A Withdrawn ES2887779A1 (es) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | Generador electronico de potencia de onda variable |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2887779A1 (es) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110556852A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-10 | 东北大学 | 基于soc动态均衡子模块检索的分布式储能系统及控制方法 |
-
2020
- 2020-06-22 ES ES202030623A patent/ES2887779A1/es not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110556852A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-10 | 东北大学 | 基于soc动态均衡子模块检索的分布式储能系统及控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LIU TAO ET AL. "Design and Implementation of High Efficiency Control Scheme of Dual Active Bridge Based 10 kV/1 MW Solid State Transformer for PV Application". IEEE Transactions on Power Electronics, 20190501 Institute of Electrical and Electronics Engineers, USA. , 01/05/2019, Vol. 34, Páginas 4223 - 4238 [en línea][recuperado el 25/09/2020]. ISSN 0885-8993, (DOI: doi:10.1109/TPEL.2018.2864657) * |
| SARNAGO HECTOR ET AL. "A Versatile Large-Signal High-Frequency Arbitrary Waveform Generator Using GaN Devices". 2019 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 20190317 IEEE. , 17/03/2019, Páginas 458 - 462 [en línea][recuperado el 24/09/2020]. (DOI: doi:10.1109/APEC.2019.8721961) * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2887779 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20211227 |
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