ES2949431T3 - Aparato y sistema para proporcionar un convertidor de potencia - Google Patents

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Abstract

Un convertidor de potencia de entrada de CA que comprende un circuito rectificador (D3, D4, D5, D6) para rectificar una señal de entrada de CA, un primer dispositivo unidireccional (D1) acoplado en serie con un primer condensador (C1) para cargar el primer condensador (C1). y en el que el primer dispositivo unidireccional (D1) y el primer condensador (C1) están dispuestos en paralelo a una salida del circuito rectificador (D3, D4, D5, D6), un segundo dispositivo unidireccional (D2) acoplado en serie con un segundo condensador (C2) para cargar el segundo condensador (C2) y en el que el segundo dispositivo unidireccional (D2) y el segundo condensador (C2) están dispuestos en paralelo a una salida del circuito rectificador (D3, D4, D5, D6), un primera salida (OUT1) para proporcionar una primera potencia y un primer voltaje promedio a un primer convertidor de potencia,en el que la primera salida (OUT1) está acoplada a un primer nodo entre el primer condensador (C1) y el primer dispositivo unidireccional (D1) y una segunda salida (OUT2) para proporcionar una segunda potencia y un segundo voltaje promedio a un segundo convertidor de potencia. , en donde la segunda salida (OUT2) está acoplada a un segundo nodo entre el segundo capacitor (C2) y el segundo dispositivo unidireccional (D2), en donde el primer capacitor (C1) tiene un primer valor y el segundo capacitor (C2) tiene un segundo valor, y en el que el primer valor del primer condensador y el segundo valor del segundo condensador se seleccionan de manera que cuando la primera potencia es menor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es mayor que el segundo voltaje promedio, y cuando el la primera potencia es mayor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es menor que el segundo voltaje promedio.en donde la segunda salida (OUT2) está acoplada a un segundo nodo entre el segundo capacitor (C2) y el segundo dispositivo unidireccional (D2), en donde el primer capacitor (C1) tiene un primer valor y el segundo capacitor (C2) tiene un segundo valor, y en donde el primer valor del primer capacitor y el segundo valor del segundo capacitor se seleccionan de manera que cuando la primera potencia es menor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es mayor que el segundo voltaje promedio, y cuando el primer la potencia es mayor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es menor que el segundo voltaje promedio.en donde la segunda salida (OUT2) está acoplada a un segundo nodo entre el segundo capacitor (C2) y el segundo dispositivo unidireccional (D2), en donde el primer capacitor (C1) tiene un primer valor y el segundo capacitor (C2) tiene un segundo valor, y en donde el primer valor del primer capacitor y el segundo valor del segundo capacitor se seleccionan de manera que cuando la primera potencia es menor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es mayor que el segundo voltaje promedio, y cuando el primer la potencia es mayor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es menor que el segundo voltaje promedio.y en el que el primer valor del primer condensador y el segundo valor del segundo condensador se seleccionan de manera que cuando la primera potencia es menor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es mayor que el segundo voltaje promedio, y cuando la primera potencia es mayor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es menor que el segundo voltaje promedio.y en el que el primer valor del primer condensador y el segundo valor del segundo condensador se seleccionan de manera que cuando la primera potencia es menor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es mayor que el segundo voltaje promedio, y cuando la primera potencia es mayor que la segunda potencia, el primer voltaje promedio es menor que el segundo voltaje promedio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y sistema para proporcionar un convertidor de potencia
Campo de la invención
La invención se refiere a un convertidor de potencia. La invención se refiere además a un sistema que comprende el convertidor de potencia, una primera carga y una segunda carga.
Antecedentes de la invención
Los diodos emisores de luz (LED) se utilizan como un tipo de fuente de luz de estado sólido. En comparación con la iluminación convencional, por ejemplo, las lámparas incandescentes o fluorescentes, sus ventajas son la compacidad, una alta eficacia, buen color, diversidad de color variables, etc. Los LED se utilizan ampliamente en iluminación interior, iluminación de decoración e iluminación exterior.
La eficiencia de los LED sigue aumentando, lo que aumenta la eficiencia del dispositivo de iluminación durante el modo de funcionamiento. Sin embargo, hoy en día, se han establecido requisitos adicionales sobre la potencia en modo en espera de un dispositivo de iluminación que comprende LED. Dado que los LED se apagan durante el modo en espera, el consumo de potencia del dispositivo de iluminación depende principalmente del convertidor de potencia y de la carga presente en la espera. Dicha carga del modo en espera puede hacer referencia, por ejemplo, a componentes de comunicación inalámbrica, a microcontroladores o a otros componentes para garantizar que el dispositivo de iluminación sea capaz de recuperarse de un modo en espera. Se ha trabajado mucho para mejorar la eficiencia de la carga del modo en espera.
El documento US 2010/0054007 describe un aparato de alimentación con baja potencia en modo en espera. El aparato incluye un multiplicador de tensión configurado para multiplicar una tensión de entrada y que incluye un primer terminal a través del cual se emite la tensión multiplicada y un segundo terminal a través del cual se emite una tensión inferior a una tensión del primer terminal; una fuente de alimentación con modo de conmutación (SMPS) principal configurada para recibir la tensión del primer terminal del multiplicador de tensión; y una SMPS con modo en espera configurada para recibir una tensión del segundo terminal del multiplicador de tensión.
El documento EP2712074A1 muestra en la figura 1 un convertidor según el preámbulo de la reivindicación 1.
Resumen de la invención
Un objeto de la invención consiste en proporcionar un convertidor y un dispositivo de iluminación correspondiente que presente un consumo de potencia reducido durante el modo en espera y, por lo tanto, tenga una eficiencia aumentada durante el modo en espera. Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un convertidor de potencia de entrada de CA que comprende:
- un circuito rectificador para rectificar una señal de entrada de CA,
- un primer dispositivo unidireccional acoplado en serie con un primer condensador para cargar el primer condensador y en donde el primer dispositivo unidireccional y el primer condensador están dispuestos en paralelo a una salida del circuito rectificador,
- un segundo dispositivo unidireccional acoplado en serie con un segundo condensador para cargar el segundo condensador y en donde el segundo dispositivo unidireccional y el segundo condensador están dispuestos en paralelo a una salida del circuito rectificador,
- una primera salida para proporcionar una primera potencia y una primera tensión promedio a un primer convertidor de potencia, en donde la primera salida está acoplada a un primer nodo entre el primer condensador y el primer dispositivo unidireccional y
- una segunda salida para proporcionar una segunda potencia y una segunda tensión promedio a un segundo convertidor de potencia, en donde la segunda salida está acoplada a un segundo nodo entre el segundo condensador y el segundo dispositivo unidireccional,
en donde el primer condensador tiene un primer valor y el segundo condensador tiene un segundo valor y en donde el primer valor del primer condensador y el segundo valor del segundo condensador se seleccionan de modo que:
cuando la primera potencia sea menor que la segunda potencia, la primera tensión promedio será mayor que la segunda tensión promedio, y
cuando la primera potencia sea mayor que la segunda potencia, la primera tensión promedio será menor que la segunda tensión promedio.
En otras palabras, el convertidor de potencia de entrada de CA está dispuesto para funcionar en dos modos en donde el segundo valor del segundo condensador se selecciona de modo que:
- en un primer modo, en donde una primera potencia a la primera salida es menor que una segunda potencia en la segunda salida y en donde una media (p. ej., media cuadrática) de una tensión en la primera salida es mayor que una media (p. ej., media cuadrática) de una tensión en la segunda salida; y
- en un segundo modo, en donde la primera potencia a la primera salida es mayor que la segunda potencia a la segunda salida y en donde una media (p. j., media cuadrática) de la tensión en la primera salida es menor que una media (p. ej., media cuadrática) de la tensión en la segunda salida.
Al separar las tensiones de la primera salida y la segunda salida, la tensión en la segunda salida puede tener un valor promedio más bajo que cuando la tensión en la segunda salida seguiría la tensión en la primera entrada en el primer modo, la tensión promedio más baja en la segunda salida permite realizar una conversión de potencia más eficiente en la segunda salida.
En una realización, el convertidor de entrada de CA está en un modo en espera cuando no se suministra energía a la primera salida y el convertidor de entrada de CA está en un modo de funcionamiento normal cuando se proporciona potencia operativa a la primera salida.
En otras palabras, el primer modo es un modo en espera en donde no se suministra energía a la primera salida y en donde el segundo modo es un modo de funcionamiento normal en donde la potencia operativa se proporciona a la primera salida.
La mayor parte del consumo de potencia del convertidor de potencia en modo en espera es consumida por la segunda salida. Para mejorar la eficiencia del consumo de potencia, la tensión promedio en la segunda salida tiene que reducirse. Esto puede obtenerse cambiando el valor del condensador del segundo condensador.
En una realización, el segundo condensador es menor en valor que el primer condensador.
Normalmente, la primera capacitancia ya es de valor bajo, puesto que el factor de potencia del convertidor de potencia es preferiblemente alto. Ahora que el segundo condensador es incluso menor en valor, en el primer modo, es probable que la tensión sobre este condensador tenga una oscilación más grande, dando lugar a una tensión promedio más baja frente al segundo condensador.
En otra realización, los dispositivos unidireccionales en el convertidor de potencia comprenden diodos o son diodos. Esto da lugar a una fácil ejecución de dispositivos unidireccionales. Otros ejemplos de dispositivos unidireccionales son los MOSFET y tiristores, que están configurados para actuar como un dispositivo unidireccional.
En una realización adicional, el convertidor de potencia comprende además un controlador dispuesto para controlar un primer convertidor de potencia, en donde el controlador está acoplado al segundo convertidor de potencia para recibir la segunda potencia.
Este controlador siempre consume cierta energía cuando se apaga el convertidor de potencia de entrada de CA. Por ejemplo, cuando el controlador está dispuesto para recibir una señal inalámbrica, el controlador debe poder recibir la señal incluso cuando el convertidor de potencia de entrada de CA esté en modo en espera. La segunda potencia de salida, también denominada potencia auxiliar, se proporciona cuando el convertidor de potencia de entrada de CA está en modo de funcionamiento normal y en modo en espera. En el modo de funcionamiento normal, esta potencia de salida es relativamente baja en comparación con la potencia requerida en la primera salida.
En una realización adicional, se proporciona un sistema que comprende:
- un convertidor de potencia de CA según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
- un primer convertidor de potencia acoplado a la primera salida y
- un segundo convertidor de potencia acoplado a la segunda salida.
Este sistema tiene una potencia de espera mejorada para el segundo convertidor de potencia, ya que el nivel de tensión promedio proporcionada al segundo convertidor de potencia es reducido. Dado que las tensiones en la primera salida y la segunda salida se separan, la tensión promedio en la primera salida y la segunda salida puede ser distinta.
En los convertidores de potencia de la técnica anterior, la tensión se acopla en la primera salida y la segunda salida. Por lo tanto, la tensión en la segunda salida sigue la tensión de la primera salida. En un modo en espera, la tensión promedio en la segunda salida estará, por lo tanto, cerca del nivel de tensión de entrada máximo de la tensión de entrada, ya que el convertidor de potencia consume una potencia relativamente baja.
Cuando se separan las tensiones de salida primera y segunda, el condensador en la segunda salida puede elegirse, de modo que la tensión en la segunda salida comprenda una fluctuación que dé lugar a una tensión promedio más baja. Puesto que está en modo en espera, la primera salida no consumirá ninguna potencia significativa, la mayoría del consumo de potencia estará en la segunda salida. Tener una tensión promedio más baja en la segunda salida dará lugar a una conversión de potencia más eficiente en la segunda salida.
En una realización adicional, el sistema está dispuesto de modo que la primera carga comprende el convertidor de potencia adicional para accionar una carga de LED y la segunda carga comprende un convertidor de potencia auxiliar para accionar el circuito de control del primer convertidor de potencia mencionado.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirá en detalle un ejemplo de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
la Figura 1 muestra un ejemplo de un convertidor según la invención.
La Figura 2 muestra formas de onda de las tensiones en la primera salida y la segunda salida durante el primer modo.
La Figura 3 muestra formas de onda de las tensiones en la primera salida y la segunda salida durante el segundo modo.
Descripción detallada de las realizaciones
Los convertidores de potencia de entrada de CA están diseñados para tener una eficiencia de potencia optimizada a su carga de trabajo nominal. Cuando no hay carga principal presente debido a que se impide que la energía fluya a la carga principal, por ejemplo, un usuario requiere que no haya ninguna carga activa, algunas cargas del modo en espera pueden mantenerse activas. Por ejemplo, en aplicaciones de iluminación, todavía puede haber presente una comunicación inalámbrica con un host o cualquier otro dispositivo de comunicación. Otro ejemplo de una carga del modo en espera puede ser un microcontrolador que espera una señal para proporcionar potencia a la carga principal. El consumo de potencia de la carga del modo en espera es significativamente menor que el consumo de potencia de la carga principal. Como ejemplo, el consumo de potencia puede ser del orden de milivatios, donde el consumo de potencia de la carga principal puede estar en el intervalo de vatios. Por lo tanto, el convertidor de potencia no funciona en su región más óptima y, por lo tanto, el consumo de potencia del convertidor de potencia puede ser relativamente alto en una operación en espera.
La Figura 1 muestra un ejemplo de un convertidor de potencia de entrada de CA como el propuesto en la invención. Un rectificador D3, D4, D5 y D6 está conectado a través de los terminales de entrada L y N a una fuente de tensión de CA. La salida del rectificador está acoplada a un primer dispositivo unidireccional D1 y un segundo dispositivo unidireccional D2. El primer dispositivo unidireccional D1 está acoplado a un primer condensador C1 y el segundo dispositivo unidireccional D2 está acoplado a un segundo condensador C2. Una primera salida Out 1 está acoplada en un nodo entre el primer dispositivo unidireccional D1 y el primer condensador C1. Una segunda salida Out 2 está acoplada en un nodo entre el segundo dispositivo unidireccional D2 y el segundo condensador C2. Una primera carga 1 puede acoplarse a la primera salida 1 y una segunda carga 2 puede acoplarse a la segunda salida 2.
Según la Figura 1, una mejora con respecto al consumo de potencia del convertidor de potencia de entrada de CA durante el modo en espera se hace introduciendo una fuente de alimentación auxiliar, también denominada segundo convertidor de potencia, en la segunda carga 2 a continuación de la fuente de alimentación principal, también denominada primer convertidor de potencia, en la primera carga 1. Esta fuente de alimentación auxiliar está optimizada para proporcionar potencia al soporte de carga en la segunda salida. Por lo tanto, cuando el convertidor de potencia de entrada de CA entra en modo en espera, la fuente de alimentación auxiliar proporcionará la potencia a la carga del modo en espera y, por lo tanto, mejora la eficiencia global durante la base de la fuente de alimentación auxiliar.
La mejora adicional de la eficiencia de la fuente de alimentación auxiliar puede lograrse seleccionando rápidamente el valor de capacitancia del condensador C2. Normalmente, el valor del condensador C2 se elige de modo que se minimice la fluctuación de tensión sobre el condensador C2. Cuando el valor del condensador C2 se elige más pequeño, de modo que la tensión sobre el condensador C2 tenga una fluctuación más grande, la tensión promedio será menor. La eficiencia de la conversión de tensión de la fuente de alimentación auxiliar depende de la relación entre la tensión de entrada promedio y la tensión de salida promedio. Ahora que se ha reducido la tensión de entrada promedio, aumenta la eficiencia de la fuente de alimentación auxiliar.
El convertidor de potencia de entrada de CA proporciona, además, una primera potencia a la primera carga 1 a través de la primera salida. La primera carga 1 puede comprender un convertidor de potencia adicional acoplado al condensador de entrada C1. El condensador C1 y el convertidor de potencia adicional son suministrados por la primera potencia a través del puente rectificador D3, D4, D5, D6 y el diodo D1. En el modo en espera, el condensador C1 no se descargará por el convertidor de potencia adicional, ya que la carga del LED no requiere ninguna potencia. El diodo D1 está dispuesto de forma que se impida la descarga del condensador C1 al condensador C2.
El diodo D2 puede introducirse para impedir que la potencia fluya desde el condensador C2 al C1 durante el modo de funcionamiento normal. En esta situación, la fuente de alimentación auxiliar 2 y el condensador C2 reciben suministro de una fuente de alimentación de red a través de un puente rectificador D3, D4, D5, D6 y el diodo D2.
El convertidor de potencia de entrada de CA puede comprender, además, un controlador que está dispuesto para controlar el primer convertidor de potencia. El controlador se acopla entonces a la segunda salida, de forma que pueda proporcionarse un suministro de potencia a través de la segunda salida al controlador. A continuación, el controlador recibe potencia tanto cuando el convertidor de potencia de entrada de CA está en el modo de funcionamiento como cuando está en el modo en espera. El controlador puede disponerse para recibir comandos de ajuste de luz. Estas señales pueden proporcionarse a través de una línea de comunicación por cable o inalámbrica.
El convertidor de potencia de entrada de CA puede utilizarse en un dispositivo emisor de luz. Este dispositivo emisor de luz puede controlarse mediante una señal inalámbrica. El dispositivo emisor de luz puede comprender el convertidor de potencia de entrada de CA, un primer convertidor de potencia y un segundo convertidor de potencia. El primer convertidor de potencia está acoplado a la primera salida del convertidor de potencia de entrada de CA. El primer convertidor de potencia puede disponerse para impulsar una carga de LED. Durante el modo de funcionamiento del convertidor de potencia de entrada de CA, se proporciona potencia al primer convertidor de potencia. Durante el modo en espera del convertidor de potencia de entrada de CA, no se proporciona potencia al primer convertidor de potencia dando lugar a ninguna emisión de luz de la carga del LED. El segundo convertidor de potencia puede disponerse para impulsar una carga auxiliar. La carga auxiliar puede ser, por ejemplo, el controlador. Se proporciona energía al segundo convertidor de potencia tanto durante el modo de funcionamiento normal como el modo en espera del convertidor de potencia de entrada de CA.
En la Figura 2 se muestra un ejemplo de la primera tensión de salida y la segunda forma de onda de tensión de salida cuando el convertidor de potencia de entrada de CA está en el primer modo. El primer modo puede ser el modo en espera en donde no se consume potencia en la primera salida. Puede observarse que la tensión promedio en la primera salida Vout 1 tiene un valor promedio mayor que la tensión promedio en la segunda salida Vout 2. El consumo de potencia en la segunda salida puede ser el mismo que el consumo de potencia en el segundo modo.
En la Figura 3, se muestra un ejemplo de formas de onda de tensión de salida cuando el convertidor de potencia de entrada de CA está en el segundo modo. El segundo modo puede ser el modo de funcionamiento normal en donde se consume una gran potencia en la primera salida. Puede observarse que la tensión promedio en la primera salida Vout 1 es menor que la tensión promedio en la segunda salida Vout 2.
El valor real del condensador C2 depende de la ejecución real del convertidor de entrada de CA y se verá afectado por las potencias consumidas en la primera salida y la segunda salida en los dos distintos modos de funcionamiento.
En la Figura 1, se ha mostrado una unidad de rectificación de onda completa D3, D4, D5, D6. Sin embargo, puede ejecutarse cualquier tipo de rectificación de tensión. Otro ejemplo puede ser un rectificador de media onda en donde solo se rectificará la mitad del ciclo de la red y la otra mitad se bloqueará.
Debe observarse que los diodos descritos anteriormente son todos dispositivos unidireccionales que pueden ser sustituidos por otros tipos de dispositivos unidireccionales, como MOSFET y tiristores, configurados o controlados para comportarse como un dispositivo unidireccional.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un convertidor de potencia de entrada de CA que comprende:
- un circuito rectificador (D3, D4, D5, D6) para rectificar una señal de entrada de CA;
un primer dispositivo unidireccional (D1) acoplado en serie con un primer condensador (C1) para cargar el primer condensador (C1) y en donde el primer dispositivo unidireccional (D1) y el primer condensador (C1) están dispuestos en paralelo a una salida del circuito rectificador (D3, D4, D5, D6);
un segundo dispositivo unidireccional (D2) acoplado en serie con un segundo condensador (C2) para cargar el segundo condensador (C2) y en donde el segundo dispositivo unidireccional (D2) y el segundo condensador (C2) están dispuestos en paralelo a una salida del circuito rectificador (D3, D4, D5, D6); - una primera salida (OUT1) para proporcionar una primera potencia y una primera tensión promedio a un primer convertidor de potencia, en donde la primera salida (OUT1) está acoplada a un primer nodo entre el primer condensador (C1) y el primer dispositivo unidireccional (D1); y
una segunda salida (OUT2) para proporcionar una segunda potencia y una segunda tensión promedio a un segundo convertidor de potencia, en donde la segunda salida (OUT2) está acoplada a un segundo nodo entre el segundo condensador (C2) y el segundo dispositivo unidireccional (D2),
en donde el primer condensador (C1) tiene un primer valor y el segundo condensador (C2) tiene un segundo valor, y
caracterizado por que el primer valor del primer condensador y el segundo valor del segundo condensador se seleccionan de modo que:
cuando la primera potencia sea menor que la segunda potencia, la primera tensión promedio será mayor que la segunda tensión promedio, y
cuando la primera potencia sea mayor que la segunda potencia, la primera tensión promedio será menor que la segunda tensión promedio.
2. El convertidor de potencia de entrada de CA según la reivindicación 1, en donde el convertidor de entrada de CA está en un modo en espera en donde no se suministra potencia a la primera salida y en donde el convertidor de entrada de CA está en un modo de funcionamiento normal en donde se proporciona potencia operativa a la primera salida.
3. El convertidor de potencia de entrada de CA según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo valor es menor que el primer valor.
4. El convertidor de potencia de entrada de CA según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde tanto el primer dispositivo unidireccional como el segundo dispositivo unidireccional comprenden un diodo.
5. El convertidor de potencia de entrada de CA según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el convertidor de potencia comprende además un controlador dispuesto para controlar el primer convertidor de potencia, en donde el controlador está acoplado al segundo convertidor de potencia para recibir la segunda potencia.
6. Un sistema que comprende:
un convertidor de potencia de entrada de CA según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
- un primer convertidor (1) de potencia acoplado a la primera salida; y
un segundo convertidor (2) de potencia acoplado a la segunda salida.
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