MX2010012183A - Conmutacion paralela de ca con control secuencial. - Google Patents

Abstract

Conmutadores paralelos dispuestos para transferir energía entre una fuente de energía de CA y una carga pueden operarse de manera individual durante diferentes porciones de la forma de onda de CA. En algunas modalidades, los conmutadores pueden operarse durante ciclos alternados de la forma de onda para hacer que los conmutadores individuales conduzcan la corriente de toda la carga de manera secuencial.

Description

CONMUTACIÓN PARALELA DE CA CON CONTROL SECUENCIAL CAMPO DE LA INVENCIÓN La Figura 1 ilustra un circuito de la técnica anterior para controlar el flujo de energía de CA a una carga. Un Triac TR1 opera como un conmutador de CA entre una fuente de energía 12 y una carga 14. Un controlador 16 puede utilizar el Triac para operar dos modos diferentes. En un modo, el Triac opera como un conmutador de encendido/apagado simple que conduce la energía de CA máxima disponible durante todos los ciclos lineales positivos y negativos de la fuente de energía de CA.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En un segundo modo, como se ilustra en la Figura 2, el Triac opera en un modo de control en fase para regular la cantidad de energía transferida a la carga. El voltaje de la fuente de energía de CA se muestra en una línea discontinua. Un ciclo lineal de CA tiene una mitad de ciclo positivo que comienza en el tiempo tO y termina en un punto medio de cero que se cruza con t2. Por lo tanto, el ciclo lineal de CA tiene una mitad de ciclo negativo que comienza en t2 y termina en t4. En el tiempo ti, se activa un conmutador para conectar la fuente de energía a la carga. El conmutador continúa conduciendo durante el periodo TA que se relaciona con el ángulo T de conducción. El ángulo de conducción es de 180 grados si el conmutador se activa en tO, 90 grados si el conmutador se activa en el pico de la mitad del ciclo positivo, y 0 grados en el tiempo t2. En el cruce de cero en el tiempo t2 , el conmutador se apaga, ya sea por sí mismo en el caso de un tiristor tal como un SCR o Triac, o mediante la acción de una señal de control en el caso de un transistor. Al variar el ángulo de conducción, la potencia promedio liberada a la carga puede variar. Entre mayor sea el área de lá~. forma de onda sólida, mayor será el porcentaje de energía liberada a la carga.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 ilustra un circuito de la técnica anterior para controlar el flujo de energía de CA a una carga.

La Figura 2 ilustra una técnica de control en fase dé' la técnica anterior para controlar el flujo de energía de CÁ' a una carga .

La Figura 3 ilustra una curva de desclasificación típica para un Triac de la técnica anterior.

La Figura 4 ilustra un circuito de la técnica anterior con Triacs paralelos.

La Figura 5 ilustra una disposición de disparadores térmicos de la técnica anterior para Triacs paralelos.

La Figura 6 ilustra una modalidad de un circuito de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente .

La Figura 7 ilustra una modalidad ejemplar de un método de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

La Figura 8 ilustra otra modalidad ejemplar de un método de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

La Figura 9 ilustra otra modalidad de un circuito de ¦ acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. i ;' La Figura 10 ilustra una modalidad ejemplar de un método para operar el circuito de la Figura 9 de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

La Figura 11 ilustra otra modalidad de un circuito de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

La Figura 12 ilustra una modalidad ejemplar de un método para operar el circuito de la Figura 11 de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

La Figura 13 ilustra una modalidad de un dispositivo de cableado de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

La Figura 14 ilustra una vista en corte transversal de otra modalidad de un dispositivo de cableado de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente .

La Figura 15 ilustra una vista en corte transversal de otra modalidad de un dispositivo de cableado de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Todos los conmutadores de energía tienen una cantidad máxima de corriente que puede conducir. Conforme la temperatura del conmutador aumenta, disminuye la corriente máxima permitida del conmutador. De este modo, un conmutador de energía debe reducir su capacidad con base en la temperatura operativa máxima anticipada. Es decir, un conmutador que puede ser capaz de conducir una gran cantidad de corriente a una temperatura operativa normal, puede utilizarse en un circuito en el que éste conmutará mucho menos corriente para mejorar la conflabilidad al operar a temperaturas más elevadas. Reducir la capacidad de un conmutador para operar a temperaturas elevadas por lo general incrementa el costo del conmutador.

Los índices máximos de corriente de conmutadores semiconductores tales como transistores, Triacs, SCRs, etc. son especialmente sensibles a temperaturas elevadas. La Figura 3 ilustra una curva de desclasificación que muestra cómo la cantidad máxima de corriente de conducción para un V")* Triac ejemplar varía en un margen de temperaturas de la caja. A una temperatura de la caja de 50 °C, el Triac puede conducir 30 Amps . Sin embargo, conforme se incrementa la temperatura de la caja, la corriente máxima permitida disminuye de manera constante. Cuando la temperatura de la caja alcanza 100°C, la corriente nominal se reduce a 10 Amps, que es sólo un tercio de su capacidad a 50 °C. Otros conmutadores semiconductores tales como transistores, SCRs, etc. presentan problemas similares de reducción de capacidad.

De este modo, para diseñar un circuito con un conmutador capaz de conmutar 30 Amps a 100°C, debe utilizarse un Triac más grande, o debe reducirse la temperatura del Triac. Utilizar un Triac más grande puede resultar demasiado costoso o, en algunos casos, puede que no exista un Triac disponible lo suficientemente grande. Normalmente, reducir la temperatura operativa del Triac implica montar el Triac en un disparador térmico que puede ser voluminoso, lento, y/o demasiado costoso en términos de costos de material y costos dé ensamblaje.

Un método para incrementar la capacidad de manejo de corriente de un conmutador semiconductor implica el uso de múltiples dispositivos conectados en paralelo, como se muestra en la Figura 4. Las terminales principales de los cuatro Triacs TR1-TR4 se conectan en paralelo, y todas sus terminales de entrada se disparan de manera simultánea mediante una sola señal G de entrada . Para aumentar aún más la corriente nominal, los Triacs pueden montarse en un disparador 24 térmico común, como se muestra en la Figura 5.

En una configuración paralela, la corriente total cargada IL = Ii + I2 +...+ IN# donde N es el número total de conmutadores e In es la corriente a través de cada dispositivo. Para un solo dispositivo, la disipación de energía P = IL-VT, donde VT es la reducción de voltaje en estado activo en el dispositivo. Para varios dispositivos paralelos, la disipación de energía total P = (??-???) + (Í'2-VT2) +...+ (IN-VTN) = IL-VTN. Sin embargo, VTN es menor que VT, ya que In es igual a IL/N. Por lo tanto, la disipación de energía de cada dispositivo paralelo individual es menor que la disipación de energía en el dispositivo utilizado para una configuración de un solo dispositivo. Una menor disipación de energía produce temperaturas de unión más bajas en el dispositivo y capacidad mejorada de conducción de corriente, 'í En teoría, el método ilustrado en la Figura 4 puede proporcionar un conmutador que tiene cuatro veces la corriente nominal de los dispositivos individuales. Sin embargo, en una implementación práctica, varios factores pueden traer desequilibrios que impiden que la configuración del circuito de la Figura 4 alcance la corriente nominal prevista. Por ejemplo, todos los Triacs deben coincidir bien en términos de reducción de voltaje en. estado activo, resistencia eléctrica, resistencia térmica, voltaje de disparo de entrada, etc. De otro modo, uno o más de los dispositivos puede comenzar a conducir más corrientes que los otros dispositivos —una condición que a menudo se denomina !'acaparamiento" de corriente. Esto puede tener como consecuencia temperaturas de unión elevadas que provocan desequilibrios de corriente adicionales y/o la falla de uno o más dispositivos. Para compensar estos desequilibrios, puede ser necesario reducir la capacidad del conmutador combinado a un nivel de corriente por debajo de cuatro veces la corriente nominal de los dispositivos individuales, con lo que se sacrifica gran parte del beneficio previsto de la configuración paralela.

¦" Obtener dispositivos con características correspondientes puede ser problemático per se. Esto puede requerir obtener dispositivos del mismo fabricante y/o lote de producción, con lo que se complica el proceso de fabricación y cadena de suministros e impedir la mezcla de dispositivos de recursos más baratos. Incluso los dispositivos del mismo lote de fabricación pueden presentar variaciones inaceptables, por lo que puede ser necesario probar y clasificar los dispositivos que incrementan aún más la complejidad y los costos.

Los desequilibrios én el disparo térmico de cada dispositivo también actúan para impedir que la configuración del circuito de la Figura 4 alcance una corriente nominal prevista. Puede requerirse un disparador térmico grande para proporcionar suficiente masa térmica para equilibrar las temperaturas de la caja y de unión de los dispositivos. Cualquier diferencia en el par de apriete relativo (o fuerza de unión) , cantidad del compuesto disparador térmico, etc., entre los dispositivos individuales puede producir témperaturas operativas desiguales y/o desequilibrios en la conducción de corriente. Múltiples dispositivos paralelos también tienden a ser sensibles a la disposición física de los dispositivos en el disparador térmico, por lo que se requieren patrones de diseño complejos cuya producción es difícil y costosa.

La Figura 6 ilustra una modalidad de un circuito de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de' patente. En la modalidad de la Figura 6, dos o más conmutadores se disponen en paralelo entre las terminales 28 y 30. En este ejemplo, se ilustran tres conmutadores SW1-SW3, pero puede utilizarse cualquier combinación de dos o más conmutadores. La modalidad de la Figura 6 puede conectarse en un circuito de cualquier manera adecuada para permitir que los conmutadores paralelos transfieran energía entre una fuente de energía de CA y una carga. Un controlador 26 genera señales de control C1-C3 para proporcionar el control individual de los conmutadores, de modo que los conmutadores individuales puedan operar durante diferentes porciones de la forma de onda de CA. Por ejemplo, el controlador pueda operar los conmutadores de manera secuencial durante ciclos alternativos o mitades de ciclos de la forma de onda de CA.

Los conmutadores pueden implementarse con Triacs, rectificadores controlados con silicio (SCRs) en disposiciones paralelas o anti-paralelas , transistores, tiristores de apagado de entrada (GTO) , tubos, relés electrónicos de estado sólido, dispositivos optoelectrónicos , dispositivos magnéticos o cualquier otro conmutador adecuado para operar durante diferentes porciones de una forma de onda de CA. El controlador puede implementarse con hardware análogo o digital, software, firmware o cualquier combinación adecuada de los mismos. En algunas modalidades, el controlador puede incluir un microcontrolador u otra forma de microprocesador que genere las señales de control . Los patrones de las señales de control pueden almacenarse en tablas de consulta, generadas a través de algoritmos matemáticos o derivadas de cualquier otra manera adecuada.

La Figura 7 ilustra una modalidad ejemplar de un método en el que tres conmutadores paralelos se controlan de manera individual durante diferentes porciones de una forma de onda de CA de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. Durante el ciclo 1, un primer conmutador SW1 se utiliza para controlar el flujo de energía desde una fuente de energía de CA y una carga. Esto puede incluir activar el conmutador durante todo el ciclo, activarlo durante una porción de cada mitad de ciclo como en una técnica de control en fase, activarlo durante la totalidad o sólo una porción de una mitad del ciclo, activarlo durante varias porciones del ciclo o la mitad del ciclo, etc. Durante el ciclo 2, un segundo conmutador SW2 se utiliza para controlar el flujo de energía desde la fuente de energía de CA y una carga. Como ocurre con SW 1 durante el ciclo 1, S 2 puede activarse durante todo el segundo ciclo, durante una porción de cada mitad del ciclo, etc. Durante el ciiclo 3, un tercer conmutador SW3 opera para controlar la riérgía de CA a la carga. El patrón se repite de nuevo, comenzando en el ciclo 4, durante el cual, el primer conmutador SW1 controla una vez más la energía de CA a la carga. Durante los ciclos 5 y 6, los que se operan son los conmutadores SW2 y SW3 , respectivamente.

La Figura 8 ilustra una modalidad ejemplar de un método en el que tres conmutadores paralelos mostrados en la Figura 6 se utilizan para transferir energía desde una fuente de CA a una carga de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. La modalidad de la Figura 8 implementa una técnica de control en fase en la que l ; cantidad de energía transferida a la carga se controla mediante el ángulo de conducción de los conmutadores. El trazo superior ilustra la forma de onda de la energía desde la fuente de energía de CA.

Los siguientes tres trazos ilustran la operación de los tres conmutadores cuando 100 por ciento de la energía disponible se transfiere a la carga. Los trazos S 1, SW2 y SW3 ilustran las formas de onda del voltaje aplicado a la carga por el primer, segundo y tercer conmutadores, respectivamente. Durante el ciclo 1, el primer conmutador S 1 se activa durante la totalidad de 180 grados de cada mitad de ciclo positivo y negativo. Durante el ciclo 2, el segundo conmutador SW2 se activa durante toda la mitad del ciclo positivo y negativo. Durante el ciclo 3, el tercer conmutador S 3 se activa durante toda la mitad del ciclo positivo y negativo. Durante el ciclo 4, el tercer conmutador se activa de nuevo durante toda la mitad del ciclo positivo y negativo. Este ciclo de cuatro patrones se repite después. De manera alternativa, el doble ciclo del conmutador SW3 puede rotar a través de los conmutadores SW1 y S 2 durante patrones subsiguientes de cuatro ciclos.

Los tres trazos que aparecen en la parte más inferior ilustran la operación de los tres conmutadores cuando 50 por ciento de la energía disponible se transfiere a la carga. Durante el ciclo 1, el primer conmutador SW1 se activa durante la última mitad (90 grados) de cada mitad del ciclo positivo y negativo. Durante el ciclo 2, el segundo conmutador SW2 se activa durante la última mitad de cada mitad del ciclo positivo y negativo. Durante el ciclo 3, el tercer conmutador SW3 se activa durante la última mitad de cada mitad del ciclo positivo y negativo. Durante el ciclo 4, el tercer conmutador se activa de nuevo durante la última mitad de cada mitad del ciclo positivo y negativo. Este ciclo de cuatro patrones se repite después. De manera alternativa, el ciclo doble del conmutador S 3 puede rotar a través de los conmutadores SW1 y SW2 durante patrones subsiguientes de cuatro ciclos.

En los ejemplos de la Figura 8, cada uno de los conmutadores S 1 y SW2 se activa durante 25 por ciento del tiempo de activación total, y el conmutador SW3 se activa durante 50 por ciento del tiempo de activación total. Por lo tanto, cada uno de los conmutadores SW1 y SW2 disipa 25 por ciento del calor total del conmutador, mientras que el conmutador S 3 disipa 50 por ciento. Estos ejemplos ilustran algunos de los posibles beneficios de los diversos principios inventivos de esta descripción de patente. Por ejemplo, al operar múltiples conmutadores paralelos de manera secuencial, el; porcentaje . de disipación de energía de cualquier conmutador puede ser en general igual al porcentaje del tiempo total. Por lo tanto, su temperatura de unión puede reducirse según corresponda.

La temperatura de unión (Tj) de cada dispositivo es Tj = Ta + Rja-P, donde Ta es la temperatura ambiente, Rja es la resistencia térmica entre la unión del dispositivo y su entorno, y P es la disipación de energía del dispositivo. Debido a .que la disipación de energía de cada dispositivo puede ser igual a los tiempos porcentuales en activación, la disipación de energía total, la Tj para cada dispositivo puede controlarse al aumentar o disminuir su porcentaje de tiempo operativo.

Además, puede no ser necesario que los conmutadores coincidan. En algunas modalidades, pueden utilizarse conmutadores paralelos con características muy distintas, ya que la operación secuencial puede asegurar que ningún conmutador conduzca más corriente que los otros conmutadores . En modalidades sin solapamiento entre conmutadores, la corriente de carga completa debe fluir de manera necesaria a través de cada conmutador durante su porción correspondiente de la forma de onda de CA, sin importar su disminución de voltaje en estado activo, resistencia eléctrica, resistencia térmica, voltaje de disparo de entrada, etc. De este modo, pueden eliminarse los problemas relacionados con una distribución de corriente desigual (acaparamiento) entre dispositivos paralelos.

Como un ejemplo adicional, algunos de los principios inventivos pueden eliminar la necesidad de montar dispositivos paralelos en un disparador térmico común y/o pueden eliminar la necesidad de un disparador térmico para todos o algunos de los dispositivos y/o pueden simplificar las disposiciones de disparadores térmicos. De manera adicional, algunos de los principios inventivos pueden permitir que un circuito conduzca corriente más instantánea o promedio a través de uno o más de los dispositivos paralelos. Por ejemplo, en algunas implementaciones, las restricciones de espacio pueden permitir unir sólo uno de los dispositivos de conmutación paralelos a un disparador térmico. Al utilizar una secuencia de conmutación similar a la que se ilustra en la Figura 8 y unir el conmutador SW3 a un disparador térmico, el dispositivo con mejor capacidad de disipación térmica (SW3) puede manejar el 50 por ciento de la corriente total, mientras que cada uno de los conmutadores SW1 y SW2 sólo 5 necesita manejar el 25 por ciento, y de este modo, puede operar sin disparadores térmicos. De manera alternativa, una mezcla de conmutadores grandes y pequeños puede disponerse en páralelo y sus porcentajes en activación respectivos pueden ajustarse según corresponda. 0 Se contemplan innumerables variaciones de detalles de implementación de acuerdo con los principios inventivos de esta descripción de patente. Por ejemplo, aunque no existe solapamiento entre conmutadores en las modalidades descritas en lo anterior, otras modalidades de técnicas de conmutación 5 secuencial pueden incluir cierto solapamiento entre los tiempos activos de algunos conmutadores de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. Como un ejemplo adicional, las fracciones de tiempo secuencial para cada conmutador pueden dividirse entre 0 mitades de ciclos en lugar de ciclos completos o varios ciclos completos. En algunas otras modalidades, uno o más conmutadores pueden activarse durante varias porciones de un • "¦· SSÍO ciclo, mitad del ciclo o porción del mismo, con o sin solapamiento .

Como aún otro ejemplo, los principios inventivos no se limitan sólo a cargas de CA. De este modo, los conmutadores paralelos con control individual pueden disponerse en una disposición de rectificación donde la energía de CA se convierte en energía de CD, energía de CA con un desfase de CD, etc., mientras que los conmutadores individuales paralelos operan durante diferentes porciones de la forma de onda de CA.

La Figura 9 ilustra otra modalidad de un circuito dé. acuerdo con algunos principios inventivos de esta dé'scripción de patente. La modalidad de la Figura 9 incluye dos Triacs Ul y U2 paralelos. Las terminales principales de Ul y U2 se conectan entre terminales 32 neutrales y una terminal 34 de carga para controlar el flujo de energía entre una fuente 36 de energía de CA y una carga 38. Un controlador 40 se dispone para monitorear, y recibir energía desde la forma de onda de CA a través de las terminales 32 y 34, y generar señales de salida Gl y G2 para disparar individualmente los Triacs Ul y U2. En algunas modalidades, el controlador 40 puede incluir suficiente almacenamiento de energía para seguir operando, periodo durante el cual uno de los conmutadores está activado, con lo que se reduce el voltaje en las terminales 32 y 34 neutrales y de carga a un nivel muy bajo. En otras modalidades, una terminal 42 directa puede proporcionar una conexión directa a la fuente de energía de CA para permitir un mejor monitoreo de la forma de onda de CA y energía ininterrumpida al controlador.

La Figura 10 ilustra una modalidad ejemplar de un método para operar el sistema de la Figura 9 de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. El trazo superior muestra la forma de onda de la energía de entrada de CA. Los trazos etiquetados Ul y U2 muestran la forma de onda de la energía suministrada a la carga por los Triacs Ul y U2 , respectivamente, mientras que Gl y G2 muestran los pulsos de entrada generados por el controlador 40 para operar Ul y U2. En este ejemplo, el sistema se muestra realizando una transición de un ángulo de conducción dé: 180 grados a un ángulo de conducción de alrededor de 55 grados en el transcurso de cuatro ciclos lineales.

La Figura 11 ilustra otra modalidad de un circuito de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. La modalidad de la Figura 11 incluye un puente rectificador en el que se disponen dos rectificadores SCR1 y SCR2 controlados con silicio en paralelo entre una primera terminal de CAI de entrada de CA y una primera terminal POS de salida de CD. Dos SCRs adicionales, SCR3 y SCR4 , se disponen en paralelo entre una segunda terminal AC2 de entrada de CA y una segunda terminal NEG de salida de CD . Los diodos DI y D2 completan el puente, aunque, en lugar de éstos, pueden utilizarse SCRs o combinaciones en paralelo de SCRs.

Un controlador 44 genera señales de salida G1-G4 para permitir a SCR1-SCR4 controlar el flujo de energía desde una fuente 46 de CA a una carga 48 de CD. El controlador 44 puede operar SCR1 y SCR2 de manera individual durante diferentes porciones de la forma de onda de CA. De forma similar, el controlador puede operar SCR3 y SCR4 de manera individual durante diferentes porciones de la forma de onda de- CA. De este modo, los SCRs individuales en las combinaciones en paralelo no necesitan coincidir y pueden aplicarse los posibles beneficios descritos en lo anterior en el contexto de las modalidades de la Figura 6, la Figura 7, la Figura 8, la Figura 9 y la Figura 10.

La Figura 12 ilustra una modalidad ejemplar de un método para operar el sistema de la Figura 11 de acuerdo con alrgunos principios inventivos de esta descripción de patente. El trazo sólido muestra el voltaje de salida desde el puente, asumiendo que la carga sea puramente resistiva. El trazo discontinuo muestra la forma de onda de CA durante la mitad de ciclo negativo. Durante la primera mitad del ciclo 1, SCR1 y D2 liberan durante toda la primera mitad de un ciclo de energía a la carga. Durante la segunda mitad del ciclo 1, SCR3 y DI liberan toda la segunda mitad del ciclo de energía a la carga. Durante la primera mitad del ciclo 2, SCR2 y D2 liberan toda la primera mitad del ciclo de energía a la carga. Durante la segunda mitad del ciclo 2, SCR4 y DI liberan toda la segunda mitad del ciclo de energía a la carga .

La modalidad de la Figura 12 se ilustra con la conducción de la mitad de un ciclo completo (180 grados), pero el controlador 44 también puede ser una entrada para los SCRs en otros ángulos de conducción para proporcionar control en fase de rectificación de la energía de salida.

Aunque los principios inventivos de esta descripción de patente no se limitan a ninguna aplicación particular, algunos de los principios inventivos pueden ser especialmente útiles al aplicarse a dispositivos de cableado, tales como, por ejemplo, conmutadores, cronómetros, controles de motores y/o reguladores de voltaje, donde los dispositivos deben ajustarse en el espacio limitado disponible en las cajas empotradas eléctricas estándar o en paquetes de energía .

: -" La Figura 13 ilustra una modalidad de un dispositivo de cableado de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. La modalidad de la Figura 13 incluye una placa 50 frontal que funciona como una ¦;.¦'¦ 20 correa de montura para el dispositivo de cableado, así como también un disparador térmico para uno o más conmutadores de energía. Un alojamiento 52 encierra la circuitería interna, mientras que conductores 54 de alambre u otras formas de conexiones permiten que el dispositivo de cableado se conecte con el cableado del edificio. La modalidad ejemplar de la Figura 13 se muestra como un regulador de voltaje, pero los principios inventivos se aplican a otros tipos de dispositivos de cableado. La placa 50 frontal incluye un disyuntor 56 para un conmutador deslizante regulador de voltaje para permitir que un usuario ajuste una cantidad de energía de CA transferida a la carga. Dos o más conmutadores 58-60 paralelos se muestran en forma de contorno unidos a la parte posterior de la placa frontal. El alojamiento 52 puede encerrar una o más tarjetas de circuitos, módulos, procesadores y/u otros componentes para permitir que el dispositivo de cableado transfiera energía entre una fuente de energía de CA y una carga al operar los conmutadores durante diferentes porciones de la forma de onda de CA.

En la modalidad de la Figura 13, los conmutadores se montan en diferentes ubicaciones simétricas en la placa frontal y, por lo tanto, pueden tener diferentes capacidades de enfriamiento. Al operar los conmutadores paralelos durante diferentes porciones de la forma de onda de CA, por ejemplo, de manera secuencial durante ciclos completos alternados, cualquier desequilibrio provocado por un aislamiento térmico desigual para los conmutadores, puede volverse inofensivo de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente .

La Figura 14 ilustra una vista en corte transversal de otra modalidad de un dispositivo de cableado de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. La modalidad de la Figura 14 incluye una placa f ontal/disparador 62 térmico y alojamiento 64. Dos Triacs u otros conmutadores 66-68 se conectan en paralelo y se montan en la placa frontal/disparador térmico y se controlan de manera individual mediante un microcontrolador u otra circuitería en una tarjeta 70 de circuitos. La placa frontal/disparador 62 térmico puede incluir una o más aperturas 72 para adaptar los conmutadores, botones, correderas, luces, discos selectores y/u otras entradas y/o salidas de usuario. La tarjeta de circuitos y los conmutadores se configuran para permitir que el dispositivo dé cableado transfiera energía entre una fuente de energía de CA y una carga al operar los conmutadores durante diferentes porciones de la forma de onda de CA. Al operar los conmutadores paralelos durante diferentes porciones de la forma de onda de CA, por ejemplo, de manera secuencial durante ciclos completos alternados, cualquier desequilibrio de corriente provocado por un aislamiento térmico desigual a los conmutadores o incompatibilidad entre los conmutadores, puede volverse inofensivo de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

La Figura 15 ilustra una vista en corte transversal de otra modalidad de un dispositivo de cableado de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente. La modalidad de la Figura 15 incluye una placa frontal/disparador 74 térmico y alojamiento 76. Uno o más Triacs u otros conmutadores 78 se montan en la placa frontal/disparador térmico y se controlan mediante un microcontrolador u otra circuitería en una tarjeta 84 de circuitos. Uno o más de otros Triacs u otros conmutadores 80-8-2 también se controlan mediante la tarjeta de circuitos 84, pero las cajas de estos conmutadores están expuestas al aire libre y/o material encapsulado dentro del alojamiento, y/o están montadas en uno o más disparadores térmicos separados . Todos los conmutadores 78-82 pueden conectarse en paralelo, pero pueden controlarse de manera individual mediante la tarjeta de circuitos. La tarjeta de circuitos y conmutadores se configuran para permitir que el dispositivo de cableado transfiera energía entre una fuente de energía de CA y una carga al operar los conmutadores durante diferentes porciones de la forma de onda de CA. La placa frontal/disparador 74 térmico también puede incluir una o más aperturas para adaptar conmutadores, botones, correderas, luces, discos selectores y/u otras entradas y/o salidas de usuario. Al operar los conmutadores paralelos durante diferentes porciones de la forma de onda de CA, por ejemplo, de manera secuencial durante ciclos completos alternados, cualquier desequilibrio de corriente provocado por aislamiento térmico desigual en los conmutadores o incompatibilidades en los conmutadores, puede volverse inofensivo de acuerdo con al-gunos principios inventivos de esta descripción de patente.

En algunas modalidades , cada uno de los conmutadores paralelos con control individual puede necesitar transportar más energía instantánea que en una disposición con control simultáneo. Sin embargo, éste puede desfasarse de manera total o parcial mediante un índice de ciclo de trabajo menor, corriente nominal promedio más baja, y otros factores tales como mayor tiempo de enfriamiento entre periodos de conducción, etc., de acuerdo con algunos principios inventivos de esta descripción de patente.

En algunas modalidades, los principios inventivos descritos en lo anterior pueden implementarse como un factor adecuado para su uso en un sistema de gestión de energía y/o automatización de edificios, tal como un sistema con un panel de distribución central con módulos para el control de iluminación, control de ventiladores, etc. En aún otras modalidades, los principios inventivos pueden realizarse en la forma de un paquete de energía, donde todos o la mayoría de los componentes se ubican en un alojamiento de paquetes de energía pack y se proporciona una conexión remota para la entrada de selección de velocidad. Por ejemplo, un conmutador de bajo voltaje o conmutador de voltaje digital (por ejemplo, 24 voltios de CD) puede utilizarse para proporcionar entrada de control al paquete de energía, desde donde los conmutadores paralelos con control secuencial pueden controlar una carga conectada a un paquete de energía.

En algunas modalidades, los principios inventivos pueden adaptarse para controlar calentadores, bombas, activadores, luces y/o cualquier otro tipo de carga eléctrica. Además, tal sistema puede implementarse como un fáctor diferente a un dispositivo de cableado, por ejemplo, como un módulo para un panel, como un paquete de energía, etc .

Cualquiera de las circuiterías de control y lógicas descritas y reclamadas en la presente pueden implementarse en hardware, software, firmware, análogo y/o digital, etc., o cualquier combinación de los mismos. Los principios inventivos pueden aplicarse a sistemas para espacios interiores, exteriores o híbridos en edificios. t. Los principios inventivos de esta descripción de patente se han descrito en lo anterior con referencia a algunas modalidades ejemplares específicas, pero estas modalidades pueden modificarse en cuanto a disposición y detalles sin apartarse de los conceptos inventivos. Por ejemplo, algunas modalidades se han ilustrado en el contexto de sistemas de energía de CA de una sola fase, pero los principios inventivos también pueden aplicarse a sistemas que emplean tres fases y otras formas de energía de CA. Como otro ejemplo, algunas modalidades se han ilustrado con conexiones dirigidas desde un controlador hasta las entradas de dispositivos de conmutación. Sin embargo, en otras modalidades, las señales de salida y otras señales de control pueden aislarse a través de optoacopladores, transformadores magnéticos, etc. Algunas modalidades se han ilustrado con Triacs y SCRs, pero los principios inventivos pueden aplicarse a sistemas que utilizan cualquier tipo adecuado de dispositivos de conmutación. De este modo, se considera que cualquier cambio y modificación cae dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (31)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes: T REIVINDICACIONES

1. Un sistema caracterizado porque comprende: un primer conmutador que transfiere energía entre una fuente de energía de CA y una carga; un segundo conmutador acoplado en paralelo con el primer conmutador; y un controlador para operar el primer y segundo conmutadores durante diferentes porciones de una forma de onda de la fuente de energía de CA.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden activarse de manera secuencial.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden activarse en esencia durante ciclos completos de la energía de CA.

•J'' 4. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden activarse en esencia durante mitades completas del ciclo de la energía de CA.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden activarse durante una o más porciones de ciclos de la energía de CA.

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden activarse durante una o más porciones de mitades de ciclos de la energía de CA.

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores comprenden Triacs .

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque cada uno del primer y segundo conmutadores comprende dos SCRs anti -paralelos .

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 2 se caracteriza porque cada uno del primer y segundo conmutadores comprende dos SCRs paralelos .

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores se disponen en un puente rectificador.

11. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden operarse para proporcionar un control en fase.

12. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer conmutador pueda operar durante un primer ciclo de la energía de CA y el segundo conmutador puede operar durante un segundo ciclo de la energía de CA.

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque la carga comprende una carga de CA.

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque la carga comprende una carga de CD.

15. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden activarse durante ciclos alternados de la energía de CA

16. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores pueden activarse durante mitades alternadas de ciclos de la energía de CA.

17. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende un tercer conmutador acoplado en paralelo con el primer conmutador, donde el controlador debe operar el primer, segundo y tercer conmutadores durante diferentes porciones de una forma de onda de la fuente de energía de CA.

18. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque las diferentes porciones de la forma de onda se solapan de manera parcial .

19. Un método caracterizado porque comprende: operar el primer y segundo conmutadores acoplados en paralelo entre una fuente de energía de CA y una carga; donde el primer y segundo conmutadores se operan durante diferentes porciones de una forma de onda de la fuente de energía de CA.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores se operan de manera secuencial.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores se activan durante ciclos alternados de la energía de CA.

"·;' 22. El método de conformidad con la reivindicación 20, se caracteriza porque el primer y segundo conmutadores se activan durante mitades alternadas de ciclos de la energía de CA.

23. El método de conformidad con la reivindicación 20, se caracteriza además porque comprende operar el primer y segundo conmutadores para proporcionar un control en fase.

24. El método de conformidad con la reivindicación 20, se caracteriza además porque comprende operar el primer y segundo conmutadores para rectificar la energía de CA.

25. Un controlador caracterizado porque comprende: una primera y segunda terminales detectoras para detectar la forma de onda de una fuente de energía de CA; una primera terminal de control para controlar un primer conmutador ; una segunda terminal de control para controlar un segundo conmutador que puede acoplarse en paralelo con el primer conmutador para transferir energía entre la fuente de energía de CA y una carga; y una circuitería de control para operar el primer y segundo conmutadores durante diferentes porciones de una forma de onda de la fuente de energía de CA.

26. El controlador de conformidad con la reivindicación 25, se caracteriza porque la circuitería de control puede operar el primer y segundo conmutadores de manera secuencial.

27. El controlador de conformidad con la reivindicación 26, se caracteriza porque la circuitería de control puede activar primer y segundo conmutadores durante ciclos alternados de la fuente de energía de CA.

28. Un dispositivo de cableado caracterizado porque ¦ comprende : una primera terminal para conectar el dispositivo de cableado con el cableado del edificio; una segunda terminal para conectar el dispositivo de cableado con el cableado del edificio; un primer conmutador acoplado entre la primera y segunda terminales para transferir energía de CA entre la primera y segunda terminales; un segundo conmutador acoplado en paralelo con el primer conmutador; y un controlador para operar el primer y segundo conmutadores de manera secuencial durante ciclos alternados de la energía de CA.

29. El dispositivo de cableado de conformidad con la reivindicación 28, se caracteriza además porque comprende un disparador térmico térmicamente acoplado con uno o más del primer y segundo conmutadores.

30. El dispositivo de cableado de conformidad con la reivindicación 29, se caracteriza porque el disparador térmico comprende una placa frontal .

31. El dispositivo de cableado de conformidad con la reivindicación 30, se caracteriza porque el dispositivo de cableado se construye para ajustarse en una caja empotrada eléctrica estándar.