MXPA00007910A - Convertidores de energia de modo multiple que incorporan circuitos equilibradores y metodos de funcionamiento de los mismos. - Google Patents

Abstract

Un convertidor de energia incluye una primera y una segunda barras colectoras de voltaje y una barra colectora neutral; un primer circuito de conmutacion, por ejemplo, un circuito rectificador, opera para conectar selectivamente un nodo de entrada del mismo a la primera y segunda barras colectivas de voltaje; un circuito equilibrador opera para conectar selectivamente la barra colectora neutral a la primera y segunda barras colectoras de voltaje, de manera que las magnitudes relativas del primer y segundo voltajes respectivos en la primera y segunda barras colectoras de voltaje se controlan para responder a las respectivas primera y segundas tasas en las que el circuito equilibrador conecta la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral; un segundo circuito de conmutacion, por ejemplo, un circuito inversor, opera para conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a una carga conectada en un nodo de salida de las mismas; de preferencia, el circuito equilibrador incluye u primer y un segundo interruptores que operan para conectar selectivamente las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral a traves de un inductancia, de manera que las magnitudes relativas del primer y segundo voltajes se controlan para responder al primer y segundo ciclos de trabajo respectivos del primer y segundo interruptores; el convertidor de energia puede operar en modos multiples y es adecuado para emplearse en fuentes de alimentacion ininterrumpibles (UPS).

Description

CONVERTIDORES DE ENERGÍA DE MODO MÚLTIPLE QUE INCORPORAN CIRCUITOS EQUILIBRADORES Y MÉTODOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MISMOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a dispositivos de energía eléctrica y métodos de funcionamiento de los mismo, y en particular a los dispositivos de conversión de energía y los métodos de funcionamiento de los mismos.

ANTECEDENTES DÉ LA INVENCIÓN Las fuentes de alimentación ininterrumpible . (UPS) son dispositivos de conversión de energía que se utilizan comúnmente para proveer energía confiable acondicionada para redes de computadoras, redes de telecomunicaciones, equipo médico y similares. Las UPS se utilizan ampliamente con computadoras y dispositivos de cómputo similares, que incluyen computadoras personales, estaciones de trabajo, mini computadoras, servidores de red, matrices de disco y macro computadoras, entre otros, para asegurar que datos valiosos no se pierdan y que el dispositivo pueda continuar en funcionamiento a pesar de la pérdida temporal de una fuente de uso general de CA. Las UPS típicamente proveen energía a los equipos electrónicos desde una fuente secundaria, como una batería, en el caso de que una fuente de uso general de corriente alterna (CA) primaria pierda la señal (apagón) o no provea un voltaje adecuado (oscurecimiento parcial). Las UPS convencionales pueden estar clasificadas en categorías. Con referencia a la figura 1 , una UPS fuera de línea típica desconecta una carga de una fuente de CA 10 cuando la fuente de CA primaria falla u opera de manera degradada, permitiendo que la carga llegue desde una fuente secundaria como una batería. La fuente de energía de CA 10 se conecta en serie con un interruptor S¡-, produciendo un voltaje de CA a través de una carga 20 cuando el interruptor Si está cerrado. El almacenamiento de energía se provee típicamente en forma de un capacitor de almacenamiento Cs. La fuente de energía secundaria, en este caso una batería B, se conecta a la carga 20 mediante un convertidor de voltaje bajo 30 y un transformador T. Cuando la fuente de energía de CA 10 falla, el interruptor S-i se abre, ocasionando que la carga tome energía desde la batería B. El convertidor de voltaje bajo 30 típicamente es un inversor que produce un voltaje de onda cuasi cuadrada o sinusoidal en un primer devanado L-i del transformador T desde un voltaje de CD producido por la batería B. El primer devanado L. se acopla a un segundo devanado L2 del transformar T conectado a través de la carga 20. Cuando la fuente de energía de CA es operativa, es decir, cuando el interruptor S-i, se cierra, la batería B puede cargarse usando el convertidor de voltaje bajo 30 o un circuito cargador de batería por separado (no se muestra). En la figura 2 se muestra una topología de UPS de línea interactiva (LIA). En este caso, el transformador T tiene un tercer devanado L3 que puede conectarse en serie a la carga 20 utilizando los interruptores S2, S3 para "resistir" o "elevar" el voltaje aplicado a la carga 20. Como en la topología de UPS fuera de línea de la figura 1 , cuando la fuente de energía de CA 10 falla, el interruptor S. puede abrirse para permitir que la carga 20 corra desde la batería B. Como se ilustra en la figura 3, una UPS en línea típica incluye un rectificador 40 que recibe un voltaje de CA desde una fuente de energía de CA 10 produciendo un voltaje de CD a través de un capacitor de almacenamiento Cs en un nodo intermedio 45. Un inversor 50 se conecta entre el nodo intermedio 45 y está listo para producir un voltaje de CA a través de la carga 20 desde el voltaje de CD. Como se muestra, una batería B se conecta al nodo intermediario 45 mediante un convertidor de CD/CD 60, proveyendo energía de manera auxiliar. Alternativamente, el convertidor de CD/CD puede eliminarse y una batería de alto voltaje (no se muestra) conectarse directamente al nodo intermediario 45. Cada una de estas topologías tiene algunos inconvenientes. Por ejemplo, las UPS LIA y en línea convencionales para aplicaciones de 60 Hz utilizan componentes magnéticos de 60 Hz (por ejemplo transformadores e inductores) diseñados para tales frecuencias, por lo que pueden ser grandes, pesadas y caras. Las UPS LIA con frecuencia exhiben cambios de voltaje escalonados que pueden afectar el rendimiento de la carga. Las UPS fuera de línea, LIA y en línea convencionales con frecuencia usan grandes capacitores de almacenamiento, lo que tiende a hacerlas voluminosas y caras, para mantener un voltaje de salida aceptable bajo condiciones de carga pesada. Además, debido a que las UPS convencionales típicamente están diseñadas para funcionar en sólo uno de los modos descritos anteriormente fuera de línea, LIA o en línea, los comerciantes de UPS deben mantener grandes inventarios incluyendo diversos tipos de UPS para cubrir la variedad de diferentes aplicaciones para los clientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Tomando en cuenta lo anterior, es un objetivo de la presente invención proveer convertidores de energía y métodos de funcionamiento de convertidores de energía mejorados para usarse en dispositivos como fuentes de alimentación ininterrumpible (UPS). Otro objetivo de la presente invención es proveer convertidores de energía que puedan ser operados en diferentes modos. Otro objetivo de la presente invención es proveer convertidores de energía que puedan utilizar componentes magnéticos pequeños y capacitores de almacenamiento. Estos y otros objetivos, características y ventajas serán provistas de conformidad con la presente invención mediante convertidores de energía y métodos de funcionamiento de los mismos, en donde un circuito rectificador produce voltajes primero y segundo (por ejemplo voltajes de CD ±) en las barras colectoras de voltaje primera y segunda desde un voltaje de entrada de CA producido por una fuente de energía de CA, un circuito inversor produce un voltaje de salida de CA desde los voltajes primero y segundo, y un circuito equilibrador controla las magnitudes relativas de los voltajes primero y segundo con respecto a sus respectivas tasas primera y segunda en las que el circuito equilibrador conecta las barras colectoras de voltaje primera y segunda a una barra colectora neutra de la fuente de energía de CA. Preferiblemente, el circuito rectificador incluye interruptores primero y segundo que conectan de manera selectiva las barras de voltaje primera y segunda a una barra colectora de fase de la fuente de energía de CA a través de una primera inductancia, el circuito inversor incluye interruptores tercero y cuarto que conectan selectivamente las primeras barras colectoras de voltaje primera y segunda a una carga a través de una segunda inductancia, y el circuito equilibrado incluye interruptores quinto y sexto que selectivamente conectan los voltajes primero y segundo en la barra colectora hacia la barra colectora neutra a través de una tercera inductancia, tal como un inductor o devanado de transformador. El uso de topologías de circuito según se describe en la presente, puede proveer diversas ventajas. El circuito equilibrador permite la transferencia de energía entre los capacitores de almacenamiento primero y segundo conectados entre la barra colectora neutra y las barras colectoras de voltaje primera y segunda, respectivamente, permitiendo de esta manera que los capacitores de almacenamiento sean de tamaño más pequeño que los capacitores de almacenamiento usados típicamente en los convertidores de energía convencionales con tasas de energía comparables. Los interruptores dentro del rectificador, inductor y equilibrador pueden estar controlados de tal manera que el convertidor de energía pueda funcionar en diferentes modos de transferencia de energía. Una fuente de energía secundaria, tal como una batería, también puede conectarse al convertidor de energía mediante un devanado de un transformador que también funciona como inductancia para el circuito equilibrador. En una modalidad, esta conexión puede lograrse a través de la combinación de un convertidor de batería/circuito cargador de batería que también puede cargar la batería cuando el convertidor no cuente con conexión de una fuente de energía de CA. Conforme a otro aspecto de la presente invención, los interruptores en el circuito equilibrador pueden funcionar en ciclos de trabajo en diferentes en medios ciclos positivos y negativos del voltaje de entrada CA, lo que puede permitir que el convertidor de energía funcione de manera más eficiente. En particular, conforme a una modalidad de la presente invención, un convertidor de energía incluye barras colectoras de voltaje primera y segunda y una barra colectora neutra. Un primer circuito de interrupción, por ejemplo, un circuito rectificador, está listo para conectar de manera selectiva un nodo de entrada del mismo a las barras colectoras de voltaje primera y segunda. Un circuito equilibrador puede funcionar para conectar de manera selectiva la barra colectora neutral a las barras colectoras de voltaje primera y segunda de tal manera que las magnitudes relativas de los voltajes primero y segundo respectivos sobre las barras colectoras de voltaje primera y segunda están controladas con respecto a las tasas primera y segunda respectivas a las que el circuito equilibrador conecta las barras colectoras de voltaje primera y segunda a la barra colectora neutral. Un segundo circuito de interrupción, por ejemplo, un circuito inversor, funciona para conectar de manera selectiva a una carga en un nodo de salida del mismo. El circuito equilibrador preferiblemente incluye interruptores primero y segundo que funcionan para conectar de manera selectiva las barras de voltaje primera y segunda respectiva a la barra colectora neutral a través de una inductancia, de manera tal que las magnitudes relativas de los voltajes primero y segundo están controlados con respecto a los ciclos de trabajo primero y segundo respectivos de los interruptores primero y segundo. El circuito equilibrador preferiblemente responde a un voltaje de entrada de CA aplicado al nodo de entrada para variar los ciclos de trabajo respectivos en los que los interruptores primero y segundo funcionan. En una modalidad de la presente invención, un circuito convertidor de batería puede conectarse de manera intercambiable a por lo menos una de las barras colectoras de voltaje primera y segunda. En una instrumentación de circuito ejemplar, el circuito convertidor de batería puede incluir un inductor configurado para conectarse en serie con una batería. Un primer interruptor funciona para conectar de manera selectiva un extremo de una combinación en serie de una batería y el inductor a una de las barras colectoras de voltaje primera y segunda. Un segundo interruptor funciona para conectar selectivamente el extremo de la combinación en serie de una batería y un inductor a otro extremo de la combinación en serie de una batería y el inductor. En otra modalidad de la presente invención, el circuito equilibrador incluye un transformador que incluye un primer devanado que tiene una primera derivación acoplada a los interruptores primero y segundo y una segunda derivación acoplada a la barra colectora neutra. Los interruptores primero y segundo conectan selectivamente la primera derivación del transformador a las barras colectoras de voltaje primera y segunda. El convertidor de energía puede incluir adicionalmente primero y segundo diodos, el primer diodo tiene un cátodo acoplado a la primera barra colectora de voltaje, el segundo diodo tiene un cátodo acoplado a un ánodo del primer diodo y un ánodo acoplado a la segunda barra colectora de voltaje. El primer devanado del transformador puede tener una primera derivación de extremo conectada a los interruptores primero y segundo, una segunda derivación de extremo conectada al ánodo del primer diodo y el cátodo del segundo diodo, y una derivación central conectada a la barra colectora neutral. De manera alternativa, el convertidor puede incluir además interruptores terceros y cuarto. El primer devanado del transformador puede tener una primera derivación de extremo conectada a los interruptores primero y segundo, una segunda derivación de extremo conectada a los interruptores tercero y cuarto, y una derivación central conectada a la barra colectora neutra, en donde el tercer interruptor funciona para conectar y desconectar la segunda derivación de extremo del primer devanado y la primera barra de voltaje y el cuarto interruptor funciona para conectar y desconectar la segunda derivación de extremo del primer devanado y la segunda barra colectora de voltaje. En otra modalidad de conformidad con la presente invención, un segundo devanado del transformador se conecta de manera inductiva al primer devanado. Un circuito generador de voltaje de CA se acopla al segundo devanado del transformador y funciona para aplicar un voltaje de CA al mismo. El circuito generador de voltaje de CA puede incluir un circuito convertidor de batería que funciona para generar un voltaje de CA en el segundo devanado del transformados desde un voltaje de CD producido por una batería conectada al circuito convertidor de batería. El circuito generador de voltaje de CA puede incluir un circuito cargador de batería/convertidor de batería que funciona para generar un voltaje de CA en el segundo devanado del transformador desde un voltaje de CD producido por la batería, y para producir un voltaje de CD a través de la batería desde un voltaje de CA inducido en el segundo devanado del transformador. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, un convertidor de energía incluye un circuito rectificador configurado para conectarse a una fuente de energía de CA y funciona para producir voltajes de CD primero y segundo en las barras colectoras de voltaje primera y segunda, respectivamente, conectando de manera selectiva las barras colectoras de voltaje primera y segunda a la fuente de energía de CA a través de una primera inductancia. Los capacitores primero y segundo conectan las barras colectoras de voltaje primera y segunda, respectivamente, a una barra colectora neutra. Un circuito inversor está configurado para conectarse a una carga y funcionar para conectar de manera selectiva las barras colectoras de voltaje primera y segunda a la carga a través de una segunda inductancia. Un circuito equilibrador es operativo para acoplar selectivamente las barras colectoras de voltaje primera y segunda a las barras colectoras neutras a través de una tercera inductancia de tal manera que las magnitudes relativas de los voltajes de CD primero y segundo están controlados como respuesta a las tasas respectivas primera y segunda a las que el circuito equilibrador conecta las barras colectoras de voltaje primera y segunda a la barra colectora neutra. En una modalidad de la presente invención, el convertidor de energía incluye un circuito de control de conmutación. El circuito rectificador incluye un primer inductor que tiene una primera terminal configurada para recibir un voltaje de entrada de CA, un primer interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar una segunda terminal de primer inductor y la primera barra colectora de voltaje, y un segundo interruptor que responde a circuito de control de conmutación para conectar y desconectar la segunda terminal del primer inductor y la segunda barra colectora. El circuito inversor incluye un segundo inductor que tiene una primera terminal configurada para conectarse a una carga, un tercer interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar una segunda terminal del segundo inductor y la primera barra colectora de voltaje, y un cuarto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar la segunda terminal del segundo inductor y la segunda barra colectora de voltaje. El circuito equilibrador puede incluir un tercer inductor que tiene una primera terminal conectada a la barra colectora neutra, un quinto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar una segunda terminal del tercer inductor y la primera barra colectora de voltaje, y un sexto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar la segunda terminal del tercer inductor y la segunda barra colectora de voltaje. De conformidad con otros aspectos de la presente invención, se controla la transferencia de energía entre una carga y una fuente de energía de CA que produce un voltaje de entrada de CA entre una barra colectora de fase y una barra colectora neutra. Las barras colectoras de voltaje primera y segunda se conectan de manera selectiva a la barra colectora de fase a través de una primera inductancia para producir voltajes de CD primero y segundo en las barras colectoras de voltaje primera y segunda, respectivamente. Las barras colectoras de voltaje primera y segunda se conectan de manera selectiva a la carga a través de una segunda inductancia. Las barras colectoras de voltaje primera y segunda se conectan de manera selectiva a la barra colectora neutra a través de una tercer inductancia, de manera tal que las magnitudes relativas de los voltajes de CD primero y segundo se controlan como respuesta a las tasas respectivas primera y segunda a las que las barras colectoras de voltaje primera y segunda están conectadas a la barra colectora neutra. De conformidad con una modalidad más de la presente invención, la primera y segunda barras colectoras de voltaje se conectan selectivamente a la barra colectora de fase conmutando un primer interruptor para conectar y desconectar la barra colectora de fase y la primera barra colectora de voltaje a través de un primer inductor y conectando un segundo interruptor para conectar o desconectar la barra colectora de fase y la segunda barra colectora de voltaje a través del primer inductor. Las barras colectoras de voltaje primera y segunda se acoplan selectivamente a la carga conectando un tercer interruptor para conectar y desconectar la primera barra colectora de voltaje y la carga a través de un segundo inductor y conectando un cuarto interruptor para conectar y desconectar la segunda barra colectora de voltaje y la barra colectora de carga a través del segundo inductor. La conexión preferiblemente se realiza en respuesta al voltaje de entrada de CA. En particular, los ciclos de trabajo respectivos a los que lo interruptores primero, segundo, tercero y cuarto funcionan responden de diversas maneras al voltaje de entrada de CA. En otra modalidad de la presente invención, se provee una conexión continúa de baja impedancia entre la barra colectora de fase y la carga a través de combinaciones seleccionadas de los interruptores primero, segundo, tercero y cuarto cuando el voltaje de entrada de CA se encuentra aproximadamente en un nivel nominal. Cuando el voltaje de entrada de CA es menor que el nivel nominal, los interruptores primero y segundo se conectan para elevar la magnitud de los voltajes de CD primero y segundo mientras proveen conexiones de ¡mpedancia baja sustancialmente continua respectiva entre la carga y las barras colectoras de voltaje primera y segundo a través de los interruptores tercero y cuarto durante los medios ciclos positivo y negativo del voltaje de entrada de CA. Cuando el voltaje de entrada de CA es mayor que el nivel nominal, las conexiones de impedancia baja sustancialmente continua respectivas entre la fuente de energía de CA y las barras colectoras de voltaje primera y segunda respectivas se proveen a través de los interruptores primero y segundo respectivos durante los medios ciclos positivos y negativo respectivos del voltaje de entrada de CA, mientras resiste un voltaje generado en la carga de los voltajes de CD primero y segundo. De conformidad con otra modalidad de la presente invención, los interruptores quinto y sexto que conectan o desconectan las barras colectores de voltaje primera y segunda respectivas y la barra colectora neutra a través de un tercer inductor se conectan de mantea tal que la magnitud del primer voltaje de CD es sustancialmente mayor que la magnitud del segundo voltaje de CD durante un medio ciclo positivo del voltaje de entrada de CA de manera tal que la magnitud del segundo voltaje de CD es sustancialmente mayor que la magnitud del primer voltaje de CD durante un medio ciclo negativo del voltaje de entrada de CA. Una batería puede conectarse de manera selectiva a la primera inductancia, la primera barra colectora de voltaje, o la segunda barra colectora de voltaje para habilitar la transferencia de energía entre la batería y las barras colectoras de voltaje primera y segunda.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las figuras de la 1 a la 3 son diagramas esquemáticos de las topologías del circuito de conversión de energía que se usan en fuentes de alimentación ininterrumpible (UPS) convencionales típicas. Las figuras 4 y 5 son diagramas esquemáticos que ¡lustran los convertidores de energía de conformidad con las modalidades de la presente invención. Las figuras de la 6 a la 8 son diagramas de forma de onda que ilustran operaciones ejemplares de un convertidor de energía de conformidad con la modalidad de la figura 4. Las figuras 9 y 10 son diagramas esquemáticos que ilustran convertidores de energía de conformidad con otras modalidades de la presente invención. Las figuras 11 y 12 son diagramas de forma de onda que ilustran operaciones ejemplares para un convertidor de energía de la figura 10. La figura 13 es un diagrama esquemático que ilustra un convertidor de energía de conformidad con otra modalidad de la presente invención.

La figura 14 es un diagrama de forma de onda que ilustra operaciones ejemplares para un convertidor de energía de la figura 12. La figura 15 es un diagrama esquemático que ilustra un convertidor de energía de conformidad con otra modalidad de la presente invención. La figura 16 es un diagrama esquemático que ¡lustra un circuito generador de voltaje de CA de conformidad con otra modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se describirá a continuación detalladamente con referencia a los dibujos anexos, en donde se muestran las modalidades que se prefieren de la invención. Sin embargo, esta invención puede modalizarse en diferentes formas y no debe intefretarse limitada a las modalidades establecidas en la presente; por el contrario, estas modalidades se proveen de manera que esta descripción sea completa y cubran por completo el alcance de la invención para los expertos en la técnica. En los dibujos los números similares se refieren a los elementos similares. La figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra un convertidor de energía 400 de conformidad con una modalidad de la presente invención. El convertidor de energía 400 incluye un circuito rectificador 410 que se conecta a una fuente de energía de CA 10, produciendo voltajes de CD primero y segundo V-i, V2, sobre las barras colectoras de voltaje primera y segunda 402a, 402b respectivas que se conectan a una barra colectora neutra N por los capacitores primero y segundo C., C2. El circuito rectificador 410 incluye interruptores primero y segundo 411 , 412 que selectivamente conectan una barra colectora de fase 401 de la fuente de energía de CA 10 a las barras colectoras de energía primera y segunda 402a, 402b a través de un primer inductor L-i, como respuesta al circuito de control de conmutación 440. El convertidor de energía 400 incluye un circuito inversor 420 que produce un voltaje de salida de CA Vsa? a través de una carga 20 (aquí se muestra incluyendo la capacitancia CL y una impedancia generalizada Z ) en una salida 403 desde los voltajes de CD primero y segundo y las barras colectoras de voltaje primera y segunda 402a, 402b. El circuito inversor incluye interruptores tercero y cuarto 421 , 422 que selectivamente conectan las barras colectoras de voltaje primera y segunda 402a, 402b, respectivamente, a la carga 20 a través de un segundo inductor L2, como respuesta al circuito de control de conmutación 440. El convertidor de energía 400 también incluye un circuito equilibrador 430 que funciona para controlar las magnitudes relativas de los voltajes de CD primero y segundo V., V2 en las barras colectoras de voltaje primera y segunda 402a, 402b controlando las tasas primera y segunda respectivas (por ejemplo ciclos de trabajo) en donde la barra colectora neutra N se conecta las barras colectoras de voltaje primera y segunda respectivas 402a, 402b a través de un tercer inductor L3. Como se utiliza en la presente, un circuito "equilibrador" es un circuito que puede "equilibrar" los voltajes de las barras colectoras diferentes, tales como las barras colectoras de voltaje primera y segunda 402a, 402b de la figura 4. Como se analiza con mayor detalle a continuación, esta capacidad puede permitir a los convertidores de energía de conformidad con las modalidades de la presente invención, entre otras cosas, funcionar de manera más eficiente y/o utilizar componentes más pequeños, por ejemplo, capacitores de almacenamiento, que aquellos que se usan en muchos dispositivos convencionales. Para la modalidad que se ilustra, este control se logra conectando los interruptores quinto y sexto 431 , 432 como respuesta al circuito de control de conmutación 440. Los interruptores 431 , 432 preferiblemente funcionan de manera sustancialmente complementaria (uno encendido, uno apagado en un momento dado), para restringir los voltajes a través de los capacitores C?, C2. Por ejemplo, si los interruptores 431 , 432 cada uno funciona al 50% en un ciclo de trabajo, los voltajes V., V2 en las barras colectoras de voltaje primera y segunda 402a, 402b se restringen para que sean aproximadamente iguales. El circuito inversor 420 puede permitir el flujo de corriente desde las barras colectoras de voltaje primera y segunda 402a, 402b hacia la carga 20, o viceversa, haciendo de esta manera el circuito inversor 420 un convertidor de cuatro cuadrantes. El circuito rectificador 410 preferiblemente tiene características similares, con la excepción de que preferiblemente se aplica patrones de modulación de anchura de pulso (PWM) diferentes a los interruptores 411 , 412 del circuito rectificador 410 de aquellos aplicados a los interruptores 421 , 422 del circuito inversor 420. Los patrones PWM empleados para el circuito inversor 420 preferiblemente producen un voltaje controlado con voltaje de salida de corriente limitada, mientras los patrones PWM empleados para el circuito rectificador 410 preferiblemente proveen una corriente controlada desde y hacia la fuente de energía de CA 10. El circuito rectificador 410 puede funcionar de tal manera que la corriente se produce de manera tal que ocasiona un flujo de energía en el convertidor 400 desde la fuente de energía de CA 10, o de manera que una corriente se produzca ocasionando el flujo de energía en la fuente de energía de CA 10 desde el convertidor de energía 400. La figura 5 ilustra un convertidor de energía 500 de conformidad con otra modalidad de la presente invención. Porciones del convertidor 500 de la figura 5 que son las mismas que las que se ¡lustran en la figura 4 se señalan con números de referencia similares, y en este caso no se proveerá un análisis detallado adicional de sus operaciones debido al análisis precedente de la figura 4. En la figura 5, los interruptores de transistor protegidos con diodo Q?, Q2, Q3, Q , Q5, Qß se usan para los interruptores 411 , 412, 421 , 422, 431 , 432 de la figura 4. Los transistores Q., Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 funcionan bajo control de un circuito de control de conmutación 440 que incluye un microcontrolador 442 y un circuito de excitación 444. El circuito de control de conmutación 440 puede controlar ios transistores Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 como respuesta al voltaje de entrada de CA detectado Vent,detectado y/o el voltaje de salida de CA detectado Vsa?,detectado- El circuito de control de conmutación 440 puede funcionar usando diferentes técnicas de control. Por ejemplo, el circuito de control de conmutación 440 puede utilizar una técnica de control de "bucle abierto" en donde el funcionamiento de los transistores Qi, Q2, Q3, Q4, Qs, Qß están controlados basándose en un voltaje de entrada de CA detectado Vent,detectado. sin referencia al voltaje de salida Vsa? producido por el convertidor 500. El circuito de control de conmutación 500 también puede operar en una base de "bucle cerrado", usando un voltaje de salida de CA detectado Vsa?,detectado para guiar el control de las operaciones de los transistores Q-?, Q2, Q3, Q , Q5, Q6. El voltaje de entrada de CA detectado Vent,detectado y el voltaje de salida de CA detectado Vsa?,detectado pueden proveerse al circuito de control de conmutación 440 de diferentes formas incluyendo, pero sin limitarse a representaciones análogas o digitales de los voltajes de entrada y salida Vent, sai, o cantidades relacionadas y/o derivadas de los voltajes de entrada y salida Vent, sai- Si se provee una operación activada por batería o elevada por batería, como se describe a continuación, el circuito de control de conmutación 440 también puede funcionar con base en un voltaje de batería detectado (no se muestra), lo que puede incluir una representación análoga o digital de un voltaje de batería real, o una cantidad relacionada y/o derivada de tal voltaje de batería. Será evidente que la modalidad de la figura 5 representa una instrumentación de ejemplo, y que otras instrumentaciones de circuito caen dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, las funciones de conmutación de los transistores Q-t, Q2, Q3, Q4, Qs, QQ pueden proveerse por una variedad de dispositivos de conmutación incluyendo, pero sin limitarse a, transistores bipolares, transistores de efecto de campo (FET) FET semiconductores de oxido de metal (MOSFET), dispositivos de conmutador de puerta (GPO), y similares. El circuito de excitación 440 puede incluir una variedad de componentes diferentes también, y preferiblemente incluye componentes adecuados para controlar el tipo particular de dispositivos de interruptores usados. Otras funciones del circuito de control de conmutación 440 pueden instrumentarse de diferentes maneras dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, las funciones del microcontrolador 442 pueden instrumentarse usando circuitos lógicos discontinuos o circuitos lógicos programables como dispositivos lógicos programables (PLD) en lugar de o junto con un microcontrolador, microprocesador o dispositivo similar. Las funciones del microcontrolador 442 y el circuito de excitación 444 también pueden combinarse en uno o más dispositivos, tal como un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) o un microcircuito híbrido. Las figuras de la 6 a la 8, 11 , 12 y 14 son diagramas de forma de onda que ilustran operaciones ejemplares de convertidores de energía de conformidad con las modalidades de la presente invención. Para propósitos de análisis de las figuras de la 6 a la 8, 11 y 12, y 14, la operación de los convertidores de energía de las figuras 4, 10 y 13 se describirá en términos del control de las funciones de los interruptores 411 , 412, 421 , 422, 431 , 432 de los circuitos rectificador, inversor y equilibrador 410, 420, 430 del convertidor de energía 400 de la figura 4 (y dispositivos correspondientes en las modalidades de las figuras 5, 9-10, 13 y 15), y particularmente, en términos de control de "ciclos de trabajo" en donde los interruptores se conmutan (modulan). Como se utiliza en la presente "ciclo de trabajo" generalmente se refiere a un porcentaje de tiempo durante un periodo de ciclo de conmutación (correspondiente a la frecuencia de conmutación descrita anteriormente) en que un interruptor se encuentra en un estado "cerrado", es decir conductor. Esta manera, por ejemplo, un interruptor que se mantiene en un ciclo de trabajo al 50% intermitentemente está "encendido" durante la mitad de un ciclo de conmutación, mientras un interruptor que llega a un ciclo de trabajo del 100%, por ejemplo un ciclo de trabajo al 99%, está encendido aproximadamente todo el ciclo de conmutación. Por lo tanto, se comprenderá, como se describe en la presente, que los interruptores analizados también pueden funcionar en un ciclo de trabajo del 100%, es decir, mantenerse en un estado "encendido" durante uno o más ciclos de conmutación, o a un ciclo de trabajo al 0%, es decir mantenerse en un estado "apagado" durante uno o más ciclos de conmutación. Será evidente que este control de ciclo de trabajo puede lograrse, por ejemplo, mediante la aplicación de señales de control adecuado para componentes de conmutación adecuados. Por ejemplo, en la modalidad de la figura 5, el control de ciclo de trabajo de los transistores de conmutación Qi, Q2, Q3, Q4, Qs, Qß puede lograrse mediante el microcontrolador 442 y el circuito de excitación 444 aplicando las señales de dirección base adecuadas a los transistores de conmutación, Qi, Q2, Q3, Q , Q5, Qß. Sin embargo, se comprenderá que tal control de ciclo de trabajo puede lograrse usando cualquier número de otros dispositivos de conmutación y circuitos generadores de control de señal. Preferiblemente, cada uno de los interruptores primero, segundo, tercero, cuarto, quinto y sexto 411 , 412, 421 , 422, 431 , 432 de los circuitos rectificador, inversor y equilibrador 410, 420, 430 de la figura 4, y componentes correspondientes de las modalidades de las figuras 5, 9-10, 13 y 15 funcionan en una o más frecuencias de conmutación que son relativamente altas con respecto a la frecuencia del voltaje de entrada Vent de CA suministrado al convertidor 400, muy preferiblemente, en una o más frecuencias de conmutación que cada una son por lo menos 10 veces más altas que la frecuencia del voltaje de entrada Vent de CA. Usando frecuencias de conmutación relativamente altas se permite que los componentes magnéticos (por ejemplo, los inductores L., L2, L3) tengan un tamaño relativamente pequeño. Será evidente que aun cuando pueden usarse diferentes frecuencias de conexión entre los interruptores 411 , 412, 421 , 422, 431 , 432, también puede usarse una frecuencia de conmutación. Puede lograrse una filtración de paso bajo para producir un voltaje de salida Vsa? nivelado por la combinación del inductor de salida L2 y la capacitancia CL. Será evidente que la capacitancia de salida CL puede proveerse por la carga 20, como se ilustra en la figura 4, o puede incorporarse en el convertidor 400.

Preferiblemente, los tres pares de interruptores que comprende los interruptores primero y segundo 411 , 412 los interruptores tercero y cuarto 421 , 422, y los interruptores quinto y sexto 431 , 432 (y pares de transistores de conmutación correspondientes en las modalidades de las figuras 5, 9-10, 13 y 15) funcionan de manera "complementaria". Por ejemplo, de esta manera el segundo interruptor 412 de la figura 4 preferiblemente está restringido en general para que se encuentre "apagado" cuando el primer interruptor 411 está "encendido", y viceversa. Sin embargo, será evidente que, en general, las instrumentaciones prácticas de circuito dentro del alcance de la presente invención pueden usarse, en donde los interruptores "complementarios" funcionan de manera complementaria aproximada o sustancialmente. Por ejemplo, un par de interruptores puede funcionar de manera "apagado previo al encendido", de tal manera que uno de los interruptores en el par se apaga un poco antes de que el otro interruptor en el par se encienda. En otras instrumentaciones de circuito, una ligera cantidad de traslapo de los periodos de "encendido" de los interruptores de un par complementario puede permitirse, por ejemplo, un modo de operación "encendido previo a apagado". Las técnicas para proveer tales operaciones "encendido previo a apagado" y "apagado previo al encendido" ya las conocen los expertos en la técnica y no se analizarán con mayor detalle en la presente. La figura 6 ¡lustra operaciones ejemplares del convertidor 400 de la figura 4 cuando el voltaje de entrada Vent se encuentra en un nivel deseado o cercano para el voltaje de salida Vsa!. Durante un medio ciclo positivo 610 del voltaje de entrada Vent, el primer interruptor 411 funciona en un ciclo de trabajo de aproximadamente 100% (es decir, llega a un estado "cerrado" estado estable), mientras el segundo interruptor 412 funciona en un ciclo de trabajo complementario de aproximadamente 0% (es decir, logrando un estado "abierto" estado estable). El tercer interruptor 421 y el cuarto interruptor 422 también funcionan en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente el 100% y aproximadamente el 0%, respectivamente. De esta manera, una conexión de ¡mpedancia baja sustancialmente continúa se provee entre el nodo de entrada 401 y la carga 20 en el nodo de salida 403 vía primera barra colectora de voltaje 402a. Como resultado, el primer voltaje de CD VT y el voltaje de salida Vsa? esencialmente rastrean el voltaje de entrada Vent- Aunque el circuito equilibrador 430 puede permanecer en un estado inactivo, es decir, los interruptores quinto y sexto pueden permanecer en un estado "apagado", el quinto interruptor 431 preferiblemente funciona en un ciclo de trabajo de aproximadamente 0% hasta que el primer voltaje de CD V-i cae por debajo de un primer voltaje de umbral Vt. mientras el sexto interruptor 432 funciona en un ciclo de trabajo complementario de aproximadamente 100%. Durante el medio ciclo negativo 620 del voltaje de entrada Vent, los ciclos de trabajo de los interruptores primero, segundo, tercero y cuarto 411, 412, 421 , 422 cambian. Los interruptores primero y segundo 411 , 412 funcionan en ciclos de trabajo complementarios de aproximadamente 0% y aproximadamente 100%, respectivamente, mientras los interruptores tercero y cuarto 431 , 432 funcionan en ciclos de trabajo complementarios de aproximadamente 0% y aproximadamente 100%, respectivamente. Esto provee una conexión de ¡mpedancia baja sustancialmente continua entre el nodo de entrada 401 y el nodo de salida 403 a través de la segunda barra colectora de voltaje 402b, de tal manera que el segundo voltaje de CD V2 y el voltaje de salida Vour rastrean esencialmente el voltaje de entrada Vent- Como con el medio ciclo positivo, aunque el circuito equilibrador 430 puede permanecer inactivo, el quinto interruptor 431 preferiblemente funciona en un ciclo de trabajo de aproximadamente 100% mientras el segundo voltaje de CD V2 es menor que el segundo voltaje de umbral VT2, con el sexto interruptor 432 funcionando en un ciclo de trabajo complementario de aproximadamente 0%. Los interruptores 431 , 432 en el circuito equilibrador 430 pueden usarse para uniformar la transición del voltaje de salida Vsa? cerca de los cero voltios, variando los ciclos de trabajo de estos interruptores entre los voltajes límites VT?, VT2. Cuando el primer voltaje de CD V-i cae por debajo del primer voltaje de umbral Vt. durante el medio ciclo positivo 620, el circuito equilibrador 430 comienza a incrementar el ciclo de trabajo del quinto interruptor 431 mientras decrementa el ciclo de trabajo del sexto interruptor 432 de modo complementario, accionando de esta manera el segundo voltaje de CD V2 negativo antes del cruce cero real del voltaje de entrada Vent- Los ciclos de trabajo de los interruptores quinto y sexto 431 , 432 se incrementan y disminuyen respectivamente, de tal manera que al momento en que el segundo voltaje de CD V2 se hace más negativo que el segundo voltaje de umbral Vt2, los interruptores quinto y sexto se conmutan en ciclos de trabajo de aproximadamente 100% y aproximadamente 0%, respectivamente. Esta generación anticipada del segundo voltaje de CD V2 permite que el circuito inversor 420 se conmute, de manera que pueda lograrse una transición relativamente nivelada en el voltaje de salida Vsa? a través de los cero voltios. Puede lograrse un control del cruce de cero similar cuando el voltaje de entrada de CA Vent llega a cero voltios durante el medio ciclo negativo 620 variando los ciclos de trabajo de los interruptores quinto y sexto 431 , 432 de manera complementaria. Cuando el segundo voltaje de CD V2 incrementa sobre el segundo voltaje de umbral VT2, el ciclo de trabajo del quinto interruptor 431 disminuye mientras el ciclo de trabajo del sexto interruptor 432 incrementa, llevando el primer voltaje de CD V-i en una dirección positiva antes de que el voltaje de entrada Vent cruce cero. Los ciclos de trabajo de los interruptores quinto y sexto 431 , 432 disminuyen e incrementan, respectivamente de tal manera que al momento en que el primer voltaje de CD V-¡ excede el primer voltaje de umbral V??, los interruptores quinto y sexto 431 , 432 cambian a ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 0% y aproximadamente 100%, respectivamente. La figura 7 ilustra ejemplos de operaciones del convertidor 400 de la figura 4 cuando el voltaje de entrada Vent cae por debajo del nivel deseado para el voltaje de salida Vsa?. Durante un medio ciclo positivo 710 del voltaje de entrada Vent los interruptores primero y segundo 411 , 412 funcionan en ciclos de trabajo complementarios suficientemente menores que el 100% y suficiente mayores al 0%, respectivamente, de tal manera que la acción de los interruptores 411 , 412 y el primer inductor L-i eleva el primer voltaje de CD V. sobre el voltaje de entrada Vent- El tercer interruptor 421 y el cuarto interruptor 422 funcionan en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 100% y aproximadamente 0%, respectivamente, brindando una conexión de impedancia baja sustancialmente continua entre la primera barra colectora de voltaje 402a y el nodo de salida 403. Mientras el primer voltaje de CD V. se encuentra sobre un primer voltaje de umbral V-p, los interruptores quinto y sexto 431 , 432 del circuito equilibrador 430 funcionan en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 0% y aproximadamente 100%, respectivamente. Sin embargo, cuando el primer voltaje de CD V. cae por debajo del primer voltaje de umbral Vn, los ciclos de trabajo de los interruptores quinto y sexto 431 , 432 del circuito equilibrador 430 pueden incrementar y disminuir, respectivamente, aunque los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 del inversor 420 se modulan para producir un cruce cero nivelado para el voltaje de salida Vsa|. Durante el medio ciclo negativo 720 del voltaje de entrada Vent los ciclos de trabajo de los interruptores primero, segundo, tercero y cuarto 411 , 412, 421 , 422 cambian. Los interruptores primero y segundo 411 , 412 funcionan en ciclos de trabajos complementarios suficientemente mayores a 0% y suficientemente menores de 100% respectivamente, de tal manera que dicha acción de los interruptores primero y segundo 411 , 412 y el primer inductor L. llevan el segundo voltaje de CD V2 más negativo que el voltaje de entrada Vent- Los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 funcionan en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 0% y aproximadamente 100% respectivamente, proveyendo una conexión de impedancia baja sustancialmente continua entre la segunda barra colectora de voltaje 402b y el nodo de salida 403. Aunque el segundo voltaje de CD V2 es menor que el segundo voltaje de umbral VT2 los interruptores quinto y sexto 431 , 432 de circuito equilibrador 430 funciona en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 100% y aproximadamente 0%, respectivamente, permitiendo que el voltaje de salida Vsa? rastree esencialmente el segundo voltaje de CD V2. Sin embargo, cuando el segundo voltaje de V2 excede el segundo voltaje de umbral Vt2 los ciclos de trabajo de los interruptores quinto y sexto 431 , 432 del circuito equilibrador 430 pueden disminuir o incrementar, respectivamente, mientras los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 del inversor 420 se modulan para producir un cruce de cero uniforme para el voltaje de salida Vsa?. La figura 8 ¡lustra ejemplos de operaciones del convertidor 400 de la figura 4 cuando el voltaje de entrada Vent excede un nivel deseado para el voltaje de salida Vsa?. Durante medio ciclo positivo 810 del voltaje de entrada Vent, el primer interruptor 411 funciona a un ciclo de trabajo de aproximadamente 100%, mientras el segundo interruptor 412 funciona a un ciclo de trabajo complementario de aproximadamente 0%, proveyendo de esta manera una conexión de impedancia baja sustancialmente continua entre el nodo de entrada 401 hacia la primera barra colectora de voltaje 402a. Los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 se conmutan en ciclos de trabajo complementarios suficiente menores de 100% y suficientemente mayores a 0%, respectivamente, de manera que la acción de los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 y el segundo inductor L2 reducen la magnitud del voltaje de salida Vsa? aplicado a la carga 20. Aunque el primer voltaje de CD V-i está sobre un primer voltaje de umbral VT1 los interruptores quinto y sexto 431 , 432 del circuito equilibrado 430 preferiblemente funcionan en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 0% y aproximadamente 100%, respectivamente, lo que puede proveer una transferencia de energía útil entre los capacitores C-i, C2, como se describió anteriormente. Sin embargo cuando el primer voltaje de CD V-i cae por debajo del voltaje de umbral VT?, los ciclos de trabajo de los interruptores quinto y sexto del circuito equilibrador 430 pueden incrementar y disminuir, respectivamente, mientras los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 del inversor 420 se modulan para producir un tercer cruce nivelado para el voltaje de salida Vsa?. Durante el medio ciclo negativo 820 del voltaje de entrada Vent, los ciclos de trabajo de los interruptores primero, segundo, tercero, y cuarto 41 1 , 412, 421 , 422 cambian. Los interruptores primero y segundo 411 , 412 operan en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 0% y aproximadamente 100%, respectivamente, proveyendo de esta manera una conexión de impedancia baja sustancialmente continua entre el nodo de entrada 401 y la segunda barra colectora de voltaje 402b. Los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 funcionan en ciclos de trabajo complementario suficiente mayores de 0% y suficientemente menores de 100%, respectivamente, de tal manera que la acción de los interruptores 421 , 422 y el segundo inductor L2 disminuye en la magnitud del voltaje de salida Vsa? aplicado a la carga 20. Mientras el segundo voltaje DC V2 está por debajo del segundo voltaje límite VT1, los interruptores quinto y sexto 431 , 432 del circuito equilibrador 430 funcionan en ciclos de trabajo complementario de aproximadamente 100% y aproximadamente 0%, respectivamente. Sin embargo, cuando el segundo voltaje DC V2 excede el segundo voltaje de umbral VT2, los ciclos de trabajo de los interruptores quinto y sexto del circuito equilibrador 430 pueden disminuir e incrementar, respectivamente, mientras los interruptores tercero y cuarto 421 , 422 del inversor 420 están modulados para producir un cruce cero nivelado para el voltaje de salida Vsa?. La figura 9 ilustra un convertidor de energía 600 de conformidad con otra modalidad de la presente invención, en donde una fuente de energía secundaria, por ejemplo, una batería 460, puede proveerse para generar el voltaje de salida Vsa? cuando la fuente de energía 10 falla. Como se muestra, ya sea la fuente de energía de AC a 10 ó la batería 460 se conecta al inductor de entrada L. mediante un interruptor de transferencia Sj. Las técnicas para controlar la operación de un conmutador de transferencia se conoce por los expertos en la técnica, y no se analizarán con mayor detalle en la presente. Cuando el interruptor de transferencia St se encuentra en un estado tal que la batería 460 se conecta al inductor L., es decir cuando el convertidor 600 funciona fuera de la energía de CD provista por la batería 460, el circuito rectificador 410 funciona como un circuito mejorador de batería. Para generar un medio ciclo positivo de un voltaje de salida sinusoidal Vsa? deseado, el primer transistor Q. se conecta primero a un ciclo de trabajo de aproximadamente 100% y el segundo transistor Q2 se conecta a un ciclo de trabajo complementario de aproximadamente 0%, cuando el voltaje de batería VB es mayor que el voltaje de salida Vsa? deseado. El circuito equilibrador 430 puede permanecer inactivo, pero preferiblemente funciona de tal manera que el quinto transistor Q5 se conecta a un ciclo de trabajo de aproximadamente 0%, mientras el sexto transistor Qß se conecta a un ciclo de trabajo complementario de aproximadamente 100%. Los ciclos de trabajo de los transistores Q3, Q4 del inversor 420 varían de tal manera que el voltaje Vi en la primera barra colectora de voltaje 402a se carga para producir el voltaje de salida deseado Vsa?. Sin embargo, una vez que el voltaje de salida deseado Vsa? es mayor que el voltaje de la batería VB, los ciclos de trabajo de los transistores primero y segundo Q1, Q2 del circuito rectificador 410 varían para proveer un mejoramiento adecuado al voltaje Vi en la primera barra colectora de voltaje 402 necesaria para rastrear el voltaje de salida deseado Vout- Los ciclo de trabajo de los transistores Q5, Qß del circuito equilibrador 430 cambian para funcionar en ciclos de trabajo de cerca de 0% y cerca de100%, respectivamente. Los transistores Q3, Q4 del circuito inversor 420 funcionan en ciclos de trabajo complementario de cerca de100% y cerca de 0%, respectivamente.

Cuando el voltaje de salida deseado Vsa? nuevamente es menor que el voltaje de batería VB (hacia el final del medio ciclo positivo), los transistores rectificadores Q-?, Q2 funcionan nuevamente en ciclos de trabajo complementarios de aproximadamente 100% y aproximadamente 0% respectivamente. El circuito equilibrador 430 puede permanecer inactivo, pero preferiblemente funciona de tal manera que el quinto transistor Q5 se conecta a un ciclo de trabajo de aproximadamente 0%, y el sexto transistor Q6 se conmuta a un ciclo de trabajo complementario de aproximadamente 100%. Los transistores Q3, Q4 del inversor 420 se conectan de manera tal que el voltaje V-i en la primera barra colectora de voltaje 402a se carga para proveer el voltaje de salida deseado Vsa?. Para generar el medio ciclo negativo del voltaje de salida deseado Vsa?, los transistores Q., Q2 del rectificador 410 funcionan en ciclos de trabajo complementarios de cerca de 100% y cerca de 0%, respectivamente, haciendo que el voltaje Vi de la primera barra colectora de voltaje 402a sea aproximadamente el mismo que el voltaje de batería VB. LOS ciclos de trabajo de los transistores Q5, Q6 del circuito equilibrador 430 varían de manera tal que el voltaje V2 en la segunda barra colectora de voltaje 402b rastrea aproximadamente el voltaje de salida deseada Vsa|. Los transistores Q3, Q4 del inversor 420 funcionan en ciclos de trabajo de cerca de 0% y cerca de100%, respectivamente, cuando el voltaje V2 en la segunda barra colectora de voltaje 402b es aproximadamente el voltaje de salida deseado Vsa?.

Será evidente que las operaciones descritas anteriormente pueden usarse para generar una mayor variedad de formas de onda de voltaje salida. Por ejemplo, modulando adecuadamente los elementos de conmutación de los circuitos rectificador y equilibrador 410, 430, el convertidor de energía 600 de la figura 9 puede producir ondas sinusoidal, cuasi-sinusoidal, cuadrada, cuasi-cuadrada y una variedad de otras formas de onda de salida. La figura 10 ilustra un convertidor de energía 700 de conformidad con otra modalidad de la presente invención, que se asemeja a la modalidad de la figura 5 con la adición de un circuito de conexión de batería 470 que incluye los transistores de conmutación séptimo y octavo Q7, Q8 que conectan selectivamente una batería 460 a al primera barra colectora de voltaje 402a y la barra colectora neutral N mediante un interruptor SB y un inductor L4. El interruptor SB, que puede ser un dispositivo mecánico u otro dispositivo de conmutación no es necesario, pero puede reducir las pérdidas de energía si se abre cuando la batería 460 no requiere carga. Cuando el interruptor SB está cerrado, el primer voltaje CD Vi, de preferencia, se controla de manera que nunca cae por debajo del voltaje de la batería VB. Las acciones de conmutación del primer y segundo transistores de conmutación Qi, Q2 del circuito rectificador 410 y/o el quinto y sexto transistores de conmutación Q5, Q6 del circuito equilibrador 430 pueden controlar el primer voltaje CD Vi. Cuando el primer voltaje CD Vi excede el voltaje de la batería VB, el séptimo transistor de conmutación Q puede modularse (conmutarse) para producir una corriente que carga la batería 460. La figura 11 es un diagrama de una forma de onda que ilustra las operaciones ejemplares para la modalidad de la figura 10 cuando la batería 460 está cargándose. Para una porción de un medio ciclo positivo 1110 del voltaje de entrada Vent cuando el primer voltaje CD Vi es mayor al voltaje de la batería VB, el séptimo y octavo transistores de conmutación Q7, Q8 se conmutan para permitir que la corriente fluya de la primera barra colectora de voltaje 402a a la batería 460. Durante un medio ciclo negativo 1120, el quinto y sexto transistores de conmutación Qs, Qß del circuito equilibrador 430 operan al 50% de ciclos de trabajo para el momento en que la magnitud del voltaje de entrada Vent es mayor al voltaje de la batería VB. Esto mantiene el primer voltaje CD Vi significativamente mayor al voltaje de la batería VB durante este período, permitiendo que el séptimo y octavo transistores Q7, Q8 sean conmutados para proveer un flujo de corriente en la batería 460 desde la primera barra colectora de voltaje 402a. De esta manera, la corriente tomada de la fuente CA 10 para los medios ciclos positivo y negativo 1110, 1120 del voltaje de entrada Vent puede conservar una simetría sustancial. Respecto a la figura 12, cuando la batería 460 no necesita cargarse, el séptimo y octavo transistores Q7, Q8 pueden operarse de manera que la corriente no fluya entre la batería 460 y la primera barra colectora de voltaje 402a, durante un medio ciclo positivo 1210 del voltaje de entrada Vent-Si el interruptor SB permanece abierto, las operaciones del circuito equilibrador 430 durante el medio ciclo negativo 1220 del voltaje de entrada Vent pueden cambiarse a partir de las operaciones descritas con anterioridad respecto a la figura 10 para proveer una operación más eficiente, manteniendo al mismo tiempo el primer voltaje CD Vi en o por encima del voltaje de la batería VB y evitar que la corriente fluya entre los mismos. Si el interruptor SB está abierto, puede lograrse mayor eficacia, cuando el primer voltaje CD Vi ya no necesite detenerse para ser mayor o igual al voltaje de la batería VB. La figura 13 ilustra un convertidor de energía 800 conforme a otra modalidad de la presente invención, en donde la inductancia, a través de la cual, el quinto y sexto transistores de conmutación Q5, Q6 conectan la barra colectora neutral N a la primera y segunda barras colectoras de voltaje 402a, 402b, se provee mediante un primer devanado La de un transformador Ti. De manera específica, el quinto y sexto transistores de conmutación Qs, Qß conectan selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje 402a, 402b a una primera derivación de extremo del devanado La, una derivación central del devanado La se conecta a la barra colectora neutral N. Una segunda derivación de extremo del devanado La se conecta a un nodo entre un par de diodos conectados en serie Di, D2 conectados entre la primera y la segunda barras colectoras de voltaje 402a, 402b. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, también ilustrado en la modalidad de la figura 13, una fuente de energía secundaria, en este caso una batería 460, puede conectarse a un segundo devanado Lb del transformador Ti mediante un interruptor SB y un circuito generador de voltaje CA 450 (por ejemplo un circuito convertidor de batería). En un modo energizado con batería o elevado con batería, el interruptor SB se cierra y el circuito generador de voltaje CA 450 produce un voltaje CA (por ejemplo, onda cuadrada, onda casi cuadrada, onda senoidal, onda casi senoidal u otro voltaje periódico o casi periódico) a través del segundo devanado Lb desde un voltaje CD producido por la batería 460. Esto induce un voltaje CA correspondiente a través del primer devanado La. Bajo el control apropiado de un circuito de control de conmutación (tal como el circuito de control de conmutación 440 de la figura 5), el quinto y sexto transistores Q5, Qe, junto con los diodos D., D2, producen voltajes CD V-i, V2 en la primera y segunda barras colectoras de voltaje 402a, 402b del voltaje CA inducido a través del primer devanado La. Estos voltajes CD V-i, V2 pueden invertirse mediante el inversor 420 para producir un voltaje CA en la barra colectora de salida 403. La batería 460 puede desconectarse abriendo el interruptor SB, como podría hacerse al operar el convertidor 800 como una UPS fuera de línea. En las modalidades conforme a la presente invención, el circuito generador de voltaje CA 450 puede actuar como un circuito convertidor de batería/cargador de batería combinado. En un modo de carga de batería, el circuito generador de voltaje CA 450 puede actuar como un rectificador para producir un voltaje CD a través de la batería 460 desde un voltaje CA inducido en el segundo devanado Lb, permitiendo así que la batería 460 sea cargada.

Una instrumentación ejemplar para dicho circuito generador de voltaje CA de doble propósito 450 se describe con referencia a la figura 15 a continuación. La figura 14 es un diagrama de una forma de onda que ¡lustra operaciones ejemplares para el convertidor 800 de la figura 13 para un caso en el que el voltaje de entrada Vent se eleva para producir un voltaje de salida deseado Vsa?. Aquí, el quinto y sexto transistores de conmutación Q5, Q6 de preferencia operan al 50% de los ciclos de trabajo en los medios ciclos positivo y negativo 1410, 1420 del voltaje de entrada Vent- Como resultado, el primer y segundo voltajes CD V., V2 se detienen para tener magnitudes ¡guales en esencia. Las operaciones de la figura 14 ¡lustran otro aspecto conveniente del circuito equilibrador 430. La operación del quinto y sexto transistores Q5, Qß al 50% de los ciclos de trabajo puede proveer la transferencia de energía desde el segundo capacitor C2 al primer capacitor C. durante el medio ciclo positivo 1410 del voltaje de entrada Vent, ayudando a mantener el primer voltaje CD Vi cuando la carga toma la corriente. Una transferencia de energía similar desde el primer capacitor C 1 al segundo capacitor C2 puede proveerse durante el medio ciclo negativo 1420 del voltaje de entrada Vent- Esta capacidad para transferir energía permite que los capacitores C-i, C2 tengan una capacitancia relativamente baja para una tasa de energía determinada en comparación con los capacitores de almacenamiento empleados en muchos diseños de convertidores convencionales.

En particular, la transferencia de energía descrita con anterioridad permite que cada capacitor C., C2 tenga una capacitancia "por unidad" menor a 1. La capacitancia por unidad puede describirse de la manera siguiente. Si se aplica el voltaje CA nominal a través de uno de los capacitores d, C2, el capacitor tomará una corriente CA proporcional a su capacitancia. Si esta corriente es ¡gual a una corriente CA de carga completa para el convertidor de energía 400 en el voltaje CA nominal, puede describirse como que el capacitor tiene una capacitancia por unidad de 1. Si la corriente tomada en el voltaje CA nominal es menor a la corriente CA de carga completa para el convertidor de energía 800, sin embargo, el capacitor tendrá una capacitancia por unidad menor a 1. Podrá apreciarse que la instrumentación del circuito equilibrador de la figura 13 emplea una configuración de medio puente, y que la funcionalidad similar puede lograrse empleando una configuración de puente completo. Respecto a la figura 15, en un convertidor de energía 900 de conformidad con cualquier otra modalidad de la presente invención, los diodos D-i, D2 de la figura 13 pueden reemplazarse por el séptimo y octavo transistores de conmutación Q7, Q8, cuyas operaciones de conmutación pueden controlarse, por ejemplo, mediante un circuito de control de conmutación a través de las líneas del circuito de control de conmutación 440 de la figura 5. Se apreciará que las modalidades de las figuras 13 y 15 representan instrumentaciones ejemplares, y que otras instrumentaciones de circuitos caen dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, las funciones de conmutación de los transistores Q-?, Q2, Q3, Q4, Qs, Q9, Q7, Qs pueden proveerse mediante una variedad de dispositivos de conmutación, tales como los descritos con anterioridad con referencia a la figura 5, que se controlan utilizando cualquiera de varias instrumentaciones de circuitos de control diferentes, como los descritos con anterioridad con referencia a la figura 5. La figura 16 ¡lustra una instrumentación ejemplar de un circuito generador de voltaje CA 450 que también puede actuar como un circuito convertidor de batería/cargador de batería combinado. El circuito generador de voltaje CA 450 incluye cuatro transistores de conmutación Qa, Qb, Qc, Qd conectados en una configuración de puente entre el devanado del transformador Lb y la batería 460. Los transistores Qa, Qb, Qc, Qd se controlan mediante un circuito de control de conmutación 452. Un inductor de límite de corriente L está conectado en serie con la batería 460 y el interruptor SB; y un capacitor de almacenamiento Cs está conectado a través de la combinación en serie. El circuito de control de conmutación 452 puede controlar las operaciones de conmutación de los transistores Qa, Qb, Qc, Qd que responde a una variedad de entrada de condición, tales como un voltaje detectado de la batería 460, y voltajes de entrada y salida CA detectados para un convertidor de batería en el que el circuito generador de voltaje CA 450 está incluido. En un modo de energización de la batería, por ejemplo, el circuito de control de conmutación 452 puede operarse para conmutar selectivamente los transistores Qa, Qb, Qc, Qd. de manera que un voltaje CD producido por la batería 460 a través del capacitor del almacenamiento Cs sea invertido, produciendo un voltaje CA a través del devanado Lb. Por ejemplo, esto puede lograrse mediante la conmutación de un primer par de transistores Qa, Qb, en un patrón complementario a un segundo par de transistores Qc, Qd en la frecuencia de la línea CA deseada. Respecto a las figuras 13 y 16, en un modo de carga, un voltaje CA puede aplicarse al primer devanado La del transformador Ti mediante la acción del quinto y sexto transistores 431, 432 de circuito equilibrador 430, induciendo un voltaje CA en el segundo devanado L . El circuito de control de conmutación de 452 puede conmutar selectivamente los transistores Qa, Qb, Qc, Qd, de manera que el voltaje CA inducido en el devanado Lb se rectifique para producir un voltaje CD a través del capacitor de almacenamiento Cs que puede utilizarse para cargar la batería 460. La magnitud del voltaje a través de la batería 460 puede controlarse mediante la manera en que se operan los transistores Qa, Qb, Qc, Qd de manera que cuando la batería se aproxima a una carga completa, la corriente que fluye en la batería 460 puede reducirse para evitar la sobrecarga. Como alternativa, puede operarse el interruptor SB. Se apreciará que la modalidad de la figura 16 representa una instrumentación ejemplar y que otras instrumentaciones de circuitos caen dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, las funciones de conmutación de los transistores Qa, Qb, Qc, Qd pueden proveerse mediante cualquiera de varios dispositivos de conmutación diferentes, tales como los descritos en relación con la figura 5, que se controlan utilizando cualquiera de varias instrumentaciones diferentes del circuito de control de conmutación 452, como las similares a las descritas para el circuito de control de conmutación 440 de la figura 5. Se apreciará que las funciones de los circuitos de control de conmutación 440, 452 de las figuras 5 y 16 también pueden combinarse en uno o más dispositivos. Además se entenderá que aunque el circuito convertidor de batería/cargador de batería ilustrado en 450 de la figura 16 tiene la capacidad de una operación de rectificador/inversor combinada para proveer la carga de la batería, además de la generación de un voltaje CA a través del devanado Lb, las instrumentaciones del circuito generador de voltaje CD 450 que sólo proveen la inversión del voltaje CD producido por la batería también pueden utilizarse con la presente invención. Dicho circuito puede proveer la carga de la batería mediante un circuito de carga de batería de auxiliar (no ilustrado). En los dibujos y la especificación se han descrito las modalidades preferidas típicas de la invención, y aunque se emplean términos específicos, éstos se utilizan en un sentido genérico y descriptivo, mas nunca con propósitos limitativos. El alcance de la invención se explica en las siguientes reivindicaciones.

Claims (42)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un convertidor de energía que comprende: una primera y una segunda barras colectoras de voltaje; una barra colectora neutral; un primer circuito de conmutación que opera para conectar selectivamente un nodo de entrada del mismo a la primera y segunda barras colectoras de voltaje; un circuito equilibrador que opera para conectar selectivamente la barra colectora neutral a la primera y segunda barras colectoras de voltaje, de manera que las magnitudes relativas de los respectivos primero y segundo voltajes en la primera y segunda barras colectoras de voltaje se controlan para responder a las respectivas primera y segunda tasas en las que el circuito equilibrador conecta la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral; y un segundo circuito de conmutación que opera para conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a una carga conectada en un nodo de salida de las mismas.

2.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer circuito de conmutación comprende un circuito rectificador que opera para producir los respectivos primer y segundo voltajes en las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje desde un voltaje de entrada CA en el nodo de entrada; y en donde el segundo circuito de conmutación comprende un inversor que opera para producir un voltaje de salida CA en el nodo de salida desde el primer y segundo voltajes.

3.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el circuito equilibrador comprende el primer y segundo interruptores que operan para conectar selectivamente las respectivas de la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral a través de una inductancia, de manera que las magnitudes relativas del primer y segundo voltajes se controlan para responder a los respectivos primero y segundo ciclos de trabajo del primer y segundo interruptores.

4.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el primer interruptor está detenido para desconectar la primera barra colectora de voltaje desde la barra colectora neutral cuando la segunda barra de voltaje esté conectada a la barra colectora neutral, y en donde el segundo interruptor está detenido para desconectar la segunda barra colectora de voltaje desde la barra colectora neutral cuando la primera barra colectora de voltaje está conectada a la barra colectora neutral.

5.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende un primer capacitor que conecta la primera barra colectora de voltaje a la barra colectora neutral; y un segundo capacitor que conecta la segunda barra colectora de voltaje a la barra colectora neutral, en donde el primer y segundo capacitores tienen una capacitancia por unidad menor a 1.

6.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el circuito equilibrador opera para conmutar el primer y segundo interruptores al 50% de los ciclos de trabajo para mantener el primer y segundo voltajes en la misma magnitud sustancialmente.

7.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el circuito equilibrador responde a un voltaje de entrada CA aplicado al nodo de entrada del primer circuito de conmutación para variar los ciclos de trabajo respectivos en los que operan el primer y segundo interruptores.

8.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el circuito equilibrador opera para conmutar el primer interruptor en un ciclo de trabajo mayor que el segundo interruptor para una primera porción de un ciclo del voltaje de entrada CA y para conmutar el segundo interruptor en un ciclo de trabajo mayor que el primer interruptor para una segunda función de ciclo del voltaje de entrada CA.

9.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el circuito equilibrador comprende un inductor que tiene una primera terminal conectada a la barra colectora neutral, y en donde el primer y segundo interruptores operan para conectar selectivamente una segunda terminal del inductor a las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje.

10.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende un circuito convertidor de batería conectado de manera que puede conmutarse a al menos una de la primera o segunda barras colectoras de voltaje.

11.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el circuito convertidor de batería comprende: un inductor configurado para conectarse en serie con una batería; un primer interruptor que opera para conectar de manera selectiva un extremo de una combinación en serie de una batería y el inductor a una de la primera o segunda barras colectoras de voltaje; y un segundo interruptor que opera para conectar de manera selectiva un extremo de la combinación en serie de una batería y un inductor a otro extremo de la combinación en serie de una batería y el inductor.

12.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el circuito equilibrador comprende un transformador que incluye un primer devanado que tiene una primera derivación conectada al primero y segundo interruptores y una segunda derivación conectada a la barra colectora neutral, y en donde el primer y segundo interruptores conectan selectivamente la primera derivación del transformador a la primera y segunda barras colectoras de voltaje.

13.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende el primer y segundo diodos, el primer diodo tiene un cátodo conectado a la primera barra colectora de voltaje, el segundo diodo tiene un cátodo conectado a un ánodo del primer diodo y un ánodo conectado a la segunda barra colectora de voltaje, y en donde el primer devanado del transformador tiene una primera derivación de extremo conectada al primer y segundo interruptores, una segunda derivación de extremo conectada al ánodo del primer diodo y el cátodo del segundo diodo, y una derivación central conectada a la barra colectora neutral.

14.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende el tercer y cuarto interruptores, en donde el primer devanado del transformador tiene una primera derivación de extremo conectada al primer y segundo interruptores, una segunda derivación de extremo conectada al tercer y cuarto interruptores, y una derivación central conectada a la barra colectora neutral, en donde el tercer interruptor opera para conectar y desconectar la segunda derivación de extremo del primer devanado y la primera barra colectora de voltaje, y en donde el cuarto interruptor opera para conectar y desconectar la segunda derivación de extremo del primer devanado y la segunda barra colectora de voltaje.

15.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el transformador comprende un segundo devanado conectado inductivamente al primer devanado, y además comprende un circuito generador de voltaje CA conectado al segundo devanado del transformador y opera para aplicar un voltaje CA al mismo.

16.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el circuito generador de voltaje CA comprende un circuito convertidor de batería que opera para generar un voltaje CA en el segundo devanado del transformador desde un voltaje CD producido por una batería conectada al circuito convertidor de batería.

17.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el circuito generador de voltaje CA comprende un circuito cargador de batería/convertidor de batería combinado que opera para generar un voltaje CA en el segundo devanado de transformador desde un voltaje CD producido por la batería, y para producir un voltaje CD a través de la batería desde un voltaje CA inducido en el segundo devanado del transformador.

18.- Un convertidor de energía que comprende: un circuito rectificador configurado para conectarse a una fuente de energía CA y que opera para producir el primer y segundo voltaje CD en la primera y segunda barras colectoras de voltaje, respectivamente, conectando de manera selectiva la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la fuente de energía CA a través de una primera inductancia; el primer y segundo capacitores que conectan la primera y segunda barras colectoras de voltaje, respectivamente, a una barra colectora neutral; un circuito inversor configurado para conectarse a una carga y que opera para conectar de manera selectiva la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la carga a través de una segunda inductancia; y un circuito equilibrador que opera para conectar de manera selectiva la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral a través de una tercera inductancia, de manera que las magnitudes relativas del primer y segundos voltajes CD se controlan para que respondan a las respectivas primera y segunda tasas en las que el circuito equilibrador conecta la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral.

19.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación, y: en donde el circuito rectificador comprende: un primer inductor que tiene una primera terminal configurada para recibir un voltaje de entrada CA; un primer interruptor que corresponde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar una segunda terminal del primer inductor y la primera barra colectora de voltaje; y un segundo interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar la segunda terminal del primer inductor de la segunda barra colectora de voltaje; y en donde el circuito inversor comprende: un segundo inductor que tiene una primera terminal configurada para conectarse a una carga; un tercer interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar una segunda terminal del segundo inductor de la primera barra colectora de voltaje; y un cuarto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar la segunda terminal del segundo inductor y la segunda barra colectora de voltaje.

20.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación responde a un voltaje de entrada CA aplicado al circuito rectificador para controlar la operación del primero, segundo, tercero y cuarto interruptores.

21.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación opera para variar los ciclos de trabajo respectivos en los que el primero, segundo, tercero y cuarto interruptores son operados para responder al voltaje de entrada CA.

22.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación opera cuando el voltaje de entrada CA está en un nivel nominal, para proveer una conexión de ¡mpedancia baja sustancialmente continua entre la fuente de energía CA y la carga a través de los circuitos rectificador e inversor; en donde el circuito de control de conmutación opera, cuando el voltaje de entrada CA es menor al nivel nominal, para hacer el que circuito rectificador eleve las magnitudes del primer y segundo voltaje CD proporcionando al mismo tiempo conexiones de impedancia baja sustancialmente continuas entre la carga y las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje a través del circuito inversor durante los respectivos medios ciclos positivo y negativo del voltaje de entrada CA; y en donde el circuito de control de conmutación opera, cuando el voltaje de entrada CA es mayor al nivel nominal, para proveer las respectivas conexiones de impedancia baja sustancialmente continuas entre la fuente de energía CA y las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje a través del circuito rectificador durante los respectivos medios ciclos positivo y negativo del voltaje de entrada CA, provocando que el circuito inversor resista la magnitud de un voltaje generado en la carga desde el primer y segundo voltaje CD.

23.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación opera para controlar el circuito equilibrador, de manera que la magnitud del primer voltaje CD es sustancialmente mayor a la magnitud del segundo voltaje CD durante un medio ciclo positivo del voltaje de entrada CA y de manera que la magnitud del segundo voltaje CD sea sustancialmente mayor a la magnitud del primer voltaje CD durante un medio ciclo negativo del voltaje de entrada CA.

24.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación opera, cuando el voltaje de entrada CA está en un nivel nominal, para: conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, durante un primer medio ciclo positivo del voltaje de entrada CA; y conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, durante un primer medio ciclo negativo del voltaje de entrada CA; en donde el circuito de control de conmutación opera, cuando el voltaje de entrada CA es menor que el nivel nominal, para: conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios suficientemente menor a 100% y suficientemente mayor a 0%, respectivamente, para elevar la magnitud del primer voltaje CD, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, durante un segundo ciclo positivo del voltaje de entrada CA; y conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios suficientemente mayor a 0% y suficientemente menor a 0% respectivamente, para elevar la magnitud del segundo voltaje CD, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, durante un segundo medio ciclo negativo del voltaje de entrada CA, y en donde el circuito de control del conmutación opera cuando el voltaje de entrada CA es mayor al nivel nominal, para: conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios suficientemente menor a 100% y suficientemente mayor a 0%, respectivamente, para resistir un voltaje aplicado a la carga, durante un tercer ciclo positivo del voltaje de entrada CA; y conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios suficientemente mayor a 0% y suficientemente menor a 100%, respectivamente, para resistir un voltaje aplicado a la carga, durante un tercer ciclo negativo del voltaje de entrada CA.

25.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque el circuito equilibrador comprende: un tercer inductor que tiene una primera terminal conectada a la barra colectora neutral; un quinto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar una segunda terminal del tercer inductor de la primera barra colectora de voltaje; y un sexto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar la segunda terminal del tercer inductor y la segunda barra colectora de voltaje; y en donde el circuito de control de conmutación opera para: conmutar el quinto y sexto interruptores en los ciclos de trabajo complementarios de aproximadamente 0% a alrededor de 100%, respectivamente, durante el segundo y tercer medios ciclos positivos y para conmutar el quinto y sexto interruptores en los ciclos de trabajo complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, durante el segundo y tercer medios ciclos negativos.

26.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el circuito equilibrador comprende: un tercer inductor que tiene una primera terminal conectada a la barra colectora neutral; un quinto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar una segunda terminal del tercer inductor y la primera barra colectora de voltaje; y un sexto interruptor que responde al circuito de control de conmutación para conectar y desconectar la segunda terminal del tercer inductor y la segunda barra colectora de voltaje.

27.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación responde a un voltaje de entrada CA aplicado al circuito rectificador para la operación de control del primero, segundo, tercero, cuarto, quinto y sexto interruptores.

28.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque el circuito de control de conmutación opera para variar los ciclos de trabajo respectivos en los que el primero, segundo, tercero, cuarto, quinto y sexto interruptores son operados para responder al voltaje de entrada CA.

29.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque un circuito de conexión de batería opera para conectar y desconectar una batería de la primera terminal del primer inductor.

30.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque un circuito de conexión de batería opera para conectar selectivamente una batería a la primera barra colectora de voltaje o a la barra colectora neutral.

31.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque el tercer inductor comprende un primer devanado de un transformador, el transformador tiene un segundo devanado conectado inductivamente al primer devanado, y además comprende un circuito generador de voltaje CA conectado al segundo devanado del transformador, configurado para conectarse a una batería, y opera para generar un voltaje CA en el segundo devanado del transformador a partir de un voltaje CD producido por la batería.

32.- Un convertidor de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque el circuito equilibrador opera para producir un primer voltaje CA en el primer devanado del transformador, y en donde el circuito generador de voltaje CA opera para cargar una batería conectada al mismo desde un segundo voltaje CA inducido en el segundo devanado del transformador mediante el primer voltaje CA.

33.- Un método para controlar la transferencia de energía entre una fuente de energía CA que produce un voltaje de entrada CA entre una barra colectora de fase y una barra colectora neutral, el método comprende los pasos de: conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora de fase a través de una promera inductacia para producir el primer y segundo voltaje CD en la primera y segunda barras colectoras de voltaje respectivamente; conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la carga a través de una segunda inductancia; y conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral a través de una tercera inductacia, de manera que las magnitudes relativas al primer y segundo voltajes CD se controlan para responder a las respectivas primera y segunda tasas en las que la primera y segunda barras colectoras de voltaje están conectadas a la barra colectora neutral.

34.- Un método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque dicho paso de conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora de fase comprende los pasos de: conmutar un primer interruptor para conectar y desconectar la barra colectora de fase y la primera barra colectora de voltaje a través de un primer inductor; y conmutar un segundo interruptor para conectar de desconectar la barra colectora de fase y la segunda barra colectora de voltaje a través del primer inductor, en donde dicho paso de conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a una carga comprende los pasos de: conmutar un tercer circuito de conmutación para conectar y desconectar la primera barra colectora de voltaje y la carga a través de un segundo inductor; y conmutar un cuarto interruptor para conectar y desconectar la segunda barra colectora de voltaje y la barra colectora de carga a través del segundo inductor.

35.- Un método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque los pasos de conmutación se realizan para responder al voltaje de entrada CA.

36.- Un método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque el paso de variar los ciclos de trabajo respectivos en los que el primero, segundo, tercero y cuarto interruptores se operan para responder al voltaje de entrada CA.

37.- Un método de conformidad con la reivindicación 35, que comprende los pasos de: proveer una conexión de ¡mpedancia baja sustancialmente continua entre la barra colectora de fase y la carga a través de combinaciones seleccionadas del primero, segundo, tercero y cuarto interruptores cuando el voltaje de entrada CA está aproximadamente en un nivel nominal; conmutar el primer y segundo interruptores para elevar las magnitudes del primer y segundo voltajes CD proporcionado las respectivas conexiones de impedancia baja sustancialmente continuas entre la carga y las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje a través de los respectivos tercer y cuarto interruptores durante los respectivos medios ciclos positivo y negativo del voltaje de entrada CA, cuando el voltaje de entrada CA es menor al nivel nominal; y proveer las respectivas conexiones de impedancia baja sustancialmente continuas entre la fuente de energía CA y las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje a través de los respectivos primer y segundo interruptores durante los respectivos medios ciclos positivo y negativo del voltaje de entrada CA, resistiendo al mismo tiempo un voltaje generado en la carga a partir del primer y segundo voltajes CD, cuando el voltaje de entrada CA es mayor al nivel nominal.

38.- Un método de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado además porque el paso de conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral comprende el paso de conmutar el quinto y sexto interruptores que conectan y desconectan las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje y la barra colectora neutral a través de un tercer inductor, de manera que la magnitud del primer voltaje CD es sustancialmente mayor a la magnitud del segundo voltaje CD durante un medio ciclo positivo de un voltaje de entrada CA y de manera que la magnitud del segundo voltaje CD sea sustancialmente mayor a la magnitud del primer voltaje CD durante un medio ciclo negativo del voltaje de entrada CA.

39.- Un método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque comprende los pasos de: cuando el voltaje de entrada CA está en un nivel nominal: conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% a alrededor de 0%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, durante un primer medio ciclo positivo del voltaje de entrada CA; y conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, durante un primer medio ciclo negativo del voltaje de entrada CA; cuando el voltaje de entrada CA es menor al nivel nominal: conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios suficientemente menor a 100% y suficientemente mayor a 0%, respectivamente, para elevar la magnitud del primer voltaje CD, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, durante un segundo ciclo positivo del voltaje de entrada CA; y conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios suficientemente mayor a 0% y suficientemente menor a 100%, respectivamente para elevar la magnitud del segundo voltaje CD, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, durante un segundo medio ciclo negativo del voltaje de entrada CA; y cuando el voltaje de entrada CA es mayor al nivel nominal, para: conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios suficientemente menor a 100% y suficientemente mayor a 0%, respectivamente, para resistir un voltaje aplicado a la carga, durante un tercer ciclo positivo del voltaje de entrada CA; y conmutar el primer y segundo interruptores en los ciclos de trabajo sustancialmente complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, conmutando el tercer y cuarto interruptores en los ciclos sustancialmente complementarios suficientemente mayor a 0% y suficientemente menor a 100%, respectivamente, para resistir un voltaje aplicado a la carga, durante un tercer ciclo negativo del voltaje de entrada CA.

40.- Un método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque el paso de conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral comprende los pasos de: conmutar el quinto y sexto interruptores que conectan y desconectan las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje y la barra colectora neutral a través de un tercer inductor en los ciclos de trabajo complementarios de aproximadamente 0% y alrededor de 100%, respectivamente, durante el segundo y tercer medios ciclos positivos; y conmutar el quinto y sexto interruptores en los ciclos de trabajo complementarios de aproximadamente 100% y alrededor de 0%, respectivamente, durante el segundo y tercer medios ciclos negativos.

41.- Un método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque el paso de conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral comprende los pasos de: conmutar un quinto interruptor para conectar y desconectar la primera barra colectora de voltaje y la barra colectora neutral a través de un tercer inductor; y conmutar un sexto interruptor para conectar y desconectar la segunda barra colectora de voltaje y la barra colectora neutral a través del tercer inductor.

42.- Un método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque el paso de conectar selectivamente una batería a por lo menos una primera inductancia, la primera barra colectora de voltaje, o la segunda barra colectora de voltaje para permitir la transferencia de energía entre la batería y la primera y segunda barras colectoras de voltaje. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un convertidor de energía incluye una primera y una segunda barras colectoras de voltaje y una barra colectora neutral; un primer circuito de conmutación, por ejemplo, un circuito rectificador, opera para conectar selectivamente un nodo de entrada del mismo a la primera y segunda barras colectoras de voltaje; un circuito equilibrador opera para conectar selectivamente la barra colectora neutral a la primera y segunda barras colectoras de voltaje, de manera que las magnitudes relativas del primer y segundo voltajes respectivos en la primera y segunda barras colectoras de voltaje se controlan para responder a las respectivas primera y segundas tasas en las que el circuito equilibrador conecta la primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral; un segundo circuito de conmutación, por ejemplo, un circuito inversor, opera para conectar selectivamente la primera y segunda barras colectoras de voltaje a una carga conectada en un nodo de salida de las mismas; de preferencia, el circuito equilibrador incluye un primer y un segundo interruptores que operan para conectar selectivamente las respectivas primera y segunda barras colectoras de voltaje a la barra colectora neutral a través de una inductancia, de manera que las magnitudes relativas del primer y segundo voltajes se controlan para responder al primer y segundo ciclos de trabajo respectivos del primer y segundo interruptores; el convertidor de energía puede operar en modos múltiples y es adecuado para emplearse en fuentes de alimentación ininterrumpibles (UPS). HUIM/osu*kra*sff*avc*rcp*eos*yac*pbg*igp*gas P00/1069