PT2193597E - Conversor de corrente contínua multicanais que trabalha no limite de descontinuidade independente da potência de saida - Google Patents

Conversor de corrente contínua multicanais que trabalha no limite de descontinuidade independente da potência de saida Download PDF

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Ralf Bartling
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Description

DESCRIÇÃO
CONVERSOR DE CORRENTE CONTÍNUA MULTICANAIS QUE TRABALHA NO LIMITE DE DESCONTINUIDADE INDEPENDENTE DA POTÊNCIA DE SAIDA 0 invento refere-se a um conversor de corrente contínua multicanais, com vários canais de corrente paralelos, que são comandados por um microcontrolador desfasados no tempo entre si, em que os canais de corrente apresentam, respectivamente, pelo menos dois interruptores semicondutores, através dos quais eles podem funcionar comandados pelo microcontrolador como conversores de elevação ou como conversores de redução.
Um conversor de corrente continua deste tipo é descrito na publicação "BLAISE DESTRAZ ET AL: "Hiqh Eficient
Interleaved Multi-channel dc/dc Converter Dedicated to Mobile Applications" THE 2006 IEEE INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE FORTY-FIRST IAS ANNUAL MEETING, CONFERENCE RECORD OF, IEEE, Pl, l.Oktober 2006 (2006-10-01), Páginas 2518- 2523, XP031026327 ISBN:978-1-4244-0364-6".
Do requerimento da patente alemã DE 10 2004 011 801 AI é conhecido um conversor de corrente contínua com quatro canais de corrente paralelos, o qual é descrito como um puro conversor de elevação. Para comando deste conversor de corrente contínua são necessários órgãos temporizadores externos.
Além disso, também são conhecidos os conversores de corrente continua bidireccionais. O circuito básico de um conversor de corrente continua deste tipo é apresentado na Fig. 2.
Foi colocado o objectivo de se conseguir um conversor de corrente contínua, que seja de construção simples e de custo 1 aceitável, que seja versátil e de aplicação eficiente e que forneça uma corrente de saida tão estabilizada quanto possível.
Este objectivo será consequido de acordo com o invento por, pelo menos um canal de corrente apresentar um dispositivo para detecção da passaqem de corrente zero, por o microcontrolador detectar o tempo de período das passagens de corrente zero neste canal de corrente, por o microcontrolador, devido ao tempo de período detectado, comandar todos os canais de corrente no limite de descontinuidade e por o microcontrolador excitar os canais de corrente com um desfasamento de tempo, em que o tempo de desfasamento é obtido através do tempo de período detectado dividido pela quantidade dos canais de corrente.
Um exemplo de execução do invento é apresentado esquematicamente no desenho e será, em seguida, explicado com referência ao desenho e com mais pormenor. 0 desenho mostra:
Na Figura 1 o circuito principal de um conversor de corrente contínua multicanais bidireccionais de acordo com o invento, na Figura 2 o circuito principal de um conversor de corrente contínua bidireccional de acordo com a situação da Técnica, nas Figuras 3 a 5 diagramas do trajecto da corrente de um conversor de elevação, nas Figuras 6 a 8 diagramas do trajecto da corrente de um conversor de redução, na Figura 9 um exemplo de utilização de um conversor de corrente contínua bidireccional, 2 na Figura 10 um circuito de regulação de acordo com a situação da Técnica, na Figura 11 um circuito principal de um conversor de corrente continua bidireccional trabalhando no limite de descontinuidade, na Figura 12 um diagrama do trajecto da corrente do circuito integrado de acordo com a Figura 11 na função de conversor de elevação, na Figura 13 um circuito de regulação para o circuito integrado de acordo com a Fig. 11, na Figura 14 um diagrama do trajecto da corrente de um conversor de corrente continua multicanais na função de conversor de elevação, na Figura 15 um outro diagrama do trajecto da corrente do circuito integrado, de acordo com a Figura 11, como conversor de redução, na Figura 16 uma secção de um circuito de regulação, na Figura 17 uma apresentação simplificada da secção do circuito de regulação, de acordo com a Figura 16, na Figura 18 um diagrama do trajecto da corrente de um conversor de corrente continua multicanais na função de conversor de redução. A Figura 2 mostra o circuito principal apresentado esquematicamente de um conversor de corrente continua bidireccional, no qual deve ser esclarecido o seu modo de funcionamento básico. O conversor de corrente continua é formado essencialmente por uma primeira e por uma segunda fonte de tensão (U1,U2), por uma bobina de acumulação Ll, assim como por dois interruptores semicondutores (T1,T2), que de preferência, podem ser formados como IGBT (Insulated Gate Bipolar Transístor). Paralelamente às ligações de carga dos interruptores semicondutores (T1,T2) está ligado, respectivamente, um diodo de roda livre (D1,D2). 3
Os interruptores semicondutores (T1,T2) estão interligados de tal modo com os outros componentes, que num primeiro interruptor semicondutor TI tornado condutor, as ligações da bobina de acumulação LI estão ligadas, através do primeiro interruptor semicondutor Tl, com a primeira fonte de tensão UI e num segundo interruptor semicondutor T2 tornado condutor a bobina de acumulação LI está ligada simultaneamente em série com o segundo interruptor semicondutor T2 e com ambas as fontes de tensão (U1,U2). 0 principio de funcionamento de um conversor de corrente continua deste tipo consiste em que, através da ligação de um dos interruptores semicondutores (Tl ou T2), a bobina de acumulação LI recebe corrente que a seguir desenvolve um campo magnético. A energia acumulada neste campo magnético dá origem, depois de desligar o interruptor semicondutor (T1,T2), a uma corrente de indução (corrente de sarda (i2 ou ii) que flui através de respectivamente, o outro diodo de roda livre pertencente ao interruptor semicondutor (T2 ou Tl) e de uma das fontes de tensão (U2,U1).
Para funcionamento continuo é necessário uma cadência de um dos interruptores semicondutores (Tl ou T2), por exemplo através de um comando PWM (PWM= Modulação de largura de impulso) que é concretizado através de um dispositivo de comando central e, especialmente vantajoso, através de um microcontrolador. Sem limitação da generalidade, este dispositivo de comando é, seguidamente, designado como microcontrolador. Para simplificar prescindiu-se de uma apresentação do microcontrolador nas Figuras.
Basicamente, devem diferenciar-se dois tipos de funcionamento do conversor de corrente continua, mais 4 precisamente a função do conversor de elevação e a função do conversor de redução.
Função do conversor de elevação (Figuras 3 a 5)
Na função de conversor de elevação a energia flui de uma fonte de tensão UI para a segunda fonte de tensão U2. Para isso, o interruptor semicondutor TI é excitado com um sinal PWM adequado. 0 interruptor semicondutor T2 nesta situação de funcionamento não está activo e, por isso, isento de corrente. Mas para que o circuito integrado possa trabalhar, a tensão U2 da segunda fonte de tensão U2 tem que ser maior que a tensão ui da primeira fonte de tensão UI.
No funcionamento de um conversor de corrente continua são basicamente definidas três situações de funcionamento diferentes. Estas situações de funcionamento são determinadas pelo trajecto da corrente iLi na bobina de acumulação LI. Para as três situações de funcionamento são apresentados nas Figuras 3 e 5 os trajectos da corrente típicos. Neste caso, uti substitui a tensão de excitação do primeiro interruptor semicondutor Ti e íti, íd2 e íli para as correntes que fluem através do primeiro interruptor semicondutor Ti, do correspondente diodo Di e da bobina de acumulação LI.
As três situações de funcionamento possíveis do conversor de elevação são: • funcionamento contínuo, ou seja, a corrente íli na bobina de acumulação LI não apresenta posições zero 8 (Figura 3), • funcionamento descontinuado , ou seja, aparecem espaços de tempo, nos quais a bobina de acumulação LI está isenta de corrente (Figura 4), • funcionamento no limite de descontinuidade (modo transitório). Aqui, através de uma excitação adequada do 5 interruptor de semicondutor Tl, a corrente íli na bobina de acumulação LI é mantida no limite de descontinuidade, ou seja, exactamente entre o funcionamento continuo e descontinuado (Figura 5).
Funcionamento contínuo do conversor de elevação (Figura 3) A corrente íli na bobina de acumulação Ll, aqui não apresenta posições zero. Durante a fase de ligação do interruptor semicondutor Tl a corrente íli depende da seguinte equação diferencial: dÍLl uli = L dt
Se o diodo D2 for condutor é válido: diLi ui - U2 = L dt
Porque u2 é maior que ui, o cociente diferencial é negativo e a corrente baixa nesta fase. Geralmente o trajecto da corrente depende, portanto, do tempo de ligação do interruptor semicondutor Tl, das tensões ui u2 e da indutância L da bobina de acumulação Ll.
Funcionamento descontinuado do conversor de elevação (Figura 4)
Neste caso, a corrente íli apresenta pontos zero através da bobina de acumulação Ll. Esta situação de funcionamento é frequentemente denominada também como "função de descontinuidade".
Funcionamento do conversor de elevação no limite de descontinuidade (Modo de transição) (Figura 5) 6
Na Figura 5 é apresentado o funcionamento do conversor de elevação no limite de descontinuidade, que também é designado como modo de transição. A vantagem desta situação de funcionamento é que o interruptor semicondutor TI volta a ser ligado na situação de isento de corrente e assim as perdas de ligação são minimas. Além disso, o diodo de roda livre Dl pode ser executado como diodo de silicio rápido "normal". Frequentemente encontram-se nos conversores de elevação de onduladores solares os diodos de carbureto de silicio, porque as denominadas correntes "Reverse Recovery" dos diodos determinam maciçamente as perdas no interruptor semicondutor Tl. Além disso, a bobina de acumulação LI é aproveitada de forma optimizada, ou seja, não existem quaisquer espaços de tempo, nos quais a bobina de acumulação LI está livre de corrente e não transmite energia.
Nos conversores de corrente continua que trabalham com frequência de comutação constante, a respectiva situação de carga determina qual das três situações de funcionamento antes referida é regulada.
Funcionamento do conversor de redução (Figuras 6 a 8)
No funcionamento do conversor de redução flui no circuito integrado de acordo com a Figura 2, a energia da fonte de tensão U2 para UI. Para isso, o interruptor semicondutor T2 é excitado com uma tensão de excitação modulada pela largura de impulso adequada. 0 interruptor semicondutor Tl não está activo e, por isso, está livre de corrente. Mas para que o circuito integrado possa trabalhar, também aqui u2 tem que ser maior que ui.
Em analogia com as situações de funcionamento do conversor de elevação, as Figuras 6 a 8 esclarecem as três 7 situações de funcionamento possíveis no funcionamento do conversor de redução. São novamente aplicados os trajectos de corrente característicos ít2, ídi e íli contra o trajecto da tensão de excitação Ut2 do segundo interruptor semicondutor T2 . São agora apresentadas as situações de funcionamento: • Funcionamento contínuo (Figura 6), • Funcionamento descontinuado (Figura 7) • Funcionamento no limite de descontinuidade (modo de transição; Figura 8).
Assim, são descritas todas as situações de funcionamento possíveis do circuito integrado apresentado na Figura 2. É aplicado um conversor bidireccional deste tipo na tecnologia solar para a gestão das baterias de um ondulador de ilha. 0 esquema em bloco da Figura 9 clarifica a utilização de um conversor bidireccional. A instalação solar apresentada na Figura 9 é alimentada por um gerador solar 1. Este está ligado ao circuito intermédio de tensão contínua 3 por meio de um conversor de elevação 2 de funcionamento unidireccional. A energia do gerador solar 1 pode então alimentar a rede pública de corrente por meio de um ondulador 4 com três fases na parte de saída (Pl, P2,P3) .
Nos tempos, em que o gerador solar 1 fornece maior potência do que a que é exigida para alimentação à rede pública, pode ser carregado um acumulador 5 por meio de um conversor de corrente contínua 6 bidireccional. A condição para isto é que a tensão uz no circuito intermédio de corrente contínua 3 seja mais forte que a tensão ub do acumulador 5. 0 conversor de corrente contínua 6 trabalha, 8 neste caso, como conversor de redução e o sentido de fluxo da energia passa do circuito intermédio de tensão continua 3 para o acumulador 5.
Caso a rede de corrente exija maior potência eléctrica do que aquela que o gerador solar 1 pode fornecer no momento, então o acumulador 5, desde que anteriormente tenha sido suficientemente carregado, pode fornecer energia suplementar ao circuito intermédio de tensão continua 3. 0 conversor de corrente continua 6 bidireccional trabalha então como conversor de elevação, ou seja, também aqui a tensão uz no circuito intermédio de tensão continua 3 tem que ser mais forte que a tensão ub do acumulador 5. 0 sentido de fluxo da energia passa então do acumulador 5 para o circuito intermédio de tensão continua 3.
No conversor de corrente continua bidireccional utilizado actualmente, utiliza-se frequentemente uma modulação de largura de impulso com frequência fixa para excitação dos interruptores de semicondutor. Isto dá origem a que, dependendo da situação de carga, o circuito integrado pode funcionar na situação de funcionamento descontinuado ou continuo ou ainda no limite de descontinuidade e alternar entre estas situações de funcionamento.
Em termos técnicos de regulação prevê-se, normalmente, para um conversor de corrente continua deste tipo, um circuito de controlo de corrente subordinado. Este é concretizado ou em hardware, p. ex., com um comando IC ou com o auxilio de um microcontrolador. Em onduladores fotovoltaicos são aplicados quase exclusivamente sistemas de regulação digital, de modo que para a regulação da corrente, o valor teórico da corrente tem que ser apurado em tempo real e tratado. 9 0 esquema de circuitos de substituição de técnica de regulação de uma disposição deste tipo é apresentado na Fig. 10. A regulação é concretizada como uma regulação em cascata. Existe um circuito de regulação interior "mais rápido" (valor teórico de corrente ί teórico, i —regulador, regulador 1/L integrante, valor real de corrente i_real; assinalado a tracejado) e um circuito de regulação exterior (valor teórico de tensão u_teórico, regulador U, regulador 1/C integrante, valor teórico de tensão u_real) para regulação da tensão.
Um regulador deste tipo apresenta várias desvantagens: • O valor real de corrente i_real tem que ser detectado e tratado em tempo real. • Dependente da situação de funcionamento do circuito integrado (continuo, descontinuado ou modo transitório), alteram-se as caracteristicas do trajecto de regulação da corrente, de modo que eventualmente se tem que proceder a uma adaptação no regulador I. • Porque a indutância L da bobina de acumulação estabelece de forma determinante o comportamento do circuito de controlo de corrente, não pode o seu valor ser ultrapassado num determinado limite inferior. • Se o circuito integrado se encontrar na situação de funcionamento continuo, aumentam fortemente as perdas no interruptor semicondutor, porque aqui o interruptor semicondutor comuta para um diodo de roda livre condutor. A carga "Reverse Recovery" do diodo de roda livre influencia fortemente as perdas de ligação do interruptor semicondutor. • Para reduziras denominadas perdas "Reverse Recovery" são frequentemente utilizados, em vez dos díodos de silício correntes, os diodos de carbureto de silício. Estes 10 diodos são extremamente caros, difíceis de disponibilizar e não muito robustos. • Devido ao funcionamento de comutação "dura" do estágio final de potência, a frequência de comutação é seleccionada tão baixa quanto possível. Isto origina um aumento no volume da construção da bobina de acumulação.
Descrição de vim conversor bidireccional de modo de transição A Figura 11 mostra esquematicamente um conversor de corrente contínua bidireccional, que pode funcionar sempre no limite de descontinuidade. Para isso, é aplicado na bobina de acumulação LI um enrolamento adicional W que necessita de mostra apenas poucas espiras e através delas a passagem de corrente zero na bobina de acumulação LI pode ser detectada. 0 momento da passagem de corrente zero é identificado, por exemplo, por um microcontrolador não apresentado, que então volta a excitar imediatamente um dos interruptores semicondutor (TI ou T2). Dependente da situação de carga, forma-se, assim, uma frequência de comutação variável do estágio final de potência; quanto mais forte for a potência de saída, mais baixa é a frequência de comutação.
Se for designado o tempo na fase de magnetização por "t_on" e o tempo na desmagnetização por então podem formar-se as seguintes equações, tomando em consideração situações lineares:
Ui · t-on
ÍLl_coberta — L (U2 - Ul) »t-Off
ÍLl_coberta — L A partir da Figura 12 é visível que o valor médio íli avg da corrente íli corresponde a precisamente metade do valor máximo da corrente ÍLi_coberta. Com isto, e através da 11 determinação do tempo de regulação t_on da corrente íli pode proceder-se directamente a ajustes livres de atrasos.
Daqui resulta para o funcionamento do conversor de elevação o esquema de circuitos de substituição de técnica de regulação, em conformidade com a Figura 13. Um circuito de controlo de corrente subordinado é suprimido aqui, porque através da identificação da passagem de corrente zero, o conversor de corrente continua trabalha sempre no modo de transição, portanto, com precisão constante no limite de descontinuidade e por isso t_on é proporcional a in-avg. A correspondente situação de carga é tomada em consideração no circuito de regulação através da grandeza de influência corrente de carga i_carga.
Desvantajoso em funcionamento no limite de descontinuidade é, certamente, a grande ondulação da corrente da bobina de acumulação íli e, com isto, também na corrente de saida ii ou i2. Para a reduzir está previsto um conversor de corrente contínua que apresenta vários canais de corrente paralelos (Ι,ΙΙ). A Figura 1 mostra um conversor de corrente contínua deste tipo com dois canais de corrente.
Para formação do conversor de corrente contínua, podem também ser previstos, naturalmente, mais de dois canais paralelos (Ι,ΙΙ), o que apesar do maior custo do componente, pode ser vantajoso, porque com cada canal de corrente acrescido, é reduzida a ondulação da corrente da bobina de acumulação íli. 0 primeiro canal de corrente I é formado pela bobina de acumulação Ll, pelos interruptores de semicondutores TI e T2 e pelos diodos Dl e D2; o segundo canal de corrente II é formado em conformidade pela bobina de acumulação L2, pelos 12 interruptores semicondutores T3 e T4, bem como pelos díodos D3 e D4.
Ambos os canais de corrente (I,II) são cadenciados com o mesmo índice de ciclo, mas com um desfasamento de tempo. 0 microcontrolador previsto para a cadência dos interruptores semicondutores (T1,T3 ou T2,T4), pode, de forma vantajosa excitar os respectivos interruptores semicondutores para cadenciar (T1,T3 ou T2,T4) de todos os canais de corrente (I,II) A bobina de acumulação L2 no segundo canal de corrente, ligada paralela em relação ao primeiro canal de corrente, não apresenta aqui qualquer instância para identificação de uma passagem de corrente zero. 0 canal de corrente II é comandado dependente da passagem de corrente zero detectada no primeiro canal de corrente I e pode, por isso, ser denominado como "canal escravo", enquanto o primeiro canal de corrente I, cuja bobina de acumulação LI apresenta um enrolamento W para identificação da passagem de corrente zero, é seguidamente designado como "canal mestre". A ondulação na corrente de saída ii ou 12 é mínima, se o desfasamento de fase entre o canal mestre I e o canal escravo II ou eventualmente também entre outros canais escravos comportar 360°/n (n= quantidade dos canais de corrente). 0 microcontrolador determina agora, das passagens de corrente zero detectadas, a duração dos períodos do canal mestre I, para a partir desta informação determinar o ponto de ignição para o canal escravo II e, eventualmente, também para os outros canais escravos.
Na Figura 14 são apresentados os trajectos de corrente para um conversor de corrente contínua de dois canais, de 13 acordo com a Figura 1, o qual funciona como conversor de elevação. 0 diagrama superior mostra o trajecto da corrente íli através da bobina de acumulação LI no canal mestre I; 0 diagrama do centro mostra o trajecto da corrente através da bobina de acumulação L2 no canal escravo II. 0 microcontrolador determina o intervalo de tempo das passagens de corrente zero Tperido do canal mestre I em tempo real, para a partir daí calcular o ponto de ignição do canal escravo II.
Porque com o canal mestre I e com o canal escravo II são concretizados globalmente dois canais de corrente (n=2) , o desfasamento temporal na excitação dos interruptores de semicondutores (T1,T3) do canal escravo II comporta l/n= =1/2 duração de período Tperiodo/2 em comparação com a excitação do canal mestre I. A Figura 14 mostra que a corrente de saída ii resultante, aqui apresentada invertida como -ii, apresenta uma ondulação claramente inferior que os trajectos de corrente (íli,íl2) em cada um dos canais de corrente (I,II) individuais. Numa concretização prática é vantajoso, em vez de apenas um canal escravo II, prever vários canais escravos, porque através disto se pode obter uma corrente de saída muito mais estabilizada.
Para além do funcionamento do conversor de elevação antes descrito, o conversor de corrente contínua também pode funcionar como conversor de redução, o que é de especial interesse para os onduladores fotovoltaicos com bateria de apoio.
Para o funcionamento do conversor de redução são válidas condições muito semelhantes das existentes no funcionamento do conversor de elevação. A partir do trajecto 14 da corrente íli esboçado na Figura 15, encontram-se as condições:
Ui · t-off lLl-coberta — L (U2-U1) *-fc— ΟΠ
1L1—coberta ~ L
No funcionamento do conversor de redução o tempo de desligar t-off é proporcional à corrente máxima ÍLi_coberta ou à corrente média íli avg através da bobina de acumulação LI. Porque o microcontrolador apenas pode alterar directamente o tempo de ligação t-on, tem que se utilizar outra condição, para se poder efectuar uma regulação. Das duas equações antes referidas pode ser produzida a seguinte derivação:
Ui t-on = t-off U2 - ui
Porque o microcontrolador detecta as tensões ui e u2, ele pode calcular o tempo de ligação t_on necessário que depois conduz para o t_off pretendido. Como isto está saliente na Figura 15, a soma de t-on e de t-off fornece o tempo exacto entre duas passagens de corrente zero que é detectado pelo microcontrolador. Enquanto o circuito integrado em funcionamento trabalha no limite de descontinuidade, é possível um ajuste directo de ÍLi_avg sem retardamento.
Com isto pode, por sua vez, ser obtido um circuito de regulação, apresentado em esboço na Figura 16. Se for utilizado o funcionamento de conversor de redução para carregar um acumulador, normalmente não é necessário qualquer circuito de regulação de tensão sobreposto. 0 valor teórico da corrente de carga i-teórica pode ser determinado directamente pelo microcontrolador. Ambos os elementos proporcionais (Ll/Ul, U1/(U2-U1) na Figura 16, podem, então, ser resumidos também num elemento proporcional único Ll/(U2- 15
Ul), através do que se obtém o circuito de regulação apresentado na Figura 17.
Através da aplicação do conversor de modo de transição real, pode, assim, a corrente ser alterada directamente e sem retardamento, sem necessidade do circuito de regulação subordinado. A Figura 18 mostra um esboço dos trajectos da corrente (íli,íl2) nos canais de corrente (I, II) e à saida do conversor de corrente continua no funcionamento de conversor de redução. Estes trajectos de corrente (íli,íl2) correspondem exactamente aos trajectos de corrente invertidos para o funcionamento do conversor de elevação, os quais são visíveis na Figura 14. Em conformidade, obtém-se também no funcionamento de conversor de redução uma corrente de saída (-ii) especialmente estabilizada, através de um comando com desfasamento de tempo dos canais de corrente (I,II).
Lista de símbolos de referência 1 Gerador solar 2 Conversor de elevação 3 Circuito intermédio de tensão contínua 4 Ondulador 5 Acumulador 6 Conversor de corrente contínua D1-D4 Díodos (de roda livre) I Primeiro canal de corrente (canal mestre) II Segundo canal de corrente (canal escravo) L Indução (da bobina de acumulação) L1,L2 Bobina de acumulação T1-T4 Interruptores semicondutores U1,U2 (Fontes) de tensão P1,P2,P3 Fases 16 uz Tensão no circuito intermédio de tensão continua UB Tensão no acumulador W Enrolamento il, Í2 Corrente de saida ÍT1, ίT2, ΪDl Corrente (através do componente indicado) 1L1 avg Corrente de saida central i real Valor real da corrente i-carga Corrente de carga i-teórico Valor teórico da corrente t-on Tempo de ligação t-of f Tempo de desligar TPeriodo Tempo de período (intervalo de tempo das passagens de corrente zero) TPeriodo/2 Desfasamento de tempo u-real Valor real da tensão (tensão de saída) u-teórico Valor teórico de tensão
Ul, U2 Tensões (das fontes de tensão Ul e U2) UB Tensão da bateria UT1, UT2 Tensão de excitação (dos interruptores semicondutores) Uz Tensão no circuito intermédio de tensão contínua 1/C, 1/L Reguladores integrados
Ll/Ul,U1/U2-U1)Ll/(U2-U1) Elementos proporcionais
Lisboa, 29 de Maio de 2013. 17

Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES 1 - Conversor de corrente contínua multicanais, com vários canais de corrente (I,II) paralelos, que podem ser comandados entre si com desfasamento de tempo por meio de um microcontrolador, em que os canais de corrente apresentam respectivamente, pelo menos, dois interruptores semicondutores (Tl,T2,T3,T4), através dos quais e por meio de um microcontrolador podem funcionar tanto como conversores de elevação como conversores de redução, caracterizado por, pelo menos, um canal de corrente (I) apresentar um dispositivo para detecção da passagem de corrente zero, por o microcontrolador detectar o tempo de período (Tperíodo) das passagens de corrente zero neste canal de corrente (I), por o microcontrolador operar todos os canais de corrente (I,II) no limite de descontinuidade, devido ao tempo de período (Tperiode ) detectado e por o microcontrolador excitar os canais de corrente (I, II) com um desfasamento de tempo (Tperiodo/2) , em que o desfasamento de tempo (Tperiodo/2) é determinado pelo período de tempo (Tperíodo) detectado, dividido pelo número de canais de corrente.
  2. 2 - Conversor de corrente contínua de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada canal de corrente (I,II) apresentar, pelo menos, uma bobina de acumulação (L1,L2) e a bobina de acumulação (Ll) de, pelo menos um canal de corrente (I), apresentar um enrolamento (W) adicional, cujo sinal de saída é explorado pelo microcontrolador, para detecção da passagem da corrente zero.
  3. 3 - Conversor de corrente contínua de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o conversor de corrente contínua ser um componente de um circuito integrado de 1 carga/descarga para um acumulador (5) de uma instalação fotovoltaica.
  4. 4 - Conversor de corrente contínua de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o microcontrolador comandar o conversor de corrente contínua para carregar o acumulador (5) como conversor de redução e para descarregar o acumulador (5) como conversor de elevação.
  5. 5 - Conversor de corrente contínua de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o tempo de ligação (t_on) para cada um dos interruptores semicondutores (Tl,T2,T3,T4) de cada canal de corrente (I, II) provocar uma corrente de saída (i 1, Í2) do conversor de corrente contínua proporcional ao referido tempo de ligação (t-on).
  6. 6 - Conversor de corrente contínua de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o tempo de ligação (t_on) no funcionamento de conversor de elevação ser regulado por meio de um circuito de regulação de corrente sobreposto (U_Regulador, 1/C) para a tensão de saída (u_real) do conversor de corrente contínua.
  7. 7 — Conversor de corrente contínua de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o tempo de ligação (t_on) no funcionamento de conversor de redução ser proporcional à corrente de saída média (iiu-avg) e inversamente proporcional à diferença da tensão de saída - entrada (U2-U1).
  8. 8 - Conversor de corrente contínua de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por um micontrolador comandar os interruptores semicondutores T1,T2,T3,T4) de todos os canais de corrente (I,II). Lisboa, 29 de Maio de 2013. 2
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007057230A1 (de) 2007-11-28 2009-06-04 Kostal Industrie Elektrik Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Gleichstromstellers
US8576598B2 (en) * 2009-07-20 2013-11-05 General Electric Company Systems, methods, and apparatus for converting direct current (DC) power to alternating current (AC) power
TWI473394B (zh) * 2009-09-04 2015-02-11 Richtek Technology Corp 切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法
JP5496038B2 (ja) * 2010-09-22 2014-05-21 三菱電機株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP5355617B2 (ja) 2011-04-25 2013-11-27 三菱電機株式会社 電源装置
US8963529B2 (en) * 2011-04-28 2015-02-24 Texas Instruments Incorporated Transition mode charge control for a power converter
DE102012204255A1 (de) 2012-03-19 2013-09-19 Siemens Aktiengesellschaft Gleichspannungswandler
US9270182B2 (en) * 2012-05-04 2016-02-23 Schneider Electric Industries Sas Conversion stage, electric converter including such a conversion stage, device for converting an AC current into DC current including such a converter, terminal for recharging an electric battery including such a converter or conversion device
DE102013009823A1 (de) * 2013-06-11 2014-12-11 Liebherr-Components Biberach Gmbh Elektrisches Antriebssystem sowie Engergiespeichervorrichtung hierfür
US9343967B2 (en) * 2014-01-24 2016-05-17 Analog Devices, Inc. Single input multiple input/output supply for energy harvest application
CN104065119B (zh) * 2014-06-04 2017-01-04 南京矽力杰半导体技术有限公司 电池供电电路及供电方法
US20170063094A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 Sunpower Corporation Power processing
CN105119486A (zh) * 2015-09-23 2015-12-02 三峡大学 一种低电压应力双向dc/dc变换器
US9966853B2 (en) * 2015-10-05 2018-05-08 Maxim Integrated Products, Inc. Method and apparatus for multi-phase DC-DC converters using coupled inductors in discontinuous conduction mode
DE102017125548A1 (de) * 2017-11-01 2019-05-02 Sma Solar Technology Ag Schaltungsanordnung und leistungselektronische wandlerschaltung
CN110994993B (zh) * 2019-12-30 2021-01-29 施耐德电气（中国）有限公司 一种多通道双向升降压电路
FR3138253A1 (fr) * 2022-07-25 2024-01-26 Synchrotron Soleil Système de conversion tension/courant ou courant/tension.

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5905369A (en) 1996-10-17 1999-05-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Variable frequency switching of synchronized interleaved switching converters
JP4110470B2 (ja) * 2003-05-28 2008-07-02 株式会社デンソー 多相多重制御方式
DE102004011801A1 (de) 2003-11-11 2005-06-09 Leopold Kostal Gmbh & Co Kg Verfahren zur Steuerung eines Hochsetzstellers und mehrkanaliger Hochsetzsteller sowie Verwendung eines solchen
US7288924B2 (en) * 2004-07-16 2007-10-30 Cellex Power Products, Inc. Digital input current control for switch mode power supplies
JP2006149107A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 多出力電源回路
US7375985B2 (en) * 2006-03-17 2008-05-20 Yuan Ze University High efficiency single stage bidirectional converter
US7652393B2 (en) * 2006-09-14 2010-01-26 American Power Conversion Corporation Apparatus and method for employing a DC source with an uninterruptible power supply

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Publication number Publication date
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DE102007041510A1 (de) 2009-03-05

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