CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo de la electrónica, específicamente con el campo de los aparatos para la conversión de una entrada AC o DC en una salida AC o DC. En particular, proporciona una celda de conmutación con enlace de potencia interno.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dentro del campo de la conversión de energía, parte importante de los convertidores de potencia son las celdas de conmutación con enlace de potencia interno. En el estado de la técnica se conocen algunas configuraciones de celdas de conmutación, pero a medida que la tecnología madura, surgen nuevos requerimientos de celdas de conmutación.

Actualmente, existen celdas de conmutación con enlace de potencia interno de dos fases con poca eficiencia, por ejemplo, que contienen en su enlace interno dispositivos con aislamiento galvánico, los cuales se conectan en celdas de doble fase, pero generan pérdidas energéticas por el tipo de conexión. Otro ejemplo son las celdas de enlace de potencia interno que solo contienen componentes capacitivos, lo que se utiliza solo para cargas de batería, la cual es una aplicación limitada en su uso al no tener componentes inductivos.

En el estado de la técnica se conocen aplicaciones de celdas de conmutación con enlace interno en fuentes de poder. Por ejemplo, el documento WO201 2149387A1 describe una fuente de poder que comprende en su interior una celda de conmutación que contiene, de manera general, un interruptor en serie conectado entre los terminales de dos pares de conmutadores, los cuales a su vez se encuentran conectados mediante un inductor entre los puntos medios de dichos conmutadores. Esta celda cumple solo la función de un convertidor DC-DC o DC- AC. Por otro lado, el documento A. C. Braga, (IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 12, NO. 2, MARCH 1997) describe una técnica útil para la conexión en paralelo entre las celdas de conmutación interconectadas por inductores. Esta técnica consiste en utilizar dichos inductores para asegurar una participación dinámica y estática de la corriente en los interruptores de los conmutadores. La celda genérica se puede adaptar a un convertidor DC-DC, así también como a inversores.

Sin embargo, los antecedentes del estado de la técnica son silentes respecto a aplicaciones de las celdas de conmutación en convertidores de potencia DC-DC, DC-AC, AC-DC o AC-AC, que requieran de sistemas multifase que contengan un enlace AC interno.

En consecuencia, existe la necesidad de crear una variedad topológica para una celda de conmutación con enlace de potencia interno que contenga combinaciones de componentes para la generación de un enlace AC en multifase.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona una celda de conmutación con enlace de potencia interno, que se caracteriza porque comprende: un primer conmutador y un segundo conmutador, donde dichos primer y segundo conmutadores contienen la misma cantidad de fases, y dos interruptores por cada fase, un enlace AC que tiene la misma cantidad de fases de dichos primer y segundo conmutadores, un voltaje de entrada en los terminales del primer conmutador, y un voltaje de salida entre los terminales del primer conmutador y el segundo conmutador y, dicho enlace AC interno de la celda de conmutación conecta los puntos medios de dichos conmutadores por cada fase, y que contiene un capacitor que conecta los puntos medios de dichos primer y segundo conmutadores por cada fase, dicho enlace AC contiene además un inductor que conecta cada fase de manera anterior, posterior o entre los capacitores, y donde cada interruptor que contiene dicha celda de conmutación corresponde a un semiconductor. En una realización preferida, la celda de conmutación de la invención se caracteriza porque dicho enlace AC contiene una pluralidad de capacitores conectados en serie por cada fase.

En otra realización preferida, la celda de conmutación se caracteriza porque el inductor de dicho enlace AC conecta las fases mediante una conexión en serie, paralela, delta o estrella.

En otra realización preferida, la celda de conmutación se caracteriza porque dicho enlace AC contiene un inductor menos que la cantidad de capacitores por fase, cuando dicho inductor se encuentra entre los capacitores.

En una realización preferida adicional, la celda de conmutación se caracteriza porque dicho enlace AC contiene un inductor, cuando existe un capacitor por fase.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La FIG. 1 ¡lustra una primera realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de dos fases, con un inductor que conecta la celda superior, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 1 a ¡lustra las celdas de conmutación de multifases utilizadas en todas las realizaciones de celdas de conmutación con enlace interno de dos fases de la invención.

La FIG. 2 ¡lustra una segunda realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de dos fases, con un inductor que conecta en la celda inferior, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 3 ¡lustra una tercera realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de dos fases, con dos capacitores conectados en serie por cada fase y un inductor que conecta las fases entre los capacitores, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 4 ¡lustra una cuarta realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases, con una pluralidad de inductores que conectan las fases por medio de una conexión tipo delta en la celda superior, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 5 ¡lustra una quinta realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases, con una pluralidad de inductores que conectan las fases por medio de una conexión tipo delta en la celda inferior, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 6 ¡lustra una sexta realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases, con dos capacitores conectados en serie por cada fase y una pluralidad de inductores que conectan las fases por medio de una conexión tipo delta entre los capacitores, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 7 ¡lustra una séptima realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases, con una pluralidad de inductores que conectan las fases por medio de una conexión tipo estrella en la celda inferior, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 8 ¡lustra una octava realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases, con una pluralidad de inductores que conectan las fases por medio de una conexión tipo estrella en la celda superior, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 9 ¡lustra una novena realización de una celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases, con dos capacitores conectados en serie por cada fase y una pluralidad de inductores que conectan las fases por medio de una conexión tipo estrella entre capacitores, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 10 ¡lustra un primer ejemplo de realización de un convertidor con enlace AC interno de dos fases para un sistema con batería y con filtro inductivo en la entrada, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 1 1 ¡lustra un segundo ejemplo de realización de un convertidor con enlace AC interno de dos fases para un sistema con batería y con filtro inductivo en la salida, que es objeto de la presente invención.

La FIG. 12 ¡lustra un tercer ejemplo de realización de un convertidor con enlace AC interno de tres fases para un sistema fotovoltaico y con filtro inductivo en la salida, que es objeto de la presente invención. La FIG. 13 ¡lustra un cuarto ejemplo de realización de un convertidor con enlace AC interno de dos fases para un sistema de electrólisis de agua y con filtro inductivo en la salida, que es objeto de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

A continuación, se describirá de manera detallada la presente invención, haciendo referencia para esto a las figuras que acompañan la presente solicitud.

En un primer objeto de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en las FIGs. 1 -9, se proporciona una celda de conmutación (1 ) con enlace de potencia interno con una pluralidad de fases que comprende, de manera esencial: una celda de conmutación con enlace de potencia interno (1 ) que posee una entrada positiva (1 a), una entrada negativa (1 b), una salida positiva (1 c) y una salida negativa (1d); la entrada negativa de voltaje (1 b) conectada eléctricamente a dicha salida negativa (1d) de dicha celda de conmutación con enlace de potencia interno (1 ), adicionalmente comprende: un primer conmutador y un segundo conmutador de multifase conectados en serie, una entrada de voltaje y corriente en los terminales negativo (1 b) y positivo (1 a) del primer conmutador (1 e), una pluralidad de capacitores (1 ia, 1 ib, 1 ic) que conectan el punto medio (1j) del primer conmutador (1 e) y el punto medio (1 g) del segundo conmutador (1 f), un inductor (1 h) que conecta eléctricamente cada fase de manera anterior, posterior o entre los capacitores. Además, una salida de voltaje y corriente entre un terminal positivo (1 c) de la segunda celda de multifase y el terminal negativo (1 d) del primer conmutador de multifase (1 e).

En lo sucesivo, por simplicidad y sin que esto limite el alcance de la presente invención, se hará referencia a la celda de conmutación de potencia interno (1 ) de topología controlable que es objeto de la presente invención como celda de conmutación.

En el contexto de la presente invención, se entenderá como celda de conmutación a un conjunto de componentes eléctricos y electrónicos dispuestos de manera tal que, en respuesta a una señal continua (DC) o alterna (AC) de entrada, genera una señal DC o AC de salida. Normalmente, la relación entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida de una celda de conmutación está controlada por la razón entre el tiempo de apertura y el tiempo de cierre de uno o más conmutadores que forman parte de dicha celda de conmutación.

El primer conmutador con una pluralidad de fases (1 e) que forma parte de la celda de conmutación con enlace de potencia interno (1 ) que es objeto de la presente invención, presenta dos entradas, en el contexto de la presente invención y sin que esto limite el alcance de la misma, se denominarán como entrada positiva (1 a) y entrada negativa (1 b). Además, la celda de conmutación con enlace de potencia interno (1 ) presenta dos salidas, que en el contexto de la presente invención y sin que esto limite el alcance de la misma, se denominarán como salida positiva (1 c) y salida negativa (1 d).

El primer y segundo conmutadores de una pluralidad de fases (1 e) y (1 f) que forman parte de la celda de conmutación (1 ) que es objeto de la presente invención, presentan dos interruptores (1 ea, 1 eb) en el primer conmutador y un segundo par de interruptores (1 fa, 1 f b) en el segundo conmutador por cada fase, conectados en serie por cada fase con un enlace de potencia conectado entre el primer y segundo conmutador de cada fase. En el contexto de la presente invención, y sin que esto limite el alcance de la misma, dicha conexión entre el enlace de potencia interno conectado y cada conmutador de multifase se denomina el punto medio (1 j, 1 g) de cada celda de conmutación de multifase. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha celda de conmutación de multifase contiene un punto medio (1 j, 1 g) por cada fase.

En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 1 , se proporciona una celda de conmutación de doble fase con enlace de potencia interno AC (1 ). En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha celda de conmutación de doble fase, que comprende de manera esencial: dos fases de comunicación en ambos conmutadores (1 e) y (1 f); dos fases en el enlace de potencia interno (11); conecta un capacitor (1 i) en cada fase entre los puntos medios del primer y segundo conmutador de doble fase; y un inductor (1 h) que conecta eléctricamente ambas fases, posterior a cada capacitor. En otra realización preferida, la configuración particular de la topología de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 2, dicho inductor (2a) conecta la primera y segunda fase de manera anterior a cada capacitor (2b).

En otra realización preferida, la configuración particular de la topología de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 3, dicho enlace de potencia interno AC contiene dos capacitores (3aa, 3ab) por cada fase. Además, un inductor (3b) conecta la primera y segunda fases, entre dichos capacitores de cada fase.

En otra realización preferida, y sin que limite el alcance de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en las FIG. 4 se proporciona una celda de conmutación de triple fase con enlace de potencia interno AC (4). En una realización más preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha celda de conmutación de triple fase (4), que comprende de manera esencial: tres fases de comunicación en cada celda de conmutación; tres fases en el enlace de potencia interno; conecta un capacitor (4c) en cada fase entre los puntos medios de cada celda de conmutación de triple fase; y un inductor (4d) por fase que conecta mediante una conexión tipo delta cada fase sobre cada capacitor.

En otra realización preferida, y sin que limite el alcance de la presente invención, la configuración particular de la topología de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 5, dichos inductores que conectan cada una de las fases mediante una conexión tipo delta (5a), se encuentran conectados anterior a cada capacitor.

En otra realización preferida, y sin que limite el alcance de la presente invención, la configuración particular de la topología de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 6, dicho enlace de potencia AC contiene dos capacitores por cada fase. Además, dicha conexión tipo delta de los inductores (6a) conecta las tres fases entre dichos capacitores de cada fase.

En otra realización preferida, y sin que este límite con el alcance de la presente invención, la configuración particular de la topología de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 7, en el enlace de potencia AC dichos inductores se conectan mediante tipo estrella a cada fase (7a) posterior a cada capacitor (7b).

En otra realización preferida, y sin que limite el alcance de la presente invención, la configuración particular de la topología de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 8, en el enlace de potencia AC dichos inductores (8a) conectan mediante tipo estrella de cada fase anterior a cada capacitor (8b).

En otra realización más preferida, y sin que limite el alcance de la presente invención, la configuración particular de la topología de la presente invención, tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 9, en el enlace de potencia AC contiene dos capacitores por cada fase. Además, dicha conexión de los inductores entre las tres fases es de tipo estrella (9a) entre dichos capacitores (9b) de cada fase.

EJEMPLOS DE REALIZACIÓN

Ejemplo 1 : Uso de celda de conmutación con enlace AC interno de dos fases en baterías y con filtro inductivo en la entrada.

Tal como se ¡lustra esquemáticamente en la FIG. 10, la celda de conmutación con enlace de potencia interno que es objeto de la presente invención puede ser utilizada como un convertidor de potencia que conecta una batería (10a) en la entrada de la primera celda con una línea de tensión continua. Para esto, se conecta un terminal de potencial negativo (10b) en la entrada de potencial negativo de la primera celda, mientras el terminal positivo (10c) de la batería se conecta con un inductor (1 Od) que sirve como filtro inductivo, para que dicho inductor se conecte al terminal positivo en la entrada de potencial positivo de la primera celda. Por su parte, el enlace de potencia AC interno de la celda de conmutación es de doble fase con inductor entre capacitores. Además, se dispone un capacitador (10e) que conecta los terminales de salida de la celda de conmutación, entre el terminal positivo de la segunda celda y el terminal positivo de la primera celda. Ejemplo 2: Implementación de celda de conmutación con enlace AC interno de dos fases en baterías y con filtro inductivo en la salida.

En la FIG. 1 1 , se ¡lustra un dibujo esquemático de la celda de conmutación con enlace de potencia interno que es objeto de la presente invención puede ser utilizado como un convertidor de potencia que conecta una batería (11 a) en la salida de la primera celda con una línea de tensión continua. Para esto, se conecta un capacitor (1 1 b) entre los terminales de entrada de la primera celda. Por su parte, el enlace de potencia AC interno de la celda de conmutación es de doble fase con inductor entre capacitores. Además, se dispone un inductor (1 1 c) conectado por un lado en la salida de la segunda celda, y el otro extremo se conecta con el terminal positivo (11d) de la batería (1 1 a), mientras el terminal de potencial negativo es conectado al terminal negativo (11 e) de la primera celda, mediante una línea de tensión continua.

Ejemplo 3: Uso de celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases en sistema fotovoltaico y con filtro inductivo en la salida.

En la FIG. 12 se ¡lustra, además, un diagrama esquemático de una implementación de las celdas de conmutación con enlace AC de potencia interno de tres fases conectado a un sistema fotovoltaico.

En este ejemplo, la celda de conmutación es un convertidor que contiene tres fases interconectadas con un enlace AC donde se encuentran inductores conectados en forma de estrella entre los capacitores. En la FIG.12 se observa un sistema fotovoltaico (12a) conectado paralelamente a un capacitor (12b) y entre los terminales de la primera celda. Además, se proporciona un inductor (12c) conectado en la salida de la segunda celda. Por otro lado, se encuentra un capacitor (12d) conectado entre el terminal de potencial negativo de la primera celda y dicho inductor.

Ejemplo 4: Implementación de celda de conmutación con enlace AC interno de tres fases en sistema de electrólisis de agua y con filtro inductivo en la salida. En la FIG.13 se ¡lustra, además, un diagrama esquemático de una implementación de las celdas de conmutación con enlace AC de potencia interno de tres fases conectado a un sistema de electrólisis de agua. La celda de conmutación utilizada en este ejemplo es la misma celda utilizada en el ejemplo 3. En este ejemplo, la FIG.13 ¡lustra un sistema de electrólisis de agua (13a), conectado paralelamente a un capacitor (13b) y en uno de sus terminales conectado a un inductor (13c), donde dichos inductor y capacitor son utilizados como filtros de entrada. Además, se conecta dicho inductor al terminal positivo de la primera celda, mientras el terminal negativo de la primera celda se conecta al terminal negativo del sistema de electrólisis de agua. Por otro lado, se encuentra un capacitor (13d) conectado entre el terminal de potencial negativo de la primera celda y el terminal de salida de la segunda celda.