EN MODO ENTRELAZADO

La presente invención se refiere a una fuente de alimentación conmutada destinada a funcionar en modo entrelazado, o interleaving, que reduce al mínimo la necesidad de circuitos auxiliares de control.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidas las fuentes de alimentación conmutadas provistas de una pluralidad de convertidores CC-CC dispuestos en paralelo y provistos cada uno de un interruptor controlado.

En un tipo de fuente conocida, la evolución temporal de la intensidad suministrada por cada convertidor es una sucesión de tramos de pendiente positiva, asociados a periodos de cierre de los interruptores controlados, y tramos de pendiente negativa, asociados a periodos de abertura de los interruptores controlados .

Según una disposición particular de estas fuentes, conocida como configuración de anillo y descrita por ejemplo en la solicitud de Van Der Wal y otros US2009/0067199, el estado de conmutación de cada convertidor está controlado en función de una señal generada por el convertidor adyacente y el primero está controlado por una señal generada por el último convertidor .

Las fuentes con estas características están especialmente concebidas para operar en modo entrelazado, conocido más generalmente como "interleaving", el cual consiste en controlar el desfase entre las corrientes suministradas por los diferentes convertidores, de modo que se logra la cancelación de harmónicos. Como puede comprobarse en la curva 231 de la figura 11 de la mencionada solicitud, su objeto dispone de un integrador y un biestable para generar las rampas necesarias para su funcionamiento, o bien un PLD.

Además, precisa de cuatro conexiones, que implican cuatro cables de tierra y cuatro tomas de tierra.

Todos estos elementos, agrupados en el bloque 100 de la mencionada solicitud, implican una circuiteria adicional, con la complejidad, posibilidad de fallo y aumento del consumo que ello supone.

WO 2005006526 Al describe un dispositivo con las características del preámbulo de la primera reivindicación de la presente solicitud.

Por ello, los inventores del objeto de la presente solicitud consideran necesario disponer de una fuente conmutada que dé solución a los inconvenientes de la técnica mencionados.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para ello, la presente invención propone una fuente de alimentación conmutada especialmente concebida para funcionar en modo entrelazado, que comprende:

- Una pluralidad de convertidores CC-CC dispuestos en paralelo provistos cada uno de un interruptor controlado ;

- siendo la evolución temporal de la intensidad suministrada por cada convertidor una sucesión de tramos de pendiente positiva, asociados a periodos de cierre de los interruptores controlados, y tramos de pendiente negativa, asociados a periodos de abertura de los interruptores controlados;

En el que el estado de conmutación de cada convertidor está controlado en función de una señal generada por el convertidor adyacente y en el que el primero está controlado por una señal generada por el último convertidor, de modo que los convertidores están dispuestos en una configuración de anillo;

que comprende medios para establecer las intensidades máximas y mínimas que determinan el paso del estado de cierre a abertura y de abertura a cierre respectivamente de los interruptores controlados de cada convertidor en función de la señal generada por el convertidor adyacente, de modo que puede funcionar en modo entrelazado, caracterizada por el hecho de que los medios para establecer las intensidades máximas y mínimas comprenden dos bloques en serie, siendo el primero de ellos un seguidor de tensión del promedio de una intensidad de referencia y la intensidad filtrada del convertidor adyacente y siendo el segundo bloque un divisor de tensión que tiene como entrada la salida del primer bloque y como salida dichas intensidades máximas y mínimas .

Esta realimentación entre convertidores sucesivos permiten superar los inconvenientes antes mencionados porque no necesita ninguna unidad de control adicional, sino tan solo los circuitos mencionados que permiten establecer las intensidades máximas y mínimas mencionadas.

Concretamente el objeto de la invención prescinde del bloque 100 mencionado y en lugar de los cuatro cables y las cuatro entradas 121, 122, 123 ,124, solamente necesita un cable de conexión más una toma de tierra tanto en la entrada como en la salida.

Venta osamente, el seguidor de tensión es un amplificador operacional con una de sus entradas conectada a su salida, estando constituida su otra entrada por tres ramas en paralelo, una primera rama conectada con interposición de una primera resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad de referencia, una segunda rama conectada con interposición de una segunda resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad filtrada del convertidor adyacente y una tercera rama conectada a tierra con interposición de una capacidad, que permite obtener dicha intensidad filtrada.

Más preferentemente, la segunda rama comprende además entre la segunda resistencia y la tensión imagen de dicha intensidad filtrada una segunda capacidad, de modo que se configura un filtro pasa-banda.

Más venta osamente, el seguidor de tensión es un amplificador operacional con una de sus entradas conectada a su salida, estando constituida su otra entrada por dos ramas en paralelo, una primera rama conectada con interposición de una primera resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad de referencia, una segunda rama constituida por una tercera resistencia, un seguidor de tensión y una segunda resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad filtrada del convertidor adyacente y que comprende una derivación conectada a tierra con interposición de una capacidad, que permite obtener dicha intensidad filtrada.

Finalmente, el divisor comprende en el siguiente orden :

Una tercera resistencia;

Dos diodos;

- Una cuarta resistencia;

Estando el terminal libre de la tercera resistencia conectado a un potencial superior, estando el terminal libre de la cuarta resistencia conectado a un potencial inferior, estando el punto de conexión de los dos diodos conectado a la salida del primer bloque, siendo la tensión en el punto de conexión entre la tercera resistencia y el diodo aguas abajo imagen de la intensidad máxima y siendo la tensión en el punto de conexión entre la cuarta resistencia y el diodo aguas arriba imagen de la intensidad mínimas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura 1 es un esquema eléctrico del dispositivo de la invención provisto de dos convertidores.

La figura 2 es un esquema eléctrico de una realización preferida de los medios de generación de las señales imin e imax .

La figura 3 es un esquema de control del dispositivo de la invención.

Las figuras 4 y 5 son dos realizaciones opcionales del bloque seguidor. DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

Tal como se ilustra en la figura 1, donde se representa un ejemplo con únicamente dos convertidores, es decir en el que i=l por lo que i+l=2, la invención se refiere a una fuente de alimentación conmutada 1, que comprende :

Una pluralidad de convertidores CC-CC C _± dispuestos en paralelo provistos cada uno de un interruptor controlado Ii;

- siendo la evolución temporal de la intensidad suministrada por cada convertidor C _± una sucesión de tramos de pendiente positiva, asociados a periodos de cierre de los interruptores controlados Ii, y tramos de pendiente negativa, asociados a periodos de abertura de los interruptores controlados Ii; En el que el estado de conmutación de cada convertidor C. está controlado en función de una señal generada por el convertidor adyacente C _i+1 y en el que el primero C ₁ está controlado por una señal generada por el último convertidor C _n , de modo que los convertidores C _± están dispuestos en una configuración de anillo.

que comprende medios para establecer las intensidades máximas Imax _i y mínimas Imin _i que determinan el paso del estado de cierre a abertura y de abertura a cierre respectivamente de los interruptores controlados Ii de cada convertidor C _± en función de la señal generada por el convertidor adyacente C _i+1 .

En la figura, limitada a dos convertidores, estas corrientes aparecen como Imaxl e Iminl para el primer convertidor e Imax2 e Imin2 para el segundo. Las características mencionadas son conocidas por ejemplo del documento US2009/0067199.

Sin embargo, la presente invención se caracteriza por el hecho de que los medios para establecer las intensidades máximas Imax _i y mínimas Imin _± comprenden dos bloques en serie, siendo el primero de ellos un seguidor de tensión del promedio de una intensidad de referencia IREF y la intensidad filtrada del convertidor adyacente C _i+1 y siendo el segundo bloque un divisor de tensión que tiene como entrada la salida del primer bloque y como salida dichas intensidades máximas Imax _i y mínimas Imin..

Según una primera realización preferida de la invención, de la cual se ilustran dichos bloques primero y segundo en la figura 2, el seguidor de tensión es un amplificador operacional (O. A.) con una de sus entradas conectada a su salida, estando constituida su otra entrada por tres ramas en paralelo, una primera rama conectada con interposición de una primera resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad de referencia IREF, una segunda rama conectada con interposición de una segunda resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad filtrada del convertidor adyacente C _i+1 y una tercera rama conectada a tierra con interposición de una capacidad, que permite obtener dicha intensidad filtrada

Por lo tanto, con esta disposición, en la entrada positiva del amplificador operacional se obtiene el valor medio V =(i _n +i,)/2, es decir que se realiza la suma con un factor de escala de ½.

Por lo tanto, el condensador aporta el efecto de filtrado pasa-bajos necesario para que se deshagan las señales de las consignas de corriente.

El mencionado filtro se modeliza, tal como se aprecia en la figura 3, como un filtro (l/(ts+l)), y su función es la de garantizar el "interleaving" entre las corrientes de cada convertidor.

En el caso ilustrado, este filtro se ha implementado como un circuito sencillo con un condensador. La constante de tiempo queda determinada por el condensador CF (220pF en la figura 2) y las resistencias RF (33k ^« en la figura 2), de modo que:

•F = CF-RF/2

El valor del condensador se escogerá en función de las resistencias escogidas y otros parámetros del dispositivo, como por ejemplo el número de convertidores conectados en anillo para funcionar en modo interleaving.

Experimentalmente se ha comprobado que un condensador de 220 pF se adapta especialmente bien para dos, tres o cuatro fases.

En el caso de más fases, seria necesaria una capacidad menor. Cuantas más fases se introduzcan, es decir más convertidores, menos retraso se necesita para que las fases se dispongan en configuración de ínterleaving.

Si no se dispone condensador en la entrada al amplificador, entonces el dispositivo reivindicado podrá funcionar con valores medios correctos.

Sin embargo, los rizados de tensión y de corriente serán mayores porque no se logrará una cancelación de harmónicos óptima.

Según una segunda realización preferida de la fuente de la invención, cuyos bloques primero y segundo se ilustran en la figura 4, la segunda rama comprende además entre la segunda resistencia y la tensión imagen de dicha intensidad filtrada una segunda capacidad (en este caso de 330nF) , de modo que se configura un filtro pasa- banda.

Según una tercera realización preferida, ilustrada en la figura 5, el seguidor de tensión es un amplificador operacional con una de sus entradas conectada a su salida, estando constituida su otra entrada por dos ramas en paralelo, una primera rama conectada con interposición de una primera resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad de referencia IREF, y una segunda rama constituida por una tercera resistencia, un seguidor de tensión (O. A. con una entrada conectada a su salida) y una segunda resistencia a una tensión imagen de dicha intensidad filtrada del convertidor adyacente C _i+1 y que comprende una derivación conectada a tierra con interposición de una capacidad (aquí de nuevo de 220 pF) , que permite obtener dicha intensidad filtrada

El divisor puede comprender en el siguiente orden

(ver figuras 2, 4 y 5) :

Una tercera resistencia;

Dos diodos (D) ;

Una cuarta resistencia;

Estando el terminal libre de la tercera resistencia conectado a un potencial superior (en este caso de 15V) , estando el terminal libre de la cuarta resistencia conectado a un potencial inferior, estando el punto de conexión de los dos diodos conectado a la salida del primer bloque, siendo la tensión en el punto de conexión entre la tercera resistencia y el diodo aguas abajo imagen de la intensidad máxima Imaxi y siendo la tensión en el punto de conexión entre la cuarta resistencia y el diodo aguas arriba imagen de la intensidad mínimas Imini.

El segundo bloque de resistencias y diodos tiene como función la de polarizar los diodos y sumar y/o restar al valor medio de la corriente un valor de offset que corresponde a la caída de tensión directa de los diodos V _D .

El comparador ideal representado en la figura 3 corresponde a un comparador con histéresis como el de la figura 4, donde D y -D corresponden respectivamente a VD y a - VD.

Además, otra de sus funciones es la de desplazar el centro de la histéresis con un punto de tensión adecuado para evitar utilizar una alimentación bipolar de +/-15 V, de modo que con una de +15 V ya es suficiente.

Esta opción también simplifica el dispositivo y reduce su coste.

El hecho de necesitar una tensión negativa de -15 V obliga en una aplicación real a la inclusión de un circuito de generación de tensión negativa específico, por ejemplo de capacidades conmutadas.

Por otro lado, la invención podría, en determinadas circunstancias, evitar la inclusión de una capacidad para producir el retardo.

Los retardos por conmutación son inherentes a la implementación del dispositivo y se añaden al efecto del filtro pasabajos. Por lo tanto, en versiones optimizadas, se podrían seleccionar los interruptores controlados y el resto de componentes para poder prescindir de las capacidades.

Respecto a la regulación de la tensión, tal como se aprecia en el esquema de control de la figura 3, respecto a una determinada carga la tensión de salida (V _c ) es :

Donde Vg es la tensión de entrada, R es la resistencia de carga de la referencia de corriente y n el número de fases, siendo dicha referencia de corriente el valor :

Por lo tanto, en una aplicación en la que se desee una determinada tensión de salida, para un valor de n escogido por diseño y teniendo en cuenta que los valores de Vg y de R van variando, es preciso introducir un lazo de control adicional para regular dicha tensión.

En resumen, la invención resuelve el problema del desfasado entre n convertidores de potencia conectados en paralelo, lo cual permite reducir la complejidad del circuito de control el coste y el consumo energético.

Estas ventajas son determinantes en aplicaciones en las que el consumo energético y las dimensiones son esenciales para la viabilidad del producto, como por ejemplo en fuentes de potencia de sistemas integrados de ordenadores portátiles, teléfonos móviles o microsistemas .

También se puede prever su utilización en convertidores de potencia para energías renovables, vehículos eléctricos, módulos reguladores de tensión multifase (VRM's), convertidores del lado de carga (Point- of-Load) , Fuentes conmutadas integradas en general, Fuentes de potencia para microsistemas tales como sensores y actuadores, sistemas fotovoltaicos o de pila de combustible de baja potencia, entre otros.

En general, la ventaja principal de la invención es la simplicidad del circuito de control, que no necesita ni hardware ni señales externas para la sincronización de las señales de la fuente con los desfases entre los n convertidores requerido para operar en modo ínterleaving.

Ello implica que la implementación microelectrónica de la invención requerirá una superficie de integración mínima, y por ende su coste, en comparación con productos existentes.