ES2244133T3 - Convertidor con condensador de baja inductancia en el circuito intermedio. - Google Patents

Abstract

Convertidor de la clase de potencia para elevados requerimientos, con un sistema electrónico de potencia (26) en forma de varios interruptores de potencia, tales como transistores y diodos, en construcción híbrida, en por lo menos una cerámica aislante, un sistema de sensores, un embarrado plano intermedio (10, 11, 12) con condensadores (18), un circuito de mando (22) y un microcontrolador, caracterizado porque los condensadores (18) y la electrónica de potencia (26) están unidos por debajo del embarrado intermedio (10, 11, 12), de baja inducción, de forma eléctricamente conductora y, por otra parte, en un plano en un cuerpo de refrigeración común (16), posicionados de forma eléctricamente aislante, que evacúa el calor, estando situados por lo menos los condensadores (18) y el sistema electrónico de potencia (26) y, alternativamente, otros elementos de conmutación, tales como sensores y circuitos de mando (22), en una caja (25), y estando los condensadores (18), los sensores y el sistema electrónico de potencia (26) unidos con el embarrado intermedio (10, 11) y éste a su vez indirectamente con el circuitos de mando (22) o con los muelles de contacto (3) y las conexiones de potencia (27) se sacan lateralmente de la caja común (25).

Description

Convertidor con condensador de baja inductancia en el circuito intermedio.

La presente invención describe un convertidor para elevados requerimientos, con condensadores de baja inductancia en la construcción del circuito intermedio, según las características del preámbulo de la reivindicación principal.

Ya en el documento DE 40 05 333 A1 o US 5,130,918 que se basa en él, se da a conocer un interruptor de potencia electrónico, que tiene los conductores de alimentación en este caso realizados como componentes semiconductores individuales, montados por separado, se da a conocer una configuración de baja inductancia. Los condensadores necesarios se disponen cerca de los diversos elementos semiconductores, montados en barras de refrigeración.

El documento DE 43 38 277 A1 da a conocer un módulo de rectificador, refrigerado por líquido, con elementos de conmutación para semiconductores de potencia desconectables. El módulo de rectificador presenta, además, unos sensores, así como un circuito de mando. Los semiconductores de potencia, son para ello celdas de discos, es decir, de componentes semiconductores individuales, según el estado de la técnica conocida desde hace tiempo.

Los convertidores con elevada densidad de potencia, son conocidos hace tiempo según el estado la técnica. En el documento DE 41 10 339 C2 se representa un ondulador con conductores de corriente continua, que está caracterizado por varios condensadores de alisado conectados en serie, de forma muy junta, a por lo menos, un conductor de corriente continua y también, porque los conductores de alimentación de corriente continua se han configurado en forma de placas. La disposición de los condensadores montados discretos para el circuito intermedio y las partes de conmutación del convertidor se representan en las figuras y se describen en el texto.

El documento DE 42 32 763 C2 propone para la realización de un ondulador la utilización de barras de unión de varias capas y describe para ello su posicionado de poca inducción. El punto de partida es también en esta solución la utilización de condensadores montados discretos.

Una posición todavía mejor definida, basada en ella, de las conexiones exteriores de condensadores discretos, se describe en el documento DE 196 19 538 A1. Para la realización de una disposición de convertidor construida con la menor inductividad posible, se proponen para ello otras propuestas para la conexión de las partes del circuito que conducen la corriente continua.

Resumiendo, se puede constatar que los sistemas electrónicos de potencia están formados, según el estado actual de la técnica, de diferentes componentes individuales para un convertidor montado completo. La electrónica de potencia, en forma de su interruptor, es el generador de pérdidas principal y está montado por ello en un dispositivo refrigerado.

En construcciones más modernas de convertidores, el mando está integrado en la estructura electrónica de potencia y contactado eléctricamente mediante clavijas de soldadura o conexiones de enchufe para la parte de potencia o en unión de material. El circuito intermedio está dotado de condensadores electrolíticos o de láminas. El embarrado del circuito intermedio está realizado ventajosamente en forma de
sándwich y la conexión al sistema electrónico de potencia se produce mediante una unión por tornillo.

Las uniones por tornillo, pero también en igual medida las uniones por soldadura, forman, además, en inductividades adicionales en los circuitos de conmutación y limitan con ello la tensión máxima posible del circuito intermedio. Además, se deben prever para las conexiones de tornillo espacio y accesibilidad, lo que contradice una estructura compacta con elevada densidad de empaquetado.

La presente invención tiene por objeto presentar una disposición de circuito electrónico compacto y fiable, en forma de un convertidor para elevados requerimientos, con condensadores integrados, con una estructura de circuito intermedio de baja inducción.

Este objetivo se consigue por las partes caracterizantes de la reivindicación 1, y las variantes de realización ventajosas se relacionan en las siguientes subreivindicaciones.

La idea inventiva se describirá a continuación basándose en las representaciones, que no están dibujadas a escala.

La figura 1 muestra una sección transversal de una estructura del circuito según la invención.

La figura 2 esquematiza la estructura según la invención vista en planta.

La figura 1 muestra una sección transversal de una estructura de circuito según la invención. En una carcasa (25) esta posicionada el sistema electrónico (26) en forma de diodos y transistores, unidos como elementos semiconductores del circuito, que se pueden soldar en las cerámicas aislantes. Según la invención, se han montado en la misma carcasa también los condensadores intermedios (18) y el embarrado del circuito intermedio (10, 11, 12) de inductividad extremadamente baja.

Los contactos eléctricos se producen mediante muelles (23), con sección transversal suficiente y fuerza de muelle correspondiente. La fuerza entre el elemento del puente (19), de tensado múltiple, se aplica mediante tornillos (14) contra el cuerpo de refrigeración (16). El dispositivo de presión, formado por lo menos por un sistema de muelle de presión (20) y un elemento del puente (19), se puede montar conjunto o separadamente para la parte electrónica de potencia (26) y para la parte del condensador (18) conjunta o separadamente.

Para la protección contra las influencias del medio ambiente, se ha colocado un baño aislante (24) en la caja (25), hermética contra el cuerpo refrigerante (16). Los componentes auxiliares, por ejemplo, el circuito de mando (22), opcionalmente con procesado digital de señales (28), están unidos de igual manera mediante muelles de contacto (23) con la electrónica de potencia (26). En el sistema del convertidor inventivo, integrado y asimismo con muelles de contacto para la transmisión de señales, se encuentran los sensores de temperatura y de corriente no representados.

La presente inversión permite la fabricación de un convertidor intermedio de tensión compacto, con una elevada densidad de empaquetado, cuyo circuito intermedio no precisa para la electrónica de potencia conexiones de tornillo o de soldadura, y con ello es de una inductividad extremadamente baja, y además se elimina con ello por lo menos una interfaz.

Además, el sistema inventivo por la integración de las partes del circuito de electrónica de potencia, condensador intermedio, embarrado del circuito intermedio, sensores, circuito de mando y microcontrolador, permite realizar la estructura, por lo menos en parte, híbrida, de forma muy compacta y se reducen las interfaces necesarias.

Mediante la integración del sistema electrónico de potencia (26) y los condensadores del circuito intermedio (18) en un plano del cuerpo de refrigeración (16), se puede producir la refrigeración de los condensadores a través del cuerpo de refrigeración con la utilización de placas conductoras térmicas (17) de forma fácil y muy efectiva.

La estructura de un convertidor completo, según la invención, con todas las partes de conmutación permite por las modificaciones fáciles de realizar la posición de los diferentes partes del circuito de la configuración de las conexiones de los diferentes partes del circuito entre sí, de una forma flexible y variable, con lo cual se pueden configurar disposiciones del convertidor muy ventajosas para diferentes campos de aplicación sin deslizamiento de tiempo del grupo según el principio modular.

En la figura 2 se dibuja la estructura según la invención, vista en planta. Se han presentado dos ejemplos en la figura a y b. En la figura 2a se puede ver la posición de los diferentes componentes de la estructura del circuito. En una superficie plana de la caja (25) se ha representado en el lado izquierdo de la toma de corriente continua el embarrado (10, 11). Por debajo de este plano del circuito intermedio (10, 11, 12), se encuentran seis condensadores (18) en una estructura, según la invención, muy junta, apilados uno encima del otro.

En modo de construcción híbrida sigue a la electrónica de potencia (26), representada en forma de un contorno a trazos, de las tres conexiones de corriente alterna (27) con aisladores de cerámica para las distintas fases de corriente o de tensión. Mediante la caja (25) y el elemento del puente (19) se completa la estructura ya descrita.

En la forma de la configuración de un convertidor según la figura 2a, se encuentra las conexiones de corriente continua (10, 11) frente a las conexiones de corriente alterna (27). Esta forma puede ser muy conveniente para ajustadores de corriente continua convertidores u onduladores. Una estructura, según la forma dibujada en la figura 2b, con conexiones de convertidor (10, 11) entre las conexiones de corriente alterna (27) es preferible en la utilización como módulo de enchufe.

Es imaginable, sin embargo, una extracción de las conexiones de corriente continua (10, 11), como éstas están rayada en la figura 2b. Mediante la configuración plana del circuito intermedio, es posible la configuraron en todos los cuatro lados del convertidor salidas de corriente continua, por lo cual la adaptación flexible del convertidor se da en todos los casos imaginables.

Todos los demás elementos restantes de la disposición de convertidor de circuito, tales como atornillados (14), puente (19), sistema de muelles de presión (20) y su efecto se han representado ya en la figura 1.

Mediante la inclusión constructiva de los condensadores en la parte de potencia de los convertidores y alternativamente en la misma caja de los interruptores de potencia, se ahorra mucho espacio e interfaces. Se elimina el embarrado externo, realizado según el estado de la técnica, con los condensadores necesarios montados discretos y la unidad del convertidor completo, con todas las partes de conmutación (interruptor de potencia, en construcción híbrida como electrónica de potencia, el sistema de sensores moderno, en embarrados de circuitos intermedios, condensadores, circuitos de mando y microcontrolador) se puede configurar como un módulo cerrado, que, producido industrialmente, es de gran ventaja. Con módulos construidos de esta forma, es posible proteger completamente las oscilaciones de armónicos parásitos, tales como los que provocan interferencias de radio en los módulos de convertidor según la invención.

Como continuación de la compactación de las potencias, en disposiciones de conmutación, individuales adquieren cada vez mayor importancia los problemas de las inductividades parasitarias. Se han publicado ensayos, en que todas las piezas que conducen corriente continúa se posicionan con sus conexiones entre ellas tan cerca como sea posible. Los convertidores fabricados, según el principio de la invención, satisfacen todos requerimientos de una construcción de baja inductividad.

Claims (3)

1. Convertidor de la clase de potencia para elevados requerimientos, con un sistema electrónico de potencia (26) en forma de varios interruptores de potencia, tales como transistores y diodos, en construcción híbrida, en por lo menos una cerámica aislante, un sistema de sensores, un embarrado plano intermedio (10, 11, 12) con condensadores (18), un circuito de mando (22) y un microcontrolador, caracterizado porque los condensadores (18) y la electrónica de potencia (26) están unidos por debajo del embarrado intermedio (10, 11, 12), de baja inducción, de forma eléctricamente conductora y, por otra parte, en un plano en un cuerpo de refrigeración común (16), posicionados de forma eléctricamente aislante, que evacúa el calor, estando situados por lo menos los condensadores (18) y el sistema electrónico de potencia (26) y, alternativamente, otros elementos de conmutación, tales como sensores y circuitos de mando (22), en una caja (25), y estando los condensadores (18), los sensores y el sistema electrónico de potencia (26) unidos con el embarrado intermedio (10, 11) y éste a su vez indirectamente con el circuitos de mando (22) o con los muelles de contacto (3) y las conexiones de potencia (27) se sacan lateralmente de la caja común (25).

2. Convertidor, según la reivindicación 1, caracterizado porque los condensadores (18) poseen en su forma constructiva en sección transversal, capas de condensadores enrollados rectangulares, los dos electrodos de baja inductancia por el lado superior, y se dimensionan de tal manera que la altura de la parte saliente del sistema electrónico de potencia (26) y de los sensores están adaptados.

3. Convertidor, según la reivindicación 2, caracterizado porque los electrodos de los condensadores (18) están contactados por unión o por el material.