ES2267237T3 - Dispositivo de alimentacion con inversor con distribucion de potencia controlada. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para alimentar un inversor para un circuito resonante, usado en hornos de calentamiento por inducción en cocinas. El dispositivo incluye una primera unidad (10) para suministrar una medida instantánea de la corriente (i) que circula por el circuito resonante (2, 5) y una segunda unidad (20) para evaluar la corriente máxima (Imáx) a partir de la corriente instantánea. Existe una tercera unidad (30) para evaluar a partir de la corriente instantánea la corriente de conmutación para este interruptor (TB) o el diodo de giro libre que está asociado para convertirse en conductor (Iconmut). La primera unidad de control (55) del interruptor (TA, TB) recibe la corriente máxima, la corriente de conmutación (Iconmut) y unos datos de línea guía por el usuario (CU), modifican los datos como una función de la corriente máxima y la corriente de conmutación, y suministra una señal periódica como una función de esta línea guía modificada (C).
Description
Dispositivo de alimentación con inversor con
distribución de potencia controlada.
La invención se refiere a un dispositivo de
alimentación con inversor destinado a alimentar una carga de
impedancia variable. La invención tiene especial utilidad en el
campo de la calefacción por inducción en los aparatos de cocción
domésticos, ya que la forma y el material de los utensilios de
cocina que pueden ser calentados por inducción hacen evolucionar de
manera importante la impedancia de la carga alimentada por el
generador de potencia.
Numerosos dispositivos, como por ejemplo el
descrito en la solicitud de patente EP 0 405 611 y FR2701612,
controlan la potencia distribuida por un generador para que ésta sea
únicamente función de una consigna del usuario, independientemente
del material y la forma del utensilio. Para conseguir este objetivo,
se deben sobredimensionar los componentes electrónicos de estas
realizaciones, lo que aumenta el coste de realización de estos
dispositivos. Además, algunos utensilios de cocina pueden presentar
impedancias particulares que pueden poner en peligro el generador,
por ejemplo destruyendo ciertos componentes electrónicos. Para
paliar este peligro, algunos generadores, como por ejemplo el que se
describe en la solicitud de patente EP 0 561 207, utilizan una
seguridad que para el generador en caso de que la corriente supera
un valor máximo admisible en ciertos componentes electrónicos. Este
tipo de seguridad impide totalmente utilizar algunos utensilios que
sin embargo podrían ser utilizados si se limitara la corriente
proporcionada por el generador.
El objetivo de la invención es controlar la
potencia distribuida por el generador, permitiéndole al mismo tiempo
distribuir la máxima potencia sin ponerlo en peligro y acercándose
al máximo a una consigna de potencia dada por el usuario.
Para conseguir este objetivo, la invención tiene
por objeto un dispositivo de alimentación con inversor destinado a
alimentar un circuito resonante, que comprende un generador,
comprendiendo al menos un interruptor montado en serie con el
circuito resonante y un diodo volante montado paralelo al
interruptor, estando dirigido el interruptor por una señal periódica
de frecuencia denominada frecuencia de trabajo y caracterizándose
el dispositivo en que comprende, entre otras cosas:
- -
- unos primeros medios que proporcionan una medición de la corriente instantánea que circula en el circuito resonante,
- -
- unos segundos medios para deducir la corriente máxima de la corriente instantánea,
- -
- unos terceros medios para deducir, de la corriente instantánea, la corriente denominada de conmutación, corriente para la que el interruptor o el diodo volante que le es asociado se convierte en conductor,
- -
- unos primeros medios de mando del interruptor que recibe la corriente máxima, la corriente de conmutación y una consigna dada por el usuario, modificando la consigna dada por el usuario en función de la corriente máxima y la corriente de conmutación y proporcionando la señal periódica en función de la consigna modificada.
La invención se comprenderá mejor y aparecerán
otras ventajas al leer los distintos modos de realización que
muestra el esquema anexo, en el que:
- la figura 1 representa un generador que
alimenta un circuito resonante y una medida de corriente conforme
con la invención;
- la figura 2 representa la utilización de la
invención en una estructura de generador denominada en puente
completo;
- la figura 3 representa la utilización de la
invención en una estructura de generador denominada
monointerruptor;
- la figura 4 representa la utilización de la
invención para dos generadores alimentados en paralelo entre los
bornes de una misma alimentación continua;
- la figura 5 representa una curva que
muestra un ejemplo de evolución de la corriente instantánea en el
tiempo, corriente que circula en uno de los interruptores y en el
diodo volante asociado a dicho interruptor;
- la figura 6 representa la utilización de la
corriente máxima, la corriente instantánea y la corriente media
para dirigir el generador.
Para mayor claridad, en las distintas figuras,
se utilizarán las mismas referencias topológicas para representar
los mismos elementos.
La figura 1 muestra en el marco 1 una estructura
clásica de generador 8 de potencia con inversor que alimenta una
carga 2 principalmente inductiva. En el campo de la cocción
doméstica, dicha carga comprende un inductor 3, colocado
generalmente bajo una placa vitrocerámica, y un utensilio 4 de
cocina colocado sobre la placa vitrocerámica. Son muchos los
parámetros que pueden hacer variar la impedancia de la carga 2; se
trata principalmente de la forma, el material del utensilio 4 y su
posición con respecto al inductor 3. En menor medida, vemos también
que cuando cambia la temperatura del inductor 3 y del utensilio 4,
cambia la impedancia de la carga 2. El objetivo de la invención es
una realimentación óptima de la potencia distribuida por el
inductor 3, por lo que la invención no está limitada al campo de la
cocción doméstica y se puede emplear siempre que se intente
distribuir una potencia dada a una carga que puede variar. Se
conecta una capacidad 5 entre uno de los bornes de la carga 2 y una
masa eléctrica 6. La carga 2 y la capacidad 5 forman un circuito
resonante. El otro borne de la carga 2 está conectado al punto de
unión J de dos interruptores T_{A} y T_{B}. Estos dos
interruptores, T_{A} y T_{B} son ventajosamente interruptores
electrónicos, por ejemplo tiristores, transistores bipolares,
transistores con efecto de campo o interruptores de tipo transistor
controlados en tensión, conocidos en la literatura anglosajona con
el nombre de IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor, es decir
transistor bipolar de puerta aislada). No se ha representado el
medio de control de estos dos interruptores. Ventajosamente, este
medio de control controla esencialmente la frecuencia a la que se
abren y se cierran los interruptores T_{A} y T_{B}. Un ejemplo
de realización de este tipo de control viene descrito en la
solicitud de certificado de adición a una patente de invención FR 2
578 697. El borne del interruptor T_{A} no conectado al punto J
está conectado al polo positivo de una fuente de tensión continua 7.
El borne de interruptor T_{B} no conectado al punto J está
conectado al polo negativo la fuente de tensión continua 7.
Ventajosamente, la fuente de tensión continua 7 está realizada
rectificando una tensión de red alterna, por ejemplo de 230V. El
medio de realización de la fuente de tensión continua 7 no está
representado en la figura 1. Además, en el marco 1 encontramos dos
diodos D_{A} y D_{B}, denominados diodos volantes. El cátodo del
diodo D_{A} está conectado al polo positivo de la fuente de
tensión continua 7. El ánodo del diodo D_{A} y el cátodo del
diodo D_{B} están conectados al punto de unión J de los dos
interruptores T_{A} y T_{B}. El ánodo del diodo D_{B} está
conectado al polo negativo de la fuente de tensión continua 7.
Además, el marco 1 comprende ventajosamente dos capacidades C_{A}
y C_{B} de ayuda a la conmutación de los interruptores T_{A} y
T_{B}. La capacidad C_{A} está conectada entre el polo positivo
de la fuente de tensión continua 7 y el punto de unión J. La
capacidad C_{B} está conectada entre el punto de unión J y el polo
negativo de la fuente de tensión continua 7. Los dos interruptores
T_{A} y T_{B}, los dos diodos volante D_{A} y D_{B} y las
dos capacidades de ayuda a la conmutación C_{A} y C_{B} forman
un generador de potencia con inversor 8.
La estructura del generador 8 representada en el
marco 1 es una estructura llamada en semipuente. Por supuesto, la
invención se puede realizar para otras estructuras de generador,
como por ejemplo una estructura en puente completo representada en
la figura 2. Complementando la estructura en semipuente representada
en la figura 1, la estructura comprende dos interruptores
adicionales, T_{C} y T_{D}, con un punto de unión J_{1}
conectado a la capacidad 5 en lugar de la masa eléctrica 6
representada en la figura 1. Los dos interruptores adicionales
T_{C} y T_{D}, como los interruptores T_{A} y T_{B}, están
conectados a la fuente de tensión continua 7. Como en el montaje
representado en la figura 1, un diodo, respectivamente D_{C},
D_{D}, y une capacidad, respectivamente C_{C}, C_{D}, están
conectados en paralelo a cada interruptor T_{C}, T_{D}. El
conjunto de estos diodos D_{A}, D_{B}, D_{C}, D_{D},
capacidades C_{A}, C_{B}, C_{C}, C_{D} e interruptores
T_{A}, T_{B}, T_{C}, T_{D} forma un generador que funciona
de manera equivalente al generador 8 representado en la figura 1.
Para mayor comodidad, el generador representado en la figura 2
también se ha referenciado con el número 8. El circuito resonante,
que tiene la carga 2 y la capacidad 5, está conectado entre los
puntos de unión J y J_{1}.
La invención también se puede realizar en una
estructura que sólo tenga un interruptor, denominada estructura
mono-interruptor. Esta estructura se ha representado
en la figura 3. En dicha figura, el generador 8 sólo comprende un
interruptor T_{B} en paralelo al que se han conectado un diodo
volante D_{B} y una capacidad de ayuda a la conmutación y de
resonancia C_{B}. Por parte del cátodo del diodo D_{B}, el
interruptor T_{B}, la capacidad C_{B} y el diodo D_{B} están
conectados al polo positivo de la fuente de tensión continua 7. Por
parte del ánodo del diodo D_{B}, el interruptor T_{B}, la
capacidad C_{B} y el diodo D_{B}, están conectados al borne
negativo de la fuente de tensión continua 7 por medio del circuito
resonante que, en la estructura mono-interruptor,
sólo comprende la carga 2. La función de capacidad de resonancia la
asegurada por medio de la capacidad C_{B}.
De acuerdo con la invención, el dispositivo
comprende medios 10 para medir la corriente instantánea que circula
en el circuito resonante 2, 5. Ventajosamente, estos medios,
representados en el cuadro 10 en las figuras 1, 2 y 3, miden la
corriente instantánea que circula en el interruptor T_{B} y en el
diodo volante D_{B}. En los modos de realización representados en
las figuras 1 y 2, los medios 10 están conectados entre, por un
lado, el punto común del interruptor T_{B} y del ánodo del diodo
D_{B} y, por otro lado, el polo negativo de la alimentación
continua 7. En el modo de realización representado en la figura 3,
los medios 10 están conectados entre, por un lado, el punto común
del interruptor T_{B} y el cátodo del diodo volante D_{B} y, por
otro lado, el polo positivo de la fuente de tensión continua 7. Por
su parte, la capacidad C_{B} está directamente conectada al polo
positivo de la fuente de tensión continua 7, sin pasar por medio de
los medios 10. En la práctica, el interruptor T_{B} y el diodo
volante D_{B} no conducen simultáneamente. En adelante, no se
distinguirá en la descripción la corriente que circula en el
interruptor T_{B} y en el diodo D_{B}, ya que esta distinción
no tiene interés para la invención.
En las estructuras de generador que comprenden
varios interruptores, se puede prever reemplazar la medición de la
corriente en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B} por una
medición de corriente en otro interruptor y su diodo volante
asociado. En una estructura en puente completo, nos contentaremos
con medir la corriente en uno de los cuatro interruptores y en su
diodo volante asociado.
Una ventaja vinculada a la invención es que los
medios 10 de medición de corriente pueden ser únicos sea cual sea la
estructura del generador 8, ya que, cuando el generador comprende
varios interruptores, funcionan de manera sustancialmente idéntica,
con un desfase en el tiempo de uno con respecto al o a los otros. En
consecuencia, basta con conocer la corriente que circula en uno de
los interruptores y en el diodo volante que le es asociado para
conocer la corriente que circula en el o los otros interruptores y
su diodo volante asociado.
También se puede prever utilizar únicamente
medios 10 únicos de medición de corriente para varios generadores 8
alimentados en paralelo entre los bornes de una misma alimentación
continua 7, siempre que dichos generadores diferentes 8 no funcionen
simultáneamente, sino de modo alterno. Muchas veces, se preve el
funcionamiento alterno para evitar los acoplamientos magnéticos
entre inductores vecinos. La figura 4 muestra un montaje en el que
dos generadores 8 están conectados en paralelo entre los bornes de
una misma alimentación continua 7. Cada uno de los generadores 8
alimenta un circuito resonante, que comprende una carga 2 y una
capacidad 5. Cada circuito resonante está conectado entre el punto
de unión J de cada generador 8 y la masa eléctrica 6. Están
previstos medios 10 únicos para medir la corriente instantánea que
circula bien en el interruptor T_{B1} y en el diodo volante
D_{B1} del primer generador 8 o bien en el interruptor T_{B2} y
en el diodo volante D_{B2} del segundo generador 8. Los medios 10,
en la figura 4, están conectados entre, por un lado, el punto común
de los interruptores T_{B1} y T_{B2} y de los diodos D_{B1} y
D_{B2} y, por otro lado, el polo negativo de la alimentación
continua 7. Por supuesto, la invención no se limita a dos
generadores 8.
Con ayuda de la figura 1, se describe más
detalladamente un ejemplo de realización de los medios 10. Comprende
ventajosamente un transformador de corriente 11 cuyo bobinado
primario 12 está conectado entre el borne del interruptor T_{B} no
conectado al punto de unión J y el polo negativo de la fuente de
tensión continua 7. En la figura 1, la capacidad C_{B} está
conectada directamente al polo negativo de la fuente de tensión
continua 7. También se puede conectar la capacidad C_{B} a la
fuente de tensión continua 7 por medio del bobinado primario 12, ya
que, aunque la corriente medida por el transformador de corriente 11
mide la corriente en la capacidad C_{B}, además de la corriente
en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}, ésto no representa
ningún problema para aplicar la invención, ya que la corriente media
en la capacidad C_{B} es nula y que, en el funcionamiento del
generador, las capacidades C_{A} y C_{B} sólo conducen una
pequeña proporción de tiempo. Por supuesto, esta variante de
conexión de la capacidad C_{B} se puede realizar sea cual sea la
estructura del generador 8.
El transformador de corriente 11 comprende un
bobinado secundario 13. Un primer extremo del bobinado 13, está
conectado al cátodo de un diodo Zener 16, al cátodo de un diodo 17 y
al colector de un transistor bipolar NPN 18. Los ánodos del diodo
Zener 16 y del diodo 17 y el emisor del transistor 18 están
conectados a la masa eléctrica 6. Entre la masa eléctrica 6 y el
segundo extremo del bobinado 13, está conectada una resistencia 19.
La salida de los medios 10 se encuentra en el borne de la
resistencia 19 conectada al bobinado 13. En la salida de los medios
10, está presente una señal representativa de la corriente
instantánea i. No se ha representado en la figura 1 el control del
transistor 18 por su base; éste se realiza de modo que el transistor
18 es conductor cuando el interruptor T_{B} o el diodo volante
conduce. La polarización del transformador de corriente 11 está
realizado de modo que cuando circula una corriente del interruptor
T_{B} hacia el polo negativo de la fuente de tensión continua 7, a
través del bobinado primario 12 del transformador de corriente 11,
se genera otra corriente en el bobinado secundario 13 del
transformador 11 en la unión entre el bobinado 13 y la resistencia
19 hacia la resistencia 19. La polarización de los bobinados 12 y 13
está representada con puntos 14 y 15 colocados cerca de uno de los
extremos de cada bobinado 12 y 13.
Cuando circula una corriente en el diodo
D_{B}, el transistor 18 conduce y aparece una tensión negativa en
los bornes de la resistencia 19. Cuando circula una corriente en el
interruptor T_{B} hacia el polo negativo de la fuente de tensión
continua 7, a través del bobinado12, circula una corriente en el
diodo 17 y aparece una tensión positiva en los bornes de la
resistencia 19. Cuando se abre el interruptor T_{B}, no circula
ninguna corriente en el bobinado primario 12, pero el bobinado
secundario 13 tiende a desmagnetizarse. Como el transistor 18 no es
conductor, se crea una tensión inversa en los bornes del diodo Zener
16, haciéndola conducir de su cátodo hacia su ánodo. La
desmagnetización del bobinado secundario 13 es absorbida
principalmente por el aumento de tensión en los bornes del diodo
Zener 16, generando sólo una corriente débil en ese diodo y, en
consecuencia, una tensión débil en los bornes de la resistencia 19.
Por lo tanto, la tensión medida en los bornes de la resistencia 19
puede ser asimilada a una medición de la corriente instantánea i que
atraviesa el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}. Dicha tensión
forma la señal representativa de la corriente instantánea i.
Otro ejemplo de realización de los medios 10
consiste en conectar, en lugar del bobinado primario 12, una
resistencia de pequeño valor, denominada shunt, en cuyos bornes se
medirá una tensión. Dicha tensión representa una señal
representativa de la corriente instantánea i. Este ejemplo de
realización presenta el inconveniente de provocar pérdidas por
efecto Joule superiores a las pérdidas que provoca el ejemplo de
realización representado en la figura 1.
El marco 20 representa un ejemplo de medios para
deducir de la corriente instantánea i, la corriente máxima I_{máx}
que circula en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}. Los medios
20 comprenden un diodo 21, una capacidad 22 y una resistencia 23. El
ánodo del diodo 21 está conectado a la salida de los medios 10. El
cátodo del diodo 21 está conectado al primer borne de la capacidad
22 y al primer borne de la resistencia 23. El segundo borne de la
capacidad 22 y el segundo borne de la resistencia 23 están ambos
conectados a la masa eléctrica 6. La señal disponible en la salida
de los medios 10 y representativa de la corriente instantánea i que
circula en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}, atraviesa el
diodo 21 cuando éste conduce y carga positivamente la capacidad 22.
De este modo, se tiene en el cátodo del diodo 21 una señal
representativa de la corriente máxima I_{máx} que circula en el
interruptor T_{B} y en el diodo D_{B}. La resistencia 23 tiene
por función descargar la capacidad 22 para que pueda haber una nueva
medición de la corriente máxima I_{máx.} Se elige el valor de la
resistencia 23 para presentar con la capacidad 22 una constante de
tiempo compatible con la necesidad de mediciones repetidas de la
corriente máxima I_{máx} en cada período de cierre del
interruptor T_{B}.
\newpage
El marco 30 representa un ejemplo de medios para
deducir de la corriente instantánea i, la corriente llamada de
conmutación, corriente para la que el interruptor T_{B} o el diodo
volante D_{B} asociado a él se hace conductor I_{conmut.} Los
medios 30 comprenden un diodo 31, una capacidad 32 y una resistencia
33. El cátodo del diodo 31 está conectado a la salida de los medios
10. El ánodo del diodo 31 está conectado al primer borne de la
capacidad 32 y al primer borne de la resistencia 33. El segundo
borne de la capacidad 32 y de la resistencia 33 están ambos
conectados a la masa eléctrica 6. La señal, disponible en la salida
de los medios 10 y representativa de la corriente instantánea i que
circula en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}, atraviesa el
diodo 31 cuando éste conduce y carga negativamente la capacidad 32.
De este modo, se tiene en el ánodo del diodo 31 una señal
representativa de la corriente de conmutación I_{conmut.} La
resistencia 33 tiene por función descargar la capacidad 32 para que
pueda haber una nueva medición de la corriente de conmutación
I_{conmut.} Se elige el valor de la resistencia 33 para presentar
con la capacidad 32 una constante de tiempo compatible con la
necesidad de mediciones repetidas de la corriente de conmutación
I_{conmut} en cada período de cierre del interruptor T_{B}.
El marco 40 representa un ejemplo de medios para
deducir de la corriente instantánea i, la corriente media I_{med}
que circula en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}. Los medios
40 comprenden un integrador que se puede realizar mediante una
primera resistencia 41, una capacidad 32 y una segunda resistencia
43. El primer borne de la resistencia 41 está conectado a la salida
del medio 10. El segundo borne de la resistencia 41 está conectado
al primer borne de la capacidad 42 y al primer borne de la
resistencia 43. El segundo borne de la capacidad 42 y el segundo
borne de la resistencia 43 están ambos conectados a la masa
eléctrica 6. La señal, disponible en la salida de los medios 10 y
representativa de la corriente instantánea i que circula en el
interruptor T_{B} y el diodo D_{B}, atraviesa la resistencia 41
y carga la capacidad 42. Se eligen los valores de la resistencia 41
y de la capacidad 42 para presentar una constante de tiempo
suficiente para integrar la señal disponible en la salida de los
medios 10 durante el tiempo en el que el interruptor T_{B} o el
diodo volante conducen. De este modo, tenemos en el segundo borne de
la resistencia 41 una señal representativa de la corriente media
I_{med} que circula en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}.
Se elige el valor de la resistencia 43 para presentar con la
capacidad 42 otra constante de tiempo que permita a la capacidad 42
descargarse suficientemente para permitir una medición de la
corriente media I_{med} en cada período de cierre del interruptor
T_{B}.
La figura 5 representa una curva en una
referencia cartesiana. La corriente instantánea i, que circula en el
interruptor T_{B} y en el diodo D_{B} en una estructura de
generador en semipuente, está representada en las ordenadas.
El tiempo está representado en las abscisas. La
curva está representada para un período de tiempo cuyo inverso es la
frecuencia con la que se abren y cierran los interruptores T_{A} y
T_{B}. El interruptor T_{B} y el diodo D_{B} sólo conducen la
corriente durante la primera mitad del período y la corriente
instantánea i está representada con un trazo grueso. Durante la
segunda mitad del período, la corriente instantánea i es nula y la
curva con trazo grueso viene dada por el eje de los tiempos. Durante
la segunda mitad del período, también hemos representado una curva
con trazo de puntos, que representa la corriente que circula en el
interruptor T_{A} y en el diodo D_{A} que no miden los medios
10. El punto de partida de la curva en trazo grueso se encuentra en
el eje de las ordenadas con un valor negativo I_{conmut} de la
corriente instantánea i. Este valor lo miden los medios 30. Después,
cuando pasa el tiempo, la curva en trazo grueso crece hasta un valor
I_{máx} de la corriente i. Este valor I_{máx} lo miden los
medios 20. La curva en trazo grueso continúa decreciendo hasta un
valor cercano a - I_{conmut} en el momento en el que interruptor
T_{B} y el diodo D_{B} dejan de conducir, al final del primer
semiperíodo de tiempo, para dejar al interruptor T_{A} y el diodo
D_{A} que sean los que conduzcan. En la figura 5, también se ha
representado el valor I_{med} de la corriente i. I_{med} es el
valor medio de la corriente i durante el primer semiperíodo. El
valor I_{med} lo miden los medios 40.
Se utiliza la figura 6 para describir un ejemplo
de medios para controlar el generador 8 de la figura 1. Para
garantizar la seguridad de los componentes del generador 8, un
módulo de comparación 50 comprende una salida que genera una señal
que permite rápidamente parar el funcionamiento del generador 8, por
ejemplo abriendo simultáneamente los dos interruptores T_{A} y
T_{B}. El módulo de comparación 50 comprende tres entradas. La
corriente máxima I_{máx} está presente en la primera entrada del
módulo de comparación 50. En las otras dos entradas del módulo de
comparación 50, están presentes dos consignas I_{máx \ máx} e
I_{máx \ \text{mín}}. El módulo de comparación 50 compara la
corriente máxima I_{máx} con dos consignas I_{máx \ máx} e
I_{máx \ \text{mín}} y, mientras el valor de la corriente máxima
I_{máx} esté comprendida entre los valores de las dos consignas
I_{máx \ máx} e I_{máx \ \text{mín}}, la señal generada en la
salida del módulo de comparación 50 va a autorizar el
funcionamiento del generador 8. Por el contrario, si el valor de la
corriente máxima I_{máx} llega a ser inferior al valor de la
consigna I_{máx \ \text{mín}} o superior al valor de la consigna
I_{máx \ máx}, la señal generada en la salida del módulo de
comparación 50 detiene rápidamente el funcionamiento del generador
8.
El valor de la consigna I_{máx \ máx} está
determinado para que la corriente en el interruptor T_{B} y el
diodo D_{B} quede inferior a un valor que pueda dañar al
interruptor T_{B} o al diodo D_{B}. Por supuesto, como se ha
visto con ayuda de la figura 5, el funcionamiento de los
interruptores T_{A} y T_{B} es sustancialmente parecido.
Lo mismo ocurre con los diodos D_{A} y
D_{B}. En consecuencia, la limitación que efectúa el módulo de
comparación 50 protege a la vez a los interruptores T_{A} y
T_{B} y a los diodos D_{A} y D_{B}. Lo mismo ocurriría en una
estructura en puente completo en la que todos los los interruptores
y diodos estarían protegidos.
El valor de la consigna I_{máx \ \text{mín}}
está determinada para que el inductor 3 transmita una potencia
mínima al utensilio 4, ya que se ha considerado que ciertos
utensilios con malas cualidades magnéticas absorben mal la potencia
proporcionada por el inductor. Esto se traduce en una débil
corriente máxima I_{máx}. Así, para una consigna dada del usuario,
la potencia absorbida por un utensilio 4 con malas cualidades
magnéticas será menor que con un utensilio 4 con mejores cualidades
magnéticas. En consecuencia, cuando una potencia demasiado débil es
absorbida por el utensilio, es necesario parar el generador 8.
La carga 2 y la capacidad 5 representadas en la
figura 1 forman un circuito resonante que posee una frecuencia de
resonancia. Para modular la potencia absorbida por la carga 2, se
actúa ventajosamente en la frecuencia de una señal periódica que
controla la apertura y el cierre de los interruptores T_{A} y
T_{B}. Esta frecuencia se llama frecuencia de trabajo. Se elige,
por ejemplo, que la frecuencia de trabajo sea siempre superior a la
frecuencia de resonancia del circuito resonante. De este modo, la
potencia absorbida en la carga será máxima cuando la frecuencia de
trabajo sea cercana a la frecuencia de resonancia y, para reducir la
potencia absorbida, se aumentará la frecuencia de trabajo. Esta
estrategia de control se describe por ejemplo en la solicitud de
patente francesa 96 01059 registrada a nombre de la Demandante. Por
supuesto, se puede prever una frecuencia de trabajo inferior a la
frecuencia de resonancia, pero, para simplificar lo que sigue de la
descripción, vamos a suponer que la frecuencia de trabajo es
superior a la frecuencia de resonancia.
De acuerdo con la invención, el dispositivo
comprende medios de control representados en el marco 55. Estos
medios 55 controlan los interruptores T_{A} y T_{B}, recibiendo
la corriente máxima I_{máx}, la corriente de conmutación
I_{conmut} y una consigna dada por el usuario CU. Los medios de
control 55 modifican la consigna dada por el usuario CU en función
de la corriente máxima I_{max} y la corriente de conmutación
I_{conmut} y, proporcionan la señal periódica en función de la
consigna modificada C. La señal periódica controla los
interruptores T_{A} y T_{B} del generador con la frecuencia de
trabajo. Los medios de control 55 comprenden tres módulos de
regulación 60, 63 y 64 y dos sumadores 61 y 62. La señal periódica
la proporciona el módulo de regulación 60 que comprende dos
entradas. La corriente media I_{med} está presente en la primera
entrada y una consigna C en la segunda entrada. El módulo de
regulación 60 elabora la señal periódica de forma que la corriente
media I_{med} sea sustancialmente igual a la consigna C. En la
solicitud de patente francesa 96 01059, registrada a nombre de la
Demandante, se describe un ejemplo de elaboración de la señal
periódica. Si se elige la frecuencia de trabajo superior a la
frecuencia de resonancia y si la corriente media I_{med} es
superior a la consigna C, el módulo de regulación 60 aumenta la
frecuencia de trabajo hasta que la corriente media I_{med} sea
sustancialmente igual a la consigna C. Por el contrario , cuando la
corriente media I_{med} es inferior a la consigna C, el módulo de
regulación 60 disminuye la frecuencia de trabajo hasta que la
corriente media I_{med} sea sustancialmente igual a la consigna C.
El módulo de regulación 60 realimenta la corriente media l_{med},
lo que equivale a realimentar la potencia aportada por el generador
8. Se puede calcular la potencia multiplicando el valor de la
corriente media I_{med} por el valor de la tensión de la fuente de
tensión continua 7.
La consigna C es una señal elaborada modificando
una consigna dada por el usuario CU mediante el sumador 61 que
comprende dos entradas. La primera entrada del sumador 61 está
conectada a un medio de entrada de datos no representado en la
figura 4 y que permite al usuario indicar su consigna CU al
dispositivo. El medio de entrada de datos comprende por ejemplo un
teclado.
La segunda entrada del sumador 61 está conectada
al segundo sumador 62 que proporciona una señal de corrección CO. El
sumador 62 suma las señales que hay en las dos entradas.
El módulo de regulación 63, que comprende dos
entradas, proporciona una señal CO1 que se encuentra en la primera
entrada del sumador 62. La corriente máxima I_{máx} está presente
en la primera entrada del módulo de regulación 63. En la segunda
entrada del módulo de regulación 63 se da una consigna CI_{máx}.
El módulo de regulación 63 compara la corriente máxima I_{máx} con
la consigna CI_{máx} y, mientras el valor de la corriente máxima
I_{máx} sea inferior al valor de la consigna CI_{máx}, no se
aplicará ninguna corrección CO1 a la consigna del usuario CU a
través de los sumadores 62 y 61. Sin embargo, si el valor de la
corriente máxima I_{máx} llega a ser superior al valor de la
consigna CI_{máx}, el módulo de regulación 63 genera una señal CO1
negativa que, a través de los sumadores 62 y 61, tiende a reducir el
valor de la consigna C con una cierta constante de tiempo \tau.
Por ejemplo, el módulo de regulación 63 puede comprender una
regulación de tipo P.I.D. (Proporcional, Integral, Derivada) en la
que se adaptarán los parámetros P, I y D para definir la constante
de tiempo \tau.
El valor de la consigna CI_{máx} está fijado
para que la corriente en el interruptor T_{B} y el diodo D_{B}
sea inferior a un valor de corriente que pueda dañar el interruptor
T_{B} o el diodo D_{B}. Dicho valor de la consigna CI_{máx} se
elige ligeramente inferior al valor de la consigna I_{máx \ máx}
que permite parar rápidamente el generador 8. El valor de la
consigna CI_{máx} es sustancialmente el valor máximo de corriente
que pueden soportar un interruptor y su diodo volante asociado en
régimen permanente. Si el valor de I_{máx} supera el valor de la
consigna CI_{máx}, el módulo de regulación 63 tiende a reducir el
valor I_{máx} con la constante de tiempo \tau. Si, no obstante,
el valor de I_{máx} aumenta demasiado deprisa, hasta el punto de
alcanzar el valor de la consigna I_{máx \ máx}, será el módulo
de comparación 50 el que parará el generador 8. Podemos precisar
ahora que el valor de la consigna I_{máx \ máx} está determinado
por la corriente que pueden aceptar sin deteriorarse un interruptor
y su diodo volante asociado durante el tiempo \tau.
Una señal CO_{2} presente en la segunda
entrada del sumador 62 es proporcionada por el módulo de regulación
64 que comprende tres entradas. La corriente de conmutación
I_{conmut} está presente en la primera entrada del módulo de
regulación 64. En la segunda entrada del módulo de regulación 64 se
proporciona una consigna CI_{conmut \ máx}. Otra consigna
CI_{conmut \ \text{mín}} se proporciona en la tercera entrada del
módulo de regulación 64. La corriente de conmutación I_{conmut}
es negativa en un funcionamiento normal del generador 8, como se ha
representado en la figura 5. No obstante, en adelante, se
considerarán los valores absolutos de la corriente de conmutación
I_{conmut} y de las consignas CIconmut mín y CI_{conmut \ máx}.
El módulo de regulación 64 compara la corriente de conmutación
I_{conmut} con las consignas CI_{conmut \ máx} y CI_{conmut \
\text{mín}} y, mientras el valor de la corriente de conmutación
I_{conmut} se mantenga entre los valores de las consignas
CI_{conmut \ \text{mín}} y CIconmut máx, no se aplicará ninguna
corrección C02 a la consigna dada por el usuario CU a través de los
sumadores 62 y 61. Sin embargo, si el valor de la corriente de
conmutación I_{conmut} se hace superior al valor de la consigna
CI_{conmut \ máx}, el módulo de regulación 64 genera una señal
CO_{2} negativa que, a través de los sumadores 62 y 61, tiende a
reducir el valor de la consigna C. Además, si el valor de la
corriente de conmutación I_{conmut} se hace inferior al valor de
la consigna CI_{conmut \ \text{mín}}, el módulo de regulación 64
genera una señal CO_{2} positiva que, a través de los sumadores 62
y 61, tiende a aumentar el valor de la consigna C.
El valor de la consigna CI_{conmut \ máx} es
superior al valor de la consigna CI_{conmut \ \text{mín}}. El
valor de la consigna CI_{conmut \ máx} está fijado para que un
interruptor y su diodo volante asociado no resulten dañados por una
corriente de conmutación demasiado fuerte que provoque su
recalentamiento. El valor de la consigna CI_{conmut \ \text{mín}}
está fijado para que las capacidades de ayuda a la conmutación
C_{A} y C_{B} puedan cargarse suficientemente, ya que si las
capacidades C_{A} y C_{B} no se cargan suficientemente, los
interruptores T_{A} y T_{B} no se cierran. Este problema se
explica más detalladamente en la solicitud de patente francesa 96
01059 registrado a nombre de la Demandante.
Claims (18)
1. Dispositivo de alimentación con inversor
destinado a alimentar un circuito resonante (2, 5), que comprende un
generador (8), comprendiendo al menos un interruptor (T_{A},
T_{B}; T_{A}, T_{B}, T_{C}, T_{D}; T_{B}) montado en
serie con el circuito resonante (2, 5) y un diodo volante (D_{A},
D_{B}; D_{A}, D_{B}, D_{C}, D_{D}; D_{B}) montado en
paralelo con el interruptor (T_{A}, T_{B}, T_{A}, T_{B},
T_{C}, T_{D}; T_{B}), estando controlado el interruptor
(T_{A}, T_{B}; T_{A}, T_{B}, T_{C}, T_{D}; T_{B}) por
una señal periódica con una frecuencia denominada frecuencia de
trabajo, estando el dispositivo caracterizado porque
comprende:
- -
- unos primeros medios (10) que proporcionan una medición de la corriente instantánea (i) que circula en el circuito resonante (2, 5),
- -
- unos segundos medios (20) para deducir de la corriente instantánea (i), la corriente máxima (I_{máx}),
- -
- unos terceros medios (30) para deducir de la corriente instantánea (i), la corriente denominada de conmutación, corriente para la que el interruptor (T_{B}) o el diodo volante (D_{B}) que tiene asociado se convierten en conductores (I_{conmut}),
- -
- unos primeros medios de control (55) del interruptor (T_{A}, T_{B}; T_{A}, T_{B}, T_{C}, T_{D}; T_{B}), que reciben la corriente máxima (I_{máx}), la corriente de conmutación (I_{conmut}) y una consigna dada por el usuario (CU), que modifica la consigna dada por el usuario (CU) en función de la corriente máxima (I_{máx}) y de la corriente de conmutación (I_{conmut}), y que proporciona la señal periódica en función de la consigna modificada (C).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la corriente instantánea (i) se mide en
el interruptor (T_{B}) y en el diodo volante (D_{B}) asociado a
dicho interruptor (T_{B}).
3. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende,
entre otras cosas, unos cuartos medios (40) para deducir de la
corriente instantánea (i) la corriente media (I_{med}) y porque
los primeros medios de control (55) comprenden un módulo de
regulación (60) que recibe la corriente media (I_{med}) y la
consigna modificada (C), proporcionando la señal periódica.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende
además unos segundos medios de control (50) del interruptor
(T_{A}, T_{B}; T_{A}, T_{B}, T_{C}, T_{D}; T_{B}), que
detienen rápidamente el funcionamiento del generador (8) cuando la
corriente máxima (I_{máx}) no está comprendida entre dos primeras
consignas (I_{máx \ máx}, I_{máx \ \text{mín}}) relativas a la
corriente máxima (I_{máx}).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque la más alta (I_{máx \ máx}) de las
dos primeras consignas (I_{máx \ máx}, I_{máx \ \text{mín}})
está fijada para que la corriente instantánea (i) continúe siendo
inferior a un valor que pueda dañar el interruptor (T_{A},
T_{B}; T_{A}, T_{B}, T_{C}, T_{D}; T_{B}) o el diodo
volante (D_{A}, D_{B}; D_{A}, D_{B}, D_{C}, D_{D}
D_{B}).
6. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque la más baja
(I_{máx \ \text{mín}}) de las dos primeras consignas (I_{máx \
máx}, I_{máx \ \text{mín}}) está fijada para que el generador
(8) transmita una potencia mínima al circuito resonante (2, 5).
7. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque el módulo de
regulación (60) controla la frecuencia de trabajo.
8. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
consigna modificada (C) se obtiene reduciendo la consigna dada por
el usuario (CU) cuando el valor de la corriente máxima (I_{máx})
rebasa un tercer valor de consigna (CI_{máx}) relativo a la
corriente máxima (I_{máx}).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el tercer valor de consigna
(CI_{máx}) es ligeramente inferior al más alto (I_{máx \ máx})
de los dos primeros valores de consigna (I_{máx \ máx}, I_{máx
\ \text{mín}}).
10. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
consigna modificada (C) se obtiene además reduciendo la consigna
dada por el usuario (CU) cuando el valor de la corriente de
conmutación (I_{conmut}) supera un valor de consigna alto
(CI_{conmut \ máx}) relativo a la corriente de conmutación
(I_{conmut}).
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque el valor de consigna alto (CI_{conmut \
máx}) relativo a la corriente de conmutación (I_{conmut}) está
fijado para que el interruptor (T_{A}, T_{B} T_{A}, T_{B},
T_{C}, T_{D;} T_{B}) y el diodo volante (D_{A}, D_{B};
D_{A}, D_{B}, DC, D_{D}; D_{B}) asociado no resulten dañados
por una corriente de conmutación demasiado fuerte.
12. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
consigna modificada (C) se obtiene además aumentado la consigna dada
por el usuario (CU) cuando el valor de la corriente de conmutación
(I_{conmut}) llega a ser inferior a un valor de consigna bajo
(CI_{conmut \ \text{mín}}) relativo a la corriente de conmutación
(I_{conmut}).
13. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque el generador (8) comprende una
capacidad de ayuda a la conmutación (C_{A}, C_{B;} C_{A},
C_{B},_{ }C_{C}, C_{D;} C_{B}) montada en paralelo con el
interruptor (T_{A}, T_{B;} T_{A}, T_{B},_{ }T_{C},
T_{D};_{ }T_{B}), y porque el valor de consigna bajo
(CI_{conmut \ \text{mín}}) relativo a la corriente de conmutación
(I_{conmut}) está fijado para que la capacidad de ayuda a la
conmutación (C_{A}, C_{B}; C_{A}, C_{B}, C_{C}, C_{D};
C_{B}) se pueda cargar suficientemente.
14. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
primeros medios (10) comprenden un transformador de corriente (11),
porque unos componentes electrónicos (16, 17, 18) hacen circular
una corriente en una resistencia (19) cuando el interruptor
(T_{B}) o el diodo volante (D_{B}) asociado a dicho interruptor
(T_{B}) son conductores y porque la tensión en los bornes de la
resistencia (19) forma una señal representativa de la corriente
instantánea (i) que circula en el interruptor (T_{B}) y en el
diodo volante (D_{B}) asociado a dicho interruptor (T_{B}).
15. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
segundos medios (20) comprenden un primer diodo (21) que carga
positivamente una primera capacidad (22), formando la tensión en
los bornes de la primera capacidad (22) una señal (I_{máx})
representativa de la corriente máxima que circula en el interruptor
(T_{B}) y en el diodo volante (D_{B}) asociado a dicho
interruptor (T_{B}).
16. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
terceros medios (30) comprenden un segundo diodo (31) que carga
negativamente una segunda capacidad (32), formando la tensión en
los bornes de la segunda capacidad (32) una señal representativa de
la corriente de conmutación (I_{conmut})
17. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque los cuartos
medios (40) comprenden un integrador (41, 42).
18. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende
varios generadores (8) que funcionan alternativamente y porque los
primeros medios (10) son comunes para los distintos generadores
(8).
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