ES2362607B1 - Multiplexación de cargas de calentamiento por inducción. - Google Patents
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Abstract
Multiplexación de cargas de calentamiento por inducción.#Se prevé un método para multiplexar al menos dos cargas de calentamiento por inducción a través de un dispositivo electrónico de conexión utilizado para cada carga, donde las al menos dos cargas de calentamiento por inducción están inactivas durante un intervalo de tiempo predeterminado desconectándose los dispositivos electrónicos de conexión respectivos, siendo dispuesto dicho intervalo de tiempo predeterminado en un intervalo de supresión con respecto a dicha multiplexación. Además, se propone un circuito acorde y un dispositivo doméstico de calentamiento que comprende tal circuito.
Description
Multiplexación de cargas de calentamiento por inducción.
La invención se refiere a un método para multiplexar cargas de calentamiento por inducción, a un circuito acorde, y a un dispositivo doméstico de calentamiento que comprende tal circuito.
Se puede conseguir multiplexar temporalmente cargas domésticas de calentamiento por inducción usándose interruptores unipolares bidireccionales, o usándose interruptores bipolares bidireccionales. Por ejemplo, se puede usar cualquier tipo de transistor con un diodo intrínseco o con un diodo en antiparalelo externo. Además, se pueden usar dispositivos electrónicos o electromecánicos para fines de conexión. Por ejemplo, se puede utilizar un triac (triodo para corriente alterna), en lo que los triacs son usados a frecuencias de conmutación bajas (hasta 1 kHz), por ejemplo, para el control motriz o para fines de reducción luminosa.
La figura 1 muestra un grupo ejemplar de interruptores compuestos, por ejemplo, IGBT (transistor bipolar de puerta aislada), que proporcionan frecuencias de conmutación de hasta decenas de kHz. Una disposición 101 muestra un enfoque convencional que comprende dos IGBT y dos diodos, una implementación 102 representa dos IGBT de bloqueo inverso, y un ejemplo 103 muestra cuatro diodos y una implementación de IGBT único.
Además, la conexión puede ser llevada a cabo a través de relés electromagnéticos, los cuales pueden estar incorporados en configuraciones unipolares de tiro único (SPST, o Single Pole Single Throw) o unipolares de doble tiro (SPDT, o Single Pole Double Throw). La configuración de SPDT permite directamente multiplexar dos cargas como se muestra, por ejemplo, en la EP 0 971 562.
La figura 2 muestra una implementación de configuraciones de SPST y SPDT que utilizan triacs y relés. Una columna 201 muestra símbolos esquemáticos, una columna 202 muestra una implementación de relé, y una columna 203 muestra una implementación de triac de configuraciones de SPST y SPDT.
Ha de señalarse que cualquier funcionalidad de multiplexación o cualquier matriz de enrutamiento de complejidad aumentada puede ser implementada usándose dispositivos de SPST. La figura 3 muestra un símbolo 301 de un multiplexor (una entrada y N salidas) y una implementación 302 correspondiente que usa triacs.
La multiplexación temporal requiere que las cargas y los inversores sean dispuestos usándose una matriz de enrutamiento que esté configurada para valores de baja frecuencia (por debajo de 1 kHz) para que un dispositivo bipolar como dicho triac funcione adecuadamente. El dispositivo bipolar, no obstante, al conectar a frecuencias bajas, necesita permitir que corrientes de alta frecuencia (en el orden de decenas de kHz) sean pasadas a través de dicho dispositivo. Además, una tensión a través del triac puede variar con rapidez (en el orden de decenas de kHz) durante el estado de bloqueo del triac; en tal caso, el triac necesita bloquear las tensiones oscilantes sin fuga significativa alguna.
La figura 4A muestra una aplicación de baja frecuencia de un triac 401, que está dispuesto en serie con una carga inductiva que comprende un inductor 402 y un resistor 403. La carga inductiva está conectada a una tensión AC de frecuencia de conmutación de 50/60 Hz a través de dicho triac 401, donde el triac 401 lleva a cabo un control de fase. La frecuencia de la corriente que fluye a través del triac y la frecuencia de conmutación del dispositivo son la misma.
La figura 4B muestra un comportamiento del circuito de la figura 4A en caso de una carga principalmente resistiva (R >> ωL). Un funcionamiento del triac 401 es retrasado basándose en un retraso Δθ introducido en forma de onda de control de puerta con respecto al paso por cero de la corriente. Una desconexión del triac 401 tiene lugar en el siguiente paso por cero de la corriente después de que la señal de puerta vG del triac haya sido desactivada. El triac permanece desconectado hasta que dicha señal de puerta vG sea activada de nuevo.
La figura 4C muestra un comportamiento del circuito de la figura 4A en caso de una carga principalmente inductiva (R << ωL). Aquí, tiene lugar un desfase entre la tensión a través del inductor vL y la corriente iL, y una oscilación transitoria de la tensión dvL/dt significativa puede ser evidente en el momento en el que la corriente es retirada del circuito. Tal oscilación transitoria de la tensión dvL/dt puede conducir a una activación deficiente del triac 401. Para evitar este problema, un circuito amortiguador RC es dispuesto en paralelo con el triac para reducir cualquiera de tales oscilaciones transitorias de la tensión. Además, los fabricantes introdujeron triacs sin amortiguador que hacen frente a valores dv/dt elevados.
El problema a resolver es superar las desventajas mencionadas arriba y, en particular, proporcionar un enfoque eficaz para controlar dispositivos de conexión, en particular, triacs, cuando son utilizados para multiplexación temporal de cargas domésticas de calentamiento por inducción.
Este problema es resuelto de conformidad con las características de las reivindicaciones independientes. Otras formas de realización resultan de las reivindicaciones dependientes.
Con el fin de superar este problema, se prevé un método para multiplexar al menos dos cargas de calentamiento por inducción a través de un dispositivo electrónico de conexión utilizado para cada carga,
- -
- donde las al menos dos cargas de calentamiento por inducción están inactivas durante un intervalo de tiempo predeterminado desconectándose los dispositivos electrónicos de conexión respectivos,
- -
- siendo dispuesto dicho intervalo de tiempo predeterminado en un intervalo de supresión con respecto a dicha multiplexación.
Por lo tanto, el intervalo de supresión es previsto entre las cargas de calentamiento por inducción que están activas (por ejemplo, de manera alternante). Por ejemplo, si una carga de calentamiento por inducción está desactivada, y otra carga de calentamiento por inducción está activada utilizándose dicha multiplexación, dicho intervalo de supresión no determina una duración para ninguna de las cargas de calentamiento por inducción que estén activadas. Los dispositivos electrónicos de conexión pueden ser desactivados durante todo el periodo de tiempo de este intervalo de supresión
o durante una parte del mismo.
Esto evita o reduce ventajosamente cualquier oscilación transitoria que pueda conducir a una activación errónea del dispositivo electrónico de conexión, y reduce o elimina de manera eficaz la corriente de la carga de calentamiento por inducción.
Dicha multiplexación puede proporcionar una activación alternante de una o más cargas de calentamiento por inducción. En particular, si al menos una carga de calentamiento por inducción está activa, al menos otra carga de calentamiento por inducción puede estar inactiva (por ejemplo, todas las cargas de calentamiento por inducción restantes pueden estar inactivas). A este respecto, “inactivo” significa que no hay activación a través del dispositivo electrónico de conexión dispuesto para esta carga de calentamiento por inducción respectiva. Por consiguiente, “activo” significa que el dispositivo de conexión activa su carga de calentamiento por inducción asociada.
Tal y como se ha indicado, se puede prever un dispositivo electrónico de conexión para cada carga de calentamiento por inducción. Así, este dispositivo electrónico de conexión puede activar/desactivar su carga de calentamiento por inducción y permitir así multiplexar entre varias cargas de calentamiento por inducción. La multiplexación puede ser controlada por una unidad de control central que active y/o desactive los dispositivos electrónicos de conexión de manera correspondiente.
También es una opción que más de una carga de calentamiento por inducción esté asociada con un dispositivo electrónico de conexión.
En una forma de realización, un convertidor que accione las al menos dos cargas de calentamiento por inducción es desconectado al menos parcialmente durante el intervalo de tiempo predeterminado.
Dicho convertidor puede controlar la carga de calentamiento por inducción y el dispositivo electrónico de conexión, donde el dispositivo electrónico de conexión y la carga de calentamiento por inducción están conectados en serie. El convertidor puede controlar varias de tales cargas de calentamiento por inducción con sus dispositivos electrónicos de conexión asociados. Dicha carga de calentamiento por inducción y el dispositivo electrónico de conexión pueden ser entendidos como una unidad, donde varias de tales unidades estén conectadas en paralelo una con la otra, y sean accionadas por dicho convertidor. El convertidor puede comprender al menos un interruptor electrónico que sea controlado por una función de control central.
Ventajosamente, dicho convertidor es desconectado durante dicho intervalo de tiempo predeterminado, en particular, durante dicho intervalo de supresión.
En otra forma de realización, dicho convertidor es desconectado durante la duración del intervalo de supresión.
Por tanto, dicho convertidor es desconectado en el caso de que ninguna carga esté siendo conectada al mismo. Esto permite de manera eficaz que cualquier corriente almacenada en un capacitor en la entrada de dicho convertidor sea descargada. Tal capacitor puede, en particular, ser un capacitor de filtraje dispuesto tras un rectificador antes de dicho convertidor. Por lo tanto, una dirección de suministro de la al menos una carga de calentamiento por inducción puede ser percibida desde una fuente de potencia (por ejemplo, un suministro de tensión AC) a través de un filtro y un rectificador a través de dicho capacitor hacia el convertidor, y continuando a la carga de calentamiento por inducción que es accionada por dicho convertidor. Tal y como se ha descrito arriba, cada carga de calentamiento por inducción comprende un dispositivo electrónico de conexión (conectado en serie con dicha carga de calentamiento por inducción), que es utilizado para multiplexar varias de tales cargas de calentamiento por inducción.
En otra forma de realización, dicho convertidor es un inversor resonante de semipuente o un inversor resonante de puente completo, donde las cargas de calentamiento por inducción son, en particular, conectadas a la salida de dicho convertidor.
Ventajosamente, el inversor resonante permite un funcionamiento eficaz de dichas varias cargas de calentamiento por inducción. Cuando una carga de calentamiento por inducción particular está activa (multiplexada), el convertidor puede suministrar diversos parámetros de modulación dependiendo de la carga real conectada, y del requisito o valor objetivo fijado, por ejemplo, por un usuario de un dispositivo doméstico de calentamiento. Por consiguiente, los parámetros pueden ser diferentes para cada ciclo de multiplexación activa, es decir, para cada periodo de tiempo que esté asociado con una carga de calentamiento por inducción particular.
En una siguiente forma de realización, la al menos una carga de calentamiento por inducción es conectada a una toma central entre interruptores de dicho convertidor.
También es una forma de realización que dicho dispositivo electrónico de conexión comprenda al menos uno de los siguientes componentes:
- -
- un triac;
- -
- un triac sin amortiguador;
- -
- un transistor;
- -
- un MOSFET (transistor de efecto de campo metal-óxido semiconductor);
- -
- un IGBT (transistor bipolar de puerta aislada).
Tales dispositivos de conexión son utilizados en particular para multiplexar temporalmente varias cargas de calentamiento por inducción, en lo que cada una de tales cargas de calentamiento por inducción es activada y desactivada a través de su dispositivo electrónico de conexión. Ha de señalarse que el dispositivo electrónico de conexión puede activar la carga de calentamiento por inducción respectiva, y la señal de salida provista por el convertidor puede ser usada para controlar parámetros de modulación dependiendo de la carga de calentamiento por inducción real. Ha de señalarse, en particular, que, a través de dicha multiplexación, durante un intervalo de tiempo dado sólo puede ser activada una carga de calentamiento por inducción, mientras que las otras cargas de calentamiento por inducción son desactivadas por dichos dispositivos electrónicos de conexión. Asimismo, varias cargas de calentamiento por inducción pueden ser activadas durante dicho intervalo de tiempo dado.
En relación con otra forma de realización, el intervalo de tiempo predeterminado es dimensionado de tal modo que un capacitor que esté dispuesto en la entrada del inversor puede ser descargado sustancialmente durante dicho intervalo de tiempo predeterminado.
Por lo tanto, se puede reducir y/o eliminar cualquier oscilación transitoria que pueda provenir de la carga de este capacitor. En particular, cualquier efecto acumulador de carga que pueda resultar en una oscilación transitoria significativa es evitado de manera eficaz por medio de dicho intervalo de tiempo predeterminado desconectando los dispositivos electrónicos de conexión (y el convertidor).
El problema descrito arriba se resuelve además por medio de un circuito que comprenda
- -
- al menos dos cargas de calentamiento por inducción que sean controladas por un dispositivo electrónico de conexión, donde dichas al menos dos cargas de calentamiento por inducción estén siendo multiplexadas;
- -
- una unidad de control para accionar dichos dispositivos electrónicos de conexión de tal modo que las al menos dos cargas de calentamiento estén inactivas durante un intervalo de tiempo predeterminado desconectándose los dispositivos electrónicos de conexión respectivos, donde dicho intervalo de tiempo predeterminado sea dispuesto en un intervalo de supresión con respecto a dicha multiplexación.
Según una forma de realización, se prevé un convertidor para accionar las al menos dos cargas de calentamiento por inducción, donde el convertidor es desconectado al menos parcialmente durante el intervalo de tiempo predeterminado, en particular, durante la duración del intervalo de supresión.
Según otra forma de realización, el convertidor es un inversor resonante de puente completo o un inversor resonante de semipuente.
El problema expuesto arriba es resuelto además por medio de un dispositivo doméstico de calentamiento que comprenda el circuito tal y como se describe aquí.
En las siguientes figuras se muestran e ilustran esquemáticamente formas de realización de la invención:
Fig. 5 muestra un circuito excitador de triac ejemplar, donde un generador produce una onda cuadrada que es suministrada a un acoplador óptico para controlar dicho triac;
Fig. 6 muestra otro ejemplo de un circuito excitador de triac, donde un generador está conectado a un lado primario de un transformador, cuyo lado secundario está conectado a la puerta de dicho triac;
Fig. 7 muestra un esquema de circuito que utiliza triacs como dispositivos de multiplexación de cargas, donde un inversor resonante en serie alimentado por tensión de semipuente proporciona múltiples salidas que son multiplexadas por dichos triacs;
Fig. 8 muestra un esquema de circuito equivalente para la topología de inversor ilustrada en la figura 7, donde una tensión DC pulsante es suministrada a un modulador, que es alimentado también por una señal de un generador para proveer una señal de salida modulada para accionar varias ramas de cargas de calentamiento por inducción;
Fig. 9 muestra gráficos de temporización que representan formas de onda de corrientes y tensiones representadas en la figura 8;
Fig. 10 muestra gráficos de temporización que ilustran formas de onda de corrientes y tensiones ilustradas en la figura 8, asociadas con un comportamiento del triac en un estado conductor;
Fig. 11 muestra gráficos de temporización basados en los circuitos ilustrados en la figura 7 y la figura 8, donde está previsto un periodo de desconexión T0ff entre los segmentos de multiplexación para evitar una oscilación transitoria de la corriente.
La figura 5 muestra un circuito excitador de triac ejemplar con un triac 501 (que comprende las terminales T1, T2, y una puerta G), donde un generador 506 produce una onda cuadrada que es suministrada a un acoplador óptico 505 que comprende un fotodiodo 504 y un optotriac 503. El generador 506 está conectado al fotodiodo 504 del acoplador óptico 505, y el optotriac 503 está conectado a la puerta del triac 501 y, a través de un resistor 502, a la terminal T2 del triac 501.
El triac 501 es accionado por dicho generador 506 a través del acoplador óptico 505. Una corriente principal i2 es usada para introducir la corriente de puerta iG requerida para accionar el triac 501, donde dicha corriente de puerta iG es limitada por el resistor 502. Cuando el triac 501 se conecta, la corriente i2’ a través del triac 501 asciende a i2, donde la corriente iG asciende a 0 debido a la impedancia más baja presentada en este trayecto.
La señal del generador 506 puede ser una forma de onda de dos niveles que indique la duración del estado de conducción. En el momento i2’ = 0, si la tensión vG en la puerta del triac 501 está en un estado elevado, la corriente i2 puede fluir de nuevo a la puerta del triac 501.
Ha de señalarse que el optotriac 503 está conectado entre la puerta y la terminal T2 del triac 501. Este optotriac 503 puede ser percibido como un circuito activador en este ejemplo.
La figura 6 muestra otro ejemplo de un circuito excitador de triac con un triac 601 (que comprende las terminales T1, T2, y una puerta G). Un generador 604 está conectado a un lado primario 603 de un transformador, cuyo lado secundario 602 está conectado a través de la puertaGyla terminal T1 de dicho triac 601.
El transformador es usado como circuito activador. Un pulso corto provisto por el generador 604 es usado para introducir una corriente requerida en la puerta G del triac 601. Preferiblemente, se pueden usar pequeños transformadores (dv/dt disponible pequeña) para transportar pulsos cortos al lado secundario; el pulso de activación puede ser repetido de manera continua durante un intervalo de conexión del triac 601, en particular, esencialmente en el paso por cero de la corriente i2’.
La figura 7 muestra un esquema de circuito que utiliza triacs como dispositivos de multiplexación de cargas, donde un inversor resonante en serie alimentado por tensión de semipuente proporciona múltiples salidas que son multiplexadas por dichos triacs.
Un suministro de potencia 701 provee una tensión AC que es suministrada a un filtro 702 y a un rectificador 703 resultando en una tensión DC pulsante que es filtrada por un capacitor 704. La tensión DC filtrada es conectada a un semipuente que comprende dos interruptores 706 y 707, donde cada interruptor 706, 707 tiene un capacitor amortiguador conectado en paralelo (Csnb1,Csnb2). Un triac 708 está conectado en serie con una carga 711, un triac 709 está conectado en serie con una carga 712, y un triac 710 está conectado en serie con una carga 713. Cada una de tales cargas comprende una conexión en serie de un inductor y un resistor (por ejemplo, elemento de calentamiento inductivo). Las conexiones en serie que comprenden triac 708, carga 711, triac 709, carga 712, y triac 710, carga 713 están conectadas en paralelo unas con otras, y están conectadas a través de una toma central entre dichos interruptores 706, 707, y una toma central entre dos capacitores 714 y 715, los cuales están conectados en serie y están conectados a la tensión DC pulsante. Los capacitores 714 y 715 pueden ser capacitores resonantes, por ejemplo, que asciendan a Cres/2 cada uno.
Los interruptores 706, 707 son accionados por una unidad de control y excitadora 705 por medio de señales Q1 (para el interruptor 706) y Q2 (para el interruptor 707).
La topología de inversor de la figura 7 comprende dicho inversor resonante en serie alimentado por tensión de semipuente que entrega potencia a N cargas domésticas de calentamiento por inducción 711 a 713. Cada carga 711 a 713 es activada en intervalos (diferentes) particulares por su triac 708 a 710 respectivo.
El ejemplo de la figura 7 muestra un capacitor 714, 715 resonante común para todas las cargas 711 a 713, aunque se pueden disponer capacitores resonantes particulares para cada carga 711 a 713.
Un esquema similar puede aplicarse para una topología de puente completo que use un capacitor resonante en serie individual, el cual ascienda a Cres, en lugar de dos capacitores separados 714 y 715.
Cuando una de las cargas 711 a 713 es conectada al inversor, se puede representar un circuito equivalente según la figura 8.
La figura 8 muestra una tensión DC pulsante 801 que es suministrada a un modulador 803. Asimismo, una señal de un generador 802 es suministrada a dicho modulador 804. La señal de salida del modulador 804 es suministrada a una rama A que comprende una conexión en serie de un triac 804, una carga 806 y un capacitor resonante 808. Una toma de tierra está conectada a la tensión DC 801, al generador 802, al modulador 803 y a la clavija restante del capacitor
808.
Asimismo, una rama B está indicada comprendiendo una conexión en serie de un triac 805 y una carga 807 que está conectada a través del capacitor resonante 808 a tierra.
Cada carga 806, 807 comprende una conexión en serie de un inductor y un resistor (elemento de calentamiento inductivo).
El generador 802 puede suministrar una señal de onda cuadrada al modulador 803. El modulador 803 puede proveer una señal modulada por la amplitud.
El modulador 803 modula, en particular, la señal de la tensión DC pulsante a una frecuencia que puede ser dos veces (mayor que) la frecuencia principal. Como frecuencia portadora, se puede usar una onda cuadrada [unipolar o bipolar dependiendo de la topología del circuito, es decir, topología de semipuente (unipolar) o de puente completo (bipolar)]. Esta frecuencia portadora se corresponde con la señal de entrada del inversor según la figura 7.
La señal modulada por la amplitud está conectada a una carga resonante en serie 806 (u 807), que comprende la carga de calentamiento por inducción, y al capacitor resonante común.
El comportamiento del triac 708 a 710 u 804, 805 puede ser ilustrado como sigue a continuación:
Triac en estado de bloqueo:
Si el triac 804 está en un estado CONECTADO, el triac 805 paralelo está en un estado DESCONECTADO, bloqueando de ese modo una tensión de carga vL en caso de un capacitor resonante 808 comúnmente compartido (o bloqueando una tensión de salida vO en caso de un capacitor resonante individual, no mostrado en la figura 8).
En la figura 9 se muestran formas de onda de la tensión ejemplares a través del triac para el estado de bloqueo, basadas en el circuito de la figura 8.
Con el fin de mantener el estado de bloqueo del triac 805, no habría de excederse un valor dv/dt máximo a través de las terminales T2 y T1 del triac 805. De lo contrario, el triac 805 puede ser conectado por error debido a una activación errónea. Una tensión vL a través de la carga 807 y una tensión de salida vO del modulador 803 pueden producir contornos con picos basados en la velocidad de conexión del inversor y basados en los capacitores amortiguadores CSNB1,CSNB2. Por lo tanto, el inversor puede ser adaptado para evitar alcanzar o superar tal valor dv/dt máximo.
Preferiblemente, el inversor puede funcionar en un modo ZVS (zero voltage switching, o conmutación a tensión cero), es decir, los capacitores amortiguadores CSNB1,CSNB2 pueden ser dimensionados de manera suficientemente grande. Asimismo, un valor de la corriente del interruptor de corte puede ser limitado bajo condiciones de funcionamiento esperadas.
Además, se puede producir un valor dv/dt elevado en caso de que el triac 805 esté en el estado DESCONECTADO, y todas las cargas estén desconectadas del inversor. Por tanto, los capacitores amortiguadores CSNB1,CSNB2 están siendo cargados y descargados continuamente. La carga efectiva del inversor resulta en una carga resistiva de impedancia elevada. Como resultado, todos los triac bloquean la tensión de salida vO, la cual es una forma de onda cuadrada con picos con un valor dv/dt elevado. Preferiblemente, esta situación puede ser sorteada evitando cualquier modo de funcionamiento tal que en él el inversor no experimente carga real alguna. Por tanto, en el caso de que no sea conectada ninguna carga al inversor, la modulación del inversor puede ser desconectada.
Asimismo, en caso de funcionamiento discontinuo del inversor, el capacitor 704 no puede ser descargado completamente al comienzo de un intervalo de tiempo activo subsiguiente. Por lo tanto, durante varios ciclos del inversor siendo activos repetidamente, pueden ser generadas oscilaciones transitorias de la tensión en la salida del inversor. Cuanto más elevada sea fijada la tensión del capacitor 704, mayor será el riesgo con respecto a oscilaciones transitorias potenciales (valores de dv/dt). Tal generación de oscilaciones transitorias (dv/dt) puede ser reducida al menos parcialmente (en particular, evitada) descargando (al menos parcialmente) el capacitor 704 antes de un ciclo subsiguiente, o en caso de que la tensión restante del capacitor 704 sea suficientemente pequeña.
Triac en estado de conducción:
La figura 10 muestra formas de onda que ilustran un comportamiento del triac durante un estado CONECTADO, es decir, en el caso de que una carga esté siendo conectada. Después de cada ciclo (con un retraso ajustable), la carga es conectada al inversor.
La figura 10 ilustra una corriente de carga iL, la cual es también la corriente que fluye a través del triac 804. Ha de señalarse que una corriente de frecuencia elevada generada por el inversor es visible en el triac 804. Para valores de di/dt elevados, el triac 804 puede reaccionar de modo diferente en comparación con aplicaciones de baja frecuencia.
Para DESCONECTAR el triac 804, la envolvente de la corriente iL necesita acercarse a cero para asegurar iL=0 y diL/dt=0. Así, para frecuencias de corriente elevadas, desconectar el triac 804 depende más de la envolvente de baja frecuencia de la corriente que del valor de la corriente instantáneo.
Para asegurar una desconexión eficaz del triac 804, la envolvente de la corriente necesita llegar casi a cero, como se muestra en la parte inferior de la figura 10. Puesto que la corriente iL depende de la tensión vbus a través del capacitor 704 (véase la figura 4), vbus necesita llegar a cero también. Se puede cumplir este requisito si el capacitor 704 está descargado (esencialmente) por completo con el final de cada ciclo sin ninguna cantidad (considerable) de tensión remanente en este capacitor 704.
El valor del capacitor 704 afecta a las corrientes de alta frecuencia y a cualquier efecto de desacoplamiento entre el rectificador 703 y el inversor. Por lo tanto, el valor del capacitor no puede ser reducido arbitrariamente. El enfoque previsto aquí sugiere en particular asegurar que el triac 804 esté DESCONECTADO para desconectar el modulador, y para asegurar iL=0, así como diL/dt=0.
Esquema de control:
Para controlar eficazmente el triac en una aplicación de multiplexación, se puede aplicar el siguiente esquema de control. Esto evita cualquier activación errónea del triac basada en oscilaciones transitorias dv/dt elevadas. En particular, el enfoque sugiere reducir de manera eficaz las oscilaciones transitorias di/dt.
La figura 11 muestra gráficos de temporización basados en los circuitos ilustrados en la figura7yla figura 8. La señal Q1 muestra el control del interruptor 706, la señal Q2 muestra el control del interruptor 707, la señal 1101 muestra la señal de control para el triac 708, la señal 1102 muestra la señal de control para el triac 709, la señal 1103 muestra la señal de control para el triac 710, vbus es la tensión a través del capacitor 704, iL1 es la corriente de carga para la carga 711, iL2 es la corriente de carga para la carga 712, y iLN es la corriente de carga para la carga 713.
Las señales Q1 yQ2 representan la forma de onda de control aplicada a los interruptores de inversor 706, 707. Aquellas pueden estar basadas en un esquema de modulación arbitrario. Las señales 1101 a 1103 representan señales de activación para cada uno de los triac multiplexores 708 a 710. La tensión vbus se corresponde con la forma de onda de tensión rectificada a una frecuencia que puede ascender, en particular, a 100/120 Hz. Las señales iL1 aiLN representan las formas de onda de la corriente de carga.
Cada carga 711 a 713 es conectada al inversor un número arbitrario de semiciclos de manera periódica. El inversor es controlado por parámetros de modulación diferentes (TS, N,TON, N,tm,N), dependiendo de la carga respectiva conectada al mismo.
Para evitar cualquier activación defectuosa de cualquier triac, puede ser ventajoso DESCONECTAR el triac y asegurar que la señal de modulación del inversor Qi sea desconectada durante un intervalo de tiempo TOFF alrededor de la tensión vbus que pase por 0 voltios. Esto permite obtener iL=0ydiL/dt=0 a cambio.
El intervalo TOFF puede ser dimensionado suficientemente extenso para permitir que el triac se desconecte.
Otras ventajas:
La solución propuesta aquí utiliza triacs en aplicaciones de alta frecuencia como dispositivos domésticos de calentamiento por inducción. De otro modo, no sería factible el uso de tales triacs como elementos multiplexores.
El enfoque que utiliza triacs permite una frecuencia de conmutación suficientemente elevada, como es requerido por la aplicación (alrededor de 1 kHz).
Otra ventaja es que, debido a la disposición de triacs, no se produce ningún ruido acústico durante la conexión.
Claims (12)
- REIVINDICACIONES1. Método para multiplexar al menos dos cargas de calentamiento por inducción a través de un dispositivo electrónico de conexión utilizado para cada carga;
- -
- donde las al menos dos cargas de calentamiento por inducción están inactivas durante un intervalo de tiempo predeterminado desconectándose los dispositivos electrónicos de conexión respectivos,
- -
- siendo dispuesto dicho intervalo de tiempo predeterminado en un intervalo de supresión con respecto a dicha multiplexación.
-
- 2.
- Método según la reivindicación 1, donde un convertidor que acciona las al menos dos cargas de calentamiento por inducción es desconectado al menos parcialmente durante el intervalo de tiempo predeterminado.
-
- 3.
- Método según la reivindicación 2, donde dicho convertidor es desconectado durante la duración del intervalo de supresión.
-
- 4.
- Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, donde dicho convertidor es un inversor resonante de semipuente o un inversor resonante de puente completo, donde las cargas de calentamiento por inducción son, en particular, conectadas a la salida de dicho convertidor.
-
- 5.
- Método según la reivindicación 4, donde la al menos una carga de calentamiento por inducción es conectada a una toma central entre interruptores de dicho convertidor.
-
- 6.
- Método según cualquiera de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, donde dicho dispositivo electrónico de conexión comprende al menos uno de los siguientes componentes:
- -
- un triac (triodo para corriente alterna);
- -
- un triac sin amortiguador;
- -
- un transistor;
- -
- un MOSFET (transistor de efecto de campo metal-óxido semiconductor);
- -
- un IGBT (transistor bipolar de puerta aislada).
- 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, donde el intervalo de tiempo predeterminado es dimensionado de tal modo que un capacitor que está dispuesto en la entrada del inversor puede ser descargado sustancialmente durante dicho intervalo de tiempo predeterminado.
- 8. Circuito que comprende
- -
- al menos dos cargas de calentamiento por inducción que son controladas por un dispositivo electrónico de conexión, donde dichas al menos dos cargas de calentamiento por inducción están siendo multiplexadas;
- -
- una unidad de control para accionar dichos dispositivos electrónicos de conexión de tal modo que las al menos dos cargas de calentamiento están inactivas durante un intervalo de tiempo predeterminado desconectándose los dispositivos electrónicos de conexión respectivos, donde dicho intervalo de tiempo predeterminado es dispuesto en un intervalo de supresión con respecto a dicha multiplexación.
-
- 9.
- Circuito según la reivindicación 8, que comprende un convertidor para accionar las al menos dos cargas de calentamiento por inducción, donde el convertidor es desconectado al menos parcialmente durante el intervalo de tiempo predeterminado, en particular, durante la duración del intervalo de supresión.
-
- 10.
- Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, donde dicho convertidor es un inversor resonante de puente completo o un inversor resonante de semipuente.
-
- 11.
- Dispositivo doméstico de calentamiento que comprende el circuito según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 200930631ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 27.08.2009Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : H05B6/06 (2006.01)DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- ES 2265758 A1 (BSH ELECTRODOMESTICOS ESPAÑA) 16.02.2007, todo el documento. 1-11
- X
- ES 2028923 T3 (THOMSON ELECTROMENAGER S.A.) 16.07.1992, columna 1, líneas 21-37; columna 2, línea 50 – columna 3, línea 14; figuras. 1-6,8-11
- X
- AU 537649 B2 (WHITE WESTINGHOUSE CORP) 05.07.1984, descripción; página 10, líneas 21-29; figuras. 1-11
- A
- ES 2273400 T3 (BRANDT IND) 01.05.2007, todo el documento. 1-11
- A
- US 6370046 B1 (NEBRIGIC DRAGAN DANILO et al.) 09.04.2002, resumen; columna 17, líneas 41-50; columna 33, líneas 1-3; figuras. 1-11
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 27.06.2011
- Examinador M. López Sabater Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 200930631Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H05B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOCInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200930631Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 27.06.2011Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2009306311. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- ES 2265758 A1 (BSH ELECTRODOMESTICOS ESPAÑA ) 16.02.2007
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónReivindicación 1:Se puede considerar que el documento del estado de la técnica más cercano a esta primera reivindicación es el documento D01, en el que se divulga un método para multiplexar al menos dos cargas de calentamiento por inducción a través de un dispositivo electrónico de conexión utilizado para cada carga y donde las al menos dos cargas de calentamiento por inducción están inactivas durante un intervalo de tiempo predeterminado desconectándose los dispositivos electrónicos de conexión respectivos, siendo dispuesto dicho intervalo de tiempo predeterminado en un intervalo de supresión con respecto a dicha multiplexación. (Léase la columna 3 de D01, de las líneas 11 a 15, así como su novena reivindicación) Por lo tanto, esta primera reivindicación carece de novedad en el sentido establecido por el artículo 6 de la Ley de Patentes 11/86.Reivindicaciones 2 a 7:Estas reivindicaciones dependientes también ven anulada su novedad por el documento D01 según se desprende de la lectura de su descripción, así como de sus figuras.Reivindicación 8:En el documento D01 se divulgan todos los elementos del circuito que se desea proteger en esta reivindicación independiente. Por lo tanto, D01 también anula la novedad de esta reivindicación.Reivindicación 9:Estas reivindicaciones dependientes de la reivindicación 8 son anticipadas en el documento D01 del estado de la técnica anterior, por lo que carecen de novedad.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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