ES2639091T3 - Aparato y método para la conversión CC-CC eficiente a través de amplias oscilaciones de tensión - Google Patents

Abstract

Un convertidor CC-CC que comprende: una entrada de CC (IN) que comprende un terminal de entrada positivo y un terminal de entrada negativo, una salida de CC (OUT) que comprende un terminal de salida positivo y un terminal de salida negativo, dos o más inductores (L1, L2) acoplados a un núcleo común; tres interruptores (A, B, C) que incluyen dos o más interruptores activos, un controlador configurado para controlar el funcionamiento del convertidor CC-CC controlando los interruptores activos; una rama de entrada positiva, una rama de entrada negativa, una rama de salida positiva, una rama de salida negativa y una rama interna, y un nodo interno positivo y un nodo interno negativo; en donde: la rama de entrada positiva está conectada entre el terminal de entrada positivo y el nodo interno positivo; la rama de entrada negativa está conectada entre el terminal de entrada negativo y el nodo interno negativo; la rama interna está conectada entre el nodo interno positivo y el nodo interno negativo; la rama de salida positiva está conectada entre el nodo interno positivo y el terminal de salida positivo; la rama de salida negativa está conectada entre el nodo interno negativo y el terminal de salida negativo; en donde: el primero de los al menos dos inductores acoplados (L1) está situado en serie con la entrada de CC (IN), ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa; el segundo de los al menos dos inductores acoplados (L2) está situado en serie con la salida de CC (OUT), ya sea en la rama de salida positiva o en la negativa; el primero de los al menos dos interruptores activos (A) está situado en serie con la entrada de CC (IN), ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa, la rama interna consiste en el segundo de los al menos dos interruptores activos (B); y el tercer interruptor restante (C) está situado en serie con la salida de CC (OUT), ya sea en la rama de salida positiva o en la rama de salida negativa; caracterizado por que, el controlador está configurado además para seleccionar una topología CC-CC entre un conjunto de más de una topologías CC-CC posibles basándose en la tensión de entrada de la entrada de CC (IN), controlando los al menos dos interruptores activos para que uno de los tres interruptores se vea forzado a conducir corriente permanentemente según la topología seleccionada, siempre que la topología seleccionada no cambie, los dos interruptores restantes se vean forzados a conducir corriente alternativamente de manera complementaria de tal manera que el número total de inductores que conducen corriente cambie alternativamente, y la conversión de potencia CC-CC se lleve a cabo según la topología seleccionada.

Description

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DESCRIPCION

Aparato y metodo para la conversion CC-CC eficiente a traves de amplias oscilaciones de tension Campo de la invencion

Esta invencion se refiere en general a la conversion de potencia. Mas particularmente, esta invencion se refiere a un convertidor CC-CC eficiente que puede funcionar a traves de amplias oscilaciones de tension.

Antecedentes de la invencion

Existe una demanda creciente de convertidores CC-CC con una eficiencia de conversion mejorada y un tamano reducido. Las tecnicas de diseno varian, con algunas tecnicas que reducen la tension o corriente, otras que aumentan la tension o corriente, y otras mas que aumentan o disminuyen alternativamente la tension o corriente. En un convertidor CC-CC tipico, uno o mas interruptores se conectan a la potencia de entrada, un condensador o inductor almacena el exceso de energia en una fase, y en otra fase la energia almacenada se libera a los nodos de salida.

Cada tecnica tiene sus propias ventajas y desventajas. Hay multiples soluciones intermedias entre tamanos de componentes, eficiencia general y zonas optimas de ratios de tension de entrada a tension de salida. Por ejemplo, aumentar la frecuencia de conmutacion normalmente da lugar a una reduccion del tamano de componentes, pero concomitantemente aumenta las perdidas de conmutacion debido a capacitancias parasitas y perdidas de transicion del interruptor. Como resultado, la eficiencia total se reduce.

Un metodo comun de conversion CA-CC es utilizar un puente rectificador para convertir la entrada de CA en CC y, a continuacion, utilizar un convertidor de conmutacion CC-CC para generar la salida de CC adecuada. Los intentos pasados de cumplir simultaneamente los objetivos de mejorar la eficiencia de conversion y reducir el tamano del convertidor han estado dominados por problemas de eficiencia general. La eficiencia es particularmente importante en un ratio de tension de entrada a tension de salida mas amplio, como se experimenta en las conversiones CA-CC. Una fuente de CA normalmente atraviesa un amplio intervalo de tensiones momentaneas en cada ciclo, impidiendo cualquier intento de optimizar un convertidor CC-CC para un ratio especifico de tension de entrada a tension de salida.

Un enfoque para superar el efecto adverso de grandes variaciones en la tension de entrada es almacenar carga en un condensador de almacenamiento, y utilizar la carga almacenada en los momentos en que la tension de entrada de CA este por debajo de un cierto nivel, denominados como “periodo de transicion”. Hay dos desventajas asociadas con este metodo. En primer lugar, se requiere un condensador relativamente grande para almacenar suficiente energia durante un periodo de transicion. En segundo lugar, durante los periodos de transicion se absorbe poca o ninguna corriente desde la entrada, lo que da lugar a que se produzca una absorcion de corriente electrica desde la linea de entrada de CA en un marco de tiempo mas estrecho, principalmente alrededor de las tensiones pico de entrada. Esto finalmente da lugar a una transferencia de potencia ineficiente y un factor de potencia mas bajo.

Los convertidores de conmutacion se pueden clasificar en tres clases principales de convertidores basandose en el numero de interruptores de potencia activos empleados. La clase de convertidor de dos interruptores incluye convertidores buck (o reductores), boost (o elevadores) y flyback (o de retroceso). La clase de convertidor de tres interruptores incluye convertidores forward (o directo). La clase de convertidor de cuatro interruptores incluye convertidores CC-CC de conmutacion de medio puente y push-pull. Los interruptores pueden ser activos o pasivos. Un interruptor activo se controla modulando una puerta. Un interruptor pasivo, tal como un diodo, no requiere un control separado.

La patente US 2004/0070376 A1 describe todas las caracteristicas segun el preambulo de la reivindicacion 1 (la topologia, vease la Figura 1).

La patente US 2008/100273 A1 describe un convertidor de potencia que comprende inductores acoplados y que puede actuar segun un funcionamiento buck (reductor) o boost (elevador), dependiendo de la tension de entrada (vease la Figura 5).

En vista de lo anterior, seria deseable proporcionar tecnicas mejoradas para la conversion de potencia. En particular, seria deseable proporcionar perdidas de conmutacion reducidas y tamanos reducidos de componentes en un convertidor utilizado en relacion con amplias oscilaciones de tension.

Compendio de la invencion

Una realizacion de la invencion incluye un convertidor CC-CC que comprende: una entrada de CC que comprende un terminal de entrada positivo y un terminal de entrada negativo, una salida de CC que comprende un terminal de salida positivo y un terminal de salida negativo, dos o mas inductores acoplados a un nucleo comun; tres interruptores que incluyen dos o mas interruptores activos, un controlador configurado para controlar el

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funcionamiento del convertidor CC-CC controlando los interruptores activos; una rama de entrada positiva, una rama de entrada negativa, una rama de salida positiva, una rama de salida negativa y una rama interna, y un nodo interno positivo y un nodo interno negativo; en donde: la rama de entrada positiva esta conectada entre el terminal de entrada positivo y el nodo interno positivo; la rama de entrada negativa esta conectada entre el terminal de entrada negativo y el nodo interno negativo; la rama interna esta conectada entre el nodo interno positivo y el nodo interno negativo; la rama de salida positiva esta conectada entre el nodo interno positivo y el terminal de salida positivo; la rama de salida negativa esta conectada entre el nodo interno negativo y el terminal de salida negativo; en donde: el primero de los al menos dos inductores acoplados esta situado en serie con la entrada de CC, ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa; el segundo de los al menos dos inductores acoplados esta situado en serie con la salida de CC, ya sea en la rama de salida positiva o en la negativa; el primero de los al menos dos interruptores activos esta situado en serie con la entrada de CC, ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa, la rama interna consiste en el segundo de los al menos dos interruptores activos; y el tercer interruptor restante esta situado en serie con la salida de CC, ya sea en la rama de salida positiva o en la rama de salida negativa; en donde el controlador esta configurado ademas para seleccionar una topologia CC-CC entre un conjunto de mas de una posibles topologias CC-CC basandose en la tension de entrada de la entrada de CC, controlando los al menos dos interruptores activos para que uno de los tres interruptores se vea forzado a conducir corriente permanentemente segun la topologia seleccionada mientras la topologia seleccionada no cambie, los dos interruptores restantes se vean forzados a conducir alternativamente la corriente de forma complementaria de manera que el numero total de inductores que conducen corriente cambie alternativamente y la conversion de potencia CC-CC se lleve a cabo segun la topologia seleccionada.

Otra realizacion de la invencion incluye un convertidor CC-CC que comprende: una entrada de CC que comprende un terminal de entrada positivo y un terminal de entrada negativo, una salida de CC que comprende un terminal de salida positivo y un terminal de salida negativo, dos o mas inductores acoplados a un nucleo comun; cuatro interruptores que incluyen dos o mas interruptores activos, y un controlador configurado para controlar el funcionamiento del convertidor CC-CC controlando los interruptores activos para seleccionar una topologia CC-CC entre un conjunto de mas de una posibles topologias CC-CC basandose en la tension de entrada de la entrada de CC; una rama de entrada positiva, una rama de entrada negativa, una rama de salida positiva, una rama de salida negativa, una rama interna positiva, una rama interna negativa, una primera rama interna paralela y una segunda rama interna paralela y un primer nodo interno positivo, un segundo nodo interno positivo, un primer nodo interno negativo y un segundo nodo interno negativo; en donde: la rama de entrada positiva esta conectada entre el terminal de entrada positivo y el primer nodo interno positivo; la rama de entrada negativa esta conectada entre el terminal de entrada negativo y el primer nodo interno negativo; la primera rama interna paralela esta conectada entre el primer nodo interno positivo y el primer nodo interno negativo; la rama interna positiva esta conectada entre el primer nodo interno positivo y el segundo nodo interno positivo; la rama interna negativa esta conectada entre el primer nodo interno negativo y el segundo nodo interno negativo; la segunda rama interna paralela esta conectada entre el segundo nodo interno positivo y el segundo nodo interno negativo; la rama de salida positiva esta conectada entre el segundo nodo interno positivo y el terminal de salida positivo; y la rama de salida negativa esta conectada entre el segundo nodo interno negativo y el terminal de salida negativo; en donde: el primero de los al menos dos inductores acoplados esta situado en serie con la entrada de CC, ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa; el segundo de los al menos dos inductores acoplados esta situado en serie con la salida de CC, ya sea en la rama de salida positiva o en la negativa; el primero de los al menos dos interruptores activos esta situado en serie con la entrada de CC, en la rama de entrada positiva; la primera rama interna paralela consiste en el segundo de los al menos dos interruptores activos; el tercer interruptor esta situado o bien en la rama interna positiva o en la rama interna negativa; y la segunda rama interna paralela consiste en el cuarto interruptor; en donde, controlando los dos a cuatro interruptores activos, el controlador esta configurado para forzar permanentemente a uno de los interruptores a conducir corriente permanentemente segun la topologia seleccionada mientras la topologia seleccionada no cambie, de tal manera que:

- el funcionamiento del convertidor CC-CC es segun un funcionamiento boost (elevador) cuando el primer interruptor activo es forzado permanentemente a estar encendido (cerrado) y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el segundo interruptor activo y el tercer interruptor conduzcan alternativamente la corriente de manera complementaria;

- el funcionamiento del convertidor CC-CC es segun un funcionamiento flyback (de retroceso) cuando el segundo interruptor activo es forzado permanentemente a estar encendido (cerrado) y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el primer interruptor activo y el cuarto interruptor conduzcan alternativamente la corriente de manera complementaria;

- el funcionamiento del convertidor CC-CC es segun un funcionamiento buck (reductor) cuando el tercer interruptor es un interruptor activo y es forzado permanentemente a estar encendido (cerrado) y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el primer interruptor activo y el cuarto interruptor conduzcan alternativamente la corriente de manera complementaria, o cuando el tercer interruptor es un diodo y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el primer interruptor activo y el cuarto interruptor conduzcan alternativamente la corriente de forma complementaria.

Un ejemplo comparativo incluye un metodo de conversion de potencia de CC. Se recibe una entrada de CC. Se aplican senales de control a interruptores activos, donde las senales de control tienen ciclos de trabajo alternos entre el 25% y el 100%. La entrada de CC se acciona, en respuesta a las senales de control, a traves de al menos uno de dos o mas

5 Las tecnicas descritas reducen la variacion del ciclo de trabajo de conmutacion para producir una eficiencia mejorada. Las variaciones del ciclo de trabajo se utilizan para implementar un intervalo de ratios de tension o de corriente. A medida que los ciclos de trabajo cambian para acomodar diferentes ratios de transferencia, la perdida del interruptor puede aumentar debido al efecto de capacitancias parasitas y/o perdida de transicion del interruptor. La invencion utiliza uno o mas interruptores como cambiador del modo de conmutacion. Esto reduce la necesidad de 10 cambios drasticos en los ciclos de trabajo de conmutacion, al tiempo que consigue un ratio elevado de transferencia de tension o corriente.

Breve descripcion de las figuras

La invencion se aprecia mas a fondo en relacion con la siguiente descripcion detallada, tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:

15 Las Figuras 1a-1j ilustran varias realizaciones de una implementacion de tres interruptores de la invencion.

Las Figuras 2a-2d ilustran varias realizaciones de la implementacion de tres interruptores que emplean interruptores pasivos.

Las Figuras 3a-3d ilustran varias realizaciones de una implementacion de cuatro interruptores de la invencion.

Las Figuras 4a-4e ilustran varias realizaciones de una implementacion de cuatro interruptores que emplean 20 interruptores pasivos.

Las Figuras 5a-5b ilustran realizaciones de la invencion con una salida aislada.

Las Figuras 6a-6b ilustran los circuitos descritos de la invencion en una configuracion conectada en cadena.

Las figuras 7a-7b ilustran circuitos de reduccion de parpadeo configurados de acuerdo con realizaciones de la invencion.

25 La Figura 8a ilustra un convertidor CA-CC que incorpora una realizacion de tres interruptores de la invencion.

La Figura 8b ilustra un convertidor CA-CC que incorpora una realizacion de cuatro interruptores de la invencion.

Los numeros de referencia iguales se refieren a partes correspondientes a lo largo de las diversas vistas de los dibujos.

Descripcion detallada de la invencion

30 Las Figuras 1 a-1 j ilustran varias realizaciones de una implementacion de tres interruptores de la invencion. Observese que el interruptor A esta siempre en el camino de entrada y el interruptor C esta siempre en el camino de salida. Dependiendo del estado del interruptor B y/o del interruptor C, el almacenamiento de energia del inductor puede ser solo a traves de L1, o de L1 y L2 en serie.

En la figura 1 a, el interruptor A puede ser un interruptor de alternancia maestro para lograr una conversion reductora 35 (buck). El estado del interruptor B es el inverso del estado del interruptor A. El interruptor C esta siempre encendido. Por ejemplo, cuando el interruptor A esta cerrado, el interruptor B esta abierto, por lo que siempre que la tension de entrada sea superior a la tension de salida, una corriente positiva pasa por L1, el interruptor A, el interruptor C y L2 hasta la salida. Abrir el interruptor A y cerrar el interruptor B desconecta la entrada. Consecuentemente, la energia almacenada en el inductor L2 se libera hasta la salida a traves del interruptor C y el interruptor B.

40 Esta configuracion contrasta con un convertidor buck, donde el almacenamiento de energia del inductor y los caminos de liberacion usan tanto L1 como L2. En la figura 1a en un caso tipico donde L1 = L2 = Lx, la inductancia efectiva de un convertidor buck es alrededor de 4*Lx durante el almacenamiento de energia dentro del nucleo del inductor. En la Figura 1a, solo L2 esta en el camino de liberacion de energia por lo que la inductancia efectiva es igual a Lx.

45 En otra realizacion operativa de la Figura 1 a, el interruptor B esta encendido y el interruptor C esta configurado como el estado inverso del interruptor A. Asi, cuando el interruptor A esta encendido, se almacena energia en el inductor L1, independientemente de la tension de salida. Cuando el interruptor A se apaga, la energia del inductor L2 se libera a traves del interruptor C y del interruptor B. Esta configuracion se comporta como un convertidor flyback donde la entrada y la salida comparten una linea. Por ejemplo, cuando L1 = L2 = Lx, los caminos de 50 almacenamiento y liberacion de energia encuentran Lx, que representa una conversion flyback (de retroceso) de

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ratio 1 a 1. Seleccionar diferentes valores para L1 y L2 y modificar los ciclos de trabajo pueden generar diferentes ratios de corriente efectiva o transferencia de tension en este modo.

En una tercera configuracion, el circuito de la Figura 1a emula un modo de operacion boost (elevador). Aqui, el interruptor A esta siempre encendido, y el interruptor C esta configurado como el estado inverso del interruptor B. Encender el interruptor B almacena la energia en el inductor L1. Apagar el interruptor B libera energia del inductor a traves de L1, L2, el interruptor A y el interruptor C. Donde L1 = L2 = Lx, el camino de liberacion de energia del inductor equivale a 4*Lx.

Los interruptores A, B o C pueden funcionar en fase, fuera de fase, con ciclos de trabajo superpuestos o sin ciclos de trabajo superpuestos, o incluso de manera aleatoria. Los valores L1 y L2 preseleccionados pueden generar ratios de transferencia de corriente efectiva o de tension muy amplios. Esto se logra con solo un inductor fisico (L1 y L2 estan en el mismo nucleo), y al menos tres interruptores.

Opcionalmente, se pueden anadir condensadores a diferentes nodos en el sistema para reducir las corrientes y/o tensiones de rizado de entrada y salida.

Las perdidas de conmutacion se mantienen al minimo minimizando los cambios de ciclo de trabajo a lo largo de un intervalo de tension de entrada muy amplio. Por ejemplo, cuando la tension de entrada es significativamente menor que la tension de salida, se puede seleccionar el modo boost. Cuando el ratio de entrada a salida es mas cercano al ratio de L1 a L2, se selecciona un comportamiento equivalente al flyback. Cuando la entrada sobrepasa un cierto umbral superior a la tension de salida, se selecciona un modo buck.

Considerese de nuevo el ejemplo donde L1 = L2 = Lx. Supongase tambien que una tension de salida ideal (Vo) es 1/3 de la tension de entrada (Vi) pico, Vo = Vi pico / 3. Cuando esta configurado para el funcionamiento en modo buck, durante la tension de entrada pico, el interruptor A encuentra una inductancia de 4*Lx. Como ambos bobinados estan en el mismo nucleo, la corriente de saturacion de inductancia (Isat) es la mitad de cuando solo un bobinado recibe corriente. La tension efectiva de inductancia es Vi - Vo = 3*Vo - Vo = 2*Vo. El tiempo requerido para saturar el nucleo del inductor es proporcional a la inductancia y a la corriente de saturacion del inductor, y es inversamente proporcional a la tension: (4*Lx*Isat/2) / (2*Vo) = Lx*Isat/Vo.

Supongase ahora que la tension de entrada esta mas cerca de Vo (1/3 de Vi pico en este ejemplo), y se selecciona el modo flyback. En este modo la inductancia de entrada es Lx y la tension a traves de L1 es Vi = Vo. El tiempo requerido para saturar el nucleo del inductor es proporcional a: Lx*Isat/Vo. Asi que aunque la tension de entrada sea 1/3 de la tension pico, el tiempo requerido para saturar el nucleo del inductor es el mismo.

Para el modo boost, el interruptor A esta siempre encendido, la absorcion de corriente de entrada se produce tanto cuando el interruptor B esta encendido como cuando esta apagado. Esto puede aumentar la absorcion de corriente de entrada. Asi que a la mitad de la tension de entrada, en comparacion con el modo flyback, se absorbe la misma potencia desde la entrada. Esto amplia aun mas el intervalo de tension de entrada que puede absorber potencia de entrada, mientras que mantiene una frecuencia de conmutacion mas estrecha y con menos variacion de ciclos de trabajo en comparacion con los metodos convencionales.

Para ver el efecto de este metodo en la perdida de conmutacion, supongase que todas las bobinas y todos los interruptores no tienen resistencia parasita y que no hay otra fuente de perdida excepto las capacitancias parasitas y las perdidas de transicion de los interruptores. En el ejemplo mencionado anteriormente donde L1 = L2 = Lx, a la tension de entrada pico, donde se utiliza un modo buck, es suficiente solo un 50% de ciclo de trabajo en el interruptor A para alcanzar una Vo equivalente a 1/3 de la tension de entrada pico. Un MOSFET tipico capaz de conmutar a unos pocos cientos de voltios y capacidad de corriente de unos pocos amperios normalmente tiene tiempos de transicion de interruptor de alrededor de diez nanosegundos, y capacitancias parasitas de alrededor de cientos de picofaradios. Un calculo rapido de la perdida de conmutacion del interruptor seria: Psw = (V*I*(tRISE + tFALL)) / (2*T) donde Psw es la perdida de potencia del interruptor, V es la tension a traves del interruptor mientras el interruptor esta apagado, I es la corriente del interruptor, tRISE y tFALL son los tiempos de subida y de caida del interruptor, y T es el periodo de conmutacion. Si tRISE y tFALL son 10 ns, se puede querer limitar la frecuencia de conmutacion a alrededor de 1 MHz para mantener la perdida de transicion del interruptor a menos del 2% en cada interruptor activo (interruptor A y B). Supongamos que la tension de entrada es 300 V y la corriente de entrada es 1 A. Con un ciclo de trabajo del 50%, la potencia de entrada es 300*1*50% = 150 W. Con un 4% de perdida total (aproximadamente 2% en el interruptor A y 2% en el interruptor B), la eficiencia seria del 96% y se transfieren 144 W a la salida. Para una salida de tension ideal de 1/3 de 300 V (300/3 = 100 V), esto genera una salida de 1,44 A. En este escenario, se pierden 6 W en los interruptores A y B combinados. Ahora supongase una tension de entrada que sea 1/9 de la tension de entrada pico (300/9 = 33,33 voltios) y se selecciona el modo boost. Un ciclo de trabajo del 50% que encienda el interruptor B y el C genera 100 V a la salida. El camino de descarga del inductor es L1 y L2, de manera que la potencia total absorbida de la entrada es (33,33*2*50% + 33,33*1*50%) = 50 W. Esto se puede lograr a 333,33 KHz, por lo que la perdida de conmutacion total es insignificante, estando en torno al 1,33%. En este caso, se transfieren 49,33 W a la salida y se pierden 0,67 W en los interruptores B y C.

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En el ejemplo anterior de la invencion, la eficiencia minima era del 96% a la tension de entrada pico utilizando una bobina con corriente de saturacion de 1 A en ambos bobinados L1 y L2 en serie. Esto contrasta con un convertidor flyback de la tecnica anterior. Para conseguir el mismo nivel de rendimiento a baja tension a partir de un convertidor flyback de la tecnica anterior, se requiere un transformador de ratio 1 a 3. Con este ratio, una tension de entrada de 33,33 V y un ciclo de trabajo del 50% en los interruptores de entrada y salida generan 100 V a la salida y una eficiencia comparable. Ahora si la tension de entrada aumenta a 300 V, el ciclo de trabajo debe reducirse al 10% para generar 100 V a la salida con el mismo transformador 1 a 3 (300*3/1*(10%/90%) = 100 V). Esto significa que la perdida de conmutacion relativa aumenta en un factor de 5 (50% en esta invencion frente al 10% utilizando un convertidor flyback) y la absorcion de potencia de entrada se divide entre 5 (300V*1A*10% = 30 W).

En resumen, esto significa que en un convertidor flyback de la tecnica anterior a 300 V de tension de entrada, comparado con esta invencion, la absorcion total de potencia de entrada y, de manera subsecuente, la entrega de potencia de salida esta reducida en un factor de cinco (30 W en lugar de 150 W). Para compensar esta perdida en un convertidor flyback de la tecnica anterior, la unica opcion es aumentar la corriente de saturacion del inductor y la capacidad de almacenamiento del inductor 5 veces, aumentando la corriente de entrada del estado ON a 5 A y reduciendo la frecuencia de conmutacion en un ratio de 5 para compensar el aumento en Pin. Un aumento de inductancia y un aumento de corriente de saturacion de 5 veces significan aproximadamente un aumento de mas de 5 veces del tamano de la bobina. Como la corriente de entrada ha aumentado y la frecuencia de funcionamiento se ha reducido, para mantener la misma tension de rizado de entrada, los condensadores de entrada deben ser 5*5 = 25 veces mayores. Un aumento de la inductancia va acompanado de un aumento de la resistencia parasita del inductor.

Asi, en la tecnica anterior, se necesita aumentar el tamano de los componentes para compensar el ciclo de trabajo perdido. La invencion no tiene este problema porque solo hay pequenas variaciones en los ciclos de trabajo. En la practica, el ahorro de espacio de la invencion puede equivaler a mas de un orden de magnitud en comparacion con la tecnica anterior. La mayoria de los reguladores de conmutacion de alta tension mas recientes estan limitados a operaciones de conmutacion de alrededor de cien kilohercios debido a problemas de perdidas de conmutacion. La invencion es capaz de funcionar a una frecuencia de conmutacion de mas de 500 KHz en el caso de 150 W desde 300 V de entrada a 100 V de salida, y a mas de un 95% de eficiencia. Al mismo tiempo, el volumen total de componentes se reduce de 10 a 30 veces. Un condensador de entrada significativamente mas pequeno (25 veces mas pequeno en el ejemplo anterior) permite a un disenador utilizar condensadores de alta fiabilidad, tales como condensadores ceramicos en lugar de condensadores electroliticos ordinarios. Esto es muy importante en el diseno de fuentes de alimentacion de alta fiabilidad. La vida de un condensador electrolitico es normalmente de alrededor de un par de miles de horas a 105°C aproximadamente, mientras que los condensadores ceramicos pueden durar varias decadas en condiciones similares.

Observese que en cada configuracion el interruptor A esta en el camino de entrada y se puede utilizar para monitorizar las propiedades de la carga de entrada. El interruptor C esta siempre en el camino de salida y se puede utilizar para monitorizar las propiedades de la carga de salida. Esto es especialmente beneficioso cuando un disenador tiene la intencion de monitorizar el Factor de Potencia del sistema y ajustar la frecuencia de conmutacion o cambiar el ciclo de trabajo para mantener ciertas propiedades de la carga de entrada o de salida. Por ejemplo, la corriente de entrada se puede ajustar para imitar un comportamiento casi resistivo basandose en la tension de entrada para alcanzar un Factor de Potencia muy proximo a 1. Alternativamente, la corriente de entrada o la potencia de entrada total se pueden ajustar para un valor bastante constante. Un aumento en la corriente de entrada a tensiones de entrada mas bajas en comparacion con la resistencia de entrada equivalente efectiva genera una “resistencia negativa dinamica”, lo que significa que la impedancia equivalente de entrada se reduce a tensiones de entrada mas bajas. En un entorno domestico o industrial esto se puede utilizar para compensar la absorcion de corriente no lineal de otros dispositivos principales cargados en la linea de CA y aumentar la eficiencia de las lineas electricas de la red en algunos casos.

La Figura 1b es similar a la Figura 1a, pero el interruptor A y el inductor L1 han cambiado de posicion, con el interruptor A conectado directamente a la entrada, seguido por el inductor L1. La Figura 1c es similar a la Figura 1a, pero el interruptor C y el inductor L2 han cambiado de posicion, con el interruptor C conectado directamente a la salida siguiendo al inductor L2. La Figura 1d es similar a la Figura 1a, pero el interruptor A esta en la entrada y el interruptor C esta en la salida, con los inductores L1 y L2 compartiendo un cable comun.

La Figura 1e ilustra una configuracion donde el interruptor C y L2 estan en un camino de retorno de la salida. La Figura 1f es similar a la Figura 1e, pero el interruptor A y el inductor L1 han cambiado de posicion, con el interruptor A conectado directamente a la entrada, seguido por el inductor L1. La Figura 1g es similar a la Figura 1e, pero el interruptor C y el inductor L2 han cambiado de posicion, con el interruptor C conectado directamente a la salida. La Figura 1 h es similar a la Figura 1g, pero el interruptor A esta conectado directamente a la entrada.

La Figura 1 i es similar a la Figura 1 e, pero los interruptores A y C estan en el camino de retorno y los inductores L1 y L2 comparten un cable comun. La Figura 1j es similar a la Figura 1e, pero el interruptor A esta en el camino de retorno de la entrada y el inductor L2 esta en el camino de retorno de la salida.

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Las Figuras 2a-2d ilustran una implementacion de tres interruptores con al menos un interruptor pasivo (esto es, un interruptor que no esta controlado activamente, un diodo es un interruptor pasivo). La Figura 2a es igual que la Figura 1 a, pero el interruptor C es un diodo. La Figura 2b es igual que la Figura 1 e, pero el interruptor A es un diodo. En la Figura 2c, el interruptor C es un diodo y el inductor L2 esta en el camino de retorno de la salida. En la Figura 2d, el interruptor A es un diodo y el interruptor C esta en el camino de retorno de la salida.

Otra realizacion de la invencion utiliza cuatro interruptores. Una ventaja de esta configuracion es un control mas sencillo de los interruptores. Las Figuras 3a-3d ilustran varias realizaciones de cuatro interruptores de la invencion. La Figura 3a es una version ampliada de la configuracion de tres interruptores de la Figura 1a, donde se anade un interruptor D. La Figura 3b es similar a la Figura 3a, pero el interruptor C esta en la union entre los caminos de retorno de la entrada y la salida. La Figura 3c es similar a la Figura 3a, pero el inductor L2 esta en el camino de retorno de la salida. La Figura 3d es similar a la Figura 3b, pero el inductor L2 esta en el camino de retorno de la salida.

Las Figuras 4a-4e muestran versiones donde uno o dos de los interruptores controlados activamente estan sustituidos por diodos. La Figura 4a es igual que la Figura 3a, pero el interruptor D es un diodo. La Figura 4b es igual que la Figura 3a, pero el interruptor C es un diodo. La Figura 4c es igual que la Figura 3a, pero ambos interruptores C y D son diodos. La Figura 4d es igual que la Figura 3a, pero ambos interruptores A y D son diodos. La Figura 4e es la misma que la Figura 3a, pero el interruptor A es un diodo.

La Figura 4c es una version simplificada de la Figura 4a donde dos de los interruptores controlados activamente han sido sustituidos por diodos. En la figura 4c, cuando el interruptor B esta cerrado, el interruptor A puede alternar para actuar efectivamente como un convertidor flyback con una linea compartida. L1 actua como primario y L2 actua como secundario de un transformador.

Para los circuitos de las Figuras 4a-4e, cuando el interruptor B esta abierto, alternar el interruptor A da lugar a un convertidor buck. En esta condicion, la tension de salida es siempre menor que la tension de entrada. Cuando los interruptores A y C estan cerrados y Vi es mayor que Vo, pasa corriente positiva por L1, el interruptor A, C y L2. Como resultado, se almacena energia en L1 y L2. Cuando el interruptor A se abre, L2 y el interruptor D actuan como camino de conduccion y se transfiere energia a la salida.

En una configuracion diferente, el interruptor B esta cerrado y alternar el interruptor A da lugar a un convertidor flyback con una linea comun entre la entrada y la salida. En este estado, la tension de salida puede ser inferior o superior a la tension de entrada. Cuando el interruptor A esta cerrado y el interruptor C esta abierto, independientemente de la tension de salida, pasa corriente por L1, el interruptor A y el interruptor B. Como resultado, se almacena energia en L1. Cuando el interruptor A se abre, L2 y el interruptor D actuan como camino de conduccion y se transfiere energia a la salida.

En otra configuracion, el interruptor A esta encendido y el interruptor B se utiliza para alternar encendido y apagado. En este caso, el convertidor actua como un convertidor boost modificado. Cuando el interruptor B esta encendido y el interruptor C esta apagado, independientemente de la tension de salida, la corriente fluye a traves del interruptor A, B y L1. Asi, L1 almacena energia. Cuando el interruptor B se apaga y el interruptor C se enciende, la energia del inductor de L1 y L2 se aplica a la salida.

Se pueden utilizar otras combinaciones de alternancia de los interruptores A y B con ciclos de trabajo superpuestos para conseguir otros ratios de transferencia de tension o corriente. Esto permite diferentes ratios de transferencia de corriente o tension y otros comportamientos de conmutacion, incluyendo una topologia Split-pi equivalente.

Una ventaja de la invencion es el esquema de control simplificado para implementar funciones buck-boost. En todos los escenarios, el interruptor A esta siempre en el camino de la corriente de entrada alternando la corriente de entrada. En un escenario, el interruptor B puede actuar como “cambiador de modo” del ratio de transferencia para seleccionar entre los modos flyback y buck de conversion. Estos dos interruptores pueden funcionar en conjunto, o independientes entre si. El funcionamiento independiente de estos dos interruptores puede hacer el diseno de convertidores CC-CC y CA-CC de alta tension mucho mas facil. Por ejemplo, el interruptor A se puede activar dependiendo de su corriente, y el interruptor B se puede activar basandose en el nivel momentaneo de tension de entrada. Esto permite que el interruptor A funcione a alta frecuencia y tensiones muy altas, sin necesidad de ninguna comunicacion a otros interruptores. Disenar un camino de comunicacion de alta velocidad capaz de trabajar a altas diferencias de tension es un desafio, y un factor limitador importante para los convertidores CC-CC de alta tension conmutados. Como el interruptor A esta siempre en el camino de la corriente de entrada, se puede utilizar el mismo interruptor para monitorizar las propiedades de la carga de entrada y para hacer los ajustes necesarios para un Factor de Potencia deseado.

Una ventaja de la invencion son ratios mas amplios de transferencia arbitraria. Puesto que tanto L1 como L2 estan en el mismo nucleo, cuando la potencia de entrada pasa a traves tanto de L1 como de L2, la inductancia es significativamente mayor que L1, L2 o la suma de L1 y L2. Por ejemplo, cuando L1 = L2 = Lx, la inductancia efectiva es casi 4*Lx. Esto ayuda a reducir la corriente de rizado cuando el convertidor funciona en un modo buck. En los modos flyback o boost, solo L1 esta en el camino de conduccion de entrada, por lo que el interruptor de entrada A

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solo contempla L1, que es igual a Lx. Esta condicion es beneficiosa, especificamente para el modo flyback, que permite un funcionamiento de frecuencia mas alta. Una inductancia inferior eleva la corriente mas deprisa y se logra mas rapidamente el mismo nivel de energia almacenada dentro del material del nucleo del inductor. Normalmente se necesita el funcionamiento del modo flyback o boost cuando la tension de entrada es menor que la tension de salida, o cercana a la misma. Un funcionamiento de frecuencia mas alta se tolera mejor en aras de capacitancias parasitas funcionando a una tension menor. Las perdidas de transicion del interruptor son bajas a tensiones de entrada mas bajas. Durante el modo buck, la alta inductancia contemplada por el camino de entrada, generada por L1 y L2 en serie, ayuda a disminuir la corriente de rizado y reduce la capacitancia parasita y las perdidas de conmutacion. Con la seleccion de diferentes valores y proporciones de L1 y L2, pueden obtenerse ratios arbitrarios de tension y de transferencia de corriente muy amplios con un numero reducido de componentes, mientras que la perdida de conmutacion se puede mantener al minimo.

Se puede anadir un tercer inductor, L3, en el mismo nucleo para generar una salida aislada tanto en configuraciones de tres como de cuatro interruptores. Se requiere un nuevo interruptor o diodo controlado activamente para generar salida de CC en cada caso. Las Figuras 5a y 5b muestran ejemplos de un inductor aislado, L3. La figura 5a muestra el circuito de la figura 1a con un inductor adicional L3 y el interruptor D para generar una salida aislada. La figura 5b muestra una version de salida aislada de la figura 3a con la adicion del inductor L3 y el interruptor E. Esta configuracion tiene todas las ventajas de una version de dos inductores acoplados, junto con que tiene una salida de CC aislada.

Multiples etapas de este nuevo convertidor se pueden conectar en cadena a etapas similares u otras etapas estandar CC-CC para conseguir posibilidades ampliadas de conversion de potencia. Se pueden acoplar inductores individuales o acoplados, en etapas subsiguientes o etapas anteriores, al mismo nucleo que L1 y L2 (y L3 para la version aislada) o estar en nucleos distintos. Las Figuras 6a y 6b ilustran ejemplos de este enfoque multi-etapa. En la Figura 6a, cuando el interruptor B esta encendido, o cuando el interruptor D esta encendido, se generan diferentes caminos de retorno para el interruptor A. Cuando el interruptor A se cierra, la corriente puede pasar a traves de diferentes bobinados en el mismo nucleo, dependiendo del estado de otros interruptores, en este caso los interruptores B y D. Dependiendo de los valores L1, L2 y L3 y los ciclos de trabajo de los interruptores A a E, se puede generar un ratio diferente de transferencia de tension o corriente. La presencia de un nuevo inductor en el mismo nucleo, en este caso L3, proporciona posibilidades adicionales para ratios de transferencia arbitrarios sin forzar la frecuencia o los ciclos de trabajo a condiciones extremas. La Figura 6b muestra una version con (n) inductores en el mismo nucleo y un numero ampliado de interruptores para crear aun mas etapas conectadas en cadena.

Una aplicacion de este nuevo convertidor es accionar un diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en ingles). Una entrada de CA tiene una tension variable que varia de 0 a una tension positiva pico y luego regresa a cero, seguida de una tension negativa que alcanza un pico negativo y luego vuelve de nuevo a cero. Esto suele ocurrir 50 o 60 veces por segundo para las fuentes de potencia de CA convencionales en el uso comercial e industrial. Esta tension ampliamente variable hace que disenar un convertidor CA-CC de alta eficiencia sea un desafio. Los cables LED a veces tienen caidas de tension significativas a lo largo de los mismos. Para mantener un buen Factor de Potencia es necesario absorber potencia de la linea de CA en cada ciclo, lo mismo que una carga resistiva.

Un enfoque tipico para la conversion CA-CC es usar un puente de diodo para convertir la entrada de CA a una tension de CC rectificada, y luego utilizar esta tension de CC en la entrada de un convertidor CC-CC para generar la tension de salida adecuada. Cuando la tension de entrada es aproximadamente mayor que la caida de tension del cable LED, se requiere un regulador de bajada. Cuando la tension de entrada es aproximadamente mas baja que la caida de tension del cable LED, se requiere un regulador de subida. El convertidor descrito soporta funcionamientos de bajada y de subida.

Es deseable eliminar o reducir el efecto de parpadeo de la linea de CA creado por variaciones en la tension de CA. Un ejemplo comun de una luz parpadeante es una luz fluorescente. Las lamparas fluorescentes que funcionan con CA pueden generar el doble de la frecuencia de la linea de CA que las hace funcionar. En la luz LED que funciona con CA, normalmente un rectificador de puente de diodo genera una salida con un componente de frecuencia dominante de dos veces la frecuencia de la linea de CA. Por ejemplo, para una linea de 60 Hz de CA, un rectificador de puente de diodo genera una salida con una frecuencia dominante de 120 Hz. Si no hay almacenamiento de energia en el sistema, a medida que cambia la tension de la linea, la intensidad de la luz puede variar y generar un parpadeo de 120 Hz. Aunque los seres humanos no pueden ver a la luz parpadear a una frecuencia mayor de unos 50 Hertz, el sistema sensorial de algunos individuos puede de alguna manera detectar el parpadeo. Desde que la iluminacion fluorescente se introdujo en los lugares de trabajo, ha habido quejas acerca de dolores de cabeza, fatiga ocular y molestias oculares en general.

La presente invencion tiene la capacidad de implementar funcionamientos buck o boost. Esto acorta la duracion del tiempo en que no se absorbe potencia de la entrada. Esto reduce la cantidad de almacenamiento requerido para accionar un LED durante tensiones de entrada bajas momentaneas, conocidas como “periodo de transicion”. Otro enfoque utilizado en la presente invencion es accionar una carga de salida durante un periodo de transicion utilizando un condensador en serie o supercondensador con la carga. Una simple etapa boost o flyback se puede conectar a este condensador y puede utilizar su energia para accionar el LED cuando sea necesario.

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La Figura 7a muestra un cable LED 700 con condensador de almacenamiento en serie, Cs. La entrada de CA se aplica a un rectificador 702, que produce entrada de CC, que se aplica al convertidor CC-CC 704. La salida del convertidor CC-CC 704 se aplica al cable LED 700. El condensador Cs esta en serie con el cable LED 700 y almacena energia cuando la corriente pasa a traves del cable LED 700. Un controlador 706 esta conectado a los nodos de entrada y salida del condensador Cs. El controlador 706 implementa una conversion boost o flyback.

El controlador 706 puede estar disenado para utilizar la energia almacenada del condensador Cs durante un periodo de transicion para accionar el cable LED 700. Cuando la energia electrica recibida de la linea de CA es alta, se almacena energia y esta energia se utiliza para accionar el cable LED 700 cuando la energia recibida de la linea de CA es baja. A medida que aumenta la potencia desde el convertidor CC-CC 704, la corriente de salida carga el cable LED 700 y el condensador en serie Cs. La caida de tension del cable LED 700 combinada con la caida de tension del condensador Cs reduce la corriente generada por el convertidor CC-CC 704. La potencia momentanea es bastante constante y P = V*I; donde “P” es potencia momentanea, “V” es la tension de salida e “I” es la corriente de salida. Para un cierto paquete de energia liberado a la salida, un aumento de la caida de tension de salida reduce la corriente efectiva. La energia almacenada del condensador en serie Cs se puede calcular como 0,5*Cs*VA2. Utilizar esta energia para accionar el cable LED 700 reduce la caida de tension del condensador en serie, lo que subsecuentemente aumenta la corriente efectiva de salida de conmutacion CC-CC. Con un diseno adecuado, el valor de tension para este condensador en serie (o supercondensador) puede ser inferior, igual o superior a la caida de tension del cable LED 700. Este enfoque simplifica el diseno del sistema de almacenamiento requerido para la reduccion del parpadeo.

La Figura 7b muestra la misma etapa con la adicion de un componente resistivo, Rs. Rs es una resistencia de deteccion que puede estar en serie con el cable LED 700 y Cs. Rs es una resistencia muy baja para permitir la monitorizacion precisa de la corriente del cable LED y para mejorar la precision de la etapa de reduccion de parpadeo.

La Figura 8a ilustra un ejemplo de convertidor CA-CC que incorpora una realizacion de tres interruptores de la invencion. La entrada de CA se aplica al rectificador 800. Un controlador 802 modula la conmutacion de los interruptores A, B y C. Cuando la tension rectificada de CC del rectificador 800 es mayor que la salida de CC, el controlador 802 configura los interruptores A, B y C como sigue. El interruptor A es el interruptor de alternancia maestro y el interruptor C esta en el estado opuesto al interruptor A, mientras que el interruptor B esta apagado. Esto emula un modo buck. El interruptor A se enciende hasta que la corriente a traves de Rs alcanza una corriente de saturacion de L1 y L2 en serie, entonces el interruptor A se apaga y el interruptor C se enciende hasta que la corriente que pasa a traves de L2 llega a cero. Esto inicia el siguiente ciclo de actividad del interruptor A.

Cuando la tension rectificada de CC del puente rectificador 800 es menor que (L1/(L1+L2)*CCout), el controlador 802 configura el interruptor A para que este encendido, el interruptor B es el interruptor de alternancia maestro y el interruptor C es el inverso del interruptor B. Esto proporciona una conversion equivalente a la boost. El interruptor B se enciende hasta que la corriente en Rs alcanza la corriente de saturacion de L1, entonces se apaga hasta que la corriente que pasa por L1 y L2 en serie llega a cero.

Cuando la tension rectificada de CC del puente rectificador 800 esta entre (L1/(L1+L2)*CCout) y la CCout, el controlador 802 configura los interruptores como sigue. El interruptor A es el interruptor de alternancia maestro, el interruptor B esta encendido y el interruptor C esta en el estado inverso del interruptor A. Como se ha descrito anteriormente, emula una conversion flyback con una linea comun de entrada y salida. El interruptor A se enciende hasta que la corriente en Rs alcanza la corriente de saturacion L1, entonces se apaga hasta que la corriente que pasa por L2 llega a cero. En la Figura 8a, opcionalmente se anade el condensador Cout a la salida de CC para reducir la tension de rizado de salida. Un condensador de salida de este tipo tambien se puede utilizar con otras realizaciones de la invencion.

La Figura 8b ilustra un circuito similar con cuatro interruptores. El controlador 802 solo controla los interruptores A y B. El interruptor C y el interruptor D son diodos. Este controlador, como los otros controladores de la invencion, puede implementar tres modos: buck, flyback y boost.

Aquellos expertos en la tecnica apreciaran que el circuito relativamente simple de la invencion soporta modos de funcionamiento buck, flyback y boost con tan solo dos interruptores activos. Esto facilita menores costes de componentes, tamanos mas pequenos y facilidad de fabricacion. Ventajosamente, las transiciones del ciclo de trabajo entre modos de funcionamiento son relativamente pequenas, reduciendo asi las perdidas de potencia. Por ejemplo, un rango de tension de entrada de 36x (tension de entrada en el intervalo de Vsalida/6 a Vsalida*6) puede ser soportado por un intervalo de ciclos de trabajo que nunca caen por debajo del 25%. En un convertidor flyback con un ratio de 1 a 1, en el mismo rango de tension de entrada de 36x, el ciclo de trabajo baja hasta un 2,7%, lo que da lugar a grandes perdidas de potencia. Asi, la invencion proporciona una mejora de 9,25x en la eficiencia del ciclo de trabajo, en comparacion con un convertidor flyback de la tecnica anterior.

La invencion soporta una frecuencia de conmutacion con un periodo de 100*(tFALL + tRISE), mientras mantiene aun una eficiencia superior al 95% sobre un cambio de tension de entrada de 9x (por ejemplo Vsalida/3 a Vsalida*3). Para un interruptor tipico con un tiempo de caida y subida de 10 ns, esto puede equivaler a una velocidad de

conmutacion de 500 KHz. Ventajosamente, la configuracion del circuito de la invencion permite que se utilicen nucleos inductores tan pequenos como de 0,25 cc para convertir mas de 50 W.

Ademas de en accionadores de LED, esta invencion se puede utilizar en cualquier entorno con una tension que varie ampliamente, CA o CC. Ejemplos de tales aplicaciones son convertidores CA-CC o CC-CC para equipos de 5 telecomunicaciones que conducen potencia desde lineas ruidosas, dispositivos que funcionan con baterias, tales como ordenadores portatiles y dispositivos de mano, o fuentes de alimentacion en automocion, tren, barco, avion y otros vehiculos.

Otra aplicacion para esta invencion es cualquier fuente de alimentacion aislada CA-CC o CC-CC. Esto incluye, pero no se limita a, fuentes de alimentacion portatiles, fuentes de alimentacion de ordenadores portatiles y fuentes de 10 alimentacion de equipos de servidor.

La descripcion anterior, con propositos de explicacion, utilizo una nomenclatura especifica para proporcionar una comprension profunda de la invencion. Sin embargo, sera evidente para un experto en la tecnica que no se requieren detalles especificos para poner en practica la invencion. Asi, las descripciones anteriores de realizaciones especificas de la invencion estan presentadas con propositos de ilustracion y descripcion. No se pretende que sean 15 exhaustivas o que limiten la invencion a las formas precisas descritas; obviamente, son posibles muchas modificaciones y variaciones en vista de las ensenanzas anteriores. Las realizaciones se eligieron y describieron para explicar de la mejor manera los principios de la invencion y sus aplicaciones practicas, y permiten asi a otros expertos en la tecnica utilizar de la mejor manera la invencion y diversas realizaciones con diversas modificaciones, segun sean adecuadas para el uso particular contemplado. Se pretende que las siguientes reivindicaciones y sus 20 equivalentes definan el alcance de la invencion.

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   REIVINDICACIONES

   1. Un convertidor CC-CC que comprende:

   una entrada de CC (IN) que comprende un terminal de entrada positivo y un terminal de entrada negativo, una salida de CC (OUT) que comprende un terminal de salida positivo y un terminal de salida negativo, dos o mas inductores (L1, L2) acoplados a un nucleo comun; tres interruptores (A, B, C) que incluyen dos o mas interruptores activos,

   un controlador configurado para controlar el funcionamiento del convertidor CC-CC controlando los interruptores activos;

   una rama de entrada positiva, una rama de entrada negativa, una rama de salida positiva, una rama de salida negativa y una rama interna,

   y un nodo interno positivo y un nodo interno negativo;

   en donde: la rama de entrada positiva esta conectada entre el terminal de entrada positivo y el nodo interno positivo;

   la rama de entrada negativa esta conectada entre el terminal de entrada negativo y el nodo interno negativo;

   la rama interna esta conectada entre el nodo interno positivo y el nodo interno negativo;

   la rama de salida positiva esta conectada entre el nodo interno positivo y el terminal de salida positivo;

   la rama de salida negativa esta conectada entre el nodo interno negativo y el terminal de salida negativo;

   en donde: el primero de los al menos dos inductores acoplados (L1) esta situado en serie con la entrada de CC (IN), ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa;

   el segundo de los al menos dos inductores acoplados (L2) esta situado en serie con la salida de CC (OUT), ya sea en la rama de salida positiva o en la negativa;

   el primero de los al menos dos interruptores activos (A) esta situado en serie con la entrada de CC (IN), ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa,

   la rama interna consiste en el segundo de los al menos dos interruptores activos (B); y el tercer interruptor restante (C) esta situado en serie con la salida de CC (OUT), ya sea en la rama de salida positiva o en la rama de salida negativa;

   caracterizado por que, el controlador esta configurado ademas para seleccionar una topologia CC-CC entre un conjunto de mas de una topologias CC-CC posibles basandose en la tension de entrada de la entrada de CC (IN), controlando los al menos dos interruptores activos para que uno de los tres interruptores se vea forzado a conducir corriente permanentemente segun la topologia seleccionada, siempre que la topologia seleccionada no cambie, los dos interruptores restantes se vean forzados a conducir corriente alternativamente de manera complementaria de tal manera que el numero total de inductores que conducen corriente cambie alternativamente, y la conversion de potencia CC-CC se lleve a cabo segun la topologia seleccionada.
2. 2. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1 configurado para llevar a cabo conversion de potencia CC-CC segun un funcionamiento boost cuando el primer interruptor activo (A) esta permanentemente encendido.
3. 3. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1 configurado para llevar a cabo conversion de potencia CC-CC segun un funcionamiento buck cuando el tercer interruptor (C) se mantiene encendido, o cuando es un diodo y el controlador esta configurado para operar los otros dos interruptores activos (A, B) para encenderlos y apagarlos de manera complementaria.
4. 4. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1 configurado para llevar a cabo la conversion de potencia CC-CC segun un funcionamiento flyback cuando el segundo interruptor activo (B) esta permanentemente encendido.
5. 5. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1, en donde el tercer interruptor es un diodo (C).
6. 6. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1, en donde el controlador esta configurado para monitorizar propiedades de carga de entrada monitorizando propiedades electricas del interruptor de entrada.
7. 7. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1, en donde el controlador esta configurado para monitorizar propiedades de carga de salida monitorizando propiedades electricas de al menos un interruptor.

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8. 8. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1, salida.
9. 9. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 1, ciclos de trabajo de 25% o mas.
10. 10. Un convertidor CC-CC que comprende:

    una entrada de CC (IN) que comprende un terminal de entrada positivo y un terminal de entrada negativo, una salida de CC (OUT) que comprende un terminal de salida positivo y un terminal de salida negativo,

    dos o mas inductores (L1, L2) acoplados a un nucleo comun;

    cuatro interruptores (A, B, C, D) que incluyen dos o mas interruptores activos,

    y un controlador configurado para controlar el funcionamiento del convertidor CC-CC controlando los interruptores activos para seleccionar una topologia CC-CC entre un conjunto de mas de una topologias CC-CC posibles basandose en la tension de entrada de la entrada de CC (IN);

    una rama de entrada positiva, una rama de entrada negativa, una rama de salida positiva, una rama de salida negativa, una rama interna positiva, una rama interna negativa, una primera rama interna paralela y una segunda rama interna paralela

    y un primer nodo interno positivo, un segundo nodo interno positivo, un primer nodo interno negativo y un segundo nodo interno negativo;

    en donde: la rama de entrada positiva esta conectada entre el terminal de entrada positivo y el primer nodo interno positivo;

    la rama de entrada negativa esta conectada entre el terminal de entrada negativo y el primer nodo interno negativo;

    la primera rama interna paralela esta conectada entre el primer nodo interno positivo y el primer nodo interno negativo;

    la rama interna positiva esta conectada entre el primer nodo interno positivo y el segundo nodo interno positivo;

    la rama interna negativa esta conectada entre el primer nodo interno negativo y el segundo nodo interno negativo;

    la segunda rama interna paralela esta conectada entre el segundo nodo interno positivo y el segundo nodo interno negativo;

    la rama de salida positiva esta conectada entre el segundo nodo interno positivo y el terminal de salida positivo;

    y la rama de salida negativa esta conectada entre el segundo nodo interno negativo y el terminal de salida negativo;

    en donde: el primero de los al menos dos inductores acoplados (L1) esta situado en serie con la entrada de CC (IN), ya sea en la rama de entrada positiva o en la rama de entrada negativa;

    el segundo de los al menos dos inductores acoplados (L2) esta situado en serie con la salida de CC (OUT), ya sea en la rama de salida positiva o en la negativa;

    el primero de los al menos dos interruptores activos (A) esta situado en serie con la entrada de CC (IN), en la rama de entrada positiva;

    la primera rama interna paralela consiste en el segundo de los al menos dos interruptores activos (B); el tercer interruptor (C) esta situado o bien en la rama interna positiva o en la rama interna negativa; y la segunda rama interna paralela consiste en el cuarto interruptor (D);

    en donde, controlando los dos a cuatro interruptores activos, el controlador esta configurado para forzar permanentemente uno de los interruptores para que conduzca corriente permanentemente segun la topologia seleccionada, siempre y cuando la topologia seleccionada no cambie, de tal manera que:

    - el funcionamiento del convertidor CC-CC es segun un funcionamiento boost cuando el primer interruptor activo (A) es forzado a estar permanentemente encendido y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el segundo interruptor activo (B) y el tercer interruptor (C) conducen corriente alternativamente de manera complementaria;

    que comprende ademas un condensador ceramico en el nodo de en donde el controlador esta configurado para emplear solamente

    - el funcionamiento del convertidor CC-CC es segun un funcionamiento flyback cuando el segundo interruptor activo (B) es forzado a estar permanentemente encendido y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el primer interruptor activo (A) y el cuarto interruptor (D) conducen corriente alternativamente de manera complementaria;

    5 - el funcionamiento del convertidor CC-CC es segun un funcionamiento buck cuando el tercer interruptor (C) es un

    interruptor activo y es forzado a estar permanentemente encendido y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el primer interruptor activo (A) y el cuarto interruptor (D) conducen corriente alternativamente de manera complementaria o cuando el tercer interruptor es un diodo y los interruptores activos restantes son controlados de tal manera que el primer interruptor activo (A) y el cuarto interruptor (D) conducen 10 corriente alternativamente de manera complementaria.
11. 11. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 10, en donde al menos uno de los interruptores tercero y cuarto es un diodo (C, D).
12. 12. El convertidor CC-CC de la reivindicacion 10, en donde el controlador esta configurado para monitorizar propiedades de carga de entrada monitorizando propiedades electricas del interruptor de entrada.

    15 13. El convertidor de CC a CC de la reivindicacion 10, en donde el controlador esta configurado para monitorizar

    propiedades de carga de salida monitorizando propiedades electricas de al menos un interruptor.