ES2641990T3

ES2641990T3 - Sistema y método de control para un dispositivo de conmutación integrado en un convertidor electrónico y célula de conmutación que comprende dicho sistema

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Publication number: ES2641990T3
Application number: ES13818757.0T
Authority: ES
Inventors: Roberto GONZÁLEZ SENOSIÁIN; Julián Balda Belzunegui; Luis PÉREZ NICUESA
Original assignee: Ingeteam Power Technology SA
Current assignee: Ingeteam Power Technology SA
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2017-11-14
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: WO2015082727A1; EP3079245B1; AU2013407019A1; US9608620B2; US20160308525A1; EP3079245A1; BR112016012503B1; AU2013407019B2; BR112016012503A2

Abstract

La presente invención recoge un sistema y un método de control de un dispositivo de conmutación (1) integrado en un convertidor electrónico que tiene por objeto extender el rango de tensión de trabajo de los dispositivos de conmutación y, así, aumentar la potencia del convertidor electrónico CC/CA que acondiciona la energía producida por un sistema de generación de energía y la inyecta a la red eléctrica. Básicamente comprende una fuente de tensión (3), una capacidad (7), una primera resistencia de puerta (21) y una segunda resistencia de puerta (22), un primer circuito formado por una resistencia (6) en serie con un primer diodo (5), un segundo circuito formado por un segundo diodo (4) y un elemento de conexión (8) controlado por una unidad de control (12) que gobierna su apertura y cierre. Asimismo, también es objeto de la presente invención una célula de conmutación para un convertidor electrónico que comprende dicho sistema de control.

Description

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DESCRIPCION

“Sistema y método de control para un dispositivo de conmutación integrado en un convertidor electrónico y célula de conmutación que comprende dicho sistema” 5

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención tiene su principal campo de aplicación en la industria destinada al diseño de dispositivos

10 electrónicos y, más particularmente, a los concebidos dentro del sector de los sistemas de potencia para conversión de energía solar fotovoltaica. La invención también podría ser aplicable en otros campos como la generación eólica, generación de energía mediante células electroquímicas u otros dispositivos que proporcionen una energía continua.

Más concretamente, el objeto de la invención es extender el rango de tensión de trabajo en los dispositivos de

15 conmutación para conseguir aumentar la potencia del convertidor electrónico CC/CA que acondiciona la energía producida por los paneles fotovoltaicos y la inyecta a la red eléctrica mejorando el coste y aumentado la eficiencia de la instalación fotovoltaica.

20 ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Las instalaciones fotovoltaicas de conexión a red están formadas por un conjunto de paneles fotovoltaicos (también llamado generador fotovoltaico) y un convertidor electrónico CC/CA (de aquí en adelante convertidor), también denominado inversor, que acondiciona la energía producida por los paneles fotovoltaicos y la inyecta a la red

25 eléctrica, donde CC es corriente continua y CA corriente alterna.

En la fig. 1a se representa qué se entiende por tensión de continua Vcc de un convertidor para conexión a tensión alterna monofásica V CA del estado de la técnica. En la fig. 1 b se representa qué se entiende por tensión de continua en un convertidor para conexión alterna V CA trifásica del estado de la técnica. En el caso de que el

30 convertidor esté conectado directamente al panel fotovoltaico, la tensión de continua V cc y la tensión del panel fotovoltaico será la misma. En el caso de que el convertidor esté conectado al panel fotovoltaico mediante, por ejemplo, un convertidor CC/CC, la tensión de continua y la tensión del panel fotovoltaico serán distintas.

Así, se establece que el valor de la tensión de continua mínima queda determinada por la estructura de conversión

35 del convertidor utilizada y por el valor de la tensión de alterna (es decir, tensión de la red eléctrica en instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red).

Por otro lado, el valor de la tensión de continua máxima que el convertidor puede soportar queda determinada por las características de los componentes utilizados en el convertidor, siendo por lo general los elementos más críticos

40 el condensador utilizado para estabilizar la tensión de continua y los dispositivos de conmutación (p.ej. transistores y/o diodos).

Habitualmente los transistores utilizados en convertidores dependen de la topología del convertidor, de la tensión de continua y de la potencia del convertidor. Siendo los transistores más utilizados MOSFETs (transistor efecto de

45 campo metal-óxido semiconductor) e IGBTs (transistor bipolar de puerta aislada). Sin embargo, las tensiones de ruptura de estos dispositivos de conmutación no se adaptan a las necesidades concretas de cada convertidor, sino que siguen valores estándar tales como 600 V, 1200 V y 1700 V, por ejemplo.

Las instalaciones fotovoltaicas requieren convertidores con un amplio rango de tensión de continua que permita

50 trabajar en el rango comprendido entre la tensión del punto de máxima potencia (Vmpp) del generador fotovoltaico a máxima temperatura ambiente, y la tensión de circuito abierto (Voc) a mínima temperatura ambiente. El valor de estas tensiones dependerá de la configuración de paneles fotovoltaicos utilizada (número de paneles en serie), de la temperatura ambiente y de la tecnología de los mismos. En la figura 1 c se muestran dos curvas de potencia (W) tensión (V) de un generador fotovoltaico del estado de la técnica para una misma irradiancia y para distintos valores

55 de temperatura ambiente (P1 = 45ºC y P2 = -10ºC).

Por otro lado, la tendencia en el diseño de instalaciones fotovoltaicas es aumentar la tensión de continua con el fin de reducir las pérdidas por efecto Joule en el cableado de continua de la instalación fotovoltaica. No obstante, si se aumenta la tensión de continua hasta valores límites, se puede llegar a situaciones en las que los dispositivos de

60 conmutación del convertidor trabajen cerca de sus límites físicos (tensión de ruptura).

Además, al aumentar la tensión de continua, el convertidor puede conectarse a redes de mayor tensión, incrementando la potencia del convertidor, rentabilizando mejor el precio de la instalación fotovoltaica al conseguir entregar más potencia a la red con el mismo hardware.

65 En la actualidad, el límite de tensión de continua máxima de una instalación fotovoltaica típica está fijado en 1000 V debido a los niveles de aislamiento de los paneles fotovoltaicos. Estos niveles de tensión de continua podrían llegar a dañar los convertidores con dispositivos de conmutación tipo transistores de 1200 V con las técnicas de conmutación tradicionales, ya que las sobretensiones provocadas durante las conmutaciones de los transistores

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5 debidas a las inductancias parásitas (especialmente durante el apagado del transistor) podrían sobrepasar el límite de los 1200 V.

Según puede verse en la figura 2 del estado de la técnica, los convertidores están formados a partir de células elementales de conmutación, formadas por un condensador C de estabilización de la tensión de continua, dos

10 transistores T1 y T2 en serie y una inductancia de salida L conectada en el punto medio de unión de los transistores T1 y T2. Dicha figura 2 muestra también las inductancias parásitas L3 y L4 entre el condensador C y los transistores T1 y T2, y las inductancias parásitas L1 y L2 internas de los transistores T1 y T2, que dependen de la fabricación de los mismos.

15 Las inductancias parásitas L3 y L4 deberán ser reducidas lo máximo posible en la fase de diseño, pues durante el encendido y apagado de los transistores T1 y T2 las fuertes variaciones de corriente en dichas inductancias parásitas L3 y L4 provocan sobretensiones en los transistores T1 y T2.

Como es conocido, el estado de los transistores encendido / apagado se controla a través de la tensión puerta

20 emisor. El control de esta tensión se hace a través de una fuente de tensión controlada o driver D1 y D2 (en adelante, fuente de tensión) y una resistencia de puerta Rg1 y Rg2 conectada entre cada fuente de tensión D1 y D2 y la puerta G1 y G2 de cada transistor T1 y T2. En la Fig. 2 se representa además de la puerta G1 y G2, el emisor E1 y E2, así como el colector Cl1 y Cl2 de los transistores T1 y T2. La fuente de tensión es capaz de imponer a su salida niveles de tensión diferentes en función de una señal de control enviada desde, por ejemplo, la unidad de

25 control del convertidor. Un ejemplo de estado de la técnica de fuentes de tensión puede ser el hcpl-316j o hcpl-3120 de AVAGO, entre otros.

La dinámica de la tensión puerta -emisor fija la tasa de variación de corriente por el transistor (derivada de corriente) durante su encendido y apagado y, por tanto, las sobretensiones que aparecen en las inductancias parásitas. Así, a

30 menor valor óhmico de la resistencia de puerta, mayor derivada de corriente.

Además, hay una relación entre la dinámica de dicha tensión puerta-emisor y las pérdidas por conmutación en los transistores que se traduce en que, a mayor velocidad de encendido, menores pérdidas.

35 Las sobretensiones producidas por las variaciones de corriente en las inductancias parásitas durante el encendido y el apagado de los transistores son más críticas durante el apagado, donde se alcanzan derivadas de corriente superiores a las del encendido.

Una solución del estado de la técnica para reducir las sobretensiones en el apagado puede verse en la figura 3

40 (Semikron -Application Note AN 7003 Markus Hermwille) y consiste en utilizar diferentes resistencias de puerta (RGT1, RGT2) en el encendido y en el apagado. Sin embargo, esta solución cuenta con la desventaja de que las condiciones de trabajo son fijas y por lo tanto las pérdidas, si se quieren reducir mucho las sobretensiones, son grandes.

45 Otra alternativa utilizada para no trabajar con tensiones cercanas a las tensiones límites de los componentes del convertidor puede verse de forma esquemática en la figura 4a. Consiste en añadir elementos ajenos al convertidor que reduzcan la tensión de continua del generador fotovoltaico desde su tensión de circuito abierto Voc hasta un valor seguro, a partir del cual los dispositivos de conmutación del convertidor comienzan a funcionar. Así, por ejemplo, se puede consumir parte de la energía de los paneles fotovoltaicos en resistencias controladas (también

50 conocido como chopper).

Las soluciones anteriores presentan, sin embargo, varios inconvenientes. Uno de ellos es el aumento en el coste de la instalación fotovoltaica, y otro, que no permiten incrementar de manera progresiva la potencia de salida, como lo exigen ciertas normativas de red.

55 Así, otro método empleado en el estado de la técnica para no trabajar con tensiones cercanas a las tensiones límites de los componentes del convertidor es el mostrado en la figura 4b, que consiste en integrar entre el generador fotovoltaico y el convertidor un elemento de conmutación auxiliar o una fuente de alimentación lineal que reduce la tensión del generador fotovoltaico.

60 No obstante, aunque este tipo de soluciones pueden ser útiles en instalaciones de baja potencia, no lo son en instalaciones de media y alta potencia porque las pérdidas que se producen en el elemento de conmutación auxiliar son muy elevadas.

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Por último, otro método alternativo también conocido y muy extendido consiste en utilizar transistores de un rango de tensión superior. Sin embargo, estas soluciones presentan también inconvenientes como son el aumento de pérdidas del convertidor y un evidente incremento del coste económico.

5 Estos problemas aquí planteados para instalaciones fotovoltaicas también se presentan en otros sistemas de generación como, por ejemplo, sistemas eólicos del tipo representado en las figuras 5.1a, 5.1b y sistemas de almacenamiento del tipo representado en las figuras 5.2a, 5.2b, y 5.2c.

Más concretamente:

La figura 5.1a muestra una topología eólica formada por un generador eólico del tipo denominado "back-to-back" formado por dos convertidores, un primer convertidor lado máquina CA/CC y un segundo convertidor lado red CC/CA.

15 La figura 5.1b muestra la curva potencia -tensión del generador característica de un generador eólico. Normalmente, el punto de trabajo está en las tensiones que dan la máxima potencia (Vmpp), pero, bajo ciertas circunstancias, puede ser interesante trabajar con tensiones más elevadas (cercanas a la Voc).

La figura 5.2a muestra un sistema de almacenamiento formado por un conjunto de células electroquímicas que forman la batería (BAT) y un convertidor que puede ser CC/CA o CC/CC para conexión a tensión alterna monofásica del estado de la técnica.

La figura 5.2b muestra un sistema de almacenamiento formado por un conjunto de células electroquímicas que forman la batería (BAT) y un convertidor que puede ser CC/CA o CC/CC para conexión a tensión alterna trifásica

25 del estado de la técnica.

La figura 5.2c muestra un diagrama que muestra la evolución de la corriente (1) y la tensión (V) en diferentes estados de funcionamiento de la batería (descarga, carga con corriente constante, carga con tensión constante, flotación, ecualización). Como se puede observar, durante el estado de ecualización la tensión del conjunto de células electroquímicas que forman la batería (BAT) es más elevada que en los estados habituales de funcionamiento (descarga, carga con corriente constante, carga con tensión constante, flotación).

Por tanto, se hace necesario en el estado de la técnica un sistema de control para cualquier tipo de convertidor (CC/CC o CC/CA o CA/CC) que además cuente con dispositivos de conmutación que trabajen con tensiones de

35 continua cercanas a sus tensiones de ruptura. US5977814 and EP0817381 muestran otros circuitos de actuación que modifican el encendido / apagado de un transistor.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema y método propuestos en la presente invención resuelven los inconvenientes del estado de la técnica antes señalados pues permite modificar las condiciones de encendido y apagado de un dispositivo de conmutación de un convertidor electrónico, en adelante convertidor, por ejemplo, CC/CA o CC/CC o CA/CC, permitiendo al dispositivo de conmutación trabajar con tensiones más cercanas a su tensión de ruptura y ampliando la tensión de

45 continua máxima. Esta modificación se puede realizar de forma dinámica, es decir, el sistema se puede activar o desactivar en función del valor de la tensión de continua.

La invención consiste en un sistema y un método para controlar la derivada de corriente por un dispositivo de conmutación por medio de la tensión de puerta de los mismos, especialmente durante el apagado y así controlar las sobretensiones que aparecen en las inductancias parásitas.

Los elementos de un dispositivo de conmutación, tipo transistor de tres terminales son los siguientes: en el caso de un IGBT colector (C), puerta (G), emisor (E) y en el caso de un MOSFET drenador (O), puerta (G), surtidor (S). Por simplificar, de ahora en adelante se denomina emisor del dispositivo de conmutación, tanto al emisor, en caso de

55 utilizar IGBT, como al surtidor, en caso de utilizar MOSFET. Del mismo modo, de ahora en adelante se denomina colector del dispositivo de conmutación, tanto al colector, en caso de utilizar IGBT, como al drenador, en caso de utilizar MOSFET.

Los elementos que constituyen el sistema de control de la tensión de puerta del dispositivo de conmutación de la invención propuesta son los siguientes:

-Una fuente de tensión o driver. -Una capacidad. -Un primer circuito formado por una resistencia y un primer diodo.

65 -Un segundo circuito formado por un segundo diodo.

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-Un elemento de conexión controlado por una unidad de control que gobierna su apertura y cierre de forma que si el elemento de conexión está cerrado el sistema de la invención estará conectado y, si el elemento de conexión está abierto el sistema de la invención no estará conectado; y

-Al menos dos resistencias de puerta. 5 de forma que:

-la conexión positiva de la fuente de tensión se conecta a una primera resistencia de puerta; -a la puerta del dispositivo de conmutación se conecta una segunda resistencia de puerta, y 10 -las dos resistencias de puerta se conectan en un punto medio.

donde en dicho punto medio se conectan:

-El primer circuito formado por una resistencia en serie con un primer diodo, donde el ánodo del primer diodo 15 se une al punto medio y el cátodo del primer diodo se une a la resistencia. Al mismo tiempo, el otro extremo de la resistencia se une a un punto de enlace. -El segundo circuito formado por un segundo diodo, donde el cátodo del segundo diodo se une al punto medio y el ánodo del segundo diodo se une al punto de enlace.

20 y donde, además:

-El punto de enlace se une con la capacidad que a su vez está en serie con un extremo del elemento de conexión. El otro extremo del elemento de conexión se conecta a un punto común. El punto común tiene la conexión negativa de la fuente de tensión y el emisor del dispositivo de conmutación.

25 De esta forma, durante el encendido del dispositivo de conmutación con el elemento de conexión cerrado, la fuente de tensión aplica una tensión positiva a la puerta del dispositivo de conmutación. La tensión se aplica a través de las resistencias de puerta (primera resistencia de puerta y segunda resistencia de puerta), además, la capacidad se carga a través del primer circuito (formado por el primer diodo y la resistencia). El orden de magnitud de la

30 resistencia del primer circuito debe ser superior a la segunda resistencia de puerta para que el sistema de la invención no afecte a la dinámica del encendido del dispositivo de conmutación, es decir, para que la corriente circule hacia la puerta del dispositivo de conmutación. Las tensiones en la puerta del dispositivo de conmutación y en la capacidad serán iguales a las de la fuente de tensión. La resistencia del primer circuito tendrá un valor que permita cargar la capacidad para el tiempo de encendido más pequeño que se quiera conseguir en dispositivo de

35 conmutación.

Por otro lado, durante el apagado del dispositivo de conmutación con el elemento de conexión cerrado, la fuente de tensión aplica una tensión que descarga la capacidad a través del segundo diodo del segundo circuito y la primera resistencia de puerta. En este caso, la tensión de la puerta del dispositivo de conmutación ya no será la de la fuente

40 de tensión, sino que es la que fija la capacidad a través del segundo diodo y la segunda resistencia de puerta. De este modo se consigue controlar su dinámica mediante la primera resistencia de puerta y el valor de la capacidad, haciendo que el tiempo de apagado aumente con respecto a las soluciones existentes en el estado de la técnica.

Cuando el elemento de conexión está abierto, el encendido y apagado se realiza a través de la primera y segunda 45 resistencia de puerta. Por tanto, son dichas resistencias las que fijan los tiempos de encendido y apagado del dispositivo de conmutación.

Las órdenes de encendido y apagado del dispositivo de conmutación se consignan desde una unidad de control del convertidor a la fuente de tensión o driver. Además, la unidad de control del dispositivo de conexión puede ser 50 dependiente o independiente de la unidad de control del convertidor, o formar parte del mismo.

Así, el sistema de control antes descrito se integra en la célula elemental de conmutación formada por dos dispositivos de conmutación de forma que se añade uno de dichos sistemas por cada uno de los dispositivos de conmutación con los que cuenta dicha célula.

55 Por otro lado, se tiene que los dispositivos de conmutación presentan un retardo entre la orden de encendido y apagado que se aplica en su puerta y su estado real (encendido -apagado). En la célula elemental de conmutación, para encender un dispositivo, el otro dispositivo debe estar apagado, pues si no es así se producirá un cortocircuito. Por lo tanto, se debe dar orden de encendido de un dispositivo un tiempo después superior al retardo de apagado

60 del otro dispositivo. Este tiempo entre la orden de apagado de un dispositivo y la orden de encendido de otro dispositivo se denomina tiempo muerto. Cuando el sistema de la invención esté activo, el tiempo muerto deberá aumentarse para evitar que los dos dispositivos de conmutación estén encendidos a la vez, al ser la dinámica de apagado más lenta.

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La invención propuesta permite modificar las condiciones de encendido y apagado de los dispositivos de conmutación, a través del encendido y apagado del dispositivo de conexión por medio de la unidad de control, evitando pérdidas innecesarias en los dispositivos de conmutación cuando, por ejemplo, se trabaje a tensiones de continua alejadas de las tensiones de ruptura.

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DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las

10 características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Las figuras 1a y 1b: muestran figuras esquemáticas respectivas con ejemplos de conexión de un convertidor para 15 conexión a tensión alterna monofásica y alterna trifásica respectivamente.

La figura 1c muestra un diagrama en el que se reproducen dos curvas de potencia (W) -tensión (V) de un generador fotovoltaico para una misma irradiancia y para distintos valores de temperatura ambiente.

20 La figura 2 muestra el esquema electrónico de una célula de conmutación básica según el estado de la técnica, así como las inductancias parásitas del mismo.

La figura 3 muestra el esquema electrónico de una solución del estado de la técnica en la que se utilizan diferentes resistencias de puerta en el encendido y en el apagado.

25 La figura 4a muestra el esquema electrónico de otra solución del estado de la técnica en la que se incluyen resistencias controladas (también conocido como chopper).

La figura 4b muestra el esquema electrónico de otra solución del estado de la técnica en la que se incluye un 30 elemento de conmutación auxiliar.

Las figuras 5.1a y 5.1b muestran de forma esquemática el esquema de funcionamiento y gráfica de comportamiento de los sistemas de generación eólica.

35 Las figuras 5.2a, 5.2b, 5.2c muestran de forma esquemática el esquema de funcionamiento y gráfica de comportamiento de los sistemas de almacenamiento.

La figura 6 muestra de forma esquemática los elementos que constituyen el circuito de control de la tensión de puerta de un transistor según el estado de la técnica. 40 La figura 7 muestra el esquema electrónico de una posible realización práctica de la invención.

La figura 8 muestra el esquema electrónico de otro ejemplo de realización práctica de la invención.

45 La figura 9 muestra el esquema electrónico de otro ejemplo más de realización práctica de la invención.

La figura 10a muestra el esquema electrónico de un último ejemplo de realización práctica de la invención.

La figura 10b muestra el esquema electrónico de una variante del ejemplo de realización mostrado en la figura 10a.

50 La figura 11 muestra el esquema electrónico de una célula elemental de conmutación formada por dos transistores según la solución propuesta por la invención en la figura 7.

La figura 12 muestra, una gráfica en la que se representan los tiempos de encendido de cada transistor de una 55 célula elemental de conmutación, así como el tiempo muerto para cada fuente de tensión.

La figura 13 muestra de forma esquemática una posible configuración de la estructura de control del dispositivo de conmutación integrado en un convertidor de la invención.

60 EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En la figura 6 se muestra la estructura típica del estado de la técnica de un dispositivo de conmutación 1 y consta de una fuente de tensión o driver 3 y una resistencia 2 conectados en serie. 65

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Como ya se ha comentado, el sistema de la invención se dirige a una particular estructura de una célula elemental de conmutación con la que cuenta un convertidor electrónico (en adelante convertidor, por ejemplo, CC/CA o CC/CC

o CA/CC) de, por ejemplo, generadores fotovoltaicos, generadores o células electroquímicas y generadores eólicos,

entre otros. El objetivo es inyectar la energía eléctrica producida por los generadores a, por ejemplo, la red eléctrica, 5 de forma que se limiten las sobretensiones que soportan sus dispositivos de conmutación, por ejemplo, transistores.

Esto se consigue mediante el control de la derivada de corriente por el dispositivo de conmutación, tipo MOSFET o IGBT por medio de su tensión de puerta, especialmente durante el apagado.

Para ello, y según una realización preferente mostrada en la figura 7, se define el sistema de control de un dispositivo de conmutación 1 tipo transistor de tres terminales: en el caso de un IGBT colector C, puerta G, emisor E yen el caso de un MOSFET drenador O, puerta G, surtidor S. Por simplificar, de ahora en adelante se denomina emisor del dispositivo de conmutación, tanto al emisor, en caso de utilizar IGBT, como al surtidor, en caso de utilizar MOSFET. Del mismo modo, de ahora en adelante se denomina colector del dispositivo de conmutación, tanto al

15 colector, en caso de utilizar IGBT, como al drenador, en caso de utilizar MOSFET.

El sistema de control de la invención se integra en un convertidor y comprende:

-Una fuente de tensión o driver 3; -Una capacidad 7; -Un primer circuito formado por una resistencia 6 y un primer diodo 5; -Un segundo circuito formado por un segundo diodo 4; -Un elemento de conexión 8 controlado por una unidad de control 12 que gobierna su apertura y cierre de

forma que si el elemento de conexión 8 está cerrado el sistema de la invención estará conectado y, si el 25 elemento de conexión 8 está abierto el sistema de la invención no estará conectado; -el elemento de conexión puede ser de tipo MOSFET, transistor bipolar, interruptor, relé, entre otros; -Al menos una primera resistencia de puerta 21 y una segunda resistencia de puerta 22 conectadas en serie entre la conexión positiva de la fuente de tensión 3 y la puerta del dispositivo de conmutación 1.

de forma que:

-a la conexión positiva de la fuente de tensión 3 se conecta la primera resistencia de puerta 21; -a la puerta del dispositivo de conmutación 1 se conecta la segunda resistencia de puerta 22, y -las dos resistencias de puerta 21 y 22 se conectan en un punto medio a.

35 Donde en dicho punto medio a además se conectan:

-El primer circuito formado por una resistencia 6 en serie con un primer diodo 5, donde el ánodo del primer diodo 5 se une al punto medio a y el cátodo del primer diodo 5 se une a un extremo de la resistencia 6. Al mismo tiempo, el otro extremo de la resistencia 6 se une a un punto de enlace b.

-El segundo circuito formado por un segundo diodo 4, donde el cátodo del segundo diodo 4 se une al punto medio a y el ánodo del segundo diodo 4 se une al punto de enlace b.

y donde, además: 45

-El punto de enlace b se une con la capacidad 7 que a su vez está en serie con un extremo del elemento de conexión 8. El otro extremo del elemento de conexión 8 se conecta a un punto común del circuito c. El punto común c tiene la conexión negativa de la fuente de tensión 3 y el emisor del dispositivo de conmutación 1.

Otra posible realización práctica de la invención es la mostrada en la figura 8, en donde entre la fuente de tensión 3 y el punto medio a se añade un diodo en paralelo 9 con la primera resistencia de puerta 21, conectándose el ánodo del diodo en paralelo 9 a la conexión positiva de la fuente de tensión 3 y el cátodo del diodo en paralelo 9 a dicho punto medio a.

55 Con esta realización se consigue que durante el encendido del dispositivo de conmutación sólo participe la segunda resistencia de puerta 22 y ya no la primera resistencia de puerta 21. De este modo, aumenta el tiempo del encendido del dispositivo de conmutación.

En la figura 9, se muestra otra posible realización práctica en donde además del diodo en paralelo 9 de la realización preferida mostrada en la figura 8, se incluye un diodo Zener 10 en el segundo circuito (formado por el segundo diodo 4) de forma que dicho diodo Zener 10 se sitúa en serie con el segundo diodo 4 de modo que el ánodo del segundo diodo 4 se conecta al ánodo del diodo Zener 10, y el cátodo del diodo Zener 10 al punto de enlace b.

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Con esta realización práctica se consigue que la dinámica de apagado del dispositivo de conmutación sea más rápida, reduciendo así los tiempos muertos necesarios. La tensión de la puerta del dispositivo de conmutación ya no será la de la fuente de tensión, sino que es la que fija la capacidad a través del segundo diodo 9, la tensión del diodo

5 Zener 10 y la segunda resistencia de puerta 22.

Otra posible realización práctica mostrada en la figura 10a, que consiste en añadir a la realización de la figura 7 una etapa amplificadora 11 de clase B, como por ejemplo un dispositivo "push-pull" que permite aumentar la capacidad de corriente y, por lo tanto, utilizar un dispositivo de conmutación 1 de más potencia o varios dispositivos de 10 conmutación 1 en paralelo. Además, y tal y como puede verse en la referida figura 10a, se incluye un diodo Zener 10 en el segundo circuito formado por el segundo diodo 4 de forma que dicho diodo Zener 10 se sitúa en serie con el segundo diodo 4 de modo que el ánodo del segundo diodo 4 se conecta al ánodo del diodo Zener 10, y el cátodo del diodo Zener 10 al punto de enlace b. La etapa amplificadora 11 se conecta entre un primer punto medio e y un segundo punto medio d, estando el primer punto medio e definido por la unión del segundo circuito y la primera

15 resistencia de puerta 21 y, el segundo punto medio d, definido por el primer circuito y la segunda resistencia de puerta 22. La etapa amplificadora 11 de clase B también puede conectarse entre la segunda resistencia de puerta 22 y el punto medio a tal y como puede verse en la figura 10b.

Así, según lo anterior y a modo de ejemplo, en la figura 11 se muestra el esquema electrónico de una célula

20 elemental de conmutación según el sistema de la invención formada por dos sistemas de control T1 y T2 de sendos dispositivos de conmutación 101 y 102 según la realización preferente mostrada en la figura 7. Esta realización en una célula elemental de conmutación es también válida para las realizaciones preferentes mostradas en la figura 8, 9 y 10. Además, en dicha figura se observan un condensador de estabilización de la tensión de continua 13 y una inductancia de salida 14 conectada en el punto de unión de los dispositivos de conmutación 101 y 102.

25 Por otro lado, en la figura 12 se muestra una gráfica en la que se representan los tiempos de encendido de cada dispositivo de conmutación 101 y 102 ubicados respectivamente en los sistemas de control T1 y T2 del circuito de la figura 11 (tencendidoT1 y tencendidoT2 respectivamente) así como el tiempo muerto tmuerto para cada driver o fuente de tensión V301 y V302, donde V301 es la tensión aplicada a la puerta del dispositivo de conmutación superior T1 de la

30 célula de conmutación elemental y V302 es la tensión aplicada a la puerta del dispositivo de conmutación inferior T2 de la célula de conmutación elemental del circuito de dicha figura 11.

Por último, el sistema de la invención es susceptible de presentar unidades de control diferentes tanto para el convertidor como para la fuente de tensión 3. En una realización preferida la unidad de control del convertidor 132 y

35 la unidad de control de la fuente de tensión 133 son independientes entre sí. En una segunda realización preferida, la unidad de control del convertidor 132 integra la unidad de control de la fuente de tensión 133. En una tercera realización preferida, la unidad de control del convertidor 132 integra la unidad de control de la fuente de tensión 133 y la unidad de control 12 del elemento de conexión 8.

40 En la figura 13 se muestra una posible realización en la que ambas son independientes y la unidad de control del convertidor 132 gobierna tanto la unidad de control 133 de la fuente de tensión 3 como la unidad de control 12 del elemento de conexión 8.

Por todo lo anterior, la presente invención presenta un método eficaz y económico para controlar un dispositivo de

45 conmutación de un convertidor electrónico de forma que se minimice la sobretensión en el momento de la conmutación y permita utilizar de forma segura, por ejemplo, dispositivos de conmutación tipo transistores de 1200 voltios para aplicaciones de 1000 voltios.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Sistema de control para controlar un dispositivo de conmutación (1) integrado en un convertidor electrónico, que comprende: 5 -una fuente de tensión (3), -una capacidad (7); -al menos una primera resistencia de puerta (21) y una segunda resistencia de puerta (22); -un primer circuito formado por una resistencia (6) en serie con un primer diodo (5); -un segundo circuito formado por un segundo diodo (4); y 10 -un elemento de conexión (8) controlado por una unidad de control (12) que gobierna su apertura y cierre; donde: la primera resistencia de puerta (21) y la segunda resistencia de puerta (22) están conectadas en serie entre la conexión positiva de la fuente de tensión (3) y la puerta del dispositivo de conmutación 15 (1); la primera resistencia de puerta (21) y la segunda resistencia de puerta (22) se conectan en un punto medio (a); el ánodo del primer diodo (5) se une al punto medio (a) y su cátodo se une a la resistencia (6) a la vez que el otro extremo de la resistencia (6) se une a un punto de enlace (b); 20 el cátodo del segundo diodo (4) se une al punto medio (a) y su ánodo se une al punto de enlace (b); y

el punto de enlace (b) se une con la capacidad (7) que a su vez está en serie con un extremo del

elemento de conexión (8), estando el otro extremo de dicho elemento de conexión (8) conectado al

punto común del circuito (c) que se conecta a la conexión negativa de la fuente de tensión (3) y el

25 emisor del dispositivo de conmutación (1).
2. Sistema de control según la reivindicación 1, que comprende: un diodo (9) en paralelo con la primera resistencia de puerta (21), entre el positivo de la fuente de tensión (3) y el punto medio (a) donde su ánodo se conecta al positivo de la fuente de tensión (3) y su cátodo al punto medio (a).

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3. Sistema de control según la reivindicación 1 o 2, que comprende: un diodo Zener (10) en el segundo circuito, en serie con el segundo diodo (4) de forma que el ánodo de dicho segundo diodo (4) está conectado al ánodo del diodo Zener (10) y el cátodo del diodo Zener (10) conectado al punto de enlace (b).

35 4. Sistema de control según la reivindicación 3, que comprende: una etapa amplificadora (11) conectada entre un primer punto medio (e) y un segundo punto medio (d), estando el primer punto medio (e) definido por la unión del segundo circuito y la primera resistencia de puerta (21) y el segundo punto medio (d) definido por el primer circuito y la segunda resistencia de puerta (22).

40 5. Sistema de control según la reivindicación 3, que comprende: una etapa amplificadora (11) conectada entre el punto medio (a) y la segunda resistencia de puerta (22).
6. Sistema de control según la reivindicación 4 o 5, en donde la etapa amplificadora (11) es de clase B.

45 7. Sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una unidad de control (133) de la fuente de tensión y una unidad de control (132) del convertidor independientes entre sí.
8. Sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la unidad de control (132) del

convertidor integra la unidad de control (133) de la fuente de tensión. 50
9.

Sistema de control según la reivindicación 8, en donde la unidad de control (132) del convertidor integra la unidad de control (133) de la fuente de tensión y la unidad de control (12) del elemento de conexión.
10.

Célula de conmutación para un convertidor electrónico que comprende un condensador para estabilizar la

55 tensión de continua (13), dos sistemas de control (T1, T2) para unos dispositivos de conmutación (101, 102) en serie y una inductancia de salida (14) conectada en el punto de unión de los dispositivos de conmutación (101, 102), caracterizada porque para cada uno de los dispositivos de conmutación (101, 102) comprende el sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 de forma que se controla el tiempo entre el apagado de un dispositivo de conmutación (101) y el encendido del otro

60 dispositivo de conmutación (102).
11.

Instalación fotovoltaica caracterizada porque comprende una célula de conmutación para un convertidor electrónico CC/CA según la reivindicación 10.
12.

Método de control para un dispositivo de conmutación (1) integrado en un convertidor electrónico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 que consiste en controlar la derivada de corriente a través de dicho dispositivo de conmutación (1) por medio de su tensión de puerta, caracterizado porque comprende:

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- encender el dispositivo de conmutación (1) con el elemento de conexión (8) cerrado para que la

5 fuente de tensión (3) aplique una tensión positiva a la puerta del dispositivo de conmutación (1) a través de la primera resistencia de puerta (21) y la segunda resistencia de puerta (22) y la capacidad (7) se cargue a través del primer circuito;

- apagar el dispositivo de conmutación (1) con el elemento de conexión (8) cerrado para que la fuente de tensión (3) aplique una tensión que descargue la capacidad (7) a través del segundo 10 circuito y la primera resistencia de puerta (21), -provocar que la tensión de la puerta del dispositivo de conmutación (1) sea la que fija la capacidad

(7) a través del segundo diodo (4) y la segunda resistencia de puerta (22) para controlar su dinámica mediante la primera resistencia de puerta y el valor de la capacidad; o -apagar o encender el dispositivo de conmutación (1) con el elemento de conexión (8) abierto para

15 controlar el encendido y apagado a través de la primera resistencia de puerta (21) y la segunda resistencia de puerta (22).
13. Método de control según la reivindicación 12, que comprende conectar una unidad de control (133) de la fuente

de tensión y una unidad de control (132) del convertidor. 20
14. Método de control según la reivindicación 13, en donde las órdenes de encendido y apagado del dispositivo de conmutación (1) se consignan desde la unidad de control (132) del convertidor a la fuente de tensión (3).
15. Método de control según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en donde a partir de un nivel de tensión de 25 continua determinado se cierra el elemento de conexión (8) mediante la unidad de control (12).

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Estado de la técnica

Fig. 1a

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Estado de la técnica

Fig. 1b

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Estado de la técnica

Fig. 1c

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Estado de la técnica

Fig. 2

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Estado de la técnica

Fig. 3

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Estado de la técnica

Fig. 4a

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Estado de la técnica

Fig. 4b

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Fig. 5.1a

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Fig. 5.1b

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Fig. 5.2a

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Fig. 5.2b

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Fig. 5.2c