WO2020128122A1 - Convertidor dc/dc en "l" - Google Patents

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David SALVO LILLO
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Definitions

  • the present invention relates to new topologies of a DC / DC converter circuit in L.
  • the technical field of the invention falls within the field of voltage conversion and especially in the conversion of high voltages with high currents as it happens in power converters, motor controllers and solar and wind power generation systems.
  • Boost or “booster” converters are known, which are a type of DC / DC converter in which a higher direct voltage than the direct input voltage is obtained at the converter output.
  • Buck or “reducers” converters are known, which are a type of DC / DC converter in which a direct voltage lower than the direct voltage at its input is obtained at the converter output.
  • the DC / DC converter is a type of switched power supply that contains switching elements (diodes and / or transistors) and elements for storing energy (capacitors and / or coils). In high voltage and / or high current applications, as occurs in power converters, capacitors are the limitation of the converter circuit since they are the components that must withstand higher voltage and must therefore be dimensioned for this purpose.
  • an L / DC converter is proposed, the particularity of which is that the output capacitor is not subjected to the output voltage exclusively, but rather to the output voltage minus the input voltage, which in the case of converters type "boost" or “risers", the input voltage is lower than the output voltage.
  • Yet another advantage is that unlike state-of-the-art converters Technique where there is only one capacitor subjected to the output voltage, in the present invention there are at least two capacitors, one capacitor subjected to the input voltage and another capacitor subjected to the output voltage minus the input voltage.
  • an "L" DC / DC Converter (simple) comprising: a first coil (L1); a first capacitor (C1) in series with a third capacitor (C3), where the first capacitor (C1) is configured to be connected to a first voltage (V1) and where the first capacitor (C1) in series with the third capacitor ( C3) are configured to be connected to a second voltage (V2); and, a first transistor (Q1) connected in series with a third transistor (Q3) and configured to be connected to the second voltage (V2).
  • the DC / DC converter in "L” can work in Boost type, for which the third transistor (03) works as a diode (D3), the first voltage (V1) is an input voltage and the second voltage ( V2) is an output voltage, where the second voltage (V2) is greater than the first voltage (V1).
  • a Bidirectional Dual L / DC Converter which additionally comprises: a second capacitor (C2), a fourth capacitor (C4), a second transistor (02), a fourth transistor (04 ) and a second coil (L2); such that: the third capacitor (C3), the first capacitor (C1), the second capacitor (C2) and the fourth capacitor (C4) are connected in series (C3-C1-C2-C4) and are configured to be connected to the second voltage (V2) and the first capacitor (C1) in series with the second capacitor (C2) (C1-C2) are configured to be connected to the first voltage (V1); and, the first transistor (01) and the second transistor (02) are connected in series and connect with the first voltage through the first coil (L1) and the second coil (L2), respectively, and with the second voltage (V2) by means of the third transistor (03) and the fourth transistor (04), respectively, the interconnection point (A ') being between the first transistor (01) and the second transistor (02) connected to the interconnection point (A) between
  • the third transistor (Q3) and the fourth transistor (Q4) operate as diodes (D3, D4) in reverse bias
  • the first voltage (V1) is an input voltage
  • the second voltage (V2) is an output voltage
  • the second voltage (V2) is greater than the first voltage (V1).
  • the first transistor (Q1) and the second transistor (Q2) work as diodes (D1, D2) in reverse bias
  • the first voltage (V1) is an output voltage
  • the second voltage (V2) is an input voltage
  • the second voltage (V2) is greater than the first voltage (V1).
  • an Interleaved Bidirectional Dual L / DC Converter which additionally comprises "n" levels where each level “i” is comprised between 1 and n, and where each level “i” comprises: a i-third transistor (Qi.3), a ⁇ -first transistor (Qi.1), an i-second transistor (Qi.2) and an i-fourth transistor (Qi.4) connected in series, and an i- first coil (Li.1) and an i-second coil (Li.2); such that the i-first transistor (Qi.1) and the i-second transistor (Qi.2) are connected in series and connect to the first voltage (V1) through the i-first coil (Li.1) and the i-second coil (Li.2), respectively, and with the second voltage (V2) by means of the i-third transistor (Qi.3) and the i-fourth transistor (Qi.4), respectively, the point of interconnection (B, C, D) between the i-first transistor
  • the third transistor (Q3), the fourth transistor (Q4), the i-third transistor (Qi.3), the i-fourth transistor ( Qi.4) work as diodes (D3, D4, Di.3, Di.4) in reverse bias, the first voltage (V1) is an input voltage and the second voltage (V2) is an output voltage, where the second voltage (V2) is greater than the first voltage (V1).
  • the first transistor (Q1), the second transistor (Q2), the i-first transistor (Qi.1) and the i-second transistor ( Qi.2) work as diodes (D1, D2, Di.1, Di.2) in reverse bias
  • the first voltage (V1) is an output voltage
  • the second voltage (V2) is an input voltage, where the second voltage (V2) is greater than the first voltage (V1).
  • a Total Interleaved Bidirectional Dual L / DC Converter which additionally comprises switches (P1, P2, P3, P4) to connect an input and an output of the circuit with the first voltage ( V1) and with the second voltage (V2) interchangeably.
  • Figure 1. Shows an embodiment of the DC / DC converter circuit in L according to the present invention.
  • Figure 2. Shows the DC / DC converter circuit in L of Figure 1 with the transistor in driving state.
  • Figure 3. Shows the DC / DC converter circuit in L of Figure 1 with the transistor in the cut-off state.
  • FIGS 4A and 4B.- Shows a simulation of the DC / DC converter circuit in L of Figure 1 where the currents in the circuit components are shown.
  • Figure 5. Shows a simulation of the L / DC converter circuit in Figure 1 where the voltages in the circuit components are shown.
  • Figure 7A, 7B and 7C.- show a simulation of the Dual DC / DC converter circuit of Figure 6 where the currents in the circuit components are shown.
  • Figure 8. Shows a simulation of the Dual DC / DC converter circuit in Figure 6 where the voltages in the circuit components are shown.
  • FIG. 9 Shows an embodiment of the Bidirectional Dual DC L / DC Converter circuit according to the present invention.
  • Figure 10. Shows the Bidirectional Dual DC / DC L-Converter circuit of Figure 9 operating in buck mode.
  • Figure 11A and 11 B.- Show a simulation of the Bidirectional Dual L / DC Converter in Figure 9 where the currents in the circuit components are shown.
  • Figure 12. Shows a simulation of the Bidirectional Dual L / DC Converter in Figure 9 where the voltages in the circuit components are shown.
  • Figures 14A to 14D and 16A to 16D.- They show a simulation of the Interlaced Bidirectional Dual L / DC Converter for n 3 levels in Figure 13 where the currents in the circuit components are shown.
  • Figure 17. Shows an embodiment of the Total Bidirectional Dual DC L / DC Converter circuit according to the present invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the DC / DC converter circuit in L (1).
  • the DC / DC converter circuit in L is composed of input capacitor C1, output capacitor C3, coil L1, diode D3 and transistor Q1 in the configuration shown in Figure 1.
  • diode D3 can be replaced by a Q3 transistor making it work as a diode.
  • the DC / DC converter in L according to the configuration shown in Figure 1, has its input connected to an input voltage V1 and an output connected to the LD load subjected to the output voltage V2.
  • the L / DC / DC converter comprises:
  • the input capacitor C1 is subjected to the input voltage V1.
  • the input capacitor C1 in series with the output capacitor C3 are subjected to the output voltage V2, and the diode D3 in series with the transistor Q1 are also subjected to the output voltage V2. Therefore, the output capacitor C3 is advantageously subjected to the output voltage V2 minus the input voltage V1.
  • the L / DC converter shown in Figure 1 works as a Boost converter, with the advantage that the output capacitor C3 supports a voltage lower than the total output voltage V2, as a consequence of having the constant supply of the voltage V1 input.
  • V2 V_C3 + V1 Eq. 1
  • V2 / V1 1 / (1-Dboost) Eq. 2 where Dboost is a value between 0 and 1, inclusive.
  • V2 / V_C3 1 / Dboost Ec. 4
  • the average value of the voltage supported by transistor Q1 is the input voltage V1, minus the possible conduction losses that may occur in the input circuit.
  • the value of the average voltage supported by diode D3 is the output capacitor voltage, V_C3.
  • the voltage peak supported by both transistor Q1 and diode D3 is the value of the output voltage V2.
  • transistor Q1 is on, shorting coil L1 with the input source, charging coil L1. Meanwhile, the capacitor C3 is discharged on the LD load, that is, the output of the DC / DC converter circuit in L. In this first state, the circuit would be as shown in Figure 2.
  • Figure 4A shows the currents in coil L1, diode D3, and transistor Q1.
  • Figure 4B shows the currents at the input capacitor C1, the output capacitor C3 and at the LD load. All currents shown in Figures 4A and 4B correspond to a value for the "Dboost" duty cycle of 0.5 (50%).
  • Figure 5 shows the input voltage V1, the output voltage V2 and the voltage at the output capacitor V_C3, with a value for the “Dboost” duty cycle of 0.5 (50%).
  • Figure 5 shows that for an input voltage V1 of 400 volts, V2 is 800 volts and V_C3 is 400 Volts.
  • the same L-converter with a “Dboost” duty cycle value of 0.25 (25%) and a Vin input voltage of 400V would have Vout of 533, 3V and a V (C 0 UT) of 133, 3 V.
  • the same DC / DC to L converter with a “Dboost” duty cycle value of 0.75 (75%) and an input voltage V1 of 400V would have V2 of 1600V and a V_C3 of 1200V.
  • An embodiment of the dual or split L-DC / DC converter circuit is shown in Figure 6.
  • the dual DC / DC to L converter circuit is based on the DC / DC to L converter circuit since the dual DC / DC to L converter circuit comprises two mirror-connected DC / DC to L converter circuits. In this way, both the input and output capacitors are able to withstand even less voltage in the dual L topology (fig. 6) compared to the L topology (fig. 1).
  • the dual L / DC converter circuit is comprised of four C1-C4 capacitors, two L1-L2 coils, two D3-D4 diodes, and two Q1-Q2 transistors in the configuration shown in Figure 6.
  • the two diodes D3-D4 can be replaced by two transistors working as diodes, so that in this case the topology it would be bidirectional.
  • the dual L / DC converter (fig. 6 - 2), according to the configuration shown in Figure 6, comprises: capacitor C3, capacitor C1, capacitor C2 and capacitor C4 connected in series, where the four capacitors (C3-C1-C2-C4) are configured to be connected to the output voltage V2 and the two central capacitors C1 and C2 are configured to be connected to the input voltage V1; the transistor Q1 connected in series with the transistor Q2 that connect with the input voltage V1 through two coils (L1-L2) and with the output potential V2 through two diodes (D3-D4) in reverse bias, the point of interconnection being (A ') between the transistors (Q1-Q2) connected to the interconnection point (A) between the two central capacitors (C1-C2).
  • V2 V_C3 + V_C4 + V1
  • the input voltage V1 is no longer supported by a single capacitor, but is divided between the input capacitors (C1-C2), each supporting half the voltage, unlike the Converter in L, which had to withstand all input voltage. So:
  • FIG. 7A-7C show currents and Figure 8 voltages from a simulation of the dual L converter.
  • Figure 7A shows the currents in coils L1 and L2, as well as in the LD load.
  • Figure 7B shows the currents in diodes D3 and D4 as well as in transistors Q1-Q2.
  • Figure 7C shows the currents in input capacitors C1 and C2 and also in output capacitors C3 and C4.
  • Figure 8 shows the input voltage V1, the output voltage V2 and the voltages at the input capacitors V_C1, V_C2 and at the output capacitors V_C3, V_C4, with a value for the "Dboost" duty cycle of 0, 5 (50%).
  • Figure 8 shows that for an input voltage V1 of 400 volts, the output voltage V2 is 800 volts and the voltage at the input and output capacitors V_C1, V_C2, V_C3, V_C4 is 200 Volts.
  • the same dual L converter with a “Dboost” duty cycle value of 0.25 (25%) and an input voltage V1 of 400V would have an output voltage V2 of 533, 3V and a voltage across the capacitors input (V_C1, V_C2) that is maintained at 200V and a voltage at the output capacitors of 66.67V. That is, the voltages of the input capacitors in the dual L-converter is half that of the L-converter, regardless of the duty cycle.
  • the L and dual L converters shown in Figures 1 and 6 respectively are “boost” or “riser” type converters.
  • “bidirectional” converters will be shown, that is, they can behave as “boost” (elevators) or as “buck” (reducers).
  • the bi-directional dual L-converter is shown in Figure 9.
  • the bidirectional dual L / DC converter comprises: four C3-C1-C2-C4 capacitors, where the four C3- C1-C2-C4 capacitors are configured to be connected to the voltage output V2 and the two central capacitors C1-C2 are configured to be connected to the input voltage V1; and, four transistors in series Q3-Q1-Q2-Q4, which are connected to the output voltage V2 and where the central transistors Q1-Q2 are connected to the input voltage V1 by means of two respective coils L1-L2, the interconnection point (A ') between the central transistors Q1-Q2 being connected to the point of interconnection (A) between the two central capacitors C1-C2.
  • the configuration of the Bidirectional Dual L-DC / DC converter is equivalent to the configuration of the Dual L-DC / DC converter where the diodes D3-D4 are replaced by two Q3-Q4 transistors.
  • the bidirectional dual L / DC converter When more voltage is required at output V2 than at input V1, the bidirectional dual L / DC converter will operate in Boost mode, behaving identically to the Dual L / DC / DC Converter ( Figures 6 to 8). To do this, transistors Q3 and Q4 will always be kept open (driving by diode D3-D4), and transistors Q1 and Q2 will be switched.
  • V2 V_C3 + V_C4 + V1
  • Figures 11A-11 B and 12 show currents and voltages from a simulation of the Bidirectional Dual L / DC Converter operating in Buck mode.
  • Figure 11A shows the currents at input “R_V1” (equivalent to placing a resistor R in V1 subjected to voltage V1), in coils L1 and L2, and in transistors Q3 and Q1.
  • Figure 11 B shows the currents in capacitors C1, C2, C3 and C4. It can be seen that the behavior is the same as the Dual L-converter, but in Buck operating mode.
  • the current in the coils in the Buck mode of operation (Figure 11A) has the opposite direction to the currents in the Boost mode of operation ( Figure 7A).
  • Figure 12 shows the voltage V1 and the voltage V2 and the voltages in the capacitors V_C1, V_C2, V_C3, V_C4, with a value for the "Dboost" duty cycle of 0.5 (50%).
  • Figure 12 shows that for an input voltage V2 of 800 volts, the output voltage V1 is 400 volts and the voltage at the input and output capacitors (V_C1, V_C2, V_C3, V_C4) is 200 Volts.
  • the same bi-directional dual L-converter in Buck mode with a “Dboost” duty cycle value of 0.75 (75%) and an input voltage of V2 of 800V would have an output voltage of V1 of 600V and a voltage of at the input capacitors (V_C3, V_C4) of 100V and a voltage at the output capacitors (V_C1, V_C2) of 300V. Therefore, it can be said that the bidirectionality of the Dual Bidirectional L-converter lies in the ability to increase voltage in V2 from V1, and to lower voltage in V1 from V2.
  • Figure 13 shows the Bidirectional Dual L-shaped DC / DC Converter “n” level interlacing or simply “Interlacing” (fig.13 - 4).
  • the “n” level Interleaved Bidirectional Dual L / DC Converter according to the configuration shown in Figure 13, comprises: the four capacitors C3, C1, C2 and C4 connected in series, where the four capacitors (C3-C1- C2-C4) are configured to be connected to voltage V2 and the two central capacitors (C1-C2) are configured to be connected to voltage V1.
  • the voltage V1 is the input voltage and V2 is the output voltage in Boost mode, and vice versa in Buck mode.
  • the “n” level Interleaved Dual Bidirectional DC / DC Converter additionally comprises “n” levels, where each level “i” is a natural number between “1” and “n” and where each level “i” is formed by four transistors in series (Qi3-Qi1-Qi2-Qi4), which are connected to the voltage V2 and where the central transistors (Qi1-Qi2) are connected with the voltage V1 by means of two coils (U.1-U.2), the point of interconnection (B, B ', B ", B'") being between the central transistors (Qi1, Qi2) connected to the interconnection point (A, A ', A ", A'") between the two central capacitors (C1, C2).
  • Offset (360 °) / (n ° levels)
  • Figure 14A shows the currents in coils L1.1, L2.1 and Ln.1.
  • Figure 14B shows the currents in transistors Q1.3, Q2.3 and Qn.3.
  • Figure 14C shows the currents in transistors Q1.1, Q2.1 and Qn.1.
  • Figure 14D shows the currents in the output capacitor C3 and the input capacitor C1 as well as the current in the load (a load resistor that would be subjected to the voltage V2 is placed in V2). You can see how the average value in the coils is 1/3 with respect to the Bidirectional Dual L / DC Converter, in addition to the current being out of phase. If the current ripple in the load is analyzed, it is 0.22%, while in the same non-interlaced converter it would be 1.95%.
  • Figure 15 shows the voltage V1 and the voltage V2 and the voltages on the capacitors (V_C1, V_C2, V_C3, V_C4), with a value for the "Dboost" duty cycle of 0.5 (50%).
  • Figure 15 shows that for an input voltage V1 of 400 volts, the output voltage V2 is 800 volts and the voltage at the input and output capacitors (V_C1, V_C2, V_C3, V_C4) is 200 Volts.
  • Figure 16D it can be seen how the currents in the capacitors behave the same as in the dual topologies, maintaining the advantage of these in addition to adding the advantage of interlacing:
  • the Total Bidirectional Dual DC / DC L-Converter is shown in Figure 17.
  • the Total Bidirectional Dual L / DC / DC Converter comprises: four series capacitors (C3-C1 -C2-C4), where the four capacitors (C3-C1-C2-C4) are configured to be connected to voltage V2 through switches P3-P4 or to voltage V1 through switches P1-P2, and the two central capacitors (C1-C2) are configured to be connected to the same voltages (V1, V2) in the opposite way (V2-V1) by means of the switches P1, P2, P3 and P4; in this way if the four capacitors (C3-C1-C2-C4) in series are connected to V2, the two central capacitors (C1, C2) are connected to V1 and vice versa.
  • the Total Bidirectional Dual L / DC Converter comprises four series transistors (Q3-Q1-Q2-Q4), which are connected to the same voltage as the four series capacitors (C3-C1-C2-C4) and where the central transistors (Q1-Q2) are connected to the same voltage as the two central capacitors (C1, C2) by means of two respective coils (L1-L2), the point of interconnection (A ') being between the central transistors ( Q1-Q2) connected to the interconnection point (A) between the two central capacitors.
  • this Total Bidirectional Dual L / DC Converter topology It allows total bidirectionality, thanks to the ability to change the input for the output, and always work in a single operating mode. Being able to raise and lower tension in either direction.
  • this topology can be extended to a Total Interleaved Bidirectional Dual L / DC Converter, where the advantage of an interlaced converter would be obtained together with the total bidirectionality of the converter.
  • the graphs of currents and voltages would be equivalent to the Buck or Boost operating mode of the Dual Bidirectional DC / DC L-Converter, and if they are interlaced, to the Total Interlaced Bidirectional Dual L / DC DC Converter.

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Abstract

La presente invención se refiere a un circuito Convertidor DC/DC en "L" con varias configuraciones para obtener un convertidor tipo Boost (elevador) o tipo Buck (reductor), permitiendo disminuir la tensión y capacidad de los condensadores, reducir los valores de tensión media soportada por diodos y transistores y reducir los niveles y el rizado de la corriente que circula por los mismos. El convertidor, en su configuración más básica, comprende una bobina (L1); un primer condensador (C1) en serie con un tercer condensador (C3), donde el primer condensador se conecta a una primera tensión (V1) y donde el primer condensadoren serie con el tercer condensador se conectan a una segunda tensión (V2); un primer transistor (Q1) conectado en serie con un tercer transistor (Q3) y conectados a la segunda tensión (V2). La interconexión (A') entre el primer transistor y el tercer transistor está conectada con la interconexión (A) entre el primer condensador y el tercer condensador con interposición de la bobina.

Description

DESCRIPCIÓN
CONVERTIDOR DC/DC EN“L”
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a unas nuevas topologías de un circuito convertidor DC/DC en L.
El campo técnico de la invención se enmarca dentro del campo la conversión de voltaje y especialmente en la conversión de altos voltajes con altas corrientes como sucede en los convertidores de potencia, controladores de motores y sistemas de generación de energía solar y eólica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el estado de la técnica se conocen los convertidores“Boost” o“elevadores” que son un tipo de convertidor DC/DC en los que se obtiene a la salida del convertidor una tensión continua mayor que la tensión continua a su entrada. Igualmente, se conocen los convertidores“Buck” o“reductores” que son un tipo de convertidor DC/DC en los que se obtiene a la salida del convertidor una tensión continua menor que la tensión continua a su entrada. El convertidor DC/DC es un tipo de fuente de alimentación conmutada que contiene elementos de conmutación (diodos y/o transistores) y elementos para almacenar energía (condensadores y/o bobinas). En aplicaciones de alto voltaje y/o alta corriente como ocurre en los convertidores de potencia, los condensadores suponen la limitación de circuito convertidor ya que, son los componentes que deben soportar mayor tensión y se deben dimensionar por lo tanto para tal fin.
Teniendo en cuenta los problemas del estado de la técnica anteriormente mencionados, sería deseable por tanto, encontrar un convertidor DC/DC que supere los inconvenientes mencionados.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
En un aspecto de la invención, se propone un convertidor DC/DC en L cuya particularidad es que el condensador de salida no está sometido a la tensión de salida exclusivamente sino a la tensión de salida menos la tensión de entrada, que para el caso de los convertidores tipo“boost” o“elevadores”, la tensión de entrada es inferior a la tensión de salida.
Otra ventaja adicional es que a diferencia de los convertidores del estado de la técnica donde sólo hay un condensador sometido a la tensión de salida, en la presente invención hay al menos dos condensadores, un condensador sometido a la tensión de entrada y otro condensador sometido a la tensión de salida menos la tensión de entrada.
En una forma de realización de la invención, se describe un Convertidor DC/DC en “L” (simple), que comprende: una primera bobina (L1); un primer condensador (C1) en serie con un tercer condensador (C3), donde el primer condensador (C1) está configurado para ser conectado a una primera tensión (V1) y donde el primer condensador (C1) en serie con el tercer condensador (C3) están configurados para ser conectado a una segunda tensión (V2); y, un primer transistor (Q1) conectado en serie con un tercer transistor (Q3) y configurados para ser conectados a la segunda tensión (V2). Donde un punto de interconexión (A’) entre el primer transistor (Q1) y el tercer transistor (Q3) está conectado con un punto de interconexión (A) entre el primer condensador (C1) y el tercer condensador (C3) con interposición de la primera bobina (L1). Opcionalmente, el convertidor DC/DC en“L” puede funcionar en tipo Boost, para lo que el tercer transistor (03) funciona como un diodo (D3), la primera tensión (V1) es una tensión de entrada y la segunda tensión (V2) es una tensión de salida, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
En otra forma de realización de la invención, se describe un Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional que adicionalmente comprende: un segundo condensador (C2), un cuarto condensador (C4), un segundo transistor (02), un cuarto transistor (04) y una segunda bobina (L2); de tal forma que: el tercer condensador (C3), el primer condensador (C1), el segundo condensador (C2) y el cuarto condensador (C4) están conectados en serie (C3-C1-C2-C4) y están configurados para estar conectados a la segunda tensión (V2) y el primer condensador (C1) en serie con el segundo condensador (C2) (C1-C2) están configurados para estar conectados a la primera tensión (V1); y, el primer transistor (01) y el segundo transistor (02) están conectados en serie y conectan con la primera tensión mediante la primera bobina (L1) y la segunda bobina (L2), respectivamente, y con la segunda tensión (V2) mediante el tercer transistor (03) y el cuarto transistor (04), respectivamente, estando el punto de interconexión (A’) entre el primer transistor (01) y el segundo transistor (02) unido al punto de interconexión (A) entre el primer condensador (C1) y el segundo condensador (C2). Para que el Convertidor DC/DC en“L” Dual Bidireccional funcione como tipo Boost, el tercer transistor (Q3) y el cuarto transistor (Q4) funcionan como diodos (D3, D4) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de entrada y la segunda tensión (V2) es una tensión de salida, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1). Para que el Convertidor DC/DC en“L” Dual Bidireccional funcione como tipo Buck, el primer transistor (Q1) y el segundo transistor (Q2) funcionan como diodos (D1 , D2) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de salida y la segunda tensión (V2) es una tensión de entrada, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
En otra forma de realización de la invención, se describe un Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado que adicionalmente comprende“n” niveles donde cada nivel“i” está comprendido entre 1 y n, y donde cada nivel“i” comprende: un i-tercer transistor (Qi.3), un ¡-primero transistor (Qi.1 ), un i-segundo transistor (Qi.2) y un i-cuarto transistor (Qi.4) conectados en serie, y una i-primera bobina (Li.1) y una i-segunda bobina (Li.2); de tal forma que el i-primer transistor (Qi.1 ) y el i-segundo transistor (Qi.2) están conectados en serie y conectan con la primera tensión (V1) mediante la i-primera bobina (Li.1 ) y la i-segunda bobina (Li.2), respectivamente, y con la segunda tensión (V2) mediante el i-tercer transistor (Qi.3) y el i-cuarto transistor (Qi.4), respectivamente, estando el punto de interconexión (B, C, D) entre el i-primer transistor (Qi.1 ) y el i- segundo transistor (Qi.2) unido al punto de interconexión (A) entre el primer condensador (C1) y el segundo condensador (C2). Para que el Convertidor DC/DC en “L” Dual Bidireccional Entrelazado funcione como tipo Boost, el tercer transistor (Q3), el cuarto transistor (Q4), el i-tercer transistor (Qi.3), el i-cuarto transistor (Qi.4) funcionan como diodos (D3, D4, Di.3, Di.4) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de entrada y la segunda tensión (V2) es una tensión de salida, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1). Para que el Convertidor DC/DC en“L” Dual Bidireccional Entrelazado funcione como tipo Buck, el primer transistor (Q1), el segundo transistor (Q2), el i-primer transistor (Qi.1) y el i-segundo transistor (Qi.2) funcionan como diodos (D1 , D2, Di.1 , Di.2) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de salida y la segunda tensión (V2) es una tensión de entrada, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
En otra forma de realización de la invención, se describe un Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado Total que adicionalmente comprende unos conmutadores (P1 ,P2,P3,P4) para conectar una entrada y una salida del circuito con la primera tensión (V1) y con la segunda tensión (V2) indistintamente.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Muestra una realización del circuito convertidor DC/DC en L según la presente invención.
Figura 2.- Muestra el circuito convertidor DC/DC en L de la Figura 1 con el transistor en estado de conducción.
Figura 3.- Muestra el circuito convertidor DC/DC en L de la Figura 1 con el transistor en estado de corte.
Figuras 4A y 4B.- Muestra una simulación del circuito convertidor DC/DC en L de la Figura 1 donde se muestran las corrientes en los componentes del circuito.
Figura 5.- Muestra una simulación del circuito convertidor DC/DC en L de la Figura 1 donde se muestran los voltajes en los componentes del circuito.
Figura 6.- Muestra una realización del circuito convertidor DC/DC en L Dual o desdoblado según la presente invención.
Figura 7A, 7B y 7C.- Muestran una simulación del circuito convertidor DC/DC en L Dual de la Figura 6 donde se muestran las corrientes en los componentes del circuito.
Figura 8.- Muestra una simulación del circuito convertidor DC/DC en L Dual de la Figura 6 donde se muestran los voltajes en los componentes del circuito.
Figura 9.- Muestra una realización del circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional según la presente invención.
Figura 10.- Muestra el circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional de la Figura 9 funcionando en modo reductor (Buck).
Figura 11A y 11 B.- Muestran una simulación del circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional de la Figura 9 donde se muestran las corrientes en los componentes del circuito.
Figura 12.- Muestra una simulación del circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional de la Figura 9 donde se muestran los voltajes en los componentes del circuito.
Figura 13.- Muestra una realización del circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado para n=3 niveles según la presente invención.
Figuras 14A a 14D y 16A a 16D.- Muestran una simulación del circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado para n=3 niveles de la Figura 13 donde se muestran las corrientes en los componentes del circuito.
Figura 15.- Muestra una simulación del circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado para n=3 niveles de la Figura 13 donde se muestran los voltajes en los componentes del circuito.
Figura 17.- Muestra una realización del circuito Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Total según la presente invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN A continuación con carácter ilustrativo y no limitativo se describe un ejemplo de realización de la invención.
En la Figura 1 se muestra una realización del circuito convertidor DC/DC en L (1). El circuito convertidor DC/DC en L está compuesto por el condensador de entrada C1 , el condensador de salida C3, la bobina L1 , el diodo D3 y el transistor Q1 en la configuración mostrada en la Figura 1. Alternativamente, el diodo D3 puede ser sustituido por un transistor Q3 haciéndolo funcionar como diodo. El convertidor DC/DC en L, según la configuración mostrada en la Figura 1 , tiene su entrada conectada a una tensión de entrada V1 y una salida conectada a la carga LD sometida a la tensión de salida V2. El convertidor DC/DC en L comprende:
• el condensador de entrada C1 en paralelo con el transistor Q1 , y la bobina L1 conectada en serie entre el condensador de entrada C1 y el transistor Q1 ;
• el condensador de salida C3, en paralelo con el diodo D3, y en serie el condensador de entrada C1.
El condensador de entrada C1 se encuentra sometido a la tensión de entrada V1. El condensador de entrada C1 en serie con el condensador de salida C3 están sometidos a la tensión de salida V2, y el diodo D3 en serie con el transistor Q1 también se encuentran sometido a la tensión de salida V2. Por tanto, el condensador de salida C3 ventajosamente está sometido a la tensión de salida V2 menos la tensión de entrada V1.
El convertidor DC/DC en L mostrado en la Figura 1 funciona como un convertidor Boost, con la ventaja de que el condensador de salida C3 soporta una tensión inferior a la tensión total de salida V2, como consecuencia de tener el aporte constante de la tensión de entrada V1. Aplicando Kirchhoff a la malla formada por la tensión de la carga LD, el condensador de salida C3 y la tensión de entrada V1 , tendremos:
V2=V_C3+V1 Ec. 1
La relación entre la tensión de entrada V1 y la tensión de salida V1 en función del ciclo de trabajo“Dboost” (‘duty’) es:
V2/V1 =1/(1-Dboost) Ec. 2 siendo Dboost un valor comprendido entre 0 y 1 , ambos inclusive.
Con la ecuación Ec. 1 y Ec. 2 se obtiene la relación entre la tensión de entrada V1 y la tensión en el condensador de salida V_C3 según el ciclo de trabajo: V_C3/V1 = Dboost /(1-Dboost) Ec. 3
Siguiendo el mismo procedimiento, pero buscando la relación entre la tensión del condensador de salida V_C3 y la tensión de salida V2, se obtiene:
V2/V_C3 =1 /Dboost Ec. 4
El valor medio de la tensión soportada por el transistor Q1 es la tensión de entrada V1 , menos las posibles pérdidas por conducción que puede haber en el circuito de entrada. Por otra parte, el valor de la tensión media soportada por el diodo D3 es la tensión del condensador de salida, V_C3. El pico de tensión soportado tanto por el transistor Q1 como por el diodo D3 es el valor de la tensión de salida V2.
Durante la conmutación del transistor Q1 , se tendrán dos estados. En el primer estado, el transistor Q1 está en conducción, cortocircuitando la bobina L1 con la fuente de entrada cargándose la bobina L1. Mientras tanto el condensador C3, se descarga sobre la carga LD, es decir, la salida del circuito convertidor DC/DC en L. En este primer estado, el circuito quedaría de la forma en que se muestra en la Figura 2.
En el siguiente estado, el transistor Q1 está abierto, pasando a conducir el diodo D3. Por tanto, la bobina L1 descarga su carga sobre el condensador C3 (cargando el condensador C3) y sobre la carga LD, tal y como se muestra en la Figura 3.
La Figura 4A muestra las corrientes en la bobina L1 , en el diodo D3 y en el transistor Q1. La Figura 4B muestra las corrientes en el condensador de entrada C1 , el condensador de salida C3 y en la carga LD. Todas las corrientes mostradas en las Figuras 4A y 4B se corresponden con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,5 (50%).
La Figura 5 muestra la tensión de entrada V1 , la tensión de salida V2 y la tensión en el condensador de salida V_C3, con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,5 (50%). En la Figura 5 se observa que para una tensión de entrada V1 de 400 voltios, V2 es 800 voltios y V_C3 es 400 Voltios. El mismo convertidor en L con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,25 (25%) y una tensión de entrada Vin de 400V, tendría Vout de 533, 3V y un V(C0UT) de 133,3V. El mismo convertidor DC/DC en L con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,75 (75%) y una tensión de entrada V1 de 400V, tendría V2 de 1600V y un V_C3 de 1200V. En la Figura 6 se muestra una realización del circuito convertidor DC/DC en L dual o desdoblado. El circuito convertidor DC/DC en L dual está basado en el circuito convertidor DC/DC en L ya que el circuito convertidor DC/DC en L dual comprende dos circuitos convertidores DC/DC en L conectados en forma de espejo. De esta forma, se consigue que tanto los condensadores de entrada como los de salida soporten aún menos tensión en la topología en L (fig.6) dual respecto a la topología en L (fig.1 ). En la topología en L dual mostrada en la Figura 6, el circuito convertidor DC/DC en L dual está compuesto por cuatros condensadores C1-C4, dos bobinas L1-L2, dos diodos D3-D4 y dos transistores Q1-Q2 en la configuración mostrada en la Figura 6. Igualmente que el circuito mostrado en la Figura 1 , en el circuito convertidor DC/DC en L dual se pueden sustituir los dos diodos D3-D4 por dos transistores funcionando como diodos, de manera que en ese caso la topología sería bidireccional.
El convertidor DC/DC en L dual (fig.6 - 2), según la configuración mostrada en la Figura 6, comprende: el condensador C3, el condensador C1 , el condensador C2 y el condensador C4 conectados en serie, donde los cuatro condensadores (C3-C1-C2-C4) están configurados para estar conectados a la tensión de salida V2 y los dos condensadores centrales C1 y C2 están configurados para estar conectados a la tensión de entrada V1 ; el transistor Q1 conectado en serie con el transistor Q2 que conectan con la tensión de entrada V1 mediante dos bobinas (L1-L2) y con el potencial de salida V2 mediante dos diodos (D3-D4) en polarización inversa, estando el punto de interconexión (A’) entre los transistores (Q1-Q2) unido al punto de interconexión (A) entre los dos condensadores centrales (C1-C2).
Analizando el circuito en L dual de la Figura 6, se puede deducir que la tensión soportada por el condensador de salida V_C3 se reduce a la mitad, dividiéndose entre los dos condensadores de salida (C3-C4), de esta forma la tensión de salida será:
V2 = V_C3 + V_C4 + V1
Adicionalmente, se puede observar que la tensión de entrada V1 ya no es soportada por un único condensador, sino que se divide entre los condensadores de entrada (C1-C2), soportando cada uno de ellos la mitad de tensión, a diferencia del Convertidor en L, que tenía que soportar toda la tensión de entrada. Por tanto:
V1 = V C1 + V C2 Esto permite, en el circuito en L dual, reducir a la mitad la capacidad de los condensadores, con respecto al convertidor en L. Además, hay que destacar ventajosamente que el valor de tensión media soportada por los diodos (D3-D4) y los transistores (Q1-Q2) se reduce a la mitad, y el valor pico de la tensión soportada ya no es el valor de tensión de salida V2, sino que es la mitad de dicha tensión de salida V2. Las figuras 7A-7C muestran corrientes y la figura 8 voltajes de una simulación del convertidor en L dual. La Figura 7A muestra las corrientes en las bobinas L1 y L2, así como en la carga LD. La Figura 7B muestra las corrientes en los diodos D3 y D4 así como en los transistores Q1-Q2. La Figura 7C muestra las corrientes en los condensadores de entrada C1 y C2 y también en los condensadores de salida C3 y C4.
Puede apreciarse, que el comportamiento en el convertidor en L dual (Figuras 7A- 7C) es el mismo que el convertidor en L (Figuras 4A-4B), donde los condensadores en el circuito en L dual tienen la mitad de capacidad que en los condensadores del circuito en L.
La Figura 8 muestra la tensión de entrada V1 , la tensión de salida V2 y las tensiones en los condensadores de entrada V_C1 , V_C2 y en los condensadores de salida V_C3, V_C4, con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,5 (50%). En la Figura 8 se observa que para una tensión de entrada V1 de 400 voltios, la tensión de salida V2 es 800 voltios y el voltaje en los condensadores entrada y salida V_C1 , V_C2, V_C3, V_C4 es 200 Voltios. El mismo convertidor en L dual con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,25 (25%) y una tensión de entrada V1 de 400V, tendría una tensión de salida V2 de 533, 3V y una tensión en los condensadores de entrada (V_C1 , V_C2) que se mantiene en 200V y una tensión en los condensadores de salida de 66,67V. Es decir, las tensiones de los condensadores de entrada en convertidor en L dual es la mitad con respecto al convertidor en L, independientemente del ciclo de trabajo.
Los convertidores en L y en L dual mostrados en las figuras 1 y 6 respectivamente, son convertidores de tipo “boost” o “elevadores”. A continuación se van a mostrar convertidores “bidireccionales”, es decir, que se pueden comportar como “boost” (elevadores) o como“buck” (reductores).
En la Figura 9 se muestra el convertidor en L dual bidireccional. El convertidor DC/DC en L dual bidireccional, según la configuración mostrada en la Figura 9, comprende: cuatro condensadores C3-C1-C2-C4, donde los cuatro condensadores C3- C1-C2-C4 están configurados para estar conectados a la tensión de salida V2 y los dos condensadores centrales C1-C2 están configurados para estar conectados a la tensión de entrada V1 ; y, cuatro transistores en serie Q3-Q1-Q2-Q4, los cuales están conectados a la tensión de salida V2 y donde los transistores centrales Q1-Q2 están conectados con la tensión de entrada V1 mediante respectivas dos bobinas L1-L2, estando el punto de interconexión (A’) entre los transistores centrales Q1-Q2 unido al punto de interconexión (A) entre los dos condensadores centrales C1-C2.
Por tanto, la configuración del convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional es equivalente a la configuración del convertidor DC/DC en L Dual donde los diodos D3-D4 son sustituidos por dos transistores Q3-Q4.
En la topología del convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional (fig. 9) hay que diferenciar dos modos de funcionamiento: Buck y Boost.
Cuando se requiera obtener más tensión en la salida V2 que en la entrada V1 , el Convertidor DC/DC en L dual bidireccional funcionará en modo Boost, comportándose de manera idéntica al Convertidor DC/DC en L Dual (figuras 6 a 8). Para ello, los transistores Q3 y Q4 se mantendrán siempre abiertos (conduciendo por el diodo D3-D4), y se conmutarán los transistores Q1 y Q2.
Por el contrario, cuando se requiera obtener menos tensión en V1 que en V2, se intercambian la entrada (ahora V2) y la salida (ahora V1), el Convertidor DC/DC en L dual bidireccional funcionará en modo Buck, trabajando en sentido contrario al anterior (modo Boost). Para ello, los transistores Q1 y Q2 se mantendrán siempre abiertos (conduciendo por el diodo D1-D2), y se conmutarán los transistores Q3 y Q4. De esta forma el Convertidor DC/DC en L dual bidireccional funcionando en modo Buck tendría un comportamiento como el mostrado en la Figura 10. En este modo de funcionamiento, V2 se convierte en la entrada de tensión, y V1 en la salida de tensión, pudiendo controlar la tensión de V1 desde una tensión máxima e igual a la tensión V2 hasta la mínima tensión que se precise. Por ello, analizando el circuito DC/DC de la Figura 10, se puede observar cómo la tensión soportada por los condensadores V_C3 y V_C4, irá aumentando a medida que disminuya V1 , de acuerdo con la siguiente expresión:
V2 =V_C3 + V_C4 + V1
La relación entre la tensión V2 y V1 según el ciclo de trabajo (D_buck) en modo Buck será:
V1/V2 = D buck Sustituyendo esta ecuación en la anterior y operando, se obtiene la relación entre la tensión y los condensadores de entrada:
V_C3/V2 = V_C4/V2 = ((1-D_buck))/2
Las figuras 11A-11 B y 12 muestran corrientes y voltajes de una simulación del Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional funcionando en modo Buck (reductor). La Figura 11A muestra las corrientes a la entrada “R_V1” (equivalente a colocar una resistencia R en V1 sometida a la tensión V1), en las bobinas L1 y L2, y en los transistores Q3 y Q1. La Figura 11 B muestra las corrientes en los condensadores C1 , C2, C3 y C4. Puede apreciarse, que el comportamiento es el mismo que el convertidor en L Dual, pero en modo de funcionamiento Buck. La corriente en las bobinas en el modo de funcionamiento Buck (Figura 11A) tiene el sentido inverso a las corrientes en el modo de funcionamiento Boost (Figura 7A).
La Figura 12 muestra la tensión V1 y la tensión V2 y las tensiones en los condensadores V_C1 , V_C2, V_C3, V_C4, con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,5 (50%). En la Figura 12 se observa que para una tensión de entrada V2 de 800 voltios, la tensión de salida V1 es 400 voltios y el voltaje en los condensadores entrada y salida (V_C1 , V_C2, V_C3, V_C4) es 200 Voltios. El mismo convertidor en L dual bidireccional en modo Buck con un valor para el ciclo de trabajo“Dboost” de 0,75 (75%) y una tensión de entrada V2 de 800V, tendría una tensión de salida de V1 de 600V y una tensión en los condensadores de entrada (V_C3, V_C4) de 100V y una tensión en los condensadores de salida (V_C1 , V_C2) de 300V. Por tanto, se puede decir que la bidireccionalidad del convertidor en L Dual Bidireccional radica en la capacidad de subir tensión en V2 desde V1 , y en bajar tensión en V1 desde V2.
Basado en el Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional, la Figura 13 muestra el Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazo de “n” niveles o, simplemente “Entrelazado” (fig.13 - 4). El Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado de “n” niveles, según la configuración mostrada en la Figura 13, comprende: los cuatro condensadores C3, C1 , C2 y C4 conectados en serie, donde los cuatro condensadores (C3-C1-C2-C4) están configurados para estar conectados a la tensión V2 y los dos condensadores centrales (C1-C2) están configurados para estar conectados a la tensión V1. La tensión V1 es la tensión de entrada y V2 es la tensión de salida en modo de funcionamiento Boost, y viceversa en el modo Buck. El Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado de“n” niveles adicionalmente comprende“n” niveles, donde cada nivel“i” es un número natural entre“1” y“n” y donde cada nivel“i” está formado por cuatro transistores en serie (Qi3-Qi1-Qi2-Qi4), los cuales están conectados a la tensión V2 y donde los transistores centrales (Qi1-Qi2) están conectados con la tensión V1 mediante dos bobinas (U.1-U.2), estando el punto de interconexión (B, B’, B”, B’”) entre los transistores centrales (Qi1 ,Qi2) unido al punto de interconexión (A, A’, A”, A’”) entre los dos condensadores centrales (C1 ,C2).
El funcionamiento del Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado es idéntico al Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional, con la ventaja de que la corriente de entrada y salida se reparte de manera equivalente por cada uno de los niveles. Además, la corriente se desfasa según el número de niveles de manera equivalente:
Desfase=(360°)/(n° niveles)
Las principales ventajas añadidas de esta topología es la disminución de la corriente circulante por cada puente conmutado y bobina, además de la disminución del rizado en la corriente y la tensión a la salida. Cuantos más niveles se entrelacen, más disminuirá el rizado.
Las figuras 14A-14D (Boost) y 16A a 16D (Buck) muestran corrientes y la Figura 15 voltajes de una simulación del Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado de 3 niveles (n=3).
La Figura 14A muestra las corrientes en las bobinas L1.1 , L2.1 y Ln.1. La figura 14B muestra las corrientes en los transistores Q1.3, Q2.3 y Qn.3. La figura 14C muestra las corrientes en los transistores Q1.1 , Q2.1 y Qn.1. La figura 14D muestra las corrientes en el condensador de salida C3 y en el condensador de entrada C1 así como la corriente en la carga (se coloca en V2 una resistencia de carga que estaría sometida a la tensión V2). Se puede apreciar cómo el valor medio en las bobinas es 1/3 respecto al Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional, además de estar la corriente desfasada. Si se analiza el rizado de corriente en la carga, este es del 0.22%, en cambio en el mismo convertidor no entrelazado sería del 1.95%.
La Figura 15 muestra la tensión V1 y la tensión V2 y las tensiones en los condensadores (V_C1 , V_C2, V_C3, V_C4), con un valor para el ciclo de trabajo “Dboost” de 0,5 (50%). En la Figura 15 se observa que para una tensión de entrada V1 de 400 voltios, la tensión de salida V2 es 800 voltios y el voltaje en los condensadores entrada y salida (V_C1 , V_C2, V_C3, V_C4) es 200 Voltios. En la Figura 16D puede observarse como las corrientes en los condensadores se comportan igual que en las topologías duales, manteniendo la ventaja de estas además de añadir la ventaja del entrelazado:
• Reparto de corriente entre las bobinas y los transistores.
• Disminución del rizado a la salida.
El mismo Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Entrelazado de 3 niveles en modo Buck (Figuras 16A-16D) tiene el sentido inverso a las corrientes en el modo de funcionamiento Boost (Figuras 14A-14D).
Por último, se muestra el Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Total en la Figura 17. El Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Total, según la configuración mostrada en la Figura 17, comprende: cuatro condensadores en serie (C3-C1-C2-C4), donde los cuatro condensadores (C3-C1-C2-C4) están configurados para estar conectados a la tensión V2 mediante los conmutadores P3-P4 o a la tensión V1 mediante los conmutadores P1-P2, y los dos condensadores centrales (C1-C2) están configurados para estar conectados a las mismas tensiones (V1 , V2) de forma opuesta (V2-V1) mediante los conmutadores P1 , P2, P3 y P4; de esta forma si los cuatro condensadores (C3-C1-C2-C4) en serie se conectan a V2, los dos condensadores centrales (C1 ,C2) se conectan a V1 y viceversa. Adicionalmente, el Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Total comprende cuatro transistores en serie (Q3-Q1-Q2-Q4), los cuales están conectados a la misma tensión que los cuatro condensadores en serie (C3-C1-C2-C4) y donde los transistores centrales (Q1-Q2) están conectados a la misma tensión que los dos condensadores centrales (C1 ,C2) mediante respectivas dos bobinas (L1-L2), estando el punto de interconexión (A’) entre los transistores centrales (Q1-Q2) unido al punto de interconexión (A) entre los dos condensadores centrales.
A diferencia de la topología del Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional, en la que la bidireccionalidad radica en la capacidad de subir tensión en un sentido y bajar tensión en el otro sentido, esta topología del Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Total permite una bidireccionalidad total, gracias a la capacidad de poder cambiar la entrada por la salida, y trabajar siempre en único modo de funcionamiento. Pudiendo subir y bajar tensión en cualquiera de los dos sentidos.
Además, esta topología puede ser ampliada a un Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Total Entrelazado, en la que se obtendría la ventaja de un convertidor entrelazado junto con la bidireccionalidad total del convertidor.
Las gráficas de corrientes y tensiones serían las equivalentes al modo de funcionamiento Buck o Boost del Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional, y si se entrelazan, al Convertidor DC/DC en L Dual Bidireccional Total Entrelazado.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Convertidor DC/DC en“L”(1), caracterizado porque comprende:
• una primera bobina (L1);
• un primer condensador (C1) en serie con un tercer condensador (C3), donde el primer condensador (C1) está configurado para ser conectado a una primera tensión (V1) y donde el primer condensador (C1) en serie con el tercer condensador (C3) están configurados para ser conectado a una segunda tensión (V2);
• un primer transistor (Q1) conectado en serie con un tercer transistor (Q3) y configurados para ser conectados a la segunda tensión (V2); y,
donde un punto de interconexión (A’) entre el primer transistor (Q1) y el tercer transistor (Q3) está conectado con un punto de interconexión (A) entre el primer condensador (C1) y el tercer condensador (C3) con interposición de la primera bobina (L1).
2. Convertidor DC/DC en“L”, según la reivindicación 1 , caracterizado porque cuando el tercer transistor (Q3) funciona como un diodo (D3), la primera tensión (V1) es una tensión de entrada y la segunda tensión (V2) es una tensión de salida, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
3. Convertidor DC/DC en “L”, según la reivindicación 1 , caracterizado porque adicionalmente comprende: un segundo condensador (C2), un cuarto condensador (C4), un segundo transistor (Q2), un cuarto transistor (Q4) y una segunda bobina (L2); de tal forma que:
• el tercer condensador (C3), el primer condensador (C1), el segundo condensador (C2) y el cuarto condensador (C4) están conectados en serie (C3-C1-C2-C4) y están configurados para estar conectados a la segunda tensión (V2) y el primer condensador (C1) en serie con el segundo condensador (C2) (C1-C2) están configurados para estar conectados a la primera tensión (V1); y,
• el primer transistor (Q1) y el segundo transistor (Q2) están conectados en serie y conectan con la primera tensión mediante la primera bobina (L1) y la segunda bobina (L2), respectivamente, y con la segunda tensión (V2) mediante el tercer transistor (Q3) y el cuarto transistor (Q4), respectivamente, estando el punto de interconexión (A’) entre el primer transistor (Q1) y el segundo transistor (Q2) unido al punto de interconexión (A) entre el primer condensador (C1) y el segundo condensador (C2).
4. Convertidor DC/DC en“L”, según la reivindicación 3, caracterizado porque cuando el tercer transistor (Q3) y el cuarto transistor (Q4) funcionan como diodos (D3, D4) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de entrada y la segunda tensión (V2) es una tensión de salida, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
5. Convertidor DC/DC en“L”, según la reivindicación 3, caracterizado porque cuando el primer transistor (Q1) y el segundo transistor (Q2) funcionan como diodos (D1 , D2) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de salida y la segunda tensión (V2) es una tensión de entrada, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
6. Convertidor DC/DC en “L”, según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende“n” niveles donde cada nivel“i” está comprendido entre 1 y n, y donde cada nivel “i” comprende: un i-tercer transistor (Qi.3), un ¡-primero transistor (Qi.1), un i- segundo transistor (Qi.2) y un i-cuarto transistor (Qi.4) conectados en serie, y una i- primera bobina (Li.1 ) y una i-segunda bobina (Li.2); de tal forma que el ¡-primer transistor (Qi.1 ) y el i-segundo transistor (Qi.2) están conectados en serie y conectan con la primera tensión (V1) mediante la i-primera bobina (Li.1 ) y la i-segunda bobina (Li.2), respectivamente, y con la segunda tensión (V2) mediante el i-tercer transistor (Qi.3) y el i- cuarto transistor (Qi.4), respectivamente, estando el punto de interconexión (B, C, D) entre el ¡-primer transistor (Qi.1 ) y el i-segundo transistor (Qi.2) unido al punto de interconexión (A) entre el primer condensador (C1) y el segundo condensador (C2).
7. Convertidor DC/DC en“L”, según la reivindicación 6, caracterizado porque cuando el tercer transistor (Q3), el cuarto transistor (Q4), el i-tercer transistor (Qi.3), el i-cuarto transistor (Qi.4) funcionan como diodos (D3, D4, Di.3, Di.4) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de entrada y la segunda tensión (V2) es una tensión de salida, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
8. Convertidor DC/DC en“L”, según la reivindicación 6, caracterizado porque cuando el primer transistor (Q1), el segundo transistor (Q2), el ¡-primer transistor (Qi.1 ) y el i- segundo transistor (Qi.2) funcionan como diodos (D1 , D2, Di.1 , Di.2) en polarización inversa, la primera tensión (V1) es una tensión de salida y la segunda tensión (V2) es una tensión de entrada, donde la segunda tensión (V2) es mayor que la primera tensión (V1).
9. Convertidor DC/DC en “L”, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque adicionalmente unos conmutadores (P1 ,P2,P3,P4) para conectar una entrada y una salida del circuito con la primera tensión (V1) y con la segunda tensión (V2) indistintamente.
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