BRPI0709767A2

BRPI0709767A2 - solid state preload module

Info

Publication number: BRPI0709767A2
Application number: BRPI0709767-0A
Authority: BR
Inventors: Lyle Stanley Bryan; John Steven Cowan
Original assignee: Tyco Eletronics Corp
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2011-07-26
Also published as: KR101178018B1; KR20110126154A

Abstract

MàDULO DE PRÉ-CARGA DE ESTADO SàLIDO Um módulo de pré-carga de estado sólido inclui um relé, um transistor conectado ao relé e um dispositivo de estado sólido conectado ao transistor. O dispositivo de estado sólido controla a comutação do transistor.Solid State Preload Module A solid state preload module includes a relay, a transistor connected to the relay, and a solid state device connected to the transistor. The solid state device controls the transistor switching.

Description

"MODULO DE PRE-CARGA DE ESTADO SOLIDO""SOLID STATE PRE-LOAD MODULE"

Campo da InvençãoField of the Invention

Esta invenção refere-se geralmente a relês elétricos, e mais particularmente, a umcomponente de pré-carga para uma carga elétrica.This invention generally relates to electrical relays, and more particularly to a preload component for an electrical charge.

Fundamentos da InvençãoBackground of the Invention

Os relês são comutadores elétricos que abrem e fecham baseados em uma corren-te elétrica aplicada. Os diferentes relês podem ser usados para diferentes tipos de aplica-ções ou baseados em certos parâmetros operacionais. Os relês são tipicamente de um tipoeletromagnético ou de estado sólido. Em aplicações de alta voltagem, os relês podem serprojetados para manipular os efeitos da alta voltagem. Por exemplo, em veículos elétricoshíbridos (HEVs), capacitores integrados muito grandes, tal como mais de micro-Farads (pF),podem ser fornecidos para alimentar uma ou mais cargas. Os capacitores neste tipo de apli-cação devem ser pré-carregados para evitar que uma corrente de partida prejudicial sejaaplicada aos contatos de relê quando a energia está ligada. Essencialmente, quando a e-nergia é aplicada a um capacitor descarregado, uma quantidade excessiva de corrente correpara o capacitor. A grande corrente de partida pode causar um aquecimento excessivo ediminuir a vida do capacitor se um circuito de pré-carga não é fornecido. A grande correntede partida também pode danificar os contados do relê que comutam energia para o capaci-tor. Ademais, o principal relê de desconexão necessitaria ser muito grande se o circuito depré-carga não estivesse presente e o fusível do sistema também pode ser interceptado maisfacilmente e mais freqüentemente sem o circuito de pré-carga.Relays are electrical switches that open and close based on an applied electrical current. Different relays can be used for different types of applications or based on certain operating parameters. Relays are typically of an electromagnetic or solid state type. In high voltage applications, relays can be designed to handle the effects of high voltage. For example, in hybrid electric vehicles (HEVs), very large integrated capacitors such as more than micro-Farads (pF) may be supplied to power one or more charges. Capacitors in this type of application should be preloaded to prevent harmful starting current from being applied to relay contacts when power is on. Essentially, when e-energy is applied to a discharged capacitor, an excessive amount of current flows into the capacitor. Large inrush current may cause overheating and shorten capacitor life if a preload circuit is not supplied. A large starting current can also damage relay contacts that switch power to the capacitor. In addition, the main disconnect relay would need to be very large if the overload circuit was not present and the system fuse could also be intercepted more easily and more often without the preload circuit.

Usualmente, nestas aplicações de alta voltagem, o módulo de pré-carga é tipica-mente um relê eletromecânico capaz de comutar uma grande voltagem, tal como de 300V a600V. O módulo de pré-carga é usado em série com um resistor através dos principais con-tatos de um contator para pré-carregar os capacitores. Entretanto, estes módulos de pré-carga eletromagnéticos de alta voltagem são muito dispendiosos e geralmente maiores emtamanho. Assim, o problema é que o custo total do sistema é aumentado e o tamanho domódulo que inclui este relê também pode ser maior, desse modo limitando o espaço paraoutros componentes.Usually, in these high voltage applications, the preload module is typically an electromechanical relay capable of switching a large voltage, such as from 300V to 600V. The preload module is used in series with a resistor across the main contacts of a contactor to preload capacitors. However, these high voltage electromagnetic preload modules are very expensive and generally larger in size. Thus, the problem is that the total system cost is increased and the module size that includes this relay may also be larger, thereby limiting the space for other components.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

A solução é fornecida por um módulo de pré-carga da presente descrição que incluium relê, um transistor conectado ao relê e um dispositivo de estado sólido conectado aotransistor. O dispositivo de estado sólido controla a comutação do transistor.The solution is provided by a preload module of the present disclosure which includes relay, a relay-connected transistor, and a solid-state transistor-connected device. The solid state device controls the transistor switching.

Breve Descrição dos DesenhosBrief Description of the Drawings

A invenção será agora descrita a título de exemplo com relação aos desenhos emanexo nos quais:The invention will now be described by way of example with reference to the drawings in which:

A Figura 1 é um diagrama esquemático de um circuito de pré-carga formado de a-cordo com uma modalidade exemplificada que controla a energia em uma carga .Figure 1 is a schematic diagram of a preload circuit formed from a-string with an exemplified embodiment that controls the energy in a charge.

A Figura 2 é um gráfico que ilustra uma corrente de partida exemplificada baseadaem uma pré-carga de relé.Figure 2 is a graph illustrating an exemplary starting current based on a relay preload.

A Figura 3 é um diagrama esquemático de um módulo de pré-carga formado de a -cordo com uma modalidade exemplificada.Figure 3 is a schematic diagram of a preloaded formed preload module with an exemplified embodiment.

A Figura 4 é um diagrama esquemático de um módulo de pré-carga formado de a -cordo com outra modalidade exemplificada.Figure 4 is a schematic diagram of a preloaded module formed with another exemplified embodiment.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra um circuito de pré-carga quetem um módulo de pré-carga 20 formado de acordo com várias modalidades exemplificadasque controlam a energia em uma carga. O módulo de pré-carga 20 pode ser de um tipo deestado sólido e configurado como um módulo de estado sólido em série com um resistor depré-carga 22, por exemplo, um resistor de pré-carga de 10 ohms (10 Ω) e que estão juntosconectados através dos contatos 24 de um contator 26. Na modalidade ilustrada, o contator26 é um relé principal ou contator principal para comutar ligar e desligar a carga (por exem-plo, uma carga em um Veículo Elétrico Híbrido (HEV)). A energia que é ligada ou desligadapelo contator 26 que pode ser de diferentes tipos de fontes de alimentação, por exemplo, deuma célula de combustível, baterias, um gerador, etc. Dever-se-ia notar que embora o mó-dulo de pré-carga 20 possa ser descrito em conjunto com uma aplicação particular ou paraum uso particular, as várias modalidades não são assim limitadas e o módulo de pré-carga20 pode ser usado em qualquer aplicação onde o pré-carregamento é necessário ou dese-jado.Figure 1 is a schematic diagram showing a preload circuit having a preload module 20 formed in accordance with various exemplified embodiments that control energy in a load. The preload module 20 may be of a solid state type and configured as a series solid state module with a preload resistor 22, for example, a 10 ohm (10 Ω) preload resistor and which they are connected together via the contacts 24 of a contactor 26. In the illustrated embodiment, contactor26 is a main relay or main contactor for switching the load on and off (for example, a load on a Hybrid Electric Vehicle (HEV)). Power that is switched on or off by contactor 26 which may be from different types of power sources, for example from a fuel cell, batteries, a generator, etc. It should be noted that although the preload module 20 may be described in conjunction with a particular application or for a particular use, the various embodiments are not thus limited and the preload module 20 may be used in any application where preloading is required or desired.

Em operação, o módulo de pré-carga 20 pré-carrega um ou mais capacitores 36.O(s) capacitor(es) 36 pode ser grande, tal como, 1000 micro-Farads (pF) ou 2000 pF, com omódulo de pré-carga 20 isolando um aterramento de pré-carga (por exemplo, 12 volts) deum aterramento de energia total (por exemplo, 300 volts ou 600 volts). O módulo de pré-carga 20 liga à pré-carga o(s) capacitor(es) 36 quando um aterramento é aplicado ao módu-lo de pré-carga 20 e desliga (permitindo que o contator 26 ligue) quando o(s) capacitor(es)36 alcançou um nível de pré-carga pré-determinado, por exemplo, acima de aproximada-mente oitenta por cento da capacidade de carga total do(s) capacitor(es) 36, acima de apro-ximadamente noventa por cento da capacidade de carga total do(s) capacitor(es) 36, acimade aproximadamente noventa e cinco por cento da capacidade de carga total do(s) capaci-tor(es) 36, acima de aproximadamente noventa e seis por cento da capacidade de cargatotal do(s) capacitor(es) 36, acima de aproximadamente noventa e nove por cento da capa-cidade de carga total do(s) capacitor(es) 36 (que pode ser considerada uma carga comple-ta), etc. Entretanto, o relé de pré-carga 20 pode ser configurado para permitir que o(s) capa-citor(es) alcance qualquer nível de pré-carga pré-determinado que é mais alto ou mais baixoque os níveis descritos.In operation, preload module 20 preloads one or more capacitors 36. Capacitor (s) 36 may be large, such as 1000 micro-Farads (pF) or 2000 pF, with preload module -charge 20 isolating a preload ground (eg 12 volts) from a total power ground (eg 300 volts or 600 volts). The preload module 20 connects capacitor (s) 36 to the preload when a ground is applied to the preload module 20 and shuts off (allowing contactor 26 to turn on) when the capacitor 36 has reached a predetermined preload level, for example, above approximately eighty per cent of the total charge capacity of capacitor (s) 36, above approximately ninety per cent capacitor 36 total load capacity, above approximately ninety-five per cent of capacitor 36 total load capacity, above approximately ninety-six per cent of capacitor capacity. capacity of capacitor (s) 36, above approximately ninety-nine per cent of the total load capacity of capacitor (s) 36 (which may be considered a full charge), etc. However, preload relay 20 may be configured to allow the capacitor to reach any predetermined preload level that is higher or lower than the levels described.

Um gráfico 40 que ilustra uma corrente de partida exemplificada baseada em umaporcentagem de pré-carga do relê é mostrada na Figura 2. O gráfico 40 define um tempopara uma carga através de um eixo horizontal e em uma corrente de partida em ampéres(Corrente de Partida) através de um eixo vertical. Uma curva 42 que representa a correntede partida em uma pré-carga mínima de oitenta por cento (80%) e a curva 44 que represen-ta a corrente de partida em uma pré-carga nominal de noventa porcento (90%) para o(s)capacitor(es) 36 são ilustradas. Dever-se-ia notar que a corrente de partida máxima para acurva 42 é de aproximadamente 650 ampéres, enquanto a corrente de partida máxima paraa curva 44 é de aproximadamente 350 ampéres. Como dever-se-ia apreciar, a corrente departida e o tempo para carregar é dependente de diferentes fatores que incluem, por exem-plo, a energia da fonte, o tipo e capacidade do(s) capacitor(es) 36, etc. Assim, o módulo depré-carga 20 pode ser configurado diferentemente para pré-carregar o(s) capacitor(es) 36baseados nas características de carregamento para o(s) capacitor(es) 36.A graph 40 illustrating an exemplified starting current based on a relay preload percentage is shown in Figure 2. Graph 40 defines a time for a load across a horizontal axis and an ampere starting current (Starting Current). ) through a vertical axis. A curve 42 representing the starting current at a minimum preload of eighty percent (80%) and curve 44 representing the starting current at a nominal preload of ninety percent (90%) for ( Capacitor (s) 36 are illustrated. It should be noted that the maximum starting current for curve 42 is approximately 650 amps, while the maximum starting current for curve 44 is approximately 350 amps. As should be appreciated, the broken current and charging time is dependent on different factors including, for example, the source energy, the type and capacity of capacitor (s) 36, etc. Thus, the preload module 20 may be configured differently to preload capacitor (s) 36 based on the charging characteristics for capacitor (s) 36.

A Figura 3 que é um diagrama esquemático do módulo de pré-carga 20 formado deacordo com as modalidades exemplificadas é mostrada. O módulo de pré-carga 20 é confi-gurado como um módulo de pré-carga de estado sólido que inclui um dispositivo de estadosólido, e mais particularmente, um componente de acionamento de estado sólido 52, e umrelê 54, que na modalidade ilustrada é um relê eletromagnético de isolamento integrado. Porexemplo, na modalidade exemplificada o componente de acionamento 52 é um acionadormeia-ponte auto-oscilante, tal como um acionador IR2153S disponível a partir do RetificadorInternacional de El Segundo, Califórnia. O relê 54 nesta modalidade é um relê padrão dedoze volts (12V), por exemplo, um relê eletromagnético de grau automotivo de 12V. Entre-tanto, dependendo da aplicação, um tipo diferente de relê tendo uma voltagem nominal dife-rente pode ser usado.Figure 3 which is a schematic diagram of the preload module 20 formed according to the exemplified embodiments is shown. Preload module 20 is configured as a solid state preload module that includes a solid state device, and more particularly a solid state drive component 52, and a relay 54, which in the embodiment illustrated is an integrated isolation electromagnetic relay. For example, in the exemplified embodiment, drive member 52 is a self-oscillating half-bridge driver, such as an IR2153S driver available from the El Segundo International Rectifier, California. Relay 54 in this mode is a standard 12 volt finger relay (12V), for example a 12V automotive grade electromagnetic relay. However, depending on the application, a different type of relay having a different rated voltage may be used.

Uma extremidade de uma bobina do relê 55 do relê 54 é conectada através de umdiodo 56 a uma fonte de alimentação de baixa voltagem 58, por exemplo, um fonte de ali-mentação de 12 volts (12V) (por exemplo, bateria de carro de 12 volts) e a outra extremida-de da bobina de relê 55 do relê 54 é conectada ao comutador 61 que comuta para a terra 60e é aberto para fornecer isolamento quando não comutado para a terra 60 (por exemplo,sem fluxo de corrente). O diodo 56 opera para bloquear a corrente reversa, por exemplo, seuma fonte de alimentação é conectada ao relê 54 em reverso (por exemplo, polaridade o-posta). Um diodo 62 é também conectado através de bobinas 55 do relê 54. O diodo 62 ope-ra para recircular a energia durante a operação para minimizar os transientes.One end of a relay coil 55 of relay 54 is connected via diode 56 to a low voltage power supply 58, for example a 12 volt (12V) power supply (e.g. 12 volts) and the other end of relay coil 55 of relay 54 is connected to earth switch 60 and is opened to provide isolation when not switched to earth 60 (e.g., no current flow). Diode 56 operates to block reverse current, for example, its power supply is connected to relay 54 in reverse (for example, oppositely polarity). A diode 62 is also connected through relay coils 55. Diode 62 operates to recirculate power during operation to minimize transients.

O relê 54 é operável para comutar energia a partir de uma fonte de alimentação dealta voltagem 63, por exemplo, uma fonte de alimentação de 300 volts (por exemplo, conjun-to de baterias de veículo elétrico híbrido de 300V) a um transistor 64. Particularmente, a fon-te de alimentação de baixa voltagem 58 é conectada à bobina do relê 55 e a fonte de ali-mentação de alta voltagem 63 é conectada a um contato normalmente aberto 57 (pino 5mostrado na Figura 4), que fecha quando energizado. Quando o contato normalmente aber-to 57 fecha, uma conexão é feita com o terra, e energia é fornecida através de um contatomóvel 59 (por exemplo, o pino 4 do contato móvel 59 mostrado na Figura 4) ao transistor 64(Q1), que na modalidade ilustrada é um transistor de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor (MOSFET) e ao componente de acionamento 52. Em operação, a alta volta-gem da fonte de alimentação de alta voltagem 63 é fornecida ao transistor 64 e uma volta-gem reduzida (por exemplo, 15 volts - 18 volts) que é limitada ou fixada por um diodo Zener73 (D3) é fornecida ao componente de acionamento 52. Dever-se-ia notar que a voltagemexcessiva (por exemplo, 285 volts) é diminuída através de um resistor 76 (R3).Relay 54 is operable to switch power from a high voltage power supply 63, for example, a 300 volt power supply (e.g., 300V hybrid electric vehicle battery pack) to a transistor 64. In particular, the low voltage power supply 58 is connected to relay coil 55 and the high voltage power supply 63 is connected to a normally open contact 57 (pin 5 shown in Figure 4), which closes when energized. . When the normally open contact 57 closes, a connection is made to ground, and power is supplied through a mobile contact 59 (e.g., pin 4 of mobile contact 59 shown in Figure 4) to transistor 64 (Q1), which in the embodiment illustrated is a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) and drive component 52. In operation, the high voltage of the high voltage power supply 63 is supplied to transistor 64 and a Reduced voltage (eg 15 volts - 18 volts) that is limited or fixed by a Zener73 diode (D3) is supplied to drive component 52. It should be noted that excessive voltage (eg 285 volts) is decreased by a resistor 76 (R3).

O componente de acionamento 52 é conectado a uma porta 72 do MOSFET atra-vés de um resistor 80 (R1) e na modalidade ilustrada é um chip IR2153S de oito pinos quetem a seguinte configuração de pinos:Drive component 52 is connected to a MOSFET port 72 via a resistor 80 (R1) and in the embodiment illustrated is an eight-pin IR2153S chip that has the following pin configuration:

VccFonte de alimentação acionada por porta lógica e internaVccLogic and internal port-powered power supply

RTEntrada do resistor de tempo de oscilaçãoRTE input of oscillation time resistor

CTEntrada do capacitor de tempo de oscilaçãoWobble Time Capacitor Input

COMComum (referência para voltagem Vcc)COMMON (reference for Vdc voltage)

LOSaida do acionador de porta da lateral baixaLow Side Door Trigger LOS Output

VSRetorno de fonte flutuante de alta voltagemVSHigh Voltage Floating Source Return

HO Saída de acionador de porta de lateral altaHO High Side Door Trigger Output

VBFonte flutuante de acionador de porta de lateral altaVBHigh Side Door Trigger Floating Source

Nesta modalidade, o pino LO de seu componente de acionamento 52 é desconec-tado e o pino COM do componente de acionamento 52 é conectado a uma fonte 70 do tran-sistor 64. O pino Vs do componente de acionamento 52 é conectado ao pino COM do com-ponente de acionamento 52. Um capacitor 75 fornece 15 volts para a fonte VCc e é referen-ciado ao pino Vs do componente de acionamento 52. Ademais, a alta voltagem é diminuídaatravés do resistor 76 porque o diodo Zener 73 fixa a voltagem em, por exemplo, 15 volts,como referência para o pino COM do componente de acionamento 52, que carrega o capa-citor 75 e é fornecido através de um diodo 78 (D5) ao pino Vb do componente de aciona-mento 52. Quando a voltagem na fonte 70 do transistor 64 (que é a voltagem no pino COM)se aproxima da voltagem em um dreno 66 do transistor 64, o componente de acionamento52 desliga. Dever-se-ia apreciar que se um componente de acionamento 52 diferente é usa-do, diferentes conexões são feitas para fornecer a operação do módulo de pré-carga 20 co-mo descrita aqui.In this embodiment, the LO pin of its drive component 52 is disconnected and the COM pin of drive component 52 is connected to a transistor 64 source 70. Pin Vs of drive component 52 is connected to the COM pin 52. A capacitor 75 supplies 15 volts to the VCc source and is referenced to pin Vs of drive component 52. In addition, the high voltage is decreased via resistor 76 because the Zener diode 73 fixes the voltage. at, for example, 15 volts, as a reference for drive component COM pin 52, which carries cap-citor 75 and is supplied via a diode 78 (D5) to drive component pin Vb 52. When the voltage at source 70 of transistor 64 (which is the voltage at pin COM) approaches the voltage in a drain 66 of transistor 64, the drive component 52 shuts off. It should be appreciated that if a different drive component 52 is used, different connections are made to provide operation of the preload module 20 as described herein.

Assim, em operação, o fluxo de corrente é mostrado pela seta na Figura 3 com ocomponente de acionamento 52 controlando o acionamento e não acionamento do transistor64 tal que na modalidade ilustrada, o MOSFET é desligado quando a voltagem na fonte 70do transistor 64 se aproxima da voltagem no dreno 66 do MOSFET. Conseqüentemente, omódulo de pré-carga 20 desliga quando o capacitor 36 é pré-carregado a um nível pre-determinado, que pode ser uma carga quase completa (por exemplo, 99 por cento da capa-cidade total) como descrita abaixo.Thus, in operation, the current flow is shown by the arrow in Figure 3 with drive component 52 controlling the drive and non-drive of transistor64 such that in the embodiment illustrated, the MOSFET is turned off when the voltage at source 70 of transistor 64 approaches voltage on drain 66 of the MOSFET. Consequently, preload module 20 shuts off when capacitor 36 is preloaded to a predetermined level, which may be an almost full charge (eg, 99 percent of total capacity) as described below.

O componente de acionamento 52 fornece essencialmente um terra flutuante talque não existe conexão entre a fonte de alimentação de baixa voltagem 58 e a fonte de ali-mentação de alta voltagem 63. O componente de acionamento 52 inclui um acionador meiaponte com um oscilador auxiliar que oscila em um ciclo de trabalho de cinqüenta por cento(50%). A freqüência do ciclo de trabalho (por exemplo, um quiloHertz (KHz)) é determinadapelos valores do capacitor 82 e do resistor 84.Drive component 52 essentially provides a floating ground such that there is no connection between low voltage power supply 58 and high voltage power supply 63. Drive component 52 includes a half-point drive with an oscillating auxiliary oscillator in a fifty percent (50%) duty cycle. The duty cycle frequency (eg one kiloHertz (KHz)) is determined by the values of capacitor 82 and resistor 84.

Como um exemplo, e usando a modalidade ilustrada na Figura 4, uma vez que o re-lê 54 é energizado, por exemplo, pela fonte de alimentação de baixa voltagem 58, a volta-,gem da fonte de alimentação de alta voltagem 63 (por exemplo, 300V) é aplicada atravésdos contatos do relê, por exemplo, a partir do contato normalmente aberto 57 através docontato móvel 59, ao transistor 64. Uma voltagem menor (por exemplo, de 15V - 18V) é fi-xada/limitada pelo diodo 73 e é aplicada ao pino Vcc do componente de acionamento 52com relação ao comum, por exemplo, o pino COM do componente de acionamento 52. Apósum retardo de tempo pré-determinado, que é determinado por um capacitor 82 (C1) e umresistor 84 (R2), o transistor será ligado pelo componente de acionamento 52 a pela fonte de300V através de um resistor de pré-carga 22 (mostrado na Figura 1) para iniciar a pré-cargafornecida pelo MOSFET.As an example, and using the embodiment illustrated in Figure 4, since the readout 54 is energized, for example, by the low voltage power supply 58, the voltage of the high voltage power supply 63 ( (eg 300V) is applied via relay contacts, for example, from normally open contact 57 through mobile contact 59, to transistor 64. A lower voltage (eg 15V - 18V) is fixed / limited by diode 73 and is applied to the drive component Vcc pin 52 with respect to the common, for example, the drive component COM pin 52. After a predetermined time delay, which is determined by a capacitor 82 (C1) and a resistor 84 (R2), the transistor will be connected by drive component 52a to the 300V source via a preload resistor 22 (shown in Figure 1) to initiate preload provided by MOSFET.

O tempo de retardo e de carregamento para o(s) capacitor(es) 36 são programáveise configuráveis, baseados, por exemplo, a aplicação, no(s) capacitor(es), etc. Os valores docapacitor 82 e do resistor 84 podem ser escolhidos dependendo de uma constante de tempodo resistor de pré-carga 22 e do(s) capacitor(es) 36. Por exemplo, se o resistor de pré-carga22 e o capacitor 36 possuem valores de 10 Ohms e 2000 microFarad, respectivamente, en-tão a constante de tempo de carregamento é de 10*2000 = 20 milisegundos. Três constan-tes de tempo, neste exemplo, 60 milisegundos, são solicitados para carregar o capacitor de2000 microFarad para 95% da voltagem de carregamento, que é 300V na aplicação ilustra-da na Figura 3 antes do fechamento do contator 26 (mostrado na Figura 1). Conseqüente-mente, o tempo de carga e de retardo do módulo de pré-carga 20, que pode ser configuradocomo um módulo de pré-carga de estado sólido, devem ser maiores que 60 milisegundospara permitir uma pré-carga exigida ou desejada.The delay and charge time for capacitor (s) 36 are programmable and configurable, based on, for example, application on capacitor (s), etc. The capacitor 82 and resistor 84 values can be chosen depending on a preload resistor time constant 22 and capacitor (s) 36. For example, if preload resistor 22 and capacitor 36 have values 10 Ohms and 2000 microFarad, respectively, so the charging time constant is 10 * 2000 = 20 milliseconds. Three time constants, in this example, 60 milliseconds, are required to charge the 2000 microFarad capacitor to 95% of the charging voltage, which is 300V in the application illustrated in Figure 3 before closing contactor 26 (shown in Figure 1). Consequently, the charge and delay time of the preload module 20, which can be configured as a solid state preload module, must be greater than 60 milliseconds to allow a required or desired preload.

Quando o capacitor 36 está completamente pré-carregado, o componente de acio-namento 52 interromperá a porta 72 do transistor 64 (por exemplo, MOSFET), assim inter-rompendo a carga do(s) capacitor(es) 36, mesmo com o relê 54 ainda energizado. O relê 54pode ser então desenergizado sem corrente fluindo. O relê 54 não seré energizado ou de-senergizado enquanto a corrente está fluindo. Assim, um relê eletromecânico automotivoregular de 12V pode ser utilizado. O contator 26 nunca fecha até que o(s) capacitor(es) 36seja(m) pré-carregado(s). O módulo de pré-carga 20 desliga automaticamente ao alcançar apré-carga desejada ou exigida (por exemplo, 99 por cento da pré-carga do(s) capacitor(es)36) como descrito aqui.When capacitor 36 is fully preloaded, drive component 52 will break off port 72 of transistor 64 (e.g., MOSFET), thereby disrupting the charge of capacitor (s) 36 even with the relay 54 still energized. Relay 54 can then be de-energized without current flowing. Relay 54 will not be energized or de-energized while current is flowing. Thus, a 12V automotive electromechanical relay can be used. Contactor 26 never closes until capacitor (s) 36 are preloaded. The preload module 20 automatically shuts off upon reaching the desired or required preload (for example, 99 percent of capacitor (s) preload 36) as described herein.

A Figura 4 é um diagrama esquemático de um módulo de pré-carga 90 formado deacordo com outra modalidade exemplificada. O módulo de pré-carga 90 é similar ao módulode pré-carga 20 onde números similares representam componentes similares. Entretanto, omódulo de pré-carga 90 também inclui um resistor 92 conectado entre a porta 72 e a fonte70 do transistor 64. O resistor 92 em combinação com o resistor 80 assegura que o resistor64 ligue e desligue precisamente baseado na oscilação do componente de acionamento 52.Figure 4 is a schematic diagram of a preload module 90 formed according to another exemplified embodiment. Preload module 90 is similar to preload module 20 where similar numbers represent similar components. However, preload module 90 also includes a resistor 92 connected between port 72 and source 70 of transistor 64. Resistor 92 in combination with resistor 80 ensures that resistor 64 turns on and off precisely based on the oscillation of drive component 52 .

Adicionalmente, o módulo de pré-carga 90 inclui um optoacoplador 94 conectadoentre o pino LO e o componente de acionamento 52 e a porta 72 do MOSFET. Na modali-dade ilustrada, o optoacoplador 94 é um fotoacoplador ou um foto-relé tal como um fotoaco-plador/foto-relé TLP222G disponível a partir da Toshiba America (Toshiba Corporation) emNova lorque, Nova Iorque. O optoacoplador 94 fornece proteção para desligar o transistor64, por exemplo, se uma interrupção repentina da voltagem na bobina do relê ocorre (porexemplo, o módulo de pré-carga 20 ou 90 liga e então volta a desligar rapidamente). Porexemplo, se uma interrupção repentina na voltagem na bobina do relê 55 ocorre, o optoaco-plador 94 desliga o MOSFET para interromper o fluxo de corrente no caso dos contatos dorelê 54 abrirem novamente. O transistor 64 transporta a corrente enquanto o relê 54 estáfechado. Em operação, o optoacoplador 94 fecha mediante o comutador 61 comutar para oterra 60 e fecha antes que o relê 54 feche tal que o optoacoplador 94 possa abrir novamentese necessário. Essencialmente, o optoacoplador 94 fornece uma precaução de segurança eprotege os contatos do relê para assegurar que nenhuma corrente flua quando os contatosestão abertos.Additionally, the preload module 90 includes an optocoupler 94 connected between the LO pin and the drive component 52 and the MOSFET port 72. In the illustrated embodiment, the optocoupler 94 is a photocoupler or photorelay such as a TLP222G photocoupler / photorelay available from Toshiba America (Toshiba Corporation) in New York, New York. Optocoupler 94 provides protection for shutting down transistor64, for example if a sudden interruption of voltage in the relay coil occurs (for example, preload module 20 or 90 turns on and then quickly shuts off). For example, if a sudden interruption in voltage at relay coil 55 occurs, opto-plater 94 shuts off the MOSFET to interrupt current flow in case the contacts 54 open again. Transistor 64 carries current while relay 54 is closed. In operation, the optocoupler 94 closes by means of switch 61 to switch to ground 60 and closes before relay 54 closes such that the optocoupler 94 may open again if necessary. Essentially, the optocoupler 94 provides a safety precaution and protects the relay contacts to ensure that no current flows when the contacts are open.

Dever-se-ia notar que as partes de componente do relê 54 são também ilustradasna Figura 4. Especificamente, em adição à bobina do relê 55, um comutador de relê 96 étambém mostrado. A operação do módulo de pré-carga 90 é a mesma do módulo de pré-carga 20. Ambos o módulo de pré-carga 20 e o módulo de pré-carga 90 incluem um relê debaixa voltagem (por exemplo, relê automotivo de 12V) tal como o relê 54 na série com oMOSFET que fornece o isolamento contra a corrente de fuga quando a bobina do relê, porexemplo, a bobina de relê 55, é desabilitada (por exemplo, impede a fuga através doMOSFET). Esta combinação fornece a pré-carga de um capacitor de alta voltagem usando,por exemplo, um acionador meia-ponte auto-oscilante, tal como, um componente de acio-namento 52 que opera sem um terra (por exemplo, as flutuações de chip de Cl) para forne-cer isolamento entre o terra de uma fonte de alimentação de 12V, por exemplo, a fonte dealimentação de baixa voltagem 58 e uma fonte de alimentação de 600V ou 300V, por exem-plo, a fonte de alimentação de alta voltagem 63. O módulo de pré-carga 20 ou o módulo depré-carga 90 desligará automaticamente uma vez que o capacitor foi pré-carregado. Assim,um capacitor, por exemplo, o capacitor 36 é pré-carregado e então o relê principal, tal como,o contator 26 fecha ou é ligado para permitir o fluxo de corrente. Por exemplo, o módulo depré-carga 20 ou o módulo de pré-carga 90 é ativado por um período de tempo (por exemplo,200 milisegundos) antes que o relê principal feche de modo a pré-carregar um ou mais ca-pacitores grandes.It should be noted that relay component parts 54 are also illustrated in Figure 4. Specifically, in addition to relay coil 55, a relay switch 96 is also shown. The operation of preload module 90 is the same as preload module 20. Both preload module 20 and preload module 90 include a low voltage relay (eg 12V automotive relay) such as relay 54 in the MOSFET series which provides isolation against leakage current when the relay coil, for example relay coil 55, is disabled (eg prevents leakage through MOSFET). This combination provides the preload of a high voltage capacitor using, for example, a self-oscillating half-bridge actuator, such as a drive component 52 that operates without an earth (eg, chip fluctuations). (Cl) to provide isolation between the ground of a 12V power supply, for example, the low voltage power supply 58 and a 600V or 300V power supply, for example, the high voltage power supply. 63. The preload module 20 or the preload module 90 will automatically shut down once the capacitor has been preloaded. Thus, a capacitor, for example, capacitor 36 is preloaded and then the main relay such as contactor 26 closes or is switched on to allow current to flow. For example, the preload module 20 or preload module 90 is activated for a period of time (eg 200 milliseconds) before the main relay closes to preload one or more large capacitors. .

Enquanto a invenção foi descrita em termos de várias modalidades específicas, a-queles versados na técnica reconhecerão que a invenção pode ser praticada com modifica-ção no escopo das reivindicações.While the invention has been described in terms of various specific embodiments, those skilled in the art will recognize that the invention may be practiced with modification within the scope of the claims.

Claims

1. Preload module (20), characterized in that it comprises: a relay (54), a transistor connected to the relay (64); In a solid state device (52) connected to the transistor, the solid state device controls the switching of the transistor.

Preload module according to claim 1, characterized in that the transistor (64) comprises a metal-oxide-semiconductor (MOSFET) field effect transistor.

Preload module according to claim 1, characterized in that the solid state device (52) comprises a drive component which drives a transistor port (72) (64) in a fifty duty cycle Percent.

Preload module according to claim 1, characterized in that the solid state device (52) comprises a self-oscillating half-bridge driver.

Preload module according to claim 1, characterized in that the solid state device (52) comprises a floating ground integrated circuit chip.

Preload module according to claim 1, characterized in that the relay (54) comprises an electromechanical relay having a rate of twenty volts.

Preload module according to claim 1, further characterized by the fact that it comprises an optocoupler (94) connected between a LO output of the solid state device (52) and a port (72) of the transistor (64).

Preload module according to claim 1, further characterized by the fact that it comprises a photocoupler (94) connected to a ground switch (61), the ground switch connected to the relay (54).

Preload module according to claim 1, characterized in that a normally open contact (57) of the relay (54) is connected to a power supply (63) of at least 300 volts.

A preload module according to claim 1, further characterized by the fact that it comprises a resistor (84) and a capacitor (82) and where the solid state device (52) comprises a trigger half-bridge, with resistor 84 and capacitor 82 configuring a period of time that transistor 64 is turned on.

Preload module according to Claim 1, characterized in that the transistor (64) is connected to a capacitor (36) to be preloaded and the transistor (64) is disconnected via the capacitor. (36) be charged to a predetermined capacity.

Preload module according to claim 1, characterized in that the transistor (64) is connected to a high voltage power supply (63).

Preload module according to claim 1, further characterized by the fact that it comprises a Zener diode (73) connected to the solid state device (52) which reduces the voltage to the solid state device.