ES2241650T3 - Disposicion para la proteccion de una fase final de semiconductores de potencia que conmuta un consumidor inductivo. - Google Patents

Abstract

Disposición para la protección de fases finales (T1, T2) de semiconductores de potencia formadas con MOS-FETs en circuito de lado bajo, que conectan, en función de una señal de control, arrollamientos de excitación (L1, L2) de sentido opuesto de un motor conmutable electrónicamente o bobinas arrolladas en sentido opuesto de un relé de conmutación o de un contactor disyuntor con circuito magnético común en una tensión de alimentación de corriente continua y los desconectan de esta tensión, en la que la energía puede ser transmitida por transformador desde un arrollamiento de excitación (L1) o bobina sobre el otro arrollamiento de excitación (L2) o bobina que actúa como inductividad adicional (Lz), que está cargado con una resistencia (R) o está acoplado en la dirección de la corriente opuesta con la tensión de alimentación de corriente continua (Ubatt), y en la que, en el caso de un motor conmutable electrónicamente, la inductividad adicional para un arrollamiento de excitación (por ejemplo,L1) alimentado es, respectivamente, el arrollamiento de excitación (L2) que es alimentado a continuación en el sentido opuesto en el ciclo de conmutación, caracterizada porque la energía de desconexión W = ¿ Ll2, que aparece durante la desconexión en el consumidor inductivo (L, L1, L2) puede ser transmitida sobre la inductividad adicional (Lz, L2, L1) y porque las fases finales (T, T1, T2) de semiconductores de potencia son MOS-FETs de canal, donde un diodo parasitario del MOS-FET respectivo forma, durante la desconexión de la señal de control (st), un circuito de corriente con flujo de corriente reducido.

Description

Disposición para la protección de una fase final de semiconductores de potencia que conmuta un consumidor inductivo.

La invención se refiere a una disposición para la protección de fases finales de semiconductores de potencia formadas con MOS-FETs en circuito de lado bajo, que conectan, en función de una señal de control, arrollamientos de excitación de sentido opuesto de un motor conmutable electrónicamente o bobinas arrolladas en sentido opuesto de un relé de conmutación o de un contactor disyuntor con circuito magnético común en una tensión de alimentación de corriente continua y los desconectan de esta tensión, en la que la energía puede ser transmitida por transformador desde un arrollamiento de excitación o bobina sobre el otro arrollamiento de excitación o bobina que actúa como inductividad adicional, que está cargado con una resistencia o está acoplado en la dirección de la corriente opuesta con la tensión de alimentación de corriente continua, y en la que la inductividad adicional para un arrollamiento de excitación alimentado es, respectivamente, el arrollamiento de excitación que es alimentado a continuación en el sentido opuesto en el ciclo de conmutación.

Estado de la técnica

Una disposición de este tipo para la protección de una fase final de semiconductores de potencia se indica en el documento DE 296 22 254 U1. En esta disposición conocida, se conectan dos arrollamientos de fases a través de conmutadores de forma alterna en una fuente de tensión. La energía de campo magnético almacenada durante la alimentación de uno de los dos arrollamientos de fases en su inductividad, es decir, la energía eléctrica residual no convertida durante la alimentación en energía de movimiento, es transferida por medio de acoplamiento de transformador sobre el otro arrollamiento de fases respectivo a su inductividad. De esta manera, una gran parte de la energía residual no convertida en energía de movimiento es desplazada desde un arrollamiento de fase al otro y es desplazada de nuevo de retorno. Con relación a la utilización de IGBT's, MOS-FETs o transistores bipolares hay que indicar que la sobretensión que aparece durante la desconexión de la inductividad alimentada es transferida, a través de diodos adicionales, a una red de descarga RC utilizada igualmente para ambos conmutadores.

En otras disposiciones indicadas en el documento US-A 4.164.696 y en el documento WO 93/23918 A para la activación de arrollamientos de fases de motores eléctricos se activan arrollamientos de fases igualmente a través de instalaciones de control con semiconductores de potencia, estando acoplados por transformador los arrollamientos consecutivos.

Otros circuitos en serie de este tipo, que están constituidos por una fase final de semiconductores de potencia y consumidor inductivo se emplean para diferentes aplicaciones. En este caso, con la señal de control se conmuta siempre totalmente la fase final de semiconductores de potencia, para mantener lo más reducida posible su potencia de pérdida. Durante la desconexión de la fase final de semiconductores de potencia aparece en el consumidor inductivo una energía de desconexión W = ½ Ll^{2}, que debe ser mantenida alejada de la fase final de semiconductores de potencia, puesto que ésta generaría, a través del diodo parasitario de la misma, un flujo de corriente, que podría conducir a una sobrecarga o a la destrucción de la fase final de semiconductores de potencia. Para impedir esto, se conecta en paralelo al consumidor un llamado diodo de marcha libre, que se puede adaptar, como diodo de potencia, a la potencia conmutada del circuito en serie y, por lo tanto, es muy caro.

Como muestra el documento WO 96/09683, se conoce también en los motores conmutables electrónicamente incorporar en el circuito de marcha libre de un arrollamiento de excitación en cada caso el arrollamiento de excitación que debe alimentarse a continuación y de esta manera se consigue ya una magnetización previa. Sin embargo, esta disposición necesita como anteriormente el diodo de marcha libre como diodos de acoplamiento entre los arrollamientos de excitación.

El cometido de la invención es crear una disposición del tipo mencionado al principio que, con una estructura simplificada, mantiene la energía de desconexión del consumidor inductivo alejada de la fase final de semiconductores de potencia y la disipa.

Este cometido se soluciona en una disposición del tipo mencionado al principio según la invención porque la energía de desconexión, que aparece durante la desconexión en el consumidor inductivo, puede ser transmitida sobre la inductividad adicional y porque las fases finales de semiconductores de potencia son MOS-FETs de canal, donde un diodo parasitario del MOS-FET respectivo forma, durante la desconexión de la señal de control, un circuito de corriente con flujo de corriente reducido.

La energía de desconexión es transmitida en el caso de desconexión del circuito en serie sobre la inductividad adicional, es decir, un circuito separado del circuito en serie y es disipara en éste a través de la carga. En este caso, a través del acoplamiento correspondiente de la inductividad adicional se puede transmitir la energía liberada también de retorno hacia la tensión de alimentación de corriente continua. Con las medidas indicadas se puede prescindir de diodos de marcha libre. Con los MOS-FETs de canal N en circuito de lado bajo se consiguen circuitos especialmente sencillos.

En el caso de un relé de conmutación y de un contactor disyuntor, se realiza de una manera sencilla un diseño tal que el consumidor inductivo u la inductividad adicional están configurados como bobinas arrolladas en sentido opuesto con circuito magnético común.

Para un motor controlable electrónicamente, la inductividad adicional para un arrollamiento de excitación alimentado es, respectivamente, el arrollamiento de excitación alimentado a continuación en sentido opuesto en el ciclo de conmutación.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de ejemplos de realización representados en el dibujo. En este caso:

La figura 1 muestra una disposición con un relé de conmutación conectado a través de una fase final de semiconductores, y

La figura 2 muestra una disposición con un motor conmutable electrónicamente con cuatro polos y dos secciones de arrollamiento como arrollamientos de excitación.

El ejemplo de realización según la figura 1 utiliza para la conexión y desconexión del consumidor inductivo L un MOS-FEWT de canal N designado con T. La activación se realiza con una señal de control, que conmuta totalmente, durante la aparición, la fase final T de semiconductores de potencia, de manera que la potencia de pérdida de la misma es la mínima posible y puede fluir la corriente máxima a través del consumidor L con la resistencia de consumidor RL. En este caso, en el consumidor L cae prácticamente toda la tensión de alimentación de corriente continua Ubatt. Si no se activa ya la fase final T de semiconductores de potencia a través de la desconexión de la señal de control st, entonces adopta el estado de conmutación de alta impedancia, en el que para la tensión de inducción del consumidor L, el diodo parasitario de la fase final de semiconductores de potencia forma un circuito de corriente.

Para reducir todavía más un flujo de corriente, se transmite la tensión de inducción sobre una inductividad adicional Lz, que está acoplada por transformador con el consumidor L, es decir, que el consumidor L y la inductividad adicional Lz son arrollamientos en sentido opuesto con circuito magnético común. Si la inductividad adicional Lz está cargada con una resistencia R, entonces se disipa de esta manera la energía de la inducción. No obstante, la energía -como se muestra con las líneas de trazos de la figura 1- se puede transmitir de retorno en la dirección de contra corriente sobre la tensión de alimentación de corriente continua Ubatt con el condensador de filtro C conectado en paralelo.

El diagrama según la figura 2 muestra, como consumidores inductivos L1 y L2, los dos arrollamientos de excitación de un motor conmutable electrónicamente. En el ciclo de conmutación se alimentan de forma alterna los consumidores L1 y L2, siendo modificada de una etapa a otra la dirección de la alimentación de los arrollamientos de excitación, puesto que están incorporados en los circuitos en serie con sentido de arrollamiento opuesto. Las fases finales T1 y T2 de semiconductores de potencia son impulsadas en el ciclo de conmutación con las señales de control st1, st2, st1, st2... consecutivas. Durante la alimentación del consumidor L1, el consumidor L2 acoplado con transformador actúa como inductividad adicional Lz, mientras que durante la alimentación del consumidor L2, el consumidor L1 asume la función de la inductividad adicional Lz. En cada fase de alimentación, el circuito según la figura 2 trabaja como el circuito según la figura 1, de manera que tampoco aquí son necesarios diodos de marcha libre en los consumidores L1, y L2, es decir, en los arrollamientos de excitación del motor y las fases finales T1 y T2 de semiconductores de potencia están protegidas frente a las tensiones de inducción que aparecen durante la desconexión.

Claims (1)

1. Disposición para la protección de fases finales (T1, T2) de semiconductores de potencia formadas con MOS-FETs en circuito de lado bajo, que conectan, en función de una señal de control, arrollamientos de excitación (L1, L2) de sentido opuesto de un motor conmutable electrónicamente o bobinas arrolladas en sentido opuesto de un relé de conmutación o de un contactor disyuntor con circuito magnético común en una tensión de alimentación de corriente continua y los desconectan de esta tensión, en la que la energía puede ser transmitida por transformador desde un arrollamiento de excitación (L1) o bobina sobre el otro arrollamiento de excitación (L2) o bobina que actúa como inductividad adicional (Lz), que está cargado con una resistencia (R) o está acoplado en la dirección de la corriente opuesta con la tensión de alimentación de corriente continua (Ubatt), y en la que, en el caso de un motor conmutable electrónicamente, la inductividad adicional para un arrollamiento de excitación (por ejemplo, L1) alimentado es, respectivamente, el arrollamiento de excitación (L2) que es alimentado a continuación en el sentido opuesto en el ciclo de conmutación, caracterizada porque la energía de desconexión W = ½ Ll^{2}, que aparece durante la desconexión en el consumidor inductivo (L, L1, L2) puede ser transmitida sobre la inductividad adicional (Lz, L2, L1) y porque las fases finales (T, T1, T2) de semiconductores de potencia son MOS-FETs de canal, donde un diodo parasitario del MOS-FET respectivo forma, durante la desconexión de la señal de control (st), un circuito de corriente con flujo de corriente reducido.