ES2366378T3 - PROTECTION CIRCUIT DEVICE FOR A SOLAR MODULE. - Google Patents

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ES2366378T3
ES2366378T3 ES06753908T ES06753908T ES2366378T3 ES 2366378 T3 ES2366378 T3 ES 2366378T3 ES 06753908 T ES06753908 T ES 06753908T ES 06753908 T ES06753908 T ES 06753908T ES 2366378 T3 ES2366378 T3 ES 2366378T3
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Heribert Schmidt
Bruno Burger
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

Dispositivo de circuito de protección para un módulo solar, en el que una pluralidad de células solares que trabajan en parte en servicio normal y al mismo tiempo en parte en caso de sombreado están conectadas en serie, con al menos un elemento de conmutación (1) eléctrico controlable que sirve de elemento de derivación, cuya sección de conmutación puede conectarse en paralelo a la pluralidad de células solares, con un circuito de alimentación (50) para suministrar una tensión de control para el mando del electrodo de control del elemento de derivación (1), caracterizado por un seccionador (40) para bloquear la tensión aplicada en el servicio normal a la sección de conmutación del elemento de derivación al circuito de alimentación (50) y para conmutar la tensión aplicada a la sección de conmutación en caso de sombreado de al menos una célula solar al circuito de alimentación (50).Protection circuit device for a solar module, in which a plurality of solar cells that work partly in normal service and at the same time partly in case of shading are connected in series, with at least one switching element (1) controllable electrical that serves as a branch element, whose switching section can be connected in parallel to the plurality of solar cells, with a power circuit (50) to supply a control voltage for the control electrode control of the branch element ( 1), characterized by a disconnector (40) for blocking the voltage applied in the normal service to the switching section of the branch element to the supply circuit (50) and for switching the voltage applied to the switching section in case of shading of at least one solar cell to the power circuit (50).

Description

La invención se refiere a un dispositivo de circuito de protección para un módulo solar, en el que una pluralidad de células solares están conectadas en serie. Un dispositivo de circuito de protección de este tipo se conoce por el documento JP 2000 174 308. The invention relates to a protection circuit device for a solar module, in which a plurality of solar cells are connected in series. A protection circuit device of this type is known from JP 2000 174 308.

Los módulos solares son generalmente conocidos y están formados según la Figura 1a habitualmente por una conexión en serie de células, que suministran una tensión individual Uz de aprox. 0,5 V a 1 V. En caso de un sombreado parcial de una o varias células o también en caso de propiedades distintas de las células, en particular de la corriente de cortocircuito, en caso de una carga, se invierte la tensión en las células sombreadas. En el peor caso, es decir, en caso de un cortocircuito del generador solar, p.ej. en caso de un servicio en un regulador de carga de batería en derivación, decae la suma de las tensiones de todas las células no sombreadas en la dirección de bloqueo en la célula sombreada. Solar modules are generally known and are formed according to Figure 1a usually by a series connection of cells, which provide an individual voltage Uz of approx. 0.5 V to 1 V. In case of partial shading of one or more cells or also in case of different properties of the cells, in particular of the short-circuit current, in case of a load, the voltage in the shaded cells. In the worst case, that is, in case of a short circuit of the solar generator, eg in the case of a service in a bypass battery charge regulator, the sum of the voltages of all the non-shaded cells in the blocking direction in the shaded cell.

A continuación, se usará independientemente de la causa real de la inversión de la tensión siempre el concepto “caso de sombreado” y para el servicio no sombreado el concepto “servicio normal”. Next, the concept "case of shading" will always be used regardless of the actual cause of the voltage inversion and for the non-shaded service the concept of "normal service".

La tensión de bloqueo admisible de una célula solar está situada en pocos V hasta pocos 10 V. En función del número de células no sombreadas conectadas en serie con las células sombreadas puede sobrepasarse la tensión de bloqueo admisible, lo que puede conducir a penetraciones locales de la capa de barrera y a daños irreversibles de la célula. Para evitar esta tensión de bloqueo inadmisiblemente alta es conocido conectar de forma ideal un llamado diodo de derivación en paralelo a cada una de las células. Los costes son considerables y sólo son aceptables en aplicaciones especiales, véase p.ej. la navegación espacial. En módulos solares corrientes en el mercado se forman, por lo tanto, según la Figura 1a subgrupos UGA, UGB, … UGX de células conectadas en serie, p.ej. 18 a 24, que son protegidos respectivamente por un diodo de derivación. Estos se conectan mediante los puntos de conexión 11, 12 con el subgrupo correspondiente. Para mayor claridad, en la Figura 1a, el diodo de derivación sólo está representado para el subgrupo UGB. The permissible blocking voltage of a solar cell is located in a few V to a few 10 V. Depending on the number of non-shaded cells connected in series with the shaded cells, the permissible blocking voltage can be exceeded, which can lead to local penetrations of the barrier layer already irreversible damage to the cell. To avoid this inadmissibly high blocking voltage, it is known to ideally connect a so-called bypass diode in parallel to each of the cells. The costs are considerable and are only acceptable in special applications, see eg space navigation. In current solar modules on the market, therefore, according to Figure 1a subgroups UGA, UGB, ... UGX of cells connected in series, eg 18 to 24, which are respectively protected by a bypass diode are formed. These are connected by connection points 11, 12 with the corresponding subgroup. For clarity, in Figure 1a, the bypass diode is only represented for the UGB subgroup.

En el servicio normal, según la Figura 1b, al diodo de derivación se aplica la suma de las tensiones de las células Z1, a Zn, que pertenecen al subgrupo, es decir, aprox. 15 V hasta más de + 20 V. La corriente de bloqueo IS debería ser mínima para evitar pérdidas. En caso de un sombreado total de una o varias células en un subgrupo según la Figura 1c, por el diodo de derivación 2 fluye la corriente de cortocircuito o la corriente de punto de trabajo ISG generada por las células dispuestas en el exterior del subgrupo, las células no sombreadas. Esta genera en el diodo de derivación 2, en función de la tecnología de diodos usada, de la corriente que fluye y de la temperatura del diodo, una caída de tensión UD de aprox. -0,4 V hasta más de -1 V. En la célula sombreada decae, por lo tanto, en el peor caso la suma de las tensiones de todas las células no sombreadas que se encuentran en el interior del subgrupo correspondiente, más la caída de tensión en el diodo de derivación. In normal service, according to Figure 1b, the sum of the voltages of the Z1 cells, to Zn, belonging to the subgroup, that is, approx. 15 V to more than + 20 V. The blocking current IS should be minimal to avoid losses. In the case of a total shading of one or more cells in a subgroup according to Figure 1c, the bypass diode 2 flows the short-circuit current or the ISG working point current generated by the cells arranged outside the subgroup, the non-shaded cells This generates a drop in voltage UD of approx. Depending on the diode technology used, the current flowing and the temperature of the diode. -0.4 V to more than -1 V. In the shaded cell, therefore, in the worst case, the sum of the voltages of all the non-shaded cells inside the corresponding subgroup, plus the drop, falls of voltage in the bypass diode.

El número de células reunidas en un subgrupo se elige de tal modo que en el peor caso no se sobrepasa la tensión de bloqueo admisible de la célula individual desconectada. Esto conduce a un número típico de aprox. 18 a 24 células por subgrupo. The number of cells gathered in a subgroup is chosen in such a way that in the worst case the permissible blocking voltage of the disconnected individual cell is not exceeded. This leads to a typical number of approx. 18 to 24 cells per subgroup.

Para el diodo de derivación conocido resultan por lo tanto las siguientes condiciones de servicio: For the known bypass diode, the following operating conditions therefore result:

En el servicio normal representado en la Figura 1b, a este diodo está aplicada la tensión de las células reunidas en un subgrupo en la dirección de bloqueo, es decir, típicamente aprox. +15 V hasta + 20 V. En el caso representado en la Figura 1c, con un sombreado total de una célula en el interior del grupo correspondiente, la corriente del generador solar ISG fluye por el diodo de derivación y provoca una caída de tensión UD de aprox. -0,4 V hasta más de -1 V. En la descripción expuesta a continuación, para mayor facilidad se supone que se produce una tensión de bloqueo de + 20 V y una tensión en estado de conducción UD de – 0,6 V, pudiendo producirse también otros valores. In the normal service shown in Figure 1b, the voltage of the cells gathered in a subgroup in the blocking direction is applied to this diode, that is, typically approx. +15 V to + 20 V. In the case represented in Figure 1c, with a total shading of a cell inside the corresponding group, the current of the ISG solar generator flows through the bypass diode and causes a voltage drop UD of approx. -0.4 V to more than -1 V. In the description set forth below, it is assumed for ease that a blocking voltage of + 20 V and a voltage in conduction state UD of - 0.6 V are produced, other values may also occur.

Los diodos de derivación están alojados habitualmente en una caja de conexión que está conectada con el módulo solar, por lo que están expuestos a temperaturas ambiente de aprox. -20 ºC hasta a más de 85 ºC. En una caja están alojados típicamente dos o tres diodos para dos o tres subgrupos UGA, UGB y UGC. Para aumentar las corrientes del generador solar ISG admisibles, también es posible conectar en paralelo varios diodos de derivación. Bypass diodes are usually housed in a junction box that is connected to the solar module, so they are exposed to ambient temperatures of approx. -20 ° C to more than 85 ° C. Two or three diodes are typically housed in a box for two or three UGA, UGB and UGC subgroups. To increase the permissible ISG solar generator currents, it is also possible to connect several bypass diodes in parallel.

En los diodos de derivación empleados en el estado de la técnica, en caso de sombreado se produce una potencia perdida relativamente grande. Durante poco tiempo, una potencia perdida de este tipo puede ser absorbida sin problemas por el diodo, aunque en el caso de sombreados de larga duración es difícil disipar la cantidad de calor que se genera del diodo y de la caja de conexión. Hay que tener además en cuanta la circunstancia de que las cargas máximas, es decir, las corrientes solares máximas se producen en la mayoría de los casos cuando al mismo tiempo son elevadas las temperaturas ambiente o del módulo. El problema se complica a medida que aumenta el tamaño de las células solares, puesto que éstas suministran una corriente de cortocircuito o nominal que aumenta de forma proporcional a la superficie de la célula. In the bypass diodes used in the state of the art, in case of shading a relatively large lost power is produced. For a short time, a lost power of this type can be absorbed without problems by the diode, although in the case of long-lasting shading it is difficult to dissipate the amount of heat that is generated from the diode and the junction box. It is also necessary to take into account the circumstance that the maximum loads, that is, the maximum solar currents occur in most cases when at the same time the ambient or module temperatures are high. The problem is complicated as the size of the solar cells increases, since they supply a short-circuit or nominal current that increases proportionally to the cell surface.

Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de crear un dispositivo de circuito de protección para un módulo solar que asuma las funciones de un diodo de derivación suministrando poca potencia perdida y presentando una estructura sencilla y garantizando una fiabilidad elevada y de larga duración. Therefore, the invention has the objective of creating a protection circuit device for a solar module that assumes the functions of a bypass diode providing little lost power and presenting a simple structure and guaranteeing high reliability and long duration.

Este objetivo se consigue según la invención mediante las características de la reivindicación principal. This objective is achieved according to the invention by the features of the main claim.

Puesto que está previsto un elemento de conmutación eléctrico controlable que sirve de elemento de derivación, cuya sección de conmutación puede conectarse en paralelo a la pluralidad de células solares y puesto que un circuito de alimentación suministra una tensión de control para el mando del electrodo de control, se proporciona un circuito de derivación que puede absorber sin problemas la corriente de cortocircuito o la corriente de punto de trabajo de las células sombreadas. Mediante la tensión de alimentación se controla el elemento de derivación controlable en su función de tal modo que se produzca poca potencia perdida. Gracias al seccionador también previsto, puede bloquearse la tensión aplicada en el servicio normal de las células solares a la sección de conmutación del elemento de conmutación al circuito de alimentación, mientras que en el caso de sombreado, el seccionador conmuta la tensión aplicada a la sección de conmutación al circuito de alimentación. Since a controllable electrical switching element is provided which serves as a branch element, whose switching section can be connected in parallel to the plurality of solar cells and since a supply circuit supplies a control voltage for the control of the control electrode A shunt circuit is provided that can easily absorb the short-circuit current or the working point current of the shaded cells. The controllable branch element in its function is controlled by the supply voltage in such a way that little power is lost. Thanks to the disconnector also provided, the voltage applied in the normal service of the solar cells to the switching section of the switching element to the power circuit can be blocked, while in the case of shading, the disconnector switches the voltage applied to the section switching to the power circuit.

Gracias a las medidas indicadas en las reivindicaciones subordinadas son posibles variantes ventajosas y mejoras. Thanks to the measures indicated in the dependent claims, advantageous variants and improvements are possible.

Es especialmente ventajoso que el circuito de alimentación esté realizado como circuito de carga para un acumulador de energía o presente uno, que realiza un aumento de una tensión disponible en el caso de sombreado a una tensión más elevada para el mando del elemento de derivación controlable. De este modo, puede usarse la tensión de alimentación disponible gracias a la sección de conmutación en el caso de sombreado de -0,6 V para controlar el elemento de derivación controlable y, dado el caso, alimentar otros circuitos. It is especially advantageous if the power circuit is made as a charging circuit for an energy accumulator or one is present, which increases the voltage available in the case of shading at a higher voltage for the control of the controllable bypass element. In this way, the available supply voltage can be used thanks to the switching section in the case of -0.6 V shading to control the controllable bypass element and, if necessary, supply other circuits.

Es ventajoso que el elemento de derivación controlable esté realizado como transistor de efecto de campo MOS (MOSFET), pudiendo asumir el diodo de cuerpo existente de forma inherente en el MOSFET durante poco tiempo por completo la corriente del generador solar, pudiendo usarse en el caso de corrientes pequeñas de generador solar de forma duradera como diodo de derivación. It is advantageous that the controllable bypass element is realized as a MOS field effect transistor (MOSFET), and the existing body diode can be assumed inherently in the MOSFET for a short time completely the solar generator current, being able to be used in the case of small currents of solar generator of lasting form like diode of derivation.

De forma ventajosa, la capacidad inherente del elemento de derivación controlable, en el MOSFET usado, la capacidad de compuerta, se usa como acumulador de energía del circuito de alimentación o del circuito de carga, de modo que no se necesitan componentes acumuladores suplementarios. Advantageously, the inherent capacity of the controllable bypass element, in the MOSFET used, the gate capacity, is used as an energy accumulator of the power circuit or of the load circuit, so that no additional accumulator components are needed.

El seccionador está realizado de forma especialmente ventajosa como transistor bipolar que se hace funcionar de forma inversa, puesto que éste se hace funcionar en el servicio normal de forma convencional en circuito de colector común pudiendo bloquear, por lo tanto, sin problemas la tensión drenaje-fuente positiva de 20 V que se produce en el servicio normal. The disconnector is particularly advantageously operated as a bipolar transistor that is operated in an inverse manner, since it is operated in the normal service in a conventional manner in a common collector circuit, thus being able to block drainage voltage without problems. 20V positive source that occurs in normal service.

Es ventajoso realizar el seccionador como transistor de efecto de campo, preferiblemente como J-FET que conduce por sí mismo, puesto que éste presenta una resistencia de conexión baja, de modo que el siguiente circuito queda conectado casi sin pérdidas a la tensión de la sección de conmutación del elemento de derivación, la tensión de drenaje-fuente del MOSFET. It is advantageous to carry out the disconnector as a field effect transistor, preferably as a J-FET that conducts itself, since it has a low connection resistance, so that the next circuit is connected almost without losses to the section voltage switching of the bypass element, the drain-source voltage of the MOSFET.

El circuito de alimentación y/o el circuito de carga presenta de forma ventajosa un transformador con un arrollamiento de reacción positiva y un primer elemento de conmutación electrónico, ejerciendo el elemento de conmutación y el transformador de forma similar a un oscilador de bloqueo un proceso de basculación, en el que se transmite la energía acumulada en el transformador al acumulador de energía, p.ej. la capacidad de compuerta. Gracias a esta medida es posible generar a partir de la tensión reducida en el caso de sombreado de aprox. 0,6 V una tensión alta de aprox. 15 V, pudiendo transferirse la energía necesaria para la carga de la capacidad de compuerta de forma rápida, preferiblemente en un solo paso. The supply circuit and / or the load circuit advantageously presents a transformer with a positive reaction winding and a first electronic switching element, the switching element and the transformer exerting similarly to a blocking oscillator a process of tilt, in which the accumulated energy in the transformer is transmitted to the energy accumulator, eg the gate capacity. Thanks to this measure it is possible to generate from the reduced voltage in the case of shading of approx. 0.6 V a high voltage of approx. 15 V, being able to transfer the energy needed to load the gate capacity quickly, preferably in a single step.

El primer elemento de conmutación electrónico está conectado de forma ventajosa de modo inverso, formando así al mismo tiempo el seccionador no siendo necesarios componentes suplementarios para la separación. The first electronic switching element is advantageously connected in an inverse manner, thus forming the disconnector while no additional components are necessary for separation.

Gracias a que está previsto un primer circuito de descarga, que está conectado con el electrodo de control del elemento de derivación controlable, habiéndose elegido la constante de tiempo del circuito de descarga de tal modo que la relación del tiempo de la conducción del elemento de derivación al de la no conducción es grande, preferiblemente superior a 5, es posible controlar el elemento de derivación controlable de tal modo que se produzcan potencias perdidas reducidas siendo por lo tanto reducida la generación de calor. Thanks to the fact that a first discharge circuit is provided, which is connected to the control electrode of the controllable bypass element, the time constant of the discharge circuit having been chosen in such a way that the driving time relation of the bypass element that of the non-conduction is large, preferably greater than 5, it is possible to control the controllable bypass element in such a way that reduced power losses are produced, thus reducing heat generation.

Es ventajoso realizar el primer circuito de descarga como circuito de descarga activo que no actúa de forma lineal, que encima de una tensión umbral tiene una impedancia elevada y debajo de la tensión umbral una impedancia baja, dependiendo la tensión umbral de la tensión de su electrodo de control necesaria para el control completo del elemento de conmutación de derivación. De este modo puede reducirse aún más la potencia perdida que se produce en el interior del MOSFET. It is advantageous to perform the first discharge circuit as an active discharge circuit that does not act in a linear manner, which above a threshold voltage has a high impedance and below the threshold voltage a low impedance, depending on the threshold voltage of the electrode voltage control required for complete control of the bypass switching element. In this way the lost power that is produced inside the MOSFET can be further reduced.

Es especialmente ventajoso realizar el primer circuito de descarga con un J-FET que conduce por sí mismo, que en el servicio normal conecta el electrodo de control del elemento de conmutación de derivación con un potencial de referencia e impide así una conexión no deseada del elemento de conmutación de derivación y que en el caso de sombreado forma junto con una red de diodo, condensador y resistor de descarga un elemento temporizador, que desconecta el elemento de conmutación de derivación periódicamente después de un tiempo definido. De este modo, el electrodo de control del elemento de conmutación de derivación puede mantenerse siempre cargado en un valor óptimo en el estado conectado, por lo que se reduce aún más la potencia perdida. It is especially advantageous to carry out the first discharge circuit with a J-FET that conducts itself, which in normal service connects the control electrode of the bypass switching element with a reference potential and thus prevents an unwanted connection of the element bypass switching and in the case of shading together with a diode, capacitor and discharge resistor network a timer element, which disconnects the bypass switching element periodically after a defined time. In this way, the control electrode of the bypass switching element can always be kept charged at an optimum value in the connected state, whereby the lost power is further reduced.

En el dibujo están representados ejemplos de realización de la invención que se explicarán más detalladamente en la descripción expuesta a continuación. Muestran: Examples of embodiment of the invention are shown in the drawing, which will be explained in more detail in the description set forth below. They show:

La Figura 1 el cableado de células solares y diodos de derivación según el estado de la técnica, así como la tensión del diodo en el servicio normal y en caso de sombreado; Figure 1 the wiring of solar cells and bypass diodes according to the state of the art, as well as the voltage of the diode in normal service and in case of shading;

la Figura 2 un diagrama de bloque del dispositivo de circuito de protección según la invención; Figure 2 a block diagram of the protection circuit device according to the invention;

la Figura 3 una primera configuración a modo de circuito del dispositivo de circuito de protección según la invención; Figure 3 a first circuit configuration of the protection circuit device according to the invention;

la Figura 4 el desarrollo en el tiempo de la tensión drenaje-fuente del elemento de derivación controlable; Figure 4 the development in time of the drain-source tension of the controllable bypass element;

la Figura 5 el desarrollo en el tiempo de la tensión de compuerta-fuente; Figure 5 the development in time of the gate-source voltage;

la Figura 6 una segunda configuración a modo de circuito del dispositivo de conmutación según la invención y Figure 6 a second circuit-like configuration of the switching device according to the invention and

la Figura 7 una tercera configuración a modo de circuito del dispositivo de circuito de protección según la invención; Figure 7 a third circuit configuration of the protection circuit device according to the invention;

la Figura 8 una cuarta configuración a modo de circuito de la invención y Figure 8 a fourth circuit configuration of the invention and

la Figura 9 el desarrollo en el tiempo de la tensión de compuerta-fuente del elemento de derivación controlable y de la tensión de compuerta-fuente del J-FET que conduce por sí mismo así como el desarrollo en el tiempo de la tensión de drenaje-fuente del elemento de derivación controlable. Figure 9 the development in time of the gate-source voltage of the controllable bypass element and of the gate-source voltage of the J-FET driving by itself as well as the development in time of the drain voltage- source of controllable bypass element.

El dispositivo de circuito de protección representado en la Figura 2 presenta como componentes sustancial un transistor de efecto de campo MOS 1, que forma parte de una unidad de conmutación 30 que se describirá a continuación más detalladamente. La sección de drenaje-fuente como sección de conmutación está situada entre las conexiones 11 y 12 que están conectadas con la conexión en serie de las células solares del módulo solar. En el servicio normal, en la sección de drenaje-fuente está aplicada una tensión positiva de 20 V, mientras que en el caso de sombreado hay una tensión de drenaje-fuente negativa de 0,6 V. El diodo de cuerpo existente de forma inherente del MOS-FET 1 se designa con 2. The protection circuit device shown in Figure 2 has as substantial components a field effect transistor MOS 1, which is part of a switching unit 30 which will be described in more detail below. The drain-source section as a switching section is located between the connections 11 and 12 that are connected with the serial connection of the solar cells of the solar module. In normal service, a positive voltage of 20 V is applied in the drain-source section, while in the case of shading there is a negative drain-source voltage of 0.6 V. The inherently existing body diode of the MOS-FET 1 is designated with 2.

Un seccionador 40 está conectado, por un lado, con la conexión de drenaje del MOSFET 1 y, por otro lado, con un circuito de alimentación y/o de carga 50 (denominado en lo sucesivo sustancialmente circuito de carga), debiendo bloquear el seccionador 40 en el servicio normal la tensión de drenaje-fuente positiva de hasta aprox. 20 V, mientras que en el caso de sombreado debe transmitir la caída de tensión negativa reducida de 0,6 V o también menos con las menores pérdidas posibles al circuito de carga 50 dispuesto a continuación. A disconnector 40 is connected, on the one hand, with the drain connection of the MOSFET 1 and, on the other hand, with a power and / or load circuit 50 (hereinafter referred to as substantially load circuit), the disconnector must be blocked 40 in normal service the positive drain-source voltage of up to approx. 20 V, while in the case of shading, the reduced negative voltage drop of 0.6 V or less with the lowest possible losses must be transmitted to the load circuit 50 provided below.

El circuito de carga 50 transforma la tensión continua negativa reducida disponible en el caso de sombreado detrás del seccionador 40 en una tensión positiva más alta, necesaria para el mando del MOSFET 1 y/o para la alimentación de otras partes del circuito. Pueden empelarse conceptos basados en una acumulación intermedia de energía en una bobina de reactancia o un transformador así como bombas de carga que trabajan de forma capacitiva, describiéndose más adelante una forma de realización preferible. La tensión transformada se acumula de forma intermedia en un acumulador de energía 60, que está dibujado aquí como condensador, aprovechándose de una forma especialmente ventajosa la capacidad de compuerta del MOSFET 1 directamente como acumulador de energía. The charging circuit 50 transforms the reduced negative continuous voltage available in the case of shading behind the switch 40 into a higher positive voltage, necessary for the control of the MOSFET 1 and / or for feeding other parts of the circuit. Concepts based on an intermediate accumulation of energy in a reactance coil or a transformer as well as load pumps that work capacitively can be used, and a preferable embodiment will be described below. The transformed voltage is accumulated in an intermediate manner in an energy accumulator 60, which is drawn here as a capacitor, taking advantage of the gate capacity of the MOSFET 1 directly as an energy accumulator in an especially advantageous manner.

El electrodo de compuerta G del MOSFET 1 se manda en función del tiempo mediante un circuito temporizador 80, estando controlado el MOSFET durante el mayor tiempo del tiempo de ciclo por completo para reducir la potencia perdida, trabajando, dado el caso, de forma lineal durante un intervalo de tiempo más corto y estando bloqueado completamente durante un intervalo de tiempo corto. La corriente de derivación del MOSFET 1 fluye en este caso por el diodo de cuerpo 2. En los circuitos de protección según las Figuras 3, 6 y 7, se descarga según la Figura 5 en los primeros dos intervalos de tiempo la capacidad de compuerta del MOSFET mientras que al final del tercer intervalo de tiempo vuelve a cargarse mediante el circuito de carga. En el circuito de protección según la Figura 8, la descarga se realiza según la Figura 9 sólo en los intervalos de tiempo 2 y 3; al final del cuarto intervalo de tiempo, la capacidad vuelve a cargarse mediante el circuito de carga. The gate electrode G of the MOSFET 1 is sent as a function of time by means of a timer circuit 80, the MOSFET being controlled for the longest time of the cycle time completely to reduce the lost power, working, if necessary, linearly during a shorter time interval and being completely blocked for a short time interval. The bypass current of the MOSFET 1 flows in this case through the body diode 2. In the protection circuits according to Figures 3, 6 and 7, the gate capacity of the gate is discharged according to Figure 5 in the first two time intervals. MOSFET while at the end of the third time interval it is recharged by the charging circuit. In the protection circuit according to Figure 8, the discharge is performed according to Figure 9 only in time intervals 2 and 3; At the end of the fourth time interval, the capacity is reloaded by the charging circuit.

Preferiblemente está previsto un comparador 70, que vigila la tensión de drenaje-fuente y que emite en el estado admisible una señal a un circuito lógico 90, que recibe también la señal del circuito temporizador. Los criterios de vigilancia del circuito comparador 70 son, por ejemplo, la polaridad así como el valor de la tensión de drenaje-fuente del MOSFET 1. Un circuito de excitación 100, que está conectado al igual que los demás circuitos con el circuito de alimentación o de carga 50 manda la compuerta del MOSFET 1 en función de la señal del circuito lógico. Preferably, a comparator 70 is provided, which monitors the drain-source voltage and which emits in the admissible state a signal to a logic circuit 90, which also receives the signal from the timer circuit. The monitoring criteria of the comparator circuit 70 are, for example, the polarity as well as the value of the drain-source voltage of the MOSFET 1. An excitation circuit 100, which is connected just like the other circuits with the power circuit or load 50 sends the MOSFET 1 gate according to the logic circuit signal.

Los bloques funcionales representados en la Figura 2 están representados para mejorar la claridad; en los otros ejemplos de realización puede verse que no es obligatorio que todos los bloques funcionales deben estar dispuestos por separado; también es posible reunir varias funciones proporcionadas por los bloques en un componente. The functional blocks represented in Figure 2 are represented to improve clarity; in the other embodiments it can be seen that it is not mandatory that all functional blocks must be arranged separately; It is also possible to gather several functions provided by the blocks in a component.

En la Figura 3 está representado un primer ejemplo de realización del dispositivo de circuito de protección según la invención con componentes discretos, estando representados los bloques funcionales en parte con líneas de trazo interrumpido. La unidad de conmutación 30 presenta, como ya se ha explicado anteriormente, el MOSFET 1 con el diodo de cuerpo 2, así como una capacidad de compuerta 3 existente de forma inherente. Un primer diodo Zener 7 está conectado mediante la línea del potencial de referencia conectada con la conexión 12 en la dirección de conducción con la conexión de compuerta. Sirve para limitar la tensión de compuerta a un valor admisible de p.ej. 15 V. Entre el potencial de referencia 32 y la línea piloto de compuerta 31 está conectado un transistor 9 con su sección de conmutación, cuya base está conectada mediante una resistencia de alta impedancia 10 con la conexión de drenaje del MOSFET 1. En paralelo a la sección de conmutación del transistor 9 está conectado otro condensador 8 y entre el condensador 8 y el primer diodo Zener 7 está conectado un resistor intercalado 6 en la línea piloto 31. Entre la conexión de drenaje y la línea de piloto de compuerta 31 están dispuestos un diodo 13 y un segundo diodo Zener 14. A first embodiment of the protection circuit device according to the invention with discrete components is shown in Figure 3, the functional blocks being represented in part with broken lines. The switching unit 30 has, as already explained above, the MOSFET 1 with the body diode 2, as well as an inherently existing gate capacity 3. A first Zener diode 7 is connected by the reference potential line connected to the connection 12 in the conduction direction with the gate connection. It is used to limit the gate voltage to an allowable value of eg 15 V. Between the reference potential 32 and the gate pilot line 31 a transistor 9 is connected to its switching section, whose base is connected by a resistor high impedance 10 with the drain connection of the MOSFET 1. In parallel to the switching section of the transistor 9 another capacitor 8 is connected and between the capacitor 8 and the first Zener diode 7 an interleaved resistor 6 is connected in the pilot line 31 A diode 13 and a second Zener diode 14 are arranged between the drain connection and the gate pilot line 31.

En paralelo al diodo de cuerpo 2 existente de forma inherente del MOSFET 1 puede estar conectado otro diodo 4, que conduce una parte de la corriente de derivación o también toda la corriente de derivación cuando no está conectado el MOSFET 1. In parallel to the inherently existing body 2 diode of the MOSFET 1, another diode 4 can be connected, which conducts a part of the bypass current or also the entire bypass current when the MOSFET 1 is not connected.

Un elemento protector contra sobretensiones 5, p.ej. un varistor o un diodo TransZorb, está conectado en paralelo al MOSFET 1 y limita impulsos de tensión extremadamente altos de corta duración. A surge protector 5, eg a varistor or a TransZorb diode, is connected in parallel to the MOSFET 1 and limits extremely high voltage pulses of short duration.

Con este circuito de protección, el MOSFET con el diodo de cuerpo 2 existente de forma inherente queda protegido de tensiones demasiado altas en la sección de drenaje-fuente y la sección de compuerta-fuente. Además, al cambiar al servicio normal, es decir, cuando hay una tensión de drenaje-fuente positiva, es necesaria una desconexión rápida y, además, debe impedirse una conexión no deseada del MOSFET en el servicio normal. With this protection circuit, the MOSFET with the inherently existing body diode 2 is protected from too high voltages in the drain-source section and the gate-source section. In addition, when switching to normal service, that is, when there is a positive drain-source voltage, a rapid disconnection is necessary and, in addition, an unwanted connection of the MOSFET in the normal service must be prevented.

En caso de una tensión de drenaje-fuente positiva, es decir, al cambiar al servicio normal, el transistor 9 se controla por completo mediante el resistor intercalado 10 de alta impedancia y descarga la capacidad de compuerta 3 del MOSFET 1 muy rápidamente mediante el resistor intercalado 6 de baja impedancia (reacción positiva). Además, el transistor 9 mantiene la tensión de compuerta-fuente mediante el resistor intercalado 6 en el servicio normal en casi 0 In case of a positive drain-source voltage, that is, when switching to normal service, the transistor 9 is completely controlled by the interleaved resistor 10 of high impedance and discharges the gate capacity 3 of the MOSFET 1 very quickly by the resistor interleaved 6 of low impedance (positive reaction). In addition, transistor 9 maintains the gate-source voltage via the interleaved resistor 6 in normal service at almost 0

V. De este modo se impide de forma fiable una conexión no deseada, p.ej. por una tensión de compuerta inducida desde el exterior. La corriente de fuga que sale en el servicio normal a través del resistor intercalado base 10 es despreciablemente reducida en caso de un dimensionado correspondiente. V. In this way, an unwanted connection is reliably prevented, eg by a gate voltage induced from the outside. The leakage current that exits the normal service through the base interleaved resistor 10 is negligibly reduced in case of a corresponding dimensioning.

En principio. los MOSFET tienen una resistencia limitada a la avalancha, es decir, en caso de sobrepasarse durante poco tiempo la tensión de drenaje-fuente máxima admisible, p.ej. superior a 60 V en caso de un MOSFET especificado para 40 V, el MOSFET se vuelve conductor y limita la punta de tensión sin sufrir daños. No obstante, en este modo de servicio puede abandonarse la gama de trabajo admisible y el componente puede estar sometido a más estrés. Por lo tanto, en caso de producirse una tensión excesiva, el MOSFET se manda mediante el diodo Zener 14 y el diodo 13 de forma selectiva a través de su sección de compuerta-fuente, elevándose la compuerta a un potencial positivo al sobrepasar el diodo Zener 14 la tensión Zener y haciéndose funcionar el MOSFET 1 de forma lineal. Para poder establecer una tensión de compuerta positiva cuando el transistor 9 es conductor, se necesita un resistor intercalado 6. At first. MOSFETs have limited avalanche resistance, that is, if the maximum permissible drain-source voltage is exceeded for a short time, eg exceeding 60 V in case of a specified MOSFET for 40 V, the MOSFET will It becomes a conductor and limits the tension tip without damage. However, in this service mode the permissible working range can be abandoned and the component may be subject to more stress. Therefore, in case of excessive voltage, the MOSFET is sent by the Zener diode 14 and the diode 13 selectively through its gate-source section, the gate rising to a positive potential when the Zener diode is exceeded 14 the Zener voltage and the MOSFET 1 being operated in a linear fashion. In order to establish a positive gate voltage when transistor 9 is conductive, an interleaved resistor 6 is needed.

El condensador 8 conectado mediante el resistor intercalado 6 en paralelo a la capacidad de compuerta 3, que típicamente presenta una capacidad superior a la de la capacidad de compuerta 3, reduce la susceptibilidad a interferencias del circuito. El condensador se conecta de forma ventajosa en el lado no orientado hacia la compuerta del resistor intercalado 6, puesto que gracias a ello en caso de una sobretensión transitoria sólo debe cargarse la capacidad de compuerta 3 comparativamente baja mediante el diodo Zener 14 y el diodo 13. The capacitor 8 connected by the interleaved resistor 6 in parallel to the gate capacity 3, which typically has a capacity greater than that of the gate capacity 3, reduces the susceptibility to circuit interference. The capacitor is advantageously connected on the side not facing the gate of the interleaved resistor 6, since thanks to this, in case of a transient overvoltage, only the gate capacity 3 comparatively low must be charged by means of the Zener diode 14 and diode 13 .

Como ya se ha explicado anteriormente, el seccionador 40 tiene la función de separar la tensión drenaje-fuente positiva de 20 V en el servicio normal del circuito conectado a continuación y de transmitir la tensión drenaje-fuente negativa de 0,6 V en el caso de sombreado con pocas pérdidas a los componentes del circuito dispuestos a continuación. El seccionador 40 representado en la Figura 3 presenta un transmisor de efecto de campo de unión 28 (J-FET) de n canales que conduce por sí mismo, cuyo electrodo de fuente está conectado con la conexión de drenaje del MOSFET 1, cuyo electrodo de drenaje está conectado con el circuito de alimentación y de carga 50 dispuesto a continuación y cuyo electrodo de compuerta está conectado mediante una resistencia de compuerta 29 de impedancia elevada con la línea del potencial de referencia 32. Esta resistencia 29 limita la corriente mediante los diodos de compuerta en caso de una tensión de compuerta-drenaje o de compuerta-fuente positiva superior a 0,5 V, como se produce en el caso de sombreado. Para el bloqueo, el J-FET 28 de baja impedancia requiere una tensión de compuerta negativa de aprox. 5 V tanto respecto al drenaje como respecto a la fuente. Esto se consigue en el servicio normal directamente para la sección de fuente-compuerta. Para la sección de drenaje-compuerta, por lo contrario, esto sólo puede conseguirse si el potencial de drenaje adopta un valor positivo. Para ello es necesario que el circuito de alimentación y de carga 50 dispuesto a continuación pueda absorber una tensión de bloqueo de un valor similar a la tensión umbral del J-FET, es decir, de aproximadamente 5 V. Esta propiedad especial queda garantizada por el circuito de carga 50 descrito a continuación. As explained above, the switch 40 has the function of separating the positive drain-source voltage of 20 V in the normal service from the circuit connected below and transmitting the negative drain-source voltage of 0.6 V in the case shading with little loss to the circuit components arranged below. The disconnector 40 shown in Figure 3 presents a n-channel junction field effect transmitter 28 (J-FET) that conducts itself, whose source electrode is connected to the drain connection of the MOSFET 1, whose electrode The drain is connected to the supply and load circuit 50 arranged below and whose gate electrode is connected by a high resistance gate resistance 29 with the reference potential line 32. This resistor 29 limits the current through the diodes of gate in case of a gate-drain or positive gate-source voltage greater than 0.5 V, as occurs in the case of shading. For blocking, the low impedance J-FET 28 requires a negative gate voltage of approx. 5 V both with respect to drainage and with respect to the source. This is achieved in normal service directly for the source-gate section. For the drain-gate section, on the contrary, this can only be achieved if the drainage potential adopts a positive value. For this, it is necessary that the supply and load circuit 50 arranged below can absorb a blocking voltage of a value similar to the threshold voltage of the J-FET, that is, approximately 5 V. This special property is guaranteed by the charging circuit 50 described below.

En lugar del J-FET 28 descrito, también puede usarse un MOSFET que conduce por sí mismo, que puede presentar un comportamiento similar, aunque en este caso no es necesaria una limitación de corriente mediante la resistencia 29, puesto que el aislamiento de la compuerta puede absorber típicamente + 20 V. Instead of the J-FET 28 described, a self-driving MOSFET can also be used, which can have a similar behavior, although in this case a current limitation by the resistor 29 is not necessary, since the isolation of the gate can typically absorb + 20 V.

El circuito de alimentación y/o de carga 50 tiene la función de transformar una tensión de entrada negativa de 0,6 V en una tensión de salida positiva suficiente para el mando del MOSFET 1, de p.ej. 15 V. Teniéndose en cuenta la caída de tensión que se reduce a medida que aumenta la temperatura a través del diodo de cuerpo 2 del MOSFET 1, así como eventuales caídas de tensión que se producen en el seccionador 40, debe estar garantizado un arranque seguro ya a tensiones incluso inferiores a 0,4 V. Además, el circuito de carga debe ser robusto y poderse fabricar con unos costes mínimos. Además, asume adicionalmente las funciones del comparador 70, así como en parte de los circuitos temporizadores y los circuitos de excitación 80, 100 de la Figura 2. The power and / or load circuit 50 has the function of transforming a negative input voltage of 0.6 V into a positive output voltage sufficient for the MOSFET 1 control, eg 15 V. Taking into account the voltage drop that is reduced as the temperature increases through the body diode 2 of the MOSFET 1, as well as eventual voltage drops that occur in the switch 40, a safe start must be guaranteed already at tensions even below 0.4 V. In addition, the charging circuit must be robust and can be manufactured with minimal costs. In addition, it additionally assumes the functions of comparator 70, as well as in part of the timer circuits and excitation circuits 80, 100 of Figure 2.

El circuito de carga 50 según la Figura 3 presenta un transistor 24 que funciona en circuito de emisor común, cuyo emisor está conectado con la conexión de drenaje del J-FET 28 y cuyo colector está conectado con el arrollamiento primario 21 de un transformador 20. La base del transistor 24 está conectada mediante un resistor intercalado 25 con un arrollamiento de reacción positiva 22. Un arrollamiento de salida 21’ está conectado en serie con el arrollamiento primario 21, por lo que el transformador 20 está conectado como autotransformador. El colector del transistor 24 está conectado entre el arrollamiento primario 21 y el arrollamiento de salida 21’. El arrollamiento de salida 21’ está conectado mediante un diodo rectificador 23 y el resistor intercalado 6 con la capacidad de compuerta 3 directamente con el condensador suplementario 8. Otro diodo 23’ conecta el extremo del arrollamiento primario con el condensador suplementario 8. The charging circuit 50 according to Figure 3 has a transistor 24 that operates in a common emitter circuit, whose emitter is connected to the drain connection of J-FET 28 and whose collector is connected to the primary winding 21 of a transformer 20. The base of the transistor 24 is connected by an interleaved resistor 25 with a positive reaction winding 22. An output winding 21 'is connected in series with the primary winding 21, whereby the transformer 20 is connected as an autotransformer. The collector of transistor 24 is connected between the primary winding 21 and the output winding 21 ’. The output winding 21 ’is connected by a rectifier diode 23 and the interleaved resistor 6 with the gate capacity 3 directly with the supplementary capacitor 8. Another diode 23’ connects the end of the primary winding with the supplementary capacitor 8.

Además, el circuito de carga 50 presenta un transistor 26, cuyo emisor está conectado con la conexión de drenaje del J-FET 28, cuyo colector está conectado entre el diodo 3 y el resistor intercalado 6 y cuya base está conectado mediante un resistor intercalado 28 con la conexión del arrollamiento de reacción positiva 22. In addition, the charging circuit 50 has a transistor 26, whose emitter is connected to the drain connection of the J-FET 28, whose collector is connected between the diode 3 and the interleaved resistor 6 and whose base is connected by an interleaved resistor 28 with the connection of the positive reaction winding 22.

Un resistor de descarga 81, que puede formar parte de un circuito temporizador 80’, está conectado entre la línea del potencial de referencia 32 y la línea piloto de compuerta 31. A discharge resistor 81, which can be part of a timer circuit 80 ’, is connected between the reference potential line 32 and the gate pilot line 31.

El modo de funcionamiento, en particular del circuito de alimentación o de carga, así como el comportamiento de conmutación del MOSFET 1, se describirán haciéndose referencia a los desarrollos de la tensión en función del tiempo según las Figuras 4 y 5. En caso de sombreado con el MOS-FET 1 conectado, en la sección de drenaje-fuente cae una tensión negativa de pocos milivoltios, p.ej. -30 mV, en función de la resistencia de conexión (RDSon) del MOSFET 1 y de la corriente de generador solar momentánea. Esto se indica en la Figura 4 con el intervalo (1). Puesto que en este caso no es suficiente la tensión suministrada a través del seccionador 40, correspondientemente tampoco está activo el circuito de alimentación 50. El resistor de descarga 81 descarga lentamente, p.ej. en 100 ms (intervalo (1)), la capacidad de compuerta 3 del MOSFET 1, que según la Figura 4 estaba cargada, p.ej., a 15 V. Cuando se alcanza la tensión umbral del MOSFET 1, p.ej. con una tensión compuerta-fuente de 5 V, éste pasa del intervalo completamente controlado al intervalo lineal (intervalo (2)) y la tensión drenaje-fuente aumenta lentamente según la Figura 4. Sin la recarga descrita más adelante de la capacidad de compuerta-fuente 3 mediante el circuito de carga 50, el MOSFET 1 pasaría al estado completamente bloqueado, fluyendo en este caso la corriente del generador solar completamente por el diodo de cuerpo 2, lo cual va unido a una caída de tensión negativa de aprox. 0,4 V a aprox. 1 V. The mode of operation, in particular of the power or load circuit, as well as the switching behavior of the MOSFET 1, will be described with reference to the developments of the voltage as a function of time according to Figures 4 and 5. In case of shading With the MOS-FET 1 connected, a negative voltage of a few millivolts falls, for example, -30 mV, in the drain-source section, depending on the connection resistance (RDSon) of the MOSFET 1 and the generator current momentary solar. This is indicated in Figure 4 with the interval (1). Since in this case the voltage supplied through the disconnector 40 is not sufficient, the supply circuit 50 is correspondingly not active either. The discharge resistor 81 slowly discharges, eg in 100 ms (interval (1)), the gate capacity 3 of MOSFET 1, which according to Figure 4 was charged, eg, to 15 V. When the threshold voltage of MOSFET 1 is reached, eg with a gate-source voltage of 5 V, it it passes from the fully controlled interval to the linear interval (interval (2)) and the drain-source voltage increases slowly according to Figure 4. Without the recharge described below of the source-gate capacity 3 via the load circuit 50, the MOSFET 1 would enter the completely blocked state, in this case the current of the solar generator flowing completely through the body diode 2, which is linked to a negative voltage drop of approx. 0.4 V at approx. 1 V.

Con una tensión de aprox. 0,3 V a 0,4 V entre la línea 34 y la línea del potencial de referencia 32, es decir, de la conexión de drenaje del seccionador 40, en el transistor 24 fluye una corriente base suficientemente grande para provocar una corriente de colector notable y, por lo tanto, corriente en el arrollamiento primario 21 del transformador 20. De este modo se induce una tensión en el arrollamiento de reacción positiva 22 que, gracias al sentido de arrollamiento, se suma alcanzándose la tensión entre las líneas 32 y 34 reforzando por lo tanto la corriente base, por lo que comienza un proceso de basculación. El transistor 24 se conecta directamente y según la inductancia del arrollamiento primario 21 y la tensión aplicada al arrollamiento primario, que corresponde sustancialmente a la tensión aplicada entre las líneas 32, 34, se establece una corriente primaria que aumenta en el tiempo. With a tension of approx. 0.3 V to 0.4 V between the line 34 and the reference potential line 32, that is, from the drain connection of the disconnector 40, in the transistor 24 flows a sufficiently large base current to cause a collector current remarkable and, therefore, current in the primary winding 21 of the transformer 20. In this way a voltage is induced in the positive reaction winding 22 which, thanks to the winding direction, is added reaching the voltage between lines 32 and 34 therefore reinforcing the base current, so a tilt process begins. The transistor 24 is connected directly and according to the inductance of the primary winding 21 and the voltage applied to the primary winding, which substantially corresponds to the voltage applied between the lines 32, 34, a primary current is established that increases over time.

Cuando el núcleo del transformador 20 alcanza la saturación o cuando la corriente base del transistor 24 ya no basta para el control completo, la reacción positiva se invierte y el transistor 24 se bloquea bruscamente. La energía acumulada en la inductancia del transformador se transmite mediante el arrollamiento primario 21, así como el arrollamiento de salida 21’ y el diodo rectificador 23 a la capacidad de compuerta 3, así como al condensador suplementario 8. Esto puede verse al final del intervalo (3) o al principio del intervalo (1) de las Figuras 4 y 5. El MOSFET 1 se conecta correspondientemente y presenta, como se ha descrito, según su resistencia interior ya sólo una caída de tensión negativa de pocos milivoltios. El circuito de carga 50 ya no se alimenta con suficiente tensión y no está activo. El transformador 20 se dimensiona de tal modo que la energía acumulada en el mismo basta para cargar con un solo paso de transformación la capacidad de compuerta 3 o el condensador 8 al valor teórico de p.ej. 15 V. When the core of the transformer 20 reaches saturation or when the base current of transistor 24 is no longer sufficient for complete control, the positive reaction is reversed and transistor 24 is abruptly blocked. The energy accumulated in the transformer inductance is transmitted by the primary winding 21, as well as the output winding 21 'and the rectifying diode 23 to the gate capacity 3, as well as to the supplementary capacitor 8. This can be seen at the end of the interval (3) or at the beginning of the interval (1) of Figures 4 and 5. The MOSFET 1 is connected accordingly and has, as described, according to its internal resistance and only a negative voltage drop of a few millivolts. Load circuit 50 is no longer powered with sufficient voltage and is not active. The transformer 20 is sized in such a way that the energy accumulated in it is sufficient to charge the gate capacity 3 or the capacitor 8 with a single transformation step to the theoretical value of eg 15 V.

En un transformador real, la inductancia de dispersión inevitable del arrollamiento del transformador 21 conduce a una punta de sobretensión en el transistor 24 cuando el transistor 24 se desconecta rápidamente, la cual puede conducir a daños en el mismo. El diodo 23’ impide esta punta, dejando fluir la corriente que fluye en el momento de la desconexión en el arrollamiento del transformador al condensador no cargado en este momento. In a real transformer, the inevitable dispersion inductance of the winding of the transformer 21 leads to an overvoltage tip in transistor 24 when transistor 24 is quickly disconnected, which can lead to damage therein. Diode 23 ’prevents this tip, letting the current flowing at the moment of disconnection in the winding of the transformer flow to the capacitor not charged at this time.

Se vuelve a indicar que “paso” siempre hace referencia al circuito de carga 50, mientras que el concepto “ciclo” siempre hace referencia al circuito en conjunto. El paso de carga está formado por dos fases.: La primera fase se ha descrito anteriormente y comienza y se mantiene durante el intervalo de tiempo (3) del ciclo total. El proceso de basculación propiamente dicho sólo dura pocos µs; la parte sustancial del tiempo está ocupada por el “lento” aumento de la corriente hasta el final del intervalo (3). A continuación comienza la segunda fase del paso, en la que la energía es transmitida del transformador a las capacidades. Este proceso tiene lugar en el flanco descendente, es decir, en parte en el intervalo (3) y en el intervalo (1) del ciclo siguiente. No obstante, este proceso de recarga en conjunto dura sólo pocos µs. It is again indicated that "step" always refers to the load circuit 50, while the concept "cycle" always refers to the circuit as a whole. The loading step is formed by two phases: The first phase has been described above and begins and is maintained during the time interval (3) of the total cycle. The tilt process itself only lasts a few µs; the substantial part of the time is occupied by the "slow" increase in the current until the end of the interval (3). Then the second phase of the step begins, in which the energy is transmitted from the transformer to the capacities. This process takes place on the falling edge, that is, partly in the interval (3) and in the interval (1) of the following cycle. However, this whole recharge process lasts only a few µs.

Como puede verse por el modo de funcionamiento arriba descrito, el transistor 24 asume con su sección base-emisor además de la función de conmutación también la función del comparador 70 de la figura 2, es decir, sólo trabaja cuando la tensión drenaje-fuente aplicada es suficientemente grande. Por lo tanto, es ventajoso que el transistor 24 esté acoplado térmicamente al MOSFET 1. Puesto que los dos componentes están basados en la tecnología de silicio, las tensiones en estado de conducción del diodo de cuerpo y también del diodo base-emisor varían en el mismo sentido, de modo que queda garantizado un funcionamiento seguro del circuito a todas las temperaturas. As can be seen from the operating mode described above, transistor 24 assumes with its base-emitter section in addition to the switching function also the function of comparator 70 of Figure 2, that is, it only works when the drain-source voltage applied It is big enough. Therefore, it is advantageous for transistor 24 to be thermally coupled to MOSFET 1. Since the two components are based on silicon technology, the voltages in conduction state of the body diode and also of the base-emitting diode vary in the same sense, so that safe operation of the circuit at all temperatures is guaranteed.

Cuando la tensión drenaje-fuente negativa del MOSFET o la tensión suministrada al circuito de carga 50 no es suficientemente grande, p.ej. por la resistencia interior del seccionador 40, el proceso de basculación o el paso de transformación arriba descrito, que tiene lugar en el intervalo (3), no se desarrolla forzosamente por completo. Por lo tanto, es posible que la capacidad de compuerta 3 del MOSFET 1 o el condensador 8 no se cargue completamente, en particular en caso de corrientes pequeñas del generador solar. When the negative drain-source voltage of the MOSFET or the voltage supplied to the load circuit 50 is not large enough, eg due to the internal resistance of the switch 40, the tilting process or the transformation step described above, which takes place in the interval (3), it does not necessarily develop completely. Therefore, the gate capacity 3 of the MOSFET 1 or the capacitor 8 may not be fully charged, in particular in the case of small currents from the solar generator.

Para garantizar adicionalmente un servicio estable del dispositivo de circuito de protección, al comenzar el proceso de basculación, la compuerta del MOSFET 1 se descarga muy rápidamente a través del transistor 26 conectado, como puede verse en la Figura 5, intervalo (3). El MOSFET 1 bloquea momentáneamente y la tensión drenaje-fuente aumenta según la Figura 4 rápidamente de aprox. -0,4 V, el valor umbral del proceso de basculación, a aprox. -0,6 V, la tensión en estado de conducción del diodo de cuerpo 2. Por lo tanto, gracias al transistor 26 se genera una reacción positiva suplementaria. En la segunda fase del paso de transformación, el transistor 26 se bloquea completamente mediante la tensión en este momento negativa en el arrollamiento de reacción positiva 22, de modo que pueden cargarse la capacidad de compuerta 3 o el condensador 8. To further guarantee a stable service of the protection circuit device, at the beginning of the tilting process, the MOSFET gate 1 is discharged very quickly through the connected transistor 26, as can be seen in Figure 5, interval (3). MOSFET 1 momentarily blocks and the drain-source voltage increases according to Figure 4 quickly of approx. -0.4 V, the threshold value of the tilting process, at approx. -0.6 V, the voltage in the conduction state of the body diode 2. Therefore, thanks to transistor 26 a supplementary positive reaction is generated. In the second phase of the transformation step, the transistor 26 is completely blocked by the voltage at this negative moment in the positive reaction winding 22, so that the gate capacity 3 or the capacitor 8 can be charged.

El ciclo total del circuito según la Figura 3 está formado según las figuras 4 y 5 por una primera fase larga (100 ms), en la que el MOSFET 1 se controla por completo, una segunda fase más corta (20 ms), en la que llega a la zona lineal y la tensión drenaje-fuente sube lentamente hasta aprox. -0,4 V, y una tercera fase corta, en la que se desconecta completamente por el circuito de reacción positiva durante un tiempo corto (p.ej. 1 ms). No obstante, la cantidad de calor que se genera en la segunda y la tercera fase no representa ningún problema y puede disiparse de forma convencional. The total cycle of the circuit according to Figure 3 is formed according to Figures 4 and 5 by a first long phase (100 ms), in which the MOSFET 1 is completely controlled, a second shorter phase (20 ms), in the which reaches the linear zone and the drain-source tension rises slowly to approx. -0.4 V, and a third short phase, in which it is completely disconnected by the positive reaction circuit for a short time (eg 1 ms). However, the amount of heat that is generated in the second and third phases is no problem and can be dissipated in a conventional manner.

Como ya se ha explicado varias veces, en el servicio normal del módulo, la tensión drenaje-fuente del MOSFET sube a valores positivos de aprox. 15 V a aprox. 20 V. Para que bloquee el J-FET 28 usado en el seccionador 40, deben ser positivas tanto su conexión de drenaje como su conexión de fuente aprox. 5 V respecto a la conexión de compuerta; si esto no es el caso, fluiría una corriente de fuga no admisible en el circuito de carga 50. Puesto que en el circuito según la Figura 3, las secciones de emisor-base de los transistores 24 y 26 para tensiones positivas en la línea 34 están dispuestas en la dirección de bloqueo, pudiendo absorber también una tensión de bloqueo de hasta aprox. 5 V, puede As explained several times, in the normal service of the module, the drain-source voltage of the MOSFET rises to positive values of approx. 15 V at approx. 20 V. To block the J-FET 28 used in disconnector 40, both its drain connection and its source connection approx. 5 V with respect to the gate connection; if this is not the case, an inadmissible leakage current would flow in the load circuit 50. Since in the circuit according to Figure 3, the emitter-base sections of transistors 24 and 26 for positive voltages on line 34 They are arranged in the blocking direction, and can also absorb a blocking voltage of up to approx. 5V, can

subir el potencial de drenaje del J-FET 28 hasta 5 V y el J-FET 28 puede bloquear por completo, como es requerido. raise the drainage potential of the J-FET 28 to 5 V and the J-FET 28 can completely block, as required.

En la Figura 6 está representado otro ejemplo de realización, que consigue una simplificación del circuito representado en la Figura 3, porque se reúnen las funciones del seccionador 40 y del transistor 24 del circuito de alimentación o de carga 50. Por lo demás, el circuito corresponde al circuito según la Figura 3 y también son aplicables los diagramas de tensión según la Figura 4 y la Figura 5. Another exemplary embodiment is shown in Figure 6, which achieves a simplification of the circuit represented in Figure 3, because the functions of the disconnector 40 and the transistor 24 of the supply or load circuit 50 are combined. Otherwise, the circuit corresponds to the circuit according to Figure 3 and the voltage diagrams according to Figure 4 and Figure 5 are also applicable.

Como puede verse, el transistor 24 se hace funcionar de forma inversa. Cuando en un transistor bipolar se intercambian el emisor y el colector, se mantienen las propiedades principales de transistor; no obstante, en el servicio inverso se reduce la amplificación de la corriente aproximadamente lo que corresponde a un factor de 30. Esta propiedad se tiene en cuenta con un resistor intercalado base 25 de una impedancia correspondientemente baja. En la práctica, para la limitación de la corriente basta eventualmente ya con la resistencia óhmica del arrollamiento de reacción positiva 22, de modo que no es necesario usar un componente 25 concentrado. El servicio inverso del transistor 24 conlleva la gran ventaja de que en el servicio normal del módulo solar se hace funcionar en circuito de colector común, estando conectados su base y también el emisor a modo de tensión continua al potencial de referencia As can be seen, transistor 24 is operated in reverse. When the emitter and the collector are exchanged in a bipolar transistor, the main transistor properties are maintained; however, in the reverse service the amplification of the current is reduced approximately corresponding to a factor of 30. This property is taken into account with a base interleaved resistor 25 of a correspondingly low impedance. In practice, for the current limitation, the ohmic resistance of the positive reaction winding 22 is sufficient, so it is not necessary to use a concentrated component 25. The reverse service of transistor 24 has the great advantage that in the normal service of the solar module it is operated in a common collector circuit, its base and also the emitter being connected as a continuous voltage to the reference potential

32. En este modo de servicio, el transistor puede absorber sin problemas la tensión que se produce de 20 V, también es posible usar un tipo de transistor de tensión estable, que resiste mejor a eventuales impulsos de sobretensión. Una oscilación del circuito de alimentación o de carga queda excluida por el arrollamiento de reacción positiva 22 que en este caso de servicio actúa como realimentación. 32. In this operating mode, the transistor can easily absorb the voltage that is produced from 20 V, it is also possible to use a type of stable voltage transistor, which better resists possible overvoltage pulses. An oscillation of the supply or load circuit is excluded by the positive reaction winding 22 which in this case acts as feedback.

El transistor 26 sigue funcionando en servicio convencional y su función corresponde a la de la Figura 3. No obstante, su emisor está conectado con el emisor del transistor 24. Por lo tanto, en el estado conectado del transistor 24, la compuerta del MOSFET 1 puede descargarse rápidamente a través del transistor 26, ya no teniendo que absorber el mismo en este modo de conexión tensiones de bloqueo negativas en la fase de conducción del MOSFET 1 ni tampoco en el servicio normal del módulo. Transistor 26 continues to operate in conventional service and its function corresponds to that of Figure 3. However, its emitter is connected to the emitter of transistor 24. Therefore, in the connected state of transistor 24, the MOSFET gate 1 it can be quickly discharged through transistor 26, since it is no longer necessary to absorb negative blocking voltages in this mode of connection in the conduction phase of MOSFET 1 or in the normal service of the module.

Como se ha descrito anteriormente, en los circuitos según la Figura 3 y la Figura 6, la energía necesaria para la carga de la capacidad de compuerta 3 o del condensador 8 se transmite en un solo paso, es decir, en un solo proceso de basculación del transformador 20 y del transistor. No obstante, el circuito de carga también puede transmitir la energía en varios pasos, cargando la capacidad de compuerta del MOSFET 1 o un acumulador de energía en varios pasos desconectándose a continuación. As described above, in the circuits according to Figure 3 and Figure 6, the energy required for charging the gate capacity 3 or the capacitor 8 is transmitted in a single step, that is, in a single tilt process. of transformer 20 and transistor. However, the charging circuit can also transmit the energy in several steps, charging the gate capacity of the MOSFET 1 or a multi-step energy accumulator, then disconnecting.

Finalmente, el proceso de carga incompleto ya mencionado de la capacidad de compuerta o del condensador 8 también puede constituirse como principio mediante un dimensionado correspondiente, p.ej. del resistor intercalado base 25, para conseguir un servicio continuamente lineal del MOSFET 1. En este modo de servicio, el transistor 24 sirve de regulador para la tensión drenaje-fuente. El MOSFET 1 no se controla completamente sino que se mantiene en servicio lineal mediante el transistor 24 como regulador. Por lo tanto, en el caso de sombreado decae una tensión negativa de aprox. 0,3 V a 0,4 V en la sección de drenaje-fuente, que basta para hacer funcionar continuamente el circuito de alimentación o de carga 50. En este concepto, las pérdidas en el interior del MOSFET 1 son mayores que en caso de un MOSFET completamente conmutado. No obstante, es ventajaso que con este MOSFET que trabaja de forma lineal no se produzcan saltos en la tensión del generador solar o la corriente del generador solar. Finally, the aforementioned incomplete charging process of the gate or capacitor capacity 8 can also be constituted as a principle by a corresponding dimensioning, eg of the base interleaved resistor 25, to achieve a continuously linear service of the MOSFET 1. In this service mode, transistor 24 serves as a regulator for drain-source voltage. MOSFET 1 is not fully controlled but is maintained in linear service by transistor 24 as a regulator. Therefore, in the case of shading a negative voltage of approx. 0.3 V to 0.4 V in the drain-source section, which is enough to continuously operate the power or load circuit 50. In this concept, the losses inside the MOSFET 1 are greater than in the case of a fully switched MOSFET. However, it is advantageous that with this MOSFET that works in a linear way, there are no jumps in the solar generator voltage or the solar generator current.

Para reducir aún más la potencia perdida que se produce en el interior del MOSFET 1, el servicio transitorio en la zona lineal del MOSFET puede impedirse según el intervalo (2) en la Figura 4 y en la Figura 5. Un circuito de este tipo está representado en la Figura 7, que se distingue del circuito según la Figura 3 ó la Figura 6 mediante el circuito de descarga designado con 80”. E los circuitos según la Figura 3 y la Figura 6, el momento de desconexión del MOSFET 1 depende del elemento temporizador formado por su capacidad de compuerta 3, el condensador 8 eventualmente existente, así como el resistor de descarga 81. En lugar del resistor de descarga 81 se usa un circuito de descarga de compuerta activa que no actúa de forma lineal. Este tiene la propiedad de tener una alta impedancia por encima de una determinada tensión umbral, siendo por lo contrario de una impedancia claramente más baja al quedar el valor por debajo de la tensión umbral. Un circuito con esta propiedad puede realizarse, por ejemplo, mediante un circuito disparador de Schmitt. Cuando el punto de conmutación de este circuito disparador, es decir, el umbral de basculación del circuito de descarga de compuerta 80”, es más elevado que la tensión de compuerta máxima necesaria para el control completo del MOSFET 1, p.ej. es de 6 V o superior, ésta bajará en primer lugar lentamente tras una carga por el circuito de carga 50 para volver a bajar rápidamente cuando queda debajo del umbral de disparo o de basculación iniciando un nuevo paso de carga. Con un circuito de este tipo se evita el servicio del MOSFET 1 en el intervalo lineal, que está designado en la Figura 4 y en la Figura 5 con el intervalo (2), y la potencia perdida vuelve a reducirse. To further reduce the lost power that is produced inside the MOSFET 1, the transitory service in the linear area of the MOSFET can be prevented according to the interval (2) in Figure 4 and in Figure 5. A circuit of this type is shown in Figure 7, which is distinguished from the circuit according to Figure 3 or Figure 6 by the discharge circuit designated with 80 ". In the circuits according to Figure 3 and Figure 6, the moment of disconnection of the MOSFET 1 depends on the timer element formed by its gate capacity 3, the possibly existing capacitor 8, as well as the discharge resistor 81. Instead of the resistor of discharge 81 an active gate discharge circuit is used that does not act linearly. This has the property of having a high impedance above a certain threshold voltage, on the contrary being of a clearly lower impedance when the value falls below the threshold voltage. A circuit with this property can be made, for example, by a Schmitt trigger circuit. When the switching point of this trigger circuit, that is, the tilt threshold of the gate discharge circuit 80 ", is higher than the maximum gate voltage necessary for complete control of the MOSFET 1, eg it is of 6 V or higher, it will first lower slowly after a load on the load circuit 50 to quickly lower again when it is below the trip or tilt threshold by initiating a new charging step. With such a circuit, the service of the MOSFET 1 in the linear interval is avoided, which is designated in Figure 4 and in Figure 5 with the interval (2), and the lost power is reduced again.

Con este circuito 80” queda conectado un MOSFET de señal débil 87 entre la línea piloto de compuerta 31 y la línea del potencial de referencia 32, cuya conexión de compuerta está conectada con el colector de un transistor 83, cuyo emisor está conectado nuevamente al potencial de referencia 32. La conexión base está conectada con un divisor de tensión 84, 85 entre la línea piloto de compuerta 31 y la línea del potencial de referencia 32. Finalmente, está conectada una resistencia 86 entre la línea 31 y la conexión de compuerta del MOSFET 87. De la conexión de colector With this circuit 80 "a weak signal MOSFET 87 is connected between the gate pilot line 31 and the reference potential line 32, whose gate connection is connected to the collector of a transistor 83, whose emitter is connected again to the potential reference 32. The base connection is connected to a voltage divider 84, 85 between the gate pilot line 31 and the reference potential line 32. Finally, a resistor 86 is connected between line 31 and the gate connection of the MOSFET 87. From the collector connection

5 5

15 fifteen

25 25

35 35

45 Four. Five

del transistor 83, un condensador 88 está conectado con el arrollamiento de reacción positiva 22. of transistor 83, a capacitor 88 is connected to the positive reaction winding 22.

En caso de tensiones de compuerta elevadas del MOSFET 1, el transistor 83 se controla completamente mediante el divisor de tensión 84, 85. Su potencial de colector y, por lo tanto, también el potencial de compuerta del MOSFET 87 están por lo tanto cercanos al potencial de referencia 32, por lo que el MOSFET 87 está bloqueado. In case of high gate voltages of MOSFET 1, transistor 83 is completely controlled by voltage divider 84, 85. Its collector potential and, therefore, also the gate potential of MOSFET 87 are therefore close to reference potential 32, so the MOSFET 87 is blocked.

La capacidad de compuerta 3 del MOSFET 1, así como el condensador 8 se descargan lentamente mediante las resistencias de alta impedancia 84, 85 y 86. Cuando la tensión de la compuerta del MOSFET 1 queda por debajo de un valor mínimo, el transistor 83 comienza a bloquear y la tensión de compuerta del MOSFET 1 sube. Cuando se alcanza la tensión umbral de p.ej. aprox. 1 … 2 V, cuando se trata de un MOSFET de señal débil 87, la sección de drenaje-fuente cambia a una impedancia baja y la capacidad de compuerta 3 o el condensador 8 se descargan rápidamente. De este modo sigue bajando la corriente base para el transistor 83 y comienza un proceso de basculación. Este proceso de basculación se favorece porque, a partir de una determinada tensión drenaje-fuente del MOSFET 1, arranca el circuito de alimentación o de carga 50 de la forma arriba descrita. En la primera parte del paso se eleva la tensión en el arrollamiento de reacción positiva 22 a valores positivos. Este aumento se transmite a través del condensador de acoplamiento 88 a la compuerta del MOSFET 87, por lo que se vuelve a reforzar el proceso de reacción positiva quedando completamente descargados la capacidad de compuerta 3 o el condensador 8. De este modo se bloquea también muy rápidamente por completo el MOSFET 1. The gate capacity 3 of the MOSFET 1, as well as the capacitor 8, are slowly discharged by the high impedance resistors 84, 85 and 86. When the gate voltage of the MOSFET 1 falls below a minimum value, transistor 83 begins to be blocked and the gate voltage of the MOSFET 1 rises. When the threshold voltage of eg approx. 1… 2 V, when it is a weak signal MOSFET 87, the drain-source section changes to a low impedance and the gate capacity 3 or the capacitor 8 is quickly discharged. In this way the base current for transistor 83 continues to drop and a tilt process begins. This tilting process is favored because, from a certain drain-source voltage of the MOSFET 1, the power or load circuit 50 starts in the manner described above. In the first part of the step, the voltage in the positive reaction winding 22 is raised to positive values. This increase is transmitted through the coupling capacitor 88 to the MOSFET gate 87, so that the positive reaction process is reinforced again with the capacity of gate 3 or the capacitor 8 completely discharged. In this way it also blocks very Quickly completely MOSFET 1.

Debido a la reacción positiva suplementaria mediante el condensador 88, puede suprimirse la derivación de reacción positiva mostrada en la Figura 6 a través del transistor 26 y el resistor intercalado 27. Due to the supplementary positive reaction by the capacitor 88, the positive reaction shunt shown in Figure 6 through transistor 26 and interleaved resistor 27 can be suppressed.

En la segunda fase del paso de carga, el MOSFET 87 se bloquea por completo en el arrollamiento de reacción positiva mediante el salto de tensión negativo transmitido por el condensador 88, de modo que la capacidad de compuerta 3 o el condensador 8 pueden volver a cargarse. La Figura 8 muestra otra realización especialmente ventajosa del circuito de protección. Corresponde sustancialmente al circuito según la Figura 6, suprimiéndose el transistor al igual que el resistor intercalado 10 y habiéndose sustituido el circuito de descarga pasivo 80’ por un circuito de descarga activo 80”’. In the second phase of the charging step, the MOSFET 87 is completely blocked in the positive reaction winding by the negative voltage jump transmitted by the capacitor 88, so that the gate capacity 3 or the capacitor 8 can be recharged . Figure 8 shows another especially advantageous embodiment of the protection circuit. It corresponds substantially to the circuit according to Figure 6, the transistor being suppressed as well as the interleaved resistor 10 and the passive discharge circuit 80 ’being replaced by an active discharge circuit 80’.

El punto central del circuito de descarga activo 80”’ es el J-FET 81’ que conduce por sí mismo. Por un lado, sustituye el transistor 9 con el resistor intercalado 10, conectando en el servicio normal del módulo solar la compuerta del MOSFET 1 mediante el resistor intercalado 6 y los arrollamientos 21’ y 21 del transformador con el conductor del potencial de referencia 32. De este modo se impide con seguridad una conexión indeseada del MOSFET 1 por tensiones de compuerta inducidas desde el exterior o también corrientes de fuga de los diodos 13 y 14. Por otro lado, permite un mando óptimo del MOSFET 1 según la Figura 9, lo cual conduce a otra reducción de la potencia perdida en el elemento de conmutación de derivación. The central point of the active 80 ”’ discharge circuit is the J-FET 81 ’that drives itself. On the one hand, replace the transistor 9 with the interleaved resistor 10, connecting the MOSFET gate 1 in the normal operation of the solar module by means of the interleaved resistor 6 and the windings 21 'and 21 of the transformer with the reference potential conductor 32. In this way, an unwanted connection of the MOSFET 1 is surely prevented by gate voltages induced from the outside or also leakage currents of diodes 13 and 14. On the other hand, it allows an optimal control of the MOSFET 1 according to Figure 9, which leads to another reduction of the lost power in the bypass switching element.

A diferencia de los circuitos anteriormente descritos, en el circuito según la Figura 8, la compuerta del MOSFET 1 no se descarga tras el proceso de carga por una resistencia, sino que la tensión de compuerta UGS mantiene durante todo el intervalo de tiempo 1 su valor completo. De este modo, el MOSFET tiene una impedancia muy baja durante este intervalo de tiempo, por lo que la potencia perdida es correspondientemente reducida. El momento de desconexión del MOSFET 1 depende de una constante de tiempo del elemento temporizador formado por el condensador 82’ y la resistencia 84’. En la fase de carga de los condensadores 8 y 3 al final del intervalo de tiempo 4 se carga también el condensador 82’ mediante el diodo 83’ alcanzando la suma de las tensiones en los tres arrollamientos 21, 21’ y 22, en este ejemplo a 17,5 V. Cuando después de la desmagnetización del transformador 20 la tensión de los arrollamientos 21 y 21’ vuelve a cambiar a cero, el potencial en la compuerta del J-FET 81’ cambia a un valor de -17,5 V. Por lo tanto, el J-FET queda completamente bloqueado y en el caso ideal no puede salir carga de los condensadores 8 y 3. El condensador 82’ se descarga lentamente, p.ej., en 100 ms, mediante la resistencia 84’. Cuando la tensión de compuerta del J-FET 81’ alcanza la tensión umbral del mismo (en este ejemplo – 2 V), el J-FET pasa a ser de baja impedancia y descarga los condensadores 8 y 3 mediante los arrollamientos 21’ y 21, por lo que la tensión de compuerta UGS del MOSFET 1 baja muy rápidamente, lo cual está representado en la Figura 9 en el intervalo de tiempo In contrast to the circuits described above, in the circuit according to Figure 8, the MOSFET 1 gate is not discharged after the loading process by a resistor, but the UGS gate voltage maintains its value throughout the time interval 1 full. Thus, the MOSFET has a very low impedance during this time interval, whereby the lost power is correspondingly reduced. The moment of disconnection of the MOSFET 1 depends on a time constant of the timer element formed by the capacitor 82 ’and the resistance 84’. In the charging phase of the capacitors 8 and 3 at the end of the time interval 4 the capacitor 82 'is also charged by the diode 83' reaching the sum of the voltages in the three windings 21, 21 'and 22, in this example at 17.5 V. When after the demagnetization of the transformer 20 the voltage of the windings 21 and 21 'changes again to zero, the potential in the gate of the J-FET 81' changes to a value of -17.5 V Therefore, the J-FET is completely blocked and, in the ideal case, no charge can be generated from the capacitors 8 and 3. The capacitor 82 'is slowly discharged, eg, in 100 ms, by the resistor 84' . When the gate voltage of J-FET 81 'reaches its threshold voltage (in this example - 2 V), the J-FET becomes low impedance and discharges capacitors 8 and 3 via windings 21' and 21 , so that the UGS gate voltage of the MOSFET 1 falls very quickly, which is represented in Figure 9 in the time interval

2. Cuando esta tensión queda por debajo de la tensión umbral del MOSFET 1, este comienza a bloquear y su tensión drenaje-fuente UDS sube rápidamente según la Figura 9, intervalo 3. Cuando se alcanza un valor de aprox. -0,4 V, comienza el proceso de basculación del circuito de carga 50, como se ha descrito en relación con los circuitos descritos hasta ahora, que va unido a una continuación muy rápida de la descarga de los condensadores 8 y 3 por el transistor 2. When this voltage falls below the threshold voltage of MOSFET 1, it begins to block and its drain-source voltage UDS rises rapidly according to Figure 9, interval 3. When a value of approx. -0.4 V, the tilt process of the charging circuit 50 begins, as described in relation to the circuits described so far, which is linked to a very rapid continuation of the discharge of the capacitors 8 and 3 by the transistor

26. Sigue el intervalo 4, en el que el transistor 24 es completamente conductor y se acumula energía en el transformador 20. Al final de este intervalo se procede a la nueva carga de los condensadores 8 y 3, así como 82’. 26. The interval 4 follows, in which the transistor 24 is completely conductive and energy is accumulated in the transformer 20. At the end of this interval the new charge of the capacitors 8 and 3, as well as 82 ’, is carried out.

Puesto que el MOSFET 1 está completamente controlado durante la mayor parte del tiempo de ciclo y puesto que el intervalo de tiempo en el estado de bloqueo representa menos del 1 % del tiempo de ciclo, se vuelve a reducir la potencia perdida en el circuito según la Figura 8 en comparación con los demás circuitos. Since MOSFET 1 is fully controlled for most of the cycle time and since the time interval in the blocking state represents less than 1% of the cycle time, the power lost in the circuit is reduced again according to the Figure 8 compared to the other circuits.

Por supuesto, todos los circuitos descritos pueden estar formados con tipos de semiconductores complementarios. Of course, all the described circuits can be formed with complementary semiconductor types.

Además de la función como elemento de derivación de pocas pérdidas, el MOSFET 1 puede asumir como función adicional también una puesta en cortocircuito de la tensión del generador solar durante la instalación, en caso de una inspección o en caso de un incendio. Para ello se solicitan, por ejemplo, mediante una línea piloto las conexiones de compuerta de todos los MOSFET en un generador solar con una tensión de control, de modo que queda puesta en In addition to the function as a low loss bypass element, the MOSFET 1 can also assume as an additional function a short-circuit of the solar generator voltage during installation, in the case of an inspection or in the event of a fire. For this purpose, for example, through a pilot line, the gate connections of all MOSFETs in a solar generator with a control voltage are requested, so that it is set to

5 cortocircuito la tensión de cada módulo individual. De este modo es posible un contacto sin peligros de las partes activas y de las líneas del generador solar. 5 short-circuit the voltage of each individual module. In this way a safe contact of the active parts and of the solar generator lines is possible.

10 10

Claims (24)

REIVINDICACIONES 1.-Dispositivo de circuito de protección para un módulo solar, en el que una pluralidad de células solares que trabajan en parte en servicio normal y al mismo tiempo en parte en caso de sombreado están conectadas en serie, con al menos un elemento de conmutación (1) eléctrico controlable que sirve de elemento de derivación, cuya sección de conmutación puede conectarse en paralelo a la pluralidad de células solares, con un circuito de alimentación (50) para suministrar una tensión de control para el mando del electrodo de control del elemento de derivación (1), caracterizado por un seccionador (40) para bloquear la tensión aplicada en el servicio normal a la sección de conmutación del elemento de derivación al circuito de alimentación (50) y para conmutar la tensión aplicada a la sección de conmutación en caso de sombreado de al menos una célula solar al circuito de alimentación (50). 1.-Protection circuit device for a solar module, in which a plurality of solar cells that work partly in normal service and at the same time partly in case of shading are connected in series, with at least one switching element (1) controllable electrical that serves as a branch element, whose switching section can be connected in parallel to the plurality of solar cells, with a power circuit (50) to supply a control voltage for the control of the element control electrode bypass (1), characterized by a disconnector (40) to block the voltage applied in the normal service to the switching section of the branch element to the supply circuit (50) and to switch the voltage applied to the switching section in case of shading of at least one solar cell to the power circuit (50). 2.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de alimentación está realizado como circuito de carga (50) para un acumulador de energía (3, 8, 60), que realiza la conversión de una tensión disponible en el caso de sombreado a una tensión más elevada para el mando del elemento de derivación controlable. 2.-Protection circuit device according to claim 1, characterized in that the power circuit is made as a charging circuit (50) for an energy accumulator (3, 8, 60), which converts an available voltage into the case of shading at a higher voltage for the control of the controllable bypass element. 3.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de derivación 3.-Protection circuit device according to claim 1 or 2, characterized in that the branch element (1) controlable está realizado como transistor de efecto de campo MOS. (1) Controllable is performed as an MOS field effect transistor. 4.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el acumulador de energía está realizado como condensador (8) y/o como capacidad (3) inherente del elemento de derivación (1) controlable. 4. Protection circuit device according to claim 2 or 3, characterized in that the energy accumulator is made as a capacitor (8) and / or as an inherent capacity (3) of the controllable bypass element (1). 5.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el seccionador 5. Protection circuit device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the disconnector (40) está realizado como transistor de efecto de campo, preferiblemente como J-FET o MOSFET. (40) is performed as a field effect transistor, preferably as J-FET or MOSFET. 6.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el seccionador está realizado como transistor bipolar que se hace funcionar de forma inversa. 6. Protection circuit device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the disconnector is made as a bipolar transistor that is operated in reverse. 7.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque está previsto un circuito temporizador (80), que define un tiempo de ciclo, durante el cual el elemento de derivación (1) controlable está completamente conectado durante un primer intervalo de tiempo y completamente bloqueado durante un segundo intervalo de tiempo, cargándose el acumulador de energía (3, 8, 60) durante el segundo intervalo de tiempo. 7. Protection circuit device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a timer circuit (80) is provided, which defines a cycle time, during which the controllable branch element (1) is fully connected during a first time interval and completely blocked during a second time interval, the energy accumulator (3, 8, 60) being charged during the second time interval. 8.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 7, caracterizado porque el ciclo de tiempo presenta un tercer intervalo de tiempo situado entre el primero y el segundo intervalo de tiempo, en el que el elemento de derivación 8. Protection circuit device according to claim 7, characterized in that the time cycle has a third time interval between the first and the second time interval, in which the branch element (1) controlable se hace funcionar en estado lineal. (1) Controllable is operated in a linear state. 9.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el circuito de alimentación o de carga (50) presenta un circuito de regulación (24) con el que el elemento de derivación controlable puede hacerse funcionar continuamente en el estado lineal. 9.-Protection circuit device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the power or load circuit (50) has a regulation circuit (24) with which the controllable bypass element can be operated continuously in the linear state. 10.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque, para generar la tensión necesaria para el mando del elemento de derivación (1) controlable, el circuito de alimentación o de carga 10.-Protection circuit device according to one of claims 1 to 9, characterized in that, in order to generate the voltage necessary for the control of the controllable bypass element (1), the supply or load circuit (50) presenta un transformador o al menos una bobina o al menos un condensador para la acumulación intermedia de energía para aumentar la tensión disponible en caso de desconexión. (50) has a transformer or at least one coil or at least one capacitor for intermediate energy accumulation to increase the available voltage in case of disconnection. 11.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque, para generar la tensión necesaria para el mando del elemento de derivación (1) controlable, el circuito de alimentación o de carga (50) presenta una bomba de carga para aumentar la tensión disponible en caso de desconexión. 11. Protection circuit device according to one of claims 1 to 10, characterized in that, in order to generate the voltage necessary for the control of the controllable bypass element (1), the supply or load circuit (50) has a pump of load to increase the available voltage in case of disconnection. 12.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el circuito de alimentación (50) presenta un transformador (20) con un arrollamiento de reacción positiva (22) y un primer elemento de conmutación (24) electrónico, ejerciendo el elemento de conmutación y el transformador (20) un proceso de basculación similar a un oscilador de bloqueo, durante el cual la energía acumulada en el transformador (20) se transfiere al acumulador de energía (3, 8, 60). 12. Protection circuit device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the power circuit (50) has a transformer (20) with a positive reaction winding (22) and a first switching element (24) electronic, the switching element and the transformer (20) exerting a tilt process similar to a blocking oscillator, during which the energy accumulated in the transformer (20) is transferred to the energy accumulator (3, 8, 60). 13.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 12, caracterizado porque el primer elemento de conmutación (24) electrónico se hace funcionar de forma inversa formando al mismo tiempo el seccionador (40). 13.-Protection circuit device according to claim 12, characterized in that the first electronic switching element (24) is operated in an inverse manner while forming the disconnector (40). 14.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque un arrollamiento de salida suplementario (21’) está conectado en serie con el arrollamiento primario (21) a modo de un autotransformador. 14. Protection circuit device according to claim 12 or 13, characterized in that a supplementary output winding (21 ’) is connected in series with the primary winding (21) as an autotransformer. 15.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la sección de conmutación del primer elemento de conmutación (24) está conectada en serie con el arrollamiento primario (21) y el arrollamiento de reacción positiva (22) está conectado con el electrodo de control del primer elemento de conmutación (24). 15. Protection circuit device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the switching section of the first switching element (24) is connected in series with the primary winding (21) and the positive reaction winding (22 ) is connected to the control electrode of the first switching element (24). 16.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el electrodo de control del elemento de derivación (1) controlable está conectado con un primer circuito de descarga (80’, 80”, 80”’), habiéndose elegido la constante de tiempo del primer circuito de descarga de tal modo que la relación del tiempo de la conducción del elemento de derivación (1) al tiempo de no conducción es grande, preferiblemente > 5. 16.-Protection circuit device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the control electrode of the controllable branch element (1) is connected to a first discharge circuit (80 ', 80 ", 80"') , the time constant of the first discharge circuit having been chosen such that the ratio of the conduction time of the branch element (1) to the non-conduction time is large, preferably> 5. 17.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 16, caracterizado porque el primer circuito de descarga presenta una resistencia (81) conectada en paralelo a la capacidad inherente (3) del elemento de derivación 17. Protection circuit device according to claim 16, characterized in that the first discharge circuit has a resistor (81) connected in parallel to the inherent capacity (3) of the branch element
(1) (one)
y, dado el caso, a un condensador (8) conectado en paralelo a esta capacidad inherente. and, if necessary, to a capacitor (8) connected in parallel to this inherent capacity.
18.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque el circuito de alimentación (50) presenta un circuito de descarga rápida (26), que descarga rápidamente la capacidad inherente 18.-Protection circuit device according to one of claims 12 to 17, characterized in that the power circuit (50) has a rapid discharge circuit (26), which rapidly discharges the inherent capacity
(3) (3)
y, dado el caso, el condensador suplementario (8) conectado en paralelo al comenzar el proceso de basculación. and, if necessary, the supplementary capacitor (8) connected in parallel at the beginning of the tilting process.
19.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 18, caracterizado porque el circuito de descarga rápida presenta un segundo elemento de conmutación (26) electrónico, cuyo electrodo de control está conectado con el arrollamiento de reacción positiva y cuya sección de conmutación está conectada, partiendo de la conexión del electrodo de control del elemento de conmutación de derivación (1), en paralelo a la sección de conmutación del primer elemento de conmutación electrónico (24) o en serie con éste. 19.-Protection circuit device according to claim 18, characterized in that the rapid discharge circuit has a second electronic switching element (26), whose control electrode is connected to the positive reaction winding and whose switching section is connected , starting from the connection of the control electrode of the bypass switching element (1), in parallel to the switching section of the first electronic switching element (24) or in series with it. 20.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 16, caracterizado porque el primer circuito de descarga (80”) está realizado como circuito de descarga activo que no actúa de forma lineal, que por encima de una tensión umbral tiene una impedancia elevada y por debajo de la tensión umbral tiene una impedancia baja, dependiendo la tensión umbral de la tensión necesaria para el control completo del elemento de conmutación de derivación (1) en su electrodo de control. 20.-Protection circuit device according to claim 16, characterized in that the first discharge circuit (80 ") is made as an active discharge circuit that does not act linearly, which above a threshold voltage has a high impedance and Below the threshold voltage it has a low impedance, depending on the threshold voltage of the voltage necessary for complete control of the bypass switching element (1) in its control electrode. 21.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 20, caracterizado porque el primer circuito de descarga (80”) está realizado como circuito disparador de Schmitt. 21.-Protection circuit device according to claim 20, characterized in that the first discharge circuit (80 ") is made as a Schmitt trigger circuit. 22.-Dispositivo de circuito de protección según la reivindicación 16, caracterizado porque el primer circuito de descarga (80”’) presenta un J-FET que conduce por sí mismo y una red de diodo (83’), condensador (82’) y resistor de descarga (83’), que forman un elemento temporizador para la desconexión periódica del elemento de conmutación de derivación después de un tiempo definido. 22.-Protection circuit device according to claim 16, characterized in that the first discharge circuit (80 "') has a J-FET that conducts itself and a diode network (83'), capacitor (82 ') and discharge resistor (83 '), which form a timer element for periodic disconnection of the bypass switching element after a defined time. 23.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque el elemento de conmutación de derivación controlable tiene asignado un circuito de protección (30) contra sobretensión, así como contra una conexión indeseada. 23.-Protection circuit device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the controllable bypass switching element is assigned a protection circuit (30) against overvoltage, as well as against an unwanted connection. 24.-Dispositivo de circuito de protección según una de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque para la puesta en cortocircuito del módulo solar para fines de inspección o en caso de incendio, a los electrodos de control de los elementos de derivación se aplica una tensión tal que los elementos de derivación se conmutan a modo de conducción. 24.-Protection circuit device according to one of claims 1 to 23, characterized in that for the short-circuiting of the solar module for inspection purposes or in case of fire, the control electrodes of the branch elements apply a voltage such that the branch elements are switched to conduction mode.
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EP3188233A3 (en) * 2015-12-11 2017-11-22 Drägerwerk AG & Co. KGaA Active circuit protection for a measurement reinforcer in an electrode belt for an electrical impedance tomograph
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