ITMI970098A1

ITMI970098A1 - Circuito regolatore-riduttore

Info

Publication number: ITMI970098A1
Application number: IT97MI000098A
Authority: IT
Inventors: Brian R Pelly; Yi Zhang
Original assignee: Int Rectifier Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1998-07-20
Also published as: US5818214A; KR970060649A; JP2905459B2; GB9701065D0; FR2743954A1; IT1289922B1; TW445694B; SG52908A1; DE19701566A1; GB2309323A; FR2743954B1; GB2309323B; JPH09298871A; KR100326301B1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto d'invenzione dal titolo:

"CIRCUITO REGOLATORE - RIDUTTORE"

RIFERIMENTO INCROCIATO ALLA DOMANDA CORRELATA

In base alle norme del decreto 35 U.S.C.par.120,questa domanda rivendica la priorità rispetto alla domanda provvisoria degli Stati Uniti correlata No.60/010.218, depositata il 18 gennaio 1996 ed intitolata "BUCK REGULATOR CIRCUIT".

FONDAMENTI DELL'INVENZIONE

Quest'invenzione si riferisce ad un circuito regolatore di elettricità e,più in particolare, ad un circuito convertitore regolatore-riduttore per convertire un'alimentazione di alta tensione in una sorgente di elettricità di bassa tensione.

I circuiti pilota e i circuiti di controllo associati per invertitori-modulatori ad ampiezza di impulso (FWM)per il controllo dei motori e altre applicazioni richiedono una sorgente di elettricità di 15V,indicata come la barra a CC negativa.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

In accordo a quanto detto,un oggetto della presente invenzione è quello di fornire un circuito regolatore di elettricità affidabile ed efficace.

Un altro oggetto della presente invenzione è quello di fornire un circuito regolatore- riduttore che sia adatto per convertire un ingresso di cavo bus a CC di alta tensione variabile in un'uscita di CC di bassa tensione regolata.

Quanto sopra detto e altri oggetti dell'invenzione vengono ottenuti con un regolatore-riduttore che fornisce la richiesta sorgente di elettricità a 15V derivando l'elettricità necessaria direttamente dalla tensione del cavo bus a CC tramite il regolatore -riduttore.

La presente invenzione è realizzata utilizzando i componenti elettronici esistenti come il circuito integrato IR 2152, il circuito IRFU120 HEXFET®,e la circuiteria associata. I circuiti IR2152 e IRFU120 HEXFET® sono prodotti a semiconduttori di potenza fabbricati dalla Intemation Rectifier Corporation di E1 Segundo, California, 1*assegnatala della presente domanda.

Il circuito pilota IR 2152 è un circuito pilota a gate MOS monolitico che permette il pilotaggio di un MOSFET e/o coppie di transistori IGBT di potenza del lato di bassa e alta tensione (o un qualsiasi altro dispositivo di tipo a gate MOS)dagli ingressi di livello logico,riferiti alla terra. Il circuito pilota a gate MOS monolitico che è simile al suddetto circuito IR 2152 viene reso noto nel brevetto USÀ della presente assegnataria No.5.545.955 che è stato registrato il 13 agosto 1996 e i contenuti del quale sono incorporati qui come riferimento.

Il circuito regolatore - riduttore della presente invenzione fornisce un'uscita a CC di 15V-100 mA regolata da un cavo bus a CC a tensione variabile fra 250V e 450 V.

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione diverranno facilmente evidenti dalla descrizione seguente dell'invenzione,che è riferita ai disegni allegati.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

I disegni illustrano:

- La Figura 1 è uno schema circuitale di una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

- La Figura 2 illustra la regolazione della tensione di uscita rispetto alla corrente di carica e della tensione del cavo bus a CC per la prima forma di realizzazione dell'invenzione;

- Le Figure 3-11 illustrano gli oscillogrammi per varie condizioni operative;

- La Figura 12 illustra uno schema circuitale di una seconda forma di realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE

Uno schema circuitale di una prima forma di realizzazione della presente invenzione è illustrato nella Figura 1. Il microcircuito o circuito integrato IR 21521 è un microcircuito del tipo che può essere incorporato in un gruppo doppio in linea o un gruppo per montaggio su superficie e che può includere le seguenti uscite a piedini:

Ho - un piedino di uscita per pilotare la gate del MOSFET del lato di alta tensione;

Vs - un piedino da collegare alla spina centrale dei MOSFET collegati con poli a totem o a semiponte;

Lo - un piedino di uscita per pilotare la gate del MOSFET del lato di bassa tensione (non rappresentato);

COM - un piedino collegato al terminale negativo,vale a dire alla barra a CC negativa;

Ct - un singolo piedino di controllo di ingresso che controlla le due uscite Ho e Lo;

RT - (vedere Figura 12)un piedino che è collegato ad un nodo di un resistore di temporizzazione;

Vcc - un piedino che riceve la tensione di funzionamento del microcircuito, che nel circuito della Figura 1 è una tensione di uscita derivata dalla tensione di uscita del carico Vo del circuito regolatore- riduttore complessivo 10 e da un resistore di caduta R5 derivato dalla tensione del cavo bus a CC;

VB - un piedino collegato al diodo D6 e al capacitore 12.

Il principio del controllo è quello di inserire Q1 per un tempo fisso,eguale al ritardo intrinseco del circuito IR 2152, e di variare il periodo di disinserzione di modo che la tensione di uscita sia regolata ad un valore costante, indipendente dalla tensione del cavo bus a CC o dalla corrente di uscita. La minimizzazione del periodo di INSERZIONE (ON) di Q1 al ritardo intrinseco del circuito IR 2152 minimizza la dimensione dell'induttore di livellamento.

Si supponga che Ho sia a tensione elevata, pertanto Ql viene regolata su ON . La tensione ai capi del diodo D5 con funzione di volano, eguale alla tensione del cavo bus a CC quando Q1 è INSERITO, è inviata in retroazione al terminale Ct del circuito IR 2152, attraverso la resistenza RI e il diodo D3. D1 blocca la tensione applicata a Cx al valore Vcc .

Dopo il tempo di ritardo intrinseco del circuito IR 2152, Ho si regola a valore basso, disinserendo Q1, e annullando la tensione del cavo bus dal diodo con funzione di volano.

La tensione in Cx si riduce ad un valore iniziale determinato dalla capacitanza interna del terminale Cx ; tuttavia questa tensione non scende sotto (Vo x R3)/(R2 R3) .

Ho rimane bassa fino a quando la tensione di retroazione verso Cx scende a Vcc/3. Dopo il ritardo intrinseco del circuito IR 2152, Ho si regola in valore alto, e il ciclo si ripete.

Pertanto viene iniziato un nuovo periodo di inserzione (ON) per Q1 ogni volta che la tensione di uscita tende a scendere sotto un valore regolato; tramite questo meccanismo, la tensione di uscita viene mantenuta sostanzialmente costante rispetto alle variazioni della tensione di ingresso e della corrente di uscita.

Un carico di uscita minimo di circa 35 mA è necessario per mantenere una conduzione continua nell'induttore di livellamento 14 di 4,7 mH, e per assicurare che il capacitore di avviamento sia ricaricato.

La regolazione della tensione di uscita rispetto alla corrente di carica e la tensione del cavo bus a CC per la prima forma di realizzazione dell'invenzione è illustrata nella Figura 2.

La tensione di uscita varia da 14,93 V, per 400V di ingresso a CC e uscita di 37 mA, a 14,13 V per ingresso a CC di 250V e uscita di 100 mA. Questa regolazione di 800 mV è ritenuta accettabile.

Si noti che la variazione potrebbe essere centrata attorno ad un valore medio più elevato - per esempio 15,4 V max /14,6 V min, regolando R2.

Gli oscillogrammi di varie condizioni operative sono illustrati nelle Figure 3-11. La frequenza di funzionamento varia da 49 kHz al carico minimo, la tensione del cavo bus a CC massima (Figura 5) a 100 kHz per il carico massimo, tensione del cavo bus a CC minima (Figura 4) .

Gli oscillogrammi della Figura 9 illustrano che il tempo di INSER-ZIONE (ON) di Q1, regolato dal ritardo intrinseco del circuito IR 2152, varia da circa 500 ns a 25° C a 650 ns a 100°C. Il tempo di avviamento totale, dall'inserzione della tensione del cavo bus a CC all'uscita di 15V è di circa 5 ms a VDC = 250 V (Figura 10) e 3 ms per VDC = 400 V (Figura 11) .

Il circuito della Figura 1 invia il segnale di retroazione della tensione di uscita di 15V del regolatore tramite R4/D4, per cooperare con l'alimentazione le del circuito IR 2152. Il diodo Zener Z1 regola Vcc a 11V, cosa che permette una retroazione di corrente definita. R4/D4 e Z1 potrebbero essere eliminati, a spesa di una minore resistenza e maggiore perdita di potenza in R5. In alternativa se il circuito IR 2152 fu modificato per includere un diodo Zener di 11V (invece del presente diodo Zener di 15,6 V), Z1 potrebbe essere eliminato, sebbene R4/D4 sia ancora mantenuto. Il circuito della Figura 1 non funziona bene per basse correnti (per esempio inferiori a 40 mA), in quanto il controllo viene perduto nel convertitore riduttore. Una seconda forma di realizzazione della presente invenzione, illustrata nella Figura 12, elimina il diodo Zener Z1, i diodi D1, D3 e D4 e i resistori R1 e R4, ed è vantaggiosamente stabile nelle condizioni di assenza di carico.

Sebbene la presente invenzione sia stata descritta con riferimento alle sue forme di realizzazione preferite, sarà chiaro alle persone esperte della tecnica che molte altre varianti e modifiche ed altri usi possono essere realizzati. Pertanto è preferito che la presente invenzione sia limitata non dalla specifica rivelazione illustrata ma solo dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1.Un circuito regolatore di elettricità,comprendente: - un cavo bus a CC di ingresso positivo per alimentare una tensione a CC comparativamente elevata che varia da una prima ad una seconda tensione a CC elevata, la tensione a CC elevata di ingresso essendo riferita ad un cavo bus comune del lato di bassa tensione; - un circuito pilota a gate monolitico alimentato da una sorgente di elettricità a bassa tensione indicato come il cavo bus comune; - un induttore e un dispositivo di commutazione collegati fra il cavo bus a CC di ingresso e l'induttore tramite il quale il dispositivo di commutazione fornisce la corrente ad un terminale di uscita di pilotaggio del carico, il dispositivo di commutazione conprendendo un terminale di gate; - il circuito pilota a gate monolitico conprendente un'uscita di pilotaggio delle gate per pilotare il terminale di gate del dispositivo di commutazione, il circuito pilota delle gate monolitico avendo associato ad esso un tempo di ritardo intrinseco predeterminato durante il quale la sua uscita di controllo di gate è attiva,dopo essere stata attivata da un segnale di attivazione che è inviato ad un elettrodo di attivazione del circuito pilota a gate monolitico; e - un circuito di regolazione di elettricità accoppiato con l'elettrodo di attivazione del circuito pilota delle gate per controllare il circuito pilota delle gate di modo che l'uscita di attivazione della gate sia attivata per la durata del detto tempo di ritardo intrinseco e viene quindi disinserita per periodi di tempo variabili che sono controllati e variano di modo che la tensione nel terminale di uscita di pilotaggio del carico sia mantenuta ad un valore predeterminato, sostanzialmente costante.
2. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 1, nel quale il circuito di pilotaggio della gate include un terminale Vcc per ricevere una sorgente di elettricità di bassa tensione e comprendente un primo resistore collegato fra il cavo bus a CC di ingresso e il terminale Vcc. 3. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 2, inoltre comprendente un primo circuito collegato in serie comprendente un secondo resistore ed un diodo collegati fra il terminale Vcc e il terminale di uscita di pilotaggio del carico, per alimentare una corrente addizionale al terminale Vcc. 4. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 2, inoltre comprendente un circuito di bloccaggio della tensione collegato fra il terminale Vcc e il cavo bus comune per mantenere il terminale Vcc ad una tensione di bloccaggio predeterminata. 5. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 4, nel quale il circuito di bloccaggio della tensione comprende un diodo Zener. 6. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 2, nel quale l'elettrodo di attivazione del circuito pilota di gate monolitico è collegato al terminale di uscita di pilotaggio del carico tramite un secondo circuito collegato in serie comprendente un rispettivo resistore e un rispettivo diodo. 7. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 2, inoltre comprendente un diodo con funzione di volano elettrico collegato fra il dispositivo di commutazione e l'induttore, su un lato, e il cavo bus comune sull'altro lato.
3. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 7, inoltre conprendente un terzo circuito collegato in serie comprendente un rispettivo resistore e un rispettivo diodo collegati fra un catodo del diodo con funzione di volano elettrico e l’elettrodo di attivazione del circuito pilota a gate monolitico. 9. Il circuito regolatore di elettricità della rivendicazione 8, inoltre comprendente un altro diodo accoppiato fra il circuito di bloccaggio della tensione e il terzo circuito collegato in serie per assicurare che la tensione nell'elettrodo di attivazione del circuito pilota a gate monolitico non salga al di sopra della tensione di bloccaggio predeterminata.