ITUB20154710A1 - Circuito raddrizzatore a ponte, apparecchiatura e procedimento corrispondenti - Google Patents

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ITUB20154710A1
ITUB20154710A1 ITUB2015A004710A ITUB20154710A ITUB20154710A1 IT UB20154710 A1 ITUB20154710 A1 IT UB20154710A1 IT UB2015A004710 A ITUB2015A004710 A IT UB2015A004710A IT UB20154710 A ITUB20154710 A IT UB20154710A IT UB20154710 A1 ITUB20154710 A1 IT UB20154710A1
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dup
dun
caux
bridge rectifier
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Roberto Larosa
Giulio Zoppi
Laurent Gonthier
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St Microelectronics Srl
St Microelectronics Tours Sas
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Description

"Circuito raddrizzatore a ponte, apparecchiatura e procedimento corrispondenti"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
La descrizione si riferisce ai circuiti raddrizzatori a ponte controllati.
Una o più forme di attuazione possono trovare impiego in una varietà di applicazioni guali:
- controllo di motori monofase,
- inverter di motori trifase,
- alimentatori a commutazione - switched mode power supply o SMPS (ad es. per computer, telecomunicazioni, etc.),
- settore automobilistico.
Sfondo tecnologico
I ponti controllati permettono di abilitare un carico guando si verifica un evento e di implementare un processo di avvio graduale controllando la corrente di spunto.
I ponti controllati si possono implementare in vari modi guali, ad es.:
- soluzioni elettromeccaniche utilizzanti relè,
soluzioni elettroniche utilizzanti raddrizzatori controllati al silicio - ad es. SCR.
Le soluzioni elettromeccaniche possono utilizzare un relè per implementare tanto 1'abilitazione del carico su evento quanto l'avvio morbido.
Ad esempio, in una tale soluzione 1'abilitazione del carico si può ottenere pilotando un primo switch avente in cascata una connessione in parallelo di un secondo switch ed un resistore per implementare il controllo della corrente di spunto. Il resistore può limitare la corrente che tende a fluire in un condensatore mentre viene caricato. Una tale condensatore può avere un alto valore di capacità ed anche la corrente di spunto può tendere ad avere un alto valore. Una volta che il condensatore è ben caricato il resistore non è più utile e può essere cortocircuitato dal secondo switch per evitare perdite di potenza che influenzerebbero negativamente 1'efficienza. Per poter pilotare i due switch possono essere richiesti un alimentatore ausiliario (ad es. un SMPS) ed un'unità a microcontrollore (MCU).
Sebbene offra alcuni vantaggi (ad es. isolamento galvanico), una tale soluzione può presentare vari svantaggi, ad es.:
- 1'alto costo (i relè utilizzati come switch ed i resistori di rilevamento possono essere costosi),
- la scarsa affidabilità (la durata di funzionamento del relè e 1'affidabilità possono essere basse rispetto ai dispositivi elettronici),
- il rischio di un'indesiderata apertura del relè a causa ad es. di vibrazioni,
il pericolo di esplosione in un ambiente infiammabile,
- il rumore acustico,
- 1'alto consumo di corrente per pilotare la bobina del relè.
Ad eccezione di quei casi dove 1'isolamento galvanico è un vantaggio, tali svantaggi suggeriscono di far riferimento a soluzioni elettroniche ad es. comprendenti SCR.
Tali soluzioni possono ancora presentare certi svantaggi quali as ad es.:
costo e complessità di progettazione maggiori a causa ad es. del possibile utilizzo di un'alimentazione flottante,
- se non si utilizza un'alimentazione flottante, per il controllo dell'SCR si possono utilizzare accoppiatori ottici o magnetici, il che tuttavia ha un'incidenza sul costo complessivo,
- tali soluzioni possono non essere di facile impiego in termini di retrocompatibilità (ad es. poiché esse comportano la riprogettazione della parte magnetica per progettazioni esistenti non destinate ad essere controllate).
Scopo e sintesi
Uno scopo di una o più forme di attuazione è di prevedere una soluzione migliorata eliminando almeno alcuni, e virtualmente tutti, gli svantaggi evidenziati in precedenza.
Secondo una una o più forme di attuazione, tale scopo si può conseguire per mezzo di un circuito raddrizzatore a ponte avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni che seguono.
Una o più forme di attuazione si possono anche riferire ad una corrispondente apparecchiatura (ad es.
un'apparecchiatura di controllo per motori monofase, un'apparecchiatura inverter per motori trifase, SMPS per computer, telecom, applicazioni automobilistiche) così come ad un corrispondente procedimento.
Le rivendicazioni formano parte integrante della descrizione di una o più forme di attuazione qui fornite.
Una o più forme di attuazione possono provvedere un ponte raddrizzatore con switch elettronici (ad es. SCR convenzionali) polarizzati da un bus in continua (DC) ausiliario ed interfacciati con un'unità microcontrollore -MCU senza 1'esigenza di alcun accoppiatore magnetico o ottico.
Una o più forme di attuazione possono provvedere un ponte raddrizzatore che incorpora due switch elettronici (ad es. SCR convenzionali), controllabile da una corrente di gating fornita da una tensione di bus ausiliaria in continua.
Una o più forme di attuazione possono provvedere, eventualmente in combinazione con quanto detto in precedenza, un'architettura di circuito utilizzante un bus ausiliario in continua per provvedere una effettiva corrente di controllo ad uno switch elettronico (quale ad es. un SCR o IGBT) implementato sostanzialmente con un diodo ed un condensatore ad alta tensione e di valore ridotto.
Una o più forme di attuazione possono provvedere un'architettura di circuito controllabile con transitor ad alta tensione e di basso costo pilotati da una MCU facendo così a meno di costosi accoppiatori ottici o magnetici. Una o più forme di attuazione possono provvedere un circuito con una limitazione della corrente di spunto facilitata dalla conduzione progressiva nel tempo degli switch elettronici (ad es. SCR).
Una o più forme di attuazione possono comprendere un circuito traslatore di livello/sorgente di corrente che consente agli switch elettronici di essere appropriatamente polarizzati da un bus di tensione in continua ausiliario e direttamente interfacciati con una MCU senza far ricorso ad es. ad optoaccoppiatori.
Una o più forme di attuazione possono offrire uno o più dei seguenti vantaggi:
- si può fare a meno di un'alimentazione flottante e/o di accoppiatori magnetici o ottici;
- facilità d'uso in termini di retrocompatibilità (ad es. nessuna necessità di riprogettare la parte magnetica o stadi di alimentazione);
costo ridotto grazie ad un solo diodo ed un condensatore ad alta tensione utilizzati in una topologia a basso costo;
possibilità di utilizzare switch elettronici convenzionali, standard guali ad es. SCR, IGBT, MOSFET, o triac.
Breve descrizione delle figure
Una o più forme di attuazione verranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, in cui:
- la Figura 1 è uno schema circuitale esemplificativo di forme di attuazione;
la Figura 2 è un ulteriore schema circuitale esemplificativo di forme di attuazione, e
- la Figura 3 è uno schema circuitale esemplificativo di possibili dettagli di forme di attuazione.
Descrizione dettagliata
Nella descrizione che segue sono illustrati uno o più dettagli specifici, miranti a fornire una comprensione approfondita di esempi di forme di attuazione. Le forme di attuazione si possono ottenere senza uno o più dei dettagli specifici, o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi note strutture, materiali, o operazioni non sono illustrati o descritti in dettaglio in modo che certi aspetti di forme di attuazione non verranno oscurati.
Il riferimento ad "una forma di attuazione" nell'ambito della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritte in relazione alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Pertanto, frasi guali "in una forma di attuazione" che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non fanno necessariamente riferimento ad una e alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture, o caratteristiche possono essere combinate in gualsiasi modo adeguato in una o più forme di attuazione.
I riferimenti gui utilizzati sono forniti semplicemente per comodità e pertanto non definiscono 1'ambito di protezione o la portata delle forme di attuazione.
I principi di funzionamento e progettazione dei circuiti raddrizzatori a ponte sono noti nel settore, il che rende non necessario fornire gui una descrizione dettagliata.
Al rigurdo si può fare riferimento ad es. a documenti guali US 5 822 203 A (che descrive un dispositivo che presenta perdite di stand-by a causa di resistori del percorso attivo ed una circuiteria analogica complessa non controllabile ad es. da una MCU), US 4 161 Oli A (che presenta nuovamente perdite di stand-by a causa di resistori nel percorso attivo e può non funzionare per un'uscita capacitiva) o US 6 493 245 B1 (che richiede un'alimentazione ausiliaria ed optoaccoppiatori e che presenta ancora una volta perdite di stand-by).
Tali soluzioni possono comprendere ad es. un ponte raddrizzatore con SCR per pilotare uno stadio di controllo del fattore di potenza - RFC seguito da un SMPS continuacontinua del tipo flyback. In tali configurazioni, un SMPS di alimentazione ausiliario può polarizzare un'unità microcontrollore . Questo può a sua volta pilotare due switch per erogare corrente ad es. nel gate di un SCR convenzionale così da permettere la conduzione di corrente da anodo a catodo. Se i due switch sono aperti e non viene iniettata corrente nel gate degli SCR, il carico è scollegato. L'accensione e spegnimento appropriati dei due switch permettono di ottenere il controllo della corrente di spunto. In una o più forme di attuazione, un circuito raddrizzatore a ponte come esemplificato nelle figure può essere inteso come alimentato con una tensione in alternata (ac) VACe per provvedere una tensione di uscita (raddrizzata) Vout ad un carico L, ad es. di un tipo resistivo, tramite un trasformatore T.
Il carico L (che di per sé può non far parte delle forme di attuazione) può essere accoppiato all'avvolgimento secondario del trasformatore tramite un diodo raddrizzatore ed un condensatore di "smoothing" C.
Una o più forme di attuazione come esemplificate nelle figure possono comprendere un ponte raddrizzatore (a doppia semionda) comprendente guattro diodi Dup, Dun, Ddp e Ddn per ricavare una tensione ausiliaria in continua raddrizzata Vraux a partire dalla tensione in alternata di ingresso VAC-I diodi Dup, Dun, e il nodo nel quale è presente la tensione Vraux (qui di seguito, il nodo Vraux), si possono considerare come "leggermente" caricati in quanto essi non si interfacciano (direttamente ) con il carico del circuito L.
Ciò è in contrapposizione con il nodo Vr a cui si possono colle gare due switch elettronici SCI e SC2, ad es. con gli switch SCI e SC2 accoppiati all'uno e all'altro dei terminali di ingresso p e n che ricevono la tensione in alternata di ingresso Vfficon i diodi Ddp e Ddn "condivisi" tra un circuito ad alta potenza, quando la corrente fluisce anche attraverso i due switch elettronici SCI e SC2 SCR, ed un circuito a bassa potenza quando la corrente fluisce attraverso i due diodi Dup e Dun (percorsi di corrente esemplificativi possono essere : Dup Ddp, Dun Ddp quando gli switch sono spenti e Dup SCI Ddp e Dun SC2 Ddp quando gli switch sono accesi.
Mentre nel seguito, come esemplificativi di tali switch elettronici SCI, SC2, si farà principalmente riferimento ad SCR, in una o più forme di attuazione si possono utilizzare altri tipi di switch elettronici (ad es. triac con una corrente fornita al gate; IGBT o MOSFET, come descritto nel seguito in dettaglio ad es. in abbinamento alla Figura 2).
In una o più forme di attuazione , gli SCR che implementano gli switch SCI e SC2 si possono disporre con i loro catodi accoppiati al nodo Vr e i loro anodi accoppiati ai terminali di ingresso che ricevono la tensione in alternata di ingresso VAC-Inoltre, gli switch SCI e SC2 possono avere i loro elettrodi di controllo (ad es. gate o basi) accoppiati a due rispettive sorgenti di corrente II e 12 che agiscono tra il nodo Vraux e gli switch Si e S2.
Il nodo Vr si può accoppiare ad es. tramite un induttore Lpfc ed un diodo Dpfc (che saranno discussi nel seguito) all'avvolgimento primario del trasformatore T per provvedere ad esso una tensione Vpfc.
Si può guindi considerare il nodo Vr come "pesantemente caricato", e quindi esposto a caduta di livello con il risultato che ad un certo punto, a seconda ad es. del carico, la Vraux può essere maggiore della Vr lasciando un sufficiente headroom alle sorgenti di corrente Il e 12 per fornire una corrente di gating per agganciare gli SCR, ad es. SCI e SC2. Una tale corrente di gating può essere fornita da un condensatore Caux accoppiato al nodo Vaux.
In una o più forme di attuazione, le sorgenti di corrente II e 12 possono essere pilotate (abilitate) tramite due segnali Si e S2 da un'unità controllore CU (ad es. un'unità microcontrollore - MCU), in modo che la tensione al nodo Vraux scenderà momentaneamente per poi recuperare al picco della tensione di ingresso in alternata una volta che si agganciano gli SCR SCI e SC2.
L'ammontare della caduta di tensione dipende dalla capacità del condensatore Caux, che a sua volta si può selezionare in funzione della quantità di corrente di controllo necessaria per agganciare gli SCR, SCI, SC2 utilizzati.
In una o più forme di attuazione, una funzione di limitazione della corrente di spunto si può di conseguenza implementare con un tempo di conduzione progressivo (ad es. che cresce) degli SCR, SCI, SC2.
In una o più forme di attuazione, un'alimentazione in continua ausiliaria (che di fatto può agire come un'alimentazione flottante) si può produrre utilizzando solo i diodi Dup, Dun ed il condensatore Caux, evitando di conseguenza di riprogettare la parte magnetica dell'apparecchiatura di alimentazione.
Ciò può facilitare il risparmio sui componenti.
In una o più forme di attuazione, per caricare il condensatore Caux si può usare solo uno dei diodi Dup o Dun, ad es . raddoppiando il valore di capacità del condensatore Caux.
L'utilizzo, in una o più forme di attuazione, di entrambi i diodi Dup e Dun può facilitare 1'ottenimento di una struttura simmetrica.
In una o più forme di attuazione, un circuito raddrizzatore a ponte controllato come gui esemplificato può comprendere una funzione di controllo del fattore di potenza - PFC comprendente ad es. uno switch Spfc che agisce tra il punto intermedio dell'induttore Lpfc ed il diodo Dpfc e una linea accoppiata agli anodi dei diodi Ddn e Ddp.
In una o più forme di attuazione, la tensione di uscita della circuiteria PFC può essere spinta ad un valore superiore della tensione di ingresso più alta. Ad esempio, nel caso di una tensione di ingresso in alternata di 220V, la tensione di uscita della circuiteria PFC può essere spinta ad es. a 400V de.
In una o più forme di attuazione come gui esemplificate, il dispositivo comprendente lo switch Spfc, 1'induttore Lpfc ed il diodo Dpfc può essere collocato tra:
- un primo condensatore Cf interposto tra i catodi degli SCR SCI e SC2 e gli anodi dei diodi Ddn e Ddp, e un secondo condensatore di filtraggio Cfilt interposto tra il terminale del diodo Dpfc accoppiato all 'avvolgimento primario del trasformatore T e la linea accoppiata agli anodi dei diodi Ddn e Ddp.
Si può disporre un 'ulteriore switch Spwm per controllare il flusso di corrente attraverso 1'avvolgimento primario del trasformatore T così da implementare una funzione di SMPS continua-continua di ttpo flyback.
Gli switch Spfc e Spwm possono funzionare sotto il controllo di rispettivi controllori Cpfc e Cpwm che funzionano ad es. come controllore di pwm (modulazione a larghezza di impulso) PFC e come controllore pwm SMPS.
Anche se gui illustrati in modo separato dal controllore CU che genera i segnali SI, S2 per controllare le sorgenti di corrente II e 12, in una o più forme di attuazione uno o entrambi i controllori Cpfc e Cpwm si possono incorporare nel controllore CU .
Qualungue siano i dispositivi adottati a tal proposito, per alimentare i controllori CU, Cpfc, Cpwm si può provvedere un 'alimentazione ausiliaria APS (comprendente ad es. un circuito a ponte 10 ed un SMPS 12).
Il funzionamento della circuiteria di controllo del fattore di potenza/ funzione SMPS continua-continua di tipo flyback appena descritta è convenzionale nella tecnica, il che rende non necessario fornire gui una descrizione più dettagliata .
La Figura 2 è esemplificativa di un certo numero di caratteristiche che si possono adottare, singolarmente o in combinazione, in una o più forme di attuazione, ad es.: - un diodo Ds per trasferire la tensione Vpfc al nodo Vraux,
- gli switch SCI, SC2 implementati utilizzando degli IGBT
- switch attivi quali Nmos utilizzati al posto dei diodi Ddn e Ddp.
Mentre illustrate per semplicità in unione alla Figura 2, una o più forme di attuazione possono adottare tali caratteristiche in modo indipendente e/o in possibili combinazioni diverse le une con le altre.
Ad esempio, a puro titolo di esempi non limitativi: - una o più forme di attuazione possono comprendere un diodo Ds per trasferire la tensione Vpfc al nodo Vraux (come mostrato in Figura 2) con gli switch SCI, SC2 implementati come SCR (come mostrato in Figura 1);
- una o più forme di attuazione possono comprendere gli switch SCI, SC2 implementati come IGBT (come mostrato in Figura 2) senza comprendere un diodo Ds per trasferire la tensione Vpfc al nodo Vraux (come nel caso della Figura 1);
- una o più forme di attuazione possono comprendere gli switch SCI, SC2 implementati come IGBT (come mostrato in Figura 2) con i diodi Ddn e Ddp (come mostrato in Figura 1);
- una o più forme di attuazione possono comprendere gli switch SCI, SC2 implementati come SCR (come mostrato in Figura 1) con switch attivi quali Nmos utilizzati al posto dei diodi Ddn e Ddp (come mostrato in Figura 2).
Inoltre, in una o più forme di attuazione, per implementare gli switch controllabili SCI, SC2 si possono utilizzare MOSFET o triac al posto dei SCR o IGBT, .
L'eventuale presenza del diodo Ds esemplificato in Figura 2 può terne in conto il fatto che in un dispositivo RFC la tensione Vpfc, in una condizione di stato stabile, può essere superiore alla Vr.
In una o più forme di attuazione, diodo Ds può essere interposto tra il nodo Vraux e la linea all'avvolgimento primario del trasformatore dove è presente la tensione Vpfc, ad es. con il catodo di Ds accoppiato al nodo Vraux e 1'anodo di Ds accoppiato al Vpfc così da trasferire la tensione Vpfc verso il nodo Vraux.
Come indicato, in una o più forme di attuazione, la tensione di uscita della circuiteria PFC può essere spinta ad un valore superiore alla tensione di ingresso più alta. Tranne che per la differenza (di fatto trascurabile) fornita dalla caduta del diodo attraverso Ds, in una o più forme di attuazione la Vraux può essere stabilmente abbastanza superiore alla Vr. Ciò facilita il fatto di avere, anche con un PFC in modo discontinuo, sufficiente headroom di tensione tra la Vraux e la Vr per fornire la corrente ad es. nei gate degli SCR SCI e SC2.
La Figura 2 illustra a puro titolo di esempio gli switch SCI, SC2 implementati per mezzo di IGBT (ad es. npn) disposti con il loro emettitori accoppiati al nodo Vr e i loro collettori accoppiati ai terminali di ingresso che ricevono la tensione ac di ingresso VAC-Inoltre, gli switch SCI e SC2 possono avere i loro elettrodi di controllo (gui, le loro basi) accoppiati alle rispettive sorgenti di corrente II e 12 che agiscono tra il nodo Vraux e gli switch SI e S2 (tale disposizione può comprendere ad es. resistori di polarizzazione tra le basi degli IGBT ed i terminali di ingresso p e n a cui è applicata la tensione di ingresso V3⁄4c)-Tali forme di attuazione mantengono entrambe le funzioni di abilitazione del carico e controllo della corrente di spunto.
Inoltre, in una o più forme di attuazione, la disponibilità del controllo digitale fornita dalla MCU (ad es . segnali SI e S2) rende possibile sostituire i diodi Ddn e Ddp con due switch elettronici S3, S4 (ad es. Nmos) attivati - vale a dire accesi e spenti - dall 'unità controllore CU, il che può facilitare la riduzione delle perdite rispetto ai diodi ed aumentare 1'efficienza del convertitore .
Una o più forme di attuazione possono di conseguenza provvedere una topologia di circuito dove due switch "sul lato alto" (SCI, SC2 - in gualsiasi modo implementati : SCR, IGBT, ...) possono essere controllati tramite una corrente fornita dal bus ausiliario in continua ad alta tensione.
Qualungue siano le opzioni specifiche adottate in relazione alle varie caratteristiche discusse in precedenza, in una o più forme di attuazione , le sorgenti di corrente indicate come II e 12 nelle Figure 1 e 2 accoppiate agli switch SCI e SC2 (in qualsiasi modo implementati ) possono comprendere ad es . transistor bipolari p-n-p TI, T2 ad alta tensione con degenerazione di emettitore ad es. come schematicamente mostrato in Figura 3.
In Figura 3 per indicare porzioni o elementi già discussi in abbinamento alle Figure 1 e 2 sono stati utilizzati gli stessi simboli di riferimento.
Una corrispondente descrizione non verrà qui ripetuta per brevità . Inoltre, per semplicità di rappresentazione , vari componenti accoppiati alle uscite degli switch elettronici SI e S2 come descritti nel dettaglio nelle Figure 1 e 2 sono schematicamente rappresentati come un singolo blocco 100 in Figura 3.
In una o più forme di attuazione, come esemplificato in Figura 3, le sorgenti di corrente II e 12 (ad es. i transistor TI e T2) possono essere pilotati tramite ad es. traslatori di livello basati su transistor LSI e LS2.
Utilizzando dispositivi traslatori di liveIlo/sorgente di corrente come esemplificati in Figura 3, gli switch elettronici SCI, SC2 (ad es. SCR o IGBT) possono essere direttamente interfacciati con 1'unità controllore CU, ad es. accoppiando i segnali SI e S2 agli ingressi dei traslatori di livello LSI e LS2.
Ciò rende possibile ad es. fare a meno di costosi accoppiatori magnetici o ottici.
Inoltre, si apprezzeraà che, in una o più forme di attuazione come gui esemplificato, il valore delle correnti di controllo (ad es. gate o base) II, 12 non dipende dall'ampiezza della tensione di ingresso Vac, e può essere determinata (unicamente) dal valore dell'alimentazione di polarizzazione del controllore CU assieme al valore dei resistori di degenerazione RI, R2, pervenendo così ad una topologia che può essere conpatibile con un'ampia gamma di tensioni (ad es. Vac 110-230 V).
In una o più forme di attuazione, utilizzando BJT, degenerati la corrente può essere ben definita dal valore dei resistori. Ad esempio, il valore della corrente attraverso il transistor può essere dato da Inpn = (Vbias_mcu-0.7V)/Rpn, dove Rpn è il valore di resistenza del resistore di degenerazione dell'emettitore del ad es. transistor npn TI, T2. La corrente Inpn può creare una caduta di tensione nel resistore (avente un valore di resistenza Rup) accoppiato tra la tensione Vraux e la base del transistor BJT in modo che la corrente di controllo Igate negli switch SCI, SC2 si può esprimere come Igate = (Inpn*Rup - 0.7V)/Rnpn - > ((Vbias_mcu-0.7V)/Rnpn)*Rup -0.7V)/Rnpn.
Si apprezzerà analogamente che una o più forme di attuazione come qui esemplificate possono condurre ad aggiungere semplicemente una coppia di resistori a toplogie esistenti già comprendenti una coppia di switch.
Si apprezzerà altrimenti che, in una o più forme di attuazione, le polarità di certe tensioni (ad es. Vpfc, Vout) possono essere invertite rispetto a quelle qui esemplificate (ad es. essere negative invece di positive). Ciò può far sì che le polarità di certi componenti siano invertite in modo corrispondente (ad es. collocazione di anodo e catodo di un diodo invertita rispetto alla collocazione qui esemplificata).
Una o più forme di attuazione possono di conseguenza implementare un circuito raddrizzatore a ponte, comprendente:
- un primo switch elettronico SCI ed un secondo switch elettronico SC2, ad es. SCR o IGBT (o eventualmente MOSFET o triac), aventi terminali di controllo (ad es. gate o basi rispettivamente per transistor ad effetto di campo o bipolari), gli switch elettronici SCI, SC2 accoppiati ad un ingresso del circuito per ricevere una tensione di ingresso in alternata VACed alternativamente commutabili in accensione e spegnimento per provvedere una tensione raddrizzata ad un'uscita del circuito,
- una sorgente ausiliaria in continua (ad es. Caux, Dup, Dun) per provvedere correnti di controllo II, 12 ai terminali di controllo degli switch elettronici SCI, SC2.
In una o più forme di attuazione , la sorgente ausiliaria in continua può comprendere un condensatore Caux accoppiato all'ingresso del circuito tramite almeno uno, opzionalmente anche solo uno, diodo Dup per essere caricato dalla tensione di ingresso in alternata VAC.
In una o più forme di attuazione, il condensatore Caux nella sorgente ausiliaria in continua può essere accoppiato all'ingresso del circuito tramite una coppia di diodi Dup, Dun in una disposizione simmetrica, con la coppia di diodi Dup, Dun opzionalmente compresa in un ponte raddrizzatore a doppia semionda (ad es. Graetz) interposto tra 1'ingresso del circuito e gli switch elettronici SCI, SC2.
In una o più forme di attuazione, un circuito raddrizzatore a ponte può comprendere sorgenti di corrente II, 12, opzionalmente implementate come transistor bipolari con degenerazione di emettitore TI, T2, con gueste sorgenti di corrente II, 12 interposte tra la sorgente ausiliaria in continua (ad es. Caux, Dup, Dun) e i terminali di controllo degli switch elettronici SCI, SC2, le sorgenti di corrente II, 12 essendo selettivamente attivabili, ad es. tramite segnali SI, S2 da un (micro)controllore CU per produrre una corrente di gating per accendere e spegnere gli switch elettronici SCI, SC2.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un'unità controllore CU per attivare selettivamente le sorgenti di corrente II, 12, con 1'unità controllore CU opzionalmente configurata per implementare tempi di conduzione progressivi (vale a dire, crescenti) degli switch elettronici SCI, SC2 fornendo così una limitazione della corrente di spunto.
Una o più forme di attuazione possono comprendere traslatori di livello LSI, LS2 interposti tra la sorgente ausiliaria in continua (ad es. Caux, Dup, Dun) e le sorgenti di corrente II, 12, in modo che gli switch elettronici SCI, SC2 possono essere polarizzati dalla sorgente ausiliaria in continua.
In una o più forme di attuazione, i traslatori di livello LSI, LS2 possono essere (direttamente ) accoppiati all 'unità controllore CU per essere pilotati da essa.
Una o più forme di attuazione possono comprendere una circuit eria di controllo del fattore di potenza accoppiata agli switch elettronici SCI, SC2 per provvedere una tensione controllata in fattore di potenza; si può quindi interporre un diodo Ds tra la linea controllata in fattore di potenza e la sorgente ausiliaria in continua per trasferire la tensione controllata in fattore di potenza Vpfc alla sorgente de ausiliaria .
Fermi restando i principi di fondo, i particolari e le forme di attuazione possono variare , anche in modo significativo, rispetto a quanto è stato descritto a puro titolo di esempio senza di scostarsi dall' ambito di protezione .
1/ ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse .

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito raddrizzatore a ponte, comprendente: un primo switch elettronico (SCI) ed un secondo switch elettronico (SC2) aventi terminali di controllo, il primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico accoppiati ad un ingresso del circuito per ricevere una tensione di ingresso in alternata (VAC)e alternativamente commutabili in accensione e spegnimento per provvedere una tensione raddrizzata (Vpfc, Vout) ad un'uscita del circuito, - una sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun) per provvedere correnti di controllo (II, 12) ai terminali di controllo del primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico.
  2. 2. Circuito raddrizzatore a ponte secondo la rivendicazione 1, in cui la sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun) comprende un condensatore (Caux) accoppiato all'ingresso del circuito tramite almeno un diodo (Dup) per essere caricato da detta tensione di ingresso ac (VAC) ■
  3. 3. Circuito raddrizzatore a ponte secondo la rivendicazione 2, in cui il condensatore (Caux) nella sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun) è accoppiato all'ingresso del circuito tramite una coppia di diodi (Dup, Dun) in una disposizione simmetrica, detta coppia di diodi (Dup, Dun) essendo preferibilmente compresa in un ponte raddrizzatore a doppia semionda (Dup, Dun, Ddn, Ddp) interposto tra 1'ingresso di circuito e il primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico.
  4. 4. Circuito raddrizzatore a ponte secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , comprendente sorgenti di corrente (II, 12), implementate preferibilmente come transistor bipolari con degenerazione di emettitore (TI, T2) , le sorgenti di corrente (II, 12) interposte tra la sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun) e i terminali di controllo del primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico, dette sorgenti di corrente (II, 12) selettivamente (SI, S2 ) attivabili per produrre una corrente di gating per accendere e spegnere il primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico .
  5. 5 . Circuito raddrizzatore a ponte secondo la rivendicazione 4 , comprendente un 'unità controllore (CU) per attivare selettivamente dette sorgenti di corrente (II, 12) , 1'unità controllore (CU) preferibilmente configurata per implementare tempi di conduzione progressivi del primo (SCI ) e secondo (SC2) switch elettronico provvedendo così una limitazione della corrente di spunto.
  6. 6. Circuito raddrizzatore a ponte secondo la rivendicazione 4 o rivendicazione 5 , comprendente traslatori di livello (LSI, LS2) interposti tra la sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun) e le sorgenti di corrente (Il, 12) per cui il primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico sono polarizzati dalla sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun).
  7. 7. Circuito raddrizzatore a ponte secondo la rivendicazione 5 e rivendicazione 6, in cui i traslatori di livello (LSI, LS2) sono accoppiati all 'unità controllore (CU) per essere da essa pilotati .
  8. 8 . Circuito raddrizzatore a ponte secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , comprendente : - una circuiteria di controllo del fattore di potenza (Cpfc , Spfc) accoppiata al primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico per provvedere una tensione controllata in fattore di potenza (Vpfc) su una linea controllata in fattore di potenza, - un diodo (Ds) interposto tra la linea controllata in fattore di potenza e la sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun) per trasferire la tensione controllata in fattore di potenza (Vpfc ) verso la sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun).
  9. 9 . Circuito raddrizzatore a ponte secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , in cui il primo (SCI ) e secondo (SC2) switch elettronico comprendono switch elettronici selezionati fra SCR e IGBT.
  10. 10 . Apparecchiatura comprendente un circuito raddrizzatore a ponte secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 9.
  11. 11. Procedimento di funzionamento di un circuito raddrizzatore a ponte, comprendente un primo switch elettronico (SCI) ed un secondo switch elettronico (SC2) aventi terminali di controllo, il procedimento comprendendo : - applicare al primo (SCI) e secondo (SC2) switch elettronico una tensione di ingresso in alternata (VAC), accendere e spegnere in modo alternato il primo (SCI ) e secondo (SC2) switch elettronico per provvedere una tensione raddrizzata (Vpfc, Vout ) ad un 'uscita del circuito, e provvedere correnti di controllo (II, 12) ai terminali di controllo del primo (SCI ) e secondo (SC2) switch elettronico tramite una sorgente ausiliaria in continua (Caux, Dup, Dun).
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3102897B1 (fr) * 2019-10-30 2021-11-12 St Microelectronics Tours Sas Pont redresseur
DE102020200100A1 (de) 2020-01-08 2021-08-05 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Gesteuerter gleichrichter und verfahren zum betrieb eines motorintegrierten gleichrichters
CN112803819A (zh) * 2021-01-15 2021-05-14 谢恩来 一种小功率逆变电源电路
CN112467759B (zh) * 2021-01-28 2021-05-28 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种分布式潮流控制器低电流工况下的控制方法及系统
US12055589B1 (en) * 2023-01-13 2024-08-06 Hamilton Sundstrand Corporation Contactor drives having normally-on solid state switches

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52149323A (en) * 1976-06-07 1977-12-12 Mitsubishi Electric Corp Mixed bridge circuit
GB2256757A (en) * 1991-06-13 1992-12-16 Samsung Electronics Co Ltd Rectifier having a circuit for preventing inrush current.
FR3013533A1 (fr) * 2013-11-21 2015-05-22 St Microelectronics Tours Sas Commande d'un convertisseur alternatif-continu

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4161011A (en) 1978-02-21 1979-07-10 General Electric Company Ground distance relay employing phase comparator measurement
FR2742013B1 (fr) * 1995-11-30 1998-03-27 Sgs Thomson Microelectronics Procede et dispositif de limitation d'appel de courant d'un condensateur associe a un redresseur
US6493245B1 (en) 2001-08-15 2002-12-10 Astec International Limited Inrush current control for AC to DC converters
DE60329261D1 (de) * 2002-10-15 2009-10-29 Vincotech Holdings S A R L Steuerung für Eingangs-Einschaltsstrom und/oder Ausgangs-Kurzschlussstrom in dem Aufwärtswandler einer Stromversorgung
US20060274468A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 Phadke Vijay G Active inrush current control using a relay for AC to DC converters
KR101202925B1 (ko) * 2011-03-08 2012-11-19 엘에스산전 주식회사 돌입 전류 제어 장치 및 그 방법
JP6206162B2 (ja) * 2013-12-19 2017-10-04 富士通株式会社 Ａｃ／ｄｃコンバータおよびａｃ／ｄｃ変換方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52149323A (en) * 1976-06-07 1977-12-12 Mitsubishi Electric Corp Mixed bridge circuit
GB2256757A (en) * 1991-06-13 1992-12-16 Samsung Electronics Co Ltd Rectifier having a circuit for preventing inrush current.
FR3013533A1 (fr) * 2013-11-21 2015-05-22 St Microelectronics Tours Sas Commande d'un convertisseur alternatif-continu

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