RU2218659C2 - Bipolar signal shaping device - Google Patents
Bipolar signal shaping device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2218659C2 RU2218659C2 RU2001129458A RU2001129458A RU2218659C2 RU 2218659 C2 RU2218659 C2 RU 2218659C2 RU 2001129458 A RU2001129458 A RU 2001129458A RU 2001129458 A RU2001129458 A RU 2001129458A RU 2218659 C2 RU2218659 C2 RU 2218659C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- polarity
- cell
- positive
- generating
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Устройства формирования биполярного сигнала могут применяться в дефибрилляторах с биполярной формой импульсов, формирователях мощных биполярных электрических импульсов. Devices for generating a bipolar signal can be used in defibrillators with a bipolar pulse shape, formers of powerful bipolar electric pulses.
Известна схема формирования биполярного сигнала, использующая однополярный формирователь сигнала, который соединяется с нагрузкой через мостовой переключатель полярности (H-bridge). Например, мостовая схема переключения полярности фигурирует в патентах США 6,208,895; 6,175,765; 6,097,982; 6,041,254; 5,824,017 и 5,741,306. При формировании мощного сигнала с напряжением в несколько киловольт и током десятки ампер для построения мостовой схемы можно использовать следующие решения:
1. Использовать в каждом плече мощные высоковольтные электронные ключи;
2. Составлять плечи моста из последовательно соединенных ключей на более низкое напряжение.A known bipolar signal generation circuit using a unipolar signal conditioner, which is connected to the load through a bridge polarity switch (H-bridge). For example, a bridge polarity switching circuit appears in US Pat. No. 6,208,895; 6,175,765; 6,097,982; 6,041,254; 5,824,017 and 5,741,306. When generating a powerful signal with a voltage of several kilovolts and a current of tens of amperes, the following solutions can be used to build a bridge circuit:
1. Use powerful high-voltage electronic keys in each arm;
2. Compose the shoulders of the bridge from series-connected keys to a lower voltage.
В случае применения первого варианта используются дорогостоящие электронные приборы. При втором варианте можно использовать недорогие приборы силовой электроники массового производства, рассчитанные на напряжения 400... 600 В, но возникает проблема выравнивания напряжений на последовательно соединенных электронных ключах, что снижает эффективность их использования. In the case of the first option, expensive electronic devices are used. With the second option, inexpensive mass-produced power electronics devices designed for voltages of 400 ... 600 V can be used, but there is a problem of voltage equalization on series-connected electronic switches, which reduces the efficiency of their use.
За прототип принимается схема, представленная в патенте США 6,097,982 (FIG. 8 и FIG. 9). В этой схеме используется однополярный формирователь сигнала (FIG. 8), составленный из последовательно соединенных силовых ячеек с накопителями электрической энергии (полярными электрическими конденсаторами), управляемыми ключами (тиристорными) и обратными диодами. Для получения биполярного сигнала выход однополярного формирователя сигнала подключен к мостовой переключающей схеме (FIG.9), в диагональ которой включается нагрузка. Каждое плечо моста состоит из последовательно включенных управляемых ключей (IGBT) с параллельно подключенными резисторами для выравнивания напряжений при разомкнутом состоянии ключей. The prototype is the scheme presented in US patent 6,097,982 (FIG. 8 and FIG. 9). This circuit uses a unipolar signal conditioner (FIG. 8), composed of series-connected power cells with electric energy storage devices (polar electric capacitors), controlled by keys (thyristor) and reverse diodes. To obtain a bipolar signal, the output of a unipolar signal conditioner is connected to a bridge switching circuit (FIG.9), in the diagonal of which the load is switched on. Each arm of the bridge consists of series-connected controlled keys (IGBT) with parallel-connected resistors for voltage equalization when the keys are open.
Недостатком этой схемы является необходимость использования большого количество силовых ключей, большая часть из которых используется исключительно для переключения полярности, необходимость применения цепей выравнивания напряжения на ключевых элементах разомкнутых плеч моста. Кроме того, в схеме применяются дискретные мощные высокоскоростные обратные диоды, которые удорожают изделие. Высоковольтная мостовая схема для переключения полярности, примененная в прототипе, требует включения в одном мосте нескольких последовательно соединенных электронных управляемых ключей, для выравнивания напряжений на которых при разомкнутом плече применяются резисторы, через которые должны протекать токи, значение которых должно быть существенно выше токов утечки электронных ключей. The disadvantage of this scheme is the need to use a large number of power switches, most of which are used exclusively for switching polarity, the need to use voltage equalization circuits on the key elements of the open shoulders of the bridge. In addition, the circuit uses discrete high-power high-speed reverse diodes, which increase the cost of the product. The high-voltage bridge circuit for switching polarity, used in the prototype, requires the inclusion of several series-connected electronic controlled keys in one bridge, to equalize the voltages on which, with an open shoulder, resistors are used, through which currents must flow, the value of which should be significantly higher than the leakage currents of electronic keys .
В заявляемом устройстве формирования биполярного сигнала напряжение на электронных ключах, управляющих переключением полярности, не превышает напряжения на накопителе энергии ячейки, и необходимость выравнивания напряжений отсутствует. Также поскольку электронные ключи, управляющие переключением полярности, содержат интегрированные обратные диоды, отсутствует необходимость в применении дискретных обратных диодов, как это сделано в прототипе. Также в случае применения в схеме прототипа одинаковых электронных ключей для управления формированием импульса и в мостовой схеме количество аналогичных электронных ключей в устройстве формирования биполярного сигнала меньше или равно количеству ключей в составе мостовой схемы прототипа (среднее напряжение на ключах в мостовой схеме должно быть ниже из-за неравномерности напряжений на отключенных плечах моста) и, по крайней мере, в полтора раза меньше, чем во всей схеме прототипа. In the inventive device for the formation of a bipolar signal, the voltage on the electronic switches controlling the polarity switching does not exceed the voltage on the cell energy storage device, and there is no need for voltage equalization. Also, since the electronic keys controlling the polarity switching contain integrated reverse diodes, there is no need to use discrete reverse diodes, as is done in the prototype. Also, if the same electronic keys are used in the prototype circuit to control pulse formation and in the bridge circuit, the number of similar electronic keys in the bipolar signal generation device is less than or equal to the number of keys in the prototype bridge circuit (the average voltage on the keys in the bridge circuit should be lower than due to the uneven voltage on the disconnected shoulders of the bridge) and at least one and a half times less than in the entire prototype circuit.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение и удешевление устройства. The problem to which the invention is directed, is to simplify and reduce the cost of the device.
Суть изобретения заключается в том, что в устройстве применяется последовательное соединение ячеек для формирования сигнала положительной и отрицательной полярности, в которых для пропускания тока положительной полярности в ячейках для формирования сигнала отрицательной полярности замыкаются обходные электронные ключи, соединенные параллельно выводам этих ячеек и включающие в себя интегрированные обратные диоды, а для пропускания тока отрицательной полярности в ячейках для формирования сигнала положительной полярности замыкаются обходные электронные ключи, соединенные параллельно выводам этих ячеек и включающие в себя интегрированные обратные диоды, и таким образом обеспечивается протекание тока в двух направлениях через последовательно соединенные ячейки. В результате обеспечивается функциональное совмещение схемы формирования сигнала и схемы переключения полярности и достигается исключение из схемы мощных быстродействующих обратных диодов в дискретном исполнении и уменьшение общего числа силовых электронных ключей. The essence of the invention lies in the fact that the device uses a series connection of cells to form a signal of positive and negative polarity, in which bypass circuits connected to the terminals of these cells and including integrated ones are closed to pass a current of positive polarity in the cells to form a signal of negative polarity. reverse diodes, and to pass a current of negative polarity in the cells to form a signal of positive polarity are closed I have bypass electronic keys connected in parallel to the terminals of these cells and including integrated reverse diodes, and in this way current flows in two directions through the cells connected in series. As a result, the functional combination of the signal conditioning circuit and the polarity switching circuit is ensured and an exception is made from the circuit of powerful high-speed reverse diodes in a discrete design and a decrease in the total number of power electronic keys.
На фиг.1 представлено устройство формирования биполярного сигнала. Figure 1 shows a device for generating a bipolar signal.
На фиг. 2 представлен путь тока при формировании сигнала положительной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии ячейки формирования сигнала положительной полярности замкнут. На фиг.3 представлен путь тока при формировании сигнала положительной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии ячейки формирования сигнала положительной полярности разомкнут. На фиг.4 представлен путь тока при формировании сигнала отрицательной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии ячейки формирования сигнала отрицательной полярности замкнут. На фиг.5 представлен путь тока при формировании сигнала отрицательной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии ячейки формирования сигнала отрицательной полярности разомкнут. In FIG. Figure 2 shows the current path during the formation of a signal of positive polarity when the switch key of the energy storage cell of the signal generation cell of positive polarity is closed. Figure 3 shows the current path during the formation of a positive polarity signal when the switching key of the energy storage cell of the positive polarity signal generation cell is open. Figure 4 shows the current path when generating a signal of negative polarity, when the switch key of the energy storage cell of the formation of a signal of negative polarity is closed. Figure 5 shows the current path when generating a signal of negative polarity, when the switch key of the energy storage cell of the formation of a signal of negative polarity is open.
На фиг.1 представлено устройство формирования биполярного сигнала. Устройство состоит из последовательно соединенных одной или нескольких ячеек формирования сигнала положительной полярности (1, 2) и одной или нескольких ячеек формирования сигнала отрицательной полярности (3, 4). Нагрузка 5 подключается к выводам 6, 7 устройства. Ячейки формирования сигнала включают себя накопитель электрической энергии (8, 9, 10, 11), электронный управляемый ключ, коммутирующий накопитель энергии на нагрузку (12, 13, 14, 15), обходной электронный управляемый ключ с интегрированным обратным диодом (16, 17, 18, 19). Figure 1 shows a device for generating a bipolar signal. The device consists of one or more cells of the formation of a signal of positive polarity (1, 2) and one or more cells of the formation of a signal of negative polarity (3, 4).
Схема управления коммутацией положительной полярности 20 при положительной полярности сигнала подает сигналы замыкания одного или нескольких обходных ключей ячеек формирования сигнала отрицательной полярности 18, 19 для обеспечения протекания тока в направлении от вывода схемы 6 к выводу схемы 7. Схема управления формированием сигнала положительной полярности 21 управляет включением одного или нескольких электронных управляемых ключей (12, 13), коммутирующих накопители энергии (8, 9) на нагрузку в ячейках формирования импульса положительной полярности (1, 2), при этом обходные электронные управляемые ключи этих ячеек разомкнуты. Интегрированные обратные диоды обходных электронных управляемых ключей 16, 17 служат для обеспечения протекания тока при разомкнутых электронных управляемых ключах 12,13, коммутирующих накопители энергии на нагрузку. The positive polarity switching
Схема управления коммутацией отрицательной полярности 22 при положительной полярности импульса подает сигналы замыкания одного или нескольких обходных ключей ячеек формирования импульса положительной полярности 16, 17 для обеспечения протекания тока в направлении от вывода схемы 7 к выводу схемы 6. Схема управления формированием импульса отрицательной полярности 23 управляет включением одного или нескольких электронных управляемых ключей (14, 15), коммутирующих накопитель энергии (10, 11) на нагрузку в ячейках формирования импульса отрицательной полярности (3, 4), при этом обходные электронные управляемые ключи этих ячеек разомкнуты. Интегрированные обратные диоды обходных электронных управляемых ключей 18, 19 служат для обеспечения протекания тока при разомкнутых электронных управляемых ключах 14, 15, коммутирующих накопители энергии на нагрузку. A negative polarity
Работа устройства формирования биполярного сигнала проиллюстрирована на примере с одной ячейкой формирования сигнала положительной полярности и одной ячейкой формирования сигнала отрицательной полярности. Накопители энергии в ячейках заряжены до напряжения 500 В, что обеспечивает использование силовых электронных ключей массового применения. На фиг.2...5 показаны пути тока, формирующего сигнал при различных возможных состояниях коммутационных элементов устройства. The operation of the device for generating a bipolar signal is illustrated by the example with one cell of signal formation of positive polarity and one cell of signal formation of negative polarity. The energy storage devices in the cells are charged up to a voltage of 500 V, which ensures the use of power electronic keys for mass use. Figure 2 ... 5 shows the path of the current generating the signal at various possible states of the switching elements of the device.
На фиг. 2 представлен путь тока при формировании сигнала положительной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии 13 ячейки формирования сигнала положительной полярности 2 замкнут. Ток течет от нижнего вывода нагрузки 5 через обходной ключ 18 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности 3 (ключ коммутации накопителя энергии 14 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности разомкнут), через накопитель энергии 9 ячейки формирования сигнала положительной полярности, ключ коммутации накопителя энергии 13 ячейки формирования сигнала положительной полярности к верхнему выводу нагрузки. In FIG. 2 shows the current path when generating a signal of positive polarity, when the switching key of the
На фиг. 3 представлен путь тока при формировании сигнала положительной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии 10 ячейки формирования сигнала положительной полярности 2 разомкнут. Ток течет от нижнего вывода нагрузки 5 через обходной ключ 18 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности 3 (ключ коммутации накопителя энергии 14 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности разомкнут), через обратный диод обходного ключа 17 ячейки формирования сигнала положительной полярности к верхнему выводу нагрузки. In FIG. 3 shows the current path when generating a signal of positive polarity, when the switching key of the
На фиг. 4 представлен путь тока при формировании сигнала отрицательной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии 14 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности 3 замкнут. Ток течет от верхнего вывода нагрузки 5 через обходной ключ 15 ячейки формирования сигнала положительной полярности 2 (ключ коммутации накопителя энергии 13 ячейки формирования сигнала положительной полярности разомкнут), через накопитель энергии 14 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности, ключ коммутации накопителя энергии 14 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности к нижнему выводу нагрузки. In FIG. 4 shows the current path when generating a signal of negative polarity when the switching key of the
На фиг. 5 представлен путь тока при формировании сигнала отрицательной полярности, когда ключ коммутации накопителя энергии 14 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности 3 разомкнут. Ток течет от верхнего вывода нагрузки 5 через обходной ключ 17 ячейки формирования сигнала положительной полярности 2 (ключ коммутации накопителя энергии 13 ячейки формирования сигнала положительной полярности разомкнут), через обратный диод обходного ключа 18 ячейки формирования сигнала отрицательной полярности к нижнему выводу нагрузки. In FIG. 5 shows the current path when generating a signal of negative polarity when the switching key of the
Устройство формирования биполярного сигнала применено в дефибрилляторе, разрабатываемом в Московском государственном институте электронной техники для Федерального государственного унитарного предприятия "Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" (г. Екатеринбург). Работа устройства формирования биполярного сигнала испытана на нескольких макетах. The device for generating a bipolar signal is used in a defibrillator developed at the Moscow State Institute of Electronic Technology for the Federal State Unitary Enterprise Production Association Ural Optical and Mechanical Plant (Yekaterinburg). The device for generating a bipolar signal has been tested on several models.
Источники информации
1. Патент США 6208895, кл. A 61 N 1/39, опубликовано 27.03.2001.Sources of information
1. US patent 6208895, CL A 61 N 1/39, published 03/27/2001.
2. Патент США 6175765, кл. А 61 N 1/39, опубликовано 16. 01.2001. 2. US patent 6175765, CL. A 61 N 1/39, published on 16.01.2001.
3. Патент США 6041254, кл. А 61 N 1/39, опубликовано 21.03.2000. 3. US patent 6041254, CL. A 61 N 1/39, published 03/21/2000.
4. Патент США 5824017, кл. А 61 N 1/39, опубликовано 20.10. 1998. 4. US patent 5824017, CL. A 61 N 1/39, published on 20.10. 1998.
5. Патент США 5741306, кл. А 61 N 1/39, опубликовано 21.04.1998. 5. US patent 5741306, CL A 61 N 1/39, published on 04/21/1998.
6. Патент США 6097982, кл. А 61 N 1/39,, опубликовано 01.08.2000 - прототип. 6. US patent 6097982, CL. A 61 N 1/39 ,, published 01.08.2000 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001129458A RU2218659C2 (en) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | Bipolar signal shaping device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001129458A RU2218659C2 (en) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | Bipolar signal shaping device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001129458A RU2001129458A (en) | 2003-07-27 |
RU2218659C2 true RU2218659C2 (en) | 2003-12-10 |
Family
ID=32065617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001129458A RU2218659C2 (en) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | Bipolar signal shaping device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2218659C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011115531A1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Открытое Акционерное Общество "Производственное Объединение "Уральский Оптико-Механический Завод" Имени Э.С. Яламова" (Оао "По "Уомз") | Device for forming a bipolar signal |
RU181259U1 (en) * | 2018-03-06 | 2018-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью Концерн "Аксион" (ООО Концерн "Аксион") | DEVICE FOR FORMING A BIPOLAR PULSE |
-
2001
- 2001-10-31 RU RU2001129458A patent/RU2218659C2/en active IP Right Revival
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011115531A1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Открытое Акционерное Общество "Производственное Объединение "Уральский Оптико-Механический Завод" Имени Э.С. Яламова" (Оао "По "Уомз") | Device for forming a bipolar signal |
RU181259U1 (en) * | 2018-03-06 | 2018-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью Концерн "Аксион" (ООО Концерн "Аксион") | DEVICE FOR FORMING A BIPOLAR PULSE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10177682B2 (en) | Switching unit for a converter module for a multi-level energy converter | |
JPS58112476A (en) | Multilevel inverter | |
JPH05504443A (en) | Electrical energy storage means charging device with means for allowing charging control | |
US4849873A (en) | Active snubber for an inverter | |
Ponkumar et al. | Realization of cascaded multilevel inverter | |
RU2345475C1 (en) | Bi-polar and multi-phase signal generator | |
RU2218659C2 (en) | Bipolar signal shaping device | |
KR20230151479A (en) | Generalized multilevel converter circuit topology with switched capacitors | |
Thiyagarajan et al. | Simulation of new symmetric and asymmetric multilevel inverter topology with reduced number of switches | |
KR19990028295A (en) | How to reduce internal resistance of rechargeable batteries | |
JP2016213947A (en) | Power source device | |
RU2421899C1 (en) | Bipolar signal shaping device | |
SU995235A1 (en) | Three-phase inverter | |
RU196697U1 (en) | Multilevel Voltage Converter Module | |
CN111181431B (en) | Multi-level boost inverter | |
US20230060698A1 (en) | A system and method for providing n bipolar ac phase voltages | |
JPH08149838A (en) | Multilevel inverter | |
JP3150521B2 (en) | Bridge circuit and inverter device | |
JPH10285953A (en) | Power converter | |
SU1022627A1 (en) | Switchboard | |
SU1267551A1 (en) | Rectifier cell for high-voltage thyristor switch | |
SU1444923A1 (en) | A.c. voltage converter | |
SU1584045A1 (en) | Dc voltage-to-pulsing voltage converter | |
SU907730A1 (en) | Three-phase ac voltage regulator | |
SU1744770A1 (en) | Former of powerful control pulses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101101 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20111127 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120912 |