ES2320926T3 - Dispositivo de conmutacion electrica. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de conmutación eléctrica, que comprende: un circuito excitador (12) que genera una señal de tensión; un primer IGBT (14) que tiene un primer terminal de puerta (20), un primer terminal (22) del colector, y un primer terminal de emisor (24), recibiendo el primer terminal de puerta (20) la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un primer circuito de impedancia (50), estando el primer terminal (22) del colector eléctricamente acoplado a una fuente de tensión (63); un segundo IGBT (16) que tiene un segundo terminal de puerta (26), un segundo terminal (28) del colector, y un segundo terminal de emisor (30), estando el segundo terminal de emisor (30) eléctricamente acoplado al primer terminal de emisor (24), recibiendo el segundo terminal de puerta (26) la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un segundo circuito de impedancia (52), estando el segundo terminal (28) del colector eléctricamente acoplado al terminal (22) del colector; un primer resistor (58) eléctricamente acoplado entre el primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14) y un nodo (68); y un segundo resistor (60) eléctricamente acoplado entre el segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16) y el nodo (68), de tal manera que, cuando los primero y segundo terminales de puerta (20, 26) reciben la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de los primero y segundo circuitos de impedancia (50, 52), respectivamente, una amplitud de una primera tensión entre el primer terminal de puerta (20) y el primer terminal de emisor (24) es sustancialmente igual a una segunda tensión entre el segundo terminal de puerta (26) y el segundo terminal de emisor (30), dando como resultado una primera corriente que fluye desde el primer terminal de emisor (24) del primer IGBT (14) hacia una carga (64) para que sea sustancialmente igual a una segunda corriente que fluye desde el segundo terminal de emisor (30) del segundo IGBT (16) hacia la carga (64); caracterizado porque: el extremo del primer resistor (58) conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14) está conectado al extremo del primer circuito de impedancia (50) el cual está conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14); el extremo del segundo resistor (60) conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16) está conectado al extremo del segundo circuito de impedancia (52) el cual está conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16); en el que los primero y segundo resistores (58, 60) están previstos para mantener una tensión de puerta a emisor sustancialmente igual en cada uno de los terminales de puerta (20, 26) de los IGBTs (14, 16), respectivamente.
Description
Dispositivo de conmutación eléctrica.
Los convertidores de alimentación utilizan una
pluralidad de transistores para suministrar una cantidad deseada de
corriente eléctrica hacia una carga. Un problema de los
convertidores de alimentación, sin embargo, es que durante
condiciones operacionales transitorias (por ejemplo, la apertura o
cierre) de la pluralidad de transistores paralelos acoplados, las
tensiones de puerta de la pluralidad de transistores no son iguales
entre sí. Como resultado de ello, una corriente eléctrica que está
siendo suministrada por cada transistor de la pluralidad de
transistores no es igual entre los transistores. Este desequilibrio
de la corriente eléctrica entre los transistores puede producir la
degradación de los transistores y reducir la capacidad de salida del
convertidor de alimentación.
En el documento JP 09 28 94 42 las corrientes
principales que fluyen hacia los emisores principales de los primero
y segundo IGBTs son detectados por medio de unas primera y segunda
resistencias de detección conectadas a los emisores de los IGBTs.
Unos primero y segundo amplificadores operacionales vigilan la
tensión a través de las primera y segunda resistencias de detección
y si la tensión a través de una mayor es mayor que la tensión a
través de la otra. El respectivo amplificador operacional abre un
respectivo FET para hacer descender la tensión de puerta del
respectivo IGBT, produciendo con ello su corriente principal para
equilibrar las corrientes de los primero y segundo IGBTs.
De acuerdo con ello, los inventores en la
presente memoria han advertido la necesidad de un dispositivo de
conmutación eléctrica mejorado que pueda equilibrar las corrientes
eléctricas alimentadas desde transistores múltiples acoplados en
paralelo.
Se proporciona un dispositivo de conmutación
eléctrica de acuerdo con una forma de realización ejemplar. El
dispositivo de conmutación eléctrica incluye un circuito excitador
que genera una señal de tensión. El dispositivo de conmutación
eléctrica incluye así mismo un primer transistor bipolar de puerta
aislada (IGBT) que tiene un primer terminal de puerta, un primer
terminal del colector, y un primer terminal de emisor. El primer
terminal de puerta recibe la señal de tensión procedente del
circuito excitador a través de un primer circuito de impedancia. El
primer terminal del colector está eléctricamente acoplado a una
fuente de tensión. El dispositivo de conmutación eléctrica
comprende así mismo un segundo IGBT que tiene un segundo terminal de
puerta, un segundo terminal del colector, y un segundo terminal de
emisor. El segundo terminal de emisor está acoplado eléctricamente
al primer terminal de emisor. El segundo terminal de puerta recibe
esta señal de tensión procedente del circuito excitador a través de
un segundo circuito de impedancia. El segundo terminal del colector
está eléctricamente acoplado al primer terminal del colector. El
dispositivo de conmutación eléctrica comprende así mismo un primer
resistor eléctricamente acoplado entre el primer terminal de puerta
del primer IGBT y un nodo. El dispositivo de conmutación eléctrica
comprende así mismo un segundo resistor eléctricamente acoplado
entre el segundo terminal de puerta del segundo IGBT y el nodo.
Cuando los primero y segundo terminales de puerta reciben la señal
de tensión desde el circuito excitador a través de los primero y
segundo circuitos de impedancia, respectivamente, una amplitud de
una primera tensión entre el primer terminal de puerta y el primer
terminal de emisor es sustancialmente igual a una segunda tensión
entre el segundo terminal de puerta y el segundo terminal de emisor,
dando como resultado una primera corriente que fluye desde el
primer terminal de emisor del primer IGBT hacia una carga que es
sustancialmente igual a una segunda corriente que fluye desde el
segundo terminal de emisor del segundo IGBT hacia la carga. El
extremo del primer resistor conectado al primer terminal de puerta
del primer IGBT está conectado al extremo del primer circuito de
impedancia cuando está conectado al primer terminal de puerta del
primer IGBT. El extremo del segundo resistor conectado al segundo
terminal de puerta del segundo IGBT está conectado al extremo del
segundo circuito de impedancia, el cual está conectado al segundo
terminal de puerta del segundo IGBT. Los primero y segundo
resistores están previstos para mantener una tensión puerta - emisor
sustancialmente igual en cada uno de los terminales de puerta de los
IGBTs, respectivamente.
Se proporciona un dispositivo de conmutación
eléctrica de acuerdo con otra forma de realización ejemplar. El
dispositivo de conmutación eléctrica incluye un circuito excitador
que genera una señal de tensión. El dispositivo de conmutación
eléctrica incluye así mismo un primer IGBT que tiene un primer
terminal de puerta, un primer terminal del colector, y un primer
terminal de emisor. El primer terminal de puerta recibe la señal de
tensión desde el circuito excitador a través de un primer circuito
de impedancia. El primer terminal del colector está eléctricamente
acoplado a una carga. El dispositivo de conmutación eléctrica
comprende así mismo un segundo IGBT que tiene un segundo terminal
de puerta, un segundo terminal del colector, y un segundo terminal
de emisor. El segundo terminal de emisor está eléctricamente
acoplado al primer terminal de emisor. El segundo terminal de
puerta recibe la señal de tensión desde el circuito excitador a
través de un segundo circuito de impedancia. El segundo terminal
del colector está eléctricamente acoplado al primer terminal del
colector. El dispositivo de conmutación eléctrica incluye así mismo
un primer resistor eléctricamente acoplado entre el primer terminal
de puerta del primer IGBT y un nodo. El dispositivo de conmutación
eléctrica incluye así mismo un segundo resistor eléctricamente
acoplado entre el segundo terminal de puerta del segundo IGBT y el
nodo. Cuando los primero y segundo terminales de puerta reciben la
señal de tensión desde el circuito excitador a través de los
primero y segundo circuitos de impedancia, respectivamente, una
amplitud de una primera tensión entre el primer terminal de puerta
y el primer terminal de emisor es sustancialmente igual a una
segunda tensión entre el segundo terminal de puerta y el segundo
terminal de emisor, dando como resultado una segunda corriente que
fluye desde el primer terminal de emisor del primer IGBT hacia una
fuente de tensión que es sustancialmente igual a una segunda
corriente que fluye desde el segundo terminal de emisor del segundo
IGBT hacia la fuente de tensión. El extremo del primer resistor
conectado al primer terminal de puerta del primer IGBT está
conectado a un extremo del primer circuito de impedancia, el cual
está conectado al primer terminal de puerta del primer IGBT. El
extremo del segundo resistor conectado al segundo terminal de puerta
del segundo IGBT está conectado al extremo del segundo circuito de
impedancia, el cual está conectado al segundo terminal de puerta del
segundo IGBT. Los primero y segundo resistores están previstos para
mantener una tensión puerta - emisor sustancialmente igual en cada
uno de los terminales de puerta de los IGBTs, respectivamente.
Se proporciona un dispositivo de conmutación
eléctrica de acuerdo con otra forma de realización ejemplar. El
dispositivo de conmutación eléctrica incluye un excitador que genera
una señal de tensión. El dispositivo de conmutación eléctrica
incluye así mismo un primer transistor de efecto de campo de metal
óxido semiconductor (MOSFET) que tiene un primer terminal de
puerta, un primer terminal de fuente, y un primer terminal de
drenaje. El primer terminal de puerta recibe la señal de tensión
desde el circuito excitador a través de un primer circuito de
impedancia. El primer terminal de fuente está eléctricamente
acoplado una fuente de tensión. El dispositivo de conmutación
eléctrica incluye así mismo un segundo MOSFET que tiene un segundo
terminal de puerta, un segundo terminal de fuente, y un segundo
terminal de drenaje. El segundo terminal de drenaje está
eléctricamente acoplado al primer terminal de drenaje. El segundo
terminal de puerta recibe la señal de tensión desde el circuito
excitador a través de un segundo circuito de impedancia. El segundo
terminal de fuente está eléctricamente acoplado al primer terminal
de fuente. El dispositivo de conmutación eléctrica incluye así
mismo un primer resistor eléctricamente acoplado entre el primer
terminal de puerta del primer MOSFET y un nodo. El dispositivo de
conmutación eléctrica incluye así mismo un segundo resistor
eléctricamente acoplado entre el segundo terminal de puerta del
segundo MOSFET y el nodo. Cuando los primero y segundo terminales
de puerta reciben la señal de tensión desde el circuito excitador a
través de los primero y segundo circuitos de impedancia,
respectivamente, una amplitud de una primera tensión entre el primer
terminal de puerta y el primer terminal de drenaje es
sustancialmente igual a una segunda tensión entre el segundo
terminal de puerta y el segundo terminal de drenaje, dando como
resultado una primera corriente que fluye desde el primer terminal
de drenaje del primer MOSFET hacia una carga que es sustancialmente
igual a una segunda corriente que fluye desde el segundo terminal
de drenaje del segundo MOSFET hacia la carga. El extremo del primer
resistor conectado al primer terminal de puerta del primer MOSFET
está conectado al extremo del primer circuito de impedancia, el cual
está conectado al primer terminal de puerta del primer MOSFET. El
extremo del segundo resistor conectado al segundo terminal de puerta
del segundo MOSFET está conectado al extremo del segundo circuito de
impedancia, el cual está conectado al segundo terminal de puerta del
segundo MOSFET. Los primero y segundo resistores están previstos
para mantener una tensión puerta - emisor sustancialmente igual en
cada uno de los terminales de puerta de los MOSFETs,
respectivamente.
Se proporciona un dispositivo de conmutación
eléctrica de acuerdo con otra forma de realización ejemplar. El
dispositivo de conmutación eléctrica incluye un circuito excitador
que genera una señal de tensión. El dispositivo de conmutación
eléctrica incluye así mismo un primer MOSFET que tiene un primer
terminal de puerta, un primer terminal de fuente, y un primer
terminal de drenaje. El primer terminal de puerta recibe la seña de
tensión desde el circuito excitador a través de un primer circuito
de impedancia. El primer terminal de fuente está eléctricamente
acoplado a una carga. El dispositivo de conmutación eléctrica
incluye así mismo un segundo MOSFET que tiene un segundo terminal
de puerta, un segundo terminal de fuente, y un segundo terminal de
drenaje. El segundo terminal de drenaje está eléctricamente acoplado
al primer terminal de drenaje. El segundo terminal de puerta recibe
la señal de tensión desde el circuito excitador a través de un
segundo circuito de impedancia. El segundo circuito de fuente está
eléctricamente acoplado al primer terminal de fuente. El
dispositivo de conmutación eléctrica incluye así mismo un primer
resistor eléctricamente acoplado entre el primer terminal de puerta
del primer MOSFET y un nodo. El dispositivo de conmutación eléctrica
incluye así mismo un segundo resistor eléctricamente acoplado desde
el segundo terminal de puerta del segundo MOSFET y el nodo. Cuando
los primero y segundo terminales de puerta reciben la señal de
tensión desde el circuito excitador a través de los primero y
segundo circuitos de impedancia, respectivamente, una amplitud de
una primera tensión entre el primer terminal de puerta y el primer
terminal de drenaje es sustancialmente igual a una segunda tensión
entre el segundo terminal de puerta y el segundo terminal de
drenaje, dando como resultado una primera corriente que fluye desde
el primer terminal de drenaje del primer MOSFET haga una fuente de
tensión que es sustancialmente igual a una segunda corriente que
fluye desde el segundo terminal de drenaje del segundo MOSFET hacia
la fuente de tensión.
Otros dispositivos de acuerdo con las formas de
realización resultarán o son evidentes para la persona experta en la
materia tras el análisis de los dibujos y de la descripción
detallada subsecuentes previstos solo a modo de ejemplo. Se pretende
que todos dichos sistemas y procedimientos adicionales se incluyan
en el alcance de la presente invención y que estén protegidos por
las reivindicaciones que se acompañan.
La Figura 1 es un dispositivo de conmutación
eléctrica de acuerdo con una forma de realización ejemplar;
la Figura 2 ilustra unas primera, segunda, y
tercera señales de tensión aplicadas a los terminales de puerta de
los primero, segundo, y tercero IGBTs, respectivamente, durante una
condición de conmutación en el dispositivo de conmutación eléctrica
de la Figura 1;
la Figura 3 ilustra unas primera, segunda, y
tercera corrientes eléctricas que fluyen a través de los primero,
segundo, y tercero IGBTs, respectivamente, durante una condición de
conmutación en el dispositivo de conmutación eléctrica de la Figura
1;
la Figura 4 ilustra unos primero, segundo, y
tercero niveles de energía asociados con unos primero, segundo, y
tercero IGBTs, respectivamente, durante una condición de conmutación
en el dispositivo de conmutación eléctrica de la Figura 1;
la Figura 5 ilustra unas primera, segunda, y
tercera tensiones de colector a emisor asociadas con unos primero,
segundo, y tercero IGBTs, respectivamente, durante una condición de
conmutación en el dispositivo de conmutación eléctrica de la Figura
1; y
la Figura 6 ilustra un dispositivo de
conmutación eléctrica de acuerdo con otra forma de realización
ejemplar.
Con referencia a la Figura 1, en ella se ilustra
un dispositivo de conmutación eléctrica 10 para el suministro de
corrientes eléctricas eléctricamente equilibradas hacia una carga 64
de acuerdo con una forma de realización ejemplar. El dispositivo de
conmutación eléctrica 10 incluye un circuito excitador de puerta 12,
unos IGBTs 14, 16, 18, unos circuitos de impedancia 50, 52, 54, unos
resistores 58, 60, 62 y una fuente de tensión 63.
El circuito excitador de puerta 12 genera una
señal de tensión que tiene una tensión positiva para la apertura de
los IGBTs 14, 16, 18. En particular, el circuito excitador de puerta
12 genera una señal de tensión en el nodo 66 para abrir los IGBTs
14, 16, 18 de tal manera que los IGBTs 14, 16, 18 suministran unas
corrientes eléctricas (l1), (l2), (l3), respectivamente, hacia la
carga 64. Así mismo, el circuito excitador de puerta 12 suprime la
señal de tensión para cerrar los IGBTs 14, 16, 18 de manera que los
IGBTs 14, 16, 18 cesan de alimentar las corrientes eléctricas (11),
(12), (13), respectivamente, hacia la carga 64. En una forma de
realización ejemplar, la señal de tensión es reiteradamente generada
a una frecuencia predeterminada, dentro de una gama de frecuencias
de 10 a 10.000 Hz por ejemplo.
Los IGBTs 14, 16, 18 están dispuestos para
alimentar las corrientes eléctricas (11), (12), (13),
respectivamente hacia la carga 64. Los IGBTs 14, 16, 18 están
eléctricamente acoplados en paralelo entre los nodos 76 y 78.
El IGBT 14 incluye un terminal de puerta 20, un
terminal 22 del colector, y un terminal de emisor 24. El terminal de
puerta 20 está eléctricamente acoplado a un nodo 70. El terminal 22
del colector está eléctricamente acoplado al nodo 78 el cual está a
su vez eléctricamente acoplado a la fuente de tensión 63. Cuando el
circuito excitador de puerta 12 genera una señal de tensión con una
tensión positiva en el nodo 66, una porción de la señal de tensión
se propaga a través del resistor 50 hacia el terminal de puerta 20
para abrir el IGBT 14. Como una alternativa, cuando el circuito
excitador de puerta 12 no genera la señal de tensión en el nodo 66,
el IGBT 14 es cerrado.
El IGBT 16 incluye un terminal de puerta 26, un
terminal 28 del colector, y un terminal de emisor 30. El terminal de
puerta 26 está eléctricamente acoplado a un nodo 72. El terminal 28
del colector está eléctricamente acoplado al nodo 78, el cual a su
vez está eléctricamente acoplado a la fuente de tensión 63. Cuando
el circuito excitador de puerta 12 genera una señal de tensión con
una tensión positiva en el nodo 66, una porción de la señal de
tensión se propaga a través del resistor 52 hacia el terminal de
puerta 26 para abrir el IGBT 16. Como una alternativa, cuando el
circuito excitador de puerta 12 no genera la señal de tensión en el
nodo 66, el IGBT 16 es cerrado.
El IGBT 18 incluye un terminal de puerta 32, un
terminal 34 del colector, y un terminal de emisor 36. El terminal de
puerta 32 está eléctricamente acoplado a un nodo 74. El terminal 34
del colector está eléctricamente acoplado al nodo 78 el cual a su
vez está eléctricamente acoplado a la fuente de tensión 63. Cuando
el circuito excitador de puerta 12 genera una señal de tensión con
una tensión positiva en el nodo 66, una porción de la señal de
tensión se propaga a través del resistor 54 hacia el terminal de
puerta 32 para abrir el IGBT 18. Como una alternativa, cuando el
circuito excitador de puerta 12 no genera la señal de tensión en el
nodo 66, el IGBT 18 es cerrado.
Los resistores 58, 60, 62 están previstos para
mantener una tensión sustancialmente igual (por ejemplo tensión
puerta a emisor) en cada uno de los terminales de puerta 20, 26, 32
de los IGBTs 14, 16, 18, respectivamente. En particular, cuando la
tensión en los terminales de puerta 20, 26, 32 es respectivamente
mantenida como tensiones sustancialmente iguales, (por ejemplo,
dentro de un margen de un 20% entre sí), las corrientes (l1), (l2),
y (l3) suministradas por los IGBTs 14, 16, 18, respectivamente,
tienen un valor sustancialmente igual entre sí. Así mismo, la
cantidad de energía consumida por los IGBTs 14, 16, 18, durante una
condición de conmutación es sustancialmente igual de los unos
respecto a los otros. Como se muestra, el resistor 58 está
eléctricamente acoplado entre el terminal de puerta 20 y un nodo
68. El resistor 60 está eléctricamente acoplado entre el terminal
de puerta 26 y el nodo 68. El resistor 62 está eléctricamente
acoplado entre el terminal de puerta 32 y el nodo 68. Cada uno de
los resistores 58, 60, 62 pueden tener una resistencia comprendida
entre 0,01 y 10 ohmios.
La fuente de tensión 63 está configurada para
suministrar una corriente eléctrica a la carga 64. La fuente de
tensión 63 está eléctricamente acoplada entre el nodo 78 y la carga
64. La carga 64 comprende uno o más dispositivos o elementos de
circuito que tienen una impedancia. Como se muestra, la carga 64
está eléctricamente acoplada entre la fuente de tensión 63 y el nodo
76.
Con referencia a las Figuras
2-5, se expondrá el esquema ejemplar de señal de las
señales generadas por el dispositivo de conmutación eléctrica 10. El
esquema de señales 84, 86, 88 se corresponde con las tensiones
puerta a emisor de los IGBTs 14, 16, 18 cuando los IGBTs pasan de un
estado operacional "abierto" a un estado operacional
"cerrado" durante un intervalo de tiempo desde el tiempo T1
hasta el tiempo T2. Como se muestra, los esquemas de señal 84, 86,
88 tienen unas amplitudes sustancialmente similares que indican que
las tensiones de puerta a emisor de los IGBTs 14, 16, 18 son
sustancialmente iguales entre sí a lo largo del intervalo de
tiempo.
Los esquemas de señal 102, 104, 106 se
corresponden con las tensiones de colector a emisor de los IGBTs 14,
16, 18 cuando los IGBTs pasan de un estado operacional
"abierto" a un estado operacional "cerrado" a lo largo de
un intervalo de tiempo desde el tiempo T1 a T2. Como se muestra, los
esquemas de señal 102, 104, 106 tienen unas amplitudes
sustancialmente similares que indica que las tensiones de colector a
emisor de los IGBTs 14, 16, 18 son sustancialmente iguales entre sí
a lo largo del intervalo de tiempo.
Los esquemas de señal 90, 92, 94 se corresponden
a las corrientes (11), (12), (13), respectivamente, que son
suministradas por los IGBTs 14, 16, 18, respectivamente, cuando los
IGBTs pasan del estado operacional "abierto" al estado
operacional "cerrado" a lo largo del intervalo de tiempo del
tiempo T1 al tiempo T2. Como se muestra, los esquemas de señal 90,
92, 94 tienen unas amplitudes sustancialmente similares que indican
que las corrientes (l1), (l2), (l3), son sustancialmente iguales
entre sí a lo largo de un intervalo de tiempo.
Los esquemas de señal 96, 98, 100 corresponden a
los niveles de energía de los IGBTs 14, 16, 18 cuando los IGBTs
pasan del estado operacional "abierto" al estado operacional
"cerrado" a lo largo del intervalo de tiempo desde el tiempo
T1 hasta el tiempo T2. Como se muestra, los esquemas de señal 96,
98, 100 tienen unas amplitudes sustancialmente similares que indican
que la energía utilizada por los IGBTs es sustancialmente igual en
unos y otros transistores a lo largo del intervalo de tiempo.
En una forma de realización alternativa, los
IGBTs 14, 16, 18 del dispositivo de conmutación eléctrica 10 pueden
ser sustituidos con unos primero, segundo, y tercero MOSFETs,
respectivamente. En particular, el terminal de puerta del primer
MOSFET estaría eléctricamente acoplado al nodo 70. Así mismo, el
terminal de emisor del primer MOSFET estaría eléctricamente acoplado
al nodo 76. Así mismo, el terminal del colector del primer MOSFET
estaría eléctricamente acoplado al nodo 78. Así mismo, el terminal
de puerta del segundo MOSFET estaría eléctricamente acoplado al nodo
72. El terminal de emisor del segundo MOSFET estaría eléctricamente
acoplado al nodo 76. El terminal del colector del segundo MOSFET
estaría eléctricamente acoplado al nodo 78. Así mismo, el terminal
de puerta del tercer MOSFET estaría eléctricamente acoplado al nodo
74. El terminal del emisor del tercer MOSFET estaría eléctricamente
acoplado al nodo 76. El terminal del colector del tercer MOSFET
estaría eléctricamente acoplado al nodo 78.
Con referencia a la Figura 6, en ella se
ilustra un dispositivo de conmutación eléctrica 120 para suministrar
corrientes eléctricas equilibradas a una carga 174 de acuerdo con
otra forma de realización ejemplar. El dispositivo de conmutación
eléctrica 120 incluye un circuito excitador de puerta 122, unos
transistores de efecto de campo de metal óxido semiconductor
(MOSFETs) 124, 126, 128, unos circuitos de impedancia 160, 162, 164,
unos resistores 166, 168, 170, y una fuente de tensión 172.
El circuito excitador de puerta 122 genera una
señal de tensión que tiene una tensión positiva para abrir los
MOSFETs 124, 126, 128. En particular, el circuito excitador de
puerta 122 genera una señal de tensión que tiene una tensión
positiva en el nodo 176 para abrir los MOSFETs 124, 126, 128 de
manera que los MOSFETs 124, 126, 128 suministran las corrientes
eléctricas (14), (15), (16), respectivamente, hacia la carga 174.
Así mismo, el circuito excitador de puerta 122 suprime la señal de
tensión en el nodo 176 para cerrar los MOSFETs 124, 126, 128 de
manera que los MOSFETs
124, 126, 128 cesan de suministrar las corrientes eléctricas (14), (15), (16), respectivamente, a la carga 174.
124, 126, 128 cesan de suministrar las corrientes eléctricas (14), (15), (16), respectivamente, a la carga 174.
Los MOSFETs 124, 126, 128 están dispuestos para
suministrar corrientes eléctricas (14), (15), (16), respectivamente,
a la carga 174. Los MOSFETs 124, 126, 128 están eléctricamente
acoplados en paralelo entre los nodos 186 y 188.
El MOSFET 124 incluye un terminal de puerta 130,
un terminal de fuente 132, y un terminal de drenaje 134. El terminal
de puerta 130 está eléctricamente acoplado a un nodo 180. El
terminal de fuente 132 está eléctricamente acoplado al nodo 188 el
cual a su vez está eléctricamente acoplado a la carga 174. El
terminal de drenaje 134 está eléctricamente acoplado al nodo 186.
Cuando el circuito excitador de puerta 122 genera una señal de
tensión con una tensión positiva en el nodo 176, una porción de la
señal de tensión se propaga a través del resistor 160 hacia el
terminal de puerta 130 para abrir el MOSFET 124. Como una
alternativa, cuando el circuito excitador de puerta 122 no genera
la señal de tensión en el nodo 176, el MOSFET 124 es cerrado.
El MOSFET 126 incluye un terminal de puerta 136,
un terminal de fuente 138, y un terminal de drenaje 140. El terminal
de puerta 136 está eléctricamente acoplado a un nodo 182. El
terminal de fuente 138 está eléctricamente acoplado al nodo 188 el
cual a su vez está acoplado a la carga 174. El terminal de drenaje
140 está eléctricamente acoplado al nodo 186. Cuando el circuito
excitador de puerta 122 genera una señal de tensión con una tensión
positiva en el nodo 176, una porción de la señal de tensión se
propaga a través del resistor 162 hacia el terminal de puerta 136
para abrir el MOSFET 126. Como una alternativa, cuando el circuito
excitador de puerta 122 no genera la señal de tensión en el nodo
176, el MOSFET 126 es cerrado.
El MOSFET 128 incluye un terminal de puerta 142,
un terminal de fuente 144, y un terminal de drenaje 146. El terminal
de puerta 142 está eléctricamente acoplado a un nodo 184. El
terminal de fuente 144 está eléctricamente acoplado al nodo 188 el
cual a su vez está eléctricamente acoplado a la carga 174. El
terminal de drenaje 146 está eléctricamente acoplado al nodo 186.
Cuando el circuito excitador de puerta 122 genera una señal de
tensión con una tensión positiva en el nodo 176, una porción de la
señal de tensión se propaga a través del resistor 164 hacia el
terminal de puerta 142 para abrir el MOSFET 128. Como una
alternativa, cuando el circuito excitador de puerta 122 no genera la
señal de tensión en el nodo 176, el MOSFET 128 es cerrado.
Los resistores 166, 168, 170 están previstos
para mantener una tensión sustancialmente igual (por ejemplo una
tensión de drenaje a fuente) en cada uno de los terminales de puerta
130, 136, 142 de los MOSFETs 124, 126, 128, respectivamente. En
particular, cuando la tensión en los terminales de puerta 130, 136,
142 es mantenida como unas tensiones sustancialmente iguales, las
corrientes (14), (15), y (16) suministradas por los MOSFETs 124,
126, 128, respectivamente, tienen un valor sustancialmente igual
unas de otras. Así mismo, la cantidad de energía consumida por los
MOSFETs 124, 126, 128 durante la condición de conmutación es
sustancialmente igual de unos con respecto a otros. Como se muestra,
el resistor 166 está eléctricamente acoplado entre el terminal de
puerta 130 y un nodo 178. El resistor 168 está eléctricamente
acoplado entre el terminal de puerta 136 y el nodo 178. El resistor
170 está eléctricamente acoplado entre el terminal de puerta 142 y
el nodo 178.
La fuente de tensión 172 está configurada para
suministrar una corriente eléctrica a la carga 174. La fuente de
tensión 172 está eléctricamente acoplada entre la carga 174 y el
nodo 186. La carga 174 comprende uno o más dispositivos o elementos
de circuito que tienen una impedancia. Como se muestra, la carga 174
está eléctricamente acoplada a la fuente de tensión 172 y al nodo
188.
En una forma de realización alternativa, los
MOSFETs 124, 126, 128 del dispositivo de conmutación eléctrica 120
pueden ser sustituidos por unos primero, segundo, y tercero IGBTs,
respectivamente. En particular, un terminal de puerta del primer
IGBT estaría eléctricamente acoplado al nodo 180. Un terminal de
drenaje del primer IGBT estaría eléctricamente acoplado al nodo 186.
Un terminal de fuente del primer IGBT estaría eléctricamente
acoplado al nodo 188. Así mismo, el terminal de puerta del segundo
IGBT estaría eléctricamente acoplado al nodo 182. Un terminal de
drenaje del segundo IGBT estaría eléctricamente acoplado al nodo
186. Un terminal de fuente del segundo IGBT estaría eléctricamente
acoplado al nodo 188. Así mismo, un terminal de puerta del tercer
IGBT estaría eléctricamente acoplado al nodo 184. Un terminal de
drenaje del tercer IGBT estaría eléctricamente acoplado al nodo
186. Un terminal de fuente del tercer IGBT estaría eléctricamente
acoplado al nodo 188.
Los dispositivos de conmutación eléctrica
inventivos proporcionan una ventaja sustancial respecto de otros
dispositivos de conmutación. En particular, los dispositivos de
conmutación eléctrica proporcionan el efecto técnico de equilibrar
las corrientes suministradas por los IGBTs o los MOSFETs a una
carga.
Aunque la invención se ha descrito con
referencia a una forma de realización ejemplar, debe entenderse por
parte de los expertos en la materia que pueden llevarse a cabo
diversos cambios y que pueden sustituirse las equivalencias de sus
elementos sin apartarse del alcance de la invención. Así mismo,
pueden efectuarse muchas modificaciones respecto de las enseñanzas
contenidas en la invención, para adaptarse a una situación concreta
sin apartarse de su alcance. Por consiguiente, se pretende que la
invención no quede limitada a la forma de realización divulgada de
llevar a la práctica la presente invención, sino que la invención
incluye todas las formas de realización que caigan dentro del
alcance de las reivindicaciones previstas. Así mismo, el uso de los
términos primero, segundo, etc., no indica ningún orden de
importancia, sino que por el contrario los términos primero,
segundo, etc., se utilizan para distinguir un elemento de otro.
Claims (10)
1. Un dispositivo de conmutación eléctrica, que
comprende:
- \quad
- un circuito excitador (12) que genera una señal de tensión;
- \quad
- un primer IGBT (14) que tiene un primer terminal de puerta (20), un primer terminal (22) del colector, y un primer terminal de emisor (24), recibiendo el primer terminal de puerta (20) la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un primer circuito de impedancia (50), estando el primer terminal (22) del colector eléctricamente acoplado a una fuente de tensión (63);
- \quad
- un segundo IGBT (16) que tiene un segundo terminal de puerta (26), un segundo terminal (28) del colector, y un segundo terminal de emisor (30), estando el segundo terminal de emisor (30) eléctricamente acoplado al primer terminal de emisor (24), recibiendo el segundo terminal de puerta (26) la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un segundo circuito de impedancia (52), estando el segundo terminal (28) del colector eléctricamente acoplado al terminal (22) del colector;
- \quad
- un primer resistor (58) eléctricamente acoplado entre el primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14) y un nodo (68); y
- \quad
- un segundo resistor (60) eléctricamente acoplado entre el segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16) y el nodo (68), de tal manera que, cuando los primero y segundo terminales de puerta (20, 26) reciben la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de los primero y segundo circuitos de impedancia (50, 52), respectivamente, una amplitud de una primera tensión entre el primer terminal de puerta (20) y el primer terminal de emisor (24) es sustancialmente igual a una segunda tensión entre el segundo terminal de puerta (26) y el segundo terminal de emisor (30), dando como resultado una primera corriente que fluye desde el primer terminal de emisor (24) del primer IGBT (14) hacia una carga (64) para que sea sustancialmente igual a una segun- da corriente que fluye desde el segundo terminal de emisor (30) del segundo IGBT (16) hacia la carga (64);
- \quad
- caracterizado porque:
- el extremo del primer resistor (58) conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14) está conectado al extremo del primer circuito de impedancia (50) el cual está conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14);
- el extremo del segundo resistor (60) conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16) está conectado al extremo del segundo circuito de impedancia (52) el cual está conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16);
- en el que los primero y segundo resistores (58, 60) están previstos para mantener una tensión de puerta a emisor sustancialmente igual en cada uno de los terminales de puerta (20, 26) de los IGBTs (14, 16), respectivamente.
2. El dispositivo de conmutación eléctrica de la
reivindicación 1, en el que los primero y segundo resistores (58,
60) tienen una resistencia comprendida entre 0,01 y 10 ohmios.
3. El dispositivo de conmutación eléctrica de la
reivindicación 1, en el que la señal de tensión tiene una frecuencia
de 10 a 100.000 Hertzios.
4. El dispositivo de conmutación eléctrica de la
reivindicación 1, que así mismo comprende:
- \quad
- un tercer IGBT (18) que tiene un tercer terminal de puerta (32), un tercer terminal (34) del colector, y un tercer terminal de emisor (36), estando el tercer terminal de emisor (36) eléctricamente acoplado al segundo terminal de emisor (30), recibiendo el tercer terminal de puerta (32) la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un tercer circuito de impedancia (54), estando el tercer terminal (78) del colector eléctricamente acoplado al segundo terminal (28) del colector; y
- \quad
- un tercer resistor (67) eléctricamente acoplado entre el tercer terminal de puerta (32) del tercer IGBT (18) y el nodo (68), de tal manera que, cuando los primero, segundo, y tercer terminales de puerta (20, 26, 32), reciben la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de los primero, segundo, y tercer circuitos de impedancia (50, 52, 54), respectivamente, una amplitud de una primera tensión entre el primer terminal de puerta (20) y el primer terminal de emisor (24) sustancialmente igual tanto a una segunda tensión entre el segundo terminal de puerta (26) y el segundo terminal de emisor (30) como a una tercera tensión entre el tercer terminal de puerta (32) y el tercer terminal de emisor (36), dando como resultado una primera corriente que fluye desde el primer terminal de emisor (24) del primer IGBT (14) hacia la carga (64) para que sea sustancialmente igual tanto a una segunda corriente que fluye desde el segundo terminal de emisor (30) del segundo IGBT (16) hacia la carga (64) como una tercera corriente que fluye desde el tercer terminal de emisor (36) del tercer IGBT (18) hacia la carga (64).
5. El dispositivo de conmutación eléctrica de la
reivindicación 1, en el que las primera y segunda cantidades de
energía eléctrica utilizadas por el primer IGBT (14) y el segundo
IGBT (16), respectivamente, durante una condición de conmutación son
sustancialmente iguales entre sí.
6. Un dispositivo de conmutación eléctrica, que
comprende:
- \quad
- un circuito excitador (122) que genera una señal de tensión;
- \quad
- un primer IGBT que tiene un primer terminal de puerta, un primer terminal del colector, y un primer terminal de emisor, recibiendo el primer terminal de puerta la señal de tensión desde el circuito excitador (122) a través de un primer circuito de impedancia (160), estando el primer terminal del colector eléctricamente acoplado a una carga (174);
- \quad
- un segundo IGBT que tiene un segundo terminal de puerta, un segundo terminal del colector, y un segundo terminal de emisor, estando el segundo terminal de emisor eléctricamente acoplado al primer terminal de emisor, recibiendo el segundo terminal de puerta la señal de tensión desde el circuito excitador (122) a través de un segundo circuito de impedancia (162), estando el segundo terminal del colector eléctricamente acoplado al primer terminal del colector;
- \quad
- un primer resistor (166) eléctricamente acoplado entre el primer terminal de puerta del primer IGBT (124) y un nodo (178); y
- \quad
- un segundo resistor (168) eléctricamente acoplado entre el segundo terminal de puerta del segundo IGBT y el nodo (178), de tal manera que, cuando los primero y segundo terminales de puerta reciben la señal de tensión desde el circuito excitador (122) a través de los primero y segundo circuitos de impedancia (160, 162), respectivamente, una amplitud de una primera tensión entre el primer terminal de puerta y el primer terminal de emisor es sustancialmente igual a una segunda tensión entre el segundo terminal de puerta y el segundo terminal de emisor, dando como resultado una primera corriente que fluye desde el primer terminal de emisor del primer IGBT hacia una fuente de tensión (172) para que sea sustancialmente igual a una segunda corriente que fluye desde el segundo terminal de emisor del segundo IGBT hacia la fuente de tensión (172);
- \quad
- caracterizado porque:
- el extremo del primer resistor (58) conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14) está conectado al extremo del primer circuito de impedancia (50) el cual está conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14);
- el extremo del segundo resistor (60) conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16) está conectado al extremo del segundo circuito de impedancia (52) el cual está conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16);
- en el que los primero y segundo resistores (58, 60) están previstos para mantener una tensión de puerta a emisor sustancialmente igual en cada uno de los terminales de puerta (20, 26) de los IGBTs (14, 16), respectivamente.
7. Un dispositivo de conmutación eléctrica, que
comprende:
- \quad
- un circuito excitador (12) que genera una señal de tensión;
- \quad
- un primer MOSFET que tiene un primer terminal de puerta, un primer terminal de fuente y un primer terminal de drenaje, recibiendo el primer terminal de puerta la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un primer circuito de impedancia (50), estando el primer terminal de fuente eléctricamente acoplado a una fuente de tensión (63);
- \quad
- un segundo MOSFET que tiene un segundo terminal de puerta, un segundo terminal de fuente, y un segundo terminal de drenaje, estando el segundo terminal de drenaje eléctricamente acoplado al primer terminal de drenaje, recibiendo el segundo terminal de puerta la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un segundo circuito de impedancia (52), estando el segundo terminal de fuente eléctricamente acoplado al primer terminal de fuente;
- \quad
- un primer resistor (58) eléctricamente acoplado entre el primer terminal de puerta del primer MOSFET y un nodo (68); y
- \quad
- un segundo resistor (62) eléctricamente acoplado entre el segundo terminal de puerta del segundo MOSFET y el nodo (68), de tal manera que, cuando los primero y segundo terminales de puerta reciben la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de los primero y segundo circuitos de impedancia (50, 52), respectivamente, una amplitud de una primera tensión entre el primer terminal de puerta y el primer terminal de drenaje es sustancialmente igual a una segunda tensión entre el segundo terminal de puerta y el segundo terminal de drenaje, dando como resultado una primera corriente que fluye desde el primer terminal de drenaje del primer MOSFET hacia una carga (64) para que sea sustancialmente igual a una segunda corriente que fluye desde el segundo terminal de drenaje del segundo MOSFET hacia la carga (64),
- \quad
- caracterizado porque:
- el extremo del primer resistor (58) conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14) está conectado al extremo del primer circuito de impedancia (50) el cual está conectado al primer terminal de puerta (20) del primer IGBT (14);
- el extremo terminal del segundo resistor (60) conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16) está conectado al extremo del segundo circuito de impedancia (52) el cual está conectado al segundo terminal de puerta (26) del segundo IGBT (16);
- en el que los primero y segundo resistores (58, 60) están previstos para mantener una tensión de puerta a emisor sustancialmente igual a cada uno de los terminales de puerta (20, 26) de los IGBTs (14, 16), respectivamente.
8. El dispositivo de conmutación eléctrica de la
reivindicación 7, en el que los primero y segundo resistores (50,
68) tienen una resistencia comprendida entre 0,01 y 10 ohmios.
9. El dispositivo de conmutación eléctrica de la
reivindicación 7, en el que la señal de tensión tiene una frecuencia
de 10 a 100.000 Hertzios.
10. El dispositivo de conmutación eléctrica de
la reivindicación 7, que así mismo comprende:
- \quad
- un tercer MOSFET que tiene un tercer terminal de puerta, un tercer terminal del colector, y un tercer terminal de emisor, recibiendo el tercer terminal de puerta, la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de un tercer circuito de impedancia (54), estando el tercer terminal del colector eléctricamente acoplado al segundo terminal del colector; y
- \quad
- un tercer resistor (62) eléctricamente acoplado entre el tercer terminal de puerta del tercer MOSFET y el nodo (68), de tal manera que, cuando los primero, segundo, y tercer terminales de puerta reciben la señal de tensión desde el circuito excitador (12) a través de los primero, segundo, y tercer circuitos de impedancia (50, 52, 54), respectivamente, una amplitud de una primera tensión entre el primer terminal de puerta y el primer terminal de drenaje es sustancialmente igual tanto a una segunda tensión entre el segundo terminal de puerta y el segundo terminal de drenaje como a una tercera tensión entre el tercer terminal de puerta y el tercer terminal de emisor, dando como resultado una primera corriente que fluye desde el primer terminal de drenaje del primer MOSFET hacia la carga (64) para que sea sustancialmente igual tanto a una segunda corriente que fluye desde el segundo terminal de drenaje del segundo MOSFET hacia la carga (64) como a una tercera corriente que fluye desde el tercer terminal de emisor del tercer MOSFET hacia la carga (64).
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