ITTO990568A1 - Circuito di pilotaggio per un carico induttivo, con controllo attivodella corrente di carica di un condensatore di filtro. - Google Patents

Circuito di pilotaggio per un carico induttivo, con controllo attivodella corrente di carica di un condensatore di filtro. Download PDF

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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Circuito di pilotaggio per un carico induttivo, con controllo attivo della corrente di carica di un condensatore di filtro"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un circuito di pilotaggio per un carico induttivo, in particolare per un motore elettrico a corrente continua.
Più specificamente l'invenzione ha per oggetto un circuito di pilotaggio comprendente
un primo ramo circuitale che' è destinato ad essere collegato ad una sorgente di tensione continua di alimentazione ed in cui, in serie al carico, è disposto un commutatore elettronico principale destinato a ricevere al suo terminale di comando un segnale di pilotaggio per il controllo del passaggio di corrente nel carico,
un secondo ramo circuitale che è connesso essenzialmente in parallelo al carico, per il ricircolo della corrente che fluisce nel carico quando detto commutatore principale viene interdetto, e che include un diodo di ricircolo; e almeno un condensatore di filtro, che è operativamente collegato essenzialmente in parallelo a detta sorgente di tensione.
Nella figura 1 dei disegni allegati, con 1 è complessivamente indicato un circuito di tale tipo, per il pilotaggio di un motore elettrico in corrente continua 2. Tale circuito comprende un primo ramo circuitale 3 per il pilotaggio del carico, collegato fra il polo positivo di una sorgente continua di alimentazione 4, quale una batteria, e la massa GND. Il polo negativo di tale sorgente è parimenti collegato alla massa.
Nel ramo circuitale 3, in serie al motore elettrico 2 è disposto il percorso drain-source di un transistore MOSFET 5 che sul gate riceve nel funzionamento un segnale di pilotaggio, ad esempio di tipo on-off, quale un segnale a larghezza di impulso modulata (PWM), emesso da un associato circuito di controllo 6.
In parallelo al motore è collegato ad un secondo ramo circuitale 7 che consente il ricircolo della corrente che fluisce nel motore quando il transistore 5 viene interdetto.
Nel ramo circuitale di ricircolo 7 è disposto un diodo 8, che nello schema illustrato ha l'anodo collegato al drain del transistore MOSFET 5.
Con 12 nella figura 1 è indicato un condensatore di filtro collegato in parallelo alla sorgente di tensione di alimentazione 4. Tipicamente il condensatore 12 presenta una capacità assai elevata ed è usualmente costituito da un condensatore polarizzato, ovvero da un condensatore elettrolitico.
Nel circuito di pilotaggio secondo la tecnica anteriore mostrato nella figura 1, quando la sorgente di tensione 4 viene accoppiata al circuito, ad esempio a seguito della chiusura di un interruttore 13, il condensatore di filtro 12, inizialmente scarico, si carica assai rapidamente, la corrente fluente nel condensatore 12 ha andamento impulsivo e può raggiungere un valore di picco assai elevato, ad esempio dell'ordine di centinaia di Ampère, che può danneggiare tale interruttore 13 e/o le connessioni alla sorgente di tensione.
E' dunque uno scopo della presente invenzione realizzare un circuito di pilotaggio del tipo anzidetto, strutturato in modo tale da evitare l'inconveniente sopra descritto.
Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con un circuito di pilotaggio le cui caratteristiche salienti sono definite nell'annessa rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1, già descritta, mostra un circuito di pilotaggio per un carico induttivo secondo la tecnica anteriore;
la figura 2 mostra un circuito di pilotaggio secondo 1'invenzione;
le figure 3 e 4 sono altri schemi di circuiti di pilotaggio secondo l'invenzione;
la figura 5 è una rappresentazione parziale di un ulteriore circuito secondo l'invenzione;
le figure 6 e 7 mostrano un collegamento in "anti-serie" di condensatori polarizzati, utilizzabili in un circuito secondo l'invenzione, e la figura 8 è uno schema parziale di un'ulteriore variante di realizzazione di un circuito di pilotaggio secondo l'invenzione.
Nel circuito 1 secondo la figura 2, nel ramo circuitale 7, tra il catodo del diodo di ricircolo 8 ed il polo positivo della sorgente 4, è disposto un commutatore elettronico ausiliario 14, il cui ingresso di controllo è collegato all'uscita di un circuito di comando 17. Tale circuito 17 è predisposto per determinare il passaggio in conduzione del commutatore 14 con un periodo di tempo di ritardo prefissato rispetto al momento in cui la sorgente di tensione 4 viene accoppiata al circuito di pilotaggio 1 mediante l'interruttore 13.
Il condensatore di filtro 12 è collegato fra il catodo del diodo di ricircolo 8 e la massa GND.
Quando la sorgente di tensione 4 viene accoppiata al circuito di pilotaggio 1, il circuito di ritardo 17 impedisce per un periodo di tempo predeterminato il passaggio in conduzione del commutatore 14. Durante tale periodo di tempo, il condensatore di filtro 12 si carica per effetto del passaggio di una corrente che gli perviene attraverso il carico 2 ed il diodo di ricircolo 8. La corrente di carica del condensatore 12 viene dunque inizialmente limitata dall'impedenza del carico 2 stesso.
Dopo il periodo di tempo prefissato, il circuito 17 consente il passaggio del commutatore 14 nella condizione conduttiva, e la carica del condensatore di filtro può quindi completarsi attraverso tale commutatore.
Il commutatore elettronico ausiliario 14 può essere costituito anch'esso da un transistore MOSFET, così come mostrato nella figura 2. In tale figura con 15 è indicato il diodo intrinseco o "parassita" di un siffatto transistore MOSFET.
Con 10 nelle figure da 1 a 3 è indicato il diodo intrinseco o parassita del transistore MOSFET principale 5.
Con il circuito mostrato nella figura 2 può verificarsi il seguente problema. Se la sorgente di tensione 4 (batteria) viene accidentalmente collegata al circuito 1 con polarità invertita rispetto a quella prestabilita (cioè con il polo positivo connesso alla massa GND), non appena l'interruttore 13 viene chiuso una corrente fluisce da tale sorgente di tensione attraverso il diodo intrinseco 10 del MOSFET principale 5, il diodo di ricircolo 8 ed il diodo intrinseco 15 del transistore MOSFET 14. L'intensità di tale corrente risulta estremamente elevata, e può danneggiare tali dispositivi.
Tale inconveniente può essere evitato con il circuito che verrà ora descritto con riferimento alla figura 3.
In tale figura, a parti ed elementi già descritti sono stati nuovamente attribuiti gli stessi riferimenti alfanumerici utilizzati in precedenza .
Nel circuito secondo la figura 3, un ulteriore transistore MOSFET 9 è interposto tra il catodo del diodo di ricircolo 8 ed il drain del transistore MOSFET 14. Il transistore MOSFET 9 ha in particolare il drain collegato a quello del transistore MOSFET 14 ed il source collegato al catodo del diodo di ricircolo 8. Il diodo intrinseco al transistore MOSFET 9 è indicato con li:
Il transistore MOSFET 9 può essere del tipo a canale p, ed in tal caso il suo gate può essere semplicemente collegato alla massa secondo una delle due alternative illustrate a tratteggio nella figura 3. Tale transistore MOSFET può peraltro essere del tipo a canale n, ed in tal caso il suo gate deve essere collegato ad una pompa di carica 30 come indicato dalla seconda alternativa illustrata a tratteggio nella figura 3, in modo tale per cui la tensione fra il suo gate ed il suo source divenga positiva se accidentalmente la sorgente 4 viene accoppiata al circuito con polarità invertita.
In caso di accidentale inversione della polarità della tensione di alimentazione, una corrente generata dalla sorgente di tensione fluisce attraverso il diodo 10 intrinseco al transistore MOSFET principale 5 e poi nel motore 2. Tale corrente non può raggiungere valori pericolosi, in quanto è limitata dall'’impedenza presentata dal carico 2 stesso. La corrente non può fluire invece nel ramo di ricircolo 7, in quanto in caso di inversione della polarità della tensione di alimentazione il transistore MOSFET 9 è interdetto, ed inoltre il diodo 11 intrinseco di tale transistore MOSFET si oppone al passaggio di corrente.
Nel caso di accidentale inversione della polarità della tensione di alimentazione, la corrente che, come si è sopra descritto, fluisce attraverso il motore elettrico 2 provoca la rotazione di quest'ultimo in senso invertito rispetto al senso previsto per il normale funzionamento. Inoltre, tale rotazione avviene alla velocità massima prevista. Ciò consente di poter prontamente rilevare la condizione di errato accoppiamento della sorgente di tensione al circuito di pilotaggio. Il transistore 9 consente inoltre di limitare l'entità della tensione inversa che viene applicata al condensatore 12, per cui quest'ultimo non viene danneggiato anche se fosse del tipo polarizzato ovvero elettrolitico.
Nella figura 4 è mostrato un circuito analogo a quello mostrato nella figura 3, per il pilotaggio di un motore elettrico brushless a semionda, comprendente una pluralità di avvolgimenti o fasi W1 a WN disposti in rispettivi rami circuitali 31 a 3N, in serie a rispettivi transistori MOSFET di pilotaggio 51 a 5N. A ciascun avvolgimento o fase del motore brushless sono associati rispettivi diodi di ricircolo 81 a 8N collegati a catodo comune all'armatura positiva del condensatore di filtro 12, in rispettivi sotto-rami circuitali 71 a 7N, eventualmente comprendenti rispettivi transistori MOSFET MI a MN per il controllo del ricircolo delle correnti di fase.
Nel circuito secondo la figura 4 il transistore MOSFET 14 fa sì che, subito dopo la chiusura dell'interruttore 13, il condensatore di filtro 12 si carichi lentamente a mezzo di una corrente fluente nell'avvolgimento o fase del motore brushless che è conduttiva, mentre l'associato commutatore di ricircolo M è conduttivo. Allo scopo di controllare la gradualità della carica del condensatore 12 i transistori MOSFET di ricircolo MI a MN possono essere pilotati in modo controllato, ad esempio mediante rispettivi segnali a larghezza di impulso modulata (PWM).
Per il resto, il circuito secondo la figura 4 opera analogamente al circuito già descritto con riferimento alla figura 3.
Nei circuiti di pilotaggio per carichi induttivi secondo l'invenzione può essere opportuno, al fine di ottenere un efficace filtraggio della tensione di alimentazione, disporre in parallelo alla sorgente di tensione 4 un ulteriore condensatore di filtraggio di capacità ridotta (ad esempio un decimo) rispetto a quella del condensatore polarizzato 12. Un tale condensatore aggiuntivo è indicato con 18 nella figura 5.
Il condensatore 18 può essere di tipo nonpolarizzato, e dunque non suscettibile di danneggiarsi in caso di accidentale inversione della polarità della tensione di alimentazione.
La capacità aggiuntiva in parallelo alla sorgente di tensione 4 può essere peraltro anche realizzata con una coppia di condensatori polarizzati 19 e 20 connessi in "anti-serie", cioè collegati fra loro in serie con le armature omologhe interconnesse, come è mostrato nelle figure 6 e 7.
Volendo realizzare la capacità aggiuntiva 18 con l'impiego di un ulteriore condensatore singolo di tipo polarizzato, quest'ultimo può essere protetto contro l'inversione accidentale della polarità della tensione di alimentazione mediante un associato transistore MOSFET 21, collegato ad esempio nel modo illustrato nella figura 8. In tale figura il transistore MOSFET 21 è del tipo a canale p, ed ha il gate collegato alla massa GND. Tale transistore MOSFET può essere peraltro del tipo a canale n, ed in tal caso il suo gate deve essere accoppiato ad una pompa di carica.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.
Con le ovvie modifiche, l'invenzione si applica anche ai circuiti di pilotaggio destinati ad essere accoppiati a sorgenti di tensione con il polo positivo accoppiato alla massa.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito di pilotaggio (1) per un carico induttivo (2), in particolare un motore elettrico in corrente continua, comprendente un primo ramo circuitale (3) che è destinato ad essere collegato ad una sorgente di tensione continua di alimentazione (4) ed in cui, in serie al carico (2), è disposto un commutatore elettronico principale (5) destinato a ricevere al suo terminale di comando un segnale di pilotaggio per il controllo del passaggio di corrente nel carico (2), un secondo ramo circuitale (7), che è connesso essenzialmente in parallelo al carico (2), per il ricircolo della corrente che fluisce nel carico (2) quando detto commutatore principale (5) viene interdetto, e che include un diodo di ricircolo (8), e almeno un condensatore di filtro (12) che è operativamente collegato essenzialmente in parallelo a detta sorgente di tensione (4); caratterizzato dal fatto che in detto secondo ramo circuitale (7) è disposto un commutatore elettronico ausiliario (14) che è connesso essenzialmente in serie al diodo di ricircolo (8) ed è atto, nella sua condizione di conduzione di corrente, ad accoppiare il diodo di ricircolo (8) al terminale della sorgente di tensione (4) che è collegato al carico; detto condensatore (12) essendo collegato fra il diodo di ricircolo (7) e l'altro terminale della sorgente di tensione (4); al commutatore ausiliario (14) essendo associati mezzi circuitali di comando (17) atti a mantenerlo interdetto per un periodo di tempo prefissato dopo l'accoppiamento della sorgente di tensione (4) a detti rami circuitali (3, 7), in modo tale per cui durante tale periodo di tempo detto condensatore (12) è suscettibile di caricarsi con una corrente che attraversa il carico (2).
  2. 2. Circuito secondo la rivendicazione 1, in cui il commutatore ausiliario (14) è un transistore MOSFET il cui diodo intrinseco (15) è essenzialmente in serie al diodo di ricircolo (8) nel ramo circuitale di ricircolo (7).
  3. 3. Circuito secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui un interruttore (M) è disposto in serie al diodo di ricircolo (8) ed è atto, quando aperto contemporaneamente a detto commutatore ausiliario (14), a disaccoppiare il condensatore di filtro (12) dalla sorgente di tensione di alimentazione (4).
  4. 4. Circuito secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto commutatore elettronico principale (5) è un transistore MOSFET, ed in detto secondo ramo circuitale (7), in serie al commutatore ausiliario (14), è disposto un ulteriore commutatore elettronico (9) pilotato in modo tale da impedire il passaggio di corrente in detto secondo ramo circuitale (7) quando al primo ramo circuitale (3) viene accidentalmente applicata una tensione di alimentazione di polarità invertita rispetto alla polarità prestabilita.
  5. 5. Circuito secondo la rivendicazione 4, in cui detto ulteriore commutatore (9) è un transistore MOSFET disposto in modo tale per cui il suo percorso drain-source è essenzialmente in serie a detto commutatore ausiliario (14), ed il diodo intrinseco (11) a detto ulteriore commutatore (9) risulta disposto in opposizione al diodo di ricircolo (8).
  6. 6. Circuito secondo la rivendicazione 5, in cui detto ulteriore commutatore (9) è un transistore MOSFET del tipo a canale p.
  7. 7. Circuito secondo la rivendicazione 5, in cui detto ulteriore commutatore (9) è un transistore MOSFET del tipo a canale n.
  8. 8. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui in parallelo al primo ramo circuitale (3) sono disposti ulteriori mezzi capacitivi (18) aventi una capacità ridotta rispetto a quella di detto condensatore polarizzato (12).
  9. 9. Circuito secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti ulteriori mezzi capacitivi (18) comprendono due condensatori polarizzati (19, 20), collegati in anti-serie.
  10. 10. Circuito secondo la rivendicazione 8, in cui detti ulteriori mezzi capacitivi comprendono un ulteriore condensatore polarizzato (18) in serie al quale è disposto un associato commutatore elettronico di protezione (21) atto ad impedire il danneggiamento di detto ulteriore condensatore polarizzato (18) in caso di inversione della polarità della tensione di alimentazione.
  11. 11. Circuito di pilotaggio per un carico induttivo, in particolare un motore elettrico in corrente continua, con spazzole o del tipo brushless, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.
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