DISPOSITIVO DE CONMUTACION PARA INTERCONECTAR CONDENSADORES ELECTROLITICOS.

Dispositivo de conmutación para la conmutación en paralelo controlada de un condensador electrolítico de por lo menos 500 µF de capacidad a otro condensador electrolítico de almacenamiento de energía;

el dispositivo de conmutación comprende un conmutador electrónico formado por un dispositivo de semiconductor y un elemento de retardo; el dispositivo de semiconductor tiene una entrada de control la cual está conectada, a través de un elemento de retardo del tipo RC, a una entrada de control (VS) que suministra la señal de conmutación; el dispositivo de conmutación tiene un retardo de conmutación de una extensión previamente determinada; caracterizado porque el dispositivo de semiconductor es un transistor de efecto de campo (FT); el circuito principal del transistor de efecto de campo (FT) está acoplado a través de un elemento inductivo (L), el cual suministra un segundo retardo, al condensador (C1) que se va a conmutar; el elemento inductivo es un conductor (10) de una longitud determinada rodeado por un núcleo de ferrita de alta frecuencia (11, 12); el retardo efectuado por el elemento RC asegura sólo aquella fracción del retardo de conmutación definido que se requiere para una carga dentro del límite de carga del transistor de efecto de campo (FT) y el retardo restante es suministrado por el elemento inductivo (L)

Dispositivo de conmutación para interconectar condensadores electrolíticos.

La presente invención se refiere a un dispositivo de conmutación para una conmutación paralelo controlada de un condensador electrolítico de por lo menos 500 µF de capacitancia a otro condensador electrolítico de almacenamiento de energía. El dispositivo incluye un conmutador electrónico formado por un dispositivo de semiconductor y un elemento de retardo al cual el dispositivo de semiconductor tiene una entrada de control y la entrada está conectada a través de un elemento de retardo del tipo RC a una entrada de control la cual suministra la señal de conmutación. El dispositivo de conmutación tiene un retardo de conmutación de una duración determinada.

En el momento de la descarga o la carga repentina de los condensadores cargados con energía, durante un período determinado, fluyen corrientes transitorias muy grandes las cuales pueden dañar tanto al condensador como al dispositivo de conmutación que efectúa el proceso transitorio.

En la solicitud de patente húngara publicada Nº P 9902383 se revela un circuito de carga de una batería el cual incluye un condensador. Un conmutador incrementa la capacidad del condensador conmutando otro condensador en paralelo con el mismo. Como se representa en la figura 4 de la solicitud de patente referida, se inserta un elemento LC en serie en la trayectoria de conmutación.

El documento US 5122724 revela un sistema para la conexión de un condensador grande y una carga a un suministro de potencia. La conmutación se realiza mediante un único conmutador mecánico y se utiliza un FET para limitar la corriente de entrada dentro del condensador en combinación con un inductor en serie. El conmutador está controlado por una combinación de un inductor en serie y una combinación de resistencia y capacitancia (RC) que actúan conjuntamente para limitar la corriente que fluye a través del FET hacia el condensador y a través del inductivo al condensador, el circuito RC conectado a la puerta del FET y la carga. La velocidad de conmutación está definida por el circuito LCR.

La capacidad del condensador que se va a cargar tiene una capacidad de típicamente en la gama de 100-10.000 µF pero ventajosamente está en la gama de 500-10.000 µF. El dispositivo de conmutación de semiconductores más ampliamente extendido es el transistor de efecto de campo del tipo MOSFET, cuya resistencia interna es muy pequeña en el estado abierto y el cual puede ser abierto y cerrado fácilmente a una impedancia de entrada muy alta.

El comportamiento de conmutación de los transistores de efecto de campo adaptados para conmutar corrientes grandes está constantemente en el incremento, pero cualquier tipo determinado de corrientes en exceso de una intensidad determinada compromete la solidez del transistor. En la utilización ejemplar, la intensidad de corriente máxima permisible es 180 A. Cuando los transistores de efecto de campo se utilizan como dispositivos de conmutación, la disipación de calor en el dispositivo semiconductor durante el proceso de conmutación transitoria también constituye una barrera. En el estado abierto la tensión residual del transistor de efecto de campo es muy baja, es típicamente del orden de 50 mV; por esta razón la pérdida de potencia en un transistor de este tipo es muy pequeña incluso en el caso de corrientes grandes. Durante el proceso de conmutación transitoria, sin embargo, existen riesgos muy sustanciales de que el transistor de efecto de campo esté expuesto a cargas mayores que los valores límites permisibles.

Por lo tanto, cuando se conmutan energías elevadas, se tiene que prestar atención a las cargas a las cuales se permitirá que se exponga el propio dispositivo de conmutación y también a la máxima carga permisible para el circuito conmutado. La carga en el circuito conmutado se puede reducir retardando el proceso transitorio. Al mismo tiempo, en aplicaciones determinadas es también un objeto asegurar que la propia conmutación afecte a los procesos transitorios que aparecen en el circuito conmutado únicamente en la extensión que sea absolutamente necesaria, esto es, hasta la prevención de que se excedan los límites determinados por los componentes.

Elementos inductivos se utilizan rutinariamente en el circuito principal del circuito conmutado con fines de retardo. Un problema implicado en la utilización de un elemento inductivo es que la inductividad necesaria para efectuar el retardo se puede obtener únicamente con una resistencia óhmica de una magnitud determinada y la presencia del componente óhmico en el circuito principal causa una pérdida continua y afecta negativamente en el proceso los cuales dejan de ser eventos de conmutación transitorios.

En las utilizaciones indicadas en la solicitud de patente húngara anteriormente mencionada, se desarrollan condiciones limítrofes en las cuales el período de retardo necesario para el proceso transitorio es más largo de lo que son capaces de tolerar los dispositivos de semiconductor electrónico normales por medio de las tensiones térmicas derivadas del transitorio de conmutación en el caso de corrientes en la gama de 100-200 A. Al mismo tiempo, un período de retardo de este tipo es lo suficientemente corto como para hacer inutilizables los elementos de retardo inductivo generalmente aplicados debido a la existencia del componente óhmico que aparece cuando se consigue el valor requerido de la inductancia.

Debido a los requisitos contradictorios descritos, esto es, cuando a un condensador electrolítico de gran capacidad que contiene gran energía se tiene que conectar en paralelo otro condensador electrolítico, de menos energía, pero también de gran capacidad y cuando es un requisito el que afecte tan poco como sea posible a los procesos transitorios que se desarrollan, una tarea de este tipo se puede resolver hasta ahora únicamente con contactos de abertura y cierre. Las soluciones que utilizan contactos mecánicos, sin embargo, no son ventajosas en cuanto concierne a sus costes, velocidad, comodidad de control y sus bajas fiabilidades comparadas con la utilización de dispositivos electrónicos por lo demás confortables, rápidos y fiables.

Es un objeto de la invención proporcionar un dispositivo de conmutación para un condensador electrolítico provisto de una capacidad de por lo menos 500 µF y utilizado para la conmutación en paralelo controlada de otro condensador electrolítico de almacenamiento de energía, en el cual el elemento de conmutación está formado por un dispositivo de semiconductor y el cual es capaz de proteger tanto el dispositivo semiconductor como los condensadores electrolíticos conectados del efecto dañino de las irrupciones de corrientes tales como las transitorias de conmutación, pero el cual, al mismo tiempo, afecta al proceso de conmutación únicamente en la extensión necesaria para la protección.

Para conseguir el objeto anterior se reconoció que la protección contra los transitorios de conmutación se puede resolver de una manera dividida. Por lo tanto, una parte del retardo requerido es asegurado por un elemento RC formado en el electrodo de la puerta de un transistor de efecto de campo y utilizando predominantemente únicamente la propia capacidad de entrada del electrodo de la puerta del dispositivo. La extensión del primer retardo se determina sobre la base del valor límite de la carga del transistor de efecto de campo. El retardo adicional necesario se asegura mediante un elemento inductivo que pasa a través del taladro de un núcleo de ferrita. El elemento inductivo tiene una resistencia óhmica muy baja y tiene una única vuelta, o unas pocas vueltas como mucho. El elemento inductivo está conectado en serie con el circuito principal del dispositivo de semiconductor.

Por lo tanto, según la invención se proporciona un dispositivo de conmutación para la conmutación en paralelo controlada de un condensador electrolítico de capacidad de por lo menos 500 µF a otro, un condensador electrolítico de almacenamiento de energía. El dispositivo de conmutación comprende un conmutador electrónico formado por un dispositivo de semiconductor y un elemento de retardo. El dispositivo de semiconductor tiene una entrada de control la cual está conectada, a través de un elemento de retardo del tipo RC, a una entrada de control la cual suministra la señal de conmutación. El dispositivo de conmutación tiene un retardo de conmutación de una extensión previamente determinada. Según la invención el dispositivo de semiconductor es un transistor de efecto de campo, cuyo circuito principal está acoplado al condensador...

1. Dispositivo de conmutación para la conmutación en paralelo controlada de un condensador electrolítico de por lo menos 500 µF de capacidad a otro condensador electrolítico de almacenamiento de energía; el dispositivo de conmutación comprende un conmutador electrónico formado por un dispositivo de semiconductor y un elemento de retardo; el dispositivo de semiconductor tiene una entrada de control la cual está conectada, a través de un elemento de retardo del tipo RC, a una entrada de control (VS) que suministra la señal de conmutación; el dispositivo de conmutación tiene un retardo de conmutación de una extensión previamente determinada; caracterizado porque el dispositivo de semiconductor es un transistor de efecto de campo (FT); el circuito principal del transistor de efecto de campo (FT) está acoplado a través de un elemento inductivo (L), el cual suministra un segundo retardo, al condensador (C1) que se va a conmutar; el elemento inductivo es un conductor (10) de una longitud determinada rodeado por un núcleo de ferrita de alta frecuencia (11, 12); el retardo efectuado por el elemento RC asegura sólo aquella fracción del retardo de conmutación definido que se requiere para una carga dentro del límite de carga del transistor de efecto de campo (FT) y el retardo restante es suministrado por el elemento inductivo (L).

2. El dispositivo de conmutación según la reivindicación 1 caracterizado porque el núcleo de ferrita (11, 12) tiene dos taladros los cuales están a una distancia previamente determinada uno del otro y los cuales tienen ejes paralelos; el conductor (10) tiene dos patas que pasan a través de los taladros.

3. El dispositivo de conmutación según la reivindicación 2 caracterizado porque comprende una pluralidad de núcleos de ferrita cortos apilados (11).

4. El dispositivo de conmutación según la reivindicación 1 caracterizado porque en el elemento RC el elemento capacitivo está formado por la capacidad de entrada del transistor de efecto de campo (FT) y las capacidades dispersas inevitables.

5. El dispositivo de conmutación según la reivindicación 1 caracterizado porque la capacidad de los condensadores electrolíticos conmutados es del orden de los 10.000 µF.