BR112013026861B1 - Oscilador de potência de matriz sincronizada para um acionador de aquecedor por indução eletrônico - Google Patents

Oscilador de potência de matriz sincronizada para um acionador de aquecedor por indução eletrônico Download PDF

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Perry Czimmek
Michael J. Hornby
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Abstract

oscilador de potência de matriz sincronizada com indutores de suporte. a presente invenção refere-se a um acionador de aquecimento de indução eletrônico de alta frequência, para um sistema de injeção de combustível de aspersão variável, que usa uma matriz escalável de osciladores de chave-amento de voltagem zero que utilizam topologia de ponte inteira e meia ponte com indutores entre chaves semicondutoras em que as chaves semicondutoras são sincrônicas dentro de cada ponte por função, e cada ponte é sincronizada por função ao longo de toda matriz. o acionador de aquecimento por indução, quando da recepção de um sinal de partida, multiplica uma voltagem de alimen-tação através de uma ressonância em série auto-oscilante, em que um compo-nente de cada circuito de tanque ressonador compreende uma bobina de aquecimento por indução acoplada magneticamente a um componente de perda apropriado de modo que o combustível dentro de um componente combustível seja aquecido até a temperatura desejada.

Description

REFERÊNCIA A APLICAÇÕES RELACIONADAS
[0001] Este pedido é não provisório e reivindica prioridade da data de registro de 22 de abril de 2011do pedido provisório de patente U.S. n° de série 61/478,383, intitulada Oscilador de potência de matriz sincronizada com Indutores de proteção contra corrente de shoot- through, cujo conteúdo inteiro é aqui incorporado por referência.
[0002] E este pedido está relacionado às seguintes aplicações de patentes US não provisórias registradas no mesmo dia que este pedido: Synchronous Full-Bridge Power Oscillator with Leg Inductors, inventado por Perry Czimmek, e identificada pelo número de registro de advogado 2011P00689US01: Synchronous Full-Bridge Power Oscillator, inventado por Perry Czimmek, e identificada pelo número de registro de advogado 2011P00690US01: Synchronized Array Bridge Power Oscillator, inventado por Perry Czimmek e Mike Hornby, e identificada pelo número de registro de advogado 2011P00691US01: Variable Spray Injector with Nucleate Boiling Heat Exchanger, inventado por Perry Czimmek and Hamid Sayar, and indentificada pelo número de registro de advogado 2011P00693US01: e Adaptive Current Limit Oscillator Starter, inventado por Perry Czimmek, e identificada pelo número de registro de advogado 2011P00694US01.
ANTECEDENTES
[0003] As modalidades da invenção referem-se de modo geral a injetores de combustível com ponta aquecida, e mais particularmente, ao controle e acionamento de um injetor de combustível aquecido por indução.
[0004] Existe uma necessidade contínua de melhorar a qualidade das emissões de motores de combustão interna. Ao mesmo tempo, há pressão para minimizar os tempos de partida dos motores e o tempo desde a partida até o tráfego, enquanto mantendo máxima economia de combustível. Essas pressões se aplicam a motores abastecidos com combustíveis alternativos tais como etanol assim como aqueles abastecidos com gasolina.
[0005] Durante a partida do motor em tempo frio, o motor de combustão interna com ignição convencional por centelha é caracterizado por altas emissões de hidrocarbonetos e ignição de combustível e capacidade de combustão pobres. A menos que o motor já esteja numa temperatura alta depois de parar e estabilizado a quente, o tempo de arranque pode ser excessivo, ou o motor pode nem arrancar. Em velocidades e cargas mais elevadas, a temperatura de operação aumenta e a atomização do combustível e a mistura melhoram.
[0006] Durante uma partida de motor a frio real, o enriquecimento necessário para efetuar a partida deixa um abastecimento não estequiométrico que se materializa como emissões de hidrocarbonetos de tubo de escape elevadas. As piores emissões são durante os primeiros poucos minutos da operação do motor, depois do que o catalisador e o motor se aproximam da temperatura de operação. Com respeito a veículos abastecidos com etanol, à medida em que a fração percentual de etanol do combustível aumenta até 100%, a capacidade de partida a frio diminui cada vez mais, levando alguns fabricantes a incluir um sistema duplo de combustível no qual a partida do motor é abastecida com gasolina convencional e o funcionamento do motor é abastecido com grau de etanol. Tais sistemas são dispendiosos e redundantes.
[0007] Outra solução para as emissões da partida a frio e dificuldades de partida a baixas temperaturas é pré-aquecer o combustível até uma temperatura em que o combustível se vaporiza prontamente, ou se vaporiza imediatamente ("flash boils"), quando liberado na pressão do coletor ou na pressão atmosférica. O pré- aquecimento do combustível replica um motor aquecido ao ponto que o estado do combustível é considerado.
[0008] Vários métodos de pré-aquecimento foram propostos, a maioria dos quais envolve pré-aquecimento em um injetor de combustível. Os injetores de combustíveis são amplamente usados para dosar o combustível no coletor de admissão ou cilindros de motores automotivos. Os injetores de combustíveis compreendem tipicamente um alojamento contendo um volume de combustível pressurizado, uma porção de admissão de combustível, uma porção de bico contendo uma válvula agulha, e um acionador eletromecânico tal como um solenoide eletromagnético, um acionador piezoelétrico ou outro mecanismo para acionar a válvula agulha. Quando a válvula agulha é acionada, o combustível pressurizado é espargido através de um orifício na sede da válvula e no motor.
[0009] Uma técnica que foi usada em pré-aquecimento de combustível é de aquecer indutivamente elementos metálicos compreendendo o injetor de combustível com um campo magnético variando no tempo. Injetores de combustíveis exemplares tendo aquecimento por indução são descritos na Patente U.S. N° 7,677,468, pedidos de patente U.S. Nos.: 20070235569, 20070235086, 20070221874, 20070221761 e 20070221747, cujos conteúdos são aqui incorporados como referência em sua inteireza. A energia é convertida em calor dentro de um componente de material e geometria adequados para ser aquecido pelas perdas de corrente por histerese e correntes parasitas que são introduzidas pelo campo magnético variando no tempo.
[00010] O aquecedor de combustível indutivo é útil não somente na solução dos problemas descritos acima associados com sistemas a gasolina, mas também é útil no pré-aquecimento de combustíveis com graus de etanol para efetuar com sucesso a partida sem um sistema de combustível de gasolina redundante.
[00011] Porque o aquecimento por indução técnica usa um campo magnético variando no tempo, o sistema inclui eletrônica para prover uma corrente alternada de alta frequência a uma bobina de indução no injetor de combustível.
[00012] O aquecimento por indução convencional é efetuado com chaveamento físico de potência, ou chaveamento quando tanto a tensão e a corrente não sejam zero no dispositivo de chaveamento. Tipicamente, o chaveamento é feito a uma frequência próxima à frequência natural de ressonância de um ressonador, ou circuito de tanque. O ressonador inclui um indutor e capacitor que são selecionados e otimizados para ressonar a uma frequência adequada para maximizar o acoplamento de energia ao componente aquecido.
[00013] A frequência natural de ressonância de um circuito de tanque é ,! _| 1 l em que L é a indutância do circuito e C é a capacitância do circuito. A tensão de pico na ressonância é limitada pelas perdas de energia do indutor e do capacitor, ou fator de qualidade diinuído Q do circuito. O chaveamento físico pode ser efetuado com o que são chamados circuitos de meia ponte ou ponte inteira, copreendendo um par ou dois pares de chaves semicondutoras, respectivamente. O chaveamento físico de potência resulta nas consequências negativas de ruído de chaveamento, e pulos de corrente de grande amplitude na frequência de ressonância a partir da fonte de alimentação, ou seus harmônicos. O chaveamento físico também dissipa energia durante período linear de conexão e desconexão quando o dispositivo de chaveamento não está nem conduzindo totalmente ou isolando totalmente. Quanto mais alta a frequência de um circuito de chaveamento físico, maiores as perdas no chaveamento.
[00014] O circuito de aquecimento preferido provê, portanto, um método de acionar um injetor de combustível aquecido em que o chaveamento é feito na potência interrompida mais baixa possível. Esse circuito de aquecimento foi descrito na Patente U.S. N°: 7,628,340, Título: Constant Current Zero-Voltage Switching Induction Heater Driver for Variable Spray Injection. Idealmente, a energia deve ser reabastecida ao circuito de tanque tanto quanto a tensão ou a corrente no dispositivo de chaveamento é zero. Sabe-se que o ruído eletromagnético é menor durante o chaveamento de tensão zero ou corrente zero, e é mais baixo durante o chaveamento de tensão zero, este é o método da Patente U.S. N°; 7,628,340. Sabe-se também que o dispositivo de chaveamento dissipa a menor potência sob chaveamento zero. Aquele ponto de chaveamento ideal ocorre duas vezes por ciclo quando a onda senoidal cruza o zero e reverte a polaridade; isto é, quando a onda senoidal cruza o zero em uma primeira direção de positivo a negativo, e quando a onda senoidal cruza o zero em uma segunda direção de negativo a positivo.
[00015] É preferível reduzir o tamanho dos componentes indutivos e em alguns casos, eliminar o transformador compatibilizador de impedância, enquanto mantendo as conexões necessárias mínimas à bobina de aquecimento indutiva no injetor. É ainda mais preferível reduzir a quantidade geral dos componentes em circuitos de função repetitiva combinando-se funções compatíveis de circuitos adjacentes. As modalidades da invenção continuam a prover para a eliminação do chaveamento físico e suas consequências negativas, substituí-lo com o chaveamento de tensão zero, e aplicar adicionalmente esse método em uma topologia de ponte completa enquanto eliminando de modo vantajoso o transformador compatibilizador de impedância e superando as dificuldades das soluções alternativas.
[00016] A eliminação do transformador compatibilizador de impedância e a eliminação da derivação central da bobina de aquecimento por indução de modo que só dois condutores são usados para a transmissão de energia foram descritas separadamente. Adicionalmente, o compartilhamento forçado de corrente através da bobina de aquecimento por indução enquanto permitindo flexibilidade e espiras adequadas de indutância e ampères da bobina de aquecimento por indução foi descrito separadamente.
BREVE SUMÁRIO
[00017] As modalidades da invenção reduzem o número de chaves semicondutoras de ponte completa substituindo pontes completas adicionais com meias pontes sincronizadas e um número de chaves semicondutoras correspondente reduzido. Uma modalidade da invenção usa dois pares de pares complementares de transistores de chaveamento de potência em uma configuração de ponte completa ou ponte H, pares complementares subsequentes formam meias pontes compartilhando a meia ponte adjacente para criar uma sequência de meias pontes virtuais sincronizadas com o oscilador de potência de ponte completa original.
[00018] O afastamento de um acionador de ponte completa é que a ponte previne de modo mais vantajoso a corrente shoot-through distribuindo-se a indutância na forma de indutores de proteção contra corrente de shoot-through dentro de uma ponte para formar uma pluralidade de indutores de corrente constante, e a seção de carga da ponte completa convencional é substituída pelo circuito de tanque ressonador. A topologia de chaveamento de zero inerente síncrona com o oscilador que aciona as portas dos pares complementares de transistores em sequência alternada de pares diagonais também se afasta de um acionador de ponte completa convencional.
[00019] Adicionalmente, a corrente reabastecedora do tanque passa através da bobina de aquecimento por indução e de pelo menos um indutor de proteção contra corrente de “shoot-through” dentro de cada ponte.
DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS
[00020] A FIG. 1 é um diagrama esquemático elétrico simplificado mostrando uma matriz sincronizada compreendida de uma ponte H completa no topo e então meias pontes em cascata com indutores de proteção contra corrente de shoot-through dispostos dentro de cada ponte e sem um transformador e sem uma bobina de aquecimento indutiva com derivação central de acordo com modalidades da invenção.
[00021] A FIG. 2 é um diagrama esquemático elétrico simplificado mostrando um oscilador de ponte sincrônico com indutores de proteção contra corrente de shoot-through adjacentes a chaves de lado alto e sem um transformador e sem uma derivação central de acordo com modalidades da invenção.
[00022] A FIG. 3a mostra o shoot-through de corrente sem chaves de lado alto e a FIG 3b mostra uma ponte H completa com indutores em suportes de ponte que evitam a corrente shoot-through de acordo com modalidades da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[00023] Idealmente, a energia deve ser reabastecida ao circuito de tanque quando tanto a tensão ou a corrente no dispositivo de chaveamento é zero. O ruído eletromagnético é menor durante o chaveamento de tensão zero ou corrente zero, e é mais baixo durante o chaveamento de tensão zero. O dispositivo de chaveamento dissipa a menor potência sob chaveamento zero. Aquele ponto de chaveamento ideal ocorre duas vezes por ciclo quando a onda senoidal cruza o zero e reverte a polaridade; isto é, quando a onda senoidal cruza o zero em uma primeira direção de positivo a negativo, e quando a onda senoidal cruza o zero em uma segunda direção de negativo a positivo.
[00024] As modalidades da invenção eliminam o chaveamento físico e suas consequências negativas, e substituem-no com o chaveamento de tensão zero em uma configuração de ponte completa. As funções integradas do acionador de aquecimento do oscilador de potência síncrono de ponte completa da invenção serão explicadas com referência à FIG. 2, que é uma representação simplificada de um circuito de acordo com modalidades da invenção com muitos dos componentes básicos não mostrados para clareza. Valores específicos ou gerais, classificações, adições, inclusão ou exclusão de componentes não pretendem afetar o escopo da invenção.
[00025] L1 pode estar localizada dentro de um injetor de combustível. L1 é uma bobina de aquecimento por indução que provê amperes- espiras para aquecimento por indução a um componente adequado de injeção de combustível.
[00026] Um oscilador de potência síncrono de ponte completa, de acordo com modalidades da invenção pode incluir R1, R2, D1, D2, Q1, Q2, Q3, Q4, L2, L3, C1 e L1. Q1 e Q2 são chaves N-MOSFET do tipo de enriquecimento (Transístor de efeito de campo metal-óxido- semicondutor de canal N) que conectam alternativamente o circuito de tanque ressonador, C1 e L1, à terra e, quando cada um está ligado no respectivo estado, possibilita que a corrente flua através da bobina de aquecimento por indução e a terra. Q3 e Q4 são chaves P-MOSFET do tipo de enriquecimento (Transístor de efeito de campo metal-óxido- semicondutor de canal P) que conectam alternativamente o circuito de tanque ressonador, C1 e L1, a uma tensão de alimentação. A corrente de reabastecimento para o tanque passa tanto através de L2 ou através de L3, e com Q1 e Q2 no estado apropriado, permitem que corrente flua através da bobina de aquecimento por indução.
[00027] C1 e L1 são o capacitor do tanque ressonador e o indutor do tanque ressonador, respectivamente, de um circuito de tanque ressonador. A frequência de ressonância do circuito de tanque é e 1 '■'1^íem que L é indutância da bobina de aquecimento L1, e C é capacitância do capacitor tanque C1. A tensão de pico no circuito de tanque é estabelecida por Vout = π*Vin, em que Vin, é a tensão da fonte. O nível de corrente no circuito de tanque é determinado a partir do balanço de energia -LI1 =-CV2 2 2
[00028] O circuito do oscilador de potência de chaveamento zero inicia a oscilar por conta própria, mas pode ser forçado a oscilar sequenciando-se seletivamente o chaveamento de Q1-Q4 em uma estratégia de reversão completa da ponte H. Os pares complementares, ou aqui, os pares de transistores que estão fazendo a corrente fluir entre o "dreno" e o "fonte" do MOSFET ao mesmo tempo são Q3 e Q2 ou Q4 e Q1. Não é desejável ter Q1 fluindo corrente quando Q3 flui corrente, e igualmente, não é desejável ter Q2 fluindo corrente quando Q4 flui corrente. L2 e L3 provêm essa separação transiente durante a mudança de estado dos transistores da ponte H. L2 e L3 isolam adicionalmente o tanque ressonador da tensão de alimentação. Quando Q3 está fluindo corrente, a corrente passa através da bobina de aquecimento por indução e então através de Q2 à terra. Quando Q4 está fluindo corrente, a corrente passa através da bobina de aquecimento por indução na direção reversa que quando Q3 estava fluindo corrente, e então através de Q1 à terra, isto é 'reversão completa' de corrente.
[00029] Um MOSFET é um dispositivo que tem um limiar para uma quantidade de Carga de Coulombs na porta, que é dependente da corrente dreno-fonte. Satisfazendo o limiar de carga eleva o dispositivo a um estado 'ligado'. Os primeiro e segundo resistores de porta R1, R2 suprem a corrente de carga da porta aos primeiro de segundo suportes da ponte H. R1 supre corrente às portas de Q1 e Q3, R2 supre corrente às portas de Q2 e Q4, respectivamente, e R1, R2 limita a corrente fluindo aos primeiro de segundo diodos de porta D1, D2, respectivamente.
[00030] Q3 e Q4, P-MOSFET conduzem entre dreno e fonte quando a fonte é mais positiva que a porta. Q1 e Q2, N-MOSFET conduzem entre dreno e fonte quando a fonte é mais negativa que a porta.
[00031] A carga causada pela perda resistiva e por histerese do componente aquecido é refletida de volta como uma perda no circuito de tanque ressonador. Essa perda é reabastecida pela corrente a partir de um indutor fonte de corrente, tanto L2 ou L3, a partir da fonte de alimentação pela tensão de alimentação aplicada pelos respectivos transistores de topo de ponte, Q3 e Q4. Dependendo do estado de reversão da ponte H na qual corrente flui, a corrente irá fluir tanto através de Q3 ou Q4 e então através da bobina de aquecimento por indução L1. L2 ou L3 irá suprir corrente ao circuito de tanque a partir da energia armazenada em seus respectivos campos magnéticos. Aquela energia é reabastecida a partir da tensão de alimentação como uma corrente que flui constantemente a L2 ou L3 da tensão de alimentação através de Q3 ou Q4, respectivamente, durante a operação do oscilador de potência síncrono de ponte completa.
[00032] Sendo que uma indutância de cada um dentre pelo menos dois indutores de proteção L2 ou L3 contra corrente de shoot-through é maior que uma indutância de pelo menos um dos indutores do circuito de tanque L1. Tem se que uma indutância de cada um dentre pelo menos dois indutores de proteção L2 ou L3 contra corrente de shoot- through é mais que o dobro de um dos indutores do circuito de tanque L1.
[00033] Se a corrente está fluindo através de Q3, conforme determinado pela polaridade de um semiciclo de onda senoidal nesse momento, então a condução à terra dreno-a-fonte de Q2 está puxando cargas para fora da porta de Q3 e Q1 através de D1 polarizado para diante. Q1 também não está conduzindo agora e não puxa a carga da porta para fora de Q4 e Q2 à terra através de D2. Enquanto isso, R1 puxa corrente a partir da tensão de alimentação. Mais a Queda IR através de R1 não pode carregar a porta de Q3 e Q1 com a porta derivada à terra pela condução através de Q2.
[00034] Quando a onda senoidal cruza o zero, então Q3 se torna reversamente polarizado e conduz através do diodo interno intrínseco para D1 de polarização reversa. D1 para de conduzir corrente para fora das portas de Q3 e Q1, e R1 pode carregar a porta de Q3 e Q1, que interrompe a condução em Q3 e inicia a starts condução em Q1 para começar a conduzir corrente para o semiciclo senoidal que prossegue. Q1 também puxa a carga da porta para fora de Q2 e Q4 à terra através de D2 e mantém Q2 em um estado de não condução que continua a permitir a R1 que eleve Q1. E Q4 conduz.
[00035] O processo se repete à medida em que a onda senoidal alterna a polaridade, cruzando o zero em uma primeira direção de negativo a positivo, e então em uma segunda direção de positivo a negativo. Isso gera a reversão completa de corrente em L1, a bobina de aquecimento por indução. A corrente continua a ser reabastecida no circuito de tanque a partir de L2 ou L3. Um dispositivo IGBT (Transistor Bipolar de Porta Isolada) pode substituir o N-MOSFET nessa modalidade se o diodo intrínseco do N-MOSFET é representado pela adição de um diodo externo através do dreno e fonte do IGBT.
[00036] A Figura 1 mostra um circuito expandido de meias pontes em cascata que opera de acordo com os princípios de operação da ponte completa conforme descrito acima e com referência à Figura 2. Com relação à Figura 2, a Figura 1 mostra duas bobinas de aquecimento por indução adicionais e duas meias pontes adicionais correspondentes. Na modalidade mostrada na Figura 1, as bobinas de aquecimento por indução e as meias pontes são dispostas de modo que cada bobina de aquecimento por indução, IHC1-IHC3, é acionada por um par de meias pontes correspondentes, HB1 e HB2 acionam IHC1; HB2 e HB3 aciona IHC2; e HB3 e HB4 acionam IHC3.
[00037] A FIG. 3a mostra o shoot-through de corrente sem as chaves de lado alto e a FIG 3b mostra uma ponte H completa, com indutores em suportes de ponte, que evitam a corrente shoot-through de acordo com modalidades da invenção forçando a corrente passar através de uma bobina de aquecimento por indução de um injetor de combustível, por exemplo.
[00038] A descrição detalhada precedente deve ser entendida como sendo ilustrativa e exemplar em todos os aspectos, mas não restritiva, e o escopo da invenção aqui descrito não deve ser determinado a partir da descrição da invenção. Por exemplo, embora o oscilador de potência de matriz sincronizada da invenção é aqui descrito acionando uma bobina de aquecimento por indução para o aquecedor em um motor de combustão interna injetor de combustível, o acionador pode ser usado para acionar outros aquecedores por indução em outras aplicações. Deve ficar entendido que as modalidades aqui exibidas e descritas só ilustram os princípios da presente invenção e que podem ser implementadas várias modificações por aqueles versados na técnica sem se afastar do escopo e espírito da invenção.

Claims (7)

1. Oscilador de potência de matriz sincronizada para um acionador de aquecedor por indução eletrônico, o oscilador de potência de matriz sincronizada caracterizado pelo fato de que compreende, um circuito de ponte H composto de chaves semicondutoras de lado alto (Q3, Q4) e lado baixo (Q1, Q2) e um circuito de tanque ressonador (C1, L1) composto de um indutor de circuito de tanque (L1) e capacitor de circuito de tanque (C1), sendo o circuito de tanque ressonador (C1, L1) conectado eletricamente entre as pernas do circuito de ponte H através de primeiro e segundo indutores de proteção (L2, L3) contra corrente de shoot-through, cada indutor de proteção (L2, L3) contra corrente de shoot-through estando eletricamente em série com uma chave de lado alto (Q3, Q4) e uma chave de lado baixo (Q1, Q2) adjacentes e conectado ao indutor de circuito de tanque (L1), o indutor de circuito de tanque (L1) configurado para ser capaz de aquecer indutivamente um injetor de combustível; uma pluralidade de circuitos de meia ponte (HB1 - HB4), cada circuito de meia ponte composto de chaves semicondutoras de lado alto (Q3, Q4) e lado baixo (Q1, Q2) e um indutor de circuito de tanque (IHC1 - IHC4) correspondente configurado para aquecer indutivamente um injetor de combustível correspondente, cada circuito de meia ponte (HB1 - HB4) composto ainda por um indutor de proteção (L2, L3) contra corrente de shoot-through correspondente conectado em série com as chaves semicondutoras de lado alto (Q3, Q4) e de lado baixo (Q1, Q2) de cada circuito de meia ponte, sendo a pluralidade de circuitos de meia ponte (HB1 - HB4) conectada em paralelo ao circuito de meia ponte (HB1 - HB4) e conectada em paralelo entre si, pares adjacentes de circuitos de meia ponte (HB1 - HB4) formando um circuito de meia ponte virtual, que é sincronizado com o circuito de meia ponte H; sendo que o circuito de ponte H e os circuitos de meia ponte (HB1 - HB4) são configurados para fornecer corrente a uma primeira extremidade dos indutores do circuito do tanque (IHC1 - IHC4) durante uma primeira metade de uma onda senoidal e fornecer corrente a uma segunda extremidade oposta dos indutores do circuito do tanque (IHC1 - IHC4) durante uma segunda metade da onda senoidal, e sendo que a temporização do chaveamento da ponte é determinada por uma frequência sincronizada dos circuitos de tanque ressonadores (C1, L1).
2. Oscilador de potência de matriz sincronizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo indutores de proteção (L2, L3) contra corrente de shoot- through estão entre o circuito de tanque ressonador (C1, L1) e as chaves de lado alto (Q3, Q4) do circuito de ponte H para diminuir a corrente do circuito de tanque ressonador (C1, L1) a partir de uma fonte de tensão.
3. Oscilador de potência de matriz sincronizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo indutores de proteção (L2, L3) contra corrente de shoot- through estão entre o circuito de tanque ressonador (C1, L1) e as chaves de lado baixo (Q1, Q2) do circuito de ponte H para diminuir a corrente do circuito de tanque ressonador (C1, L1) até uma baixa absoluta de tensão tendo uma tensão que é menor que a fonte de tensão.
4. Oscilador de potência de matriz sincronizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sincronização da ponte H é efetuada através de diodos retificadores (D1, D2) diminuindo a carga a partir de um suporte de um circuito de ponte até o suporte oposto do circuito de ponte.
5. Oscilador de potência de matriz sincronizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sincronização da ponte é efetuada através resistores (R1, R2) fornecendo carga a partir de uma fonte de tensão.
6. Oscilador de potência de matriz sincronizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma indutância de cada um dentre pelo menos dois indutores de proteção (L2, L3) contra corrente de shoot-through é maior que uma indutância de pelo menos um dos indutores do circuito de tanque (L1).
7. Oscilador de potência de matriz sincronizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma indutância de cada um dentre pelo menos dois indutores de proteção (L2, L3) contra corrente de shoot-through é mais que o dobro de um dos indutores do circuito de tanque (L1).
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3018866B1 (fr) * 2014-03-19 2016-04-15 Continental Automotive France Dispositif et procede de controle d'un module de chauffage d'une pluralite d'injecteurs
EP3182797B1 (en) * 2015-12-18 2018-05-02 E.G.O. ELEKTRO-GERÄTEBAU GmbH Heating circuit and induction cooking hob
US20180176998A1 (en) * 2016-12-15 2018-06-21 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Evaluating zero-voltage switching condition of quasi-resonant inverters in induction cooktops
CN111033987A (zh) 2017-08-15 2020-04-17 株式会社富士 线性马达、线性马达驱动装置及线性马达冷却方法
JP6768615B2 (ja) * 2017-09-15 2020-10-14 株式会社東芝 半導体装置、及び電圧制御発振器
GB201721612D0 (en) 2017-12-21 2018-02-07 British American Tobacco Investments Ltd Circuitry for a plurality of induction elements for an aerosol generating device
GB201721610D0 (en) * 2017-12-21 2018-02-07 British American Tobacco Investments Ltd Circuitry for an induction element for an aerosol generating device

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6388476B1 (en) * 1995-06-07 2002-05-14 Texas Instruments Incorporated Self-switched cascode write driver
US6528770B1 (en) * 1999-04-09 2003-03-04 Jaeger Regulation Induction cooking hob with induction heaters having power supplied by generators
JP2003078348A (ja) 2001-08-30 2003-03-14 Sharp Corp 電圧制御発振器及びそれを用いた通信装置
US7005930B1 (en) 2001-11-14 2006-02-28 Berkana Wireless, Inc. Synchronously coupled oscillator
CN100490589C (zh) * 2004-06-05 2009-05-20 杨伟 全固态高频感应加热设备
US7508280B2 (en) 2005-07-19 2009-03-24 Lc Tank Llc Frequency adjustment techniques in coupled LC tank circuits
US7628340B2 (en) 2006-02-27 2009-12-08 Continental Automotive Systems Us, Inc. Constant current zero-voltage switching induction heater driver for variable spray injection
US8967124B2 (en) 2006-03-21 2015-03-03 Continental Automotive Systems, Inc. Inductive heated injector using voltage transformer technology
US20070235086A1 (en) 2006-03-21 2007-10-11 Siemens Vdo Automotive Corporation Fuel injector with inductive heater
US20070221747A1 (en) 2006-03-22 2007-09-27 Siemens Vdo Automotive Corporation Super imposed signal for an actuator and heater of a fuel injector
US8695901B2 (en) 2006-03-22 2014-04-15 Continental Automotive Systems, Inc. Inductive heated injector using a three wire connection
EP2002112B1 (en) 2006-03-27 2012-05-16 Continental Automotive Systems US, Inc. Inductive heated injector using additional coil
US20070235569A1 (en) 2006-03-28 2007-10-11 Siemens Vdo Automotive Corporation Coil For Actuating and Heating Fuel Injector
US20080007361A1 (en) * 2006-07-04 2008-01-10 Mediatek Inc. Oscillator with Voltage Drop Generator
DE102007004817A1 (de) * 2007-01-31 2008-08-07 Siemens Ag Vorrichtung
KR100952424B1 (ko) 2008-02-21 2010-04-14 한국전자통신연구원 트랜스포머의 커플링을 이용한 차동 전압 제어 발진기 및직교 전압 제어 발진기
US8693213B2 (en) * 2008-05-21 2014-04-08 Flextronics Ap, Llc Resonant power factor correction converter
US8618778B2 (en) * 2008-10-01 2013-12-31 Restech Limited Circuit and method for coupling electrical energy to a resonated inductive load
US8730701B2 (en) * 2009-02-12 2014-05-20 Ecolab Usa Inc. Driving circuit for powering a bi-directional load

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