BR112018003481B1

BR112018003481B1 - PRINTED CIRCUIT BOARD POWER CELL AND MULTI-CELL POWER SUPPLY

Info

Publication number: BR112018003481B1
Application number: BR112018003481-9A
Authority: BR
Inventors: Abdelnassir Abdalla; John B. Balicki Jr.; Edward Alan Cheesman; Liviu Mihalache; Edward A. Novack; Mukul Rastogi
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2023-07-25

Abstract

CÉLULA DE ENERGIA DE PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO E FONTE DE ALIMENTAÇÃO MULTICELULAR. A presente invenção refere-se a uma célula de energia de placa de circuito impresso (PCB) (100) para dispor em uma fonte de alimentação multicelular (500) que inclui um conjunto de carcaça (102) com uma carcaça de seção múltipla (104, 106) e um conjunto de PCB (120) posicionado dentro do conjunto de carcaça (102), em que o conjunto de carcaça (102) e o conjunto de PCB (120) estão configurados para prover um isolamento de tensão integrado da célula de energia (100) que suporta uma tensão de saída da fonte de alimentação multicelular (500). Além disso, é descrita uma fonte de alimentação multicelular (500) que inclui uma célula de alimentação de PCB (100) com isolamento.PRINTED CIRCUIT BOARD POWER CELL AND MULTI-CELL POWER SUPPLY. The present invention relates to a printed circuit board (PCB) power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500) that includes a housing assembly (102) with a multi-section housing (104 , 106) and a PCB assembly (120) positioned within the housing assembly (102), wherein the housing assembly (102) and the PCB assembly (120) are configured to provide integrated voltage isolation of the power cell. power (100) supporting an output voltage of the multicell power supply (500). Furthermore, a multicell power supply (500) is described that includes an isolated PCB power cell (100).

Description

CROSS REFERENCE FOR RELATED ORDERS

[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório norte-americano No. 62/217,248 depositado em 11 de setembro de 2015, no Escritório de Marcas e Patentes dos EUA, cujos conteúdos são aqui incorporados por referência na sua totalidade.[001] This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/217,248 filed on September 11, 2015, with the U.S. Patent and Trademark Office, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

BACKGROUND 1. Field

[002] Os aspectos da presente invenção referem-se geralmente a células de energia de placa de circuito impresso (PCB) com isolamento e fontes de alimentação multicelular e tensão média. Ao longo da especificação, os termos "unidade", "sistema de acionamento" e "fonte de alimentação" podem ser usados de forma intercambiável.[002] Aspects of the present invention generally relate to isolated printed circuit board (PCB) power cells and multicell, medium voltage power supplies. Throughout the specification, the terms "drive", "drive system", and "power supply" may be used interchangeably.

2. Description of Related Art

[003] As fontes de alimentação configuradas para controlar um fluxo de energia entre um primeiro sistema de corrente alternada (AC) e um segundo sistema de CA são usadas em uma variedade de aplicações comerciais e industriais. Diversas fontes de alimentação convertem energia de uma primeira frequência e tensão para uma segunda frequência e tensão. Por exemplo, uma fonte de alimentação normalmente é usada nos sistemas de acionamento e operação de CA. Uma maneira de implementar tal fonte de alimentação é uma unidade, aqui também referida como um sistema de acionamento, como, por exemplo, uma unidade de tensão média modular, incluindo uma ou mais células de energia, cada célula de energia incluindo vários conversores de estado sólido com um link intermediário de corrente contínua (CC). Um sistema exemplar que incorpora tais células de energia é discutido na Patente U.S. No. 5,625,545 de Hammond, cuja divulgação é aqui incorporada por referência na sua totalidade.[003] Power supplies configured to control a flow of power between a first alternating current (AC) system and a second AC system are used in a variety of commercial and industrial applications. Various power supplies convert energy from a first frequency and voltage to a second frequency and voltage. For example, a power supply is typically used in AC drive and operation systems. One way to implement such a power supply is a unit, also referred to herein as a drive system, such as, for example, a modular medium voltage unit, including one or more power cells, each power cell including multiple state converters. solid with an intermediate direct current (DC) link. An exemplary system incorporating such power cells is discussed in U.S. Patent No. 5,625,545 to Hammond, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[004] Uma unidade de tensão média modular é tipicamente construída pela adição de várias células de energia de tensão baixa conectadas em série, em cada fase, de modo a alcançar uma tensão média de saída desejada necessária para acionar um motor elétrico acoplado à unidade de tensão média modular. Dependendo, por exemplo, do tipo de motor elétrico, uma tensão de saída da unidade pode variar dentre 1kV e 11kV. Mesmo que as células de energia individuais possam compreender uma tensão mais baixa, a tensão média de saída da unidade pode ser significativamente maior. A circunstância da tensão de saída ser significativamente maior do que as tensões das células de energia individuais adiciona desafios significativos para a construção da unidade de tensão média devido ao espaçamento mínimo necessário entre várias partes condutoras e componentes das células de energia e do sistema de acionamento. Normalmente, um gabinete do sistema de acionamento é metálico e pelo menos partes de cada compartimento de célula de energia também são metálicas. Portanto, quando as células de energia são montadas em um gabinete do sistema de acionamento, é necessário um trabalho adicional para manter o isolamento adequado entre as várias células de energia e entre as células de energia e o gabinete do sistema. Esse isolamento adequado normalmente requer material isolante não condutor que precisa ser adicionado ao sistema de acionamento que é caro e aumenta os custos trabalhistas da unidade. Assim, existe uma necessidade na técnica para uma célula de energia melhorada e um sistema de acionamento melhorado que compreende células de energia.[004] A modular medium voltage unit is typically constructed by adding several low voltage power cells connected in series, on each phase, so as to achieve a desired average output voltage required to drive an electric motor coupled to the unit. modular medium voltage. Depending, for example, on the type of electric motor, the unit's output voltage can vary between 1kV and 11kV. Even though individual power cells may comprise a lower voltage, the average output voltage of the unit may be significantly higher. The circumstance of the output voltage being significantly higher than the voltages of the individual power cells adds significant challenges to the construction of the medium voltage unit due to the minimum spacing required between various conductive parts and components of the power cells and drive system. Typically, a drive system enclosure is metallic and at least parts of each power cell enclosure are also metallic. Therefore, when power cells are mounted in a drive system enclosure, additional work is required to maintain adequate insulation between the various power cells and between the power cells and the system enclosure. This adequate insulation typically requires non-conductive insulating material that needs to be added to the drive system which is expensive and increases unit labor costs. Thus, there is a need in the art for an improved power cell and an improved drive system comprising power cells.

SUMMARY

[005] Brevemente descritos, aspectos da presente invenção referem-se a uma célula de alimentação de placa de circuito impresso (PCB) com isolamento e uma fonte de alimentação multicelular de tensão média modular.[005] Briefly described, aspects of the present invention relate to an isolated printed circuit board (PCB) power cell and a modular medium voltage multicell power supply.

[006] Um primeiro aspecto da presente invenção provê uma célula de energia de PCB para dispor em uma fonte de alimentação multicelular compreendendo um conjunto de carcaça que compreende uma carcaça de seção múltipla; e um conjunto de PCB posicionado dentro do conjunto de carcaça; em que o conjunto de carcaça e o conjunto de PCB estão configurados para prover um isolamento de tensão integrado da célula de energia que suporta uma tensão de saída da fonte de alimentação multicelular.[006] A first aspect of the present invention provides a PCB power cell for arranging in a multicell power supply comprising a housing assembly comprising a multiple section housing; and a PCB assembly positioned within the housing assembly; wherein the housing assembly and PCB assembly are configured to provide an integrated voltage isolation of the power cell supporting an output voltage of the multicell power supply.

[007] Um segundo aspecto da presente invenção provê uma fonte de alimentação multicelular para receber energia a partir de uma fonte e entregar energia em uma saída para uma carga, a fonte de alimentação compreendendo uma pluralidade de células de energia de PCB, cada célula de energia compreendendo um conjunto de carcaça que compreende uma carcaça de seção múltipla; e um conjunto de PCB posicionado dentro do conjunto de carcaça; em que o conjunto de carcaça e o conjunto de PCB estão configurados para prover um isolamento de tensão integrado da célula de energia que suporta uma tensão de saída da fonte de alimentação multicelular.[007] A second aspect of the present invention provides a multicell power supply for receiving power from a source and delivering power at an output to a load, the power supply comprising a plurality of PCB power cells, each cell being power comprising a housing assembly comprising a multiple section housing; and a PCB assembly positioned within the housing assembly; wherein the housing assembly and PCB assembly are configured to provide an integrated voltage isolation of the power cell supporting an output voltage of the multicell power supply.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[008] A FIGURA 1 ilustra um diagrama de blocos de uma fonte de alimentação multicelular modular conhecida.[008] FIGURE 1 illustrates a block diagram of a known modular multicell power supply.

[009] A FIGURA 2 ilustra um diagrama de blocos de outra fonte de alimentação multicelular modular conhecida.[009] FIGURE 2 illustrates a block diagram of another known modular multicell power supply.

[0010] A FIGURA 3 ilustra uma vista em perspectiva de uma célula de energia de placa de circuito impresso com isolamento de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.[0010] FIGURE 3 illustrates a perspective view of an insulated printed circuit board power cell in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

[0011] A FIGURA 4 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma célula de energia de placa de circuito impresso com isolamento de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.[0011] FIGURE 4 illustrates an exploded perspective view of an isolated printed circuit board power cell in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

[0012] A FIGURA 5 ilustra uma vista em perspectiva de uma fonte de alimentação multicelular de tensão média de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.[0012] FIGURE 5 illustrates a perspective view of a medium voltage multicell power supply in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

[0013] As FIGURA 6 e FIGURA 7 ilustram diagramas de circuito exemplares de uma célula de energia de placa de circuito impresso de acordo com modalidades exemplares da presente invenção.[0013] FIGURE 6 and FIGURE 7 illustrate exemplary circuit diagrams of a printed circuit board power cell in accordance with exemplary embodiments of the present invention.

[0014] As FIGURA 8 e FIGURA 9 ilustram outros diagramas de circuitos exemplares das células de energia de placa de circuito impresso de acordo com modalidades exemplares da presente invenção.[0014] FIGURE 8 and FIGURE 9 illustrate other exemplary circuit diagrams of printed circuit board power cells in accordance with exemplary embodiments of the present invention.

DETAILED DESCRIPTION

[0015] Para facilitar a compreensão de modalidades, princípios e características da presente invenção são explicados a seguir com referência à implementação em modalidades ilustrativas. Em particular, eles são descritos no contexto das células de energia de placa de circuito impresso (PCB) e fontes de alimentação multicelular de tensão média adequadas para máquinas eletrodinâmicas, em particular para motores elétricos de corrente alternada (CA). As modalidades da presente invenção, no entanto, não estão limitadas ao uso nos dispositivos ou métodos descritos.[0015] To facilitate understanding of embodiments, principles and characteristics of the present invention are explained below with reference to implementation in illustrative embodiments. In particular, they are described in the context of printed circuit board (PCB) power cells and medium voltage multicell power supplies suitable for electrodynamic machines, in particular for alternating current (AC) electric motors. Embodiments of the present invention, however, are not limited to use in the devices or methods described.

[0016] Tal como aqui utilizado, uma "tensão média" é uma tensão superior a cerca de 690V e inferior a cerca de 69KV, e uma "tensão baixa" é uma tensão inferior a cerca de 690V. As pessoas com conhecimentos comuns na técnica entenderão que outros níveis de tensão podem ser especificados como "tensão média" e "tensão baixa". Por exemplo, em algumas modalidades, uma "tensão média" pode ser uma tensão entre cerca de 3kV e cerca de 69kV, e uma "tensão baixa" pode ser uma tensão inferior a cerca de 3kV.[0016] As used herein, a "medium voltage" is a voltage greater than about 690V and less than about 69KV, and a "low voltage" is a voltage less than about 690V. Those of ordinary skill in the art will understand that other voltage levels may be specified as "medium voltage" and "low voltage". For example, in some embodiments, a "medium voltage" may be a voltage between about 3kV and about 69kV, and a "low voltage" may be a voltage less than about 3kV.

[0017] Os componentes e materiais descritos a seguir como constituindo as várias modalidades pretendem ser ilustrativos e não restritivos. Muitos componentes e materiais adequados que desempenhariam a mesma função ou similar que os materiais aqui descritos são destinados a ser englobados dentro do escopo das modalidades da presente invenção.[0017] The components and materials described below as constituting the various modalities are intended to be illustrative and not restrictive. Many suitable components and materials that would perform the same or similar function as the materials described herein are intended to be encompassed within the scope of embodiments of the present invention.

[0018] As FIGURA 1 e FIGURA 2 cada uma ilustra um diagrama de blocos de uma fonte de alimentação multicelular modular conhecida 10 que recebe energia trifásica a partir de uma fonte CA e entrega energia para uma carga 12, por exemplo, um motor de CA trifásica.[0018] FIGURE 1 and FIGURE 2 each illustrate a block diagram of a known modular multicell power supply 10 that receives three-phase power from an AC source and delivers power to a load 12, e.g., an AC motor. three-phase.

[0019] Como mostrado na FIGURA 1, uma fonte de alimentação multicelular 10 inclui um transformador 14, um circuito de energia 16 e um controlador 18. O transformador 14 inclui um enrolamento primário que excita nove enrolamentos secundários, e o circuito de energia 16 inclui células de energia de PCB múltiplas 26, aqui simplesmente referidas como células de energia 26, que são operativamente acopladas aos enrolamentos secundários, respectivamente, do transformador 14. À medida que a fonte de alimentação 10 compreende nove enrolamentos secundários e uma célula de energia 26 é operativamente acoplada a cada enrolamento secundário, a fonte de alimentação 10 compreende nove células de energia 26. É claro que a fonte de alimentação 10 pode compreender mais ou menos do que nove células de energia 26 e/ou mais ou menos do que nove enrolamentos secundários dependendo de um tipo de fonte de alimentação 10 e/ou de um tipo de carga 12 acoplada à fonte de alimentação 10.[0019] As shown in FIGURE 1, a multicell power supply 10 includes a transformer 14, a power circuit 16, and a controller 18. The transformer 14 includes a primary winding that excites nine secondary windings, and the power circuit 16 includes multiple PCB power cells 26, herein simply referred to as power cells 26, which are operatively coupled to the secondary windings, respectively, of the transformer 14. As the power supply 10 comprises nine secondary windings and a power cell 26 is Operatively coupled to each secondary winding, the power supply 10 comprises nine power cells 26. Of course, the power supply 10 may comprise more or less than nine power cells 26 and/or more or less than nine secondary windings. depending on a type of power supply 10 and/or a type of load 12 coupled to the power supply 10.

[0020] As células de energia 26 podem ser tensões nominais inferiores e são configuradas para prover uma saída de tensão média para a carga 12. Em particular, cada fase de saída A, B, C do circuito de energia 16 é alimentada por um grupo de células de energia conectadas em série 26. As saídas das células de energia 26 são acopladas em série em um primeiro grupo de fase 30, em um segundo grupo de fase 32 e um terceiro grupo de fase 34. Cada tensão de saída de fase é uma soma das tensões de saída das células de energia 26 no respectivo grupo de fase 30, 32 e 34. Por exemplo, o primeiro grupo de fase 30 compreende células de energia 26 marcadas A1, A2 e A3, em que a tensão de saída de fase da fase de saída A é a soma das tensões de saída das células de energia A1, A2 e A3. O mesmo se aplica à fase de saída B e às células de energia B1, B2, B3, e a fase de saída C e as células de energia C1, C2, C3. A este respeito, o circuito de energia 16 entrega uma saída de tensão média para carga 12 utilizando células de energia de tensão nominal inferior 26 que incluem componentes classificados em padrões de tensão inferior. Cada célula de energia 26 é acoplada, por exemplo, através de um link de comunicação de fibra óptica, ao controlador 18, que pode usar retorno de corrente e retorno de tensão para controlar a operação das células de energia 26.[0020] The power cells 26 may be lower voltage ratings and are configured to provide a medium voltage output to the load 12. In particular, each output phase A, B, C of the power circuit 16 is fed by a group of series-connected power cells 26. The outputs of the power cells 26 are coupled in series into a first phase group 30, a second phase group 32, and a third phase group 34. Each phase output voltage is a sum of the output voltages of the power cells 26 in the respective phase group 30, 32 and 34. For example, the first phase group 30 comprises power cells 26 marked A1, A2 and A3, wherein the output voltage of phase of output phase A is the sum of the output voltages of power cells A1, A2 and A3. The same applies to output stage B and power cells B1, B2, B3, and output stage C and power cells C1, C2, C3. In this regard, power circuit 16 delivers a medium voltage output to load 12 using lower rated voltage power cells 26 that include components rated at lower voltage standards. Each power cell 26 is coupled, for example, via a fiber optic communication link, to the controller 18, which may use current feedback and voltage feedback to control the operation of the power cells 26.

[0021] Como ilustrado na FIGURA 2, uma fonte de alimentação multicelular 10 inclui uma fonte de alimentação de CA trifásica 20, um circuito de energia 16 e um controlador 18. A fonte de alimentação de CA trifásica 20 inclui duas pontes de diodo que estão conectadas cada uma no lado de tensão CA a enrolamentos secundários de um transformador de conversão de energia 24, e estão conectadas eletricamente em série no lado de tensão CC. Um barramento de tensão CC positivo e negativo são providos para a conexão paralela desses grupos de fase. O circuito de energia 16 inclui células de energia 28 que são acopladas ao barramento de tensão CC criado pela fonte de alimentação 20. As células de energia 28 são, por exemplo, tensão nominal inferior e estão configuradas para prover saída de tensão média para carga 12. Embora a carga 12 possa ser ilustrada como estando dentro da fonte de alimentação multicelular 10, a carga 12 não faz parte da fonte de alimentação multicelular 10. Em vez disso, a carga 12 é separada e conectada à fonte de alimentação multicelular 10, como mais claramente mostrado na FIGURA 1.[0021] As illustrated in FIGURE 2, a multicell power supply 10 includes a three-phase AC power supply 20, a power circuit 16, and a controller 18. The three-phase AC power supply 20 includes two diode bridges that are each connected on the AC voltage side to secondary windings of a power conversion transformer 24, and are electrically connected in series on the DC voltage side. A positive and negative DC voltage bus are provided for parallel connection of these phase groups. Power circuit 16 includes power cells 28 that are coupled to the DC voltage bus created by power supply 20. Power cells 28 are, for example, lower voltage rated and are configured to provide medium voltage output to load 12 Although the load 12 can be illustrated as being within the multicell power supply 10, the load 12 is not part of the multicell power supply 10. Instead, the load 12 is separate and connected to the multicell power supply 10, as more clearly shown in FIGURE 1.

[0022] Cada fase de saída A, B, C do circuito de energia 16 é alimentada por um grupo de células de energia 28 conectadas em série, também rotuladas A1-A4, B1 -B4 e C1-C4 com referência às fases de saída A, B, C. As células de energia 28 são acopladas em série em um primeiro grupo de fase 30, um segundo grupo de fase 32 e um terceiro grupo de fase 34. Cada tensão de saída de fase é uma soma das tensões de saída das células de energia 28 no grupo de fase 30, 32 e 34 como descrito anteriormente com referência à FIGURA 1. O circuito de energia 16 entrega uma saída de tensão média para a carga 12 usando células de energia de tensão nominal inferior 28 que incluem componentes classificados em padrões de tensão inferior. Cada célula de energia 28 é acoplada, por exemplo, por meio de um link (s) de comunicação de fibra óptica, ao controlador 18, que pode usar retorno de corrente e retorno de tensão para controlar a operação das células de energia 28.[0022] Each output phase A, B, C of the power circuit 16 is fed by a group of power cells 28 connected in series, also labeled A1-A4, B1-B4 and C1-C4 with reference to the output phases A, B, C. The power cells 28 are coupled in series into a first phase group 30, a second phase group 32, and a third phase group 34. Each phase output voltage is a sum of the output voltages of power cells 28 in phase group 30, 32 and 34 as previously described with reference to FIGURE 1. Power circuit 16 delivers a medium voltage output to load 12 using lower rated voltage power cells 28 that include components rated at lower voltage standards. Each power cell 28 is coupled, for example, via a fiber optic communication link(s), to the controller 18, which may use current feedback and voltage feedback to control the operation of the power cells 28.

[0023] Deve notar-se que na FIGURA 1 e FIGURA 2 o número de células de energia 26, 28 em cada grupo de fase 30, 32, 34 pode estar entre 2 e 12 para prover diferentes saídas de tensão média como requerido pela carga 12. Conforme mencionado anteriormente, na modalidade da FIGURA 1, o número de enrolamentos secundários do transformador 14 corresponde ao número de células de energia 26. Na modalidade da FIGURA 2, um número de pontes de diodos e enrolamentos secundários de transformador pode variar de 1 a 6 para permitir o cancelamento harmônico no lado primário do transformador 24. Serão apreciados pelos especialistas na técnica que outras contagens de células e contagens de ponte de diodo podem ser usadas dependendo da aplicação e que as configurações mostradas e descritas aqui são destinadas a serem exemplares em natureza.[0023] It should be noted that in FIGURE 1 and FIGURE 2 the number of power cells 26, 28 in each phase group 30, 32, 34 may be between 2 and 12 to provide different medium voltage outputs as required by the load. 12. As mentioned previously, in the embodiment of FIGURE 1, the number of transformer secondary windings 14 corresponds to the number of power cells 26. In the embodiment of FIGURE 2, a number of diode bridges and transformer secondary windings can vary from 1 to 6 to allow for harmonic cancellation on the primary side of transformer 24. It will be appreciated by those skilled in the art that other cell counts and diode bridge counts may be used depending on the application and that the configurations shown and described herein are intended to be exemplary. in nature.

[0024] A FIGURA 3 ilustra uma vista em perspectiva de uma célula de energia de placa de circuito impresso (PCB) 100 de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.[0024] FIGURE 3 illustrates a perspective view of a printed circuit board (PCB) power cell 100 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

[0025] Conforme observado anteriormente, um compartimento conhecido para uma fonte de alimentação ou sistema de acionamento, por exemplo, de uma fonte de alimentação conhecida 10 como descrito, por exemplo, na FIGURA 1, é metálico e pelo menos partes de cada compartimento de célula de energia também são metálicas. Portanto, quando as células de energia são montadas em um gabinete do sistema de acionamento, é necessário um trabalho adicional para manter o isolamento adequado entre as várias células de energia e entre as células de energia e o gabinete do sistema. Tal isolamento adequado normalmente requer material isolante não condutor que precisa ser adicionado ao sistema de acionamento, que é caro e aumenta os custos trabalhistas da unidade.[0025] As noted previously, a known housing for a power supply or drive system, e.g., of a known power supply 10 as described, for example, in FIGURE 1, is metallic and at least parts of each power supply housing power cell are also metallic. Therefore, when power cells are mounted in a drive system enclosure, additional work is required to maintain adequate insulation between the various power cells and between the power cells and the system enclosure. Such adequate insulation typically requires non-conductive insulating material that needs to be added to the drive system, which is expensive and increases unit labor costs.

[0026] Como ilustrado na FIGURA 3, a célula de energia 100 compreende um conjunto de carcaça 102 que forma um invólucro externo da célula de energia 100 e abriga componentes elétricos e eletrônicos da célula de energia 100. O conjunto de carcaça 102 é modular e pode compreender múltiplos componentes ou seções, aqui referidos como carcaça de seção múltipla. Ao montar a célula de energia 100, os componentes elétricos/eletrônicos são colocados dentro do conjunto de carcaça 102 (vide também a figura 4).[0026] As illustrated in FIGURE 3, the power cell 100 comprises a housing assembly 102 that forms an outer shell of the power cell 100 and houses electrical and electronic components of the power cell 100. The housing assembly 102 is modular and may comprise multiple components or sections, referred to herein as a multi-section housing. When assembling the power cell 100, the electrical/electronic components are placed within the housing assembly 102 (see also figure 4).

[0027] De acordo com uma modalidade exemplar, o conjunto de carcaça 102 compreende uma carcaça de seção múltipla, especificamente uma seção de carcaça superior 104 e uma seção de carcaça inferior 106. A seção de carcaça superior 104 pode também ser referida como cobertura de carcaça. As seções de carcaça superior e inferior 104 e 106 são componentes complementares que, quando montados, formam o conjunto de carcaça 102. Deve notar-se que o conjunto de carcaça 102 pode compreender mais de duas seções, dependendo, por exemplo, de processos de fabricação ou montagem da célula de energia 100.[0027] According to an exemplary embodiment, the housing assembly 102 comprises a multiple-section housing, specifically an upper housing section 104 and a lower housing section 106. The upper housing section 104 may also be referred to as a cover. carcass. The upper and lower casing sections 104 and 106 are complementary components that, when assembled, form the casing assembly 102. It should be noted that the casing assembly 102 may comprise more than two sections, depending on, for example, manufacturing processes. manufacturing or assembling the power cell 100.

[0028] A seção de carcaça superior 104 e a seção de carcaça inferior 106 podem compreender elementos para acoplar as seções superior e inferior 104, 106 uma a outra de modo a prover uma conexão segura entre as duas seções 104, 106. Por exemplo, a seção de carcaça inferior 106 pode compreender uma ou mais aberturas 110 para receber uma ou mais projeções 108 da seção de carcaça superior 104. De acordo com a FIGURA 3, as projeções 108 e as aberturas 110 podem estar localizadas em lados opostos do conjunto de carcaça 102. Um especialista na técnica pode conceber muitas outras modalidades para fixar as seções de carcaça superior e inferior 104, 106 umas às outras, tais como parafusos, roscas etc.[0028] The upper casing section 104 and the lower casing section 106 may comprise elements for coupling the upper and lower sections 104, 106 to each other so as to provide a secure connection between the two sections 104, 106. For example, the lower casing section 106 may comprise one or more openings 110 for receiving one or more projections 108 of the upper casing section 104. In accordance with FIGURE 3, the projections 108 and the openings 110 may be located on opposite sides of the assembly of housing 102. One skilled in the art can devise many other embodiments for attaching the upper and lower housing sections 104, 106 to each other, such as screws, threads, etc.

[0029] De acordo com uma modalidade exemplar, a célula de energia de PCB 100 compreende isolamento de tensão incorporado, aqui também designado como isolamento de tensão integrado. Esse isolamento de tensão incorporado é conseguido configurando a célula de energia 100 para compreender material não condutor. A célula de energia 100 pode ainda compreender uma disposição específica e/ou espaçamento dos componentes elétricos e eletrônicos dentro da célula de energia 100. Por exemplo, o conjunto de carcaça 102 compreende material não condutor e pode ser um molde de peça múltipla (seção) que compreende material não condutor. O material não condutor pode compreender material plástico sólido e pode ser, por exemplo, material plástico reforçado com fibra de vidro. Em uma modalidade exemplar, a seção de carcaça superior 104 e a seção de carcaça inferior 106 compreendem, cada uma, um material não condutor que provê isolamento de tensão para cada célula de energia 100. Por exemplo, a seção de carcaça superior 104 e a seção de carcaça inferior 106 são feitas cada uma de material não condutor. As seções de carcaça superior e inferior 104, 106 podem ser componentes de uma peça, por exemplo, componentes moldados de uma peça compreendendo material plástico reforçado com fibra de vidro.[0029] According to an exemplary embodiment, the PCB power cell 100 comprises built-in voltage isolation, also referred to herein as integrated voltage isolation. This built-in voltage isolation is achieved by configuring the power cell 100 to comprise non-conductive material. The power cell 100 may further comprise a specific arrangement and/or spacing of electrical and electronic components within the power cell 100. For example, the housing assembly 102 comprises non-conductive material and may be a multi-piece mold (section). comprising non-conductive material. The non-conductive material may comprise solid plastic material and may be, for example, glass fiber reinforced plastic material. In an exemplary embodiment, the upper housing section 104 and the lower housing section 106 each comprise a non-conductive material that provides voltage isolation for each power cell 100. For example, the upper housing section 104 and the lower housing section 106 are each made of non-conductive material. The upper and lower housing sections 104, 106 may be one-piece components, for example, one-piece molded components comprising glass fiber reinforced plastic material.

[0030] Como descrito anteriormente, a célula de energia de PCB 100 dever ser disposta em uma fonte de alimentação multicelular (vide a figura 5). O isolamento de tensão integrado da célula de energia 100 suporta uma tensão de saída da fonte de alimentação multicelular. Quando a fonte de alimentação multicelular compreende múltiplas células de energia 100, cada célula de energia 100 compreende isolamento de tensão integrado que suporta individualmente uma tensão de saída da fonte de alimentação multicelular. Por exemplo, uma tensão de saída da fonte de alimentação multicelular pode ser de pelo menos 11 kV, em que então uma tensão de isolamento de cada célula de energia 100 é de pelo menos 11 kV, enquanto que uma tensão nominal de cada célula de energia 100 pode ser uma tensão inferior, por exemplo, menos de 3 kV. Uma vez que cada célula de energia 100 é isolada individualmente, é possível uma construção mais compacta de uma fonte de alimentação que compreende células de energia múltiplas 100, uma vez que as células de energia 100 podem ser colocadas muito mais próximas e também podem estar ligadas contra um barramento de metal. Essa fonte de alimentação mais compacta será descrita posteriormente com referência à FIGURA 5.[0030] As previously described, the PCB power cell 100 must be arranged in a multicell power supply (see Figure 5). The integrated voltage isolation of the power cell 100 supports a multicell power supply output voltage. When the multicell power supply comprises multiple power cells 100, each power cell 100 comprises integrated voltage isolation that individually supports an output voltage of the multicell power supply. For example, an output voltage of the multicell power supply may be at least 11 kV, wherein then an insulation voltage of each power cell 100 is at least 11 kV, while a nominal voltage of each power cell 100 is at least 11 kV. 100 may be a lower voltage, for example less than 3 kV. Since each power cell 100 is individually isolated, a more compact construction of a power supply comprising multiple power cells 100 is possible, since the power cells 100 can be placed much closer together and can also be linked together. against a metal bar. This more compact power supply will be described later with reference to FIGURE 5.

[0031] De acordo com um aspecto adicional, cada célula de energia 100 compreende um mecanismo de derivação (bypass) 142 e uma pluralidade de fusíveis de entrada 132. Os fusíveis de entrada 132 estão operativamente conectados a uma entrada de CA trifásica 130 (vide a figura 4) e ao mecanismo de derivação 142 está operativamente conectado a uma saída CA monofásica 140 (vide a FIGURA 4). Os fusíveis de entrada 132 proveem proteção de sobrecorrente (excesso de corrente), tanto de um circuito de carga como de um circuito de fonte. O mecanismo de derivação 142 permite ignorar uma célula de energia com falha e continuar a operar uma fonte de alimentação multicelular em capacidade reduzida. Por exemplo, uma falha de célula de energia pode ser detectada comparando uma tensão de saída de célula com uma saída comandada, checando ou verificando componentes celulares, através do uso de rotinas de diagnóstico, etc. Caso contrário, sem um mecanismo de derivação, quando uma determinada célula de energia de uma fonte de alimentação multicelular falha em um modo de circuito aberto, a corrente através de todas as células de energia nesse grupo de fase irá para zero e não será possível a operação adicional.[0031] According to a further aspect, each power cell 100 comprises a bypass mechanism 142 and a plurality of input fuses 132. The input fuses 132 are operatively connected to a three-phase AC input 130 (see Figure 4) and the bypass mechanism 142 is operatively connected to a single-phase AC output 140 (see FIGURE 4). The input fuses 132 provide overcurrent (excess current) protection of both a load circuit and a source circuit. The bypass mechanism 142 allows you to bypass a failed power cell and continue to operate a multicell power supply at reduced capacity. For example, a power cell failure can be detected by comparing a cell output voltage with a commanded output, checking or verifying cell components, through the use of diagnostic routines, etc. Otherwise, without a shunt mechanism, when a given power cell of a multicell power supply fails in an open circuit mode, the current through all power cells in that phase group will go to zero and it will not be possible to additional operation.

[0032] O mecanismo de derivação 142 e os fusíveis de entrada 132 estão localizados fora do conjunto de carcaça 102, mas, como observado anteriormente, estão acoplados operativamente à entrada de CA trifásica 130 e a saída de CA monofásica 140 que estão localizadas dentro do conjunto de carcaça 102 da célula de energia 100 (vide figura 4). Especificamente, o mecanismo de derivação 142 e os fusíveis de entrada 132 estão localizados na frente 112 da célula de energia 100. A frente 112 da célula de energia 100 é voltada para um operador ou usuário quando a célula de energia 100 está disposta em uma fonte de alimentação multicelular (vide a figura 5). Assim, o mecanismo de derivação 142 e os fusíveis de entrada 132 são facilmente acessíveis, por exemplo, pelo operador ou usuário. Normalmente, um mecanismo de derivação e fusíveis de entrada estão conectados em outro lugar em uma fonte de alimentação, o que significa conexões adicionais e custos de mão de obra aumentados para o sistema de energia. A montagem do mecanismo de derivação 142 e dos fusíveis de entrada 132 na frente 112 da célula de energia 100 simplifica a fiação geral da fonte de alimentação e oferece maior acessibilidade às conexões do sistema.[0032] The bypass mechanism 142 and input fuses 132 are located outside the housing assembly 102, but, as noted previously, are operatively coupled to the three-phase AC input 130 and the single-phase AC output 140 that are located within the housing assembly 102 of the power cell 100 (see figure 4). Specifically, the bypass mechanism 142 and input fuses 132 are located on the front 112 of the power cell 100. The front 112 of the power cell 100 faces an operator or user when the power cell 100 is disposed in a source multicell power supply (see figure 5). Thus, the bypass mechanism 142 and the input fuses 132 are easily accessible, for example, by the operator or user. Typically, a bypass mechanism and input fuses are connected elsewhere in a power supply, which means additional connections and increased labor costs for the power system. Mounting bypass mechanism 142 and input fuses 132 in front 112 of power cell 100 simplifies overall power supply wiring and provides greater accessibility to system connections.

[0033] A FIGURA 4 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma célula de energia de placa de circuito impresso 100 de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção. Como descrito anteriormente com referência à FIGURA 3, a célula de energia 100 compreende a seção de carcaça superior 104 e a seção de carcaça inferior 106, que compreendem material não condutor.[0033] FIGURE 4 illustrates an exploded perspective view of a printed circuit board power cell 100 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. As previously described with reference to FIGURE 3, the power cell 100 comprises the upper housing section 104 and the lower housing section 106, which comprise non-conductive material.

[0034] A célula de energia 100 abriga diferentes componentes elétricos e/ou eletrônicos da célula de energia 100. Por exemplo, um conjunto de PCB 120 está posicionado dentro do conjunto de carcaça 102. O conjunto de PCB 120 da célula de energia 100 pode compreender uma ou mais placas de circuito impresso (PCBs). Em uma modalidade exemplar, a célula de energia 100 compreende uma primeira PCB 122 e uma segunda PCB 124. As PCBs 122, 124 podem ser PCBs multicamadas ou PCB de camada única. Diferentes componentes passivos e ativos podem ser montados, por exemplo, soldados, nas PCBs 122, 124.[0034] The power cell 100 houses different electrical and/or electronic components of the power cell 100. For example, a PCB assembly 120 is positioned within the housing assembly 102. The PCB assembly 120 of the power cell 100 may comprise one or more printed circuit boards (PCBs). In an exemplary embodiment, the power cell 100 comprises a first PCB 122 and a second PCB 124. The PCBs 122, 124 may be multilayer PCBs or single-layer PCBs. Different passive and active components can be mounted, for example soldered, on PCBs 122, 124.

[0035] A célula de energia 100 compreende uma pluralidade de condensadores 126 que estão, cada um, ligados, por exemplo, soldados, à primeira PCB 122. Os condensadores 126 podem incluir, mas não estão limitados a condensadores eletrolíticos e condensadores de filme. Em várias modalidades, o número, o tipo e a colocação da pluralidade de condensadores 126 podem variar dependendo da tecnologia do condensador e das características de desempenho desejadas da célula de energia 100. Os condensadores 126 estão montados em uma primeira superfície 122a da primeira PCB 122. A célula de energia 100 ainda compreende pelo menos um dissipador de calor 128 que também está disposto na primeira superfície 122a da primeira PCB 122. Deve notar-se que os condensadores 126 e/ou pelo menos um dissipador de calor 128 podem ser montados em qualquer uma das superfícies 122a, 122b da primeira PCB 122 dependendo, por exemplo, de uma configuração de PCB desejada e/ou da tecnologia de condensador usada.[0035] The power cell 100 comprises a plurality of capacitors 126 that are each connected, for example soldered, to the first PCB 122. The capacitors 126 may include, but are not limited to, electrolytic capacitors and film capacitors. In various embodiments, the number, type, and placement of the plurality of capacitors 126 may vary depending on the capacitor technology and the desired performance characteristics of the power cell 100. The capacitors 126 are mounted on a first surface 122a of the first PCB 122 The power cell 100 further comprises at least one heat sink 128 which is also disposed on the first surface 122a of the first PCB 122. It should be noted that capacitors 126 and/or at least one heat sink 128 may be mounted on any of the surfaces 122a, 122b of the first PCB 122 depending, for example, on a desired PCB configuration and/or the capacitor technology used.

[0036] Conforme observado anteriormente, a célula de energia 100 compreende a entrada de CA trifásica 130 e a saída de CA monofásica 140. A entrada de CA trifásica 130 e a saída de CA monofásica 140 estão dispostas cada uma na primeira superfície 122a da primeira PCB 122 que é oposta a uma segunda superfície 122b da primeira PCB 122.[0036] As noted previously, power cell 100 comprises three-phase AC input 130 and single-phase AC output 140. Three-phase AC input 130 and single-phase AC output 140 are each disposed on the first surface 122a of the first PCB 122 that is opposite a second surface 122b of the first PCB 122.

[0037] De acordo com uma modalidade exemplar, a entrada de CA trifásica 130 e a saída de CA monofásica 140 estão localizadas na frente 112 da célula de energia 100 (vide também a figura 3). Como melhor mostrado na FIGURA 4, a entrada de CA trifásica 130 e a saída de CA monofásica 140 são acopladas à PCB 122 no primeiro lado 122a por barras de barramento laminadas individuais 116, 118. Uma primeira barra de barramento laminada 116 compreende uma ou mais barras de barramento de entrada individuais e acopla a entrada de CA trifásica 130 à PCB 122. Uma segunda barra de barramento laminada 118 compreende uma ou mais barras de barramento de saída individuais e acopla a saída de CA monofásica 140 à PCB 122. Cada barra de barramento laminada 116, 118 é configurada para, pelo menos parcialmente, cancelar o campo (s) magnético produzido pelas barras de barramento de entrada ou saída individuais, eliminando assim os potenciais efeitos de ruído na PCB 122. Deve notar-se que as barras de barras laminadas 116, 118 podem ser montadas em qualquer superfície 122a, 122b da primeira PCB 122, dependendo, por exemplo, de uma configuração de PCB desejada da célula de energia 100.[0037] According to an exemplary embodiment, the three-phase AC input 130 and the single-phase AC output 140 are located on the front 112 of the power cell 100 (see also Figure 3). As best shown in FIGURE 4, the three-phase AC input 130 and the single-phase AC output 140 are coupled to the PCB 122 on the first side 122a by individual laminated busbars 116, 118. A first laminated busbar 116 comprises one or more individual input bus bars and couples the three-phase AC input 130 to the PCB 122. A second laminated bus bar 118 comprises one or more individual output bus bars and couples the single-phase AC output 140 to the PCB 122. Each Laminated bus bars 116, 118 are configured to at least partially cancel the magnetic field(s) produced by the individual input or output bus bars, thereby eliminating potential noise effects on the PCB 122. It should be noted that the laminated bars 116, 118 may be mounted on any surface 122a, 122b of the first PCB 122, depending, for example, on a desired PCB configuration of the power cell 100.

[0038] A seção de carcaça inferior 106 está configurada de modo que, ao montar a célula de energia 100, os componentes da célula de energia 100, por exemplo as PCBs 122, 124 incluindo os respectivos dispositivos passivos e/ou ativos, podem ser colocados na seção de carcaça inferior 106. Depois de todos os componentes da célula de energia 100 serem colocados na seção de carcaça inferior 106, a seção de carcaça superior 104, também referida como cobertura de carcaça, é colocada na parte superior e acoplada à seção de carcaça inferior 104 através das saliências 108 inseridas nas aberturas 110.[0038] The lower housing section 106 is configured such that, when assembling the power cell 100, the components of the power cell 100, e.g. PCBs 122, 124 including respective passive and/or active devices, can be placed in the lower housing section 106. After all components of the power cell 100 are placed in the lower housing section 106, the upper housing section 104, also referred to as the housing cover, is placed on top and coupled to the lower housing section 106. of lower casing 104 through protrusions 108 inserted into openings 110.

[0039] Deve notar-se que a célula de energia 100, incluindo as PCBs 122, 124, pode compreender muitos outros componentes ou dispositivos que não são descritos em detalhes aqui, como, por exemplo, vários conversores de estado sólido com um link intermediário de corrente contínua (CC).[0039] It should be noted that the power cell 100, including PCBs 122, 124, may comprise many other components or devices that are not described in detail here, such as, for example, multiple solid-state converters with an intermediate link direct current (DC).

[0040] A FIGURA 5 ilustra uma vista em perspectiva de uma fonte de alimentação multicelular de tensão média 500 de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.[0040] FIGURE 5 illustrates a perspective view of a medium voltage multicell power supply 500 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

[0041] A fonte de alimentação 500 é implementada como uma unidade, tal como, por exemplo, uma unidade de tensão média modular, incluindo uma ou mais células de energia 100 como descrito nas Figuras. 3 e 4. A fonte de alimentação multicelular 500 inclui um transformador 510 e um circuito de energia 520 que compreende uma pluralidade das células de energia 100. O transformador 510 inclui um enrolamento primário trifásico que excita uma pluralidade de enrolamentos secundários trifásicos 512, em que as células de energia 100 estão operativamente acopladas aos enrolamentos secundários 512, respectivamente. Uma célula de energia 100 é operativamente acoplada a um enrolamento secundário 512. Na modalidade exemplar da FIGURA 5, a fonte de alimentação 500 compreende nove células de energia 100 e nove enrolamentos secundários 512. Obviamente, a fonte de alimentação 500 pode compreender mais ou menos de nove células de energia 100 e/ou mais ou menos de nove enrolamentos secundários 512, dependendo de um tipo de fonte de alimentação 500 e/ou um tipo de carga, que é, por exemplo, uma máquina eletrodinâmica, acoplada à fonte de alimentação 500.[0041] The power supply 500 is implemented as a unit, such as, for example, a modular medium voltage unit, including one or more power cells 100 as described in the Figures. 3 and 4. The multicell power supply 500 includes a transformer 510 and a power circuit 520 comprising a plurality of power cells 100. The transformer 510 includes a three-phase primary winding that excites a plurality of three-phase secondary windings 512, wherein power cells 100 are operatively coupled to secondary windings 512, respectively. A power cell 100 is operatively coupled to a secondary winding 512. In the exemplary embodiment of FIGURE 5, the power supply 500 comprises nine power cells 100 and nine secondary windings 512. Obviously, the power supply 500 may comprise more or less of nine power cells 100 and/or more or less than nine secondary windings 512, depending on a type of power supply 500 and/or a type of load, which is, for example, an electrodynamic machine, coupled to the power supply 500.

[0042] De acordo com uma modalidade exemplar, um isolamento de tensão da fonte de alimentação 500 é incorporado nas células de energia individuais 100 em vez de serem parte do projeto da fonte de alimentação 500. Assim, conforme descrito com referência às Figuras. 3 e 4, cada célula de energia 100 compreende isolamento de tensão incorporado, em que uma tensão de isolamento de cada célula de energia 100 pode ser de pelo menos 11 kV. Isto é conseguido por materiais não condutores e, se necessário, espaçamento de componentes dentro de cada célula de energia 100. Em particular, o conjunto de carcaça 102 de cada célula de energia 100 compreende material não condutor e pode ser um molde de múltiplas peças que compreende material não condutor. Uma tal configuração das células de energia 100 com materiais e espaçamentos apropriados não condutores provê que cada célula de energia 100 tenha uma capacidade de isolamento de tensão que suporta toda a tensão, especificamente a tensão de saída, da fonte de alimentação 500.[0042] According to an exemplary embodiment, a voltage isolation of the power supply 500 is incorporated into the individual power cells 100 rather than being part of the design of the power supply 500. Thus, as described with reference to the Figures. 3 and 4, each power cell 100 comprises built-in voltage isolation, wherein an isolation voltage of each power cell 100 may be at least 11 kV. This is accomplished by non-conductive materials and, if necessary, component spacing within each power cell 100. In particular, the housing assembly 102 of each power cell 100 comprises non-conductive material and may be a multi-piece mold that comprises non-conductive material. Such a configuration of power cells 100 with appropriate non-conductive materials and spacings provides that each power cell 100 has a voltage isolation capability that supports the entire voltage, specifically the output voltage, of the power supply 500.

[0043] A fonte de alimentação 500 com sua série de células de energia de tensão baixa 100 unidas para criar uma saída de potência de tensão média pode ser dimensionada para uma ampla gama de tensões e potência de saída. Por exemplo, quando cada célula de energia 100 compreende isolamento de tensão incorporado de pelo menos 11 kV, toda a tensão da fonte de alimentação pode ser de até 11 kV. Mas a tensão da fonte de alimentação também pode ser inferior a 11 kV, por exemplo 4 kV. Tipicamente, as células de energia 100 são colocadas em um gabinete celular. Uma vez que cada célula de energia 100 compreende isolamento de tensão individual, um projeto da fonte de alimentação 500 é simplificado porque não há necessidade de ajustar, por exemplo, o gabinete celular para diferentes tensões de saída da fonte de alimentação 500.[0043] The power supply 500 with its series of low voltage power cells 100 joined together to create a medium voltage power output can be scaled to a wide range of voltages and output power. For example, when each power cell 100 comprises built-in voltage isolation of at least 11 kV, the entire power supply voltage may be up to 11 kV. But the power supply voltage can also be lower than 11 kV, for example 4 kV. Typically, power cells 100 are placed in a cell enclosure. Since each power cell 100 comprises individual voltage isolation, a design of the power supply 500 is simplified because there is no need to adjust, for example, the cell enclosure for different output voltages of the power supply 500.

[0044] Como cada célula de energia individual 100 compreende isolamento de tensão embutido de pelo menos 11 kV, cada célula de energia 100 pode ser conectada e/ou suportada por um barramento metálico da fonte de alimentação 500 compreendendo uma tensão de saída/entrada de 11 kV. O barramento (backplane) provê suporte e estrutura ao dispor as células de energia 100 para a fonte de alimentação 500. As células de energia 100 são suportadas pelo barramento metálico na parte traseira 113 da célula de energia 100, sendo a parte traseira 113 oposta à frente 112 da célula de energia 100 (vide a figura 3).[0044] As each individual power cell 100 comprises built-in voltage isolation of at least 11 kV, each power cell 100 may be connected to and/or supported by a metallic power supply busbar 500 comprising an output/input voltage of 11 kV. The backplane provides support and structure by arranging the power cells 100 for the power supply 500. The power cells 100 are supported by the metal busbar on the back 113 of the power cell 100, the back 113 being opposite the front 112 of the power cell 100 (see figure 3).

[0045] Além disso, as células de energia 100 compreendem um acesso frontal fácil para a entrada de CA trifásica 130 e a saída de CA monofásica 140. O mecanismo de derivação 142 e os fusíveis de entrada 132 de cada célula de energia 100 estão montados fora do conjunto de carcaça 102, provendo desse modo um bloco de célula de eletrônicos de energia integrada, compacto que compreende circuitos de energia, circuitos de controle, componentes de proteções e recursos de redundância. Deve notar-se que a fonte de alimentação 500 pode compreender muitos outros componentes que não são descritos em detalhes aqui, tais como características de montagem ou conjuntos de refrigeração.[0045] Additionally, the power cells 100 comprise easy front access to the three-phase AC input 130 and the single-phase AC output 140. The bypass mechanism 142 and input fuses 132 of each power cell 100 are mounted outside the housing assembly 102, thereby providing a compact, integrated power electronics cell block comprising power circuits, control circuits, protection components and redundancy features. It should be noted that the power supply 500 may comprise many other components that are not described in detail here, such as mounting features or cooling assemblies.

[0046] As FIGURA 6 e FIGURA 7 ilustram diagramas de circuitos exemplares de uma célula de energia, tal como, por exemplo, uma célula de energia 26 de uma fonte de alimentação multicelular 10 como mostrado, por exemplo, na FIGURA 1.[0046] FIGURE 6 and FIGURE 7 illustrate exemplary circuit diagrams of a power cell, such as, for example, a power cell 26 of a multicell power supply 10 as shown, for example, in FIGURE 1.

[0047] As FIGURA 8 e FIGURA 9 ilustram outros diagramas de circuitos exemplares de uma célula de energia, como, por exemplo, uma célula de energia 28 de uma fonte de alimentação multicelular 10 como mostrado, por exemplo, na FIGURA 2.[0047] FIGURE 8 and FIGURE 9 illustrate other exemplary circuit diagrams of a power cell, such as, for example, a power cell 28 of a multicell power supply 10 as shown, for example, in FIGURE 2.

[0048] Os diagramas de circuito das Figuras. 6-9 podem ser construídos com uma placa de circuito impresso conforme descrito e apresentado aqui. Será apreciado pelos especialistas na técnica que uma grande variedade de circuitos e componentes alternativos pode ser usada para alcançar os efeitos técnicos desejados. No caso dos circuitos, como mostrado nas Figuras. 8 e 9, nenhum módulo de retificador está incluído e, consequentemente, nenhuma entrada de CA trifásica é recebida diretamente na célula de energia 100.[0048] The circuit diagrams of Figures. 6-9 can be constructed with a printed circuit board as described and shown here. It will be appreciated by those skilled in the art that a wide variety of alternative circuits and components can be used to achieve desired technical effects. In the case of circuits, as shown in Figures. 8 and 9, no rectifier module is included and consequently no three-phase AC input is received directly into the power cell 100.

[0049] Em uma modalidade exemplar, a célula de energia de PCB 100 com isolamento como aqui descrito pode incluir circuitos como ilustrado em um ou mais diagramas das Figuras. 6-9. Por exemplo, com referência à FIGURA 3, a primeira PCB 122 e/ou a segunda PCB 124 podem compreender o circuito como ilustrado nas Figuras. 6-9.[0049] In an exemplary embodiment, the insulated PCB power cell 100 as described herein may include circuitry as illustrated in one or more diagrams of the Figures. 6-9. For example, with reference to FIGURE 3, the first PCB 122 and/or the second PCB 124 may comprise the circuit as illustrated in the Figures. 6-9.

[0050] Referindo-se à FIGURA 6, é ilustrado um diagrama de circuito de uma célula de energia 200 de acordo com uma modalidade exemplar. A célula de energia 200 inclui uma ponte de diodo 214 que está conectada a uma entrada de CA trifásica 202 e um inversor de ponte H 216 que está conectado a uma saída de CA monofásica 204. A ponte de diodo 214 recebe a energia de CA trifásica e converte-a em energia CC. Em modalidades exemplares, a célula de energia 200 também inclui um condensador 206 que está conectado tanto à ponte de diodo 214 como ao inversor de ponte H 216. Embora o condensador 206 seja mostrado como um condensador único 206, será apreciado pelos que versados comuns na técnica que o condensador 206 pode incluir vários condensadores em uma combinação seriada/paralela. A ponte de diodo 214 inclui uma pluralidade de diodos 230 e o inversor de ponte H 216 inclui uma pluralidade de diodos 232 e transistores 234. Em modalidades exemplares, a configuração de diodo da ponte de diodo 214 mostrada também pode ser realizada usando tiristores. Os transistores 234 podem ser, por exemplo, FETs, BJTs, IGBTs ou similares.[0050] Referring to FIGURE 6, a circuit diagram of a power cell 200 is illustrated in accordance with an exemplary embodiment. The power cell 200 includes a diode bridge 214 that is connected to a three-phase AC input 202 and an H-bridge inverter 216 that is connected to a single-phase AC output 204. The diode bridge 214 receives the three-phase AC power and converts it into DC power. In exemplary embodiments, the power cell 200 also includes a capacitor 206 that is connected to both the diode bridge 214 and the H-bridge inverter 216. Although the capacitor 206 is shown as a single capacitor 206, it will be appreciated by those of ordinary skill in the art. technique that the capacitor 206 may include multiple capacitors in a series/parallel combination. The diode bridge 214 includes a plurality of diodes 230 and the H-bridge inverter 216 includes a plurality of diodes 232 and transistors 234. In exemplary embodiments, the diode configuration of the diode bridge 214 shown can also be realized using thyristors. Transistors 234 may be, for example, FETs, BJTs, IGBTs or the like.

[0051] Com referência à FIGURA 7, é mostrado um diagrama de circuito de uma célula de energia 300 de acordo com uma modalidade exemplar. Conforme ilustrado, a célula de energia 300 inclui um conversor de entrada frontal ativo 314 que está conectado a uma entrada de CA trifásica 302 e um inversor de ponte H 316 que está conectado a uma saída de CA monofásica 304. O conversor frontal ativo 314 recebe a energia CA trifásica e converte-a em energia CC. Em modalidades exemplares, a célula de energia 300 também inclui um condensador 306 que está ligado tanto à primeira porção 314 como à segunda porção 316. Embora o condensador 306 seja mostrado como um condensador único 306, será apreciado pelos especialistas na técnica que o condensador 306 pode incluir vários condensadores em uma combinação seriada/paralela. Em modalidades exemplares, o conversor frontal ativo 314 e o inversor de ponte H 316 incluem uma pluralidade de diodos 332 e transistores 334. Os transistores 334 podem ser, por exemplo, FETs, BJTs, IGBTs ou similares.[0051] Referring to FIGURE 7, a circuit diagram of a power cell 300 is shown in accordance with an exemplary embodiment. As illustrated, the power cell 300 includes an active front input converter 314 that is connected to a three-phase AC input 302 and an H-bridge inverter 316 that is connected to a single-phase AC output 304. The active front converter 314 receives three-phase AC power and converts it to DC power. In exemplary embodiments, the power cell 300 also includes a capacitor 306 that is connected to both the first portion 314 and the second portion 316. Although the capacitor 306 is shown as a single capacitor 306, it will be appreciated by those skilled in the art that the capacitor 306 may include multiple capacitors in a series/parallel combination. In exemplary embodiments, the active front-end converter 314 and the H-bridge inverter 316 include a plurality of diodes 332 and transistors 334. The transistors 334 may be, for example, FETs, BJTs, IGBTs, or the like.

[0052] Referindo-se agora à FIGURA 8 e FIGURA 9, os diagramas de circuito de um conversor de meia ponte único 450 e um conversor de meia ponte duplo 400 de acordo com uma modalidade exemplar são mostrados respectivamente. Em modalidades exemplares, os conversores de meia ponte 400, 450 também incluem um ou mais condensadores 406. Em modalidades exemplares, cada condensador 406 pode incluir vários em uma combinação seriada/paralela. O conversor de meia ponte duplo 400 e o conversor de meia ponte único 450 incluem uma pluralidade de diodos 432 e transistores 434. Os transistores 434 podem ser, por exemplo, FETs, BJTs, IGBTs ou similares.[0052] Referring now to FIGURE 8 and FIGURE 9, circuit diagrams of a single half-bridge converter 450 and a double half-bridge converter 400 in accordance with an exemplary embodiment are shown respectively. In exemplary embodiments, half-bridge converters 400, 450 also include one or more capacitors 406. In exemplary embodiments, each capacitor 406 may include several in a series/parallel combination. The double half-bridge converter 400 and the single half-bridge converter 450 include a plurality of diodes 432 and transistors 434. The transistors 434 may be, for example, FETs, BJTs, IGBTs, or the like.

[0053] Embora as modalidades da presente invenção tenham sido descritas em formas exemplares, será evidente para os especialistas na técnica que podem ser feitas muitas modificações, adições e deleções sem se afastar do espírito e do alcance da invenção e seus equivalentes, conforme estabelecido nas concretizações a seguir.[0053] Although embodiments of the present invention have been described in exemplary forms, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications, additions and deletions can be made without departing from the spirit and scope of the invention and its equivalents, as set forth in achievements to follow.

Claims

1. Printed circuit board (PCB) power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500), the PCB power cell (100) comprising a housing assembly (102) comprising a multiple section; and a PCB assembly (120) positioned within the housing assembly (102); characterized by the fact that the housing assembly (102) and the PCB assembly (120) are configured to provide an integrated voltage isolation that supports an output voltage from the multicell power supply (500), and further comprising a voltage input. three-phase AC (130) and a single-phase AC output (140) coupled to the PCB assembly (120) by individual laminated busbars (116, 118); a plurality of input fuses (132) operatively coupled to the three-phase AC input (130); and a bypass mechanism (142) operatively coupled to the single-phase AC output (140), the plurality of input fuses (132) and the bypass mechanism (142) being positioned outside the housing assembly (102).

2. PCB power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500) according to claim 1, characterized in that the housing assembly (102) comprises non-conductive material.

3. PCB power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500) according to claim 1, characterized in that sections (104, 106) of the multisection housing each comprise material non-conductive.

4. PCB power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500) according to claim 2, characterized in that the non-conductive material comprises glass fiber reinforced plastic material.

5. PCB power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500) according to claim 2, characterized in that the sections (104, 106) of the multisection housing are each one-piece molded components comprising glass fiber reinforced plastic material.

6. PCB power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500) according to claim 1, characterized in that the output voltage of the multicell power supply (500) is at least 11 kV, and the integrated voltage isolation of the power cell (100) comprises an isolation voltage of at least 11 kV.

7. PCB power cell (100) for arranging in a multicell power supply (500) according to claim 1, characterized in that a nominal voltage of the power cell (100) is less than 3 kV.

8. Multicell power supply (500) for receiving power from a source and providing power at an output to a load, the power supply (500) comprising a power circuit (520) comprising a plurality of plate power cells printed circuit board (PCB) (100), each power cell (100) comprising a housing assembly (102) comprising a multi-section housing; and a PCB assembly (120) positioned within the housing assembly (102); characterized by the fact that the housing assembly (102) and the PCB assembly (120) are configured to provide an integrated voltage isolation that supports an output voltage of the multicell power supply (500), each power cell being (100) further comprises a three-phase AC input (130) and a single-phase AC output (140) coupled to the PCB assembly (120) by individual laminated bus bars (116, 118), the three-phase AC input ( 130) and the single-phase AC output (140) being located on a front (112) of the power cell (100); a plurality of input fuses (132) operatively coupled to the three-phase AC input (130); and a bypass mechanism (142) operatively coupled to the single-phase AC output (140), the plurality of input fuses (132) and the bypass mechanism (142) being positioned outside the housing assembly (102) in front (112) of the power cell (100), the multicell power supply (500) further comprising a transformer (210) comprising a primary winding and a plurality of secondary windings (212), the plurality of power cells (100) being operatively coupled to the plurality of secondary windings (212).

9. Multicell power supply (500) according to claim 8, characterized by the fact that the housing assembly (102) comprises non-conductive material.

10. Multicell power supply (500) according to claim 9, characterized in that the non-conductive material comprises glass fiber reinforced plastic material.

11. Multicell power supply (500) according to claim 8, characterized by the fact that sections (104, 106) of the multisection housing are each made of non-conductive material.

12. Multicell power supply (500) according to claim 8, characterized by the fact that the output voltage of the multicell power supply (500) is at least 11 kV, and each power cell (100) comprises a insulation voltage of at least 11 kV.

13. Multicell power supply (500) according to claim 8, characterized in that a nominal voltage of each power cell (100) is less than 3 kV.

14. Multicell power supply (500) according to claim 8, characterized by the fact that it further comprises a bus, each power cell (100) being supported by the bus in a rear part (113) of the power cell (100), the rear portion (113) being opposite the front (112) of the power cell (100).

15. Multicell power supply (500) according to claim 14, characterized by the fact that the bus is configured as a metallic bus.