PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE DE LOS SEMICODUCTORES
Las corrientes anormales sobrecalientan los semiconductores en una fracción de segundo, con resultados catastrócos, debido a que la temperatura de la unión cambia muy rápidamente con los cambios en la corriente. Las sobrecorrientes provienen de cargas excesivas del convertidor de potencia, o de un cortocircuito accidental en los terminales de la l a carga. La capacidad de sobrecorriente de los BJTs es muy inferior a la de los tiristores y del T!" como los tiristores se enganc#an, su volta$e de funcionamiento es ba$o para corrientes corrientes muy muy por sobre la de funcionamient funcionamiento o normal" en cambio, cambio, si la corriente de base del transistor es inadecuada para una corriente de colector particular, el transistor puede salirse de saturación, entrar en la %ona activa, y disipar más potencia de la permitida, llegando a destruirse. &'!T())*+ -( L! T'/*T!'( T'/*T!'( )!T'/ !B'()!''*(T( La protección del transistor con fusibles es prácticamente imposible, pero se puede utili%ar su capacidad de apagado de modo efectivo" se debe disponer de un dispositivo de vigilancia de la corriente de colector, de modo que cuando se eleve por sobre un valor pre$ado, se desconecte el transistor" tambi0n se puede vigilar vigilar la tensión tensión colector1emisor colector1emisor V CE(sat) CE(sat) para saber cuando se está saliendo de saturación, porque su valor aumenta, y la corriente de colector tambi0n sube anormalmente. (l dispositivo de protección debe iniciar una acción rápida de protección, interrumpiendo la corriente de base del transistor, cortándolo" debido a que el tiempo de almacenamiento del transistor causa retardos en el proceso de apagado, puede ser necesario introducir una inductancia que retarde la subida de la corriente de falla, f alla, y le d0 tiempo al dispositivo protector de actuar. )*')2*T! /3!'T*2/-!'( &/'/ &'!T())*+ -( L! T'/*T!'( 4. /3!'T*2/ /3!'T*2/-!' -!' &/'/ &/'/ ()( ()(-*-! -*-! 5gura 5gura 46 46 'educe las p0rdidas p0rdidas del transistor transistor en el encendido, encendido, limitando la velocidad velocidad de incr increm emen ento to de la co corr rrie ient nte e de co cole lect ctor or.. /l nal nal del del per7 per7od odo o de conducción, RS permite descargar la energ7a almacenada en LS y limita el sobrepaso del volta$e. 8. /3!'T*2/-!' ( &/'/L(L! &/'/L(L! 59igura 86 3ientr 3ientras as el transi transisto storr est0 est0 conduc conducien iendo, do, el circui circuito to en paralel paralelo o con 0l estará des#abilitado. La corriente de carga se divide #acia el condensador al apagarse el transistor" de este modo, la velocidad de incremento del V CE CE se reduce. i el condensador es grande, el volta$e a trav0s del transistor es ba$o durante el intervalo de apagado, al igual que la potencia disipada" al encender el transistor, el volta$e a trav0s del condensador es igual al de la fuent fuente e y se desc descar arga ga a trav trav0s 0s del del tran transi sist stor or"" la resi resist stenc encia ia limit limita a la corriente de descarga. :.
/3!'T*2/-!' /3!'T*2/-!' &!L/'*;/-! 59igura 59igura :6 )omo la resistencia puede retardar un poco el proceso de apagado, se le coloca un diodo en paralelo, para polari%ar el amortiguador. -urante el apagad apagado, o, el condens condensado adorr está está en parale paralelo lo con el transi transisto stor, r, porque porque la res esis iste tenc ncia ia es esta tará rá sien siendo do co cort rtoc ocir ircu cuit itad ada a por por el diod diodo, o, que que es esta tará rá
polari%ado directamente. /l encender, el diodo queda polari%ado inversamente y la resistencia limita la descarga del condensador. :. /3!'T*2/-!' &!L/'*;/-! ( (L ()(-*-! < ( (L /&//-!.59igura =6
&'!T())*+ )!T'/ !B'()!''*(T( -( L! (3*)!-2)T!'( -( &!T()*/ Las sobrecorrientes se presentan por sobrecargas del semiconductor o a un cortocircuito de los terminales de la carga. La protección con fusibles para diodos o tiristores es posible debido a que estos elementos tienen buena capacidad para soportar transitorios de corriente 5 picos de corriente de corta duración6. (n circuitos de tiristores conmutados por el cambio de polaridad en la l7nea, se puede proteger al tiristor retirando su corriente de gate al detectarse una sobrecorriente" para otros casos, se requiere protección por fusibles especiales de alta capacidad de corte de corriente y de alta velocidad" el parámetro utili%ado para determinar el comportamiento del fusible es llamado el I2t de fusión" esta es una medida de la energ7a total que debe soportar el semiconductor antes de que se interrumpa la corriente de falla" estos datos los suministra el fabricante del fusible. La protección contra sobrecorriente se da seleccionando un fusible cuya capacidad de fusión I2t sea menor que la medida I2t del semiconductor que protege" el valor I2t cambia para el fusible y el semiconductor con el anc#o del pulso y la forma de onda de la corriente. &'!T())*+ -( &/L/)/ (L()T'+*)/ 5gura >6
&'!T())*+ )!T'/ !B'(?!LT/J( La mayor7a de los semiconductores se destruyen con la aplicación, voluntaria o accidental, de volta$es excesivos. Los sobrevolta$es se producen por el funcionamiento normal de equipos de electrónica de potencia, o se sobreponen a la alimentación normal de la corriente alterna de alimentación, debido a la conmutación de circuitos en operación y a descargas ocasionales de rayos. (n general, la interrupción del @u$o de corriente en un circuito inductivo produce sobrevolta$es peligrosos, a menos que se coloquen rutas de descarga de ba$a resistencia. 2n m0todo práctico y barato de protección contra sobrevolta$es es una red RC conectada en paralelo con el semiconductor. La carga lenta del condensador limita la magnitud de los volta$es transitorios rápidos y reduce la velocidad de crecimiento del volta$e, o
dV dt
" se requiere una resistencia de ba$o valor ó#mico
5menor de 4AAΩ6 en serie con el condensador para amortiguar las oscilaciones entre la capacitancia y las inductancias parásitas del circuito" esta resistencia en serie limita la corriente inicial de descarga del condensador cuando el semiconductor es disparado. 5ver gura 6
9igura
)omo la red RC amortiguadora es solo parcialmente efectiva en la supresión de sobrevolta$es, se usan limitadores de volta$e #ec#os de material semiconductor. (l dispositivo mas utili%ado es el varistor, o ?-' 5resistencia dependiente del volta$e6, elemento no lineal, de caracter7sticas similares a un par de diodos %ener conectados ánodo con ánodo. / volta$e normal, su resistencia es alta y su corriente de fuga, pequeCa" al aumentar el volta$e por encima de su umbral, circula una corriente alta que ocasiona una ca7da de volta$e grande, reba$ándolo #asta un nivel seguro. Luego del volta$e transitorio, el elemento vuelve a su
estado normal, si es que la subida de tensión no fue demasiado brusca y lo destruyó anteriormente. 5ver gura D6
9igura D
