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PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE DE LOS SEMICODUCTORES Las corrientes anormales sobrecalientan los semiconductores en un

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PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE DE LOS SEMICODUCTORES Las corrientes anormales sobrecalientan los semiconductores en una fracción de segundo, con resultados catastróficos, 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 carga. La capacidad de sobrecorriente de los BJTs es muy inferior a la de los tiristores y del GTO; como los tiristores se enganchan, su voltaje de funcionamiento es bajo para corrientes muy por sobre la de funcionamiento normal; en 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 zona activa, y disipar más potencia de la permitida, llegando a destruirse. PROTECCIÓN DE LOS TRANSISTORES CONTRA SOBRECORRIENTES La protección del transistor con fusibles es prácticamente imposible, pero se puede utilizar 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 prefijado, se desconecte el transistor; también se puede vigilar la tensión colector-emisor VCE(sat) para saber cuando se está saliendo de saturación, porque su valor aumenta, y la corriente de colector también sube anormalmente. El 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, y le dé tiempo al dispositivo protector de actuar. CIRCUITOS AMORTIGUADORES PARA PROTECCIÓN DE LOS TRANSISTORES 1. AMORTIGUADOR PARA ENCENDIDO (figura 1) Reduce las pérdidas del transistor en el encendido, limitando la velocidad de incremento de la corriente de colector. Al final del período de conducción, RS permite descargar la energía almacenada en LS y limita el sobrepaso del voltaje. 2. AMORTIGUADOR EN PARALELO (Figura 2) Mientras el transistor esté conduciendo, el circuito en paralelo con él estará deshabilitado. La corriente de carga se divide hacia el condensador al apagarse el transistor; de este modo, la velocidad de incremento del VCE se reduce. Si el condensador es grande, el voltaje a través del transistor es bajo durante el intervalo de apagado, al igual que la potencia disipada; al encender el transistor, el voltaje a través del condensador es igual al de la fuente y se descarga a través del transistor; la resistencia limita la corriente de descarga. 3.

AMORTIGUADOR POLARIZADO (Figura 3) Como la resistencia puede retardar un poco el proceso de apagado, se le coloca un diodo en paralelo, para polarizar el amortiguador. Durante el apagado, el condensador está en paralelo con el transistor, porque la resistencia estará siendo cortocircuitada por el diodo, que estará

polarizado directamente. Al encender, el diodo queda polarizado inversamente y la resistencia limita la descarga del condensador. 3. AMORTIGUADOR POLARIZADO EN EL ENCENDIDO Y EN EL APAGADO.(Figura 4)

PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTE DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 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 ( picos de corriente de corta duración). En circuitos de tiristores conmutados por el cambio de polaridad en la línea, 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 utilizado para determinar el comportamiento del fusible es llamado el I2t de fusión; esta es una medida de la energía 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 ancho del pulso y la forma de onda de la corriente. PROTECCIÓN DE PALANCA ELECTRÓNICA (figura 5)

PROTECCIÓN CONTRA SOBREVOLTAJES La mayoría de los semiconductores se destruyen con la aplicación, voluntaria o accidental, de voltajes excesivos. Los sobrevoltajes 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. En general, la interrupción del flujo de corriente en un circuito inductivo produce sobrevoltajes peligrosos, a menos que se coloquen rutas de descarga de baja resistencia. Un método práctico y barato de protección contra sobrevoltajes es una red RC conectada en paralelo con el semiconductor. La carga lenta del condensador limita la magnitud de los voltajes transitorios rápidos y reduce la velocidad de dV crecimiento del voltaje, o ; se requiere una resistencia de bajo valor óhmico dt (menor de 100) 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. (ver figura 6)

Figura 6

Como la red RC amortiguadora es solo parcialmente efectiva en la supresión de sobrevoltajes, se usan limitadores de voltaje hechos de material semiconductor. El dispositivo mas utilizado es el varistor, o VDR (resistencia dependiente del voltaje), elemento no lineal, de características similares a un par de diodos zener conectados ánodo con ánodo. A voltaje normal, su resistencia es alta y su corriente de fuga, pequeña; al aumentar el voltaje por encima de su umbral, circula una corriente alta que ocasiona una caída de voltaje grande, rebajándolo hasta un nivel seguro. Luego del voltaje transitorio, el elemento vuelve a su

estado normal, si es que la subida de tensión no fue demasiado brusca y lo destruyó anteriormente. (ver figura 7)

Figura 7