BR102013007061A2 - Sistema elétrico - Google Patents

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BR102013007061A2
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Aaron Jay Knobloch
Avinash Srikrishnan Kashyap
Emad Andarawis Andarawis
Harry Kirk Mathews Jr
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Gen Electric
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Abstract

Sistema elétrico. Trata-se de um método de formação de um conjunto de supressor de tensão transitória semicondutor (tvs) com intervalo por banda larga (200) e um sistema para um conjunto de supressor de tensão transitária (1vs) (200). O conjunto tvs inclui um componente de conexão (202) configurado para acoplar eletricamente um primeiro componente elétrico (204) a um segundo componente elétrico (206) localizado de forma remota a partir do primeiro componente elétrico através de um ou mais condutos elétricos (208) e um dispositivo supressor de tensão transitória (210) posicionado dentro do componente de conexão e acoplado eletricamente ao um ou mais condutos elétricos em que o dispositivo tvs inclui um material semicondutor com intervalo por banda larga.

Description

“SISTEMA ELÉTRICO” ANTECEDENTES A revelação refere-se em geral a dispositivos semicondutores de alta temperatura e, mais especificamente, a dispositivos semicondutores para supressão de tensão transitória integrada a componentes de fiação.
Queda de raios ou outras fontes de tensão transitória que podem ser induzjdas em componentes ou fios elétricos tendem a danificar o equipamento, muitas vezes tornando o equipamento inoperável. Os meios eletrônicos para bloquear os picos de tensão elétricos causados por raio ou tensão transitória são frequentemente utilizados para atenuar os efeitos dos picos de tensão. Outros meios deslocam a energia de pico para aterrar, permitindo à energia de pico desviar do equipamento afetado potencialmente. A proteção contra queda de raios é importante em sistemas tais como estrutura de aeronave, motores de aeronave, veículos não tripulados, turbinas de vento, geração de energia e distribuição e transmissão de energia. No entanto, tais componentes eletrônicos utilizados para bloquear ou desviar os picos de tensão são relativamente grandes, os quais ocupam espaços valiosos em placas de circuito e em invólucros em, por exemplo, uma aeronave ou em um controlador de motor de aeronave, tal como, porém limitando a, um controle digital de motor (ou eletrônico) com autoridade total (FADEC). Os componentes relativamente grandes também representam uma quantia indesejável de peso indesejável que precisa ser transportada para aeronave. Além do mais, o material semicondutor, tipicamente uma forma de silício utilizado para fabricar os dispositivos de supressão de tensão transitória fica limitado a ambientes relativamente frios, onde suas correntes de fuga são baixas, por exemplo, locais com uma temperatura ambiente menor que aproximadamente 125°C.
Pelo menos alguns sistemas TVS conhecidos tentam fornecer proteção contra picos de tensão elétricos causados por raio ou tensão transitória com o uso de componentes montados em um sistema de controle ou computação centralizado para o equipamento ser protegido. Um exemplo de um sistema de controle ou computação central é um controle digital de motor (ou eletrônico) com autoridade total (FADEC) utilizado com alguns motores de aeronave. Os FADEC, tipicamente, estão localizados nos ventiladores do motor. No entanto, há um direcionamento crescente para distribuir sistemas eletrônicos ou de controle perto dos atuadores e sensores que os mesmos controlam. Essas localizações, onde as capacidades de supressão de tensão são necessárias, são também localizações relativamente quentes perto do equipamento que é protegido, por exemplo, localizações com temperaturas ambientes em uma faixa que excede 125°C até aproximadamente 300°C ou mais. Além do mais, os picos de tensão no sistema remotamente a partir do sistema de controle ou computação centralizado precisa viajar relativamente longas distâncias antes de ser captado e atenuado nos componentes WS no sistema de controle ou computação centralizado.
Breve Descrição Em uma realização, um conjunto de supressor de tensão transitória (WS) inclui um componente de conexão configurado para acoplar eletricamente um primeiro componente elétrico a um segundo componente elétrico localizado remotamente a partir do primeiro componente elétrico através de um ou mais condutos elétricos e um dispositivo supressor de tensão transitória posicionado dentro dos componentes de conexão e acoplado eletricamente a um ou mais condutos elétricos em que o dispositivo WS inclui um material semicondutor com intervalo (gap) por banda larga.
Em outra realização, um método para formar um conjunto de supressor de tensão transitória semicondutor com intervalo por banda larga (WS) em que o método inclui montar um componente de conexão que é configurado para acoplar eletricamente um primeiro componente elétrico a um segundo componente elétrico localizado remotamente a partir do primeiro componente elétrico através de um ou mais condutos elétricos, que posiciona um dispositivo TVS dentro do componente de conexão em que o dispositivo TVS é formado por um material semicondutor com intervalo por banda larga, e acopla eletricamente o dispositivo TVS a um ou mais condutos elétricos.
Em ainda outra realização, um sistema elétrico de aeronave inclui um primeiro componente elétrico posicionado em uma aeronave em uma localização onde uma temperatura ambiente é capaz de exceder aproximadamente 125° Celsius, um segundo componente elétrico posicionado em uma aeronave remotamente a partir do primeiro componente elétrico, e um membro de conexão que se estende entre o primeiro componente elétrico e o segundo componente elétrico em que o membro de conexão inclui um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) posicionado dentro do membro de conexão e acoplado eletricamente a pelo menos um dentre o primeiro e o segundo componentes elétricos através do membro de conexão, o conjunto TVS, que inclui um dispositivo TVS formado de um material semicondutor com intervalo por banda larga.
Breve Descrição dos Desenhos Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente técnica irão tornar melhor o entendimento quando for lida a seguinte descrição detalhada com referência aos desenhos anexados nos quais caracteres similares representam partes similares ao longo de todos os desenhos, em que: A Figura 1 é uma vista em elevação lateral de um conjunto de supressão de tensão transitória (TVS) de acordo com uma realização exemplificativa do presente sistema; A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) de acordo com uma realização exemplificativa da presente invenção; A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção; A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção; A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção; e A Figura 6 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema de supressão de tensão transitória (TVS) de acordo com uma realização exemplificativa da presente invenção.
Descricão Detalhada A seguinte descrição detalhada ilustra realizações do sistema por meio de exemplo e não por meio de limitação. Observa-se que os sistemas e métodos tem aplicação geral para fabricação e acondicionamento de componente eletrônico em proteção de eletrônicos de potência, eletrônicos de sinal e interferência eletromagnética (EMI) em aplicações industriais, comerciais, e residenciais.
Conforme aqui utilizado, um elemento ou etapa relatada(o) no singular e precedida(o) das palavras “um” ou “uma” deve ser entendida(o) sem excluir elementos ou etapas plurais, ao menos que tais exclusões sejam explicitamente relatadas. Ademais, referências para “uma realização” da presente invenção não se destinam a ser interpretadas como para excluir a existência de realizações adicionais que também incorporam as características relatadas.
As realizações da presente revelação demonstra uma arquitetura para um sistema de proteção de tensão transitória com base em uma pluralidade de semicondutores que tem como base os dispositivos TVS que operam em baixa corrente de fuga, pode resistir a múltiplas quedas de raios enquanto operar em 300°C ou mais, e são distribuídos ao longo dos sistemas elétricos e de comunicação que é protegido. Distribuir os dispositivos TVS às localizações mais próximas para possíveis pontos de fonte de tensão transitória facilita a redução da severidade dos picos elétricos induzidos e o momento em que os picos elétricos acontecem nas linhas. Dissipar a energia de um pico na direção contrária aos componentes elétricos acoplados ao sistema elétrico facilita a redução do impacto de uma queda de um raio ou outra fonte de tensão transitória nas linhas. Ademais, fornecer múltiplas trajetórias para aterrar adicionalmente aumenta a capacidade do sistema de proteção de tensão transitória para drenar carga/corrente do sistema.
Em uma realização, o dispositivo é fabricado a partir de carboneto de silício (SiC). Em outras realizações, os dispositivos são fabricados a partir de outros materiais com intervalo por banda larga tais como, porém não limitado a, nitreto de gálio (GaN), diamante, nitreto de alumínio (AIN), nitreto de boro (BN), e combinações dos mesmos. O dispositivo semicondutor com intervalo por banda larga TVS é operável de forma confiável até aproximadamente 500°C, no entanto, outros componentes, tais como o acondicionamento de TVS, podem ser mais limitadores nas realizações exemplifieativasr—Θ—TVS é um dispositivo de fixação, que suprime— aproximadamente todas sobre tensões acima de sua tensão de ruptura. O dispositivo TVS tipicamente compreende três camadas de SiC (N-P-N). Em outras realizações, as três camadas compreendem camadas de P-N-P. em um dispositivo do tipo N-P-N, quando o dispositivo é sujeitado a um potencial que cruza as duas camadas N, uma camada depleção é formada (na maioria das vezes) na camada de P porque sua dopagem é muito menor em comparação às duas camadas N. Por exemplo, uma a cinco ordens de magnitude inferior, ou um décimo a um décimo de milésimo da concentração dopante das camadas N. Para um exemplo adicional, se uma concentração de dopagem nas camadas N é de aproximadamente 1018/cm3, a concentração de dopagem na camada de Ps seria de aproximadamente 1015 /cm3. Conforme a tensão cruza, o dispositivo é aumentado, a região de depleção se estende toda cruzando a camada de P e toca a camada N na outra lateral. Isso leva a uma condição conhecida como “rompimento por furo” e uma grande quantidade de correntes começa a fluir no dispositivo. O dispositivo é capaz de manter essa condição com mínima alteração na tensão que cruza. Uma explicação semelhante descreve a operação quando a polaridade das camadas é trocada para P-N-P. Em outras realizações, o dispositivo TVS opera com o uso de física de ruptura por cascata.
Os dispositivos TVS aqui revelados aprimoram o tamanho, faixa de temperatura, capacitância, e parâmetros de corrente de fuga elétricos sobre dispositivos TVS de corrente. Por causa de tais aprimoramentos, os dispositivos TVS podem estar localizados em outros lugares no sistema elétrico onde os eletrônicos os quais protegem são localizados. Os dispositivos TVS podem ser localizados no cabo elétrico, couraça de fio ou conector que conecta as placas eletrônicas uma a outra, o qual pode economizar espaço nas placas eletrônicas e também permitir mais proteção distribuída ao longo do chicote de fios e cabeamento. Adicionalmente, a Tnaior capacidade de temperatura do TVS de SiC permite sistemas eletrônicos com proteção integrada contra raios para que seja localizado em ambientes que excedem temperatura ambiente de 125°Ce até aproximadamente 300°C ou mais. A capacidade de colocar os dispositivos TVS na porção dos chicotes de fio ou conectores perto dos sensores e atuadores pode oferecer benefícios de proteção adicionada e confiabilidade aumentada.
Adicionalmente, integrar a proteção contra raios em chicotes de fios permite mais projetos de chicote de fios otimizados devido atualmente sem qualquer proteção integrada, espera-se que o chicote de fios veja o volume da energia em uma queda de um raio, e por esse motivo os chicotes de fio precisa ser projetado, e blindado de forma apropriadamente. Integrar dispositivos TVS ao chicote de fios, especialmente em uma maneira distribuída, pode reduzir a blindagem geral e isolamento requerido no chicote de fios permitindo um menor peso do sistema. A capacidade de controle e supressão de tensão transitória de um sistema TVS distribuído é aprimorado por um sistema TVS em um sistema de controle ou computação centralizado devido, pelo menos em parte, às múltiplas trajetórias para aterrar fornecidas pelo sistema distribuído.
Adicionalmente, o sistema TVS distribuído aqui descrito fornece gerenciamento térmico aprimorado para permitir a dissipação da energia de picos de tensão elétricos para fora do sistema de computação ou controle. A remoção dos dispositivos TVS do FADEC facilita a contração do tamanho do sistema de controle ou computação central por uma necessidade menor para gerenciamento térmico em torno desses dispositivos. Uma arquitetura TVS distribuída permite computação ou controle distribuído particularmente em ambientes agressivos, facilita a dissipação de energia para longe dos eletrônicos sensíveis, e fornece excesso inerente por dissipar a energia através _ de múltiplas trajetórias. A Figura 1 é uma vista em elevação lateral de um conjunto de supressão de tensão transitória (TVS) 100 de acordo com uma realização exemplificativa do presente sistema. Na realização exemplificativa, o conjunto TVS 100 inclui um dispositivo TVS 102 e uma junção PN 104 acoplada eletricamente em serie através de um substrato semicondutor 106 que compreende uma primeira polaridade, por exemplo, uma polaridade N+ com base na dopagem implantada na fabricação do substrato 106. O dispositivo TVS 102 inclui uma estrutura mesa que é formada no substrato 106 de, por exemplo, carboneto de silício que tem uma condutividade do tipo N+. Na realização exemplificativa, uma camada de condutividade do tipo N+ 108 é cultivado epitaxialmente no substrato 106. Uma camada de P cultivada epitaxialmente 110 é acoplada em contato elétrico com a camada 108. Uma camada de N+ cultivada epitaxialmente 112 é acoplada em contato elétrico com a camada de P 110. Na realização exemplificativa, a camada de P 110 é relativamente dopada de forma leve em relação às camadas de N+ 108 e 112. Uma concentração uniforme de dopagem de substrato 106 e camadas 108, 110, e 112 aprimora uma uniformidade da distribuição do campo elétrico em uma região de depleção da camada 110, e desse modo aprimorar a característica de tensão de ruptura. Além do mais, a estrutura mesa tem uma parede lateral chanfrada em ângulo de, aproximadamente, cinco graus até, aproximadamente oitenta graus em relação a uma interface entre camadas adjacentes que fazem contato para reduzir o perfil de campo elétrico máximo em uma superfície da matriz. Um primeiro contato elétrico 114 é acoplado em contato elétrico com a camada 112 e se estende para uma superfície de contato 115 de conjunto TVS 100.
A junção PN 104 é formada de forma similar ao dispositivo TVS 102. Uma camada de condutividade do tipo N+ 116 é cultivada epitaxialmente no substrato 106. Uma_ camada de P 118 cultivada epitaxialmente é acoplada em contato elétrico com a camada 116. Um segundo contato elétrico 120 é acoplado em contato elétrico com a camada 118 e se estende para a superfície de contato 115. Os contatos elétricos 114 e 120 podem ser formados por sublimação catódica, deposição de vapor, evaporação, ou outro método para aderir uma superfície de contato de metal às superfícies semicondutoras de camadas 112 e 118. Em várias realizações, os contatos elétricos 114 e 120 incluem subcamadas de diferentes materiais. Por exemplo, os contatos 114 e 120 podem incluir uma primeira suDcamaaa izz que compreenae, por exemplo, níquel (Ni), o qual possui boas características de aderência em relação ao material semicondutor das camadas 112 e 118. Uma segunda subcamada 124 que compreende, por exemplo, tungstênio (W) é depositada na subcamada de Ni 122 e uma terceira subcamada que compreende, por exemplo, ouro (Au) é depositada na subcamada de W 124. W e Au são utilizados para fornecer menor resistência específica para os contatos elétricos 114 e 120. Embora, aqui descrito como compreender subcamadas de Ni, W, e Au, deve ser reconhecido que os contatos elétricos 114 e 120 podem compreender mais ou menos do que três subcamadas que compreendem o mesmo ou materiais diferentes de Ni, W e Au.
Na realização exemplificativa, o conjunto TVS 100 é formado em uma configuração “pastilha-chip”. Consequentemente, os contatos elétricos 114 e 120 são orientados na mesma lateral do conjunto WS 100. Além do mais, o dispositivo WS 102 opera com o uso de físicas “rompimento por furo”, ou também conhecido como, “alcance por atravessamento” de modo que, como a tensão que cruza o dispositivo WS 102 é aprimorada, uma região de depleção se estende por toda a camada de P 110 e toca as camadas de N+ 108 e 112.
Isso leva a uma condição conhecida como “rompimento por furo” e grande quantidades de corrente são capazes de fluir através do dispositivo WS 102. O dispositivo WS 102 é capaz de manter essa condição dentro de uma troca mínima na tensão que a cruza.
Em várias realizações, o dispositivo WS 102 é dimensionado e formado para assegurar um campo elétrico interno máximo para que o material semicondutor do dispositivo WS 102 seja mantido menor que dois megavolts por centímetro. Adicionalmente, o dispositivo WS 102 é configurado para manter um aumento na tensão de bloqueio de menos de 5% para a corrente em uma faixa menor que aproximadamente 1,0 nanoampère até aproximadamente 1,0 milliampère. Conforme aqui utilizado, tensão de bloqueio se refere a mais alta tensão na qual o dispositivo TVS 102 não conduz ou está ainda em um estado “desligado”. Além do mais, o dispositivo TVS 102 é configurado para manter uma corrente elétrica de fuga de menos que aproximadamente 1,0 microampère até aproximadamente o rompimento por furo tensão do dispositivo TVS 102 em temperatura ambiente e menos que 1,0 microampère até aproximadamente o rompimento por furo tensão em temperaturas de operação que excedam temperatura ambiente de 125°C até aproximadamente 300°C ou mais.
Em várias realizações, o dispositivo TVS 102 é configurado para exibir características de rompimento por furo entre aproximadamente 5,0 volts até aproximadamente 75,0 volts. Em várias outras realizações, o dispositivo TVS 102 é configurado para exibir características de rompimento por furo entre aproximadamente 75,0 volts até aproximadamente 200,0 volts. Em outras realizações ainda, o dispositivo TVS 102 é configurado para exibir características de rompimento por furo maior que aproximadamente 200 volts.
Embora o material semicondutor utilizado para formar dispositivo TVS 102 e junção PN 104 é aqui descrito como sendo de carboneto de silício, deve ser entendido que o material semicondutor pode incluir outros semicondutores com intervalo por banda larga capazes de executar as funções aqui descritas e nos ambientes aqui descritos. Tais semicondutores com intervalo por banda larga incluem uma capacitância de circuito inferior que permite mais conjuntos de TVS em uma linha de sinal elétrico sem degradação de sinal. A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) 200 de acordo com uma realização exemplificativa da presente invenção. Na realização exemplificativa, um componente de conexão 202 é configurado para acoplar eletricamente um primeiro componente elétrico 204 a um segundo componente elétrico 206 localizado remotamente a partir do primeiro componente elétrico 204 através de um ou mais condutos elétricos 208. Um dispositivo supressor de tensão transitória (TVS) 210 posicionado dentro do componente de conexão e acoplado eletricamente a um ou mais condutos elétricos 208. Em uma realização, um primeiro terminal 212 de dispositivo TVS 210 é acoplado eletricamente ã um ou mais condutos elétricos 208 e um segundo terminal 214 é acoplado eletricamente a um aterramento 216. Em várias realizações, o segundo terminal 214 é acoplado eletricamente a um conduto de retorno (não mostrado na Figura 2). Além disso, na realização exemplificatíva, o dispositivo TVS 210 é formado com o uso de camadas de material semicondutor com intervalo por banda larga enriquecido. O dispositivo TVS 210 pode incluir um dispositivo TVS único ou pode incluir uma pluralidade de dispositivos TVS independentes. A pluralidade de dispositivos TVS pode ser conectada ao um ou mais condutos elétricos 208 de forma separada, conectado eletricamente em paralelo, eletricamente em série, ou combinações dos mesmos. O dispositivo TVS 210 é capaz de operar de forma confiável em temperaturas na faixa a partir de 0°C e inferior aproximadamente 300°C. Em uma realização, o dispositivo TVS 210 é fabricado a partir de carboneto de silício (SiC). Em outras realizações, o dispositivo TVS 210 é fabricado a partir de outros materiais com intervalo por banda larga tais como, porém não limitado a, nitreto de gálio (GaN), diamante, nitreto de alumínio (AIN), nitreto de boro (BN), e combinações dos mesmos. O próprio dispositivo TVS de semicondutor com intervalo por banda larga 210 é operável de forma confiável até aproximadamente 500°C, η o entanto, outros componentes, tais como, o acondicionamento de TVS pode ser mais limitante nas realizações exemplificativas. A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) 300 de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção. Na realização exemplificativa, um componente de conexão 302, tal como, um cabo é configurado para acoplar eletricamente ao primeiro componente elétrico 204 com o uso de um primeiro conector 304 e ao segundo componente elétrico 206 com o uso de um segundo conector 306. Conectores 304 e 306 também mentem acoplamento mecânico entre o cabo 302 e os respectivos componentes elétricos 204 e 206.
Tipicamente, segundo componente elétrico 206 é localizado de forma remota a partir do primeiro componente elétrico 204. Um dispositivo supressor de tensão transitória (TVS) 210 é posicionado dentro do cabo 302 e é acoplado eletricamente a um ou mais condutos elétricos 208. Na realização exemplificativa, condutos elétricos 208 são envolvidos em um revestimento que se estende pelo menos parcialmente a partir do primeiro conector 304 ao segundo conector 306. Em uma realização, um primeiro terminal 212 de dispositivo TVS 210 é acoplado eletricamente a um ou mais condutos elétricos 208 e um segundo terminal 214 é acoplado eletricamente a um aterramento 216. Em várias realizações, o segundo terminal 214 é acoplado eletricamente a um conduto de retorno (não mostrado na Figura 3). Além disso, na realização exemplificativa, o dispositivo TVS 210 é formado com o uso de camadas de material semicondutor com intervalo por banda larga enriquecido. O dispositivo TVS 210 pode incluir um dispositivo TVS único ou pode incluir uma pluralidade de dispositivos TVS independentes. A pluralidade de dispositivos TVS pode Ser conectada ao um ou mais condutos elétricos 208 de forma separada, conectada eletricamente em paralelo, eletricamente em série, ou combinações dos mesmos. O dispositivo TVS 210 é capaz de operar de forma confiável em temperaturas na faixa a partir de 0°C e inferior a aproximadamente 300°C. Em uma realização, o dispositivo TVS 210 é fabricado a partir de carboneto de silício (SiC). Em outras realizações, o dispositivo TVS 210 é fabricado a partir de outros materiais com intervalo por banda larga tais como, porém não limitado a, nitreto de gálio (GaN), diamante, nitreto de alumínio (AIN), nitreto de boro (BN), e combinações dos mesmos. O próprio dispositivo TVS de semicondutor com intervalo por banda larga 210 é operável de forma confiável em até aproximadamente 500°C, no entanto, outros componentes, tais como, o acondicionamento de TVS pode - ser mais limitante nas realizações exemplificativas. A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) 400 de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção. Na realização exemplificai iva, um componente de conexão 402, tais como, um chicote de fios que compreende pelo menos um de um ou mais fios 404 e um ou mais de cabos 406 é configurado para acoplar eletricamente ao primeiro componente elétrico 204 com o uso de um primeiro conector 408 e ao segundo componente elétrico 206 com o uso de um ou mais segundos conectores 410, 412 e 414. Os conectores 408, 410, 412 e 414 também mantém acoplamento mecânico entre o chicote de fios 402 e os respectivos componentes elétricos 204 e 206. Os fios 404 e/ou cabos 406 separados podem ser ligados um ao outro para formar o chicote de fios 402 com o uso de, por exemplo, porém não limitado a, grampos, abraçadeira de cabo, enlaçamento de cabo, bocais, fita elétrica, conduto, a trama de cadeia extrudada ou uma combinação dos mesmos.
Tipicamente, o segundo componente elétrico 206 é localizado de forma remota a partir do primeiro componente elétrico 204. Um dispositivo supressor de tensão transitória (TVS) 210 é posicionado dentro do chicote de fios 402 e é acoplado eletricamente a um ou mais condutos elétricos 416. Na realização exemplificativa, os condutos elétricos 416 são envolvidos em um revestimento 418 que se estende pelo menos parcialmente a partir do primeiro conector 408 até um ou mais segundos conectores 410 e 414. Os condutos elétricos 416 também podem compreender fios individuais 404. Um ou mais dispositivos TVS 420, 422 e 424 podem ser acoplado eletricamente aos condutos elétricos 416 se os condutos elétricos 416 forem fios individuais 404 ou se são envolvidos em revestimento 418. Em uma realização, um primeiro terminal de dispositivos TVS 420, 422 e 424 é acoplado eletricamente a um ou mais condutos elétricos 416 e um segundo terminal é acoplado eletricamente a um aterramento, similar às realizações mostradas acima. Em várias realizações, um segundo terminal pode ser acoplado eletricamente a um conduto de retorno conforme descrito acima. Na realização exemplificativa, um ou mais dispositivos TVS 420, 422 e 424 são formados com o uso de camadas de material semicondutor com intervalo por banda larga enriquecido. Os dispositivos TVS 420, 422 e 424 podem incluir um dispositivo TVS único ou pode incluir a pluralidade de dispositivos TVS independentes. A pluralidade de dispositivos TVS pode ser conectada ao um ou mais condutos elétricos 416 de forma separada, conectada eletricamente em paralelo, eletricamente em série, ou combinações dos mesmos.
Os dispositivos TVS 420, 422 e 424 são capazes de operar de forma confiável em temperaturas na faixa a partir de 0°C e inferior a aproximadamente 300°C. Em uma realização, os dispositivos TVS 420, 422 e 424 são fabricados a partir de carboneto de silício (SiC). Em outras realizações, õs dispositivos TVS 420, 422 e 424 são fabricados a partir de outros materiais com intervalo por banda larga tais como, porém não limitado a, nitreto de gálio (GaN), diamante, nitreto de alumínio (AIN), nitreto de boro (BN), e combinações dos mesmos. Dispositivos TVS semicondutores com intervalo por banda larga 420, 422 e 424 são operáveis de forma confiável em até aproximadamente 500°C, no entanto, outros componentes, tais como, o acondicionamento de TVS pode ser mais limitante nas realizações exemplificativas. A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um conjunto de supressor de tensão transitória (TVS) 500 de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção. Na realização exemplificativa, um componente de conexão 502, tais com, um conector elétrico, é configurado para acoplar eletricamente ao primeiro componente elétrico 204. Uma primeira metade de conector do conector 502 inclui um ou mais pinos de conector 504 inseridos através de aberturas em um conector inserido 506 pressionado em um interior de um conector livre de envoltório 508. Uma porca de acoplamento 510 cerca uma porção de envoltório livre 508 e é rosqueada para engatar as roscas complementares em uma segunda metade de conector 512 afixada ao primeiro componente elétrico 204. Porções sem isolamento 514 dos fios individuais 516 são acopladas eletricamente aos pinos de conector 504 com o uso de, por exemplo, porém não limitado a, solda e crímpagem. Um cabo 518 que carrega fios 516 é sustentado por um envoltório posterior 520 e conjunto de grampo de cabo 522.
Um dispositivo supressor de tensão transitória (TVS) 210 é posicionado dentro do conector 502 e é acoplado eletricamente a um ou mais fios 516. Em uma realização, um primeiro terminal de dispositivo TVS 210 é acoplado eletricamente a um ou mais fios 516 e um segundo terminal é acoplado eletricamente a um aterramento, similar às realizações mostradas acima. Em várias realizações, o segundo terminal pode ser acoplado eletricamente a um conduto de retorno conforme descrito acima. Na realização exemplificativa dispositivo TVS 210 é formado com o uso de camadas de material semicondutor com intervalo por banda larga enriquecido. O dispositivo TVS 210 pode incluir um dispositivo TVS único ou pode incluir a pluralidade de dispositivos TVS independentes. A pluralidade de dispositivos TVS pode ser conectada ao um ou mais fios 516 de forma separada, conectada eletricamente em paralelo, eletricamente em série, ou combinações dos mesmos. O dispositivo TVS 210 é capaz de operar de forma confiável em temperaturas na faixa a partir de 0°C e inferior a aproximadamente 300°C. Em uma realização, o dispositivo TVS 210 é fabricado a partir de carboneto de silício (SiC). Em outras realizações, o dispositivo TVS 210 é fabricado a partir de outros materiais com intervalo por banda larga tais como, porém não limitado a, nitreto de gálio (GaN), diamante, nitreto de alumínio (AIN), nitreto de boro (BN), e combinações dos mesmos. O dispositivo TVS de semicondutor com intervalo por banda larga 210 é operável de forma confiável em até aproximadamente 500°C, no entanto, outros componentes, tais como, o acondicionamento de TVS pode ser mais limitante nas realizações exemplificativas. A Figura 6 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema de supressão de tensão transitória (TVS) 600 de acordo com uma realização exemplifícativa da presente invenção. Na realização exemplificativa, um sistema de controle ou computação central 602, por exemplo, porém não limitado a, um controle digital de motor (ou eletrônico) com autoridade total (FADEC) inclui uma pluralidade de conexões para componentes externo ao sistema de controle ou computação central 600. Em uma realização, uma primeira conexão 604 é incorporada em um conector de cabo compreende um conjunto TVS 606 dentro de um envoltório posterior 608 da primeira conexão 604. Na realização exemplificativa, o conjunto TVS 606 inclui um dispositivo TVS único. Em várias outras realizações, o conjunto TVS 606 inclui uma pluralidade de dispositivos TVS acoplados eletricamente em pelo menos um dentre série, paralelo, e combinações dos mesmos. O sistema TVS 600 também pode incluir um conector de soquete 610 que pode montar em um sistema de controle ou computação central de alojamento de invólucro 602 ou em uma placa de componente eletrônico de sistema de controle ou computação central 602. O conector de soquete 610 é configurado para receber uma extremidade complementar de um cabo 612. Na realização exemplificativa, o conector de soquete 610 inclui um conjunto TVS 606. Em várias realizações, o cabo 612 também pode compreender um conjunto TVS 606, por exemplo, dentro de um envoltório posterior de um conector no lado do cabo. O sistema TVS 600 pode ser usado em sistemas que incluem áreas de temperatura relativamente alta 614, por exemplo, onde temperaturas de meio ambiente podem exceder, por exemplo, a temperatura ambiente de 125°C até aproximadamente 300°C ou mais. Nas áreas 614, os conjuntos de TVS 606 podem ser incluídos com componentes que operam em tais meio ambientes de alta temperatura. Na realização exemplificativa, um conjunto TVS pode ser incluído dentro de um componente de alta temperatura 616, sendo que pode ser espaçado ao longo de um comprimento de um cabo ou um cabo chicote de fios 618, e/ou pode ser incluído em uma extremidade de conexão 620 de um componente 622. Conforme aqui descrito múltiplos conjuntos de TVS 606 podem ser dimensionados e posicionados para múltiplos excessos, configurados para um resposta de “rede” acomodar falhas de alguns conjuntos de TVS enquanto que mantém proteção por meio de outros conjuntos de TVS na rede.
Durante a operação, que tem múltiplas trajetórias para aterrar através da pluralidade de conjuntos de TVS 606 localizado em todo o sistema TVS 60Ó para a dissipãção dé energia facilitar a proteção do sistema de controle ou computação central 602 e outro equipamento contra a queda de um raio e outros eventos de tensão transitória.
Em várias realizações, pelo menos alguns dos dispositivos TVS são localizados em áreas com dissipação térmica favorável tais como fluxo de gás de baixa temperatura, áreas com fluxo de gás de alta velocidade, ou em contato com estruturas que têm uma massa térmica alta. Além do mais, os dispositivos TVS são localizados eletricamente como parte do sistema de modo que servem para aumentar o excesso da proteção elétrica fornecido a uma pluralidade dos componentes elétricos pela criação de múltiplas trajetórias que podem ou não ser colocalizadas para a energia fluir.
As realizações descritas acima de um método e sistema de supressão de tensão transitória fornecem meio com um excelente custo benefício e confiável para reduzir e/ou eliminar os picos de tensão induzidos nos sistema elétricos tais como de EMI e/ou queda de raios. Mais especificamente, os métodos e sistemas aqui descritos facilitam para posicionar o dispositivo TVS perto de áreas que tende a cair raios ou uma origem de surto ou picos eletromagnéticos e em múltiplos pontos ao longo de um sinal ou linha de energia. O menor tamanho do dispositivo semicondutor com intervalo por banda larga TVS e acondicionamento de pastilha chip permite tais posicionamentos dentro dos cabos, chicotes de fios e/ou conectores. Além do mais, o material semicondutor com intervalo por banda larga permite colocação do dispositivo TVS em meio ambientes de alta temperatura onde é necessário transmitir proteção de tensão. Ademais, os métodos e sistemas acima descritos facilitam operação dos componentes eletrônicos em alojamentos de alta densidade sem suporte de resfriamento adicional. Como resultado, os métodos e sistemas aqui descritos facilitam a operação dos veículos, tais como aeronave de maneira confiável e com boa relação de custo e beneficio.

Claims (10)

1. SISTEMA ELÉTRICO, que compreende: uma pluralidade de componentes elétricos distribuídos (602, 616, 622), pelo menos, alguns dentre a pluralidade de componentes elétricos distribuídos posicionados de forma remota a partir de outros dentre a pluralidade de componentes elétricos distribuídos, pelo menos, alguns dentre a pluralidade de componentes elétricos distribuídos acoplados eletricamente através dos respectivos condutos elétricos (208) a outros dentre a pluralidade de componentes elétricos distribuídos; e um sistema de proteção distribuído em rede (600) que compreende uma pluralidade de dispositivos de supressão de tensão transitória (TVS) (606) acoplados eletricamente a pelo menos um dentre os ditos condutos elétricos e os ditos componentes elétricos distribuídos, os ditos dispositivos TVS posicionados próximo ao dito pelo menos um dentre os ditos condutos elétricos e os ditos componentes elétricos distribuídos fornecem uma pluralidade de trajetórias de dissipação elétrica para cada componente elétrico distribuído através dos condutos elétricos e dispositivos TVS.
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que o dito sistema elétrico compreende pelo menos um dentre uma estrutura de sistema elétrico de aeronave, um sistema elétrico de motor de aeronave, um sistema elétrico de veículo não tripulado, um sistema elétrico de turbina eólica, um sistema elétrico de geração de potência e um sistema elétrico de distribuição è transmissão de potência.
3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que os ditos componentes elétricos distribuídos compreendem pelo menos um dentre um conector (610), um sistema controle de motor, um controle digital de motor com autoridade total (FADEC), uma unidade remota de interrogação (RIU), um sensor inteligente, um atuador e um nó elétrico de extremidade.
4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que pelo menos um dentre a dita pluralidade de dispositivos TVS é posicionado em pelo menos um dentre no interior e próximo a pelo menos um dentre um fluxo de gás de baixa temperatura, um fluxo de gás de alta velocidade e em contato com um objeto que tem uma massa térmica relativamente elevada.
5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que pelo menos alguns dentre a dita pluralidade de dispositivos TVS são acoplados eletricamente dentro do dito sistema elétrico de aeronave de modo que um excesso da proteção elétrica é fornecida para a pluralidade de componentes elétricos distribuídos.
6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que a pluralidade de trajetórias de dissipação elétrica é dispersa fisicamente.
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que o dito conduto elétrico compreende um cabo (302) que compreende: um primeiro conector elétrico (304) configurado para estar em correspondência com um primeiro componente elétrico (204) dentre a pluralidade de componentes elétricos; um segundo conector elétrico (306) configurado para estar em correspondência com um segundo componente elétrico (206) dentre a pluralidade de componentes elétricos; um ou mais fios elétricos (208) do dito cabo que se estende entre o dito primeiro conector elétrico e o dito segundo conector elétrico, em que os ditos um ou mais fios elétricos cercados, pelo menos parcialmente, por um revestimento (308) ao longo de um comprimento do dito um ou mais fios elétricos, o dito dispositivo supressor de tensão transitória (210) posicionado dentro do dito revestimento.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que o dito conduto elétrico compreende um cabo que compreende uma primeira extremidade de cabo, uma segunda exti elétricos que se estendem entre os mesmos, o dito um ou mais condutos elétricos cercados, pelo menos parcialmente, por um revestimento ao longo de um comprimento do dito um ou mais fios elétricos, o dito dispositivo TVS posicionado dentro do dito revestimento.
9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que o dito conduto elétrico compreende um chicote de fios (402) que compreende pelo menos um dentre uma pluralidade de fios (404) e uma pluralidade de cabos (406), cada um dentre a dita pluralidade de fios e pluralidade de cabos que compreende uma primeira extremidade de terminação e uma segunda extremidade de terminação, a dita pluralidade de fios e pluralidade de cabos ligadas uma à outra ao longo de seus respectivos comprimentos, o dito dispositivo TVS (424) posicionado ao longo de um comprimento de um ou mais dentre a dita pluralidade de fios e a pluralidade de cabos.
10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 0, em que o dito conduto elétrico compreende um conector elétrico que compreende: um anel isolante (506) configurado para receber pelo menos um dentre um contato de plugue (504) e um soquete de contato (504); um envoltório (520) que cerca, pelo menos parcialmente, o dito anel isolante; e um dispositivo TVS (210) posicionado dentro do envoltório e acoplado eletricamente ao pelo menos um dentre contato de plugue e o soquete de contato.
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