BR102015008573A2

BR102015008573A2 - aparelho para medição de precisão de uma queda de tensão, dispositivo submarino, e, sistema para monitorar um dispositivo submarino

Info

Publication number: BR102015008573A2
Application number: BR102015008573A
Authority: BR
Inventors: Anandarup Das; Ivar Haakon Lysfjord
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-01-05
Also published as: EP2933646B1; JP2015206792A; JP6494392B2; BR102015008573B1; US9772369B2; CN105021967A; EP2933646A1; CN105021967B; US20150301103A1

Abstract

1 / 1 resumo âaparelho para mediãão de precisão de uma queda de tensão, dispositivo submarino, e, sistema para monitorar um dispositivo submarinoâ ã descrito um aparelho para mediã§ã£o de precisã£o da queda de tensã£o atravã©s de um elemento semicondutor de comutaã§ã£o. o aparelho compreende (a) um primeiro caminho de circuito compreendendo um primeiro elemento protetor, um primeiro elemento de impedã¢ncia e uma fonte de tensã£o (vs) onde o primeiro caminho de circuito ã© adaptado para ser conectado entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutaã§ã£o, (b) um segundo caminho de circuito formado entre um primeiro terminal de saãda (211) e um segundo terminal de saãda (212), o segundo caminho de circuito compreendendo um segundo elemento protetor e um segundo elemento de impedã¢ncia, onde o segundo elemento protetor ã© idãªntico ao primeiro elemento protetor e onde o segundo elemento de impedã¢ncia ã© idãªntico ao primeiro elemento de impedã¢ncia, e (c) um circuito de regulaã§ã£o para regular a corrente no segundo caminho de circuito, de tal modo que citada corrente no segundo caminho de circuito ã© igual ã corrente no primeiro caminho de circuito, onde a queda de tensã£o (vce) entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutaã§ã£o ã© igual ã diferenã§a entre a tensã£o provida pela fonte de tensã£o (vs) e a queda de tensã£o (vm) entre o primeiro terminal de saãda (211) e o segundo terminal de saãda (212). ainda mais, ã© descrito um dispositivo submarino, um sistema e um mã©todo de monitoraã§ã£o.

Description

“APARELHO PARA MEDIÇÃO DE PRECISÃO DE UMA QUEDA DE

TENSÃO, DISPOSITIVO SUBMARINO, E, SISTEMA PARA MONITORAR UM DISPOSITIVO SUBMARINO” CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção relaciona-se ao campo de medição da queda de tensão através de um elemento semicondutor de comutação, em particular a um aparelho para medição de precisão de tal queda de tensão. A presente invenção relaciona-se adicionalmente a um dispositivo submarino incluindo o aparelho anteriormente mencionado, um sistema para monitorar um dispositivo submarino e um método de medição de precisão da queda de tensão através de um elemento semicondutor de comutação.

TÉCNICA FUNDAMENTAL [002] Muitos sistemas energizados eletricamente, tais como controladores de velocidade ajustáveis (ASDs) para aplicações submarinas em conexão, por exemplo, com a produção de óleo e gás, utilizam elementos semicondutores de comutação tais como transistores bipolares de porta isolada (IGBTs). Por exemplo, IGBTs podem ser usados em conversores DC- AC. Em aplicações submarinas, onde IGBTs e outros componentes não estão acessíveis, uma vez que um dispositivo tenha sido arranjado no leito do mar, é desejável ter acesso a informação relativa a modificações no estado dos IGBTs, por exemplo, devido a efeitos de envelhecimento, de tal modo que um tempo de vida esperado pode ser previsto e medidas apropriadas podem ser tomadas. [003] A tensão do estado condução do IGBT é a tensão (Vce) através do IGBT, do coletor para o emissor, quando este está conduzindo corrente e o IGBT está no assim chamado modo de saturação, significando que está operando como uma chave. Esta é a operação normal para um IGBT. Esta tensão é dependente de vários fatores. O fator principal que é dinâmico (não decidido pela construção física do dispositivo) é a corrente fluindo através do IGBT. Corrente crescente significa tensão crescente. Valores típicos para um IGBT saturado podem ser de 0,5 V a 2,5 V. Um outro fator que determina a tensão é o envelhecimento do IGBT. A medida que o IGBT envelhece, a tensão no estado de condução Vce aumenta, A diferença na tensão devido ao envelhecimento é tipicamente de poucas centenas de milivolts através do tempo de vida. [004] E habitual prover alguma espécie de circuito de medição/estimativa de tensão, no sentido de ser capaz de determinar se um IGBT está fora da saturação ou não. A tensão Vce no estado cortado do IGBT (o IGBT não está conduzindo qualquer corrente) pode ser muito alta e o circuito de medição precisa ser protegido desta tensão. Isto é frequentemente feito inserindo um diodo que protege o circuito de medição. Então, enviando uma corrente através do diodo e do IGBT, a tensão entre coletor e emissor (Vce) no estado de condução pode ser estimada medindo a queda de tensão total através do diodo e Vce. A tensão do diodo pode ser estimada e então retirada, permanecendo Vce. [005] Um circuito prático 100 para esta finalidade é mostrado na Figura 1. Conforme mostrado, a fonte de corrente é substituída por uma fonte de tensão Vs e um resistor em série Rl. Isto apresenta duas razões, a primeira sendo que, quando o IGBT está cortado, a corrente de uma fonte de corrente não teria para onde ir, exceto dentro do circuito de medição. O circuito de medição é, por natureza, um circuito de alta impedância e portanto, a fonte de corrente estabelecerá uma alta tensão, que pode danificar o circuito de medição. A outra razão é que fontes de tensão são mais disponíveis. Quando uma fonte de tensão Vs é usada, a medição da tensão Vm estará então sobre o resistor Rl e então a tensão Vce pode ser calculada pela fórmula Vs — Vm — V(D1) — Vce = 0. [006] Usando tal circuito 100, a queda de tensão através do diodo Dl não é medida e é portanto, incerta. A queda de tensão sobre o diodo Dl é não linear com relação à corrente fluindo através do diodo Dl e à temperatura ambiente. Portanto, uma medição de Vce com base no circuito 100 pode não prover precisão suficiente para determinar o envelhecimento do IGBT. [007] Pode então haver uma necessidade de um modo melhorado de medir uma queda de tensão através de um elemento semicondutor de comutação, que proveja suficiente precisão para determinar o envelhecimento do elemento semicondutor de comutação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [008] A necessidade pode ser satisfeita pelo assunto de acordo com as reivindicações independentes. Realizações vantajosas da presente invenção são descritas pelas reivindicações dependentes. [009] De acordo com um primeiro aspecto da invenção é provido um aparelho para medição de precisão de uma queda de tensão entre um primeiro terminal e um segundo terminal de um elemento semicondutor de comutação. O aparelho compreende (a) um primeiro caminho de circuito compreendendo um primeiro elemento protetor, um primeiro elemento de impedância e uma fonte de tensão, onde o primeiro caminho de circuito é adaptado para ser conectado entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação, (b) um segundo caminho de circuito formado entre um primeiro terminal de saída e um segundo terminal de saída, o segundo caminho de circuito compreendendo um segundo elemento protetor e um segundo elemento de impedância, onde o segundo elemento protetor é idêntico ao primeiro elemento protetor e onde o segundo elemento de impedância é idêntico ao primeiro elemento de impedância, e (c) um circuito de regulação para regular a corrente no segundo caminho de circuito, de tal modo que citada corrente no segundo caminho de circuito é igual à corrente no primeiro caminho de circuito, onde a queda de tensão entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação é igual à diferença entre a tensão provida pela fonte de tensão e a queda de tensão entre o primeiro terminal de saída e o segundo terminal de saída. [0010] Este aspecto da invenção é baseado na ideia de que um primeiro caminho de circuito é provido entre o primeiro e segundo terminais do elemento semicondutor de comutação enquanto um segundo caminho de circuito possuindo um segundo elemento protetor e um segundo elemento de impedância que são idênticos aos primeiros elementos correspondentes no primeiro caminho de circuito, é provido entre um primeiro e um segundo terminal de saída. É provido um circuito de regulação que regula a corrente no segundo caminho de circuito de tal modo que esta é igual à corrente no primeiro caminho de circuito. Deste modo, a tensão entre o primeiro e segundo terminais de saída é igual à soma das quedas de tensão através do primeiro elemento protetor e do primeiro elemento de impedância no primeiro caminho de circuito. Em outras palavras, a tensão através do primeiro elemento protetor está incluída na medição e portanto, não tem que ser estimada. [0011] O primeiro elemento protetor, o primeiro elemento de impedância e a fonte de tensão podem ser conectados em série. Em particular, um terminal do primeiro elemento protetor pode ser conectado ao primeiro terminal do elemento semicondutor de comutação, enquanto outro terminal do elemento protetor pode ser conectado a um terminal do primeiro elemento de impedância. O outro terminal do primeiro elemento de impedância pode ser conectado a um terminal da fonte de tensão e o outro terminal da fonte de tensão pode ser conectável ao segundo terminal do elemento semicondutor de comutação. [0012] O primeiro elemento protetor é arranjado para permitir que uma corrente flua no primeiro caminho de circuito quando o elemento semicondutor de comutação está conduzindo e para evitar que uma corrente flua no primeiro caminho de circuito quando o elemento semicondutor de comutação não está conduzindo. [0013] O segundo elemento protetor e o segundo elemento de impedância podem ser conectados em série entre o primeiro e segundo terminais de saída. [0014] O primeiro elemento de impedância e o segundo elemento de impedância são idênticos, no sentido de que são dois elementos físicos separados apresentando substancialmente propriedades físicas idênticas, em particular propriedades elétricas. Similarmente, o primeiro elemento protetor e o segundo elemento protetor são idênticos no sentido de que são dois elementos físicos separados apresentando substancialmente propriedades físicas idênticas, em particular propriedades elétricas. [0015] Consequentemente, uma vez que a corrente fluindo no segundo caminho de circuito é regulada para ser substancialmente igual à corrente fluindo no primeiro caminho de circuito, precisa ser esperado que a tensão entre o primeiro e segundo terminais de saída seja substancialmente idêntica à soma das quedas de tensão através do primeiro elemento protetor e do primeiro elemento de impedância. [0016] Como resultado, a queda de tensão entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação é substancialmente igual à diferença entre a tensão provida pela fonte de tensão e a queda de tensão entre o primeiro terminal de saída e o segundo terminal de saída. [0017] Deste modo, o aparelho de acordo com o primeiro aspecto provê um modo simples de obter uma medição precisa da tensão entre o primeiro e segundo terminais do elemento semicondutor de comutação. De acordo com uma realização da invenção, o circuito de regulação compreender (a) uma primeira unidade de medição para medir a corrente do primeiro caminho de circuito, (b) uma segunda unidade de medição para medir a corrente no segundo caminho de circuito, e (c) um regulador para regular a corrente no segundo caminho de circuito, em resposta a uma diferença entre as correntes medidas pela primeira e segunda unidades de medição. [0018] Em outras palavras, o circuito de regulação constitui um regulador de malha fechada onde a corrente no segundo caminho de circuito é regulada, com base em uma diferença medida, relativa à corrente no primeiro caminho de circuito. [0019] De acordo com uma realização adicional da invenção, o circuito de regulação compreende adicionalmente uma unidade de subtração para calcular a diferença entre as correntes medidas pela primeira e segunda unidades de medição. [0020] A unidade de subtração pode ser uma unidade de subtração digital capaz de subtrair valores de medição representados digitalmente, ou a unidade de subtração pode ser um circuito analógico projetado para subtrair a corrente no segundo caminho de circuito da corrente no primeiro caminho de circuito, no sentido de gerar um sinal de erro para o circuito de regulação. [0021] De acordo com uma realização adicional da invenção, a primeira unidade de medição é adaptada para medir a corrente no primeiro caminho de circuito, com base em uma tensão através do primeiro elemento de impedância, e a segunda unidade de medição é adaptada para medir a corrente no segundo caminho de circuito, com base em uma tensão através do segundo elemento de impedância. [0022] Em outras palavras, as respectivas correntes no primeiro e segundo caminhos de circuito são medidas por meio de unidades de medição de tensão simples porém precisas, conectadas para medir as tensões através dos respectivos elementos de impedância. [0023] De acordo com uma realização adicional da invenção, o primeiro elemento protetor e o segundo elemento protetor são diodos idênticos. [0024] Os diodos são idênticos, no sentido de que são, antes de tudo, diodos do mesmo tipo, preferivelmente da mesma fornada de produção. Ainda mais, é assegurado que as propriedades elétricas, tais como característica corrente-tensão e dependência da temperatura, dos diodos, são idênticas dentro de uma tolerância predeterminada. [0025] De acordo com uma realização adicional da invenção, o primeiro elemento de impedância e o segundo elemento de impedância são resistores idênticos. [0026] Os resistores são idênticos no sentido de que são, antes de tudo, resistores do mesmo tipo com a mesma resistência nominal, preferivelmente a partir da mesma fornada de produção. Ainda mais, é assegurado que as propriedades elétricas, tais como dependência da temperatura dos resistores são idênticas dentro de uma tolerância predeterminada. [0027] De acordo com uma realização adicional da invenção, o primeiro elemento protetor, o segundo elemento protetor, o primeiro elemento de impedância e o segundo elemento de impedância são arranjados para serem expostos a influências ambientais substancialmente idênticas. [0028] Em outras palavras, os elementos protetores e elementos de impedância são arranjados suficientemente próximos um do outro de modo que experimentarão substancialmente a mesma temperatura, umidade, pressão e outros parâmetros físicos relevantes. [0029] Consequentemente, uma vez que o primeiro e segundo elementos protetores e o primeiro e segundo elementos de impedância são respectivamente substancialmente idênticos, expostos substancialmente à mesma corrente e substancialmente às mesmas influências ambientais, é desse esperar que os respectivos elementos operarão de uma maneira altamente similar, se não idêntica. [0030] Então, a tensão medida no primeiro e segundo terminais de saída proverá um valor muito preciso para a tensão através do elemento semicondutor de comutação. [0031] De acordo com o segundo aspecto da invenção, é provido um dispositivo submarino compreendendo (a) um acionador de velocidade ajustável compreendendo um transistor bipolar de porta isolada e (b) um aparelho de acordo com o primeiro aspecto da qualquer das reivindicações de realizações acima, onde o primeiro terminal é o coletor do transistor bipolar de porta invertida e onde o segundo terminal é o emissor do transistor bipolar de porta isolada. [0032] Este aspecto da invenção é essencialmente baseado na mesma ideia que o primeiro aspecto descrito acima e provê um dispositivo submarino com a capacidade de medição de alta precisão da tensão coletor-emissor do IGBT, deste modo permitindo uma análise útil do estado de envelhecimento do IGBT. [0033] De acordo com uma realização da invenção, o dispositivo submarino compreende adicionalmente (a) uma unidade de medição de corrente para medir a corrente de coletor do transistor bipolar de porta isolada e (b) uma unidade de medição de tensão para medir a tensão coletor-emissor do transistor bipolar de porta isolada com base na queda de tensão entre o primeiro terminal de saída e o segundo terminal de saída do aparelho. [0034] Como a tensão coletor-emissor depende da corrente do coletor, pode ser determinado se o IGBT do dispositivo submarino de acordo com esta realização foi influenciado pelo envelhecimento, comparando valores correspondentes das tensões coletor-emissor e correntes de coletor. [0035] Consequentemente, será possível obter uma estimativa para o tempo de vida remanescente do dispositivo submarino de uma maneira fácil e pouco dispendiosa. [0036] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é provido um sistema para monitorar um dispositivo submarino de acordo com a realização acima do segundo aspecto, o sistema compreendendo (a) uma unidade de comunicação para comunicação com o dispositivo submarino, (b) uma unidade de memória e (c) uma unidade de processamento, onde a unidade de processamento é adaptada para receber valores medidos correspondentes da corrente de coletor e tensão coletor-emissor do dispositivo submarino e para determinar um estado de envelhecimento do transistor bipolar de porta isolada, com base em uma comparação dos valores medidos recebidos e valores predeterminados da corrente de coletor e da tensão coletor-emissor armazenados na unidade de memória. [0037] O sistema de acordo com este aspecto da invenção é capaz de processar valores correspondentes da corrente de coletor e da tensão coletor- emissor, em particular, comparando tais valores com valores predeterminados armazenados na unidade de memória. [0038] Deste modo, um sistema pode prover informação relevante relativa ao envelhecimento, a um operador do sistema, de tal modo que medidas relevantes podem ser tomadas antes que um dispositivo submarino funcione mal, devido ao envelhecimento. [0039] De acordo com um quarto aspecto da invenção, é provido um método de medição de precisão de uma queda de tensão entre um primeiro terminal e um segundo terminal de um elemento semicondutor de comutação. O método compreendendo (a) prover um primeiro caminho de circuito compreendendo um primeiro elemento protetor, um primeiro elemento de impedância e uma fonte de tensão, onde o primeiro caminho de circuito é adaptado para ser conectado entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação, (b) prover um segundo caminho de circuito formado entre um primeiro terminal de saída e um segundo terminal de saída, o segundo caminho de circuito compreendendo um segundo elemento protetor e um segundo elemento de impedância, onde o segundo elemento protetor é idêntico ao primeiro elemento protetor, e onde o segundo elemento de impedância é idêntico ao primeiro elemento de impedância e (c) regular a corrente no segundo caminho de circuito de tal modo que citada corrente no segundo caminho de circuito é igual à corrente no primeiro caminho de circuito, onde a queda de tensão entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação é igual a diferença entre a tensão provida pela fonte de tensão e a queda de tensão entre o primeiro terminal de saída e o segundo terminal de saída. [0040] O quarto aspecto é essencialmente baseado na mesma ideia que o primeiro aspecto da invenção descrito acima. [0041] E notado que realizações da invenção têm sido descritas com referência a assuntos diferentes. Em particular, algumas realizações têm sido descritas com referência a reivindicações do tipo método, ao passo que outras realizações têm sido descritas com referência a reivindicações do tipo aparelho. Entretanto, um especialista na técnica concluirá do acima e da descrição a seguir que, a menos que indicado em contrário, em adição a qualquer combinação de recursos pertencentes a um tipo de assunto também qualquer combinação de recursos relacionados a diferentes assuntos, em particular a combinações de recursos de reivindicações do tipo método e recursos de reivindicações do tipo aparelho, faz parte da divulgação deste documento. [0042] Os aspectos definidos acima e aspectos adicionais da presente invenção são aparentes a partir dos exemplos de realizações a serem descritas a seguir e são explicados com referência aos exemplos de realizações. A invenção será descrita em mais detalhe a seguir, com referência a exemplos de realizações. Entretanto, é notado explicitamente que a invenção não está limitada às realizações típicas descritas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0043] Figura 1 mostra um circuito para estimar uma queda de tensão coletor-emissor de um IGBT, de acordo com a técnica anterior. [0044] Figura 2 mostra um diagrama de circuito principal de um aparelho para medição de precisão de uma queda de tensão coletor-emissor de um IGBT, de acordo com uma realização da presente invenção. [0045] Figura 3 mostra um diagrama de circuito detalhado de uma implementação do aparelho mostrado na Figura 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0046] A ilustração no desenho é esquemática. E notado que, em diferentes figuras, elementos similares ou idênticos são providos dos mesmos numerais de referência ou de numerais de referência que diferem somente no primeiro dígito. [0047] Figura 1 mostra um circuito 100 para estimar uma queda de tensão coletor-emissor de um IGBT, de acordo com a técnica anterior. O circuito 100 já foi discutido na introdução e portanto, não será discutido adicionalmente aqui. [0048] Figura 2 mostra um diagrama de circuito principal de um aparelho 201 para medição de precisão de uma queda de tensão coletor- emissor de um IGBT de acordo com uma realização da presente invenção.

Conforme mostrado, o terminal de porta do IGBT é conectado ao circuito de acionamento 205 de um dispositivo de acionamento de velocidade ajustável submarino. O IGBT é acoplado para atuar como uma chave e é acionado com uma frequência de comutação entre 200 Hz e 1200 Hz, onde a frequência nominal é 600 Hz. Quando o IGBT não está conduzindo, a tensão coletor- emissor é cerca de 1 kV. E notado que o princípio do aparelho 201 funciona bem para uma tensão tão baixa quanto 50 V. Na prática, a tensão não excederá provavelmente 2,5 kV, que é o limite da maioria dos semicondutores. Quando o IGBT está conduzindo, a tensão coletor-emissor pode ser entre 0,5 V e 2,5 V, dependendo da corrente de coletor e do IGBT. [0049] Como no circuito da técnica anterior 100 mostrado na Figura 1, um primeiro diodo Dl, um primeiro resistor RI e uma fonte de tensão Vs são conectados em série entre o coletor e o emissor do IGBT. O nível de tensão na fonte Vs precisa ser escolhido de tal modo que seja maior que a queda de tensão esperada através do IGBT e a queda de tensão através do resistor Rl. Daí, o valor do resistor RI e da fonte de tensão Vs precisam coincidir. Mais especificamente, o catodo de Dl está conectado ao coletor do IGBT, o potencial mais baixo de Vs é conectado ao emissor do IGBT e Rl é conectada entre o anodo de Dl e o potencial superior de Vs. O primeiro diodo Dl, o primeiro resistor Rl e a fonte de tensão Vs constituem um primeiro caminho de circuito na terminologia da presente invenção. É notado que, se desejável, por exemplo, por razões de considerações de implementação, a ordem de Dl, Rl e Vs dentro do primeiro caminho de circuito pode ser trocada. Por exemplo, Vs e Rl podem ser permutados, de tal modo que Vs é arranjado entre Rl e Dl. [0050] O aparelho 201 compreende adicionalmente um segundo resistor R2 acoplado em série com um segundo diodo D2 entre um primeiro terminal de saída 211 e um segundo terminal de saída 212. O segundo resistor R2 e o segundo diodo D2 constituem um segundo caminho de circuito na terminologia da presente invenção. Similarmente, conforme discutido acima com relação ao primeiro caminho de circuito, a ordem de D2 e R2 pode ser trocada, se desejável. [0051] O segundo resistor R2 é idêntico ao primeiro resistor Rl, no sentido de que Rl e R2 apresentam a mesma resistência, são do mesmo tipo e, preferivelmente, da mesma fornada de produção. Similarmente, o segundo diodo D2 é idêntico ao primeiro diodo Dl no sentido de que Dl e D2 apresentam a mesma características corrente-tensão, são do mesmo tipo e, preferivelmente, da mesma fornada de produção. Ainda mais, Rl e R2, bem como Dl e D2 apresentam as mesmas características de temperatura. Os componentes são todos arranjados tão próximo um do outro que experimentarão substancialmente influência ambiental idêntica, em particular temperatura, durante a operação. Consequentemente, se a corrente fluindo no primeiro caminho de circuito Dl, Rl, Vs é a mesma que a corrente fluindo no segundo caminho de circuito R2, D2, a queda de tensão total através de Dl e RI será idêntica à queda de tensão total através de R2 e D2, isto é, a tensão de saída Vm entre o primeiro e segundo terminais de saída 211, 212. [0052] Uma primeira unidade de medição 210 é arranjada para medir a queda de tensão através do primeiro resistor RI. Similarmente, uma segunda unidade de medição 220 é arranjada para medir a queda de tensão através do segundo resistor R2. Uma unidade de subtração 230 é acoplada à primeira e segunda unidades de medição 210, 220 para gerar a tensão de diferença ou de erro Verror entre a tensão medida pela primeira unidade de medição 210 e segunda unidade de medição 220. Um regulador de tensão 240 é provido para regular a tensão Vm entre o primeiro e segundo terminais de saída 211, 212, em resposta à tensão de erro Verror a partir da unidade de subtração 230.

Mais especificamente, se a tensão de erro é positiva, o regulador de tensão aumenta a tensão entre os terminais de saída 211, 212. Similarmente, se a tensão de erro é negativa, o regulador de tensão reduz a tensão entre os terminais de saída 211,212. [0053] Em outras palavras, a primeira unidade de medição 210, segunda unidade de medição 220, unidade de subtração 230 e regulador de tensão 240 constituem um circuito de regulação de tensão de malha fechada que assegura que a tensão através do segundo resistor R2 segue a tensão através do primeiro resistor Rl. Como os resistores Rl, R2 são idênticos, segue que as correntes através dos resistores Rl, R2 são também idênticos.

Adicionalmente, como também os diodos Dl, D2 são idênticos, isto é, apresentam a mesma característica corrente-tensão e característica de temperatura, a queda de tensão total através de Dl e Rl será idêntica à queda de tensão total através de R2 e D2, isto é, à tensão de saída Vm entre o primeiro e segundo terminais de saída 211, 212. Então, a tensão coletor- emissor Vce do IGBT é dada por Vce = Vs — Vm. [0054] Como a tensão real através do primeiro diodo Dl é levada em consideração (ao invés de ser estimada como na técnica anterior), o aparelho 201 é capaz de prover uma medição de alta precisão da tensão coletor-emissor Vce do IGBT, no estado de condução. Deste modo, também levando em conta a corrente de coletor do IGBT, o envelhecimento do IGBT pode ser monitorado, comparando a tensão coletor-emissor Vce com valores correspondentes predeterminados. Este valores predeterminados podem ser armazenados em uma memória de um sistema de monitoração (não mostrado) ou podem ser providos a um operador de sistema como uma tabela. [0055] Figura 3 mostra um diagrama de circuito detalhado 301 de uma implantação do aparelho mostrado na Figura 2. O terminal rotulado como Vce deve ser conectado ao coletor de um IGBT. Em comparação com a Figura 2, é notado que o segundo resistor é rotulado RIO (ao invés de R2 como na Figura 2) e que a primeira unidade de medição 210, a segunda unidade de medição 220, a unidade de subtração 230 e o regulador de tensão 240 são todos implementados por componentes analógicos padrão, isto é, resistores, capacitores e amplificadores operacionais. O circuito 301 provê uma saída de medição rápida e precisa Vout. Mais especificamente, o tempo para acomodar dentro de 10 mV é aproximadamente 27 ps.

Consequentemente, o circuito 301 é capaz de prover uma medição muito precisa de uma tensão coletor-emissor de um IGBT quando este último é comutado em frequências tão altas quanto 20 kHz. Em aplicações típicas, em controladores de velocidade ajustável submarinos, onde a frequência de comutação está entre 200 Hz e 1200 Hz, o circuito 301 proverá excelente desempenho. Para frequências mais altas, amplificadores operacionais mais rápidos podem ser usados, embora estes sejam usualmente menos precisos. [0056] E notado que o termo “compreendendo” não exclui outros elementos ou etapas e o uso dos artigos “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade. Também, elementos descritos em associação com diferentes realizações podem ser combinados. E adicionalmente notado que sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitando o escopo das reivindicações.

Claims

1. Aparelho para medição de precisão de uma queda de tensão entre um primeiro terminal e um segundo terminal de um elemento semicondutor de comutação, o aparelho caracterizado pelo fato de compreender primeiro caminho de circuito compreendendo um primeiro elemento protetor, um primeiro elemento de impedância e uma fonte de tensão (Vs), onde o primeiro caminho de circuito é adaptado para ser conectado entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação, segundo caminho de circuito formado entre um primeiro terminal de saída (211) e um segundo terminal de saída (212), o segundo caminho de circuito compreendendo um segundo elemento protetor e um segundo elemento de impedância, onde o segundo elemento protetor é idêntico ao primeiro elemento protetor e onde o segundo elemento de impedância é idêntico ao primeiro elemento de impedância, e circuito de regulação para regular a corrente no segundo caminho de circuito de tal modo que citada corrente no segundo caminho de circuito é igual à corrente no primeiro caminho de circuito, onde a queda de tensão (Vce) entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação é igual à diferença entre a tensão provida pela fonte de tensão (Vs) e a queda de tensão (Vm) entre o primeiro terminal de saída (211) e o segundo terminal de saída (212).

2. Aparelho de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o circuito regulador compreende primeira unidade de medição (210) para medir a corrente no primeiro caminho de circuito, segunda unidade de medição (220) para medir a corrente no segundo caminho de circuito, e regulador (240) para regular a corrente no segundo caminho de circuito em resposta a uma diferença entre as correntes medidas pela primeira e segunda unidades de medição.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o circuito regulador compreende adicionalmente uma unidade de subtração (230) para calcular a diferença entre as correntes medidas pela primeira (210) e segunda (220) unidades de medição.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de medição (210) é adaptada para medir a corrente no primeiro caminho de circuito, com base em uma tensão através do primeiro elemento de impedância, e a segunda unidade de medição (220) é adaptada para medir a corrente no segundo caminho de circuito com base em uma tensão através do segundo elemento de impedância.

5. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento protetor e o segundo elemento protetor são diodos idênticos (Dl, D2).

6. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento de impedância e o segundo elemento de impedância são resistores idênticos (Rl, R2).

7. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento protetor, o segundo elemento protetor, o primeiro elemento de impedância e o segundo elemento de impedância são arranjados para serem expostos a influências ambientais idênticas.

8. Dispositivo submarino, caracterizado pelo fato de compreender controlador de velocidade ajustável compreendendo um transistor bipolar de porta isolada (IGBT), e aparelho (201, 301) de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, onde o primeiro terminal é o coletor do transistor bipolar de porta isolada (IGBT) e onde o segundo terminal é o emissor do transistor bipolar de porta isolada (IGBT).

9. Dispositivo submarino de acordo com a revisão precedente, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente unidade de medição de corrente para medir a corrente do coletor do transistor bipolar de porta isolada, e unidade de medição de tensão para medir a tensão coletor- emissor do transistor bipolar de porta isolada, com base na queda de tensão (Vm) entre o primeiro terminal de saída (211) e o segundo terminal de saída (212) do aparelho.

10. Sistema para monitorar um dispositivo submarino como definido na reivindicação precedente, o sistema caracterizado pelo fato de compreender unidade de comunicação para se comunicar com o dispositivo submarino, unidade de memória, e unidade de processamento, onde a unidade de processamento é adaptada para receber valores medidos correspondentes da corrente de coletor e da tensão coletor- emissor do dispositivo submarino, e para determinar um estado de envelhecimento do transistor bipolar de porta isolada, com base em uma comparação dos valores medidos recebidos e valores predeterminados da corrente de coletor e tensão coletor-emissor armazenados na unidade de memória.

11. Método para medição de precisão de uma queda de tensão entre um primeiro terminal e um segundo terminal de um elemento semicondutor de comutação, o método caracterizado pelo fato de que compreende: prover um primeiro caminho de circuito compreendendo um primeiro elemento protetor, um primeiro elemento de impedância e uma fonte de tensão, onde o primeiro caminho de circuito é adaptado para ser conectado entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação, prover um segundo caminho de circuito formado entre um primeiro terminal de saída e um segundo terminal de saída, o segundo caminho de circuito compreendendo um segundo elemento protetor e um segundo elemento de impedância, onde o segundo elemento protetor é idêntico ao primeiro elemento protetor e onde o segundo elemento de impedância é idêntico ao primeiro elemento de impedância, e regular a corrente no segundo caminho de circuito de tal modo que citada corrente no segundo caminho de circuito é igual à corrente no primeiro caminho de circuito, onde a queda de tensão entre o primeiro terminal e o segundo terminal do elemento semicondutor de comutação é igual à diferença entre a tensão provida pela fonte de tensão e a queda de tensão entre o primeiro terminal de saída e o segundo terminal de saída.