BRPI0607705A2 - dispositivo, método de operação de semicondutor controlável, método de determinar as condições operacionais para semicondutor controlável, método para detectar o efeito de túnel da corrente, método para determinar erros reais e potenciais na operação de semicondutor controlável, método de determinar capacidade de manipular potência de dispositivo instalado - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO, MéTODO DE OPERAçãO DE SEMICONDUTOR CONTROLáVEL, MéTODO DE DETERMINAR AS CONDIçõES OPERACIONAIS PARA SEMICONDUTOR CONTROLAVEL, MéTODO PARA DETECTAR O EFEITO DE TúNEL DA CORRENTE, MéTODO PARA DETERMINAR ERROS REAIS E POTêNCIAIS NA OPERAçãO DE SEMICONDUTOR CONTROLAVEL, MéTODO DE DETERMINAR CAPACIDADE DE MANIPULAR POTêNCIA DE DISPOSITIVO INSTALADO. é proposto um dispositivo (100) que inclui um semicondutor controlável (102), sensor (106), e controlador (104) O semicondutor controlável (102) é associado com um primeiro parâmetro operacional e um segundo parâmetro operacional, sendo o primeiro parâmetro operacional controlável. O sensor (106) está em comunicação com o dispositivo semicondutor controlável (102) e adquire dados relativos ao segundo parâmetro operacional. O controlador (104) está em comunicação com o dispositivo semicondutor controlável (102) e com o sensor (106). O controlador (104) é configurado de modo a acessar dados do dispositivo associados com o semicondutor controlável (102), a controlar o primeiro parâmetro operacional e a receber dados do primeiro sensor (106) relativos ao segundo parâmetro operacional. O controlador (104) determina um primeiro valor previsto dependente dos dados do dispositivo, compara os dados relativos ao segundo parâmetro operacional com o primeiro valor previsto e, se uma primeira condição for detectada com base nesta comparação, modifica dinamicamente o primeiro parâmetro operacional.

Description

DISPOSITIVO, MÉTODO DE OPERAÇÃO DE SEMICONDUTOR CONTROLÁVEL,MÉTODO DE DETERMINAR AS CONDIÇÕES OPERACIONAIS PARASEMICONDUTOR CONTROLÁVEL, MÉTODO PARA DETECTAR O EFEITO DETÚNEL DA CORRENTE, MÉTODO PARA DETERMINAR ERROS REAIS EPOTENCIAIS NA OPERAÇÃO DE SEMICONDUTOR CONTROLÁVEL, MÉTODO DEDETERMINAR CAPACIDADE DE MANIPULAR POTÊNCIA DE DISPOSITIVO INSTALADO

CAMPO DA INVENÇÃO

As modalidades da presente invenção se referem em linhasgerais a semicondutores e a sistemas. Mais especificamente, apresente invenção se refere a sistemas, métodos edispositivos para a operação, controle e monitoramento desemicondutores e sistemas de potência.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Os dispositivos semicondutores de potência são bemconhecidos dos versados na técnica e são habitualmente usadospara a conversão, regulagem e controle de conversãoeletrônica de potência. Tal como blocos de construção desistemas de potência, os dispositivos semicondutores depotência operam tanto no modo de comutação como no modolinear. Os semicondutores de potência satisfazem taisexigências conflitantes como baixo peso e volume, altaconfiabilidade a nivel de circuito, isolamento defeituoso ecapacidades diagnosticas.

Os transistores de potência são um tipo de semicondutorde potência que é usado em uma variedade de aplicações nafaixa de potência de watts a megawatts. Embora a maioria deaplicações use semicondutores de potência no modo decomutação, outras aplicações exigem que os dispositivosoperem na região linear. Tais aplicações incluem carregamentoe descarregamento de capacitores de corrente constante,acúmulo gradual de tensão com carga ("arranque suave") ecomutação de cargas indutivas.

Um pedido para um sistema de potência em modo controladopode ser encontrado, por exemplo, em "Intelligent PowerSystem", N0 de Série 10/692.580, procurador N0 RTN-183 AUS,depositado em 24 de outubro de 2003, inventores Boris S.Jacobson et al, publicado como U.S. 2004/0095023 em 20 demaio de 2004.

A Figura 1, por exemplo, mostra um exemplo de umtransistor Q que funciona no modo linear carregando um bancode capacitor Cx-Cn de uma fonte de voltagem Vin, e a Figura 2é um gráfico mostrando os parâmetros para o circuito detransistores da Figura 1. Antes de to, o transistor bloqueiaa voltagem de fonte. No momento to o transistor gradualmentese liga e começa a carregar o banco de capacitor. Durante ointervalo de tempo to-ti, aplica-se ao transistor que conduza corrente constante uma voltagem que decai linearmente. Aenergia dissipada pelo transistor é P = l/(ti-t0) í IV(t) dtem que v(t) é a voltagem através do transistor, o intervalode integração vai de to a tx e I é a corrente constanteatravés do transistor.

Um problema associado com um tipo de transistores depotência conhecidos como transistor de efeito de camposemicondutor de óxido metálico (MOSFETs), assim como comTransistores Bipolares de Porta Insulados (IGBTs) é que elesnão podem ser otimizados com comutadores e não podem suportara dissipação continua de potência associada com a operação nomodo linear. Uma razão para isso é um fenômeno denominado depontos quentes ou efeito de túnel de corrente. Para umdispositivo ideal, tanto a densidade de corrente como operfil térmico em toda a matriz são geralmente uniformes. Noentanto, a adição de impurezas não uniforme e vazios nomaterial de ligação à matriz podem produzir variações nadensidade e temperatura de corrente em todo o dispositivo.

Uma voltagem Vth de limiar de porta de transistor tipicamentetem um coeficiente térmico negativo. Conseqüentemente, quandoalguns locais da matriz (especialmente na proximidade docentro da matriz) começam a funcionar a uma temperatura maisalta, a Vth destes pontos cai e o ganho Gm de transistorpotência um aumento localizado da densidade de corrente. Acorrente mais alta produz um outro aumento de ganho quefinalmente resulta em descontrole térmico e desastrecatastrófico do dispositivo. Portanto, o efeito de túnel decorrente impede efetivamente o uso dos MOSFETs e IGBTsdisponíveis atualmente em aplicações lineares.

A Figura. 3, por exemplo, é um gráfico de voltagem delimiar de porta de transistor como uma função de temperaturapara um transistor tal como o transistor Q da Figura 1.Conforme mostra a Figura 3, a voltagem Vth de limiar de portade transistor tem um coeficiente térmico negativo.

Conseqüentemente, quando alguns locais da matriz(especialmente na proximidade do centro) começam a funcionara uma temperatura mais alta, a Vth destes locais cai, e oganho de transistor Gm potência um aumento localizado dadensidade de corrente. A corrente mais alta provoca um novoaumento de ganho que finalmente resulta em descontroletérmico e falha catastrófica do dispositivo.

Como um outro exemplo, a Figura 4 é um gráfico de curvasde voltagem de porta de transistor para fonte contratemperatura de junção para diversas correntes de drenagem,para um transistor tal como o transistor da Figura 1. O valorde Id que corresponde à curva de inclinação zero na Figura 4é denominado Icrc de corrente de cruzamento. Um dos métodosmais eficazes de se melhorar o desempenho de transistor nomodo linear consiste em se reduzir a sua corrente decruzamento.

Os dispositivos MOSFET fabricados usando-se as últimastécnicas de processamento tendem a ter uma carga de portamais baixa, uma carga de porta para drenagem mais baixa eR0Son de resistência no estado ligado mais baixa do que osdispositivos de gerações anteriores. A Tabela 1, por exemplo,mostra corrente de cruzamento para três gerações de MOSFETAPT5010 fabricados por Advanced Power Technology (APT). 0APT5010LLC fabricado usando-se o processo M0XVI® mais recentetem uma carga de porta inferior, uma carga de porta adrenagem inferior e uma resistência no estado ligado Rosoninferior à dos dispositivos de geração anterior.Infelizmente, à medida que o desempenho de comutação destedispositivo melhora, a corrente de cruzamento aumenta e a suaoperação linear se deteriora. Pode-se, portanto, ver que oefeito de túnel da corrente efetivamente impede o uso deMOSFETs e de IGBTs atuais em aplicações lineares.

Tabela 1. Corrente de Cruzamento de Transistor paraDiversos Processos

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Uma outra área em que um dispositivo semicondutor depotência convencional pode apresentar problemas é na sua áreade operação segura. Geralmente uma curva de Área OperacionalSegura de Polarização de Avanço (FBSOA) define as voltagensde drenagem máximas e correntes que um dispositivo depotência pode suportar durante a sua ligação ou em condiçõesde polarização de avanço. A curva de Áreas OperacionaisSeguras de Tensão Inversa (RBSOA) define a corrente evoltagem de drenagem de pico durante o desligamento de cargaindutiva quando a voltagem de drenagem de transistor estágrampeada à sua voltagem nominal de ruptura de drenagem parafonte BVdss. A Figura 5 é um gráfico ilustrativo de curvas deárea operacional segura de polarização de avanço (FBSOA) e aFigura 6 é um gráfico ilustrativo de curvas de áreaoperacional segura de polarização reversa (RBSOA).

Poderia se esperar que um transistor tem que operardentro de limites fixos de FBSOA e RBSOA em todas ascondições. No entanto, as curvas de FBSOA e RBSOA limitamsomente as cargas de voltagem de drenagem a fontes máximas.Por outro lado, ao contrário de indicar limites absolutospara um dispositivo, as curvas representam áreas deconfiabilidade "aceitável" freqüentemente expressas comoTempo Médio Entre Falhas (MTBF). Além disso, as curvas deFBSOA normalmente mostram dados para um único pulso decorrente e diversas larguras de pulso diferentes àtemperatura de caixa de 25°C. Como a maioria de aplicaçõesnecessita de operação continua e temperaturas de caixa maiselevadas, a FBSOA tem que ser recalculada para cada casoespecifico.

Disso resulta que muitos projetos não podem toleraralterações nas condições ambientais ou de circuito, tais comouma operação a uma temperatura de junção mais elevada numaemergência com um fluxo de resfriamento reduzido ou ao seprover uma corrente mais alta a um motor enguiçado. Um modode prover um dispositivo semicondutor de potência comcapacidade de tolerar condições ambientais alteradas consisteem se prover um dispositivo que é sobredimensionado para aaplicação. No entanto, tal sobredimensionamento não impedeque os dispositivos possam continuar a ser subutilizados emum modo de operação e sejam expostos a estresses maiores emum outro.

Atualmente, os transistores de potência sofrem de umafalta de diagnóstico e de prognóstico em que é difícil sedeterminar se há algo errado com os semicondutores depotência em funcionamento. Os dispositivos que falharam podemser examinados depois do fato para se determinar as possíveiscausas da falha. 0 método de previsão comum de confiabilidadede transistor de potência confia na temperatura de junção dodispositivo. 0 método de previsão é baseado em modelosteóricos e não leva em conta nem defeitos de fabricação nemcondições operacionais reais. 0 método existente de prever aconfiabilidade de transistor de potência, por exemplo, nãoleva em conta uma falha de dispositivo causada por contatocom sobrecarga da matriz ao substrato ou uma montagemdefeituosa ao escoadouro de calor. Além disso, não existeatualmente nenhum método de inspeção e calibragem detransistores instalados de acordo com a sua capacidade demanipular potência.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOEm uma modalidade, a presente invenção propõe umdispositivo que compreende um dispositivo semicondutorcontrolável, um primeiro sensor e um controlador. 0dispositivo semicondutor controlável (pelo menos um de umtransistor de potências, por exemplo, um transistor deindução estática (SIT), um tiristor, um tiristor controladopor MOS (MCT), um tiristor de desligamento de porta (GTO) eum tiristor de desligamento de emissor (ETO)) é associado comum primeiro parâmetro operacional e com um segundo parâmetrooperacional, sendo pelo menos o primeiro parâmetrooperacional controlável.

O primeiro parâmetro operacional pode, por exemplo,compreender pelo menos um de voltagem de drenagem a fonte,voltagem de coletor a emissor, voltagem de ânodo a cátodo,voltagem de porta, corrente de porta, corrente de base,corrente de dispositivo de drenagem média, corrente dedispositivo de coletor média, corrente de dispositivo deânodo média, corrente de drenagem de pico, corrente decoletor de pico, corrente de ânodo de pico, corrente dedrenagem RMS, corrente de coletor RMS, corrente de ânodo RMS,temperatura da matriz, temperatura da caixa, temperatura dajunção (Tj) , freqüência de comutação e ciclo de atividade.

O segundo parâmetro operacional pode compreender, porexemplo, pelo menos um de um acionador de porta, acionador debase, uma polarização de transistor, uma condição de áreaoperacional segura (SOA), um limiar de voltagem de drenagem afonte (Vds) r um limiar de corrente de drenagem RMS (I drms) r uflftlimiar de corrente de pulso de área operacional segura depolarização de avanço e inversa, (Idm) , um limite de correntede drenagem (I0) de SOA de polarização de avanço limitadopela resistência de drenagem a fonte (Rds(oii))* e uma áreaoperacional do dispositivo de potência

O primeiro sensor (pelo menos um de um sensor detemperatura, um sensor de voltagem e um sensor de corrente,por exemplo) está em comunicação com o dispositivosemicondutor controlável e o primeiro sensor adquire os dadosreferentes ao segundo parâmetro operacional do dispositivosemicondutor controlável. 0 primeiro sensor pode monitorar osemicondutor controlável em mais de um local. Podem tambémser providos sensores adicionais, adquirindo tais sensorespelo menos um de uma condição ambiental (pelo menos uma deuma temperatura, um fluxo de refrigerante e um nivel deumidade, por exemplo) e uma condição mecânica (pelo menos umde tensão, tração, potência, movimento vibração, aceleração echoque, por exemplo) afetando o semicondutor controlável.

O controlador está em comunicação com o dispositivosemicondutor controlável e o sensor. O controlador estáconfigurado para acessar os dados do dispositivo associadoscom o semicondutor controlável, para controlar o primeiroparâmetro operacional do semicondutor controlável, e receberdados do primeiro sensor relativos ao segundo parâmetrooperacional. O controlador determina um primeiro valorprevisto dependente dos dados do dispositivo, compara osdados relativos ao segundo parâmetro operacional com oprimeiro valor previsto, e, se for detectada uma primeiracondição (pelo menos um de sobretemperatura, efeito de túnelde corrente, potência excessiva, sobrecorrente, sobretensãoum problema com o refrigerante, um problema com o escoadourode calor, um defeito da matriz, um defeito de ligação deinterconexão de lasco, um defeito de fixação de lasco e umdefeito de montagem de pacote de dispositivo, por exemplo)com base nesta comparação, o controlador modificadinamicamente o primeiro parâmetro operacional.

Em uma outra modalidade, a presente invenção propõe ummétodo de operação de um semicondutor controlável, estando osemicondutor controlável em comunicação com um primeirosensor. 0 semicondutor controlável é habilitado e um primeiroparâmetro operacional (pelo menos um de voltagem de drenagema fonte, voltagem de coletor a emissor, voltagem de ânodo acátodo, voltagem de porta, corrente de porta, corrente debase, corrente do dispositivo de drenagem média, corrente dedispositivo coletor média, corrente de dispositivo de ânodomédia, corrente de drenagem de pico, corrente de coletor depico, corrente de ânodo de pico, corrente de drenagem RMS,corrente de coletor RMS, corrente de ânodo RMS, temperaturada matriz, temperatura da caixa, temperatura de junção (Tj) ,freqüência de comutação e ciclo de atividade) é controlado.

É monitorado um segundo parâmetro operacional (pelomenos um de um acionador de porta, acionador de base, umapolarização de transistor, uma condição de área operacionalsegura (SOA), um limiar de voltagem de drenagem a fonte(Vds) , um limiar de corrente de drenagem RMS (Idrms) t um limiarde corrente de pulso de área operacional segura (SOA) depolarização de avanço e reversa, (Idm) , uma fronteira decorrente de drenagem (I0) de SOA de polarização de avançolimitada por resistência de drenagem a fonte (Rosfon)), áreaoperacional do semicondutor controlável) .

As informações de dados do dispositivo relativas aosemicondutor controlável (pelo menos um de: voltagem dedrenagem a fonte de ruptura BVDssr limiar de proteção contravoltagem de drenagem a fonte de ruptura BVdss p, voltagem dedrenagem a fonte VDss nominal, limiar de proteção contravoltagem de drenagem a fonte VDss nominal, corrente máxima depulso único I0Mf limiar de proteção contra corrente máxima depulso único IDM, corrente de drenagem I0 continua, limiar deproteção de corrente de drenagem Id continua, corrente emavalanche IAR, limiar de proteção contra corrente emavalanche IAR, Área Operacional Segura de Polarização deAvanço (FBSOA) por default para um único pulso a umatemperatura de junção predeterminada Tj, Área OperacionalSegura de Polarização Reversa (RBSOA) por default para umúnico pulso a uma temperatura de junção predeterminada Tj,uma curva de impedância térmica transitória de junção a caixapara pelo menos um dos modos normal e de avalanche,impedância térmica de escoadouro de calor a caixa Zthhc^impedância térmica de junção a caixa Zthjcr resistência noestado ligado a uma temperatura predeterminada T (RDs <on) (atemperatura T) ) , resistência no estado ligado RDs (on)normalizada contra temperatura, temperatura de escoadouro decalor THs como uma função de potência dissipada Ths(Pm)*limiar de temperatura de junção Tj, carga de recuperaçãoreversa do diodo de corpo integral Qrr e tempo de recuperaçãoreversa trr do diodo de corpo integral Qrir por exemplo) sãoacessadas.

Com base nas informações de dados do dispositivo e nosegundo parâmetro operacional, faz-se uma determinação sobreuma primeira condição (pelo menos um de sobretemperatura,efeito de túnel de corrente, potência excessiva,sobrecorrente, sobretensão, um problema com refrigerante, umproblema com escoadouro de calor, um defeito na matriz, umdefeito na ligação de interconexão da matriz, um defeito defixação da matriz e um defeito na montagem do pacote dodispositivo, por exemplo) existir ou não.

Uma primeira ação é tomada se a primeira condiçãoexistir. A primeira ação pode, por exemplo, ser pelo menosuma de:

(a) modificação da operação do semicondutor controlável;

(b) suspensão do semicondutor controlável;

(c) interrupção da operação do semicondutor controlável;

(d) comutação de um modo operacional do semicondutorcontrolável;

(e) determinação de uma condição de área operacionalsegura (SOA) para o semicondutor controlável com base naprimeira condição detectada e ajuste do primeiro parâmetropara a manutenção da SOA;

(f) verificação de um segundo parâmetro operacionaldiferente;

(g) diagnóstico da primeira condição;

(h) determinação se uma segunda condição poderia ou nãoocorrer com base na primeira condição, compreendendo asegunda condição pelo menos um de sobretemperatura, efeito detúnel de corrente, potência excessiva, sobrecorrente,sobretensão, problema com o refrigerante, problema com oescoadouro de calor, defeito da matriz, um defeito de ligaçãoda matriz, um defeito de fixação de matriz, um defeito namontagem do pacote do dispositivo, um problema de interfacetérmica para o dispositivo de potência, uma confiabilidadereduzida do dispositivo de potência, uma falha do dispositivode potência sob uma carga de corrente alta, e uma falha dodispositivo de potência sob uma alta carga de potência; e(i) provisão de uma notificação.

Em uma outra modalidade, a presente invenção propõe ummétodo para se determinar as condições operacionais para umsemicondutor controlável, tendo o semicondutor controláveluma junção e uma caixa, compreendendo o método:

acesso aos dados do dispositivo associados com osemicondutor controlável, compreendendo os dados dodispositivo um tempo médio predeterminado entre falhas(MTBF) ;

computação de uma impedância térmica Zthjc entre a junçãoe a caixa do semicondutor controlável controlável.

medição da temperatura de junção Tj e da temperatura decaixa Tc do semicondutor controlável pelo menos periodicamente;

cálculo de uma potência dissipada permissível com basepelo menos em parte em Tj, Tc e Zthjc; e

definição de pelo menos uma fronteira de áreaoperacional segura (SOA) dinâmica para o semicondutorcontrolável com base pelo menos em parte na potênciadissipada permissivel e o MTBF, sendo a SOA dinâmica ajustadapelo menos periodicamente com base nas medições periódicas deTj e Tc.

Em uma outra modalidade, a presente invenção propõe,para um dispositivo semicondutor controlável capaz de operarem modo de comutação e linear e compreendendo uma matriz, ummétodo para a detecção de efeito de túnel de corrente nodispositivo semicondutor controlável, compreendendo o métodoas etapas sem ordem de:

(a) monitoração de uma temperatura do centro de matrizem um local substancialmente na proximidade do centro damatriz;

(b) monitoração de uma temperatura da periferia dematriz em um local substancialmente na proximidade daperiferia da matriz;

(c) suspensão da operação do semicondutor controlável sea temperatura do centro da matriz for superior à temperaturada periferia e o modo operacional do semicondutor controlávelfor um modo de comutação; e

(d) interrupção da operação do semicondutor controlávele alteração do seu modo operacional para um modo decomutação, se a temperatura do centro da matriz for superiorà temperatura da periferia e o modo operacional dosemicondutor controlável for um modo linear.

Em uma outra modalidade ainda, a presente invençãopropõe um método para a determinação de erros reais epotenciais na operação de um semicondutor controlável,compreendendo o método as etapas sem ordem de:

(a) monitoração de um conjunto de parâmetros dossemicondutores controláveis, compreendendo o conjunto deparâmetros pelo menos um de um dispositivo, parâmetrooperacional e parâmetro de temperatura;

(b) acesso a um conjunto de dados do dispositivo para osemicondutor controlável;

(c) determinação, com base pelo menos em parte noconjunto de parâmetros e no conjunto de dados do dispositivo,dissipação de potência prevista e temperatura de junçãoprevista do semicondutor controlável;

(d) medição da dissipação de potência real e datemperatura de junção do semicondutor controlável;

(e) comparação da dissipação de potência real com adissipação de potência prevista;

(f) comparação da temperatura de junção real com atemperatura de junção prevista;

(g) determinação se ocorreu ou não um erro real ou sepoderá vir a ocorrer ou não um erro potencial, nosemicondutor controlável, dependendo, pelo menos em parte,das comparações de (e) e (f); e

(h) repetição das etapas (a) a (g) pelo menosperiodicamente durante a operação do semicondutorcontrolável.

Em uma outra modalidade ainda, a presente invençãopropõe um método de determinar a capacidade de manipularpotência de um dispositivo instalado, compreendendo:

a medição de uma temperatura do dispositivo instalado;

a determinação de uma alteração de temperatura previstapara o dispositivo instalado esperada como um resultado de umpulso de teste;

o envio do pulso de teste ao dispositivo instalado;

a medição da alteração de temperatura real dodispositivo instalado como resultado do pulso de teste; e

a comparação da alteração da temperatura real com aalteração de temperatura prevista.

Detalhes que se referem a estas e outras modalidades dapresente invenção são descritos com mais detalhes no presentedocumento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As vantagens e aspectos da presente invenção serão maiscompletamente compreendidos em conjunto com a descriçãodetalhada que segue e os desenhos que acompanham, em que:

Figura 1 é uma vista esquemática de um circuitotransistor operando em modo linear;

Figura 2 é um gráfico mostrando os parâmetros para ocircuito transistor da Figura 1;

Figura 3 é um gráfico de voltagem de limiar de porta detransistor com uma função de temperatura, para o transistorda Figura 1;

Figura 4 é um gráfico de curvas de voltagem de limiar deporta a fonte de transistor pela temperatura de junção paradiversas correntes de drenagem para o transistor da Figura 1;

Figura 5 é um gráfico ilustrativo de curvas de áreaoperacional segura de polarização de avanço (FBSOA);

Figura 6 é um gráfico ilustrativo de curvas de áreaoperacional segura de polarização reversa (RBSOA);

Figura 7 é um primeiro diagrama de blocos de umcomutador de potência integrado inteligente (ISPS) de acordocom uma modalidade da invenção;

Figura 8 é um segundo digrama de blocos de um comutadorde potência integrado inteligente (ISPS) de acordo com umamodalidade da invenção;

Figura 9 é um fluxograma de um método para o controle deum dispositivo de potência, de acordo com uma modalidade dainvenção;

Figura 10 é um fluxograma de um método para a proteçãode um dispositivo de potência de acordo com uma modalidade dainvenção;

Figura 11 é um gráfico ilustrando as fronteiras de umaárea operacional segura de polarização de avanço, de acordocom uma modalidade da invenção;

Figura 12 é um gráfico ilustrando um projeto de uma áreaoperacional segura dinâmica, de acordo com uma modalidade dainvenção;

Figura 13 é um fluxograma de um método para o controledinâmico de área operacional segura (SOA) para um dispositivode potência, de acordo com uma modalidade da invenção;

Figura 14 é um fluxograma de um método para odiagnóstico e previsão de erros para um dispositivo depotência de acordo com uma modalidade da invenção;

Figura 15 é um primeiro diagrama de blocos ilustrativode um sistema inteligente de potência com controledescentralizado e comutadores integrados inteligentes depotência, de acordo com uma modalidade da invenção;

Figura 16 é um segundo diagrama de blocos ilustrativo deum sistema inteligente de potência, de acordo com umamodalidade da invenção; e

Figura 17 é uma ilustração de uma aplicação de umsistema de potência inteligente, de acordo com uma modalidadeda invenção.

Os desenhos não estão em escala, enfatizando-se em vezdisso a ilustração dos princípios da invenção. Além disso,nos desenhos, os mesmos números de referência indicam osmesmos elementos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição abaixo explica determinadas característicasda invenção propondo exemplos usando dispositivos MOSFET,suas propriedades e características. Deve ficar subentendido,no entanto, que as idéias e modalidades da invenção descritano presente documento se aplicam a muitos outros tipos dedispositivos semicondutores incluindo, sem limitação,semicondutores controláveis, semicondutores de três terminaise tais semicondutores de potência como Transistores Bipolaresde Junção (BJTs), Transistores Bipolares de Porta Isolada(IGBTs), tiristores de Desligamento de Porta (GTO) , etiristores de Desligamento de Emissor (ETO).

Em um aspecto a invenção propõe novas característicasque acrescenta um nível de funcionalidade a semicondutores depotência convencionais e define e habilita uma nova classe desistemas de potência reconfiguráveis. A nova classe desistemas de potência reconfiguráveis inclui um dispositivo aque se refere aqui em diante como um Comutador de PotênciaIntegrado Inteligente (ISPS). Pelo menos algumasimplementações de ISPS podem ajudar a resolver diversosproblemas de semicondutores de potência comuns, tais como oefeito de túnel de corrente, uma área operacional segura(SOA) estática, uma falta de informações de prognóstico, umafalta de diagnóstico, uma falta de calibração e métodos deinspeção inadequados de dispositivos instalados.

Pelo menos algumas implementações da invenção tambémpropõem as seguintes características vantajosas:

(1) Detecção e/ou prevenção de efeito de túnel decorrente por monitoração da temperatura de matriz em umamultiplicidade de locais;

(2) Controle dinâmico de uma área operacional segura(SOA) de acordo com uma ou mais de temperatura permitida damatriz para o dispositivo, voltagem e/ou corrente dodispositivo e confiabilidade exigida para o dispositivo;

(3) Autodiagnóstico e prognóstico para se detectar eproporcionar um alerta precoce dos defeitos tais como dematriz, de ligação de matriz, de fixação de matriz e defeitosde montagem do dispositivo, para ajudar a evitar falhascatastróficas e para aumentar a confiabilidade;

(4) Calibração e inspeção de dispositivos instalados porcarregamento de pulsos e monitoração da temperatura da caixados dispositivos instalados;

(5) Mapeamento dos dispositivos de acordo com o aumentoda sua temperatura de caixa e/ou capacidade de manipularpotência; e

(6) Alerta precoce de falhas potenciais.

A Figura 7 é um diagrama de blocos de um comutador depotência integrado inteligente (ISPS) 100, de acordo com umamodalidade da invenção e a Figura 8 é um segundo diagrama deblocos de um comutador de potência integrado inteligente(ISPS), de acordo com uma outra modalidade da invenção;

Referindo-nos às Figuras 7 e 8, o ISPS 100 inclui umsemicondutor controlável dispositivo (a que se refere nopresente documento como um semicondutor controlável 102 emostrado, a titulo de ilustração somente na Figura 8, comosendo um dispositivo de potência MOSFET), pelo menos umsensor 106, e um controlador 104. Conforme mostrado na Figura7, o ISPS 100 pode opcionalmente incluir sensores adicionais(mostrados como segundo sensor 106' e terceiro sensor 106") eo ISPS 100 pode proporcionar potência a uma carga externa150. Observe-se que no diagrama de blocos da Figura 7, parafins de simplicidade, as conexões são mostradas em uma formasimplificada, com uma única linha indicando cada conexão. Oprimeiro sensor 106, por exemplo, pode estar monitorando osemicondutor controlável 102 em mais de um local e podeproporcionar mais de um sinal ao controlador 104, mas aFigura 7 ilustra mesmo assim uma única linha de conexão.

Durante a operação do ISPS 100, o controlador 104controla a operação do semicondutor controlável 102dependendo das entradas provenientes do sensor 106 (em formade uma alça de realimentação, por exemplo). Conforme mostradona Figura 8, por exemplo, o controlador 104 controla oAçionador de Porta para o semicondutor controlável 102 erecebe diversos lançamentos captados pelo sensor 106 (e,opcionalmente, de outros sensores do ISPS 100) para auxiliaro controlador 104 a determinar (opcionalmente em conjunto cominformações adicionais, tais como dados do dispositivo 125)um açionador de porta apropriado. 0 controlador 104 recebedados do sensor 106 pelo menos periodicamente. É vantajosoque o controlador 104 receba dados do sensor 106substancialmente continuamente, de modo que o controladorpossa rápida e dinamicamente modificar a operação dosemicondutor controlável 102 por meio do sinal de controleele fornece ao semicondutor controlável 102.

Na Figura 8, o semicondutor controlável 102 é ilustradocomo um transistor de efeito de campo de óxido metálico(MOSFET), mas esse tipo especifico de semicondutor não élimitante. Um exemplo ilustrativo de um MOSFET utilizávelpara pelo menos algumas modalidades da invenção é um MOSFETde 0,21 ohm, 37 A, e 1000 V, que tem o número parcialAPTl0021JFLL, disponível de Advanced Power Technology, Inc.de Bend, Oregon. O semicondutor controlável 102 pode serqualquer tipo de um dispositivo semicondutor controlável,incluindo, sem limitação, a maioria dos tipos desemicondutores de três terminais, semicondutores de potência,transistores de efeito de campo (FETS) , incluindo FETS dejunção (JFETS) e MOSFETS, Transistores Bipolares de junção(BJTs), Transistores Bipolares de Porta Isolada (IBGTs) ,Transistores de Indução Esática (SITs), Tiristorescontrolados por MOS (MCTs), tiristores de Desligamento dePorta (GTO), e tiristores de Desligamento de Emissor (ETO).

No exemplo em que o semicondutor controlável 102 é umMOSFET, conforme mostrado na Figura 8, o semicondutorcontrolável 102 é associado com diversos parâmetrosoperacionais, alguns dos parâmetros se referindo a parâmetrosque podem ser externamente controlados, alguns dos parâmetrossendo mensuráveis (por um sensor) e alguns dos parâmetrossendo associados com o semicondutor controlável 102propriamente dito. Os parâmetros operacionais do semicondutorcontrolável 102 que podem ser medidos incluem, por exemplo,(sem limitação) voltagem de drenagem, voltagem de porta,corrente de porta, corrente de dispositivo de drenagem média,corrente de drenagem de pico, corrente de drenagem RMS,temperatura da matriz, temperatura da caixa, temperatura dejunção (Tj) , freqüência de comutação e ciclo de atividade.

Os parâmetros operacionais do semicondutor controlável102 que podem ser controlados (pelo controlador 104, porexemplo, ou por outro controle externo) incluem (semlimitação): acionador de porta, polarização de transistor,uma condição de área operacional segura (SOA), um limiar devoltagem de drenagem para fone (Vds) , um limiar de correntede drenagem RMS (Idrms) um limiar de corrente de pulso de áreaoperacional segura de polarização de avanço e reversa, (Idm)/uma fronteira de corrente de drenagem (ID) de SOA depolarização de avanço, limitada por resistência no estadoligado de drenagem a fonte (Rds <on)) / área operacional dodispositivo de potência.

Os parâmetros operacionais do semicondutor controlável102 associados com o dispositivo propriamente dito incluem(sem limitação) dados do dispositivo 125 tais como: voltagemde ruptura de drenagem a fonte BVDSS/ limiar de proteçãocontra voltagem de ruptura de drenagem a fonte BVDss ρ /voltagem de drenagem a fonte VDss nominal, limiar de proteçãocontra voltagem de drenagem a fonte VD5s nominal, correntemáxima de pulso único IDM, limiar de proteção contra correntemáxima de pulso único I0M/ corrente de drenagem I0 continua,limiar de proteção de corrente de drenagem I0 continua,corrente em avalanche IAR, limiar de proteção contra correntede avalanche IAR, Área Operacional Segura de Polarização deAvanço (FBSOA) por default para um único pulso a umatemperatura de junção Tj predeterminada, Área OperacionalSegura de Polarização Reversa (RBSOA) por default para umúnico pulso a uma temperatura de junção Tj predeterminada,uma curva de impedância térmica transitória de junção a caixapara pelo menos um de modos normal e de avalanche, impedânciatérmica de escoadouro de calor a caixa Zthhc/ impedânciatérmica de junção a caixa Zthjc> resistência no estado ligadoa uma temperatura predeterminada T ( Rds <on> u temp τ)) /resistência no estado ligado RDs <on) normalizada contratemperatura, temperatura do escoadouro de calor THs como umafunção de potência dissipada THs(Pm)/ limiar de temperatura dejunção Tj, carga de recuperação reversa do diodo de corointegral Qrr e tempo de recuperação reversa trr do diodo decorpo integral Qrr.

Os dados do dispositivo 125 descritos acima podem serfornecidos, por exemplo, como parte de uma folha de dados dofabricante e podem ser fornecidos ao controlador 104. Em umamodalidade, o controlador 104 acessa os dados do dispositivo125 à medida da necessidade, em que os dados do dispositivoestão localizados externamente ao ISPS 100. Em uma outramodalidade, o controlador 104 recebe e armazena dados dodispositivo em sua memória embutida (a memória não volátil,por exemplo, da Figura 8).

Os parâmetros operacionais podem também incluirparâmetros ambientais e/ou mecânicos (a que se refere, naFigura 7, também como informações ambientais 107 einformações mecânicas 109) que podem afetar a operação dosemicondutor controlável 102. Os parâmetros ambientaisincluem, sem limitação, temperatura, fluxo de refrigerante,um nivel de umidade e corrente puxada por uma carga externa.

Os parâmetros mecânicos incluem, sem limitação, tensão,tração, potência, movimento vibração, aceleração e choque.Conforme será observado pelos versados na técnica, osparâmetros ambientais, especialmente temperatura e nivel deumidade, podem ter um efeito significativo sobre o desempenhode um dispositivo semicondutor. De modo análogo os parâmetrosmecânico podem afetar o desempenho do dispositivosemicondutor, especialmente se o parâmetro mecânico causa umdano físico a todo o dispositivo semicondutor ou parte dele.

O sensor 106 pode consisti em qualquer dispositivoconhecido na técnica que é adaptado para captar um ou maisdos parâmetros operacionais descritos acima. É vantajoso quepelo menos algumas modalidades da invenção usem umamultiplicidade de sensores (os primeiro, segundo e terceirosensores 106, 106' e 106", por exemplo, conforme mostrados naFigura 7) . O sensor 106 pode, por exemplo, ser um sensor devoltagem, um sensor de corrente, um sensor de temperatura, umsensor mecânico etc. Conforme ilustrado na Figura 8, o sensor106 pode ser um sensor de temperatura. O ISPS 100 da Figura 8também inclui um segundo sensor na forma de um de sentido dacorrente 108, incluindo um resistor de sentido 110. Emconjunto, o sensor 106, o do sentido da corrente 108, e oresistor de sentido 110 fornecem dados de parâmetrosoperacionais ao controlador 104. Os dados de parâmetrosoperacionais são ilustrados, a título de exemplo, na Figura18 como as entradas ao controlador 104 rotuladas como"Sentido da Temperatura", "Sentido de Voltagem de Drenagem","Sentido de Voltagem de Porta", "Sentido de Corrente dePorta", e "Sentido da Corrente".

Em pelo menos uma modalidade, o sensor 106 é configuradode modo a captar o mesmo parâmetro em mais de um local noISPS 100, como um auxiliar à detecção de determinados tiposde erros e problemas. Em uma modalidade, por exemplo, osensor 106 é configurado de modo a captar a temperatura emmais de um local no semicondutor controlável (102(temperatura ambiente no centro de uma matriz do semicondutorcontrolável 102, por exemplo, a temperatura em um ou maispontos na periferia da matriz etc.). Quando o semicondutorcontrolável 102 desenvolve um problema tal como o efeito detúnel da corrente, a temperatura no centro da matriz excede atemperatura na sua periferia. Portanto, a detecção dadiferença de temperatura entre o centro da matriz e a suaperiferia indica o início do efeito de túnel de corrente.Conforme será observado pelos versados na técnica há umamultiplicidade de modos de implementar o sensor 106. O sensor106 pode ser implementado, por exemplo, em forma de umamultiplicidade de sensores descontínuos, como um único sensorcom uma multiplicidade de entradas para diversos pontosrespectivos, e muitas outras configurações, dependendo daaplicação especifica. 0 sensor 106 pode também ser pare dosemicondutor controlável 102 e/ou do controlador 104.

O controlador 104 é um dispositivo programável capaz de:(a) receber entradas de um ou mais sensores 106; (b) receberpotência de polarização 122 (em forma de uma entrada paraacionar o semicondutor controlável 102), (c) receber sinaisde comando/controle 128; (d) acessar e/ou armazenar dados dodispositivo 125 associados com o semicondutor controlável102; (e) processar um ou mais de (a) a (d) esta informaçãopara controlar a operação do dispositivo semicondutorcontrolável; e (f) fornecer sinais de status/notificação 124.

Conforme mostrado na Figura 8, em uma modalidade, ocontrolador 104 inclui um regulador e filtro instalado 112,uma entrada recebendo potência de polarização 122 (tal comopotência de polarização isolada), interface de sinais deentrada e saída incluindo uma primeira interface 118 parafornecer informações de status, prognóstico e diagnóstico 124e uma segunda interface 120 para receber dados do dispositivoe sinais de comando 126, um circuito de acionamento de porta114 (tal como UCD7100 disponível de Texas Instrumentos deDallas, Texas), um processador de sinal digital (DSP) oumicrocontrolador 114 opcionalmente tendo memória não volátil(tal como para armazenar dados de dispositivo, por exemplo) ,e conversores analógico/digital (A/D) e digital/analógico(D/A).

0 controlador 104 é programável com vantagem paraimplementar um ou mais dos métodos das Figuras 9, 10, 13, 14e 15, que são descritos abaixo. Estes métodos implementampelo menos algumas novas características da invenção,incluindo, sem limitação, a proteção contra o efeito de túnelde corrente Área Operacional Segura dinâmica, diagnóstico eprognósticos e calibração dos dispositivos instalados.Conforme será observado pelos versados na técnica, os métodosdas Figuras 9, 10, 11, 14 e 15 são aplicáveis a praticamentequalquer tipo de dispositivo de potência e podem seradaptados para eles, embora a titulo de exemplo, os métodossão especificamente ilustrados usando-se o semicondutorcontrolável 102, implementado como um MOSFET.

Em uma modalidade, por exemplo, um método para ocontrole de um dispositivo de potência, tal como ISPS 100 dasFiguras 7 e 8, usa a monitoração continua da temperatura dematriz do semicondutor controlável 102 em mais de um localpara detectar pontos quentes e impedir danos ao semicondutorcontrolável 102. Quando o semicondutor controlável 102desenvolve efeito de túnel de corrente, a temperatura nocentro da matriz excede a temperatura na sua periferia.

Assim, a detecção da diferença de temperatura entre o centroda matriz e a sua periferia indica o inicio do efeito detúnel de corrente.

Se um sensor 106, tal como um sensor de temperatura,detectar pontos quentes quando o semicondutor controlável 102opera no modo de comutação, o semicondutor controlável 102recebe o comando de suspensão. Alternativamente, se osemicondutor controlável 102 opera em um modo linear, comouma alternativa à suspensão, o controlador 104 podeinterromper a operação do semicondutor controlável 102,alterar o modo do semicondutor controlável 102 para o decomutação e recomeçar a operação fornecendo ou drenando umacorrente média equivalente. Uma implementação de um método deproteção contra o efeito de túnel de corrente é ilustrado naFigura 9, que é um fluxograma de um método de controle 200para o controle de um dispositivo de potência tal como umISPS 100, de acordo com uma modalidade da invenção.

Com referência às Figuras 7, 8 e 9, em um método decontrole 200, os dados do dispositivo 125 são recebidos nocontrolador 104 (bloco 210) . 0 controlador 104 pode receberdados do dispositivo 125 .de muitos modos diferentes. Os dadosdo dispositivo 125, por exemplo, podem ser lançadosmanualmente no controlador 104 por um usuário ou outraentidade; o controlador pode acessar os dados do dispositivoarmazenados em outro lugar (tal como em um dispositivoremoto); o controlador 104 pode ser inicializado depois dasua ligação para ser carregado com dados do dispositivo 125etc. 0 controlador 104 pode receber dados do dispositivomuito antes dos demais blocos deste método. Além disso, nobloco 210, os dados do dispositivo 125 podem seropcionalmente armazenados no ISPS 100, tal como na memória docontrolador 104, se o controlador 104 tiver uma memóriainstalada. O controlador 104 pode alternativamente acessardados do dispositivo armazenados externamente 125 ou podesolicitar dados do dispositivo 125 sempre que o controlador104 tiver necéssidade deles.

Se for aplicável, pode ser gerada uma mensagem de statusou notificação (bloco 215) e fornecida a um usuário externo.A mensagem de status, por exemplo, poderia incluirinformações sobre os dados do dispositivo 125. À medida que ométodo de controle 200 da Figura 9 progride, a mensagem destatus do bloco 215 pode incluir uma notificação sobre a áreaoperacional segura (SOA) para o ISPS 100 e/ou uma notificaçãosobre um defeito real ou potencial no IPS 100 que tenha sidodetectado.

O ISPS 100 é habilitado (bloco 220) . Como um exemplo,para o ISPS da Figura 1, isto é obtido pelo controlador 104fornecendo ao dispositivo de potência um sinal suficientepara habilitar o semicondutor controlável 102. Se osemicondutor controlável 102 for, por exemplo, um MOSFET, oISPS poderia ser habilitado EPO controlador 104 fornecendo umsinal de acionamento de porta suficiente para acionar oMOSFET ou no modo linear ou no de comutação (aquele que foraaplicável para a aplicação dada).

A operação do ISPS 100 é monitorada (bloco 230) . Estamonitoração ocorre pelo menos periodicamente, sendovantajoso, se ela ocorrer substancialmente continuamente. Aoperação de monitoração inclui a monitoração de um ou maisdos seguintes parâmetros de dispositivo e/ou operacionais:temperatura da matriz, temperatura da caixa, voltagem dedrenagem, voltagem de porta, corrente de pico de drenagem,valor eficaz (RMS) da corrente de drenagem, corrente dedrenagem média, corrente de porta, temperatura de junção(Tj), freqüência de comutação e ciclo de atividade.

Os parâmetros operacionais adicionais podem sermonitorados no bloco 230. Outros parâmetros operacionais quepodem ser monitorados incluem, por exemplo, (sem limitação)parâmetros ou condições ambientais tais como informaçõesambientais 109 (de uma temperatura, um fluxo de refrigerante,um nivel de umidade e/ou corrente puxada por uma cargaexterna, por exemplo, e parâmetros ou condições mecânicas,tais como informações mecânicas 109 (tração, tensão,potência, movimento, vibração, aceleração e/ou choque, porexemplo)).

Depois dõ bloco 230, os processos do método de controle200 são divididos em três métodos, podendo cada um deles serexecutado (mas não é necessário que seja executado)substancialmente simultaneamente. 0 bloco 400 representa ométodo 400 da área operacional segura (SOA), que é explicadoainda com mais detalhes em conexão com a Figura 13. 0 bloco300 representa o método de proteção 300, que será explicadocom detalhes em conexão com a Figura 10. 0 bloco 500apresenta o método 500 de diagnósticos e prognósticos queserá explicado com mais detalhes abaixo em conexão com aFigura 14.

Observe-se que uma saida do método de proteção 300(bloco 300) é um relatório do tipo de suspensão e falta(bloco 314) que (se o ISPS 100 se encontrar suspenso)finaliza a operação do ISPS 100 (e assim finaliza o método decontrole 200).

A Figura 10 é um fluxograma de um método de proteção 300para a proteção de um dispositivo de potência tal como o ISPS100, de acordo com uma modalidade da invenção. O método deproteção 300 pode ser adaptado para a proteção depraticamente qualquer tipo de dispositivo de potência,conforme será observado pelos versados na técnica. O métodode proteção 300 pode ser implementado como parte do método decontrole 200 da Figura 9, ou pode ser implementado como ummétodo de auto-suporte. Se o método de proteína 300 da Figurafor implementado como parte do método de controle 200 daFigura 9, então os blocos que fazem parte do bloco 301 (que10 inclui os blocos 302, 304, 306) são efetuados através dosblocos 210-230 da Figura 9, e o método de proteção 300 começadepois do bloco 306 na Figura 10.

Além disso, se o método de proteção 300 for implementadocom um método de auto-suporte, executam-se os blocos 302, 304e 306. As funções "Lançar e Armazenar Dados" conduzidas nobloco 302 da Figura 10 são substancialmente iguais às funções"Receber (e Opcionalmente Armazenar) Dados do dispositivo" dobloco 210 da Figura 9, e a descrição fornecida acima para obloco 210 é aplicável ao bloco 302. As funções "habilitarISPS" do bloco 304 da Figura 10 são substancialmente iguaisàs funções "Habilitar ISPS" do bloco 220 da Figura 9 e adescrição dada acima para o bloco 220 é aplicável ao bloco304. De modo análogo, as funções "monitorar parâmetros dedispositivo e operacionais e temperatura da caixa" do bloco306 da Figura 10 são substancialmente iguais às funções"Monitorar Parâmetros de Dispositivo e Operacionais" do bloco230 da Figura 10 e a descrição dada acima para o bloco 230 éaplicável ao bloco 306.

Com referência novamente à Figura 10 e também às Figuras7 e 8, depois dos parâmetros de dispositivo e operacionaisterem sido monitorados, o método de proteção 300 divide suastarefas de proteção em quatro subgrupos (podendo os subgruposoperam concomitantemente, mas não é exigido que o façam):proteção contra sobretemperatura e efeito de túnel decorrente 309, proteção contra potência excessiva 310,proteção contra sobrecorrente 311, e proteção contrasobretensão 312.

No subgrupo de proteção contra sobretemperatura e efeitode túnel de corrente 309 (blocos 315-320), o controlador 104verifica (bloco 315) se a temperatura de junção (Tj) nosemicondutor controlável 102 é superior ou igual ao limiar deTj (conforme determinado pelos dados do dispositivo do bloco302) . Se Tj for superior ou igual ao limiar de Tj, então ocontrolador 104 suspende o semicondutor controlável 102 efornece uma notificação que relata o tipo de falha (bloco 314).

Se Tj não for superior ou igual ao limiar de Tj, então ocontrolador 104 verifica que não foram detectados pontosquentes (a que se refere também como efeito de túnel decorrente) no semicondutor controlável 102. Isto pode serfeito de diversos modos diferentes, conforme será observadopelos versados na técnica. O controlador 104 pode verificar,por exemplo, (a) se ocorrem variações na densidade decorrente e na temperatura em todo o dispositivo; (b) sealguns locais da matriz do semicondutor controlável 102,especialmente na proximidade do centro da matriz, começam afuncionar com uma voltagem de limiar de porta de transistorVth mais baixa; e/ou (c) se há um aumento localizado emdensidade de corrente (causado por uma transcondutância deavanço mais alta) em qualquer parte do semicondutorcontrolável 102. O método preferido consiste em se monitoraras variações da temperatura em toda a matriz.

Se não tiverem sido detectados pontos quentes/efeito detúnel de corrente, então o método de proteção 300 pula devolta para o bloco 306. Se, no entanto, o bloco 316 indicarque foram detectados pontos quentes/efeito de túnel decorrente e o ISPS 100 se encontrar no modo de comutação(bloco 318),' o controlador suspende o semicondutorcontrolável 102 e relata o tipo de falha (bloco 314) . Se obloco 316 mostrar que foram.detectados pontos quentes/efeitode túnel de corrente, faz-se uma verificação para se ver se omodo operacional pode ser alterado (bloco 319) . Se o ISPS 100se encontrar, por exemplo, no modo linear, (bloco 318), aoperação do semicondutor controlável 102 ' pode serinterrompida (bloco 320) sem se desligar o ISPS 100(polarizando o semicondutor controlável 102 por alteração dosinal de acionador de porta, por exemplo) . Se ascaracterísticas de carga permitirem a operação com correntepulsada, o controlador 104 então altera o modo dosemicondutor controlável 102 para um modo de comutação (bloco302), reinicia a operação do ISPS 100 alimentando ou escoandoa corrente média equivalente ou potência (dependendo daaplicação), e pula de volta ao bloco 306. Se, no bloco 219, omodo não puder ser alterado (pelo fato das características decarga não serem compatíveis com a corrente pulsada, porexemplo), o semicondutor controlável 102 é suspenso e o tipode falha é relatado (bloco 314).

No subgrupo 310 de proteção contra potência excessiva, ocontrolador 104 calcula as perdas totais de transistor Pm(bloco 322) a .partir de dois parâmetros operacionais medidos:voltagem de drenagem para fonte (VDs) e corrente de drenagemID. Isto pode ser efetuado de diversos modos, tal como porintegração do produto da sua voltagem e corrente instantâneaspelo intervalo de tempo T. Se o semicondutor controlável 102estiver comutando com freqüência fixa, o intervalo de tempo Té o período da freqüência de comutação. Se o semicondutorcontrolável 102 opera no modo linear ou no modo de comutaçãocom freqüência variável, a dissipação de potência dosemicondutor controlável é calculada tirando-se a média dasperdas durante um intervalo de tempo que inclui, depreferência um número de eventos de ligação e desligamento.

Quando se computam as perdas (bloco 322), as informações sãofornecidas (bloco 313) ao método de diagnósticos eprognósticos 500, que será discutido com mais detalhes emconexão com a Figura 14. Se a perda total Pm exceder o limiarde perda Pm (bloco 324), então o controlador 104 suspende oISPS 100 e fornece uma notificação no tocante ao tipo defalha/defeito (bloco 314). Se, no entanto, a perda total PMfor inferior ao limiar de perda, então o método pula de voltapara o bloco 306.

Com referência agora à Figura 10, no subgrupo 311 deproteção contra sobrecorrente, o controlador 104 verifica sea corrente de pulso Idm excede o limiar (bloco 326). Se talfor o caso, o controlador 104 suspende o ISPS 100 e relata otipo de falha/defeito (bloco 214) . Se a corrente de pulso Idmnão exceder o limiar, então o método pula de volta ao bloco 306.

Para a proteção contra sobretensão, deve-se observarque, para pelo menos algumas modalidades da invenção, podeser viável se proporcionar uma proteção contra sobretensão,somente quando o ISPS 100 tem um meio adicional de removersua potência principal para o ISPS 100 ou se o ISPS 100 temum circuito externo contendo supressores de voltagemtransitória tais como semicondutores, Varistores de ÓxidoMetálico (MOVs), geração de faíscas ou quaisquer outrosdispositivos adequados.

No subgrupo 312 de proteção contra a sobretensão, ocontrolador 104 verifica a sobretensão de drenagem para fonteVds do semicondutor controlável 102 (bloco 328) para ver seela é inferior à voltagem de ruptura do semicondutorcontrolável 102 VDSs· Um dos modos como o controlador 104 podeefetuar tal verificação, por exemplo, consiste na medição dacorrente de vazamento (por meio do sensor de corrente 108,por exemplo) . Se a voltagem do transistor Vds for inferior àsua voltagem de ruptura, VDSs, o método volta para o bloco306. Se Vds for superior ou igual à sua voltagem de ruptura,o controlador verifica se existe uma condição de avalanche(bloco 330). Um modo de verificar se tal fato existe,consiste em verificar se a voltagem de drenagem para fonteVds está constante enquanto a corrente de drenagem atravessao semicondutor controlável. Se Vds não for constante (e se ascondições do bloco 328 são satisfeitas) não há nenhumacondição de avalanche no semicondutor controlável 102, e oresultado mais provável é a falha do semicondutor controlável102. Portanto, se nenhuma condição de avalanche não édetectada no bloco 330, o controlador 104 suspende o ISPS 100e relata o tipo de falha/defeito (bloco 214).

Se, no entanto, o controlador 104 determinar que a Vdspermanece constante, uma corrente de drenagemsubstancialmente decadente atravessa o semicondutorcontrolável, e as condições do bloco 328 são satisfeitas,então o semicondutor controlável 102 está em uma condição deavalanche. 0 controlador 104 então verifica (bloco 312) se acorrente de drenagem I0 é superior ou igual à corrente deavalanche Iar ou se a temperatura de junção Tj é superior ouigual à temperatura de junção máxima, Tj max (bloco 332) . Sequalquer uma destas condições for satisfeita, então osemicondutor controlável 102 falhou ou está próximo defalhar, e o controlador 104 suspende o ISPS 100 e relata otipo de falha/defeito (bloco 214). Se nenhuma das condiçõesno bloco 332 for satisfeita, então o método pula de voltapara o bloco 306.

Um outro aspecto da invenção propõe um método para ocontrole dinâmico da Área Operacional Segura (SOA) dosemicondutor controlável 102 (Figuras 7,8). Este métodopermite o uso total da matriz do semicondutor controlável 102(uma matriz de transistor, por exemplo) e também permite quese aumente com segurança a corrente de acordo com aconfiabilidade exigida do semicondutor controlável e atemperatura de junção.

A Figura 1 é um gráfico ilustrando os limites de umaárea operacional segura de polarização de avanço (FBSOA) paraum semicondutor controlável ilustrativo 102 (neste exemplo,um MOSFET). Estes limites são dados (ou podem ser computados)com base nos dados de dispositivo dados para o semicondutorcontrolável 102 (em uma folha de dados de dispositivo, porexemplo). Como a resistência de drenagem para fonte Rds de umMOSFET é conhecida, o limite de corrente limitado por Rds (0n)mostrado na Figura 11 pode ser determinado aplicando-sequantidades cada vez maiores de voltagem através de drenagempara fonte e medindo-se a quantidade de corrente que flui. Háum limite para a quantidade de corrente que pode fluirindependente da tensão aumentada (isto é, o limite dacorrente de pico) , e, mais adiante ao longo do limite deFBSOA da Figura 11, pode se ver que o semicondutorcontrolável 102 é também sujeito a um limite de potência,atingindo eventualmente um limite, mostrado pelo limite devoltagem da Figura 11, além do qual o semicondutorcontrolável 102 não operara com o MTBF exigido/desejado.

A Figura 12 é um gráfico ilustrando uma idéia de umaárea operacional segura dinâmica, de acordo com umamodalidade da invenção. As curvas que representam a função deMTBF de voltagem e corrente para temperatura de junção fixapara formar uma superfície tridimensional (uma seçãotransversal desta superfície é mostrada na Figura 12 em formade uma área sombreada denominada "Plano Paralelo 454"). Parafins de clareza, o limite de corrente limitado por Rds (0n> daFigura 11 não é mostrado na Figura 12. Uma área no planolimitado pelas linhas pontilhadas na Figura 12 representa aÁrea Operacional Segura Máxima 452 (MSOA) que corresponde aoMTBF mínimo (a que se refere também como "reduzida") . Umaárea no plano paralelo 454 representa um MTBF Aumentado e SOAreduzido 456. Para a concretização da idéia de uma ÁreaOperacional Segura Dinâmica (DSOA), o método da Figura 13"faz deslizar" efetivamente a SOA para cima e para baixo noeixo de MTBF 458 para atingir o desempenho desejado.

O método da Figura 13 (descrito com mais detalhesabaixo) habilita o controle em tempo real de SOA por ajusteda voltagem de transistor e corrente de acordo com atemperatura de junção e da caixa e as características decarga. A operação do método da Figura 13 ajuda a assegurar:(a) autoproteção de um ISPS 100 em substancialmente todas ascondições operacionais (isto é, o ISPS 100, por meio do seucontrolador 104 e as medições feitas por meio dos sensores108 pode se autocorrigir e auto-ajustar para manter uma áreaoperacional segura; (b) a otimização das dimensões da matrize o custo reduzido; e (c) um aumento seguro de correntepulsada no estado curto de batalha (o SOA do ISPS 100 podeser aumentado, por exemplo, para o nível permitido pela SOAmáxima 452) no caso de uma crise ou emergência, para impedirque o ISPS 100 se suspenda a um momento crítico - o ISPS 100pode ser colocado em um tal estado curto de batalha, por meiode comando/controle 128, por exemplo).

Quando se espera que ocorra, por exemplo, um aumentoocasional em dissipação de potência (durante uma partida ouuma operação com uma freqüência de comutação mais alta, porexemplo, quando as perdas por comutação sobem) e se esperaque o ISPS 100 possa somente funcionar com uma SOA 456 com acapacidade reduzida ou "de nível médio", uma solução consisteem se usar uma matriz maior que pode manipular uma potênciamais alta ao nível de redução de capacidade especificada.

Utilizando-se o método da Figura 13, é possível se fazerdeslizar o plano paralelo para baixo na direção da potênciamais alta enquanto durar a condição transitória, atingindo-sea meta com uma matriz menor e menos dispendiosa.

A Figura 13 é um fluxograma de um método 4 00 ("métodoSOA") para o controle dinâmico da área operacional segura(SOA) para um dispositivo de potência, tal como o ISPS 100,de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método SOA 400pode ser adaptado para ajustar dinamicamente os parâmetrosoperacionais de praticamente qualquer tipo de dispositivo depotência, conforme observarão os versados na técnica. Alémdisso, o método SOA 400 da Figura 13 pode ser implementadocomo parte do método de controle 200 da Figura 9 ou pode serimplementado como um método de auto-suporte. Se o método SOA400 da Figura 13 for implementado como parte de método decontrole 200, então os blocos que fazem parte do bloco 401(que inclui os blocos 402, 404, 406) são realmente efetuadosatravés dos blocos 210-230 da Figura 9, e o método SOA 400começa depois do bloco 4 06 na Figura 13.

Por outro lado, se o método de proteção 400 forimplementado como um método auto-suporte, são executados osblocos 402, 404 e 406. As funções "Lançar e Armazenar Dados"conduzidas no bloco 402 da Figura 13 são substancialmenteiguais às funções "Receber (e Opcionalmente Armazenar) Dadosde Dispositivo" do bloco 210 da Figura 9, e a descrição dadaacima para o bloco 210 é aplicável ao bloco 02. As funções"habilitar ISPS" do bloco 404 da Figura 13 sãosubstancialmente iguais às funções "Habilitar ISPS" do bloco220 da Figura 9, e a descrição dada acima para o bloco 220 éaplicável ao bloco 404. Do mesmo modo, as funções "monitorarparâmetros de dispositivo e operacionais e temperatura dacaixa" do bloco 406 da Figura 13 são substancialmente iguaisàs funções "Monitorar Parâmetros de Dispositivo eOperacionais do bloco 230 da Figura 9, e a descrição dadaacima para o bloco 230 é aplicável ao bloco 406.

Referindo-nos às Figuras 7, 8 e 11, o controlador 104calcula o coeficiente de voltagem k como uma função de Tj,ID, MTBF, e outros fatores aplicáveis (bloco 410). Esteresultado é usado para ajudar a calcular a fronteira devoltagem Vb (bloco 4 02) das áreas operacionais seguras depolarização de avanço (FBSOA) e da área operacional segura depolarização reversa (RBSOA), conforme mostrado na Equação (1)abaixo.

VB = k BVdss Eq. (1)

O coeficiente de voltagem k e a fronteira de voltagem Vbsão dados para bloquear 402 para ajustar a fronteira pordefault derivada das curvas SOA a 25°C de pulso único, quesão parte dos dados do dispositivo acessados no bloco 402.

No bloco 414, o controlador 104 calcula a impedânciatérmica transitória de junção para caixa Zthjc(t) usando afreqüência de largura de pulso Tp, e o ciclo de atividade D,conforme mostrado na Equação (2) abaixo:

Zthjc = ZthD + (1 - D) Zth (Tp + T) - Zth(T) + Zth(Tp) Eq. (2)No bloco 416, o controlador 104 calcula a fronteira depotência de FBSOA PB usando Zthjc/ conforme mostrado naEquação (3) abaixo

PB = (Tj - Tcaixa) /Zthjc Eq. (3)No bloco 418, o controlador 104 calcula a corrente RMSde drenagem para fonte IDrms a partir da fronteira de potênciaPB (veja equação (4) abaixo) e estas informações são usadas(bloco 420) para ajustar o limiar de corrente RMS pordefault, de volta na etapa 402. Isto é, o limiar de correnteRMS por default é ajustado e relançado nos dados dodispositivo acessados no bloco 402 para ajustar dinamicamenteeste aspecto da área operacional segura.

Idrms = V (PB/RDS <on>) Eq. (4)

No bloco 422, o controlador 104 calcula a fronteira decorrente de pulso (Idm) de pulso de FBSOA e RBSOA como umafunção do ciclo de atividade D, freqüência de comutação f,temperatura de junção Tj, e confiabilidade (isto é, o tempomédio entre MTBF de falha ou outra característica deconfiabilidade adequada), de acordo com a equação (5) abaixoe estas informações são usadas (bloco 242) para ajustar olimiar de corrente de pulso por default Idm^ de volta naetapa 402.

Idm = Idm (D, f, Tj, MTBF) Eq. (5)

No bloco 426, o controlador 104 calcula a fronteiralimitada por resistência no estado ligado RDs <on> de drenagempara fonte de FBSOA como uma função da temperatura de junção,de acordo com a equação (6) abaixo e estes dados são usados(bloco 428) para ajustar a fronteira limitada por Rds (on) deFBSOA de volta na etapa 02.

Id = Vp/Rds (on) Rds (ON) Eq. (6)

A invenção também propõe um método de diagnósticos eprognósticos que ajuda a autodiagnosticar e/ou prever errosem um dispositivo de potência, tal como o ISPS 100. Esteautodiagnóstico e previsão permitem, por exemplo, que o ISPS100 detecte e/ou preveja defeitos que incluem (sem limitação)defeitos de matriz, de ligação da matriz, de fixação dematriz e de montagem de pacote do dispositivo. 0 método dediagnósticos e prognósticos proporciona um alerta precoce quepode auxiliar a prevenir falhas catastróficas e aumentar aconfiabilidade tanto do dispositivo de potência propriamentedito como de qualquer sistema em que ele estiver instalado.Uma implementação de um, método de autodiagnóstico eprognóstico 500 é ilustrado na Figura 14.

Se o método de autodiagnóstico e prognóstico 500 daFigura 14 for implementado como parte do método de controle200 de Figura 9, então os blocos que fazem parte do bloco 501(que inclui os blocos 502, 504, 506) são realmente efetuadospor meio dos blocos 210-230 da Figura 9 e o método deautodiagnósticos e prognósticos 500 se inicia depois do bloco506 na Figura 14.

Por outro lado, se o método de autodiagnóstico eprognóstico 500 for implementado como um método de auto-suporte, são executados os blocos 502, 504 e 506. As funções"Lançar, Emitir e Armazenar Dados" conduzidas no bloco 502 daFigura 14 são substancialmente iguais às funções "Receber (eOpcionalmente Armazenar) Dados de Dispositivo" do bloco 210da Figura 9, e a descrição dada acima para o bloco 210 éaplicável ao bloco 502. As funções "habilitar ISPS" do bloco504 da Figura 14 são substancialmente iguais às funções"Habilitar ISPS" do bloco 220 da Figura 9 e a descrição dadaacima para o bloco 220 é aplicável ao bloco 504. De modoanálogo, as funções "monitorar parâmetros de dispositivo eoperacionais e a temperatura da caixa" do bloco 506 da Figura14 são substancialmente iguais às funções "MonitorarParâmetros de Dispositivo e Operacionais" do bloco 230 daFigura 9 e a descrição dada acima para o bloco 230 éaplicável ao bloco 506.

Com referência às Figuras 7, 8 e 14, o controlador 104verifica se o ISPS 100 se encontra no modo de comutação(bloco 510). Se o semicondutor controlável 102 estiveroperando no modo linear, o método pula para o bloco 514. Se,no entanto, o semicondutor controlável 102 estiver no modo decomutação, o controlador 104 calcula as perdas de potência,inclusive dissipação de potência de porta Pgt , dissipação decomutação Psw^ dissipação de potência do diodo de corpointegral PD, e a dissipação de potência de vazamento detransistor PLK. (Bloco 512). Cada um destes cálculos édiscutido em detalhes abaixo. A equação (7) é usada paracalcular a dissipação de potência de porta PGT:Pgt = l/T í|VGS)t| |IG(t)| dt para intervalo de tempo deintegração de 0 a T. Eq. (7)

Para as equações (7) a (12), o intervalo de tempo T édefinido do seguinte modo: Se o semicondutor controlável 102estiver comutando com freqüência fixa, o intervalo de tempo Té o período da freqüência de comutação. Se o semicondutorcontrolável 102 estiver operando com freqüência variável, adissipação de potência do semicondutor controlável 102 écalculada tirando-se a média das perdas definidas nasequações (7) a (12) durante um intervalo de tempo operacionalque inclui um número de eventos de ligação e desligamento. Aequação (8) é usada para calcular a dissipação de potência decomutação PSw:

Psw = l/TjvDs (t) I0 (t) dt para Vds>0,ID >0 e intervalo de tempode integração de ti a t2. Eq. (8)

em que: ti é definido como o momento no tempo em que ig>0,1 Igpk para ig positivo e VDs <0,1 Vdss

t2 é definido como o momento no tempo em que ig > 0,1Igpk para ig negativo e Ids < 0,1 VDss

Podem ser usados outros critérios para a definição dointervalo de tempo de integração sem afetar a substânciadesta invenção.

As equações (9) a (11) são usadas para calcular adissipação de potência de diodo de corpo integral PD.

Pd = Pd cond + Pd sw (t) Eq. (9)

Pdcond = l/T í Vds (t) ID(t) dt para Vds <0, I0 < 0 eintervalo de tempo de integração de 0 a T Eq. (10)

Pdsw = Qrr /T J Vds (t) dt para intervalo de tempo deintegração de 0 a trr. Eq. (11)

em que Qrr é carga de recuperação reversatrr é tempo de recuperação reverso

Equação (12) é usada para calcular a dissipação depotência transmitida PlkPlk = l/T í V„s(t)ID(t) dt para Vds = Vdd O, I0 > O eintervalo de tempo de integração de 0 a T. Eq. (12)

No bloco 514, o controlador 104 resolve duas equaçõesnão lineares (Equações (13) e (14) abaixo, respectivamente)para a perda de potência PCalc e a temperatura de junção Tjcalcusando um procedimento numérico análogo ao descrito em R.Severns (Ed. Chefe), MOSPOWER Applications Handbook,Siliconix Inc., 1984, páginas 4-17 a 4-21;

Pcalc = Pg + Psw + Pd + Plk + Irms2 Rds (on) (25°c)Rdsn Eq. (13)Tjcalc — THs + Pcalc (Zthhc + Zthjc) Eq. (14)

É acessada a dissipação de potência de transistor medidaPm (Pm pode ser determinada ou adquirida de muitos modosdiferentes, incluindo de método de proteção 300, bloco 313, apartir do algoritmo de proteção). A dissipação de potência ea temperatura de junção calculadas e medidas são comparadasnos blocos 518, 522, 526 e 530. Observe-se que os blocos 518,522, 526 e 530 podem ser executados em qualquer ordem; aordem ilustrada é dada a titulo de exemplo e não é limitante.Se Pcalc > Pm e se Tjcalc > Tjm (bloco 518), então sepressupõe que as condições do bloco 520 existam (isto é, aresistência no estado ligado Rds (0n) se encontra dentro delimites, assim como as impedâncias térmicas Zthhc e Zthjc) ·Pressupõe-se que ISPS 100 não tenha problemas e o método pulade volta para o bloco 506. Opcionalmente, as informações deprognóstico e de diagnóstico podem também ser relatadas comoparte da realimentação ao bloco 502.

Se Pcalc ^ Pm e & TJcalc < Tjm (bloco 522) a resistência noestado ligado Rds <on) s® encontra dentro de limites, mas aimpedância de interface térmica, incluindo ou Zthhc ou Zthjc outanto Zthhc como Zthjc excede valores especificados (bloco524) . Como a impedância térmica mais alta resultará em umatemperatura de junção mais elevada, o Rds (on) aumentará até odispositivo atingir o equilíbrio térmico. Assim, a condiçãodetectada tem uma natureza transitória e diagnosticaráproblema na interface térmica para algumas cargas pulsadas oupara uma carga fixa durante a ligação. 0 prognóstico é umaconfiabilidade reduzida do dispositivo e falha potencial sobuma carga de potência alta. As informações de prognóstico ede diagnóstico podem ser relatadas como parte darealimentação ao bloco 502 e o método propriamente dito pulade volta para o bloco 506.

Se Pcalc < Pm e & Tjcalc ^ Tjm (bloco 526), a situaçãodescrita acima para o bloco 522 é invertida. Com estacondição, a impedância térmica combinada Zthhc + Zthjc éinferior à especificada, mas a resistência no estado ligadoRds (on) é superior à normal (bloco (528) . Estas condiçõesdiagnosticam ou o defeito da matriz ou o de conexões dematriz e o prognóstico é uma confiabilidade de dispositivoreduzida e uma falha potencial sob uma corrente alta ou cargade potência alta. As informações sobre prognóstico ediagnóstico podem ser relatadas como parte da realimentaçãoao bloco 502, e o método propriamente dito pula de volta parao bloco 506.

Se Pcalc < Pm e & Tjcalc < Tjm (bloco 530), o ISPS 100 podeter qualquer um dos defeitos descritos acima, isto é, ou aimpedância térmica combinada ou a resistência no estadoligado, ou tanto a impedância térmica e a resistência noestado ligado são superiores à normal (bloco 532) . Estascondições podem indicar ou um defeito da matriz ou dasconexões da matriz no semicondutor controlável 102. 0prognóstico é uma confiabilidade de dispositivo reduzida euma falha potencial sob corrente alta ou alta carga depotência. As informações do prognóstico e do diagnósticopodem ser relatadas como parte da realimentação ao bloco 502.

No bloco 534, a temperatura de escoadouro de calor THs écomparada com a temperatura esperada THs set determinada apartir da função THs(pm)· Se a temperatura de escoadouro decalor for superior à esperada para a dissipação de potênciamedida, é relatado um problema com o escoadouro térmico oucom o refrigerante do escoadouro de calor (bloco 536), e ométodo propriamente dito pula de volta ao bloco 506. Observe-se que os blocos 534 e 536 podem ser efetuados praticamente aqualquer momento depois do bloco 506, inclusive antes dequalquer um dos blocos 510-532 ou entre quaisquer deles, efornece-se a apresentação dos blocos 534 e 536 efetuadosneste ponto no método de diagnóstico e prognóstico 500 atitulo de exemplo, sem finalidade limitadora.

Em um outro aspecto, a invenção b propõe um método decalibração dos dispositivos de potência instalados, tais comoos ISPS 100 das Figuras 7 e 8. Este método se baseia, pelomenos parcialmente, na dependência da capacidade demanipulação de potência do ISPS 100 da sua impedância térmicada caixa a escoadouro de calor. Isto é, o projeto e aoperação do ISPS 100 permitem que ele seja calibrado quandoinstalado, com base na sua capacidade de montagem emanipulação de potência.

A Figura 15 é um primeiro diagrama de blocos ilustrativode um sistema de potência inteligente 600 tendo osdispositivos de potência instalados, com um controledescentralizado e comutadores de potência integradosinteligentes, de acordo com uma modalidade da invenção. 0sistema 600 é um sistema reconfigurável inteligente capaz defuncionar com uma série de cargas e tendo um controledescentralizado, ao contrário de um hierárquico.

O sistema de potência inteligente 600 da Figura 15 tendoum controle distribuído em três níveis inclui um sistema desupervisão 61, contendo uma fonte de energia principal earmazenagem, que pode controlar e estar em comunicação com umou mais subsistemas de potência locais 614. Cada subsistemade potência local 614 inclui uma carga e uma multiplicidadede ISPSs 100 das Figuras 7 e 8. Cada subsistema de potêncialocal 614 controla determinados aspectos da sua operação (pormeio de um controlador local 626 que toma decisões sobre ocontrole de potência e se comunica com outros controladoreslocais), comunica o status e as decisões operacionais aosistema de supervisão 612 (novamente, por meio do controladorlocal 626) e pode, se for necessário, receber controle desupervisão do sistema de supervisão 612. 0 sistema desupervisão 612 pode, se for necessário, habilitar ocompartilhamento de potência entre cada subsistema depotência 614.

0 sistema de supervisão 612 inclui o controlador desupervisão 616, um ou mais sensores de monitoração 618, e umamultiplicidade de ISPSs que habilitam o controle da potênciacomum 620. A potência comum 620 representa o conjunto de umaou mais fontes de potência capazes de satisfazer asnecessidades substancialmente de todos os subsistemas depotência locais 614. Cada subsistema de potência local 614inclui um ou mais dispositivos de potência locais 623(similar ao semicondutor controlável 102 já descrito)fornecendo dados a um ou mais sensores de monitoração locais,que comunicam as informações ao controlador local 26. Nosistema de supervisão 612, os sensores de monitoração 18adquirem dados da potência comum 620 e comunicam os dados aocontrolador de supervisão 16.

Quando os subsistemas de potência locais 614 sãoconectados às cargas 625, o controlador de supervisão 616envia um pulso de ligação (de habilitação) de largurapredeterminada a todos os subsistemas de potência locais 614.

Os dispositivos de potência 623 são carregados durante aduração do pulso e, por meio dos sensores de monitoraçãolocais 619, monitoram e relatam o seu aumento da temperaturade caixa ao controlador local 26. 0 controlador local 626relata estas informações ao controlador de supervisão 16. Aelevação esperada de temperatura de caixa é baseada naimpedância térmica especificada de caixa a escoadouro decalor que é acessada pelo controlador de supervisão 616 e éarmazenada na memória de controlador local 626, assim comosobre a dissipação de potência de cada subsistema de potêncialocal 614. Assim, todos os subsistemas de potência locais 614são mapeados de acordo com a sua elevação de temperatura decaixa e, eventualmente, com a capacidade de manipulação depotência. A titulo de exemplo, mapeamento, neste contexto,inclui uma situação em que, em um diagrama de circuitomostrando conexões do sistema de potência total, cada ISPStem um número correspondente que identifica sua capacidade demanipulação de potência, estatisticamente a média, acima damédia e abaixo da média. 0 mapeamento permite que ocontrolador de supervisão 16 determine o modo como se podedistribuir melhor a potência entre cada subsistema depotência local 614. Como os dispositivos com uma elevação detemperatura de caixa acima da esperada podem ter defeitos demontagem, o mapeamento dos subsistemas de potência locaistambém proporciona uma oportunidade de identificá-los parauma manutenção corretiva.

Assim, em uma modalidade, a presente invenção propõe ummétodo de determinar a capacidade de manipular potência de umdispositivo instalado, tal como um dispositivo de potência,medindo-se uma temperatura do dispositivo instalado. Umaalteração prevista de temperatura (uma elevação detemperatura, por exemplo) é determinada para o dispositivoinstalado, naquele lugar onde se espera a alteração previstada temperatura como resultado de um pulso de teste. Um pulsode teste é enviado ao dispositivo instalado. É medida aalteração da temperatura real do dispositivo instalado comoresultado do pulso de este. A alteração de temperatura real écomprada com a alteração de temperatura prevista. Acomparação da alteração de temperatura real com a alteraçãode temperatura prevista pode ser usada para se determinar acapacidade de manipular potência do dispositivo instalado.Com base no conhecimento da capacidade de manipulação dapotência do dispositivo instalado, pode ser tomar uma açãotal como a atribuição de uma carga ao dispositivo instalado,com base, pelo menos parcialmente, na capacidade demanipulação de potência, o ajuste de uma carga operativamenteacoplado ao dispositivo instalado, com base, pelo menos emparte, na capacidade de manipulação de potência, e/ou aredistribuição de uma carga operativamente acoplada aodispositivo instalado, com base, pelo menos parcialmente, nacapacidade de manipulação de potência.Depois do mapeamento, cada subsistema local 614 operausando dois níveis de controle, cada controlador local 626comunicando-se com os demais controladores locais esupervisionando os ISPSs locais que continuam a tomardecisões de SOA, fornecendo autodiagnósticos etc. No sistema600, no entanto (que, a titulo de exemplo somente, em trêsníveis de controle) as decisões referentes ao fluxo depotência total, resolução de conflitos locais 626 eprocessamento das informações de status de cada subsistemalocal, são conduzidas pelo controlador de supervisão 616, quepode responder (por exemplo) comutando parte ou toda acapacidade de potência do sistema local 614 a um outrosubsistema local, ultrapassando uma suspensão do subsistemalocal 614, fornecendo realimentação a um usuário externo 628sobre erros relatados e/ou previstos etc.

A Figura 16 é um sistema de potência em cascata 700 comum controle em dois níveis que proporciona uma implementaçãoadicional do sistema de potência inteligente 600 da Figura 15e mostra como uma multiplicidade de dispositivos ISPS podeser disposta em cascata juntos. Na Figura 16, o controlador616 supervisiona quatro dispositivos ISPS: ISPS 614A, 614B,614C e 614D. 0 ISPS 614A é acionado pela fonte de energia617A e é usado para acionar o suprimento de energia 619A. Demodo análogo, ISPS 614B é acionado pela fonte de energia 617Be é usado para acionar o suprimento de energia 619B. 0suprimento de energia 619A aciona ISPS 614C e o fornecimentode energia 619B aciona o ISPS 614C. Cada um de ISPS 614C eISPS 614D fornece energia às cargas 625A, 625B, 625C e 625D.O controlador 616 fornece controle de fluxo de potência(inclusive compartilhamento de potência) entre todos oselementos do sistema de potência em cascata 700 e monitoracada ISPS 614 para ajudar a prevenir/reduzir falhas em pontosúnicos. No entanto, a maior parte dos detalhes destemonitoramento e controle são parte do algoritmo que éespecífico a cada sistema.

A Figura 17 é uma outra aplicação do ISPS descrita nopresente documento. A Figura 17 ilustra um controle maissimples de um único nivel com um circuito de comutador edescarga à base de ISPS 800 que pode ser usado para uma barrade corrente continua (CC) que tem uma unidade de armazenagemde energia. Nesta aplicação, o ISPS reduz o número de sinaisde interconexão, melhora o desempenho (segurança, rapidez deresposta, confiabilidade de nivel de sistema) e acrescentafuncionalidade (usando os métodos descritos nas Figuras 9,10, 13 e 15 no presente documento).

Uma ou mais modalidades da invenção poderiam seradaptadas para funcionar em muitos tipos diferentes desistemas de potência, incluindo, sem limitação, o já citado"Intelligent Power System" N0 de Série 10/692.580, procuradorN0 RTN-183 AUS, depositado em 24 de outubro de 2003,inventores Boris S. Jacobson et al, publicado como U.S.2004/0095023 em 20 de maio de 2004.

Conforme demonstrado pela descrição acima e pelasfiguras associadas, a invenção propõe, sistemas, métodos edispositivos para sistemas de potência que proporcionamautodiagnósticos de falhas, previsão de falhas potenciais,calibração de dispositivos instalados/sistemas e auto-ajustedinâmico de parâmetros operacionais, todos eles levando emconta as condições operacionais reais. Pelo menos algumasmodalidades da invenção proporcionam a capacidade dedeterminar se há algo errado com os dispositivos de potênciaque parecem estar em funcionamento. Além disso, pelo menosalgumas modalidades da invenção proporcionam métodos deinspeção e calibragem de transistores instalados de acordocom a sua capacidade de manipular potência.

Nas Figuras deste pedido, em alguns casos, pode serapresentada uma multiplicidade de elementos de sistema oublocos de método como ilustrando um determinado elemento deum sistema, e pode ser mostrado um único elemento de sistemaou bloco de método como ilustrativo de uma multiplicidade deelementos de sistema específicos ou blocos de método. Deveficar subentendido que o fato de mostrar uma multiplicidadede um elemento especifico ou bloco especifico não implica queum sistema ou método implementado de acordo com a invençãodeva compreender mais de um daquele elemento ou bloco, nem sepretende, com a ilustração de um único elemento ou bloco, quea invenção seja limitada a modalidades que tenham somente umúnico daqueles elementos ou blocos respectivos. Além disso, onúmero total de elementos ou blocos apresentados para umelemento de sistema ou método especifico não se destina a serlimitador; os versados na técnica observarão que o número deum elemento de sistema ou de blocos de método específicospode em alguns casos, ser selecionado para se adaptar àsnecessidades específicas do usuário.

Além disso, nas Figuras, para os desenhos, fluxogramase/ou digramas de fluxo ilustrando os métodos ou processos, osblocos retangulares são "blocos de processamento" que podemrepresentar uma ou mais instruções (ou grupos de instruções),tal como nas instruções de software de computador. Os blocosem losangos são "blocos de decisão", que tem uma ou maisinstruções (ou grupos de instruções) tal como instruções desoftware de computador, que afetam a execução das instruçõesde software de computador representadas pelos blocos deprocessamento. Alternativamente, os blocos de processamento ede decisão representam ações conduzidas por circuitosfuncionalmente equivalentes tais como circuito processador desinal digital, um microcontrolador, ou um circuito integradoespecífico a aplicação (ASIC). Além disso, ações e blocospodem ser implementados usando-se combinações de elementosfísicos e software.

Os desenhos, fluxogramas, diagramas de blocos, ediagramas de fluxo não ilustram a sintaxe de qualquerlinguagem de programação específica. Pelo contrário, osdesenhos, fluxogramas, diagramas de blocos e diagramas defluxo ilustram as informações funcionais que os versados natécnica necessitam para fabricar circuitos e/ou para gerarsoftware de computador para conduzir o processamentonecessário de acordo com a presente invenção. Observe-se quemuitos elementos de programa de rotina, tais comoinicialização ' de alças e variáveis e o uso de variáveistemporárias não são mostrados. Os versados na técnicaobservarão que na técnica, a não ser que séja indicado emcontrário no presente documento, a seqüência especifica dasetapas descritas tem cunho ilustrativo somente e pode-sefazer a mesma variar sem que se desvie do espirito dainvenção. Portanto, a não ser que seja declarado emcontrário, as etapas descritas no presente documento estãosem ordem significando que, sempre que possível, as etapaspodem ser conduzidas em qualquer ordem conveniente oudesejável.

Além disso, o software usado para implementar toda ainvenção ou parte dela pode ser incorporado a um produto deprograma de computador que inclui um meiò utilizável porcomputador. Um tal meio utilizável por computador podeincluir, por exemplo, um dispositivo de memória legível, talcomo um dispositivo de HD, um CD-ROM, um DVD-ROM, ou umdisquete de computador tendo nele armazenados segmentos decódigo de programa legíveis por computador. 0 meio legívelpor computador pode também incluir um link de comunicação, ouótico, por fio ou sem fio, tendo nele portados segmentos decódigo de programa tais como sinais digitais ou analógicos.

Na descrição das modalidades da invenção ilustradas nasfiguras, a terminologia específica (linguagem, expressõesnomes de marcas de produto, por exemplo, etc.) é usada parafins de clareza. Estes nomes são dados a título de exemplosomente e não tem caráter limitador. A invenção não élimitada à terminologia específica assim selecionada e cadatermo específico inclui pelo menos todos os equivalentesgramaticais, literais, científicos, técnicos e funcionais,assim como qualquer outra coisa que opera de um modo análogopara atingir um fim análogo. Além disso, nas ilustrações,figuras e texto, podem ter sido dados nomes específicos acaracterísticas, elementos, circuitos, módulos, tabelas,módulos de software, sistemas específicos, etc. Talterminologia usada no presente documento, no entanto, sedestina a descrever e não a limitar.

Embora a invenção tenha sido descrita e ilustrada em umaforma preferida com um determinado grau de especificidade,deve ficar subentendido que a presente descrição damodalidade preferida foi feita somente a titulo de exemplo, eque numerosas alterações nos detalhes da construção ecombinação e arranjo de partes podem ser feitas sem que hajadesvio do espirito e âmbito da invenção.

Tendo se descrito e ilustrado os princípios datecnologia com referência a implementações específicas, seráreconhecido que a tecnologia pode ser implementada em muitasoutras formas diferentes e em muitos ambientes diferentes. Άtecnologia descrita no presente documento pode ser usada emcombinação com outras tecnologias. Conseqüentemente,pressupões-se que a invenção não deva ser limitada àsmodalidades descritas mas, pelo contrário, deve ser limitadasomente pelo espírito e âmbito das reivindicações apensas.

Claims (42)

1. Dispositivo, caracterizado pelo fato de quecompreende:um dispositivo semicondutor controlável, sendo odispositivo semicondutor controlável associado com umprimeiro parâmetro operacional e um segundo parâmetrooperacional, sendo pelo menos o primeiro parâmetrooperacional, controlável;um primeiro sensor em comunicação com um dispositivosemicondutor controlável, adquirindo o primeiro sensor dadosreferentes ao segundo parâmetro operacional do dispositivosemicondutor controlável; eum controlador em comunicação com o dispositivosemicondutor controlável e o sensor, sendo o controladorconfigurado para acessar dados do dispositivo associados como semicondutor controlável, controlar o primeiro parâmetrooperacional do semicondutor controlável e receber dados doprimeiro sensor referentes ao segundo parâmetro operacional,determinando o controlador um primeiro valor previstodependente dos dados do dispositivo, comparando os dados quese referem ao segundo parâmetro operacional com o primeirovalor previsto, e, se, com base nesta comparação, fordetectada uma primeira condição, modificando dinamicamente oprimeiro parâmetro operacional.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o semicondutor controlávelcompreende pelo menos um de um transistor de potência, umtransistor de indução estática (SIT), um tiristor, umtiristor controlado por MOS (MCT), um tiristor dedesligamento de porta (GTO) e um tiristor de desligamento deemissor (ETO).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor compreendepelo menos um de um sensor de temperatura, um sensor devoltagem e um sensor de corrente.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o primeiro parâmetrooperacional compreende pelo menos um de uma voltagem dedrenagem a fonte, uma voltagem de coletor a emissor, umavoltagem de ânodo a cátodo, uma voltagem de porta, correntede porta, corrente de base, corrente de dispositivo dedrenagem média, corrente de dispositivo coletor médio,corrente de dispositivo de ânodo médio, corrente de drenagemde pico, corrente de coletor de pico, corrente de ânodo depico, corrente de drenagem RMS, corrente de coletor RMS,corrente de ânodo RMS, temperatura da matriz, temperatura docaixa, temperatura da junção (Tj) , freqüência de comutação eciclo de atividade.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundosensor que adquire dados relativos a um terceiro parâmetrooperacional do semicondutor controlável, o segundo sensor emcomunicação com o controlador e recebendo o controlador dadosrelativos ao terceiro parâmetro operacional do segundosensor;determinando o controlador um terceiro parâmetrooperacional previsto dependente dos dados do dispositivoarmazenados, comparando os dados relativos ao terceiroparâmetro operacional com o terceiro parâmetro operacionalprevisto e, se for detectada uma primeira condição,modificando o primeiro parâmetro operacional.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um do primeirosensor e controlador adquire seus dados pelo menos de um deperiodicamente e substancialmente continuamente.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o segundo parâmetrooperacional compreende pelo menos um de um acionador deporta, acionador de base, polarização de transistor, umacondição de área operacional segura (SOA), um limiar devoltagem de drenagem a fonte (VDs) , um limiar de corrente dedrenagem RMS (IDrms) t um limiar de corrente de pulso de áreaoperacional segura (SOA) de polarização de avanço e inversa,(Idm) , uma fronteira de corrente de drenagem (Id) de SOA depolarização de avanço limitada pela resistência no estadoligado de drenagem para fonte (RDs<on)); e uma área operacionaldo dispositivo de potência.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a primeira condição compreendepelo menos um de sobretemperatura, efeito de túnel decorrente, potência excessiva, sobrecorrente, sobretensão, umproblema com o refrigerante, um problema com o escoadouro decalor, um defeito da matriz, um defeito de ligação deinterconexão de matriz, um defeito de ligação da matriz, e umdefeito de montagem do pacote do dispositivo.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado demodo a conduzir uma ação quando detectasse a primeiracondição.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a ação compreende pelo menosum de:(a) modificação da operação do semicondutor controlável;(b) suspensão do semicondutor controlável;(c) interrupção da operação do semicondutor controlável;(d) comutação de um modo operacional do semicondutorcontrolável;(e) determinação de uma condição de área operacionalsegura (SOA) para o semicondutor controlável com base naprimeira condição detectada e ajuste do primeiro parâmetropara se manter a SOA;(f) verificação de um segundo parâmetro operacionaldiferente;(g) diagnóstico da primeira condição;(h) determinação da possibilidade ou não de ocorrer umasegunda condição com base na primeira condição, compreendendoa segunda condição pelo menos um de sobretemperatura, efeitode túnel de corrente, potência excessiva, sobrecorrente,sobretensão, um problema com o refrigerante, um problema como escoadouro de calor, um defeito da matriz, um defeito deligação do matriz, ura defeito de fixação da matriz, umdefeito na montagem do pacote do dispositivo, um problematérmico na interface para o dispositivo de potência, umaconfiabilidade reduzida do dispositivo de potência, uma falhado dispositivo de potência sob alta carga de corrente e umafalha do dispositivo de potência sob carga de potência alta;e(i) fornecimento de uma notificação

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor monitora osemicondutor controlável em mais de um local.

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as informações de dados dodispositivo compreendem pelo menos um de: voltagem de rupturade drenagem a fonte BVdss^ limiar de proteção contra rupturade voltagem de drenagem a fonte BVDSs voltagem de drenagemá fonte nominal VDSS, limiar de proteção contra voltagemnominal de drenagem a fonte VDSs, corrente de pulso únicomáxima I0Mf limiar de proteção contra corrente de pulso únicomáxima Idm^ corrente continua de drenagem ID, limiar deproteção contra corrente de drenagem I0 continua, corrente deavalanche IAR, limiar de proteção contra corrente deavalanche IAR, Área Operacional Segura de Polarização deAvanço (FBSOA) por default para um único pulso a umatemperatura de junção Tj predeterminada, uma curva deimpedância térmica transitória de junção a caixa durante pelomenos um de modos normal e de avalanche, impedância térmicade escoadouro de calor a caixa Zthhc/ impedância térmica dejunção a caixa Zthjc/ resistência no estado ligado a umatemperatura predeterminada T (Rdsíoiih a temperatura τ).) /resistência no estado ligado Rds(oii) normalizada contratemperatura, temperatura de escoadouro de calor THs como umafunção de potência dissipada THs(Pm), limiar de mt de junçãoTj, carga de recuperação reversa do diodo de corpo integralQrr e tempo de recuperação reversa trr do diodo de corpointegral Qrr.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende ainda um terceirosensor em comunicação com o controlador, adquirindo oterceiro sensor pelo menos um de uma condição ambiental e umacondição mecânica que afeta o semicondutor controlável.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que a condição ambientalcompreende pelo menos um de uma temperatura, um fluxo derefrigerante e um nivel de umidade.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que a condição mecânica compreendepelo menos um de tensão, tração, potência movimento,vibração, aceleração e choque.

16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que:o semicondutor controlável compreende um transistor deefeito de campo (FET) tendo um eletrodo de drenagem, umeletrodo de porta e um eletrodo de fonte; eo controlador compreende uma primeira saida fornecendoum sinal de acionador de porta ao eletrodo de porta dosemicondutor controlável e uma primeira entrada acoplada aoprimeiro sensor, de modo a permitir que o controlador recebadados relativos ao segundo parâmetro operacional.

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que o controlador compreende aindauma segunda entrada, sendo a segunda entrada adaptada parareceber potência de polarização para fornecer uma fonte parao sinal de acionador de porta.

18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que o controlador compreende aindauma terceira entrada adaptada para receber dados dodispositivo associados com o semicondutor controlável.

19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o controlador compreende aindauma segunda saida, compreendendo a segunda saída um sinal denotificação.

20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o sinal de notificaçãocompreende informações relacionadas com pelo menos um de ummodo de operação do semicondutor controlável, um status dosemicondutor controlável, a primeira condição, umanotificação de falha, e uma previsão de falha.

21. Método de operação de semicondutor controlável,estando o semicondutor controlável em comunicação com umprimeiro sensor, caracterizado pelo fato de que compreende:habilitar o semicondutor controlável;controlar um primeiro parâmetro operacional dosemicondutor controlável;monitorar um segundo parâmetro operacional dosemicondutor controlável;acessar as informações de dados do dispositivo relativasao semicondutor controlável;determinar, com base nas informações sobre os dados dodispositivo e no segundo parâmetro operacional, se existe ounão uma primeira condição; etomar uma primeira ação se a primeira condição existir.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que compreende ainda:computar um primeiro valor previsto com base nasinformações sobre os dados do dispositivo; e comparar oprimeiro valor previsto com o segundo parâmetro operacional.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que compreende ainda a detecção depelo menos um de sobretemperatura, efeito de túnel dacorrente, potência excessiva, sobrecorrente, sobretensão, umproblema com o refrigerante, um problema com o escoadouro decalor, um defeito da matriz, um defeito da ligação da matriz,um defeito de fixação de matriz, um defeito na montagem dopacote do dispositivo, uma condição ambiental e uma condiçãomecânica.

24. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que tomar a primeira açãocompreende pelo menos um de:(a) ajustar o primeiro parâmetro;(b) modificar a operação do semicondutor controlável;(c) suspender o semicondutor controlável;(d) interromper a operação do semicondutor controlável;(e) comutar para um modo operacional do semicondutorcontrolável;(f) verificar um segundo parâmetro operacionaldiferente;(g) determinar uma condição de área operacional segura(SOA) para o semicondutor controlável com base na primeiracondição detectada e ajustar o primeiro parâmetro para mantera SOA;(h) diagnosticar a primeira condição;(i) determinar se poderia ocorrer ou não uma segundacondição com base na primeira condição, compreendendo asegunda condição pelo menos um de sobretemperatura, efeito detúnel de corrente, potência excessiva, sobre correntes,sobretensão, um problema com o refrigerante, um problema como escoadouro de calor, um defeito da matriz, um defeito deligação da matriz, um defeito de fixação da matriz, umdefeito na montagem do pacote do dispositivo, um problema coma interface térmica para o dispositivo de potência, umaconfiabilidade reduzida do dispositivo de potência, uma falhado dispositivo de potência sob uma alta carga de corrente, euma falha do dispositivo de potência sob uma carga depotência alta; e(j) fornecer uma notificação.

25. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que os dados do dispositivocompreendem pelo menos um de uma fronteira de voltagem dedrenagem a fonte por default (Vd3) , uma fronteira de potência(Pb) por default, uma fronteira de corrente RMS por default(Idrms) i e uma fronteira de corrente limitada por Rds(on) pordefault, e pelo fato de que uma área operacional seguracompreende ainda:determinar uma fronteira de voltagem de drenagem a fonte(Vds) de SOA, para o dispositivo de potência;determinar uma fronteira de potência (Pb) de SOA para odispositivo de potência;determinar a fronteira de corrente RMS (Idrms) de SOApara o dispositivo de potênciadeterminar uma fronteira de corrente limitada Rds <on) parao dispositivo de potência: eajustar a fronteira de voltagem de drenagem a fonte(Vds) por default, uma fronteira de potência (Pb) por default,uma fronteira de corrente de RMS (Idrms) por default, com basena fronteira de voltagem de drenagem a fonte (VDS) de SOA,fronteira de potência (PB) de SOA, fronteira de corrente RMSde SOA (Idrms) e fronteira de corrente limitada por Rds (0n) deSOA, respectivamente.

26. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que compreende ainda:monitorar um terceiro parâmetro operacional dosemicondutor controlável; edeterminar com base nas informações de dados dodispositivo e em pelo menos um do segundo e terceiroparâmetros . operacionais, se existe ou não uma primeira condição.

27. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que compreende ainda monitorarpelo menos uma de uma condição ambiental e uma mecânicaafetando o semicondutor controlável.

28. Método de determinar as condições operacionais parasemicondutor controlável, tendo o semicondutor controláveluma junção e uma caixa, caracterizado pelo fato de quecompreende:acessar os dados do dispositivo associados com osemicondutor controlável, compreendendo o dispositivo dedados um tempo médio predeterminado entre falhas (MTBF);computar uma impedância térmica Zthjc entre a junção e acaixa do semicondutor controlávelmedir a temperatura de junção Tj e a temperatura decaixa Tc do semicondutor controlável pelo menosperiodicamente;calcular uma potência dissipada permissível com base empelo em pare em TJ, Tc e ZthjC; edefinir pelo menos uma fronteira de área operacionalsegura (SOA) dinâmica para o semicondutor controlável combase pelo menos em parte na potência dissipada permissível eem MTBF, sendo a SOA dinâmica ajustada pelo menosperiodicamente com base nas medições periódicas de Tj e Tc.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de que compreende ainda:controlar a operação do semicondutor controlável deacordo com a SOA dinâmica.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29,caracterizado pelo fato de que a operação de controlecompreende ainda o ajuste de pelo menos uma de corrente depico, corrente RMS, e corrente média do semicondutorcontrolável.

31. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de que Zthjc é calculada com base,pelo menos parcialmente, na largura de pulso, freqüência, eciclo de atividade.

32. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de que os dados do dispositivocompreendem ainda pelo menos um de impedância térmicatransitória e área operacional segura (SOA) de pulso único.

33. Método para detectar o efeito de túnel da corrente,no dispositivo semicondutor controlável, em um dispositivosemicondutor controlável, capaz de operar nos modos decomutação e linear e compreendendo uma matriz, caracterizadopelo fato de que compreende as etapas sem ordem:(a) de monitorar uma temperatura de matriz de centro emum local substancialmente perto do centro da matriz;(b) de monitorar uma temperatura dê matriz de periferiaem um local substancialmente na proximidade da periferia damatriz;(c) de suspender a operação do semicondutor controlávele a temperatura de matriz de centro da matriz for superior àtemperatura na periferia e o modo operacional do semicondutorcontrolável for um modo de comutação; e(d) de interromper a operação do semicondutorcontrolável e alterar o seu modo operacional para o modo decomutação se a temperatura de matriz de centro da matriz forsuperior à temperatura da periferia e o modo operacional dosemicondutor controlável for um modo linear.

34. Método, de acordo com a reivindicação 33,caracterizado pelo fato de que compreende ainda a geração deum alerta se o semicondutor controlável tiver sido suspenso.

35. Método, de acordo com a reivindicação 33,caracterizado pelo fato de que compreende a repetição dasetapas (a)-(d) se o modo operacional do semicondutorcontrolável for alterado.

36. Método para determinar erros reais e potenciais naoperação de semicondutor controlável, caracterizado pelo fatode que compreende as etapas sem ordem:(a) de monitorar um conjunto de parâmetros dossemicondutores controláveis, compreendendo o conjunto deparâmetros pelo menos um de um parâmetro de dispositivo,operacional e de temperatura;(b) de acessar um conjunto de dados do dispositivo parao semicondutor controlável;(c) de determinar, com base, pelo menos em parte, noconjunto de parâmetros e no conjunto de dados do dispositivo,dissipação de potência prevista e temperatura de junçãoprevista do semicondutor controlável;(d) de medir a dissipação de potência real e atemperatura de junção real do semicondutor controlável;(e) de comparar a dissipação real de potência com adissipação de potência prevista;(f) de comparar a temperatura real de junção com atemperatura de junção prevista;(g) de determinar se um erro real ocorreu ou não ou seum erro potencial pode ocorrer ou não, no semicondutorcontrolável, dependendo pelo menos em parte das comparaçõesde (e) e (f); e(h) de repetir as etapas (a) a (g) pelo menosperiodicamente durante a operação do semicondutorcontrolável.

37. Método, de acordo com a reivindicação 36,caracterizado .pelo fato de que compreende ainda (i) gerar umanotificação se a etapa (g) mostrar que um erro real ocorreuou que um erro potencial pode ocorrer.

38. Método, de acordo com a reivindicação 36,compreendendo o semicondutor controlável ainda um escoadourode calor, caracterizado pelo fato de que compreende:(j) determinar, com base pelo menos em parte no conjuntode parâmetros e no conjunto de dados do dispositivo, atemperatura de escoadouro prevista do semicondutorcontrolável;(k) medir a temperatura real do escoadouro de calor dosemicondutor controlável;(1) determinar, se a temperatura real do escoadouro decalor for superior à temperatura de escoadouro de caloresperada, que existe pelo menos um dos problemas com oescoadouro de calor e com o refrigerante do escoadouro decalor.

39. Método de determinar capacidade de manipularpotência de dispositivo instalado, caracterizado pelo fato deque compreende:a medição de uma temperatura do dispositivo instalado;a determinação de uma alteração de temperatura previstapara o dispositivo instalado esperado como resultado de umpulso de teste;o envio do pulso de teste ao dispositivo instalado;a medição da alteração de temperatura real dodispositivo instalado como resultado do pulso de teste, ea comparação da alteração de temperatura real com aalteração de temperatura prevista.

40. Método, de acordo com a reivindicação 39,caracterizado pelo fato de que compreende ainda o uso dacomparação da alteração de temperatura real à alteração detemperatura prevista para se determinar a capacidade demanipular potência do dispositivo instável.

41. Método, de acordo com a reivindicação 39,caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um de:(a) atribuição de uma carga ao dispositivo instalado,com base, pelo menos em parte, na capacidade de manipularpotência;(b) ajuste de uma carga acoplada de modo operável aodispositivo instalado, com base, pelo menos em parte, nacapacidade de manipular potência; e(c) redistribuição de uma carga acoplada de modooperável ao dispositivo instalado, com base pelo menos emparte, na capacidade de manipular potência.

42. Método, de acordo com a reivindicação 41,caracterizado pelo fato de que a etapa (c) compreende ainda aredistribuição da carga para um ou mais outros dispositivosde potência instalados, com base em uma capacidade demanipular potência conhecida para pelo menos uma porção do umou mais outros dispositivos de potência instalados.