ES2941743T3 - Detección de sobrecorriente de un interruptor electrónico - Google Patents

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Abstract

1) se mide en el primero de los dos interruptores semiconductores (2) que se pueden desconectar entre un terminal de emisor (E) y un terminal de emisor auxiliar (E') y se mide una segunda tensión (Uovercurrent,2) en un segundo de los dos interruptores semiconductores (2) que se pueden desconectar entre un terminal de colector (C) y un terminal de emisor (E) o entre un terminal de drenaje y un terminal de fuente, donde el voltaje medido (Uovercurrent,1, Uovercurrent,2) o la integral temporal de la tensión medida (Uovercurrent,1, Uovercurrent,2) se compara en cada caso con un valor de referencia (Xref) y se desconecta si el valor de referencia (Xref) de al menos uno de los se exceden dos interruptores semiconductores (2) que se pueden desconectar. La invención se refiere además a un interruptor electrónico (1) para realizar dicho método. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Detección de sobrecorriente de un interruptor electrónico
La invención se refiere a un procedimiento para detectar una corriente de desconexión a través de un interruptor electrónico, presentando el interruptor electrónico dos interruptores de semiconductores desconectables. Además, la invención se refiere a un interruptor electrónico con dos interruptores de semiconductores desconectables para llevar a cabo el procedimiento. La invención se refiere, además, a una red de corriente continua con un interruptor electrónico de este tipo.
Hoy en día, el suministro de energía eléctrica tiene lugar principalmente a través de redes de tensión alterna. Estas tienen la ventaja de que se pueden producir diferentes niveles de tensión con la ayuda de transformadores. Se describen interruptores de semiconductores bidireccionales con monitorización de la tensión colector-emisor para detectar estado de falla, por ejemplo, en el documento US 2013/063188.
Con los semiconductores, cada vez más baratos en el mercado, también se pueden generar fácilmente diferentes niveles de tensión para redes de tensión continua, de modo que el suministro de energía a través de redes de tensión continua, en particular dentro de las redes industriales, es particularmente económico.
Esto incluye módulos de potencia inteligentes con sensores IGBT que presentan un emisor auxiliar para medir la corriente y un circuito de monitorización VCE para medir la tensión colector-emisor, como se describe, por ejemplo, en el documento US2013063188.
A este respecto, las redes de CC deberían reducir las pérdidas en futuras plantas industriales, garantizar el intercambio directo de energía entre convertidores, acumuladores y motores y lograr una mayor robustez. A este respecto, por ejemplo, las pequeñas redes de tensión continua, también denominadas redes de tensión continua, pueden funcionar con diferentes longitudes de cable entre las distintas salidas de carga y alimentadores. En comparación con las redes de corriente alterna, las redes de corriente continua pueden presentar, a este respecto, una variación significativamente mayor en la inductancia de la línea de alimentación y, por lo tanto, en el incremento de la corriente en caso de cortocircuito, ya que, por un lado, no existe en este caso una impedancia de cortocircuito de un transformador dispuesto aguas arriba que limite la corriente de cortocircuito, sino que el acumulador de energía en forma de circuitos intermedios de tensión capacitivos pueden generar, en tanto que fuentes de tensión ideales, incrementos de corriente muy grandes en caso de cortocircuito. Por otro lado, las líneas de alimentación muy largas no plantean el problema de aumentar la potencia reactiva por un aumento de la reactancia, por lo que son admisibles grandes inductancias en serie, que solo permiten incrementos de corriente muy pequeños en el cortocircuito, pero que provocan grandes sobretensiones al conmutar.
La invención se basa en el objetivo de implementar una detección de sobrecorriente fiable para un interruptor electrónico.
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1 para detectar una corriente de desconexión a través de un interruptor electrónico para una red de tensión continua, presentando el interruptor electrónico dos interruptores de semiconductores desconectables, estando dispuestos los dos interruptores de semiconductores desconectables de tal manera que pueden desconectar en cada caso una corriente con diferente polaridad a través del interruptor electrónico, estando dispuestos en el interruptor electrónico los dos interruptores de semiconductores desconectables o bien en antiserie, en el caso de interruptores de semiconductores de conducción inversa, o bien en antiparalelo, en el caso de interruptores de semiconductores de bloqueo inverso, presentando un primero de los interruptores de semiconductores desconectables al menos cuatro terminales, presentando un segundo de los interruptores de semiconductores desconectables al menos tres terminales, en donde, en el primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide una primera tensión entre un terminal emisor y un terminal emisor auxiliar y en un segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide una segunda tensión entre un terminal colector y un terminal emisor o entre un terminal drenador y un terminal fuente, en donde la tensión medida o la integral en el tiempo de la tensión medida se compara en cada caso con un valor de referencia y, si se supera el valor de referencia, se desconecta el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión.
Además, este objetivo se consigue según la reivindicación 7 mediante un interruptor electrónico para una red de tensión continua que presenta dos interruptores de semiconductores desconectables, estando dispuestos los dos interruptores de semiconductores desconectables de tal manera que pueden desconectar en cada caso una corriente con diferente polaridad a través del interruptor electrónico, estando dispuestos en el interruptor electrónico los dos interruptores de semiconductores desconectables o bien en antiserie, en el caso de interruptores de semiconductores de conducción inversa, o bien en antiparalelo, en el caso de interruptores de semiconductores de bloqueo inverso, presentando un primero de los interruptores de semiconductores desconectables al menos cuatro terminales, presentando un segundo de los interruptores de semiconductores desconectables al menos tres terminales, en donde el interruptor electrónico presenta una detección de tensión para medir una primera tensión entre un terminal emisor y un terminal emisor auxiliar en el primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables y una segunda tensión entre un terminal colector y un terminal emisor o entre un terminal drenador y un terminal fuente en el segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables, en donde el interruptor electrónico presenta una unidad de evaluación que está configurada para comparar la tensión medida o la integral en el tiempo de la tensión medida en cada caso con un valor de referencia y, si se supera el valor de referencia, desconectar el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión.
Este objetivo se consigue además mediante una red de tensión continua según la reivindicación 8 con un interruptor electrónico de este tipo.
Otras configuraciones ventajosas de la invención están especificadas en las reivindicaciones dependientes.
La invención se basa en el hallazgo de que los transformadores de corriente actuales solo son adecuados de forma limitada para medir la corriente a través de un interruptor electrónico ubicado en una red de CC. Los tipos conocidos de sensores de corriente continua, tales como, por ejemplo, los sensores de efecto Hall o magnetorresistivos, tienen una frecuencia de corte relativamente baja, típicamente del orden de 400 kHz, y tiempos muertos en el intervalo de 500 ns a 1500 ns. En el caso de redes de muy baja inductancia, la corriente puede alcanzar muy rápidamente valores altos en caso de falla, como un cortocircuito, lo que puede provocar la destrucción o el mal funcionamiento del semiconductor.
En un ejemplo, con una tensión continua de la red de tensión continua de 800 V y asumiendo una línea de alimentación de 2 m de longitud, que corresponde a una inductancia de alrededor de 1 pH, puede producirse un incremento de la corriente de
i (t) = (U/L) * At = (800 V/1 pH) * 1,5 ps = 1200 A.
Por lo tanto, los transformadores de corriente conocidos solo son adecuados de forma limitada para garantizar una protección fiable del interruptor electrónico y de los componentes dispuestos en la salida del interruptor electrónico en una red de tensión continua.
Sin embargo, se ha demostrado que para la protección y, por lo tanto, para el disparo, es decir, la apertura, del interruptor electrónico, una respuesta rápida de la detección de corriente es más importante que un alto nivel de precisión. También se ha demostrado que midiendo tensiones en el interruptor de semiconductor desconectable, se puede detectar muy rápidamente una corriente inadmisiblemente alta que tiene que ser desconectada por el interruptor electrónico.
También se ha demostrado que se puede detectar de forma fiable una corriente alta o un elevado incremento de la corriente midiendo tensiones en los terminales del semiconductor desconectable.
El interruptor de semiconductor desconectable tiene al menos tres terminales. En el caso de los semiconductores basados en transistores, tales como los IGBT, estos terminales se denominan puerta (G) o base, colector (C) y emisor (E), y en el caso de un MOSFET se denominan puerta, drenador y fuente. Este procedimiento de acuerdo con la invención funciona tanto para semiconductores desconectables con puerta (G), colector (C) y emisor (E) como con puerta, drenador y fuente, pudiendo utilizarse también como terminal puerta un terminal base existente. A este respecto, el terminal puerta del IGBT se corresponde con el terminal puerta del MOSFET o con un terminal base de un transistor, el terminal colector, con el terminal drenador y el terminal emisor, con el terminal fuente. Los terminales puerta, drenador y fuente ya no se comentan más en profundidad en lo que sigue. Sin embargo, las explicaciones relativas a puerta (G) o base, colector (C) y emisor (E) en relación con la detección de sobrecorriente pueden trasladarse sin problemas a los terminales puerta, drenador y fuente para todos los ejemplos de realización. Lo mismo se aplica al terminal del emisor auxiliar, que se comentará más adelante.
Se ha demostrado que las altas corrientes o las altas velocidades de incremento de las corrientes pueden detectarse de forma fiable mediante las tensiones entre dos de los terminales del interruptor de semiconductor desconectable. Si el valor medido o la integral del valor medido supera un valor de referencia, también denominado valor límite, el interruptor de semiconductor desconectable cambia al estado no conductor y el interruptor electrónico se abre. A este respecto, el valor de referencia o valor límite se puede especificar y almacenar en la unidad de evaluación. El valor de medición de la tensión o su integral se compara con el valor de referencia por medio de la unidad de evaluación.
Mientras que se puede detectar una corriente a través del semiconductor midiendo la tensión entre el colector y el emisor, el incremento de la corriente a través del semiconductor desconectable se puede medir con una medición entre el emisor y un emisor auxiliar como cuarto terminal del interruptor de semiconductor desconectable. Este ya se puede utilizar para la protección comparándolo con el valor de referencia, ya que un cortocircuito ya se puede detectar de forma fiable sobre la base de un gran incremento de la corriente. Si, por el contrario, se desea desconectar el interruptor electrónico al medir la tensión entre el emisor y el emisor auxiliar en función del nivel de corriente en lugar del incremento de la corriente, se debe comparar la integral en el tiempo respecto a la tensión medida con el valor de referencia en lugar del valor de medición de la tensión. La integral en el tiempo puede calcularse sin problemas mediante la unidad de evaluación del interruptor electrónico.
Se entiende que desconectar un interruptor de semiconductor desconectable significa que el interruptor de semiconductor desconectable se cambia al estado no conductor.
Si se mide más de solo una tensión y/o se mide una tensión y se utilizan tanto el valor de la medición como la integral en el tiempo para determinar el criterio de desconexión, los valores de referencia para la comparación respectiva pueden diferir.
En el caso de los dos interruptores de semiconductores, se hace una distinción entre un primero y un segundo de los dos interruptores de semiconductores.
En el caso del segundo interruptor de semiconductor, la tensión se mide entre un terminal colector y un terminal emisor o entre un terminal drenador y un terminal fuente del al menos un interruptor de semiconductor desconectable. En este caso, la tensión colector-emisor (Uce) o la tensión drenador-fuente (Uds) se mide en el estado encendido del semiconductor desconectable. Cuando hay una corriente alta a través del interruptor de semiconductor desconectable, se acumula una tensión entre el terminal colector y el emisor. Si esta es mayor que un valor de referencia, también denominado valor límite, se reconoce como sobrecorriente y se desconecta el interruptor de semiconductor desconectable. Si el interruptor de semiconductor desconectable ya está saturado cuando se alcanza este valor de referencia, entonces la sobrecorriente se puede detectar de manera particularmente fácil, ya que la tensión en este intervalo se incrementa significativamente con la intensidad de la corriente. Sin embargo, también se ha demostrado que incluso antes de la saturación, la tensión entre el colector y el emisor aumenta ya con la corriente a través del semiconductor. La detección metrológica de tal cambio de tensión es más difícil que en el intervalo saturado, pero aún puede determinarse metrológicamente en cualquier caso. Sobre la base de la tensión colector-emisor, se puede detectar una corriente alta a través del interruptor de semiconductor desconectable de una manera simple y, sobre todo, con suficiente rapidez, y se puede reaccionar desconectando el interruptor de semiconductor desconectable. Esta corriente alta puede ser causada por un cortocircuito, por ejemplo, que rápidamente provoca una corriente alta debido a la baja inductancia en la red de tensión continua. La sobrecorriente se puede detectar de forma rápida y fiable midiendo la tensión colector-emisor y comparándola con un valor de referencia. Como resultado, las ventajas del interruptor electrónico, en particular su rápido tiempo de respuesta del orden de 100 ns, pueden aprovecharse de manera particularmente ventajosa.
La representación gráfica de la corriente respecto a la tensión es particularmente buena cuando el interruptor de semiconductor desconectable está saturado. Por lo tanto, esta forma de realización es especialmente adecuada para corrientes de desconexión cercanas al límite de carga del semiconductor desconectable.
A este respecto, el primero de los interruptores de semiconductores desconectables presenta al menos cuatro terminales, midiéndose la tensión entre el terminal emisor y un terminal emisor auxiliar del al menos un interruptor de semiconductor desconectable. En este sentido, el interruptor de semiconductor desconectable presenta un emisor auxiliar, o una fuente auxiliar, como terminal adicional, es decir, como cuarto terminal. En este sentido, se mide la tensión entre el emisor o fuente, también denominado emisor principal, y el emisor auxiliar. Si ahora fluye una corriente con un incremento muy fuerte a través de la trayectoria colector-emisor del interruptor de semiconductor desconectable, caerá una tensión a través de una inductancia de línea de alimentación Le dentro del semiconductor, que será proporcional al incremento de la corriente. Si se integra esta tensión medida, lo cual es muy fácil de implementar digitalmente, se obtiene un valor proporcional a la corriente a través del interruptor de semiconductor desconectable. Asimismo, si se conoce el valor de la inductancia de línea de alimentación Le, puede calcularse incluso el valor exacto de la corriente. Sin embargo, esto no es absolutamente necesario, ya que solo se necesita un valor de referencia con el que se detecte de manera fiable la sobrecorriente si este se supera. Este método tampoco requiere un transformador de corriente y es especialmente rápido, de modo que las corrientes que aumentan rápidamente pueden detectarse de forma segura, fiable y especialmente rápida. Como resultado, las ventajas del interruptor electrónico, en particular su rápido tiempo de respuesta del orden de 100 ns, pueden aprovecharse de manera particularmente ventajosa también mediante esta forma de realización.
Además, este procedimiento puede llevarse a cabo midiendo la tensión entre el emisor y el emisor auxiliar utilizando sensores de tensión simples incluso aunque el semiconductor aún no esté saturado. Por lo tanto, este procedimiento es particularmente adecuado para corrientes de desconexión que se sitúan muy por debajo del límite de carga del interruptor de semiconductor desconectable.
Además, ha demostrado ser ventajoso realizar también una medición de corriente clásica a través de un sensor de corriente, ya que de esta manera se pueden detectar incrementos de la corriente que aumentan lentamente. Esta medición de corriente, en combinación con la detección a través de tensiones medidas entre colector y emisor y a través de una medición entre emisor y emisor auxiliar, puede implementarse para una protección contra cortocircuitos especialmente segura para un interruptor electrónico en una amplia gama de inductancias en serie, también conocidas como inductancias de línea de alimentación, y escenarios de sobrecorriente. Tanto la tensión entre colector y emisor como la tensión entre emisor y emisor auxiliar se miden, a este respecto, en el semiconductor desconectable. Junto con la medición relativamente lenta a través del sensor de corriente, esto da como resultado un concepto de protección de tres etapas para establecer la seguridad operativa del interruptor electrónico en todos los casos de sobrecorriente conocidos. Los valores de referencia para la comparación con las tensiones medidas o su integral en el tiempo pueden diferir a este respecto para cada medición.
En resumen, el objetivo en el que se basa la invención se consigue de manera especialmente ventajosa mediante el procedimiento para detectar una corriente de desconexión a través de un interruptor electrónico por que el interruptor electrónico presenta dos interruptores de semiconductores desconectables, estando dispuestos los dos interruptores de semiconductores desconectables de tal manera que pueden desconectar en cada caso una corriente con diferente polaridad a través del interruptor electrónico, en particular estando dispuestos en el interruptor electrónico los dos interruptores de semiconductores desconectables en antiserie, presentando un primero de los interruptores de semiconductores desconectables al menos cuatro terminales, presentando un segundo de los interruptores de semiconductores desconectables al menos tres terminales, en donde, en el primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide una primera tensión entre un terminal emisor y un terminal emisor auxiliar y en un segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide una segunda tensión entre un terminal colector y un terminal emisor o entre un terminal drenador y un terminal fuente, en donde la tensión medida o la integral en el tiempo de la tensión medida se compara en cada caso con un valor de referencia y, si se supera el valor de referencia, se desconecta al menos uno de los dos interruptores de semiconductores desconectables. Además, el objetivo se consigue mediante un interruptor electrónico que presenta dos interruptores de semiconductores desconectables, estando dispuestos los dos interruptores de semiconductores desconectables de tal manera que pueden desconectar en cada caso una corriente con diferente polaridad a través del interruptor electrónico, en particular estando dispuestos en el interruptor electrónico los dos interruptores de semiconductores desconectables en antiserie, presentando un primero de los interruptores de semiconductores desconectables al menos cuatro terminales, presentando un segundo de los interruptores de semiconductores desconectables al menos tres terminales, en donde el interruptor electrónico presenta una detección de tensión para medir una primera tensión entre un terminal emisor y un terminal emisor auxiliar en el primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables y una segunda tensión entre un terminal colector y un terminal emisor o entre un terminal drenador y un terminal fuente en el segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables, en donde el interruptor electrónico presenta una unidad de evaluación que está configurada para comparar la tensión medida o la integral en el tiempo de la tensión medida en cada caso con un valor de referencia y, si se supera el valor de referencia, desconectar al menos uno de los dos interruptores de semiconductores desconectables.
En una configuración ventajosa de la invención, el interruptor electrónico presenta dos interruptores de semiconductores desconectables, en donde en los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide en cada caso la tensión entre dos terminales, en donde, si se supera el valor de referencia, se desconecta el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión. Los dos interruptores de semiconductores desconectables están dispuestos a este respecto de tal manera que en cada caso pueden desconectar una corriente con diferente polaridad a través del interruptor. Si los interruptores de semiconductores desconectables son interruptores de semiconductores de bloqueo inverso, están dispuestos en un circuito paralelo, en el que en cada caso uno de los dos interruptores de semiconductores desconectables puede conducir y desconectar la corriente para cada sentido de la corriente. Este circuito paralelo también se denomina circuito antiparalelo o disposición en antiparalelo. En caso de que los interruptores de semiconductores desconectables sean de conducción inversa, lo que se puede ver en el diagrama de circuito en un diodo dispuesto en antiparalelo respecto al elemento de conmutación, los dos interruptores de semiconductores desconectables están dispuestos en un circuito en serie, en el que, en un sentido de la corriente, la corriente fluye a través del elemento de conmutación del primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables y a través del diodo del segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables. En el sentido contrario de la corriente, es decir, si la polaridad de la corriente es la opuesta, la corriente fluye a través del elemento de conmutación del segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables y a través del diodo del primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables. Esta disposición también se conoce como en antiserie. Entonces, la tensión se puede medir en dos de los terminales en ambos interruptores de semiconductores desconectables. Esto se puede hacer en los mismos terminales o en terminales diferentes en cada caso. El valor de referencia, es decir, el valor límite con el que se compara la tensión medida, también puede ser idéntico o diferente. A este respecto, después de que se haya superado el valor de referencia, se puede desconectar solo el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión, o se desconectan ambos interruptores de semiconductores desconectables.
Puede implementarse así una protección en función del sentido de manera sencilla con diferentes valores de referencia. La corriente permisible a través del interruptor electrónico es, a este respecto, mayor en un sentido que en el otro. Entonces se desconecta solo el interruptor de semiconductor desconectable en el que se supera el valor de referencia. Así, por ejemplo, una protección contra cortocircuitos para las cargas que están conectadas a la fuente de CC a través del interruptor electrónico puede tener un valor límite más bajo para la corriente de la fuente a la carga, mientras que se prevé un valor de referencia más alto en caso de sentido inverso de la corriente, es decir, de la carga a la fuente de CC, a fin de que un cortocircuito que se produzca en otro lugar en la red de tensión continua no apague el interruptor electrónico en salidas en las que no hay ningún cortocircuito. Con esta selectividad, puede lograrse que se desconecte rápidamente solo la salida afectada por un cortocircuito, mientras que los interruptores electrónicos de las demás salidas permanecen encendidos, para seguir manteniendo operativas las partes intactas de la red de tensión continua, incluso aunque en estas partes fluya brevemente una corriente mayor debido al cortocircuito en la otra salida. De esta manera, el funcionamiento de las partes de la red de tensión continua que no están sujetas a interferencias puede seguir garantizándose de manera sencilla.
Como ya se expuso anteriormente, la protección en tres etapas para cada uno de los dos interruptores de semiconductores desconectables es particularmente ventajosa. Además del sensor de corriente, la tensión entre colector y emisor, así como la tensión emisor y emisor auxiliar, se miden para ello en cada caso en ambos interruptores de semiconductores y se comparan con respectivos valores de referencia. Esto ofrece una buena protección para todos los casos de falla imaginables en la red de tensión continua.
De acuerdo con la invención, un primero de los interruptores de semiconductores desconectables presenta al menos cuatro terminales, en donde en el primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide la tensión entre un terminal emisor y un terminal emisor auxiliar y en un segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide la tensión entre un terminal colector y un terminal emisor. A este respecto, ha resultado ser ventajoso que la detección de la tensión esté concebida para medir la tensión entre un terminal emisor y un terminal emisor auxiliar de un primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables y para medir la tensión entre un terminal colector y un terminal emisor de un segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables. Con esta disposición, es posible una protección selectiva de una manera particularmente sencilla. Para la corriente de desconexión de la fuente de CC a la carga, se prevé un valor de referencia, es decir, un valor límite, más bajo para el interruptor de semiconductor desconectable que puede dejar pasar y cortar esta corriente. Esto se hace midiendo la tensión en el emisor y el emisor auxiliar. Esto es particularmente favorable en este intervalo de la corriente de desconexión. Asimismo, en este caso puede producirse ya un disparo no cuando se alcanza un valor de corriente, sino debido a la elevada velocidad de subida de la corriente, típica de un cortocircuito. El disparo debido a la alta velocidad de subida se produce comparando la tensión medida con el valor de referencia. El disparo debido al nivel de corriente se realiza comparando la integral en el tiempo de la tensión medida con el valor de referencia.
Para la polaridad opuesta, la tensión en el colector y el emisor se mide en el segundo interruptor de semiconductor desconectable, que puede dejar pasar y cortar esta corriente. Debido a la mayor corriente de desconexión, el semiconductor desconectable ya está saturado, de modo que esta medición también se puede realizar con gran precisión. La variación de la corriente también es irrelevante para este sentido, de modo que se puede prescindir de la medición entre el emisor y el emisor auxiliar.
En otra configuración ventajosa de la invención, el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión se desconecta si se supera el valor de referencia. De esta manera, la protección puede llevarse a cabo de manera selectiva en cuanto al sentido. Por ejemplo, solo se puede interrumpir la toma de energía eléctrica desde una fuente de CC, mientras que aún se puede realimentar energía a una red de tensión continua, siempre que no se supere este valor límite.
En otra configuración ventajosa de la invención, para una protección selectiva, la primera tensión medida y/o la integral de la primera tensión medida se compara con un primer valor de referencia y la segunda tensión medida se compara con un segundo valor de referencia, en donde, si se supera el valor de referencia respectivo, se desconecta el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión o se desconectan ambos interruptores de semiconductores. Por lo tanto, se puede especificar un primer valor límite para un primer sentido de la corriente y un segundo valor límite para el sentido opuesto de la corriente. El valor límite puede ser un valor límite para el incremento de la corriente y/o para una corriente. Si se evalúan la tensión medida y la integral de la tensión medida, el valor de referencia puede comprender un valor límite para una corriente y un valor límite para una velocidad de incremento de la corriente. En este ejemplo de realización, la protección no solo puede ser selectiva en cuanto al sentido, sino que también se puede especificar un valor límite propio para cada sentido de la corriente. A este respecto, el interruptor se puede adaptar en especial medida a las condiciones existentes de la red o a las cargas o consumidores eléctricos conectados.
En otra configuración ventajosa de la invención, la integral de la primera tensión medida se compara con un primer valor de referencia para una protección selectiva, siendo el primer valor de referencia menor que el segundo valor de referencia. A este respecto, se puede asociar unívocamente una corriente a ambos valores de referencia. En este caso, los dos valores de referencia son comparables entre sí y el primer valor de referencia se puede seleccionar más pequeño que el segundo valor de referencia, ya que valores de corriente pequeños se pueden detectar mejor a través de la primea tensión medida que a través de la segunda tensión medida.
En otra configuración ventajosa de la invención, en el primer interruptor de semiconductor se mide además una tercera tensión entre el terminal colector y el terminal emisor y, si se supera un tercer valor límite, se desconecta el primer interruptor de semiconductor. La medición adicional de la tercera tensión permite implementar la protección mediante el interruptor electrónico de una manera especialmente segura y fiable, ya que está realizada en varias etapas.
En otra configuración ventajosa de la invención, el interruptor electrónico está dispuesto entre una fuente de CC y una carga de tal manera que se puede desconectar una corriente desde la fuente de CC hacia la carga por medio del primer interruptor de semiconductor y se puede desconectar una corriente desde la carga hacia la fuente de CC por medio del segundo interruptor de semiconductor. Con esta configuración, las ventajas del interruptor electrónico se pueden aprovechar especialmente bien. Una corriente desde la fuente de CC hacia la carga se puede desconectar de manera fiable y rápida, en particular si se trata de una corriente de cortocircuito provocada por la carga en cuestión que debe protegerse mediante el interruptor electrónico. Cortocircuitos en otras salidas de carga, que provocan un flujo de corriente desde la carga en dirección a la fuente de CC, no conducirían a la apertura del interruptor electrónico, ya que los valores están establecidos correspondientemente para que el cortocircuito sea detectado e interrumpido por el interruptor en cuestión en la salida de carga asociada. Las cargas no sujetas a interferencias pueden entonces permanecer en funcionamiento en la red de tensión continua sin problemas y de forma fiable.
Esto puede implementarse en particular con una configuración en la que la unidad de evaluación está configurada para comparar, para una protección selectiva, la integral de la primera tensión medida con un primer valor de referencia y comparar la segunda tensión medida con un segundo valor de referencia y, si se supera el valor de referencia respectivo, desconectar el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión, siendo el primer valor de referencia menor que el segundo valor de referencia.
A continuación, la invención se describe y explica con más detalle mediante los ejemplos de realización representados en las figuras. Muestran:
FIG 1 una red de tensión continua con un interruptor electrónico,
FIG 2 un interruptor de semiconductor desconectable y
FIG 3 un diagrama de flujo del procedimiento para detectar una corriente de desconexión.
La figura 1 muestra una red de tensión continua 4 con una fuente de CC 6 que alimenta una carga 5 a través de un interruptor electrónico 1. Las líneas individuales en la red de tensión continua presentan a este respecto una inductancia en serie 20 que, por un lado, limita la velocidad de incremento de la corriente en caso de falla, tal como un cortocircuito, por ejemplo. En este ejemplo de realización, el interruptor electrónico 1 presenta dos interruptores de semiconductores 2 desconectables que, debido a que son de conducción inversa, están dispuestos en antiserie. Los dos interruptores de semiconductores 2 desconectables son controlados por una unidad de evaluación 3. Esta puede encender los interruptores de semiconductores 2 desconectables individuales, es decir, poner el semiconductor en el estado de conducción, o desconectarlos, es decir, ponerlos en el estado de bloqueo. Para detectar una sobrecorriente, la unidad de evaluación utiliza valores de medición de dos de los terminales del respectivo interruptor de semiconductor 2 desconectable. Además, pero no necesariamente, también se puede evaluar la señal de un sensor de corriente 7. Este sensor de corriente 7 puede encontrarse en el interior del interruptor electrónico 1 o fuera de este.
La figura 2 muestra un interruptor de semiconductor 2 desconectable con sus terminales puerta G, colector C y emisor E. Dependiendo del procedimiento utilizado para la detección de sobrecorriente, también se requiere un cuarto terminal, el emisor auxiliar E'. La corriente a través del interruptor electrónico 1 fluye desde el colector C hacia el emisor E. El emisor auxiliar E' sirve únicamente para medir la tensión entre el emisor E y el emisor auxiliar E', pero no se usa para conducir la corriente a través del interruptor de semiconductor 2 desconectable. Para detectar una sobrecorriente, la tensión Usobrecorriente puede medirse ahora entre el colector C y el emisor E. Alternativamente, también es posible medir la tensión Usobrecorriente entre el emisor E y el emisor auxiliar E'. También se puede llevar a cabo la combinación, es decir, la medición de ambas tensiones, para hacer que la protección sea redundante y poder reaccionar mejor ante diferentes casos de falla.
La figura 3 muestra la secuencia del procedimiento para detectar una sobrecorriente. A este respecto, en una primera etapa 10, se mide la tensión Usobrecorriente entre dos de los terminales C, E, E' del interruptor de semiconductor 2 desconectable. Esta señal s(t) se utiliza entonces directamente para la comparación 12 con un valor de referencia Xref. Alternativamente o de manera complementaria, el valor de la tensión medida Usobrecorriente, representado por líneas discontinuas, también se puede integrar respecto al tiempo. Es decir, se calcula la integral en el tiempo respecto a la tensión medida Usobrecorriente. A continuación, esta señal s(t) también se compara 12 con un valor de referencia Xref. A este respecto, a partir de la medida de la tensión Usobrecorriente, el propio valor de medición y/o la integral en el tiempo de la tensión Usobrecorriente pueden compararse 12 con el valor de referencia X ref. Si la comparación 12 da como resultado que la señal s(t) es mayor que el valor de referencia X ref asociado, se desconecta 13, es decir, se pone en el estado de bloqueo el interruptor de semiconductor desconectable en cuestión en el que se midió la tensión Usobrecorriente, o ambos interruptores de semiconductores. Esto se indica mediante el símbolo de un interruptor mecánico que se abre.
Este procedimiento se lleva a cabo para los dos interruptores de semiconductores 2 del interruptor electrónico 1 dispuestos en antiserie.
Esta monitorización tiene lugar de forma continua, preferentemente en la unidad de evaluación 3 descrita anteriormente.
En resumen, la invención se refiere a un procedimiento para detectar una corriente de desconexión a través de un interruptor electrónico, presentando el interruptor electrónico al menos un interruptor de semiconductor desconectable, presentando el interruptor de semiconductor desconectable al menos tres terminales. Para una detección fiable de una sobrecorriente para el interruptor electrónico se propone medir una tensión entre dos de los al menos tres terminales, comparándose la tensión o la integral en el tiempo de la tensión con un valor de referencia y, si se supera el valor de referencia, se desconecta al menos uno del al menos un interruptor de semiconductor desconectable. La invención se refiere además a un interruptor electrónico con al menos un interruptor de semiconductor desconectable, presentando el interruptor de semiconductor desconectable al menos tres terminales, presentando el interruptor electrónico una detección de tensión para medir una tensión entre dos de los al menos al menos tres terminales, presentando el interruptor electrónico una unidad de evaluación, en donde, por medio de la unidad de evaluación, la tensión medida se puede comparar con un valor de referencia, en donde el al menos un interruptor de semiconductor desconectable puede desconectarse por medio de la unidad de evaluación si se supera el valor de referencia. La invención se refiere además a una red de tensión continua con un interruptor electrónico de este tipo.
En conclusión, la invención se refiere, en resumidas cuentas, a un procedimiento para detectar una corriente de desconexión a través de un interruptor electrónico, presentando el interruptor electrónico dos interruptores de semiconductores desconectables, estando dispuestos los dos interruptores de semiconductores desconectables de tal manera que pueden desconectar en cada caso una corriente con diferente polaridad a través del interruptor electrónico, en particular estando dispuestos en el interruptor electrónico los dos interruptores de semiconductores desconectables en antiserie, presentando un primero de los interruptores de semiconductores desconectables al menos cuatro terminales, presentando un segundo de los interruptores de semiconductores desconectables al menos tres terminales, en donde, en el primero de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide una primera tensión entre un terminal emisor y un terminal emisor auxiliar y en un segundo de los dos interruptores de semiconductores desconectables se mide una segunda tensión entre un terminal colector y un terminal emisor o entre un terminal drenador y un terminal fuente, en donde la tensión medida o la integral en el tiempo de la tensión medida se compara en cada caso con un valor de referencia y, si se supera el valor de referencia, se desconecta al menos uno de los dos interruptores de semiconductores desconectables. Además, la invención se refiere a un interruptor electrónico para llevar a cabo un procedimiento de este tipo.
La invención se refiere además a una red de tensión continua con un interruptor electrónico de este tipo.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para detectar una corriente de desconexión a través de un interruptor electrónico (1) para una red de tensión continua, presentando el interruptor electrónico (1) dos interruptores de semiconductores (2) desconectables, estando dispuestos los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables de tal manera que pueden desconectar en cada caso una corriente con diferente polaridad a través del interruptor electrónico (1), estando dispuestos en el interruptor electrónico (1) los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables o bien en antiserie, en el caso de interruptores de semiconductores de conducción inversa, o bien en antiparalelo, en el caso de interruptores de semiconductores de bloqueo inverso, presentando un primero de los interruptores de semiconductores (2) desconectables al menos cuatro terminales (G,C,E,E'), presentando un segundo de los interruptores de semiconductores (2) desconectables al menos tres terminales (G,C,E), en donde, en el primero de los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables se mide una primera tensión (Usobrecorriente,1) entre un terminal emisor (E) y un terminal emisor auxiliar (E') y en un segundo de los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables se mide una segunda tensión (Usobrecorriente,2) entre un terminal colector (C) y un terminal emisor (E) o entre un terminal drenador y un terminal fuente, en donde la tensión medida (Usobrecorriente,1, Usobrecorriente,2) o la integral en el tiempo de la tensión medida (Usobrecorriente,1, Usobrecorriente,2) se compara en cada caso con un valor de referencia (Xref) y, si se supera el valor de referencia (Xref), se desconecta el interruptor de semiconductor (2) desconectable en cuestión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde se puede implementar una protección en función del sentido con diferentes valores de referencia.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, en donde, para una protección selectiva, la primera tensión medida (Usobrecorriente,1) y/o la integral de la primera tensión medida (Usobrecorriente,1) se compara con un primer valor de referencia (Xref,1) y la segunda tensión medida (Usobrecorriente,2) se compara con un segundo valor de referencia (Xref,2), en donde, si se supera el valor de referencia (Xref,1, X ref,2) respectivo, se desconecta el interruptor de semiconductor (2) desconectable en cuestión o se desconectan ambos interruptores de semiconductores (2).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en donde, para una protección selectiva, la integral de la primera tensión medida (Usobrecorriente,1) se compara con un primer valor de referencia (Xref,1), siendo el primer valor de referencia (Xref,1) menor que el segundo valor de referencia (Xref,2).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde, en el primer interruptor de semiconductor (2), se mide además una tercera tensión (Usobrecorriente,3) entre el terminal colector (C) y el terminal emisor (E) y, si se supera un tercer valor límite (Xref,3), se desconecta el primer interruptor de semiconductor (2).
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde como medio para la detección de corriente se utiliza un sensor de corriente, en donde, con independencia de las tensiones medidas (Usobrecorriente,1, Usobrecorriente,2, Usobrecorriente,3), uno de los interruptores de semiconductores (2) desconectables o los interruptores de semiconductores (2) desconectables se abren si el valor detectado por el sensor de corriente supera un valor límite.
7. Interruptor electrónico (1) para una red de tensión continua que presenta dos interruptores de semiconductores (2) desconectables, estando dispuestos los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables de tal manera que pueden desconectar en cada caso una corriente con diferente polaridad a través del interruptor electrónico (1), estando dispuestos en el interruptor electrónico (1) los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables o bien en antiserie, en el caso de interruptores de semiconductores de conducción inversa, o bien en antiparalelo, en el caso de interruptores de semiconductores de bloqueo inverso, presentando un primero de los interruptores de semiconductores desconectables (2) al menos cuatro terminales (G,C,E,E'), presentando un segundo de los interruptores de semiconductores (2) desconectables al menos tres terminales (G,C,E), en donde el interruptor electrónico presenta una detección de tensión para medir una primera tensión (Usobrecorriente,1) entre un terminal emisor (E) y un terminal emisor auxiliar (E') en el primero de los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables y una segunda tensión (Usobrecorriente,2) entre un terminal colector (C) y un terminal emisor (E) o entre un terminal drenador y un terminal fuente en el segundo de los dos interruptores de semiconductores (2) desconectables, en donde el interruptor electrónico (1) presenta una unidad de evaluación (3) que está configurada para comparar la tensión medida (Usobrecorriente,1, Usobrecorriente,2) o la integral en el tiempo de la tensión medida (Usobrecorriente,1, Usobrecorriente,2) en cada caso con un valor de referencia (Xref) y, si se supera el valor de referencia (Xref), desconectar el interruptor de semiconductor (2) desconectable en cuestión.
8. Red de tensión continua (4) con un interruptor electrónico (1) según la reivindicación 7.
9. Red de tensión continua (4) según la reivindicación 8, en donde el interruptor electrónico (1) está dispuesto entre una fuente de CC (6) y una carga (5) de tal manera que se puede desconectar una corriente desde la fuente de CC (6) hacia la carga (5) por medio del primer interruptor de semiconductor (2) y se puede desconectar una corriente desde la carga (5) hacia la fuente de Cc (6) por medio del segundo interruptor de semiconductor (2).
10. Red de tensión continua (4) según una de las reivindicaciones 8 o 9, en donde la unidad de evaluación (3) está configurada para comparar, para una protección selectiva, la integral de la primera tensión medida (Usobrecorriente,1) con un primer valor de referencia (Xre f, i) y comparar la segunda tensión medida (Usobrecomente,2) con un segundo valor de referencia (Xref,2) y, si se supera el valor de referencia (Xf X ref,2) respectivo, desconectar el interruptor de semiconductor (2) desconectable en cuestión, siendo el primer valor de referencia (Xref,1) menor que el segundo valor de referencia (Xref,2).
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