ES2948917T3 - Dispositivos de interrupción de circuito semiconductor que utilizan filtrado de corriente para mejorar la coordinación de dispositivos - Google Patents

Dispositivos de interrupción de circuito semiconductor que utilizan filtrado de corriente para mejorar la coordinación de dispositivos Download PDF

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Abstract

Un aparato incluye un interruptor semiconductor (S1, S2) configurado para interrumpir una corriente entre una fuente de energía y una carga, un inductor (L1, L2) acoplado en serie con el interruptor semiconductor, y un capacitor (C) acoplado a un nodo entre el inductor y la carga. El aparato incluye además un sensor de corriente (CS) configurado para detectar una corriente proporcionada a la carga y un circuito de control (110) acoplado al sensor de corriente y configurado para controlar el interruptor semiconductor en respuesta a la corriente detectada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivos de interrupción de circuito semiconductor que utilizan filtrado de corriente para mejorar la coordinación de dispositivos
Antecedentes
Los disyuntores electromecánicos requieren típicamente varios ciclos de línea para abrir una corriente de falla, por lo que las soluciones convencionales de coordinación de fallas utilizadas para los disyuntores electromecánicos tienen una gran cantidad de tiempo para funcionar. Dichas soluciones pueden no ser factibles en sistemas que usan disyuntores estáticos, que típicamente son mucho más rápidos y pueden interrumpir corrientes de falla en menos de un milisegundo.
Aunque los disyuntores estáticos pueden ser más rápidos, típicamente no pueden abrirse para una corriente de falla que tenga una amplitud de varias veces la corriente de operación nominal del disyuntor. Por consiguiente, es deseable que un disyuntor estático funcione rápidamente. Un disyuntor estático típico incluye interruptores semiconductores de potencia, tales como transistores bipolares de puerta aislada (TBPA) o tiristores de conmutación por puerta integrados (TCPI) que están configurados para conducción unidireccional o bidireccional. Para tratar las limitaciones térmicas de estos dispositivos, un disyuntor sólido puede interrumpir la corriente antes de que alcance el 200 por ciento de la corriente de operación nominal.
Llama la atención el documento US-2012-235-661 A1, que se refiere a un procedimiento para controlar una corriente entre una fuente de energía y una carga. Un módulo de interruptor está acoplado entre la fuente de energía y la carga. El módulo de interruptor incluye dos terminales de entrada acoplados a la fuente de energía y dos terminales de salida acoplados a la carga y al menos un elemento interruptor semiconductor acoplado entre uno de los terminales de entrada y uno de los terminales de salida. Al menos un parámetro actual de la corriente se mide entre la fuente de energía y la carga. La corriente entre la fuente de energía y la carga se interrumpe al apagar el elemento de interruptor cuando al menos un parámetro de corriente alcanza o supera al menos un valor umbral de parámetro predeterminado. Además, el documento WO 2015-124-885 A1 se refiere a un procedimiento para limitar la corriente en un circuito eléctrico que tiene cables de transmisión para la transmisión de energía, en donde el procedimiento incluye determinar si existe una condición operativa inesperada a lo largo de los cables de transmisión y limitar la corriente para evitar la condición operativa inesperada. En este contexto, se muestra un interruptor de potencia de estado sólido conectado a un generador a través de una resistencia y un inductor. Un aparato que comprende un sistema convertidor CD-CD bidireccional que incluye un primer y un segundo sensores de corriente, una inductancia, un condensador y un interruptor semiconductor se describe en EP1990902 A1.
Resumen
La invención se define por la reivindicación independiente adjunta. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones ventajosas. Algunas realizaciones de la materia objeto de la invención proporcionan un aparato que incluye un interruptor semiconductor configurado para interrumpir una corriente entre una fuente de energía y una carga, un inductor acoplado en serie con el interruptor semiconductor, y un condensador acoplado a un nodo entre el inductor y la carga. El aparato incluye además un sensor de corriente configurado para detectar una corriente proporcionada a la carga y un circuito de control acoplado al sensor de corriente y configurado para controlar el interruptor semiconductor en respuesta a la corriente detectada.
El sensor de corriente incluye un primer sensor de corriente acoplado entre el inductor y la carga y un segundo sensor de corriente acoplado entre la fuente de energía y el inductor. El circuito de control está acoplado a los sensores de corriente primero y segundo y está configurado para controlar el interruptor semiconductor que responde a las corrientes primera y segunda detectadas por los sensores de corriente primero y segundo.
El circuito de control está configurado para determinar una velocidad de cambio de la corriente detectada y para controlar en respuesta el interruptor semiconductor. El circuito de control puede configurarse para abrir el interruptor semiconductor en respuesta a la velocidad de cambio determinada que excede una velocidad de cambio umbral. En algunas realizaciones, el circuito de control puede configurarse para determinar la velocidad de cambio umbral en respuesta a un voltaje aplicado por la fuente de energía. En algunas realizaciones, el circuito de control puede configurarse para ajustar la velocidad de cambio umbral en respuesta a la corriente detectada.
Una realización adicional de la materia objeto de la invención proporciona un dispositivo de interrupción de circuito que incluye un puerto de entrada configurado para acoplarse a una fuente de energía, un puerto de salida configurado para acoplarse a una carga, un interruptor semiconductor configurado para interrumpir una corriente entre el puerto de entrada y el puerto de salida, un inductor acoplado en serie con el interruptor semiconductor, y un condensador acoplado a un nodo entre el inductor y el puerto de salida. El dispositivo de interrupción de circuito incluye además un sensor de corriente configurado para detectar una corriente proporcionada al puerto de salida y un circuito de control acoplado al sensor de corriente y configurado para hacer la transición del interruptor semiconductor a un estado no conductor en respuesta a la corriente detectada.
Otras realizaciones adicionales de la materia objeto de la invención proporcionan un dispositivo de interrupción de circuito que incluye un puerto de entrada configurado para acoplarse a una fuente de energía, un puerto de salida configurado para acoplarse a una carga, un interruptor semiconductor configurado para interrumpir una corriente entre el puerto de entrada y el puerto de salida, y un filtro de paso bajo acoplado en serie con el interruptor semiconductor. El dispositivo de interrupción de circuito incluye además un sensor de corriente configurado para detectar una corriente proporcionada al puerto de salida y un circuito de control acoplado al sensor de corriente y configurado para controlar el interruptor semiconductor en respuesta a la corriente detectada.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que ilustra un aparato de interrupción de circuito según una implementación de ejemplo.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático que ilustra los interruptores del aparato de interrupción de circuito de la FIG.
1.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático que ilustra un dispositivo de interrupción de circuito con una configuración de circuito diferente según una implementación de ejemplo adicional.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático que ilustra un dispositivo de interrupción de circuito con múltiples sensores de corriente según la presente invención.
La FIG. 5 ilustra un sistema de distribución de energía que incluye dispositivos de interrupción de circuito según implementaciones de ejemplo adicionales.
La FIG. 6 ilustra operaciones de interrupción de corriente según algunas realizaciones del objeto de la invención.
La FIG. 7 es un diagrama de flujo que ilustra las operaciones de un aparato de interrupción de circuito según algunas realizaciones de la materia objeto de la invención.
La FIG. 8 es un diagrama de flujo que ilustra operaciones del aparato de interrupción de circuito según realizaciones adicionales de la materia objeto de la invención.
Descripción detallada
Realizaciones ejemplares específicas del objeto inventivo se describirán ahora con referencia a los dibujos adjuntos. Sin embargo, esta materia objeto de la invención puede realizarse de muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones expuestas en la presente memoria; más bien, estas realizaciones se proporcionan de modo que esta descripción sea minuciosa y completa, y transmita completamente el alcance de la materia objeto de la invención a los expertos en la técnica. En los dibujos, números similares se refieren a elementos similares. Se entenderá que cuando se hace referencia a un elemento como “conectado” o “ acoplado” a otro elemento, puede conectarse o acoplarse directamente al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios. Como se usa en esta invención, el término “y/o” incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados.
La terminología usada en esta invención tiene el propósito de describir solo realizaciones particulares y no pretende ser limitante del objeto inventivo. Como se usa en esta invención, las formas singulares “ un” , “ una” y “el/la” pretenden incluir también las formas plurales, a menos que se indique expresamente lo contrario. Se entenderá además que los términos “ incluye” , “comprende” , “que incluye” y/o “que comprende” , cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes indicados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.
A menos que se defina lo contrario, todos los términos (incluyendo términos técnicos y científicos) usados en esta invención tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenece esta materia objeto de la invención. Se entenderá además que los términos, tales como los definidos en diccionarios comúnmente utilizados, deben interpretarse como que tienen un significado que es consistente con su significado en el contexto de la memoria descriptiva y la técnica relevante y no se interpretarán en un sentido idealizado o demasiado formal a menos que se defina expresamente así en esta invención.
Los disyuntores estáticos se basan en interruptores semiconductores de potencia de conmutación relativamente rápidos para interrumpir la corriente de falla antes de que se convierta en un múltiplo de la corriente nominal de interruptor de circuito. Esta conmutación rápida es deseable para aplicaciones de disyuntor de CD, pero la velocidad de conmutación muy rápida impone un desafío cuando dos o más disyuntores estáticos están conectados en serie en un sistema de distribución. En particular, es deseable que el disyuntor apropiado, es decir, el más cercano a la falla, se dispare, dejando disyuntores aguas arriba para continuar suministrando energía a sus cargas.
Algunas realizaciones de la materia objeto de la invención usan una topología de circuito que puede proporcionar una coordinación de falla mejorada de una cadena de disyuntores estáticos u otros dispositivos de interrupción de circuito a semiconductor. En algunas realizaciones, se proporciona un inductor en serie con el o los interruptores semiconductores para limitar una velocidad de cambio de la corriente de falla. Al proporcionar la inductancia, la velocidad de cambio de la corriente para un dispositivo aguas arriba puede reducirse, lo que permite la coordinación del disyuntor sin requerir señalización entre dispositivos u otros controles complejos.
Un problema potencial con el uso de tales inductancias solo es que la coordinación adecuada puede requerir inductores grandes, que pueden aumentar las pérdidas, el tamaño y el coste. En algunas realizaciones, se puede colocar un condensador entre el inductor y la salida del disyuntor para desacoplar eficazmente la entrada y salida del disyuntor entre el momento de la falla y la abertura del interruptor semiconductor. El inductor y el condensador utilizados en dicha combinación pueden ser cada uno relativamente pequeños, lo que puede reducir las pérdidas, el tamaño y el coste. Cuando se produce una falla en la salida del disyuntor estático, el inductor puede limitar la velocidad actual de cambio visto por la fuente del lado de entrada mientras el condensador puede proporcionar energía a la falla para ayudar a activar el disyuntor. De esta manera, por lo tanto, se puede evitar la activación del disyuntor aguas arriba. Aunque tales técnicas pueden ser particularmente útiles en sistemas de distribución de CD en los que se desea una interrupción rápida del circuito, también se pueden usar para dispositivos de interrupción de circuito de CA.
La FIG. 1 ilustra un aparato 100 que incluye un puerto de entrada 101, que está configurado para acoplarse a una fuente de energía, y un puerto de salida 102, que está configurado para acoplarse a una carga. El aparato incluye además interruptores semiconductores S1, S2, que están configurados para interrumpir una corriente entre el puerto de entrada 101 y el puerto de salida 102. Como se ilustra en la FIG. 2, una estructura de interruptor semiconductor 200 que puede usarse para cada uno de los interruptores semiconductores-S1, S2 puede incluir transistores bipolares de puerta aislada conectados en serie (TBPA) Q1, Q2, cada uno con los diodos adjuntos D1, D2 y circuitos amortiguadores, incluyendo las resistencias R1, R2 y los condensadores C1, C2. Se apreciará que la estructura de interruptor mostrada en la FIG. 2 se proporciona como un ejemplo, y que otras disposiciones de interruptores semiconductores (tales como las que usan otros tipos de dispositivos, tales como TCPI) pueden usarse en algunas realizaciones del objeto inventivo.
Con referencia nuevamente a la FIG. 1, los inductores L1, L2 se proporcionan entre los respectivos interruptores S1, S2 y los terminales respectivos del puerto de entrada 101. Un condensador C está acoplado a través del puerto de salida 102. Un sensor de corriente CS está configurado para detectar una corriente proporcionada al puerto de salida 102 desde un punto entre el condensador C y el puerto de salida 102. Un circuito de control 110 controla los interruptores S1, S2 que responden a la corriente detectada por el sensor de corriente CS.
Una aplicación ejemplar para el aparato 100 está en dispositivos de interrupción de circuito (por ejemplo, disyuntores) utilizados en aplicaciones de distribución de energía de CD y/o CA. En tales aplicaciones, por ejemplo, el circuito de control 110 puede configurarse para abrir los interruptores S1, S2 cuando la corriente detectada por el sensor de corriente CS cumple un criterio predeterminado, por ejemplo, excede un umbral predeterminado y/u otros criterios. En tales aplicaciones, los inductores L1, L2 y el condensador C pueden reducir la probabilidad de activación de un dispositivo de interrupción de circuito aguas arriba similar. En particular, cuando se produce una falla aguas abajo del puerto de salida 102, los inductores L2 pueden impedir momentáneamente el flujo de corriente desde el puerto de entrada 101, mientras que el condensador C se descarga en la falla para ayudar a mantener un nivel de corriente suficiente para hacer que el circuito de control abra los interruptores S1, S2 y de ese modo aísla la falla. Esto puede permitir el aislamiento de la falla antes de que la corriente en un dispositivo de interrupción de circuito aguas arriba alcance un nivel suficiente para activar la abertura del dispositivo aguas arriba. De esta manera, los defectos se pueden aislar en el nivel apropiado del sistema de distribución de energía.
Se apreciará que otras realizaciones pueden usar disposiciones de circuitos distintas de las ilustradas en la FIG. 1. Por ejemplo, la FIG. 3 ilustra un aparato 300 que incluye interruptores semiconductores S1, S2 que acoplan un puerto de entrada 301 a inductores respectivos L1, L2. Un condensador está acoplado entre los inductores L1, L2. Un sensor de corriente CS monitoriza una corriente proporcionada a un puerto de salida 302. Un circuito de control 310 opera los interruptores S1, S2 que responden a la corriente detectada por el sensor de corriente CS. Similar al aparato 100 de la FIG. 1, los interruptores S1, S2 pueden utilizar una disposición de circuito a lo largo de las líneas analizadas anteriormente con referencia a la FIG. 2, y la configuración de circuito ilustrada en la FIG. 3 puede proporcionar las características operativas descritas anteriormente con referencia a las FIG. 1 y 2. Se entenderá además que otras realizaciones pueden usar otras configuraciones de circuito. Por ejemplo, algunas realizaciones pueden usar otras disposiciones de filtro (por ejemplo, filtros de orden superior que comprenden otras disposiciones de inductores y condensadores) para proporcionar operaciones similares.
La FIG. 4 ilustra un aparato de interrupción de circuito 400 según la invención. Similar al aparato 100 de la FIG. 1, el aparato 400 incluye interruptores S1, S2, inductores L1, L2 y un condensador C. Un primer sensor de corriente CS1 está configurado para monitorizar una corriente proporcionada en un puerto de salida 402, y un segundo sensor de corriente está configurado para monitorear una corriente en un puerto de entrada 401. Un circuito de control 410 está configurado para controlar los interruptores S1, S2 que responden a las corrientes detectadas por los sensores de corriente primero y segundo CS1, CS2. Por ejemplo, el circuito 410 de control puede configurarse para monitorear una diferencia entre la corriente detectada y, cuando la diferencia indica una falla de línea en el puerto de salida 402, el circuito de control 410 puede abrir los interruptores S1, S2. La disposición de sensores ilustrada en la FIG. 4 puede ser ventajosa para detectar tales fallas, ya que un cortocircuito presentado al puerto de salida 402 conducirá a una diferencia temporal entre las corrientes de entrada y salida debido al efecto de filtrado de paso bajo de los inductores L1, L2 y el condensador C. Esta disposición de sensores también puede ser ventajosa para la detección de fallas intermitentes (por ejemplo, fallas por arco, deterioro de aislamiento, cortocircuitos intermitentes, etc.).
La FIG. 5 ilustra un ejemplo de una aplicación de aparato de interrupción de circuito en un sistema de distribución de energía. Los disyuntores semiconductores 520a, 520b pueden tener entradas acopladas en paralelo a un disyuntor ascendente 510 y proteger los respectivos circuitos de ramificación 530a, 530b. Los disyuntores 510, 520a, 520b pueden configurarse como se ha descrito anteriormente con referencia a la FIG. 1. Tal como se comentó anteriormente, el uso de inductores de filtración L1, L2 y el condensador C en los disyuntores 510, 520a, 520b puede ayudar en la coordinación de la operación de los disyuntores 510, 520a, 520b, de modo que, cuando se produce una falla en uno de los circuitos de derivación 530a, 530b, el correspondiente de los disyuntores 520a, 520b se acciona al tiempo que deja el disyuntor ascendente 510 sin dispararse.
Como un ejemplo, inductores tales como los inductores L1, L2 de la FIG. 1 pueden dimensionarse para limitar la corriente de falla a una velocidad designada máxima. El valor máximo de la corriente de falla podría ser idealmente aproximadamente el 150 % de la corriente nominal de un disyuntor de estado sólido en el momento en que los interruptores S1, S2 están completamente apagados. Puede ser deseable que la corriente de falla a través de los interruptores semiconductores S1, S2 no exceda el 200 % de la corriente nominal para no comprometer el área de funcionamiento segura de polarización inversa (RBSOA - Reverse Bias Safe Operating Area), así como limitar las tensiones térmicas y magnéticas que de otro modo reducirán el tiempo de vida útil de los interruptores semiconductores.
Con referencia a la FIG. 1 y la FIG. 6, el circuito de control 110 puede enviar una señal para apagar los interruptores S1, S2 tras detectar una corriente más alta que está por debajo del 150 % (por ejemplo, alrededor del 130 %) de la corriente nominal del disyuntor. Dado que los interruptores semiconductores de potencia tienen típicamente un tiempo de retardo de unos pocos microsegundos, la corriente de falla puede continuar aumentando hasta aproximadamente el 150 % de la corriente nominal antes de que los interruptores semiconductores S1, S2 sean realmente abiertos.
La velocidad de aumento de la corriente de falla está limitada por la inductancia total de la trayectoria de falla, que incluye los inductores L1, L2. El di/dt más alto puede ocurrir cuando se produce inmediatamente un cortocircuito en la salida del disyuntor, en cuyo caso los inductores L1, L2 serán los medios predominantes para limitar la corriente de falla di/dt. Se aplican las siguientes fórmulas:
(L1 L2) = Vfuente * dttbpa * dimaxA(-1),
donde L1 y L2 son los inductores instalados en el disyuntor, Vfuente es el voltaje del sistema de distribución, dttbpa es el tiempo de retardo y caída del interruptor semiconductor (según especificación a la peor temperatura y considerando que el tiempo de respuesta de los controles es insignificante), y dimáx se calcula a partir de la Imáx deseado (150 %, por ejemplo) menos la Idisparo (nivel de detección de sobrecorriente - 130 %, por ejemplo). Las pérdidas en L1 y L2 -P(L1+L2_pérdidas_potencia) - en una distribución de CD se debe principalmente a su resistencia óhmica - R(L1+L2) - y la corriente de distribución - Idistr - valor:
P(L1+L2_pérdidas_potencia) = Idistr * R (L1+L2)
Las directrices para el dimensionamiento del condensador de derivación C pueden incluir:
a) colocar el condensador después del interruptor semiconductor de manera que su corriente de descarga, durante una falla, no pase a través del interruptor semiconductor;
b) el condensador se conecta después de los inductores L1 y L2;
c) es deseable que el valor del condensador sea evaluado para resonancia durante las perturbaciones de distribución y los armónicos presentes, y
d) la capacitancia es deseablemente lo suficientemente grande como para proporcionar suficiente corriente de falla para disparar el disyuntor incluso cuando la corriente de carga está cerca de cero.
Una fórmula para la capacitancia viene dada por:
C = Imax * dtctrl * VfuenteA(-1),
donde C es el valor de capacitancia, Imáx es la corriente alcanzada cuando los interruptores semiconductores están completamente apagados y dtctrl es el tiempo de retardo de detección de falla de control.
La solución mostrada en la FIG. 1 permite la detección de degradación de aislamiento que causa una disminución de la resistencia de aislamiento. También puede detectar fallas de arco y de tipo de contacto incorrecto. Al agregar un sensor de corriente antes del inductor y otro después del condensador, el circuito controlador puede tener suficiente información para decidir si el circuito está en:
a. funcionamiento normal (la corriente de entrada es igual o mayor que la corriente de salida);
b. condición de falla (la corriente de entrada es menor que la corriente de salida mientras se descarga el condensador y se logra el punto de disparo por sobrecorriente); o
c. condición de falla intermitente (el punto de disparo por sobrecorriente no se logra pero la corriente de entrada es menor que la corriente de salida).
En la condición b), el disyuntor puede abrirse, mientras que en la condición c), el disyuntor puede permanecer cerrado y se afirma una alarma (por ejemplo, un mensaje de advertencia al operador que indica la detección de una anomalía).
Pueden usarse filtros de orden superior distintos de los ilustrados. Se cree que, en general, pueden ser aplicables incluso filtros de paso bajo de orden.
La FIG. 7 ilustra operaciones de un disyuntor de estado sólido según algunas realizaciones. Una corriente de salida del disyuntor se muestrea usando, por ejemplo, un sensor de corriente CS como se ilustra en la FIG. 1 o la FIG. 3 (bloque 710). Una velocidad de cambio en la corriente puede determinarse entonces, por ejemplo, determinando un cambio entre muestras de corriente sucesivas o un cambio de una corriente promedio determinada a partir de las muestras de corriente (bloque 720). En algunas realizaciones, una velocidad de cambio podría determinarse comparando muestras de corriente de sensores de corriente de entrada y salida (por ejemplo, los sensores CS1, CS2 de la FIG. 4), a medida que el inductor de disyuntor (por ejemplo, L1 de la FIG. 4) puede proporcionar suficiente retardo para esta medición para indicar la velocidad de cambio de corriente en la salida de disyuntor.
Si la velocidad de cambio en la corriente excede un cierto valor umbral indicativo de una falla, el disyuntor se abre (bloques 730, 740). El umbral puede determinarse, por ejemplo, basándose en un voltaje de entrada aplicado al disyuntor (que puede medirse y/o asumirse que es un cierto voltaje nominal) y la inductancia conocida del disyuntor (por ejemplo, los inductores L1/L2 mostrados en la FIG. 1). En particular, para una falla a tierra crítica en una salida del disyuntor, un valor de di/dt puede derivarse de la relación:
V = L (di/dt).
El umbral puede establecerse, por ejemplo, en un valor que corresponde al valor di/dt para una falla crítica en la salida del disyuntor para el voltaje e inductancia de entrada conocidos, menos un margen determinado. Si la velocidad de cambio de la corriente de salida excede dicho umbral, es probable que esté presente una falla, por lo que se necesita abrir el interruptor. Si la velocidad determinada de cambio no supera la velocidad de cambio umbral, pero la corriente muestreada (o un valor promedio derivado de la misma) excede un umbral de corriente predeterminado correspondiente a una sobrecarga, el disyuntor también puede abrirse (bloques 750, 760). Se entenderá que después de abrir el disyuntor, se puede volver a cerrar y volver a probar nuevamente para determinar si una condición de fallo o sobrecarga persistente está presente usando, por ejemplo, las operaciones de monitorización actuales ilustradas en la FIG. 7.
La velocidad de cambio en la corriente (di/dt) a través de un inductor se define por el inductor y la caída de voltaje a través del mismo. La caída de voltaje a través del inductor se define por el voltaje fuente menos el voltaje de carga transitoria. El voltaje de carga transitoria se define por la impedancia de carga en el momento en que la carga se activa (por ejemplo, en el lado de salida del dispositivo de interrupción de circuito). En ese momento en el tiempo, el inductor resistirá el cambio en la corriente desde la fuente y, por lo tanto, la impedancia de la carga activada reducirá el voltaje del lado de carga después de que el condensador de salida se descarga en él. Debido a que la corriente de carga está por debajo del umbral máximo de disyuntor de circuito, la corriente nunca alcanza el punto de disparo, pero la velocidad de cambio en la corriente también está por debajo de la de una condición de corriente de fallo:
Vcarga = Vfuente - Vinductor.
El máximo di/dt se alcanza cuando Vcarga = 0, que es el caso cuando hay un cortocircuito. Por lo tanto, se puede calcular una activación di/dt incluso para casos en que el cortocircuito es parcial (es decir, Vcarga no es igual a cero) para diferenciar de las cargas normales. La velocidad de cambio actual puede usarse como una medición de anticipación para preparar el disyuntor a disparo antes de que se alcance un nivel máximo de corriente.
Según realizaciones adicionales, un umbral de velocidad de cambio de corriente puede ajustarse de manera adaptativa en función del voltaje de entrada y la carga actual. Con referencia a la FIG. 8, se puede muestrear un voltaje de entrada aplicado al disyuntor y un umbral de velocidad de cambio de corriente determinado en base al voltaje muestreado (bloques 810, 820). La corriente en la salida del disyuntor puede muestrearse posteriormente (bloque 830). Basándose en el nivel de corriente muestreado (o un promedio derivado del mismo), el umbral de velocidad de cambio puede ajustarse (bloque 840). Por ejemplo, si el disyuntor está relativamente cargado de manera pesada, puede ser deseable establecer la velocidad de cambio umbral menor, ya que la corriente puede aumentar más rápidamente a niveles que pueden ser dañinos en el o los interruptores semiconductores, lo que hace que sea deseable moverse más rápidamente para abrir el disyuntor. Esto puede aumentar la probabilidad de disparo falso, pero esta situación puede abordarse cerrando de nuevo el disyuntor y probando de nuevo para una falla o sobrecarga usando técnicas a lo largo de las líneas descritas anteriormente. Además, la probabilidad de activación espuria puede reducirse filtrando o promediando mediciones de detección de corriente y estimaciones de velocidad de cambio.
Si la velocidad de cambio de la corriente excede el umbral, el o los interruptores del disyuntor pueden abrirse (bloques 860, 870). Si la velocidad de cambio no supera la velocidad de cambio umbral, pero la corriente muestreada (o un promedio derivado de la misma) excede un límite de corriente de sobrecarga, también se pueden abrir los interruptores (bloques 880, 890).
En esta memoria descriptiva, se han descrito realizaciones de la materia objeto de la invención y, aunque se emplean términos específicos, se usan solo en un sentido genérico y descriptivo y no con fines de limitación.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato que comprende:
un interruptor semiconductor (S1) configurado para interrumpir una corriente entre un dispositivo de interrupción de circuito (510) y una carga;
un inductor (L1) acoplado en serie con el interruptor semiconductor (S1);
un condensador (C) acoplado a un nodo entre el inductor y la carga;
un primer sensor de corriente (CS1) acoplado entre el inductor (L1) y la carga;
un segundo sensor de corriente (CS2) acoplado entre el dispositivo de interrupción de circuito (510) y el inductor (L1); y
un circuito de control (110) acoplado a los sensores de corriente primero y segundo (CS1, CS2) y configurado para
controlar el interruptor semiconductor (S1) en respuesta a la primera y segunda corriente detectada por los sensores de corriente primero y segundo (CS1, CS2);
caracterizado por que el circuito de control está configurado además para:
determinar una velocidad de cambio de la corriente detectada y controlar en respuesta el interruptor semiconductor (S1).
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el circuito de control (110) está configurado para abrir el interruptor semiconductor (S1) en respuesta a la velocidad de cambio determinada que supera una velocidad de cambio umbral.
3. El aparato de la reivindicación 2, en donde el circuito de control está configurado para determinar la velocidad de cambio umbral en respuesta a un voltaje aplicado al inductor.
4. El aparato de la reivindicación 2, en donde el circuito de control está configurado para ajustar la velocidad de cambio umbral en respuesta a la corriente detectada.
5. El aparato de la reivindicación 1 que comprende un disyuntor (520a; 520b) que incluye el interruptor semiconductor (S1), el inductor (L1), el condensador (C), el primer sensor de corriente (CS1) y el segundo sensor de corriente (CS2).
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