8.16 Que tipos de circuitos de proteção são incluídos em controladores típicos de estado sólido para motores CC? Como funcionam?

Passo 1

O enunciado pergunta quais circuitos de proteção costumam vir embutidos em controladores de estado sólido para motores CC e como cada um funciona. O conteúdo envolve proteção em eletrônica de potência: detecção de corrente, tensão e temperatura, além de supressão de transientes e polaridade reversa. Para responder, vamos listar cada tipo e explicar seu princípio de operação.

Passo 2

Proteção contra sobrecorrente
Em geral o controlador mede a corrente de armadura por um resistor de baixo valor ou por um sensor de efeito Hall. Esse sinal é comparado por um circuito analógico (um comparador) com um limiar I_{\rm lim}. Se a corrente ultrapassa I_{\rm lim}, o PWM é imediatamente reduzido ou o estágio de potência é desligado até a corrente cair, evitando danos aos transistores e ao motor em caso de bloqueio ou sobrecarga.

Passo 3

Subtensão (undervoltage lockout)
Antes de permitir o disparo das chaves (MOSFETs ou IGBTs), o controlador monitora a tensão de alimentação V_{\rm in}. Se V_{\rm in} ficar abaixo de um certo valor mínimo V_{\rm UVLO}, o circuito bloqueia o driver de gate, impedindo que as chaves comutem sob tensão insuficiente, o que causaria perdas altas e mau funcionamento.

Passo 4

Sobretensão
Quando a fonte de alimentação ultrapassa um limite V_{\rm OVLO}, o controlador entra em proteção para não estressar os semicondutores. Isso pode ser feito por comparação direta da tensão de barramento e, ao exceder o limiar, seja desligando o estágio de potência, seja ativando um circuito de frenagem dinâmico (brake chopper) que dissipa o excesso em um resistor.

Passo 5

Proteção térmica
Sensores de temperatura (termistores NTC ou circuitos integrados) montados no dissipador monitoram a temperatura dos semicondutores. Se a temperatura ultrapassar um valor crítico, o controlador reduz a potência ou se desliga totalmente, prevenindo que o excesso de calor degrade ou queime os dispositivos.

Passo 6

Supressão de transientes e polaridade inversa
Para proteger contra picos de tensão gerados pelo motor (back-EMF) ou por raios/transientes na rede, usa-se diodos de roda-livre, supressores de transiente (TVS) e redes RC de snubber nos drenos dos MOSFETs. Além disso, um MOSFET de bloqueio ou um diodo reverso evita danos se a fonte for ligada com polaridade invertida.

Passo 7

Detecção de curto-circuito nos semicondutores
Além da sobrecorrente na armadura, há proteção específica contra curto interno entre dreno e fonte (no caso de MOSFETs). Isso é feito por circuitos de monitoramento de faixa de gate ou pela rápida detecção de aumento abrupto de corrente, com desligamento quase instantâneo para proteger o módulo de potência.

Resposta

As proteções típicas em controladores de estado sólido para motores CC são:
– Proteção contra sobrecorrente (current limit / trip)
– Bloqueio por subtensão (undervoltage lockout)
– Proteção contra sobretensão (overvoltage lockout e frenagem dinâmica)
– Proteção térmica (over-temperature shutdown)
– Supressão de transientes e polaridade reversa (diodos, TVS, snubbers)
– Detecção de curto-circuito interno nos semicondutores

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