Controladores de Potencia Dispositivos Electrónicos de Potencia
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Controladores de Potencia
Dispositivos Electrónicos de Potencia
Prof. Alexander Bueno M.
17 de septiembre de 2011
USB
Dispositivos Electónicos de Potencia Controladores de Potencia
Funciones Básicas de los Convertidores Electrónicos de
Potencia
USB 1
Dispositivos Electónicos de Potencia Controladores de Potencia
Diodos
Es el dispositivo más básico de la electrónica de potencia, esta constituido por unajuntura semi conductora NP su encendido se realiza cuando la tensión entre suánodo y cátodo supera la tensión de ruptura de la componente (vak ≥ vto).
Símbolo:
Esquema Semiconductor:
USB 2
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Fotos:
Curvas:
Real Ideal
USB 3
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Tabla 1: Tipos de diodos
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
Uso General 5.0 5.0 1.06.0 3.5 1.00.6 9.57 1.02.8 1.7 20.0
Alta Velocidad 4.5 1.95 20.06.0 1.1 20.00.6 0.017 30.0
Schottky 0.15 0.08 30.0
USB 4
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Tiristor o SCR
El Tiristor o SCR esta conformado por tres junturas NP en serie, este dispositivoreemplazo al los tiratrones y posee controlo de encendido a través del suministrode un pulso de corriente en el orden de los 20mA en la compuerta de disparo ogate, adicionalmente requiere polarización ánodo cátodo positiva (vak > 0) .
Símbolo:
USB 5
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Esquema como Semi conductor:
USB 6
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Foto:
USB 7
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Curvas:
Real Ideal
USB 8
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Tabla 2: Tipos de tiristores
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
Bloque Inverso 6.0 2.3 20.0
4.5 3.7 20.0
Conmutados por línea 6.5 4.2 0.06
2.8 1.5 0.06
5.0 5.0 0.06
Alta Velocidad 2.8 1.85 20.0
1.8 2.1 20.0
Bidireccionales 4.2 1.92 20.0
RCT 2.5 1.0 20.0
Conducción Inversa 2.5 1.0 5.0
Gatt (Tracción) 1.2 0.40 20.0
Fototiristor o Lumínicos 6.0 1.5 0.400
USB 9
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Triac
Símbolo:
Foto:
USB 10
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Curvas:
Real Ideal
Tabla 3: Tipos de triac
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
Uso General 1.2 0.3 0.4
USB 11
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Tiristores Auto Desactivables
GTO:
IGCT:
USB 12
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MTO:
MCT:
USB 13
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SITH:
ETO:
USB 14
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Curvas:
Real Ideal
USB 15
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Tabla 4: Tipos de tiristores auto desactivables
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
GTO 4.5 4.0 10.0HD-GTO 4.5 3.0 10.0Pulso-GTO 5.0 4.6 10.0
MCT 4.5 0.25 5.01.4 0.065 5.0
MTO 4.5 0.5 5.0ETO 4.5 4.0 5.0IGCT 4.5 3.0 5.0SITH 4.0 2.2 20.0
USB 16
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Transistores BJT
Los transistores BJT más utilizados en la electrónica de potencia son los NPN, ysu operación se centra en corte y saturación, es decir, como interruptor electrónico.
Recordemos que para que un transistor NPN se encuentre polarizado es necesarioque la tensión del colector sea mayor a la de la base y esta mayor que la del emisor(vC > vB > vE) en por lo menos 0,7V .
La polarización de este dispositivo se realiza por corriente y es de la forma:
ibase =icolector
hfe=
iemisor
(hfe + 1)(1)
USB 17
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Símbolo:
USB 18
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Característica:
Real Ideal
Para operar el transistor en corte es necesario suministra cero corriente por la base.
La condición para operar el transistor en saturación es:
ibasesaturacion≥
(icolectoroperacion
) 1hfe
(2)
USB 19
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Tabla 5: Tipos de transistores BJT de potencia
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
Individual 0.4 0.25 25.0Individual 0.4 0.04 30.0Individual 0.63 0.05 35.0Darlington 1.2 0.40 20.0
USB 20
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MOSFET
Símbolo:
USB 21
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Foto:
Característica:
Real Ideal
USB 22
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Los MOSFET más utilizados en electrónica de potencia son los canal N y suoperación se reduce a interruptor electrónica, es decir, en corte y operación.
La ventaja de este dispositivo en relación con el BJT es su polarización en tensióny alta impedancia de entrada.
Tabla 6: Tipos de transistores MOSFET de potencia
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
Individual 0.8 0.0075 100.0COOLMOS 0.8 0.0078 125.0COOLMOS 0.6 0.04 125.0COOLMOS 1.0 0.0061 125.0
USB 23
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IGBT
Los transistores de compuerta aislada o IGBT combinan las características de losMOSFET y BJT
Símbolo:
USB 24
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Esquema Interno:
Foto:
USB 25
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Característica:
Real Ideal
Tabla 7: Tipos de transistores IGBT de potencia
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
Individual 2.5 2.4 100.0Individual 1.2 0.08 100.0
USB 26
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SIT
El SIT es el FET de electrónica de potencia y su aplicación se reserva para altasfrecuencias.
Símbolo:
USB 27
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Característica:
Real Ideal
Tabla 8: Tipos de transistores SIT de potencia
Tipo Tensión (kV) Corriente (kA) Frecuencia (kHz)
Individual 1.2 0.30 100.0
USB 28
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Clasi�cación de los Semiconductores de Potencia
Activación y desactivación sin control.
Activación controlada y desactivación sin control.
Activación y desactivación controlada.
Requerimiento de encendido por nivel de compuerta o �anco de compuerta.
Capacidad de tensión bipolar o unipolar.
Corriente bidireccional o Unidireccional.
USB 29
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Características de conmutación de los semiconductores
de potencia
USB 30
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Selección de Semiconductores de Potencia
La selección de un dispositivo de potencia, para una determinada aplicacióndepende:
• Tensión y Corriente• Característica de conmutación y controlabilidad.• Perdidas en los tres estados de operación (conducción, bloqueo y conmutación).
Los niveles de perdidas que pueden manejar la componente depende de sucapacidad de disipación de calor al medio ambiente que esta estrechamenteligada con su disipador.
• Frecuencia para encendido y apagado que requiera la aplicación.
USB 31
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Ventajas y Desventajas de la Electrónica de Potencia
Los dispositivos semiconductores de potencia permite realizar puentes convertidoreselectrónicos, e�cientes que mejoran las prestaciones estáticas y dinámicas de losprocesos de conversión de energía eléctrica, originando procesos más e�cientesdebido a la capacidad de conmutar grandes bloques de energía con mínimaspérdidas.
La conmutación de altos bloques de energía trae consigo la introducción decontaminación armónica en tensión y corriente sobre las líneas de alimentación,problemas de resonancia, interferencia electromagnética, fallas de aislación, entreotras.
Estos problemas pueden solucionarse mediante �ltros pasivos y/o activos o mejo-rando las estrategia de conmutación de los puentes electrónico.
USB 32
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USB 33