Put

Electrnica Industrial - Prcticas, 05/06 169 de 202

30.5 Circuitos integrados con PFC.

Cuestin 4: (En el informe) Elegir uno de los circuitos integrados PFC y explicar su funcionamiento. Texas Instruments: www.ti.com Fairchild: www.fairchildsemi.com On semiconductor (Motorola): www.onsemi.com Linear Technology: www.linear-tech.com Power Integrations: www.powerint.com


31 PROBLEMAS DE ELECTRNICA INDUSTRIAL

31.1 SEMICONDUCTORES DE POTENCIA

31.1.1 Cuando se polariza un diodo en inversa por una fuente de continua de 500V, la corriente es de 1mA. La carga es resistiva de valor RL 10.

Calcular

a) La resistencia interna que presenta el diodo.

b) Prdidas de potencia cuando el diodo est en corte.

c) Prdidas de potencia cuando est en conduccin si se invierte la fuente

(VTO=0.84V, Req=0.6m)

Solucin: a) req=500k b) 0.5W c) 43,5W

2-Dadas las caractersticas del diodo MUR1620CT de International Rectifier utilizado

en el siguiente circuito, estimar la carga de recuperacin inversa y el pico de

corriente inversa cuando se cierra el interruptor. Considerar que la inductancia L es

lo suficientemente alta para que la corriente por ella sea constante en el intervalo

de conmutacin. (R = 10 V2 = 150V L3 = 0.5H Tj=125C)

Solucin: trr 34ns Qrr 105 nC Irm 6,2A


3-Para la realizacin fsica del siguiente circuito se dispone de tres diodos, cuyas

caractersticas idealizadas se muestran a continuacin:

diodo 1:

VTO = 0.84V,Req = 0.6m

diodo 2:

VTO = 0.84V, Req = 1 diodo 3:

VTO = 0V, Req = 1 m diodo 4:

VTO = 1V, Req = 0.4m

Calcular las prdidas en conduccin de cada diodo si la corriente es de la forma de

las figuras A1.1 a A1.6


4-El tiristor de la figura tiene una corriente de mantenimiento de 50mA y se dispara

con un impulso de 50 s de duracin. Demostrar que sin la resistencia R el tiristor

no permanecer encendido cuando termine el pulso, y hallar el valor mximo de R

para asegurar el encendido. Despreciar la cada de voltaje en el tiristor.

Solucin: a) sin R i(50 s)=10mA b) R = 2.5k

5-Un tiristor tiene una caracterstica en conduccin que puede ser aproximada por

una lnea recta definida por los siguientes parmetros: VTO=1V, Req=18m. Estimar

las prdidas medias de potencia para

Una corriente continua de 23A

Una media onda sinusoidal de valor medio 18A

Una corriente de 39.6A durante medio ciclo

Una corriente de 48.5A durante un tercio de ciclo

Solucin: i) 32.7W ii) 32.6W iii) 34.2W iv) 30.5W

6-Las prdidas de un determinado tiristor son de 400W para una forma de onda de

corriente rectangular de longitud variable segn la tabla siguiente:

Corriente media A 138 170 196 218 250 305

Longitud de la corriente en

grados

30 60 90 120 180 360

Calcular el valor eficaz de la corriente para cada caso

.


FIG. con la forma de onda (T = 360)

Solucin:

Longitud de la corriente en

grados

30 60 90 120

180 360

Idc 138 170 196 218 250 305

Imax 1656 1020 784 654 500 305

IR.M.S. 478 416 392 377 354 305

6-En el circuito de la figura el tiristor principal, Tp, tiene un tiempo mximo de

apagado de toff=10s. Se pide:

a) obtener el mnimo valor de C b) El valor de R si el tiristor se dispara cada 5ms. c)

7-En el circuito de la figura Cuanto deben valer L y C para conseguir cortar el

SCR?

8-Calcular el tiempo que tarda en comenzar a conducir un MOSFET de potencia,

Si los parmetros de entrada son Cgs = 1600 pF y R = 50 ohmios y se le

aplica un escaln de tensin de 10 V entre la puerta y la fuente.

El voltaje de puerta umbral del MOSFET es de 1.5 V.

9-Suponiendo que las formas de onda idealizadas de un semiconductor cuando

opera como interruptor a una frecuencia fs son las dadas en la siguiente figura,

calcular la potencia media de las prdidas debidas a la conmutacin.


Utilizando las expresiones obtenidas calcular las perdidas de potencia media del BJT

KSH31 de Fairchild semiconductor y del MOSFET IRF1404 de International Rectifier

si la tensin en corte es de V= 20V y la corriente en conduccin es de I = 1A.

Caractersticas de BJT KSH31

Caractersticas de MOSFET IRF1404

Test conditions: ID = 95A; VDD = 20V; RG = 2.5 RD = 0.21

Turn-On Delay Time (tdon ) :17 ns Rise Time (tr ):140 ns

Turn-Off Delay Time (tdoff) : 72 ns Fall Time (tf ):26 ns

4.- Trata de explicar el funcionamiento de SCR mediante el modelo de los dos transistores. Qu debe ocurrir para que el sistema pase a conducir?


10-Para los grficos de tiempo de la figura 3 determinada el valor de los siguientes parmetros: Ts, fs, td(on), tr, ton, tn, td(off), tf, toff, to, VDD, VDS(sat), IDSS, ID. Adems determine las potencias promedio para: td(on), tr, tn, td(off), tf, to y la Potencia total consumida.

Figura 3. Grfico de conmutacin del transistor

11- De los tres transistores mostrados a continuacin, escoja uno de ellos para trabajar bajo las condiciones de corriente y tensin del problema anterior, si es necesario disee un circuito de proteccin, ya que el transistor debe trabajar con un factor de proteccin de 2 para dv/dt y di/dt.


Transistor IDMAX VDSMAX MAX MAX

Q1 40A 200V 50 V/ s 30 A/ s

Q2 70A 150V 10 V/ s 20 A/ s

Q3 100A 90V 5 V/ s 40 A/ s

12-Hallar la frecuencia de los pulsos de disparo (Vb1) del siguiente circuito de

disparo de un SCR mediante UJT. Suponer que la constante de tiempo R1C1 es

mucho mayor que RB1C1. La fuente V1 es una fuente de tensin DC.

(R1=4k7, C1=0.1F,Rb2=1k)

Solucin: f=2.1KHz

13-UJT - Circuito de Relajacin. El circuito de relajacin normalmente es usado para el disparo de SCR o TRIAC. Para que el UJT funcione de esta forma, el valor de R debe ser ajustado para que la corriente de emisor Ie sea mayor que la Ip pero menor que Iv.

Disee un circuito de relajacin usando un UJT cuyos parmetros son Vs = 30V, = 0.6, Ip = 20 A, Vv = 4V, Iv = 13mA. La frecuencia de oscilacin es de 120Hz y el ancho del pulso de disparo tg = 50 F y Vd1 = 0.5V.

El circuito de relajacin es el que se muestra:


Figura N1 Circuito de Relajacin con UJT

31.1.2

Hallar la frecuencia de los pulsos de disparo (Vp) del siguiente circuito de disparo

de un SCR mediante PUT. Suponer que la constante de tiempo RTCT es mucho

mayor que RSCT. La fuente Es es una fuente de tensin DC. Cual es la ventaja

frente al circuito anterior? (RT=4k7, CT=0.1F,R1=1k,R2=2k)

Solucin: f=1.9KHz

2.- Se desea construir un sencillo circuito de alarma de manera que el circuito de control sea un oscilador de relajacin construido con un P.U.T. (MPU 132), el sistema deber de dar pitidos intermitentes cada intervalo de 10 segundos. Disear el circuito de control.


31.1.3

Sea el circuito de control de potencia de la figura. Dibuja la forma de onda con sus valores correspondientes, para un valor de R2 de 75 k. Salida del puente. En extremos del condensador. Tensin en extremos de la carga. Angulo de retardo del SCR.

31.1.4

Explicar el funcionamiento del siguiente circuito


31.1.5 Un diodo de potencia BYX 71 acta inicialmente con una corriente de 2A y una temperatura ideal de la unin de 25C. El diodo opera en un circuito en el cual la derivada de la corriente inversa es de 20 (A/s). Determinar el tiempo de recuperacin inversa (trr), as como la corriente inversa mxima (IRM):

a) cuando tf =0.

b) cuando ts = tf.

Datos: Qrr = 700 nC.

14-Determinar el valor de la resistencias de equilibrio para los diodos conectados

en serie, sabiendo que la tensin de alimentacin es 1000V (VRMS), los diodos

tienen una tensin inversa VRWM de 800V y una corriente de fuga inversa mxima

IR de 4 mA.

31.1.6 Dos diodos conectados en paralelo conducen en total 100A.

a.-) Determinar el valor de las resistencias serie necesarias para que ningn

diodo conduzca ms de 55A.

b.-) Calcular la potencia en cada rama.

c.-) La cada de tensin en cada rama.

Datos: Vd1 = 1.5 V; Vd2 = 1.8 V

Example: The following information is available for a UJT: 2VV = V, VI =10 mA,

=0.6, BBR = 10 k, and PI =1 A. If the forward voltage drop of the diode is 0.5

V, the applied dc voltage is 20 V, 1R =100 and C = 1F, determine R so that

the oscillation frequency is about 100 Hz. Solution: Although 2R is not needed, the Motorola Engineers Report

suggests that we should still use it and its value can be approximated as === 180020000,106.0015.0VR015.0R SBB2

As you may have guessed it, it is not really a small resistor. Let us select a value of 2 k for 2R .

From (2): === k6.0106.0RR BB1B We can now determine the peak-point voltage using the exact expression as

D21BB

11BBBP VRRR

RRVV +++

+= = 58.105.0

21.0101.0620 =+

++

+ V


For a frequency of 100 Hz, the time period, is

01.0100

1f1T === s.

Neglecting the discharging time, the charging time is 01.0TTCH = s

From (4):

=

PBB

VBBCH VV

VVlnRCT

or

= 58.1020

220ln)101(R01.0 6

443.15R = k

For sustained oscillations, R must be within its minimum and maximum values as computed below.

V

VBBMIN I

VVR

= = 8.11010

2203 =

k

P

PBBMAX I

VVR = = 42.9101

58.10206 =

M

The circuit oscillates because R fulfills the requirements.

If we had the freedom to choose both R and C, we could have chosen R as the geometric mean of the minimum and maximum resistances. That is,

2.13094208.1RRR MINMAX === k

Had we selected R = 130 k, then the capacitor would have been

9

31079.118

58.1020220ln10130

01.0C =

= F

Hence, we could have used C = 120 nF With these selected values, the time period is

=

PBB

VBBCH VV

VVlnRCT

=

58.1020

220ln)10120)(10130( 93 =0.0101 s

Finally, 99.980101.01f == Hz


This frequency is about 1% lower than its desired value of 100 Hz. This is well within the approximations and the tolerances of the components.

Problems: UJT Parameters for UJT: =0.66, 5.0VD = V, 4IV = mA, =PI 10 A, and

=VV 1 V.

1. In the circuit of Figure P1, = k10R , F2C = , == 100RR 12 , and

V24VBB = . Will the circuit oscillate? If yes, what is its oscillation

frequency? Neatly sketch and label the voltage drop across the capacitor. What is the range of frequencies that can be obtained by varying R?

2. In Figure P1, if R is a 5-k resistor in series with a 100-k potentiometer, C is 0.068 F, and V10VBB = , what are the minimum and

maximum oscillation frequencies?

Example: Analyze the operation of a 2N6027 PUT of Figure-3 when == k10R,k15R 21 , R = 500 k, C = 0.2 F, r = 100 , and =SV 10 V.

Solution:


61510

1510VG =

+= V

5.65.06VVV DGP =+=+= V

615101510R G =+

= k

For a 2N6027 PUT, typical value of the peak-point current is 4 A.

P

PSMAX I

VVR

= 875104

5.6106 =

=

k

Assuming =VV 0.8 V, and 150IV = A, the minimum resistance is

V

VSMIN I

VVR

= 3.6110150

8.0106 =

=

k

Since R is greater than MINR and less than MAXR , the circuit must oscillate.

The time-period is nearly equal to the charging time. That is,

=

PS

VSCH VV

VVlnRCT 64.965.6108.010ln)102.0)(10500( 63 =

= ms

Finally, the frequency of oscillations is

35.10T

1T1f

CH

== Hz


Example: Design a time delay circuit with a delay of 30 seconds. Solution: Since we have to select all the components, we make the following selections for the circuit in Figure-3: 10VS = V, 27R 2 = k, 47R1 = k, and r = 47

35.64727

4710VG =+= V

85.65.035.6VP =+= V

15.1747274727R G =+

= k

For a 2N6027 PUT, typical valley-point values are 18IV = A and 8.0VV = V

V

VSMIN I

VVR = 5111018

8.0106 =

=

k

For a time-delay circuit, R must be less than MINR .

So, let us select R = 390 k. By setting =CHT 30 s in the charging time equation, we get

=85.6108.010lnC)10390(30 3

or 76.71C = F

Let us select a standard value for C as 100 F. We can now recalculate R as

= 85.6108.010ln)10100(R30 6

or 280R = k

We can use 270-k resistor in series with a 10-k potentiometer for R. The potentiometer will help us adjust the value of R to obtain the desired delay. Since the capacitor charges to 6.85 V, the peak value of the output pulse will be nearly equal to 5.85 V allowing for a 1-volt drop across the device. The resistance r controls the duration of the pulse.


Problems: PUT

A student built the circuit of Figure P1 using a programmable unijunction transistor and found it oscillating. Determine its charging time. If the discharging time is ignored, what is its frequency of oscillation? Sketch the voltages )t(vC and )t(vK .

31.1.7 Examen de Electrnica Industrial. 29 de junio de 2005 En el circuito de la figura:

h) Obtener el valor medio de la tensin en la carga (en la fuente de corriente) i) Determinar la corriente inversa mxima por el diodo. j) Determinar la tensin mxima en el diodo


k) Dibujar las corrientes de IGBT y diodo l) Dibujar las tensiones de IGBT y diodo m) Dibujar la tensin en la inductancia

31.1.8 Examen de Electrnica Industrial. 6 de septiembre de 2005

Se conectan dos tiristores de 1200 V en serie para soportar una tensin de 2 kV. La pendiente de la curva caracterstica cuando el diodo est en corte es de 16.7 A/V y 12.5 A/V para cada uno de los tiristores respectivamente. a) Determinar como se reparte la tensin entre los dos tiristores (0.25 puntos). b) Seleccionar el valor de las resistencias que se deben colocar en paralelo con los tiristores (idntico para los dos tiristores), de manera que la tensin mxima en cualquiera de ellos no supere los 1050 V. (1 punto). c) Calcular la potencia disipada en las dos resistencias del apartado b) (0.25 puntos).

31.1.9 Examen de Electrnica Industrial. 9 de junio de 2006

En el circuito de la figura 1

a) Determinar el valor mnimo del condensador del Snubber (Csnubb) de proteccin en el apagado para que la derivada de tensin en el transistor no supere 50 V/seg, teniendo en cuenta que la derivada de la corriente en el transistor durante el apagado se ha podido medir y cae de forma lineal con una pendiente di/dt = - 100 A/s.

b) Determinar el valor de la resistencia del Snubber (Rsnub) para que en el encendido la corriente por el transistor no supere los 125 A, teniendo en cuenta que la derivada de la corriente en el diodo durante el apagado (encendido del transistor) se ha podido medir y cae de forma lineal con una pendiente di/dt = - 100 A/s, con un tiempo de recuperacin inversa de Trr = 500ns y un tiempo de cada Tf = 0.


figura 1

12.-UNA BOMBILLA SE UTILIZA CON UNA TENSION DE 220 V. Y TIENE UN CONSUMO DE 40 W. SI LA CONTROLAMOS CON UN SCR. CUAL ES EL VALOR DEL CONSUMO MAXIMO DE LA BOMBILLA? a. 5 W b. 80 W c. 40 W d. 10 W e. 20 W 13.-Y CON UN RETARDO DE 45 GRADOS EN LA CUESTION ANTERIOR a. 40 W b. 20 W c. 10 W d. 80 W e. 5 W 15.-COMO SE DENOMINA EL ESTADO DE TRABAJO QUE DISTINGUE AL DIODO DEL SCR a. ESTADO DE MANTENIMIENTO b. BLOQUEO INVERSO c. --- d. BLOQUEO DIRECTO e. ESTADO DE CONDUCCION 17.-COMO AFECTAN LAS dV/dt EN EL SCR a. NORMALMENTE NO AFECTAN AL DISPOSITIVO b. PUEDEN ROMPER LA UNION DEL SEMICONDUCTOR c. PUEDEN PROVOCAR EL DISPARO INDESEADO d. AFECTAN IGUAL QUE LAS di/dt e. SIEMPRE PROVOCAN EL DISPARO INDESEADO 18.-LA dV/dt MAXIMA QUE PUEDE SOPORTAR UN TIRISTOR a. --- b. --- c. DISMINUYE CON LA CORRIENTE NEGATIVA DE PUERTA d. AUMENTA CON LA CORRIENTE NEGATIVA DE PUERTA e. PERMANECE CONSTANTE CON LA CORRIENTE NEGATIVA DE PUERTA

31.2 Anlisis trmico

-Dibuja un diagrama en el que aparezcan los principales parmetros trmicos de un transistor con disipador,y por el principio de analoga, dibuja el diagrama elctrico equivalente.

- LA RESISTENCIA TERMICA DEL DISIPADOR ELEGIDO DEBE DE SER a. MAYOR QUE LA CALCULADA b. --- c. IGUAL QUE LA CALCULADA d. MENOR QUE LA CALCULADA e. ---

4.- PORQUE, SABEMOS QUE EXISTE LA RESISTENCIA TRMICA EN EL DISPOSITIVO SEMICONDUCTOR? a. ---


b. PORQUE SE CALIENTA EL DISIPADOR c. PORQUE SE COLOCA UN DISIPADOR d. POR LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA A LA QUE SE ENCUENTRAN LA DIFERENTES PARTES e. PORQUE SE UNE EL COLECTOR AL CHASIS

5.- SI EL CHASIS DEL APARATO VA A MASA Y LA ALETA DISIPADORA VA AL CHASIS, QUE METODO UTILIZAREMOS PARA UNIR EL TRANSISTOR A LA ALETA a. DIRECTO b. MICA MAS PASTA DE SILICONA c. MICA d. --- e. PASTA DE SILICONA

1.- El fabricante del transistor 2N3055 suministra los siguientes datos. Potencia mxima 120 w; para una Tc


Corriente instantnea mxima IDM= 110A Corriente directa mxima IF(AV)=15A Tensin mxima UDS =100V Corriente de pico nico IFSM=1000A Resistencia directa en conduccin RDSON=44m Cada directa en conduccin VF=0,62V Temperatura mxima en la unin Tj=150C Corriente de fugas @125C IRM=42mA Resistencia trmica unin-cpsula RTHjc= 1,15C/W Temperatura mxima en la unin Tj=150C Resist. trmica contacto caps.-rad. RTHCS=0,5C/W Resisten. trmica unin-cpsula Tiempo de encendido tON=11ns RTHjc=3,25C/W Tiempo de apagado tOFF=35ns Resist. trmica caps.-radiador. RTHCS=0,5C/W

31.3 RECTIFICADORES


En el circuito de la figura, teniendo en cuenta el efecto de la inductancia serie de la fuente de alterna:

a) Dibujar la forma de onda de la tensin en la carga de corriente constante. b) Dibujar la forma de onda de la corriente por uno de los diodos (especificar

cual). c) Dibujar la forma de onda de la tensin en la inductancia. d) hallar el valor medio de la tensin en la carga de corriente constante. (Vs es el

valor mximo de la tensin de la fuente y f su frecuencia)


El circuito de la figura es un cargador de bateras. Suponiendo que se encuentra funcionando en rgimen estacionario (se ha superado el transitorio de arranque), y que los semiconductores son ideales:

R

1 ohmE

24 VdcFREQ = 50 Hz

220 VrmsD2

D1 L

100 mH1 2


a) obtener analticamente la funcin matemtica que representa, en funcin del tiempo, la corriente que atraviesa la batera. Representar dicha funcin y determinar los intervalos de conduccin de cada uno de los diodos. (0.75 puntos).

b) Obtener la potencia media entregada a la batera. (0.5 puntos). Con objeto de seleccionar adecuadamente el diodo D2, se pide:

c) Obtener la corriente eficaz que lo atraviesa, as como la mxima tensin inversa a la que se encuentra sometido (0.5 puntos).

Suponiendo que R representa la resistencia interna de la batera, y no se puede evitar, y que los diodos son ideales:

d) Obtener el rendimiento energtico del cargador (0.5 puntos).


En el rectificador controlado de media onda de la figura 2:

figura 2

a) Dibujar la tensin en la carga en funcin del ngulo de disparo del tiristor. b) Obtener el valor medio de la tensin para un ngulo de disparo = /3. c) Cual es la tensin de salida si el ngulo de disparo es = /24 y el impulso de disparo dura

100s?

Si se cambia la carga por una carga altamente inductiva, de manera que la corriente de carga es constante y de 10, y se tiene en cuenta la inductancia de la fuente de tensin alterna, ( L = 1mH), como en la figura 3

d) Dibujar la forma de onda de corriente en el diodo y en el tiristor y hallar el angulo de solapamiento durante el cual conducen diodo y tiristor.

e) Dibujar la tensin en la carga para un ngulo de disparo del tiristor = /2 y obtener su valor medio.


figura 3

21.-EN QUE CUADRANTES DEL PLANO V-I PUEDE FUNCIONAR UN PUENTE RECTIFICADOR MONOFASICO CON DIODOS a. SOLO CUARTO b. I, II c. I, IV d. SOLO I e. TODOS LOS CUADRANTES

22.-EN QUE CUADRANTES DEL PLANO V-I PUEDE FUNCIONAR UN RECTIFICADOR TOTALMENTE CONTROLADO a. SOLO I b. I, IV c. I, II d. SOLO IV e. TODOS LOS CUADRANTES

23.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR CON TIRISTORES LA CORRIENTE ES: a. ---

b. --- c. SIEMPRE NEGATIVA d. POSITIVA O NEGATIVA e. SIEMPRE POSITIVA

24.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO MEDIA ONDA CONTROLADO PARA UN ANGULO DE RETARDO DE 90 GRADOS. LA TENSION ES a. ---

b. NEGATIVA c. POSITIVA d. --- e. CERO

25.-PARA UN RECTIFICADOR MONOFASICO SEMICONTROLADO PARA UN ANGULO DE RETARDO DE 90 GRADOS. LA TENSION ES a. ---

b. POSITIVA c. NEGATIVA d. --- e. CERO


26.-EN UN RECTIFICADOR MONOFASICO SEMICONTROLADO PARA UN ANGULO DE RETARDO DE 180 GRADOS. LA TENSION ES a. POSITIVA b. --- c. --- d. CERO e. NEGATIVA

27.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR CONTROLADO TRIFASICO DE MEDIA ONDA PUEDE HABER DOS TIRISTORES CONDUCIENDO AL MISMO TIEMPO a. NUNCA b. DEPENDE DE LA CONFIGURACION DEL CIRCUITO c. EN LOS PERIODOS DE CONMUTACION DE UNA FASE A OTRA d. SIEMPRE HAY DOS SCR CONDUCIENDO e. ---

28.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA LA TENSION DE SALIDA TIENE UN FUNDAMENTAL DE a. 50 Hz b. --- c. 100 Hz d. 300 Hz e. 150 Hz

29.-EN CUALQUIER MONTAJE PUENTE RECTIFICADOR A TIRISTORES SE LOGRA UNA TENSION DE SALIDA MAXIMA PARA a. ANGULO DE ENCENDIDO 180 b. DEPENDE DEL TIPO DE MONTAJE c. --- d. ANGULO DE ENCENDIDO CERO e. ANGULO DE ENCENDIDO 90

30.-A MEDIDA QUE AUMENTA EL ANGULO DE RETARDO LA TENSION DE SALIDA EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR CON SCR VA DECRECIENDO HASTA LLEGAS A CERO VOLTIOS a. DEPENDE DEL TIPO DE MONTAJE b. --- c. ---

d. FALSO e. VERDADERO

31.-QUE ES EL FACTOR DE FORMA a. TENSION EFICAZ TOTAL/TENSION MEDIA b. TENSION DE RIZADO/TENSION MEDIA c. POTENCIA EFICAZ TOTAL/POTENCIA ALTERNA d. TENSION EFICAZ/TENSION CONTINUA e. POTENCIA DE SALIDA/POTENCIA DE ENTRADA

32.-QUE ES UN TROCEADOR a. CONVERTIDOR DC-DC b. CONVERTIDOR AC-DC c. --- d. CONVERTIDOS AC-AC e. CONVERTIDOR DC-AC

33.-QUE ES UN CICLOCONVERTIDOR a. CONVERTIDOR AC-AC


b. CONVERTIDOR AC-DC c. CONVERTIDOR DC-AC d. CONVERTIDOR DC-DC

34.- EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA LA TENSION MEDIAEN LA CARGA VALE a. Vm/2PI b. Vm/PI c. Vm d. 2Vm/PI e. 2Vm

35.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO ONDA COMPLETA LOS DIODOS CONDUCEN a. 240 GRADOS b. 180 GRADOS c. 30 GRADOS d. 60 GRADOS e. 120 GRADOS

36.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR MFASICO DE MEDIA ONDA, LA TENSION MEDIA VALE a. 0.954 Vm b. 2 Vm c. Vm SEN PI/m d. m Vm e. m Vm/PI SEN PI/m

37.-CUANDO TENEMOS VARIOS DIODOS EN SERIE, CUAL DE ELLOS BLOQUEARA ANTES LA TENSION INVERSA a. EL BLOQUEO NO DEPENDE DE LA CARGA ALMACENADA b. EL QUE TENGA LA MAXIMA CARGA ALMACENADA c. ---

d. --- e. EL QUE TENGA LA MINIMA CARGA ALMACENADA

39.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA, LA VRRM VALE a. 2Vm b. Vm/2 c. Vm d. RAIZ DE DOS POR Vm e. Vm/PI

31.4 CONVERSIN DC-DC


En el convertidor DC-DC de la figura


a) Calcular el valor medio de la tensin en C1

b) Suponiendo que la tensin en los condensadores y la corriente en las bobinas es prcticamente constante hallar la tensin de salida en funcin de la tensin de entrada y el ciclo de trabajo D.

c) Si la tensin de entrada es Vdc =35V, la tensin de salida es Vo = 90V, la potencia de salida es 100 W, la frecuencia de conmutacin es f = 100 kHz, obtener el rizado de la corriente en la bobina L1. (Suponer la tensin en los condensadores constante) d) Con los valores del apartado c, al disminuir la frecuencia de conmutacin, para que frecuencia se har la corriente por L1 discontinua? (Suponer que la corriente por L2 es siempre continua)


En un convertidor reductor o buck la tensin de salida es constante y de 10 Vdc.

La carga es de tipo resistivo y la potencia consumida puede variar entre 5 y 30 W. La tensin de entrada puede variar entre 15 y 25 Vdc. La frecuencia de conmutacin es de 8 kHz. La inductancia del convertidor es L = 60 H. El condensador de salida es lo suficientemente grande para mantener la tensin prcticamente constante.

Sabiendo que el convertidor opera en rgimen de conduccin discontinua en todo el rango de variacin de la carga y de la tensin de entrada:

a) Deducir la expresin analtica del ciclo de trabajo en funcin de la corriente de carga y las tensiones de entrada y salida. (Nota: Resulta til visualizar las formas de onda de tensin y de corriente en la inductancia). (1.75 puntos).

b) Calcular el rango de variacin del ciclo de trabajo para que la tensin se mantenga constante.(0.5 puntos)


El circuito Watkins-Johnson se muestra en la figura 4. Suponiendo que se encuentra funcionando en rgimen estacionario (se ha superado el transitorio de arranque), y que los semiconductores son ideales:


e) Obtener la tensin de salida en funcin de la tensin de entrada en rgimen continuo (Suponer constantes la corriente en la bobina y la tensin en el condensador).

f) Determinar la condicin bajo la cual el convertidor comienza a funcionar en modo discontinuo en funcin del ciclo de trabajo D y de la constante K = 2L/RT donde T es el perodo de conmutacin.

Nota 1: Los dos transistores se disparan simultneamente, y cuando se cortan pasan a conducir los dos diodos simultneamente

figura 4

31.4.4




c) Si la tensin de entrada es Vdc =45V, la tensin de salida es Vo = 90V, la potencia de salida es 180 W, la frecuencia de conmutacin es f = 100 kHz, obtener el rizado de la corriente en la bobina L1. (Suponer la tensin en los condensadores constante)

d) Con los valores del apartado c, al disminuir la frecuencia de conmutacin, para que frecuencia se har la corriente por L1 discontinua? (Suponer que la corriente por L2 es

siempre continua)


31.4.5 La inductancia de un convertidor reductor elevador tiene una resistencia serie Rdc. El resto de prdidas es despreciable.

Obtener el factor de conversin Vo/Vg. Expresar graficamente Vo/Vg en funcin de 0



Dado el inversor monofsico de batera de toma media de la figura, donde VS = 600 V, R es lo suficientemente pequea como para poder despreciarla, L = 0.05 H y la frecuencia f = 50 Hz. Calcular:

a) Intensidad mxima Io en la carga. (0.5 puntos).

b) Tiempo de paso por cero de la intensidad en la carga despus de un semiciclo. (0.5 puntos).

c) Intensidad media IQ(AV) por los transistores. (0.5 puntos).

d) Intensidad media ID(AV) por los diodos. (0.5 puntos).


Describir grficamente como se puede controlar el inversor de la figura 5 para regular el valor eficaz de la tensin en la carga y obtener dicho valor eficaz en funcin del control propuesto. Dibujar de forma aproximada la corriente por cada diodo y por cada transistor.

figura 5


Examen de Electrnica Industrial (Asignatura 17210) 15 de junio de 2007

Tiempo: 2 horas.

Problema 1: Semiconductores (2 puntos)

El convertidor de la figura 1 alimenta una carga de corriente constante. El IGBT conmuta a una frecuencia de 10kHz y un ciclo de trabajo D = 50%. Vdc =100V, Idc = 10A.

La tensin en el IGBT sin snubber de apagado (condensador en paralelo con IGBT) crece de forma lineal y tarda 1 s en alcanzar su valor final.

La corriente en el IGBT cae de forma lineal y tarda 1 s en alcanzar su valor final, tanto con condensador como sin condensador.

-Calcular las prdidas de potencia del IGBT en conduccin si la tensin Vce(sat) = 1.5V (0.1 puntos).

-Calcular las prdidas de potencia del IGBT en el apagado sin snubber, es decir, sin condensador (0.2 puntos).

-Calcular el valor del condensador del snubber necesario para que la tensin en el IGBT sea el 20% de su tensin mxima cuando desaparece la corriente en el IGBT 0.75 puntos).

-Con el condensador del apartado anterior, estimar las prdidas de potencia del IGBT en el apagado (0.75 puntos).

-Teniendo en cuenta las prdidas de conduccin y de apagado sin snubber, obtener la resistencia trmica del disipador necesario si la temperatura mxima de la unin es Tjmax=150C, la resistencia trmica unin cpsula es Rthjc=2C/W y la temperatura ambiente mxima es de 50C. Despreciar la resistencia trmica entre la cpsula y el disipador. (0.2 puntos).

Problema 2: DC-DC (2 puntos)

El circuito de la figura 2 conmuta a 100kHz. Responder a las siguientes cuestiones cuando el circuito funciona en rgimen permanente.

-Obtener la tensin en la carga (en la resistencia) del convertidor de la figura en funcin del ciclo de trabajo. Para ello suponer que el condensador es suficientemente grande para mantener su tensin constante, y que la corriente por la bobina no se anula nunca (0.5 puntos).

-Calcular el rizado en el condensador si C = 100H y el ciclo de trabajo D = 50% (0.5 puntos).

- Obtener la resistencia de carga para la cual el circuito pasa de modo de conduccin continuo (C.C.M.) a discontinuo (D.C.M.) si D= 50% (1 punto).


figura 1: Semiconductores

figura 2: DC-DC

Problema 3: Inversores (2 puntos)

El inversor monofsico de puente completo de la figura 3 aplica una tensin de onda cuadrada al una carga de 10 en serie con una inductancia de 50 mH desde una fuente de tensin de 340 Vdc. Si el inversor opera a 50 Hz:

-Obtener la expresin de la corriente en el rgimen permanente.

-Obtener la potencia media aplicada a la carga (0.25 puntos).

-Obtener el valor eficaz de la corriente en la carga (0.25 puntos).

-Obtener el valor de pico y medio en cada semiconductor (Transistores y diodos) (0.25 puntos).

-Obtener la distorsin armnica total de la tensin en la carga, teniendo en cuenta hasta el noveno

armnico, si la tensin de salida es

=

=

imparn

DC

n

VVpi

4(0.25 puntos)

Problema 4: Rectificadores (2 puntos)

En el rectificador de media onda controlado de la figura 4 el tiristor se dispara con un ngulo de disparo de 90. La carga es altamente inductiva, de manera que la corriente por la misma se puede considerar constante y de 10A.

-Obtener el valor medio de la tensin en la carga y el valor eficaz de la corriente por el tiristor y por el diodo (0.25 puntos).

- Si en serie con la fuente de alterna se introduce una inductancia de 1mH:

-Dibujar la corriente por el tiristor y por el diodo (0.25 puntos).

-Dibujar la tensin en la carga (0.25 puntos)

-Calcular cuanto se reduce el valor medio de la tensin en la carga (1.25 puntos).


figura 3: inversores

figura 4: Rectificadores

Examen de Electrnica Industrial. 8 de febrero de 2006

Tiempo: 2 horas.

Problema 1 (2 puntos)

En el circuito de la figura:

n) Obtener el valor medio de la tensin en la carga (en la fuente de corriente) o) Determinar la corriente inversa mxima por el diodo. p) Determinar la tensin mxima en el diodo q) Dibujar las corrientes de IGBT y diodo r) Dibujar las tensiones de IGBT y diodo s) Dibujar la tensin en la inductancia






c) Si la tensin de entrada es Vdc =45V, la tensin de salida es Vo = 90V, la potencia de salida es 180 W, la frecuencia de conmutacin es f = 100 kHz, obtener el rizado de la corriente en la bobina L1. (Suponer la tensin en los condensadores constante)

d) Con los valores del apartado c, al disminuir la frecuencia de conmutacin, para que frecuencia se har la corriente por L1 discontinua? (Suponer que la corriente por L2 es siempre continua)


En el circuito de la figura, teniendo en cuenta el efecto de la inductancia serie de la fuente de alterna:

e) Dibujar la forma de onda de la tensin en la carga de corriente constante. f) Dibujar la forma de onda de la corriente por uno de los diodos (especificar

cual). g) Dibujar la forma de onda de la tensin en la inductancia.


h) hallar el valor medio de la tensin en la carga de corriente constante. (Vs es el valor mximo de la tensin de la fuente y f su frecuencia)


Dado el inversor monofsico de batera de toma media de la figura, donde VS = 500 V, R = 10 , L = 0.01 H y la frecuencia f = 50 Hz. Una vez alcanzado el rgimen permanente, calcular:

a) Intensidad mxima Io en la carga.

b) Tiempo de paso por cero de la intensidad en la carga despus de un semiciclo.

c) Intensidad media IQ(AV) por los transistores.

d) Intensidad media ID(AV) por los diodos.

Put

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