T2semiconductores_0506

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03/02/03 J J.D.Aguilar Peña; http://voltio.ujaen.es/jaguilar 1/100

UNIDAD Nº 0. INTRODUCCIÓN A LA ASIGNATURAUNIDAD Nº 1. REPASO DE CONCEPTOS Y DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIAUNIDAD Nº 2. AMPLIFICADORES DE POTENCIAUNIDAD Nº 3. DISPOSITIVOS DE CUATRO CAPASUNIDAD Nº 4. CONVERTIDORES

Lección 1.- Repaso conceptos: Potencia eléctrica. ArmónicosLección 2.- Elementos semiconductores de potenciaLección 3.- Disipación de potencia

Electrónica de Potencia

• Rashid,M; Electronica de Potencia. Prentice Hall.1995

• Hart,D; Electrónica de Potencia. 2001

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Diodo de Potencia. IntroducciónDiodo de Potencia. Introducción

Es el elemento rectificador de potencia más común.

Características:Características:

Presenta dos estadosdos estados bien diferenciados: corte y conduccióncorte y conducción. El paso de uno a otro no es instantáneo y en dispositivos en los que el funcionamiento se realiza a frecuencia, es muy importante el tiempo de paso entre estados, puesto que éste acotará las frecuencias de trabajo.

Márgenes de funcionamiento:Márgenes de funcionamiento:

En conducción pueden soportar una corriente media de 30003000AA llegando hasta tensiones inversas de 50005000VV.

El SiSi es el elemento semiconductor más empleado

TEMA 2: ELEMENTOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA.

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En conducción es capaz de soportar intensidades con caídas de tensión. En inverso soportan tensiones negativas de ánodo con corriente de fugas.

Inconvenientes:Inconvenientes:

Dispositivo unidireccionalunidireccional.

Único procedimiento de control: inversión del voltaje.

Simbología empleada:Simbología empleada:


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Características estáticas del diodo de Potencia.Características estáticas del diodo de Potencia.

Parámetros en estado de bloqueo:Parámetros en estado de bloqueo:

ParámetrosParámetros en estado deen estado de conducción:conducción:

IF(AV) (Intensidad media nominal)IFRM (Intensidad de pico repetitivo)IFSM (Intensidad de pico único)


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Modelos estáticos del diodo:Modelos estáticos del diodo:TEMA 2: ELEMENTOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA.

real (asintótico) V

rd

ideal

0

i

V

V

pendiente = 1/rd

Circuito equivalente asintótico

Curva característica real

Curva característica asintótica

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Modelos estáticos del diodo:Modelos estáticos del diodo:TEMA 2: ELEMENTOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA.

200 V 600 V

10 A 10 A

Curva real de un dispositivo

0.82 V 1.1 V

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Datos del diodo en corte

Tensión inversa VRRM Repetitive Peak Voltage

La tensión máxima es crítica

Pequeñas sobretensiones pueden romper el dispositivo

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Datos del diodo en conducción

Corriente directa IF Forward Current

La corriente máxima se indica suponiendo que el dispositivo está atornillado a un radiador

Corriente directa de pico repetitivo IFRM Repetitive Peak Forward Current

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Potencia disipada por el diodo en conducción:Potencia disipada por el diodo en conducción:

Potencia instantánea:Potencia instantánea: Será el producto de la tensión en sus extremos por la intensidad que lo recorre en ese instante. Es decir:

Donde id y Vd son corriente y tensión ánodo - cátodo respectivamente.

(t)I(t)V (t)P ddd


Potencia media:Potencia media: En función de la tensión e intensidad por el diodo, podemos determi-narla mediante la siguiente integral:

dt i T

R dt i

T

V dti) R i V (

T

1 P

T

0

2d

Dd

T

0

T

0

DdDdDd(AV)

2rmsDdcDd(AV) I R IV P

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Potencia disipada por el diodo en conducción:Potencia disipada por el diodo en conducción:


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Características dinámicas del diodo de Potencia (tiempos de Características dinámicas del diodo de Potencia (tiempos de conmutación)conmutación)Tiempo de recuperación inverso:Tiempo de recuperación inverso:

Los portadores minoritarios requieren un cierto tiempo para recombinarse con cargas opuestas y neutralizarse

trr = ts + tf


Tiempo de recuperación Tiempo de recuperación inverso (tinverso (trrrr):): Instante en que el diodo permite la conducción en el sentido contrario al normal.

Tiempo de almacenamiento (Tiempo de almacenamiento (ts))

Tiempo de caída (Tiempo de caída (tf))

Carga eléctrica desplazada (QCarga eléctrica desplazada (Qrrrr):):

di/dt di/dt IIRRRR

Factor de suavizado “SFactor de suavizado “SFF”: ”: Se define como:s

F tS ft

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Para el cálculo de los parámetros IIRMRM y QQrrrr podemos suponer los siguientes casos:

* 1er caso:

* 2º caso:

2

trr t t)

t t 0 t) a

fs

rrsf

bRMrr

ids

I t2

1

d t

rr

RM

Q

dtI

dtdit

Drr

rrQ2

dtdiI DRM (Q2 rr

dtdit

Drr

rrQ4 )(Q rr dtdiI DRM


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PrácticaPráctica


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Tipos de diodos de Potencia.Tipos de diodos de Potencia.Diodo rectificador normalDiodo rectificador normal

Presenta tiempo de recuperación inverso (típicamente de 25µs) y es utilizado en

aplicaciones de frecuencia.

Diodo de barrera Schottky.Diodo de barrera Schottky.

Eliminan problemas de carga producida por zona de deplexión p-n. Se fabrican usando el efecto de “barrera potencial” (contacto entre metal - semiconductor).

Márgenes de funcionamiento:Márgenes de funcionamiento: 1A ... 300A. Son usados en rectificadores de bajo voltaje para mejorar la eficacia de la rectificación.

Diodo de recuperación rápida.Diodo de recuperación rápida.

Diodo con tiempo de recuperación muy corto. Esta característica es especialmente valiosa en altas frecuencias. Un diodo con esta variación de corriente tan rápida necesitará ctos de protección, sobre todo cuando en el cto exterior encontramos elementos inductivos.

Margen de funcionamiento:Margen de funcionamiento: < 1A< 1A ... 300 A300 A; 50V 50V ... 3KV3KV


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Asociaciones de diodos.Asociaciones de diodos.

Serie( cuando la tensión inversa es grande)Serie( cuando la tensión inversa es grande)

Cuando la capacidad de bloqueo de un único diodo no es suficiente.


R2s2 R1s1 I I I I I2

2s2

1

11

V I

R

V

RI s

RRI s

D2s2

D11

V I

V

R = R1 = R2R = R1 = R2:

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Los dos diodos que se muestran en la figura 2.11 están conectados en serie, un voltaje total de VD = 5 kV. Las corrientes de fuga inversas de los dos diodos son IS1 = 30 mA e IS2 = 35 mA. (a) Encuentre los voltajes de diodo, si las resistencias de distribución del voltaje son iguales, R1 = R2 = R = 100k.(b) Encuentre las resistencias de repartición del voltaje R1 y R2, si los voltajes del diodo son iguales, VD1 = VD2 = VD/2.(c) Utilice PSpice para verificar los resultados de la parte (a). Los parámetros del modelo PSpice son: BV = 3 kV e IS = 20 mA para el diodo D1, e IS = 35 mA para el diodo D2

Solución: (a) VD1=2750V, VD2=2250V; (b) R1=100k, R2=125k; [Rashid]

PROBLEMA 2.2

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Se pretende colocar 3 diodos, de tensión inversa máxima 40V, en serie para soportar una tensión total de 100V. Calcular las resistencias de ecualización necesarias sabiendo que la corriente inversa máxima de estos diodos (para 40V de tensión inversa) es de 40mA. ¿Qué nombre recibe este tipo de ecualización?

Solución:

Por d1 no circula corriente inversa y por d2 y d3 circula la máxima, por lo tanto, para estos dos tenemos:

Despejando tenemos: R = 0.3KΩ(Parámetro introducido para facilitar el cálculo)Debe cumplirse que: ; [Gualda]

Asociaciones de diodos.Asociaciones de diodos.TEMA 2: ELEMENTOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA.

KΩ1mA40

V40

I

VR

RM

RRMeq

RR

RR2

RR

RR

RR

RR

eq

eq

eq

eq

eq

eq

RR

RR2R

URuV40Vu

eq

eq

Total1RRM1

R

Ra mineq

RRM

Total

RRMTotal

V

Un

1/VUa

1/VU

V

Un

I

VR

RRMTotal

RRM

Total

RM

RRM

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Paralelo.Paralelo.

Se utiliza cuando se requieren intensidades. Presenta como problemaproblema el reparto desigual de la corriente por cada una de las ramas de los diodos debido a las distintas características de conducción de los mismos.

Se puede resolver utilizando dos criterios:

* Conectando resistencias en serie con cada diodo.* Conectando resistencias en serie con cada diodo.

Estas resistencias ayudan a estabilizar e igualar los valores de intensidad I1 e I2.

Conectando en serie inductancias Conectando en serie inductancias iguales acopladas en cada rama de la iguales acopladas en cada rama de la red paralelo.red paralelo.(solo caso de señal (solo caso de señal senoidal o pulsatoria)senoidal o pulsatoria)


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Los dos diodos conectados en paralelo de la figura, conducen en total 100A. a.-) Determinar el valor de las resistencias para que ningún diodo conduzca más de 55A.b.-) Calcular la potencia en cada rama.c.-) La caida de tensión en cada rama.Datos: Vd1 = 1.5 V; Vd2 = 1.8 V

a.-) Suponiendo el caso de que algún diodo conduzca 55A, éste diodo será el de menor tensión de codo, por lo tanto:

V = R I1 + VD1 = R I2 + VD2 55 R + 1.5 = 45 R + 1.8 R = 0.03

b.-) La potencia en cada rama será:

PR1 = R I2 = 0.03 552 = 90.75W PR2 = 0.03 452 = 60.75W

c.-) La caida de tensión será:

V = R I1 + VD1 = 0.03 55 + 1.5 = 3.15V


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Dos diodos con rango de 800 v de voltaje y corriente inversa de 1 mA, se conectan en serie a una fuente de AC de 980 voltios de

tensión de pico( Vsmax) . La característica inversa es la representada en la figura Determinar:

1.- Voltaje inverso de cada diodo2.- Valor de la resistencias a colocar en paralelo de forma que el voltaje en los diodos no sea superior al 55% de Vsmax3.- Corriente total y perdidas de potencia en las resistencias.


Solución: 1.- Vd1=700v, Vd2=280v 2.- Vd1=539v Vd2=441v R=140K 3.- IR1 +IR2=4.55 mA PR=2.54 w

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Dos diodos tienen las características presentadas son conectados en paralelo. La corriente total es de 50 Amp.Son conectadas dos

resistencias en serie con los diodos para provocar una redistribución de la corriente.

1.- determinar el valor de la resistencia de forma que por un diodo no circulo mas del 55% de Imax 2.- Potencia total de perdidas en las reistencias3.-Caída de tensión diodo resistencia.


Solución: 1.- R=0.06 Ohm. 2.- PR=75.8W 3.- 2.95v

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Transistor Bipolar (BJT). IntroducciónTransistor Bipolar (BJT). Introducción

Es conocido como elemento amplificador de señalelemento amplificador de señal. En el contexto de los componentes electrónicos de Potencia, es usado como dispositivo de conmutación, ya que, dispone de las características que lo convierten en un conmutadorconmutador casi ideal.

Los estados más importantes estados más importantes de funcionamiento son el de saturación saturación y cortecorte. Estos estados se corresponden al estado abierto y cerrado del conmutador ideal.

Los transistores bipolares de alta potencia son utilizados fundamentalmente para frecuencias por debajo de 10KHz10KHz y son muy efectivos hasta en aplicaciones que requieran 1200V1200V y 400A400A como máximo.


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Intensidad máxima de Colector “IC”.

Tensión de ruptura de colector con base abierta, “VCE0”

Potencia máxima, “Pmax”.

Tensión en sentido directo.

Corriente de fugas.

Frecuencia de corte.

Otros parámetros importantesOtros parámetros importantes::

Tensión de ruptura colector – base con base abierta, “VCBO”.

Tensión de ruptura emisor – base con base abierta, “VEBO”.

Tensión de ruptura por aumento excesivo de corriente de colector y de la tensión C – E, “VCEOSUS”. VCEOSUS < V CE0 < VCBO


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En función de la polarización B - E:En función de la polarización B - E:

VCEO: Tensión de ruptura colector – emisor, con base abierta.

VCER: Tensión colector – emisor, con resistencia de base especificada.

VCEX: Tensión colector – emisor, con circuito especificado entre base y

emisor.VCEV: Tensión colector – emisor, con tensión especificada entre base y

emisor.

VCES: Tensión colector – emisor, con unión base - emisor

cortocircuitada.


VCEO < V CEX < VCBO

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VVCEmáxCEmáx depende esencialmente de: depende esencialmente de:

Polarización base – emisor.

Gradiente de tensión (variación de tensión en función del tiempo).

Estructura interna del transistor (tecnología de fabricación). Los transistores bipolares de

potencia presentan durante la conmutación un fenómeno complejo conocido como efecto de segunda rupturasegunda ruptura. Si la ruptura por avalanchaavalancha se denomina primera rupturaprimera ruptura, la segunda rupturasegunda ruptura se puede definir como la ruptura de la unión debido a efectos térmicosefectos térmicos localizados (creación de puntos calientes).


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Conmutación y pérdidas. Tiempos de conmutación:Conmutación y pérdidas. Tiempos de conmutación:

tiempo de excitación o encendidotiempo de excitación o encendido (t(tonon) ) tiempo de apagado (ttiempo de apagado (toffoff).).

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* Tiempo de retardo (Delay Time, td): Es el que transcurre desde que se aplica la señal de entrada en el dispositivo conmutador, hasta que la señal de salida alcanza el 10% de su valor.

* Tiempo de subida (Rise Time, tr): Tiempo que emplea la señal de salida en evolucionar entre el 10% y el 90% de su valor final.

* Tiempo de almacenamiento (Storage Time, ts): Tiempo que transcurre desde que se quita la excitación de entrada y el instante en que la señal de salida baja al 90% de su valor final.

* Tiempo de caída (Fall time, tf): Tiempo que emplea la señal de salida en evolucionar entre el 90% y el 10% de su valor final.


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t2 - t1 = tA=ton=tr t3 - t2 = tB t4 - t3 = tC=toff=tf


La energía perdida en el pulso también la podemos descomponer como la suma de las energías perdidas en tA, tB y tC:

W(t) = WA(t) + WB(t) + WC(t)

4

3

3

2

2

1

)()(

)()( )()(

t

t

cecC

t

t

cecB

t

t

cecA

dttvtiW

dttvtiWdttvtiW

BC(sat)C(sat)B

CCCC(sat)C

ACCC(sat)A

tVI W

6

tVI W ;

6

tVIW

T

WWWP CBA

TOT(AV)

fTP onD ) W (W P onoffonVCEsat=0 IE0=0

Disipación total de Potencia del BJT en Disipación total de Potencia del BJT en conmutación.conmutación.

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W V I t tt C satON

1

2 1 2* * *( )( )

Wcond = VC(sat) * I C(sat) * t5

W V I t tt C satOFF

1

2 3 4* * *( )( )

PW W W

Tf W W WTOT AV

t t cond

t t condON OFF

ON OFF( ) *( )

Carga inductiva


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Requerimientos dinámicos de base:Requerimientos dinámicos de base:


La figura muestra la forma de onda idónea de la corriente de base.

Inicialmente interesa una corriente elevada, para disminuir el tiempo de retardo, y finalmente, una corriente negativa, para forzar el bloqueo en el menor tiempo posible.

1

BEiB1 R

vV I

21

BEiB2 R

vV I

R

1

21

211 C

RR

RRCRE

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Zona 1:Zona 1: (IC(máx) continuous). Máxima corriente que puede circular por el colector a la tensión dada.

Zona 2:Zona 2: (DC operation dissipation – limites). Máxima disipación de potencia del dispositi-vo.

Zona 3:Zona 3: (IS/B limited). Límite producido por el fenómeno de avalancha secundaria.

Zona 4:Zona 4: (VCEO(máx)). Límite debido a la tensión de ruptura del transistor.


Curva SOA(Safe Operating Area):Curva SOA(Safe Operating Area):

1

2

3

44

E

.P.S

In

geni

ería

Téc

nica

Indu

stria

l: Es

p.El

ectró

nica

Elec

tróni

ca d

e Po

tenc

ia: S

emico

nduc

tore

s de

pot

encia


Protección del BJTProtección del BJT

Sobreintensidades:Sobreintensidades:

Las sobreintensidades están asociadas al periodo de saturaciónsaturación del transistor. Cuando Ic, si la tensión VCE es , la disipación de potencia y se puede llegar a alcanzar la máxima temperatura de la unión.

¡¡¡ Los fusibles no son utilizables en este caso, ya que, la acción del transistor

es mucho más rápida que la del fusible !!!

Sobretensiones:Sobretensiones:

Las sobretensiones están asociadas al periodo de cortecorte del transistor. Debemos prestar especial atención a la posibilidad de ruptura primaria del

dispositivo, también llamada ruptura por avalancha (cuando se sobrepasa la tensión máxima permitida)


E

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Elec

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emico

nduc

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s de

pot

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Transitorios:Transitorios:

Los transitorios de corriente y de tensión son eliminados mediante inductancias y condensadores. Las primeras limitan el tiempo de variación de corriente y los segundos limitan el tiempo de variación de tensión.

Las redes snubberredes snubber en serie están constiuidas por una bobina LS y se usan para limitar el tiempo de subida de la corriente del transistor dIc/dt en el paso a conducción. Si la corriente Ic crece muy rápidamente, conforme decrece la tensión VCE puede darse el fenómeno de ruptura secundaria.

Sr

Cc

L

Vcc

t

I

dt

di

L

rS I

tVccL

La inductancia LLa inductancia LSS se coloca en serie con la fuente de alimentación Vcc. se coloca en serie con la fuente de alimentación Vcc.

Para carga inductiva:Para carga inductiva:

Durante el paso a corte la tensión VCE no debe crecer rápidamente, a medida que la corriente de colector cae, ya que podría darse el fenómeno de ruptura secundariaruptura secundaria. Una red snubber en paralelored snubber en paralelo soluciona este inconveniente.


Sf

CECE

C

)t(i

t

V

dt

dV

Vcc

tIC fL

S

al final del paso a corte VCE = Vcc y

que

LIi

E

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emico

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Circuitos de protección del BJT:Circuitos de protección del BJT:

Hart. Electrónica de Potencia.Prentice Hall.Cap. 10


Transitorio endendido

Transitorio apagado

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Circuitos de protección del BJT: Circuitos de protección del BJT: Transitorio encendido


vd

Df

Ls

DLs

I0

RLs

iC

Cd

di

dtLs

vd

iC

vCE

tri trr

(b)(a)

iLs

ooffLSL

tR -

oLS I1.0)(tihaciendoeI(t)i S

LS

S

offLS

L

tR10ln

off

SLS t

LR

10ln

Cuando el transistor pasa a corte, la energía almacenada en la inductancia (1/2 LS) se

disipa en la resistencia RLS a través del diodo DLS

con una constante de tiempo igual a LS/RLS.

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Circuitos de protección del BJT: Circuitos de protección del BJT: Transitorio apagado mediante red Snubber para turn – off ( paso a corte).mediante red Snubber para turn – off ( paso a corte).

Se pretendeSe pretende que conforme aumenta la tensión en el transistor, IC disminuya, para evitar que el producto sea elevado. Para ello, colocamos un condensador en paralelo con el transistor, como podemos apreciar en la figura. Este condensador debe absorver más intensidad cuando la tensión empiece a crecer.

CCS0 III f

oCS t

tIi

fS

2o

t

0 CSS

CECS t2C

tIdti

C

1VV


S

foCSd 2C

tIVV

d

foS V

tIC

2

Cs

tonRRsCston S

5

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Con red RC paralelo

Carga Inductiva y Vcc=10v

Con diodo volante en extremos de bobina

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Con red RC paralelo

Carga Inductiva y Vcc=10v Con diodo volante en extremos de bobina

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Transistor Mosfet de potenciaTransistor Mosfet de potenciaEl nombre viene dado por las iniciales de los elementos que los componen; Metal - M, Óxido - O, Semiconductor - S.

Las aplicacionesaplicaciones se encuentran en la conmutación a altas frecuencias, chopeado, sistemas inversores para controlar motores, generadores de altas frecuencia para induc-ción de calor, generadores de ultrasonido, amplificadores de audio y trasmisores de radiofrecuencia.

La principal diferenciaprincipal diferencia entre los Transistores Bipolares y los MosfetMosfet consiste en que estos últimos son controlados por tensióncontrolados por tensión aplicada en la puerta (G) y requieren sólo una pequeña corriente de entrada, mientras que los transistores Bipolares (BJTBJT), son controlados por corrientecontrolados por corriente aplicada a la base.


G

ID

IS

D

S Surtidor

Drenador

IG

Vgs

Puerta

Es un dispositivo unipolar:

la conducción sólo es debida a un tipo de portador

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Ventajas de los Mosfet frente a los BJT:Ventajas de los Mosfet frente a los BJT:La velocidad de conmutación para los Mosfet está en el orden de los nanosegundos, por esto son muy usados en convertidores de pequeña potencia y alta frecuencia.Los Mosfet no tienen el problema de segunda ruptura (coeficiente positivo de temperatura).Mayor área de funcionamiento.Mayores ganancias.Circuito de mando más simple.Alta impedancia de entrada.

Inconvenientes de los Mosfet:Inconvenientes de los Mosfet:Son muy sensibles a las descargas electrostáticas y requieren un embalaje especial.Es relativamente difícil su protección.Son más caros que sus equivalentes bipolares.La resistencia estática entre Drenador-Surtidor, es más grande, lo que

provoca mayores perdidas de potencia cuando trabaja en Conmutación.


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Tipos de Mosfet.Tipos de Mosfet.

Mosfet de Deplexión o empobrecimiento.Mosfet de Deplexión o empobrecimiento.

Existe un canal por el cual circula la corriente aunque no se aplique tensión en la puerta.

Mosfet de Acumulación o enriquecimiento (enhancement).Mosfet de Acumulación o enriquecimiento (enhancement).

El canal por el cual circula la corriente se crea cuando se le aplica una tensión en la puerta.


Substrato

DS G

+

P-N+ N+

G

D

S

GS

Canal N Canal P

Conducción debida a electrones

Conducción debida a huecos

Los más usados son los MOSFET de canal N

La conducción es debida a los electrones y por tanto, son más rápidos

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Regiones de trabajo.Regiones de trabajo.

VGS<VGS(th)


VGS-VGS(th)>=VGS(th)

VGS-VGS(th)<VGS(th)

RDSon

Cuanto más baja es la resistencia, mejor es el transistor

Este parámetro está directamente relacionado con la tensión de ruptura y con la capacidad de manejar corriente

VDS RDSon

ID RDSon

DS(ON)2DON RiP

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Ejemplos de Mosfet comerciales.Ejemplos de Mosfet comerciales.


IRF 3205

RDSonIDVDS

55 V 110 A 8 m

IRF 1405 55 V 169 A 5.3 m

IRF 520 100 V 10 A 180 m

IRF 3710 100 V 75 A 25 m

IRFP 460 500 V 20 A 270 m

IRF 540 500 V 8 A 850 m

IRFPG 30 1000 V 3 A 5

IRFPG 50 1000 V 6 A 2

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Circuitos excitación.Circuitos excitación.


Para gobernar un MOSFET hay que cargar y descargar rápidamente el condensador de puerta

El circuito más usado es una estructura complementaria:

G

D

S

VMANDO

+12 V12 VVMANDO

Los bipolares amplifican la corriente veces Tanto en carga como en descarga

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Circuitos de gobierno para MOSFET con aislamiento

Es muy común tener estructuras de MOSFET en las que algún transistor no está referido a masa

400 V

Cto. Control

12 V

?La fuente no está en la masa del circuito

Cuando el transistor conduce, la fuente está a aproximadamente 400 V

Necesitaríamos una tensión de 412 V

12 V

VGS1

VGS1

Para llevar los pulsos hasta ese transistor se utilizan drivers con aislamiento

• Óptico

• Transformador

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Circuitos de gobierno para MOSFET con aislamiento

12 VVGS2

Aislamiento galvánico

Desmagnetización del transformador

0 V

12 V

Co

rtad

o

12 V

12 V

12 Vi

B El bipolar descarga el condensador de puerta

El transformador pone 12 V en la puerta del MOSFET

MOSFET en conducción

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Circuitos de gobierno para MOSFET comerciales

Hay drivers comerciales que no requieren el uso de transformadores

Por ejemplo, el IR 2110

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IGBTIGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor ). Introducción.. Introducción.


Este dispositivo aparece en los años 80

Mezcla características de un transistor bipolar y de un MOSFET

La característica de salida es la de un bipolar pero se controla por tensión y no por corriente

MOSFET

G

C

E

Bipolar

Alta capacidad de manejar corriente (como un bipolar)

Facilidad de manejo (MOSFET)

Menor capacidad de conmutación (Bipolar)

No tiene diodo parásito

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El IGBT se suele usar cuando se dan estas condiciones:

• Bajo ciclo de trabajo

• Baja frecuencia (< 20 kHz)

• Pequeñas variaciones de entrada y de carga

• Aplicaciones de alta tensión (>1000 V)

• Alta potencia (>5 kW)

Aplicaciones típicas del IGBT

• Control de motores

• Sistemas de alimentación ininterrumpida

• Sistemas de soldadura

• Iluminación de baja potencia (<100 kHz)

IGBTIGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor )

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Gran capacidad de manejo de corriente

Comparación IGBT-MOSFET con el mismo área de semiconductor

El IGBT tiene menor caída de tensión

Menores pérdidas en conducción

Problema:

Coeficiente de temperatura negativo

A mayor temperatura, menor caída de tensión

Conduce más corriente

Se calienta más.Esto es un problema para paralelizar IGBTs

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Parámetros fundamentales para seleccionar un MOSFET

• Tensión de ruptura

• Corriente máxima

• Tensión colector-emisor

Tensiones de ruptura de dispositivos comerciales

Media tensión Alta tensión

250 V

300 V

600 V

900 V

1200 V(Poco usuales)

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1200 V Ic < 50 A Vce : 2.5 – 3 V

Módulos

600 V Ic < 500 A Vce : 1.5 – 2.5 V

Encapsulado discreto

600 V Ic < 50 A Vce : 2 V

TO 247

MTP

EL

IGB

T D

E P

OT

EN

CIA

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Circuitos excitación.Circuitos excitación.


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Introducción a los GTO.Introducción a los GTO.

Definición: Definición: El tiristor (SCRSCR, Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio), es un dispositivo semiconductor biestable biestable formado por tres uniones PN con la disposición PNPN. Está formado por tres terminales, llamados AnodoAnodo, CátodoCátodo y PuertaPuerta. El instante de conmutación, puede ser controlado con toda precisión actuando sobre el terminal de puerta. Es un Es un elemento unidireccional, conmutador casi ideal, elemento unidireccional, conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vezrectificador y amplificador a la vez.

SCRSCR

El tiristor de bloqueo por puerta GTO, es un interruptor semiconductor biestable de tres terminales utilizado para el control de corriente, que combina la característica más deseada del tiristor convencional con las del transistor bipolar. El GTO puede ser llevado a conducción y bloqueo a elevada velocidad, controlando la circulación de una pequeña corriente que entre o salga del terminal de Puerta.


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Optoacopladores.Optoacopladores.

La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotorreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran ventajaventaja de un optoaco-plador reside en el aislamiento eléctricoaislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.entre los circuitos de entrada y salida.

Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos infrarrojos (IRED) y los fotorreceptores pueden ser tiristores o transistores.


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Relés.Relés.

Dispositivos electrónicos o electromecánicos que poseen dos dos estadosestados claramente diferenciados (abierto o cerrado).


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Relés de Estado Sólido:Relés de Estado Sólido:Un relé de estado sólido SSR (Solid State Relay), es un circuito eléctrónico que contiene en su interior un cto disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor.

Partes del SSRPartes del SSR


T2semiconductores_0506

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