Controladores de Potencia Dispositivos Electrónicos de Potencia

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


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


Fotos:

Curvas:

Real Ideal

USB 3


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


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


Esquema como Semi conductor:

USB 6


Foto:

USB 7


Curvas:

Real Ideal

USB 8


Tabla 2: Tipos de tiristores


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


Triac

Símbolo:

Foto:

USB 10


Curvas:

Real Ideal

Tabla 3: Tipos de triac


Uso General 1.2 0.3 0.4

USB 11


Tiristores Auto Desactivables

GTO:

IGCT:

USB 12


MTO:

MCT:

USB 13


SITH:

ETO:

USB 14


Curvas:

Real Ideal

USB 15


Tabla 4: Tipos de tiristores auto desactivables


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


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


Símbolo:

USB 18


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


Tabla 5: Tipos de transistores BJT de potencia


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


MOSFET

Símbolo:

USB 21


Foto:

Característica:

Real Ideal

USB 22


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


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


IGBT

Los transistores de compuerta aislada o IGBT combinan las características de losMOSFET y BJT

Símbolo:

USB 24


Esquema Interno:

Foto:

USB 25


Característica:

Real Ideal

Tabla 7: Tipos de transistores IGBT de potencia


Individual 2.5 2.4 100.0Individual 1.2 0.08 100.0

USB 26


SIT

El SIT es el FET de electrónica de potencia y su aplicación se reserva para altasfrecuencias.

Símbolo:

USB 27


Característica:

Real Ideal

Tabla 8: Tipos de transistores SIT de potencia


Individual 1.2 0.30 100.0

USB 28


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


Características de conmutación de los semiconductores

de potencia

USB 30


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


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


USB 33

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