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Electrónica Industrial “A”
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
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a Dispositivos semiconductores de potencia
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Aplicaciones de los dispositivos de potencia
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Elementos activos: interruptores de potencia
• Diodos de potencia
• Transistor bipolar de potencia
• Mosfet de potencia
• IGBT (Transistor de compuerta aislada)
• Transistores de potencia inteligentes (Intellmod)
• Tiristor (SCR y TRIAC)
• GTO
• MCT
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Curva característica
Flujo de
Corriente
A K
Anodo (+) Cátodo ( - )
V
I
Corriente de fuga inversa
Tensión de ruptura
Corriente máxima
Tensión de conducción
Diodo
En conducción
Bloqueo
Ruptura
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Condiciones de operación
Para el encendido
• Tensión en terminales ánodo - cátodo debe ser positiva
• Al encender se comporta como un interruptor cerrado
• No se debe exceder la corriente máxima de operación (pulsante y
continua)
Para el apagado
•Tensión en terminales ánodo - cátodo debe ser negativa
• Al apagar se comporta como un interruptor abierto
• No se debe exceder la tensión máxima inversa de operación
Diodo
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•Tensión máxima de bloqueo
•Corriente pico de conducción
•Corriente eficaz (Rms) de conducción
•Tiempo de recuperación inversa (disipación)
•Corriente de fuga
•Resistencia térmica
• Temperatura de unión y encapsulado
Diodo de potencia: parámetros importantes
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Tiempo de recuperación
En conducción
En bloqueo
Tiempo de recuperación
t
I
El tiempo de recuperación inversa
está directamente relacionado con
la velocidad de operación del
diodo. A partir de este tiempo se
especifican tres tipo de diodos:
Normales (50 microsegundos)
Fast Recovery (400 nanosegundos)
Ultra-fast recovery (50 nanosegundos)
Diodo
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Sillicon Controlled Rectifier
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VAK
I
Corriente de fuga
inversa
Tensión de
ruptura inversa
Corriente
máxima
Tensión de
ruptura directa
Tensión de
conducción
Corriente de fuga
directa
Corriente de
sostenimiento
Rectificador controlado de silicio
Curva característica
Dispositivo controlado
En conducción
Bloqueo
Ruptura
Flujo de
Corriente
A K
Anodo (+) Cátodo ( - )
G
Compuerta
Son dispositivos lentos para apagar, con tiempos del orden de los 40 - 150 s
SCR
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(b) Circuito equivalente (a) Estructura básica
Modelos de los transistores para el tiristor
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Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
Para el encendido
• Tensión en terminales ánodo - cátodo debe ser positiva.
• Debe existir una corriente de compuerta mínima que inicie el
encendido.
• La corriente de circulando debe ser superior a la corriente de
sostenimiento.
• Una vez encendido el SCR no es necesaria la corriente de compuerta.
• No se debe exceder la tensión máxima de ruptura directa.
• No se debe exceder la corriente máxima de operación (pulsante y
continua).
SCR
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Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
Los circuitos empleados usualmente en el encendido de los
dispositivos de potencia se les llama impulsores. Suelen estar
aislados de la etapa de potencia
SCR
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Para el apagado
• La corriente en el SCR debe “cruzar por cero” hacia un valor negativo.
• Para evitar el re-encendido no debe aplicarse corriente en compuerta.
• Con el SCR apagado existe una corriente de “fuga”.
• La tensión aplicada al SCR no debe exceder la tensión de ruptura
inversa.
• Debe evitarse la condición de “operación” con una corriente circulando
en el SCR inferior a la corriente de sostenimiento. Bajo esta condición
no se puede garantizar el estado del circuito.
Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
SCR
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Existen dos métodos básicos de apagado en los SCR
• Apagado natural: consiste en dejar que la corriente que circula por el
SCR cruce de manera natural por cero (de un valor positivo a un valor
negativo), dejando que el circuito de habrá automáticamente. Este
método se suele emplear en circuitos que trabajan en CA.
• Conmutación forzada: consiste en obligar a que la corriente del SCR
se vaya a cero forzando su circulación a través de un circuito auxiliar de
conmutación forzada, que se enciende de forma sincronizada con el
SCR. Este método se suele emplear en circuitos que trabajan en CD.
Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
SCR
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Rectificador controlado de silicio: parámetros importantes
• Tensión máxima de bloqueo directo e inverso
• Corriente pico de conducción
• Corriente eficaz (Rms) de conducción
• Corriente de sostenimiento
• Corriente de fuga directa e inversa
• Corriente y tensión de compuerta necesaria para encendido
• Caída de tensión en conducción
• Resistencia térmica
• Temperatura de unión y encapsulado
SCR
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a TRIAC
Dispositivo controlado (bidireccional)
V
I
Tensión de ruptura
Corriente máxima
Tensión de ruptura
Tensión de conducción
Corriente de fuga
Corriente de sostenimiento
En conducción
Bloqueo
Flujo de
Corriente
MT1 MT2
G
Compuerta
La velocidad de operación es similar a los SCRs.
Curva característica
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Las condiciones de operación son similares a los SCRs.
Sin embargo, existen algunas diferencias:
• Dispositivos bidireccionales: el circuito permite la conducción de
corriente en ambos sentidos aplicando tensión bipolar.
• Limitados en corriente y tensión: la estructura física limita la tensión
y corriente máxima de operación a valores inferiores comparados con
los SCRs: tensión inferior a 2000 V y corriente inferior a 500 A.
Condiciones de operación
TRIAC
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El tipo de encapsulado está asociado a la potencia, tensión y corriente
manejada por el dispositivo. Son necesarias diferentes condiciones
físicas de montaje para cada uno de los casos.
Diodo, SCR y Triac: encapsulados comunes
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Control
Tensión de
Entrada
Tensión de
Salida
Regulador de voltaje con Taps
(On-Load Tap Changer)
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