JFET

1.- Para el circuito de la figura determine el punto de operación del transistor

−18v+1k∗IE+V eb+390k∗I B=0

IE=IB+ IC

IE=IB+β IB

IE=IB(β+1)−18v+1k∗IB(β+1)+0.7+390k∗IB=0

IB=18−0.7

[1k∗IB ( β+1 )+390 k ]IB=35.23uA

IC=β IB

IC=100∗35.23uAIC=3.52mA

IE=IB+ IC

IE=35.23uA+3.52mAIE=3.55mA

−18v+1k∗IE+V E=0V E=18−1k∗3.55mA

V E=14.45V

V B=V BE+V E

V B=−0.7+14.45V B=13.75V

R1390k

R12.2k

R110k

Q12N3905B=100

BAT118V

V B=IB∗RB

V B=35.23uA∗340KV B=13.75V

V C=IC∗RC

V C=3.52mA∗2.2KV C=7.74 V

V EC=V E−V C

V EC=14.45−7.74V EC=6.71V

2.-Encontrar todos los voltajes y corrientes del siguiente circuito:

R190k

R15.6k

R11k

Q12N3904

R110k

C1

1nF

C2

1nF

R12.2k

22.5v

BAT1Vin

R1

90k

R15.6k

R11k

Q12N3904

22.5v

BAT1Vth

Rth= 90−10k90 k+10k

=9k

Vth=VccRb2

Rb1+Rb2=22.5v

10k10k+90k

Vth=2.25V

−Vth+Rth∗IB+V eb+1k∗I E=0

IE=IC+ IB

IE=β∗IB+ IB

IE=IB(β+1)

−Vth+Rth∗IB+V BE+1k∗IB (β+1)=0−22.5v+9k∗IB+0.7+1k∗I B(56)=0

IB=Vth−0.7

[Rth∗IB ( β+1 )1k ]=23.8uA

IE=IB(β+1)IE=23.8mA (56)

IE=1.33mA

V E=IE∗RE

V E=1.33mA∗1KV C=1.33V

IC=β IB

IC=55∗23.8mAIC=1.309mA

V C=V CC−IC∗RC

V C=22.5−1.309mA∗5.6k

V C=15.16V

V B=V TH−I B∗RTH

V B=2.25−9k∗23.8uAV B=2.03V

V CE=V C−V E

V CE=15.16−1.33V CE=13.83V

IGBT

EJERCICIOS

EJERCICIO 1

Un IGBT está conmutado a 15KHz con un ciclo de trabajo D=0,5. El circuito de puerta tiene RG=4,7Ω y se alimenta en conducción u en corte a las tensiones V GP=15V y V GN=−15V ,

respectivamente. El circuito de potencia se alimenta a V CC=600V y la resistencia de carga es RL=8Ω. Características del IGBT:

- Resistencia térmica de contacto cápsula-disipador: Rθ ( c−dis )=0.07 °CW

- Resistencia térmica unión-cápsula Rθ ( j−c )=0.045°CW

- Características en conducción para T j=125 ° C, V ¿=15V , V CE=0.013∗IC+1.5.

- Energía de pérdida en conmutación, siendo V GB=±15V , RG=4,7Ω, V CE=600V , T j=125 ° C.

- EON=3.6+0.066 ¿ IC.

- EOFF=0.066¿ IC.

Calcular:

1) Potencia disipada durante el estado de conducción.2) Potencia disipada en el proceso de conmutación.3) Resistencia térmica del disipador necesario para garantizar T j=125 ° C cuando la

temperatura ambiente es de 45 °C .4) En las condiciones del apartado 3), calcular la temperatura de la cápsula en la parte

donde se realiza el contacto térmico con el dispositivo.

RESOLUCIÓN

1) IC=V CC

RL=6008

=75 A

V CE=0.013∗75+1.5=2.475V PCond=V CE∗IC∗D=2.475∗75+0.5=92.91W

2) Psw=( EON+EOFF ) FS=[ (3.6+0.066∗75∗2 )∗10−3 ]∗15∗103 HzPsw=202.5W

3) PT=Pcond+P sw=92.91+202.5PT=295.3WT j−T A=PT (Rθ ( c−dis )+Rθ ( j−c )+Rθ ( d−a ) )

Rθ ( d−a )=0.215 °CW

4) T C=T j−PT∗Rθ ( j−c )=125−295.3∗0.045T C=111.7 °

EJERCICIO 2

Se tiene un puente H alimentado con 24V atacado con sus correspondientes IR2110 cuya tensión es de 12V. La frecuencia de trabajo es de 100 KHz y la señal es bipolar.

- Hallar el valor de t1 (ciclo de actividad = t1/T) tal que el valor medio de la tensión de salida sea de 12V.

- Dibujar la etapa de potencia completa.

- Dibujar las formas de onda de tensión de los 4 gate e indicar su valor pico.

- Dibujar la tensión sobre la carga.

- Si cada Igbt soporta una tensión máxima de bloqueo de 600V y una tensión máxima en inversa de -5V indicar cuál es la tensión máxima con que se puede alimentar al puente.

Despreciando la VCE(on), la tensión Vd máx. es de apróximadamente 600v

El interruptor IGBT del convertidor reductor de la figura 3.20.1 se controla con un circuito de gobierno que le aplica V ¿=15V para que conduzca y tensión V ¿=−15V para apagarlo. La resistencia de puerta, RG1, tiene una influencia muy importante sobre la conmutación del IGBT y se requiere diseñar de forma que se reduzcan las pérdidas de conmutación.

Sabiendo que la tensión de entrada del convertidor reductor V G=400V , que la carga

demanda una corriente IG=40 A y que IGBT conmuta a 25KHz, se pide:

1) Calcular la mínima resistencia de puerta, RGV , que evita el autodisparo del semiconductor durante el apagado.

2) Calcular las pérdidas de conmutación de encendido y apagado para la resistencia calculada en el apartado anterior.

3) Para reducir las pérdidas de conmutación en el encendido, se modifica el circuito de gobierno, tal como indica la figura 3.20.2. Determinar el valor de la resistencia de puerta para el encendido, RG2, así como las nuevas pérdidas de conmutación.

RESOLUCIÓN

1)dV CE

dt≈

dV CG

dt=

IG

Cgc

IGOFF=V ¿OFF

−V ¿

RG1

=8.4+15

RG1( dV CE

dt )max

=11VrmsRG1min≈293Ω

2) RG1=30Ωt ro=CgC

IGOFF(V G−V ¿OFF )=50 nst off=

12

V G∗IO (t rv+t f )=1.2ms

Poff=f sw∗t off=30WV ¿OFF=8.4 V ic=Gfp (V ¿−V ¿ ( TH ) ) t r=112ns IGON=

V ¿−V ¿ON

RG 1

t on=12

V G∗IO (t r+t fo )=2.3msPon=f sw∗t on=58.1W

3) t r=38ns

V CtON=8.4V

t fo=60ns

t off=0.78ms

Poff=19.5W