Electronica de Potencia-transistores de Potencia

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  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia

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    Ingeniería Electromecánica

     

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    Electronica de Potencia

    Instituto Tecnológico de Tapachula

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    Electronica de Potencia

    Instituto tecnológico de Tapachula

    Ingeniería electromecánica

    Séptimo semestre

    Investigación de “Transistores de Potencia”

    Equipo:

    Enixe Itel !ópe "i#uentes$lexis %odr&gue %odas

    Ernesto $ntonio $rreola $'arca(redi )aciel *choa +am'oa

    ,

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    Indice

    -

    Pag.Indice///////////////////////////////////////////////////////////////////////// -Introduccion/////////////////////////////////////////////////////////////////

    Transistores de Potencia ////////////////////////////////////////////////// 1,., Principio de (uncionamiento///////////////////////////////////////// 2-., Transistor 3ipolar de Potencia 3)T ///////////////////////////////// 2-.,.- 4odo de tra'a5o///////////////////////////////////////////////////// 2-.,. Especi#icaciones importantes ///////////////////////////////////// 6-.,.1 "aracteristicas dinamicas ////////////////////////////////////////// 6-.,.2 $rea de *peración ////////////////////////////////////////////////// 7., Transistor 4*S(ET //////////////////////////////////////////////////// 8.,.- %egion de tra'a5o ////////////////////////////////////////////////// 8E5emplos de 4*S(ET de potencia /////////////////////////////////////// ,01., Transistor I+3T //////////////////////////////////////////////////////// ,,1.,.- "aracteiristicas ////////////////////////////////////////////////////// ,-1.,. Estructura///////////////////////////////////////////////////////////// ,-1.,.1 #uncionamiento/////////////////////////////////////////////////////// ,1.,.2 $pliacicones ////////////////////////////////////////////////////////// ,1"onclucion ////////////////////////////////////////////////////////////////// ,2$nexos//////////////////////////////////////////////////////////////////////// ,63i'liogra#ia////////////////////////////////////////////////////////////////// ,7

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    Introducción

    En esta investigación el tema a tratar es so're los dispositivos “transitores de potencia”donde se va explicar el principio de #uncionamiento de este dispositivo comparado con otrostransistores 'asicos como el 3)T9 entre algunos otros.

    !a clasi#icacion de los transitores de potencia tam'ien es importante reconocerlos de acuerdoa su #uncionamiento asi otorgaler una utilidad. $si tam'ien el tipo de conmutacion de cadaunos de ellos9 de acuerdo si el transistor esta en corte o saturacion. El modo de tra'a5o en

    los transistores se puede llevar de acuerdo a sus polariaciones regiones del transistor .

     $ lo largo de la investigacion se descri'ira cada uno de los transistores de potencias9 lasdi#erentes caracteristicas limites de tra'a5o.

    Se dara a conocer para tener me5or in#ormacion de estos dispositivos9 tam'ien se darane5emplos de aplicaciones.

    Tam'ien se complementara con las venta5as desventa5as de sus uso en dichos sistemaselectronicos de potencia9 asi se o'tendra una conclucion detallada de este tipo detransistores por que suelen ser tan utiles.

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    Transistorde

    potencia

    unipolaro (ET

    I+3T3ipolar

    Transistores de Potencia

    El #uncionamiento utiliación de los transistores de potencia es idéntico al de lostransistores normales9 teniendo "omo caracter&sticas especiales las altas tensiones eintensidades que tienen que soportar 9 por tanto9 las altas potencias a disipar.

    Existen tres tipos de transistores de potencia:

    El I+3T o#rece a los usuarios las venta5as de entrada 4*S9 m;s la capacidad de carga encorriente de los transistores 'ipolares:

    • Tra'a5a con tensión.

    • Tiempos de conmutación 'a5os.

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    ,., Principio de #uncionamiento

    !a di#erencia entre un transistor 'ipolar un transistor unipolar o (ET es el modo deactuación so're el terminal de control. En el transistor 'ipolar ha que inectar una corrientede 'ase para regular la corriente de colector9 mientras que en el (ET el control se hacemediante la aplicación de una tensión entre puerta #uente. Esta di#erencia vienedeterminada por la estructura interna de am'os dispositivos9 que son su'stancialmentedistintas.

    Es una caracter&stica com?n9 sin em'argo9 el hecho de que la potencia que consume elterminal de control ='ase o puerta> es siempre m;s [email protected] que la potencia mane5ada en losotros dos terminales.

    En resumen9 destacamos tres cosas #undamentales:

    • En un transistor 'ipolar I3 controla la magnitud de I".

    • En un (ET9 la tensión A+S controla la corriente I

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    Región activa directa: "orresponde a una polariación directa de la unión emisor/'ase a

    una polariación inversa de la unión colector/'ase. Esta es la región de operación normal deltransistor para ampli#icación.

    Región activa inversa: corresponde a una polariación inversa de la unión emisor/'ase auna polariación directa de la unión colector/'ase. Esta región es usada raramente.

    Región de Corte: es una polariación inversa de am'as uniones.

    Región de saturación: corresponde a una polariación directa de am'as uniones. =$qu& eltransistor act?a como modo encendido>.

    -.,. Especi#icaciones importantes

    !as principales caracter&sticas que han de considerase en los transistores 'ipolares depotencia son:

     I Cmax : Intensidad m;xima de colector

    BV CEO : Tensión de ruptura de colector/ emisor

     Pmax : Potencia m;xima disipa'le en región continuo

    -.,.1 "aracter&sticas din;micas

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    Ilustración 1 Regiones de BJT

    Ilustración 2 polarización

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    B Tiempoque emplea la [email protected] desalida en voluvionar etre el80C : el ,0C e su valo #inal

    B

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    -.,.2 Drea de operación segura en un 3)T de potencia

    $dem;s de especi#icar la m;xima disipación de potencia a di#erentes temperaturas deencapsulado9 los #a'ricantes de transistores de potencia suelen indicar una gr;#ica de la#rontera del ;rea de operación sin riesgo9 la especi#icación de una S*$ t&pica presenta la#orma que se muestra a continuación.

    ,. !a corriente m;xima permisi'le: si se excede esta corriente de manera continua puededar como resultado que se #unda los alam'res que conecten el dispositivo a losterminales del encapsulado.

    -. !a hipér'ola de m;xima disipación de potencia: en este el lugar geométrico que se

    cumple que V ce ic= Pmax  

    . !&mite de segunda ruptura: la segunda ruptura es un #enómeno que resulta de'ido a

    que la circulación de corriente por la unión entre el emisor 'ase no es uni#orme.%eci'e el nom're de puntos caliente.1. Aolta5e de ruptura de la unión colector emisor: unca de'e permitirse que el valor

    instant;neo de Ace exceda de 3AceoF de otra manera ocurrir; la ruptura de avalanchade la unión entre colector 'ase.

    G

    Ilustración !emostración de Curvas

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    4*S(ET 

    requiere solo de una [email protected] de entrada9 mientras que los 3)T son controlados por corriente aplicada en la 'ase.

    Tipos de "#$%ET:

    .,.- %egión de tra'a5o

    8

    Ilustración & curvas caracteristicas de los "#$%ET

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    Región de corte: en esta región la corriente que circula por el drenado es pr;cticamente

    nula.Región activa: en esta región se utilia en transistor como ampli#icador. Para un valor de Agsque ser; como minino Ags =th> se produce el paso de corriente entre el drenador el surtidor.

    Región ó'mica: una de#inición de la región óhmica parte de la caracter&stica que satis#ace lacondición.

    %ormulas:

    ,0

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    E5emplos de 4*S(ET de potencia

    E5emplos de 4*S(ET de 60 volts9 tipos de encapsulados. Pueden ser seme5antes a los diodos

    *tras caracteristicas:

    4;xima tensión drenador/ #uente.

    ,,

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    1., Transistor I+3T

    El transistor 'ipolar de puerta aislada =I+3T9del inglés Insulated +ate 3ipolar Transistor> esun dispositivo semiconductor que generalmente se aplicacomo interruptor controlado en circuitos de electrónica depotencia. Este dispositivo posee la caracter&sticas de [email protected] de puerta de los transistores de e#ecto campo conla capacidad de alta corriente 'a5o volta5e de saturación del  transistor 'ipolar9 com'inandouna puerta aislada (ET para la entrada de control un transistor 'ipolar como interruptor en

    un solo dispositivo. El circuito de excitación del I+3T es como el del 4*S(ET9 mientras que lascaracter&sticas de conducción son como las del 3)T.

    !os transistores I+3T han permitido desarrollos que no ha'&an sido via'les hasta entonces9 enparticular en los Aariadores de #recuencia as& como en las aplicaciones en m;quinaseléctricas  convertidores de potencia que nos [email protected] cada d&a por todas partes9 sinque seamos particularmente conscientes de

    ,-

    https://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_ingl%C3%A9shttps://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/MOSFEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolarhttps://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolarhttps://es.wikipedia.org/wiki/FEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/MOSFEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolarhttps://es.wikipedia.org/wiki/FEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_ingl%C3%A9s

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    eso: automóvil9 tren9 metro9 auto'?s9 avión9 'arco9 ascensor9 electrodoméstico9 televisión9 domótica9 Sistemas de $limentación Ininterrumpida o S$I =en Inglés HPS>9 etc.

    1.,.- "aracteristicas

    • I"max !imitada por e#ecto !atch/up.

    • A+Emax !imitada por el espesor del óxido de silicio.

    • Se [email protected] para que cuando A+E A+Emax la corriente de cortocircuito sea entre 1 a,0 veces la nominal =ona activa con A"EAmax> pueda soportarla durante unos 2 a ,0us. pueda actuar una protección electrónica cortando desde puerta.

    • A"Emax es la tensión de ruptura del transistor pnp. "omo J es mu 'a5a9 ser;A"Emax3A"30 Existen en el mercado I+3Ts con valores de 6009 ,.-009 ,.7009 -.,00 .00 voltios. =anunciados de 6.2 KA>.

    • !a temperatura m;xima de la unión suele ser de ,20L" =con Si" se esperan valoresmaores>

    • Existen en el mercado I+3Ts encapsulados que soportan hasta 100 o 600 $mp.

    En la actualidad es el dispositivo mas usado para potencias entre varios KM un par de 4M9

    tra'a5ando a #recuencias desde 2 KN a 10KN

    1.,. Estructura

    El I+3T es un dispositivo semiconductor de cuatro capas que se alternan =PP> que soncontrolados por un metal/óxido/semiconductor =4*S>9 estructura de la puerta sin una acciónregenerativa. Hn transistor 'ipolar de puerta aislada =I+3T> celular se construe de manerasimilar a un 4*S(ET de canal n vertical de poder de la construcción9 excepto la n se sustituecon un drena5e O p O capa de colector9 #ormando una l&nea vertical del transistor de unión'ipolar de PP.

    ,

    https://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vilhttps://es.wikipedia.org/wiki/Trenhttps://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAshttps://es.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Barcohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ascensorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electrodom%C3%A9sticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Televisi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttp://www.ecured.cu/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vilhttps://es.wikipedia.org/wiki/Trenhttps://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAshttps://es.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Barcohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ascensorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electrodom%C3%A9sticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Televisi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttp://www.ecured.cu/Temperatura

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    Este dispositivo posee la caracter&sticas de las [email protected] de puerta de los transistores de e#ectocampo con la capacidad de alta corriente 'a5o volta5e de saturación del transistor 'ipolar9com'inando una puerta aislada (ET para la entrada de control un transistor 'ipolar comointerruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del I+3T es como el del 4*S(ET9mientras que las caracter&sticas de conducción son como las del 3)T. En la #igura II se o'serva

    la estructura interna de un I+3T9 el mismo cuenta con tres pines Puerta =+>9 Emisor =E> "olector =">.

    1.,.1 (uncionamiento

    "uando se le es aplicado un volta5e A+E a la puerta 9 el I+3T enciende inmediatamente9 lacorriente de colector I" es conducida el volta5e A"E se va desde el valor de 'loqueo hastacero. !a corriente I" persiste para el tiempo de encendido en que la [email protected] en la puerta esaplicada. Para encender el I+3T9 el terminal " de'e ser polariado positivamente conrespecto a la terminal E. !a [email protected] de encendido es un volta5e positivo A+ que es aplicado a lapuerta +.

    Este volta5e9 si es aplicado como un pulso de magnitud aproximada de ,2 volts9 puede causarque el tiempo de encendido sea menor a , s9 después de lo cual la corriente de colector I< esigual a la corriente de carga I! =asumida como constante>. Hna ve encendido9 el dispositivose mantiene as& por una [email protected] de volta5e en el +. Sin em'argo9 en virtud del control devolta5e la disipación de potencia en la puerta es mu 'a5a.

    El I+3T se apaga simplemente removiendo la [email protected] de volta5e A+ de la terminal +. !atransición del estado de conducción al estado de 'loqueo puede tomar apenas -

    microsegundos9 por lo que la #recuencia de conmutación puede estar en el rango de los 20KN.

    E! I+3T requiere un valor l&mite A+E =TN> para el estado de cam'io de encendido a apagado viceversa. Este es usualmente de 1 A. $rri'a de este valor el volta5e A"E cae a un valor 'a5ocercano a los - A. "omo el volta5e de estado de encendido se mantiene 'a5o9 el + de'e tenerun volta5e arri'a de ,2 A9 la corriente I" se autolimita.

    ,1

    Ilustración ( Estructura de I)BT

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    1.,.1 $plicaciones

    El I+3T es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este

    es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. Se usan en los Aariadoresde #recuencia as& como en las aplicaciones en maquinas eléctricas convertidores de potenciaque nos [email protected] cada d&a por todas partes9 sin que seamos particularmente conscientesdeeso: $utomóvil9 Tren9 4etro9 $uto'?s9 $vión9 3arco9 $scensor9Electrodoméstico9 Televisión9 <omótica9 Sistemas de $limentación Ininterrumpida o S$I =en Inglés HPS>9 etc.

    "onclusión

    ,2

    Ilustración * Circuito +plicado

    http://www.ecured.cu/Autom%C3%B3vilhttp://www.ecured.cu/Trenhttp://www.ecured.cu/Trenhttp://www.ecured.cu/Metrohttp://www.ecured.cu/Autob%C3%BAshttp://www.ecured.cu/Avi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Barcohttp://www.ecured.cu/Ascensorhttp://www.ecured.cu/index.php?title=Electrodom%C3%A9stico&action=edit&redlink=1http://www.ecured.cu/Televisi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/UPShttp://www.ecured.cu/Autom%C3%B3vilhttp://www.ecured.cu/Trenhttp://www.ecured.cu/Metrohttp://www.ecured.cu/Autob%C3%BAshttp://www.ecured.cu/Avi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Barcohttp://www.ecured.cu/Ascensorhttp://www.ecured.cu/index.php?title=Electrodom%C3%A9stico&action=edit&redlink=1http://www.ecured.cu/Televisi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/UPS

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    Na que sa'er que el transistor es un gran aporte del campo cientico tecnológico en la

    amplia gama de la electrónica su gran aplicación en el desarrollo as& como la investigación ela'oración de proectos.

    $provechar las concepciones #ormulaciones teóricas del dispositivo es posi'le llevar a lapr;ctica elementos pr;cticos e innovadores como lo es el transistor.

    El estudio del e#ecto del transistor de potencia en niveles de energ&a permite provecharsepara tener un [email protected] en un sistema 'asado en sus electrones9 per#eccionando hasta llevarlo alo que se conocen actualmente.

    "on#orme a la investigación nos podemos dar cuenta que el #uncionamiento utiliación de

    los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales9 teniendo comocaracteristicas solamente especiales las altas tensiones e intensidades que tiene que soportar altas potencias que disipar.

    Es importante que el ingeniero electromec;nica tenga conocimiento de estos dispositivos deelectrónica de potencia para usarlos de manera adecuada9 a que los transistores de potenciaes el avance actual en la tecnolog&a a nivel ingenier&a9 entonces9 es necesario sa'er sus#uncionamientos9 caracteristicas en di#erentes regiones para desci#rar su modo de conexión9as& se llegara encontrar en un circuito o se requiera utiliar.

    $nexos

    $nexo ,./ E5emplos de 4os#et de Potencia

    ,6

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    3i'liogra#&a

    ,7

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    4HN$44$< N. %$SNI