Controladores de Potencia Dispositivos Electrónicos de Potencia

Transcripción

1 Dispositivos Electrónicos de Potencia Prof. Alexander Bueno M. 17 de septiembre de 2011 USB

2 Funciones Básicas de los Convertidores Electrónicos de Potencia USB 1

3 Diodos Es el dispositivo más básico de la electrónica de potencia, esta constituido por una juntura semi conductora NP su encendido se realiza cuando la tensión entre su ánodo y cátodo supera la tensión de ruptura de la componente (v ak v to ). Símbolo: Esquema Semiconductor: USB 2

4 Fotos: Curvas: Real Ideal USB 3

5 Tabla 1: Tipos de diodos Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) Uso General Alta Velocidad Schottky USB 4

6 Tiristor o SCR El Tiristor o SCR esta conformado por tres junturas NP en serie, este dispositivo reemplazo al los tiratrones y posee controlo de encendido a través del suministro de un pulso de corriente en el orden de los 20mA en la compuerta de disparo o gate, adicionalmente requiere polarización ánodo cátodo positiva (v ak > 0). Símbolo: USB 5

7 Esquema como Semi conductor: USB 6

8 Foto: USB 7

9 Curvas: Real Ideal USB 8

10 Tabla 2: Tipos de tiristores Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) Bloque Inverso Conmutados por línea Alta Velocidad Bidireccionales RCT Conducción Inversa Gatt (Tracción) Fototiristor o Lumínicos USB 9

11 Triac Símbolo: Foto: USB 10

12 Curvas: Real Ideal Tabla 3: Tipos de triac Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) Uso General USB 11

13 Tiristores Auto Desactivables GTO: IGCT: USB 12

14 MTO: MCT: USB 13

15 SITH: ETO: USB 14

16 Curvas: Real Ideal USB 15

17 Tabla 4: Tipos de tiristores auto desactivables Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) GTO HD-GTO Pulso-GTO MCT MTO ETO IGCT SITH USB 16

18 Transistores BJT Los transistores BJT más utilizados en la electrónica de potencia son los NPN, y su operación se centra en corte y saturación, es decir, como interruptor electrónico. Recordemos que para que un transistor NPN se encuentre polarizado es necesario que la tensión del colector sea mayor a la de la base y esta mayor que la del emisor (v C > v B > v E ) en por lo menos 0,7V. La polarización de este dispositivo se realiza por corriente y es de la forma: i base = i colector h fe = i emisor (h fe + 1) (1) USB 17

19 Símbolo: USB 18

20 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: i basesaturación ( i colectoroperación ) 1 h fe (2) USB 19

21 Tabla 5: Tipos de transistores BJT de potencia Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) Individual Individual Individual Darlington USB 20

22 MOSFET Símbolo: USB 21

23 Foto: Característica: Real Ideal USB 22

24 Los MOSFET más utilizados en electrónica de potencia son los canal N y su operación 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 tensión y alta impedancia de entrada. Tabla 6: Tipos de transistores MOSFET de potencia Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) Individual COOLMOS COOLMOS COOLMOS USB 23

25 IGBT Los transistores de compuerta aislada o IGBT combinan las características de los MOSFET y BJT Símbolo: USB 24

26 Esquema Interno: Foto: USB 25

27 Característica: Real Ideal Tabla 7: Tipos de transistores IGBT de potencia Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) Individual Individual USB 26

28 SIT El SIT es el FET de electrónica de potencia y su aplicación se reserva para altas frecuencias. Símbolo: USB 27

29 Característica: Real Ideal Tabla 8: Tipos de transistores SIT de potencia Tipo Tensión (kv) Corriente (ka) Frecuencia (khz) Individual USB 28

30 Clasicación 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

31 Características de conmutación de los semiconductores de potencia USB 30

32 Selección de Semiconductores de Potencia La selección de un dispositivo de potencia, para una determinada aplicación depende: 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 su capacidad de disipación de calor al medio ambiente que esta estrechamente ligada con su disipador. Frecuencia para encendido y apagado que requiera la aplicación. USB 31

33 Ventajas y Desventajas de la Electrónica de Potencia Los dispositivos semiconductores de potencia permite realizar puentes convertidores electrónicos, ecientes que mejoran las prestaciones estáticas y dinámicas de los procesos de conversión de energía eléctrica, originando procesos más ecientes debido a la capacidad de conmutar grandes bloques de energía con mínimas pérdidas. La conmutación de altos bloques de energía trae consigo la introducción de contaminación armónica en tensión y corriente sobre las líneas de alimentación, problemas de resonancia, interferencia electromagnética, fallas de aislación, entre otras. Estos problemas pueden solucionarse mediante ltros pasivos y/o activos o mejorando las estrategia de conmutación de los puentes electrónico. USB 32

34 USB 33