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Electrónica de potencia
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Objetivos de la materia:
Entender las aplicaciones de la electrónica de potencia.Conocer diferentes dispositivos de potencia y sus usos.
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Definición de “electrónica de potencia”:Es la aplicación de dispositivos electrónicos al control yconversión de energía eléctrica.Ejemplos: Control de motores, calefacción, sistemas deiluminación, fuentes de alimentación, etc.
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• Dispositivos semiconductores de potencia:
– Se pueden clasificar en cinco tipos:
1. Diodos de potencia2. Tiristores
3. TBJ de potencia (Transistores bipolares de juntura)4. MOSFET de potencia5. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors)
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Dispositivos de potencia:
Los dispositivos de potencia se van a identificar por las
siguientes características:
• Tienen dos estados de funcionamiento: bloqueo y
conducción
• Son capaces de soportar potencias elevadas
•
El funcionamiento de estos dispositivos tiene que ser posible con un bajo consumo de potencia
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Efectos indeseados:
• Éstos circuitos operan encendiendo y apagándose constantemente,lo que introduce ruido en:
–
–
La tensión de salidaLa fuente de alimentación
• Esto genera problemas: –
–
–
Inyecta ruido en la cargaInyecta ruido en la fuente de alimentaciónProduce interferencia en circuitos cercanos
• Para reducir estos problemas se puede:
–
–
–
Usar filtros de entrada y de salidaElegir el circuito más convenienteUsar blindaje electromagnético
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EL DIODO DE POTENCIA
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2.Diodos de potencia
Esquema del diodo:
Curvascaracterísticas:
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P
N+
-
i
V
Curva característica
0
1
VD
i [mA]
V [V]
(exponencial)
D
I O D O S
D E P O
T E N C I A
A (ánodo)
K (cátodo)
-40
0
-2
i [ A]V [Volt.]
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Concepto de diodo ideal
En polarización inversa, la corrienteconducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada
En polarización directa, la caídade tensión es nula, sea cual sea
el valor de la corriente directaconducida
Ánodo
Cátodo
i
V
i
V
+
-
curva característica
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D E P O
T E N C I A
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El diodo semiconductor
Ánodo
Cátodo
Ánodo
Cátodo
Encapsulado(cristal o resinasintética)
Terminal
Terminal
PN
Marcaseñalando elcátodo
Contacto metal-semiconductor
Contacto metal-
semiconductor
Oblea desemiconductor
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D E P O
T E N C I A
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1N4007
(Si)
1N4148(Si)
Encapsulados de diodos
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I O D O S
D E P O
T E N C I A
DO 201
DO 204
Axiales
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Agrupación de diodos semiconductores
2 diodos en cátodocomún
BYT16P-300A(Si)
+~
+
~
~
Anillo de diodos
HSMS2827(Schottky Si)
-
~
~
+
Puente de diodos
B380 C1500(Si)
~+ -
B380 C3700(Si)
D
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D E P O
T E N C I A
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Encapsulados de diodos
D
I O D O S
D E P O
T E N C I A
TO 220 AC
D 61
DOP 31
TO 247
B 44
DO 5
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Encapsulados de diodos
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I O D O S
D E P O
T E N C I A
Módulos de potencia
Varios dispositivos en un encapsulado común
Alta potencia
Aplicaciones Industriales
Se pueden pedir a medida
Motores Satélites
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2.Diodos de potenciaEncapsulado DO-5:
Función del encapsulado:
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Conexión eléctricaDisipación térmica
Aislamientoeléctrico
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2.Diodos de potencia
“
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Curvas características y circuitos equivalentes
V
r dreal (asintótico)
ideal
0
i
V
V
pendiente = 1/r d
Circuito equivalente asintótico
Curvacaracterística real
Curva característicaasintótica
Curva característicaideal
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P á t
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Parámetros
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Parámetros en inversa:
•VR= Tensión Inversa (Tensión continua capaz que es de soportar el diodo)
•VRM = Tensión de pico•VBR = Tensión de ruptura
•IR = Corriente inversa (corriente de fuga)
Parámetros en directa:
• VD = Tensión en directa
• I = Corriente directa
• I AV= Corriente media directa
• IFM= Corriente máxima en directa
• IFRM = Corriente de pico repetitiva
• IFSM= Corriente directa de sobrecarga
Características f ndamentales
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D E P O T E N C I A
Características fundamentales
• Tensión de ruptura
• Caída de tensión en conducción
• Corriente máxima
• Velocidad de conmutación
Tensión de ruptura
Baja tensión Media tensión Alta tensión
15 V
30 V45 V
55 V
60 V
80 V
100 V
150 V200 V
400 V
500 V
600 V800 V
1000 V
1200 V
Tensión de codo
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Tensión de codo
0
i
V
V
pendiente = 1/r d
Curvacaracterística real
A mayor tensión de ruptura , mayor caída de tensión en conducción
Señal Potencia Alta tensión
VRuptura
VCodo
< 100 V
0,7 V
200 – 1000 V
< 2 V
10 – 20 kV
> 8 V
D t d l di d t
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Datos del diodo en corte
Tensión inversa VRRM Repetit ive Peak Voltage
La tensión máxima es crítica
Pequeñas sobretensiones pueden romper el dispositivo
Datos del diodo en cond cción
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Datos del diodo en conducción
Corriente directa IF Forward Current
La corriente máxima se indica suponiendo que el dispositivo estáatornillado a un radiador
Corriente directa de pico repetitivo IFRM Repetit ive Peak Forward Cur rent
Características dinámicas
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Comportamiento
dinámicamente ideal
Transición de “a” a “b”a b
V1V2
R i
V+
-i
V
t
t
V1 /R
-V2 D I O D O S
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Características dinámicas
Indican capacidad de conmutación del diodo
Características dinámicas
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a b
V1V2
R i
V+
-
Transición de “a” a “b”
i
V
t
t
trr
V1 /R
-V2 /Rts
tf (i= -0,1·V2 /R)
-V2
ts = tiempo de almacenamiento(storage time )
tf = tiempo de caída (fall time )
trr = tiempo de recuperacióninversa (reverse recovery time )
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Características dinámicas
Transición de “b” a “a” (encendido)Características dinámicas
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a b
V1V2
R
i
V+
-i
td = tiempo de retraso (delay time )
tr = tiempo de subida (rise time )
tfr = td + tr = tiempo de recuperación directa
(forward recovery time )
tr
0,9·V1 /R
td
0,1·V1 /R
tfr
Transición de b a a (encendido)
El proceso de encendido es másrápido que el apagado.
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Características dinámicas
Características dinámicas
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Características dinámicas
Características Principales
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Características Principales
Corriente directaTensión inversaTiempo de recuperaciónCaída de tensiónen conducción
Encapsulado
Tiempo de recuperación en inversa
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Tiempo de recuperación en inversa
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Un diodo de potencia tiene que poder conmutar rápidamente delestado de corte al estado de conducción.
El tiempo que tarda en conmutar se llama :TIEMPO DE RECUPERACIÓN EN INVERSA
Los diodos se pueden clasificar en función de su tiempo derecuperación:
Tipos de diodos
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Tipos de diodos
Se clasifican en función de la rapidez (trr )
• Standard
• Fast
• Ultra Fast
• Schottky
VRRM trr
IF
100 V - 600 V
100 V - 1000 V
200 V - 800 V
15 V - 150 V
> 1 s
100 ns – 500 ns
20 ns – 100 ns
< 2 ns1 A – 150 A
1 A – 50 A
1 A – 50 A
1 A – 50 A
Las características se pueden encontrar en Internet (pdf)
Direcciones web
www.irf.com
www.onsemi.com
www.st.com
www.infineon.com
Aplicaciones:
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Aplicaciones:
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DIODOS DE GAMA MEDIA:
•Fuentes de alimentación
•Soldadores
DIODOS RÁPIDOS
• Aplicaciones en que la velocidad de conmutación es crítica
•Convertidores CD – CA
DIODOS SCHOTTKY
•Fuentes de alimentación de bajo voltaje y alta corriente
•Fuentes de alimentación de baja corriente eficientes