DISPOSITIVOS USADOS EN LOS CONVERTIDORES DE POTENCIA

Dispositivos ElectrnicosSin control: DiodosCon control de encendido: TiristoresCon control total: TransistoresTransformadoresBobinasCondensadoresDispositivos Pasivos1. INTRODUCCION

Diodos de PotenciaDiodos de tres capasMayor seccinProblemas de velocidadProblemas trmicosnodoCtodon+p+n-Slo control de encendidoMuy robustosBaja frecuenciaTecnologa muy maduraCtodonodoCtodon+p+n-p-PuertaTiristores (SCR)

Tipo transistorGTO (tiristor apagado por puerta)Transistor bipolar de potenciaTransistor MOSFET de potenciaIGBT (transistor bipolar de puerta aislada)Otros muchos en evolucin

GTOControl de encendido y apagado (difcil)Muy robustosBaja frecuencia (mayor que los SCRs)CtodonodoCtodon+p+n-p-PuertaTransistor bipolarControl de encendido y apagado (dificultad media) RobustosMedia frecuencia (mayor que los SCRs y los GTOs)n+n-p-ColectorEmisorBase

MOSFET de potenciaFcil control de encendido y apagadoAlta frecuencia (mayor que los otros)Resistivo en conduccinPuertaDrenadorFuenten+n-pIGBTFcil control de encendido y apagadoFrecuencia entre BJT y MOSFETCasi como un BJT en conduccinn+n-p-p+PuertaEmisorColector

Dispositivos empleados en los convertidores de potencia 102107105104103106MARGEN DE POTENCIA (VA)IGBTMOSFET10 102 103 104 105 106 107 108GTOSCRBJTFRECUENCIA (Hz)

Montaje de los semiconductores de potencia Montaje 1Montaje 2RadiadorTuercaTransistor

Montaje 3RadiadorPress-package

2. El Diodo de Potencia

Definicin y caractersticasSon dispositivos semiconductores unidireccionales, fabricados en silicio( la ms utilizada) y tambin en germanio.Como nico medio de control encontramos invertir el voltaje entre nodo y ctodo.Adems se caracterizan porque en estado de conduccin pueden soportar alta intensidad con una pequea cada de tensin.

... continuacinEl diodo se puede hacer funcionar de 2 maneras:Polarizacin directa y, Polarizacin inversa.

Su curva caracterstica responder a la siguiente ecuacin:

I = Is [ e ^(V/VT) - 1] = Is [ e ^(qV/KT) - 1]

..ContinuaID=IS.(eVD/.VT 1) ...(1)

ID = Corriente por el diodo (Amp.)VD = Voltaje A(+) y K(-) en Voltios.Is = Corriente de Fuga (Corriente de saturacin inversa) Tpicamente (10-6 A 10-15 A).= Coeficiente de emisin (1 Ge y 2 Si)

..ContinuaVT= (KT)/q = 25.8 mV, si q = carga del e- = 1.6022x10-19 Coulomb(C).K = Constante de Boltzman = 1.3806x10-23 J/K a 25 CT = K (K = 273 + C)

Curva caractersticaSiendo:VRRM = tensin inversa mximaVD = Voltaje de codo

Agrupacin de caractersticasCaractersticas estticasCaractersticas dinmicasDisipacin de Potencia Caractersticas trmicasCaractersticas mecnicasProteccin contra sobreintensidades

Caractersticas EstticasParmetros en bloqueo (polarizacin inversa)Parmetros en conduccinModelo esttico

Parmetros en bloqueo

...continuacinTensin inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha. Tensin inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada. Tensin inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o ms. Tensin de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las caractersticas del mismo. Tensin inversa contnua (VR): es la tensin continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.

Parmetros en conduccin Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la mxima intensidad de impulsos sinusuidales de 180 que el diodo puede soportar. Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que puede ser soportada cada 20 mseg, con una duracin de pico a 1 mseg, a una determinada temperatura de la cpsula (normalmente 25 C). Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el mximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duracin de 10 mseg. Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conduccin.

Modelos Estticos

Caractersticas DinmicasTiempo de recuperacin inversoInfluencia de Trr en la conmutacinTiempo de recuperacin directo

Tiempo de recuperacin inverso

Caractersticas de la recuperacin inversaEs trr = ta + tbLa corriente Inversa de recuperacin IRR IRR = ta di/dt .Factor de suavidad SF= tb/ta , Para efectos prcticos Considerar el tiempo total de recuperacin trr

... continuacinTiempo de almacenamiento (ta): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo. Tiempo de cada (tb): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que sta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unin polarizada en inverso. En la prctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de ste. Tiempo de recuperacin inverso (trr): es la suma de ta y tb.Qrr: se define como la carga elctrica desplazada, y representa el rea negativa de la caracterstica de recuperacin inversa del diodo. di/dt: es el pico negativo de la intensidad. Irr: es el pico negativo de la intensidad. La relacin entre tb/ta es conocida como factor de suavizado "SF".

Influencia del trr en la conmutacin Si el tiempo que tarda el diodo en conmutar no es despreciable : - Se limita la frecuencia de funcionamiento, pues a altas frecuencias disminuye abruptamente el rendimiento de la rectificacin.. - Existe una disipacin de potencia durante el tiempo de recuperacin inversa, que puede llegar a producir sobrecalentamiento y destruccin del diodo. Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperacin rpida. Factores de los que depende trr : A mayor I RRM menor trr. Cuanta mayor sea la intensidad principal que atraviesa el diodo, mayor ser la capacidad almacenada, y por tanto mayor ser trr.

Tiempo de recuperacin directo

... continuacin El tiempo de recuperacin directo (tfr): es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensin nodo-ctodo se hace positiva y el instante en que dicha tensin se estabiliza en el valor VF.

Este tiempo es bastante menor que el de recuperacin inversa y no suele producir prdidas de potencia apreciables.

Disipacin de Potencias Potencia mxima disipable (Pmx)Potencia media disipada (Pav)Potencia inversa de pico repetitivoPotencia inversa de pico no repetitivo

Caractersticas Trmicas Temperatura de la unin Temperatura de almacenamiento Resistencia trmica unin contenedor Resistencia trmica contenedor - disipador

Proteccin contra sobreintensidades La causa principal de sobreintensidad es, naturalmente, la presencia de un cortocircuito en la carga, debido a cualquier causa. De todos modos, pueden aparecer picos de corriente en el caso de alimentacin de motores, carga de condesadores, utilizacin en rgimen de soldadura, etc.Los dispositivos de proteccin que aseguran una eficacia elevada o total son poco numerosos y por eso los ms empleados actualmente siguen siendo los fusibles, del tipo "ultrarrpidos" en la mayora de los casos.Parmetro I2t La I2t de un fusible es la caracterstica de fusin del cartucho; el intervalo de tiempo t se indica en segundos y la corriente I en amperios. Debemos escoger un fusible de valor I2t inferior al del diodo, ya que as ser el fusible el que se destruya y no el diodo.

Tipos de diodos de potenciaDiodos de uso general (trr aprox. 25us)VRM=kV. If=kADiodos de recuperacin rpida: (trr aprox. De 50 ns - 5 us), VRM = 400vDiodos Schottky (Vf=0.3V, VRM=50-100V)

El diodo Schottky A diferencia del diodo semiconductor normal que tiene una unin PN, tiene una unin Metal-N. - Poca capacidad de conduccin de corriente en directo (en sentido de la flecha) - No acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente (VCRR)

El diodo ZenerEl diodo Zener siempre se utiliza en polarizacin inversa. Analizando la curva del diodo zener vemos que en el lugar donde se marca como regin operativa.

Curva del Diodo Zener

Gracias