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Electrónica Industrial “A”
Dispositivos de Potencia
Dispositivos semiconductores de potencia
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Dispositivos de Potencia
Electrónica Industrial “A”
Aplicaciones de los dispositivos de potencia
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Dispositivos de Potencia
Electrónica Industrial “A”
Elementos activos: interruptores de potencia
• Diodos de potencia
• Transistor bipolar de potencia
• Mosfet de potencia
• IGBT (Transistor de compuerta aislada)
• Transistores de potencia inteligentes (Intellmod)
• Tiristor (SCR y TRIAC)
• GTO
• MCT
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Dispositivos de Potencia
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Diodo
I
Corriente
máxima
Flujo de
Corriente
Corriente de
fuga inversa
En conducción
Tensión de
conducción
V
A
K
Anodo (+)
Cátodo ( - )
Tensión Bloqueo
de ruptura
Ruptura
Curva característica
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Dispositivos de Potencia
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Diodo
Condiciones de operación
Para el encendido
•
Tensión en terminales ánodo - cátodo debe ser positiva
• Al encender se comporta como un interruptor cerrado
• No se debe exceder la corriente máxima de operación (pulsante y
continua)
Para el apagado
•Tensión en terminales ánodo - cátodo debe ser negativa
• Al apagar se comporta como un interruptor abierto
• No se debe exceder la tensión máxima inversa de operación
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Dispositivos de Potencia
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Diodo de potencia: parámetros importantes
• Tensión máxima de bloqueo
• Corriente pico de conducción
• Corriente eficaz (Rms) de conducción
• Tiempo de recuperación inversa (disipación)
• Corriente de fuga
• Resistencia térmica
• Temperatura de unión y encapsulado
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Diodo
El tiempo de recuperación inversa
está directamente relacionado con
la velocidad de operación del
diodo. A partir de este tiempo se
especifican tres tipo de diodos:
En conducción
I
Tiempo de
recuperación
t
Normales (50 microsegundos)
Fast Recovery (400 nanosegundos)
Ultra-fast recovery (50 nanosegundos)
En bloqueo
Tiempo de recuperación
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Sillicon Controlled Rectifier
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Dispositivos de Potencia
SCR
I
Rectificador controlado de silicio
Curva característica
Corriente
máxima
En conducción
Tensión de
conducción
Dispositivo controlado
Corriente de
sostenimiento
Flujo de
Corriente
Tensión de
ruptura directa
VAK
Anodo (+)
Cátodo ( - )
A
K
Tensión de
ruptura inversa
Corriente de fuga
directa
Bloqueo
G
Compuerta
Corriente de fuga
inversa
Ruptura
Son dispositivos lentos para apagar, con tiempos del orden de los 40 - 150 s
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(a) Estructura básica
(b) Circuito equivalente
Modelos de los transistores para el tiristor
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SCR
Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
Para el encendido
• Tensión en terminales ánodo - cátodo debe ser positiva.
• Debe
existir una corriente de compuerta mínima que inicie el
encendido.
•
La corriente de circulando debe ser superior a la corriente de
sostenimiento.
•
•
•
Una vez encendido el SCR no es necesaria la corriente de compuerta.
No se debe exceder la tensión máxima de ruptura directa.
No se debe exceder la corriente máxima de operación (pulsante y
continua).
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SCR
Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
Los circuitos empleados usualmente en el encendido de los
dispositivos de potencia se les llama impulsores. Suelen estar
aislados de la etapa de potencia
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SCR
Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
Para el apagado
•
•
•
•
La corriente en el SCR debe “cruzar por cero” hacia un valor negativo.
Para evitar el re-encendido no debe aplicarse corriente en compuerta.
Con el SCR apagado existe una corriente de “fuga”.
La tensión aplicada al SCR no debe exceder la tensión de ruptura
inversa.
•
Debe evitarse la condición de “operación” con una corriente circulando
en el SCR inferior a la corriente de sostenimiento. Bajo esta condición
no se puede garantizar el estado del circuito.
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SCR
Rectificador controlado de silicio: condiciones de operación
Existen dos métodos básicos de apagado en los SCR
•
Apagado natural: consiste en dejar que la corriente que circula por el
SCR cruce de manera natural por cero (de un valor positivo a un valor
negativo), dejando que el circuito de habrá automáticamente. Este
método se suele emplear en circuitos que trabajan en CA.
•
Conmutación forzada: consiste en obligar a que la corriente del SCR
se vaya a cero forzando su circulación a través de un circuito auxiliar de
conmutación forzada, que se enciende de forma sincronizada con el
SCR. Este método se suele emplear en circuitos que trabajan en CD.
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SCR
Rectificador controlado de silicio: parámetros importantes
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tensión máxima de bloqueo directo e inverso
Corriente pico de conducción
Corriente eficaz (Rms) de conducción
Corriente de sostenimiento
Corriente de fuga directa e inversa
Corriente y tensión de compuerta necesaria para encendido
Caída de tensión en conducción
Resistencia térmica
Temperatura de unión y encapsulado
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TRIAC
Dispositivo controlado (bidireccional)
Corriente
máxima
Curva característica
I
En conducción
Tensión de
conducción
Corriente de
sostenimiento
Flujo de
Corriente
Tensión de
ruptura
V
MT1
MT2
G
Tensión de
ruptura
Corriente de fuga
Bloqueo
Compuerta
La velocidad de operación es similar a los SCRs.
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TRIAC
Condiciones de operación
Las condiciones de operación son similares a los SCRs.
Sin embargo, existen algunas diferencias:
•
Dispositivos bidireccionales: el circuito permite la conducción de
corriente en ambos sentidos aplicando tensión bipolar.
•
Limitados en corriente y tensión: la estructura física limita la tensión
y corriente máxima de operación a valores inferiores comparados con
los SCRs: tensión inferior a 2000 V y corriente inferior a 500 A.
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Dispositivos de Potencia
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Diodo, SCR y Triac: encapsulados comunes
El tipo de encapsulado está asociado a la potencia, tensión y corriente
manejada por el dispositivo. Son necesarias diferentes condiciones
físicas de montaje para cada uno de los casos.
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Dispositivos de Potencia
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Dispositivos de Potencia
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Dispositivos de Potencia
Electrónica Industrial “A”
Tensión de
Entrada
Tensión de
Salida
Control
Regulador de voltaje con Taps
(On-Load Tap Changer)
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