Potencia

Dispositivos de Potencia
66.25 Dispositivos Semiconductores - FIUBA Dr. Ing. Ariel Lutenberg

Organización de la clase 1. Introducción a la electrónica de potencia 2. Diodos de potencia 3. Modelo térmico y cálculo de disipadores 4. Tiristores 5. Transistores de potencia 6. Conclusiones

1.Introducción a la electrónica de potencia
• Objetivos de la clase: – Entender las aplicaciones de laelectrónica de potencia. – Conocer diferentes dispositivos de potencia y sus usos.

• Definición de “electrónica de potencia”: – Es la aplicación de dispositivos electrónicos al control y conversión de energía eléctrica. – Ejemplos: Control de motores, calefacción, sistemas de iluminación, fuentes de alimentación, etc.

1.Introducción a la electrónica de potencia
• Dispositivossemiconductores de potencia:
Se pueden clasificar en cinco tipos: 1. Diodos de potencia 2. Tiristores 3. TBJ de potencia (Transistores bipolares de juntura) 4. MOSFET de potencia 5. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors)

1. Diodos de potencia

– Sus terminales son ánodo y cátodo. – Conduce sólo cuando Va > Vk (equivale a un cable). – Si Vk > Va el diodo no conduce (equivale a un circuito abierto).1.Introducción a la electrónica de potencia
2. Tiristores
– Sus terminales son: ánodo, cátodo y compuerta (gate). – Sólo conduce cuando Va > Vk, y se inyecta una corriente por el Gate (entonces A-K equivale a un cable). – La única forma de “apagarlo” es forzando Va < Vk .

3. TBJ (Transistor bipolar de juntura)
– Sus terminales son emisor, base y colector. – Sólo conduce cuando VBE > 0.7V –Si además IB es suficientemente grande, entonces C-E equivale a un cable.

1.Introducción a la electrónica de potencia
4. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
– Sus terminales son gate, source y drain. – Es un dispositivo de conmutación rápida (más rápido que TBJ). – Sólo conduce si VD > VS y VG > VS (n-MOSFET), entonces D-S equivale a un cable.

5. IGBT (Insulated GateBipolar Transistor)
– Sus terminales son gate, emisor y colector. – Combina las mejores características del TBJ y del MOSFET. – Sólo conduce si VC > VE y VG > VE (nIGBT), entonces C-E equivale a un cable.

1.Introducción a la electrónica de potencia
Características “típicas” de los dispositivos

Tipo Diodo Tiristor TBJ MOSFET IGBT

Tensión de Corriente Tiempo Resistencia Costo rupturamáxima encendido serie relativo 5000 V 5000 V 600 V 500 V 1200 V 5000 A 5000 A 250 A 50 A 400 A 0,2 us 200 us 2 us 0,5 us 2 us 0,2 m 0,2 m 15 m 0,4 m 2,5 m Bajo Medio Alto Alto Muy alto

Dispositivos con terminal de encendido

1.Introducción a la electrónica de potencia
Ejemplo de uso de los dispositivos:

Lo intento apagar

Dispositivos con control de apagado

1.Introducción a laelectrónica de potencia
Ejemplo de uso de los dispositivos:
La corriente de base es significativa Debe permanecer encendido Lo intento apagar

La corriente de gate es despreciable

1.Introducción a la electrónica de potencia
Clasificación de los circuitos electrónicos de potencia: Los dispositivos permiten convertir potencia eléctrica: 1. 2. 3. 4. 5. Rectificadores con diodos AC-DC (salida fija)Conversores AC-DC (rectificadores controlados) Conversores AC-AC (ac voltage controllers) Conversores DC-DC (dc choppers) Conversores DC-AC (inverters)

1.Introducción a la electrónica de potencia
1. Rectificadores con diodos – Ejemplo Nº1:

1.Introducción a la electrónica de potencia
1. Rectificadores con diodos – Ejemplo Nº2:

Funcionamiento:

t1

t2

1.Introducción a laelectrónica de potencia
2. Conversores AC-DC - Ejemplo:

“Ángulo de disparo” Pulso de encendido

Cambiando el ángulo de disparo se modifica VDC

VDC

1.Introducción a la electrónica de potencia
3. Conversores AC-AC - Ejemplo: Cambiando el ángulo de disparo se modifica VAC “Ángulo de disparo” VDC = 0 VAC (eficaz)

1.Introducción a la electrónica de potencia
4. Conversores DC-DC -...