Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06 169 de 202 30.5 Circuitos

30.5 Circuitos integrados con PFC.
Cuestión 4: (En el informe) Elegir uno de los circuitos integrados PFC y
explicar su funcionamiento.
Texas Instruments:
www.ti.com
Fairchild:
www.fairchildsemi.com
On semiconductor (Motorola):
www.onsemi.com
Linear Technology:
www.linear-tech.com
Power Integrations:
www.powerint.com
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
169 de
31
PROBLEMAS
DE
ELECTRÓNICA
INDUSTRIAL
31.1 SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
31.1.1 Cuando se polariza un diodo en inversa por una fuente de continua de 500V, la
corriente es de 1mA. La carga es resistiva de valor RL 10Ω.
Calcular
a) La resistencia interna que presenta el diodo.
b) Pérdidas de potencia cuando el diodo está en corte.
c) Pérdidas de potencia cuando está en conducción si se invierte la fuente
(VTO=0.84V, Req=0.6mΩ)
Solución: a) req=500kΩ b) 0.5W c) 43,5W
2-Dadas las características del diodo MUR1620CT de International Rectifier utilizado
en el siguiente circuito, estimar la carga de recuperación inversa y el pico de
corriente inversa cuando se cierra el interruptor. Considerar que la inductancia L es
lo suficientemente alta para que la corriente por ella sea constante en el intervalo
de conmutación. (R = 10Ω V2 = 150V
L3 = 0.5µH
Tj=125ºC)
Solución: trr ≈ 34ns Qrr ≈ 105 nC Irm ≈ 6,2A
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
170 de
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
171 de
3-Para la realización física del siguiente circuito se dispone de tres diodos, cuyas
características idealizadas se muestran a continuación:
diodo 1:
VTO = 0.84V,Req = 0.6mΩ
diodo 2:
VTO = 0.84V, Req = 1Ω
diodo 3:
VTO = 0V,
Req = 1 mΩ
diodo 4:
VTO = 1V, Req = 0.4mΩ
Calcular las pérdidas en conducción de cada diodo si la corriente es de la forma de
las figuras A1.1 a A1.6
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
172 de
4-El tiristor de la figura tiene una corriente de mantenimiento de 50mA y se dispara
con un impulso de 50 µs de duración. Demostrar que sin la resistencia R el tiristor
no permanecerá encendido cuando termine el pulso, y hallar el valor máximo de R
para asegurar el encendido. Despreciar la caída de voltaje en el tiristor.
Solución: a) sin R i(50 µs)=10mA b) R = 2.5kΩ
5-Un tiristor tiene una característica en conducción que puede ser aproximada por
una línea recta definida por los siguientes parámetros: VTO=1V, Req=18mΩ. Estimar
las pérdidas medias de potencia para
Una corriente continua de 23A
Una media onda sinusoidal de valor medio 18A
Una corriente de 39.6A durante medio ciclo
Una corriente de 48.5A durante un tercio de ciclo
Solución: i) 32.7W ii) 32.6W iii) 34.2W iv) 30.5W
6-Las pérdidas de un determinado tiristor son de 400W para una forma de onda de
corriente rectangular de longitud variable según la tabla siguiente:
Corriente media A
138 170 196
218
250
305
Longitud de la corriente en
30º 60º 90º
120º
180º
360º
grados
Calcular el valor eficaz de la corriente para cada caso
.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
173 de
FIG. con la forma de onda (T = 360º)
Solución:
Longitud de la corriente en
30º
60º
90º
grados
120
180º
360º
º
Idc
138
170
196
218
250
305
Imax
1656
1020
784
654
500
305
IR.M.S.
478
416
392
377
354
305
6-En el circuito de la figura el tiristor principal, Tp, tiene un tiempo máximo de
apagado de toff=10µs. Se pide:
a) obtener el mínimo valor de C
b) El valor de R si el tiristor se dispara cada 5ms.
c)
7-En el circuito de la figura ¿Cuanto deben valer L y C para conseguir cortar el
SCR?
8-Calcular el tiempo que tarda en comenzar a conducir un MOSFET de potencia,
Si los parámetros de entrada son Cgs = 1600 pF y R = 50 ohmios y se le
aplica un escalón de tensión de 10 V entre la puerta y la fuente.
El voltaje de puerta umbral del MOSFET es de 1.5 V.
9-Suponiendo que las formas de onda idealizadas de un semiconductor cuando
opera como interruptor a una frecuencia fs son las dadas en la siguiente figura,
calcular la potencia media de las pérdidas debidas a la conmutación.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
174 de
Utilizando las expresiones obtenidas calcular las perdidas de potencia media del BJT
KSH31 de Fairchild semiconductor y del MOSFET IRF1404 de International Rectifier
si la tensión en corte es de V= 20V y la corriente en conducción es de I = 1A.
Características de BJT KSH31
Características de MOSFET IRF1404
Test conditions: ID = 95A; VDD = 20V; RG = 2.5Ω RD = 0.21 Ω
Turn-On Delay Time (tdon ) :17 ns
Rise Time (tr ):140 ns
Turn-Off Delay Time (tdoff) : 72 ns Fall Time (tf ):26 ns
4.- Trata de explicar el funcionamiento de SCR mediante el
modelo de los dos transistores. ¿Qué debe ocurrir para que
el sistema pase a conducir?
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
175 de
10-Para los gráficos de tiempo de la figura 3 determinada el valor de los siguientes
parámetros: Ts, fs, td(on), tr, ton, tn, td(off), tf, toff, to, VDD, VDS(sat), IDSS, ID. Además
determine las potencias promedio para: td(on), tr, tn, td(off), tf, to y la Potencia total
consumida.
Figura 3. Gráfico de conmutación del transistor
11- De los tres transistores mostrados a continuación, escoja uno de ellos para
trabajar bajo las condiciones de corriente y tensión del problema anterior, si es
necesario diseñe un circuito de protección, ya que el transistor debe trabajar con un
factor de protección de 2 para dv/dt y di/dt.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
176 de
Transistor
IDMAX
VDSMAX
MAX
MAX
Q1
40A
200V
50 V/µ
µs
30 A/µ
µs
Q2
70A
150V
10 V/µ
µs
20 A/µ
µs
Q3
100A
90V
5 V/µ
µs
40 A/µ
µs
12-Hallar la frecuencia de los pulsos de disparo (Vb1) del siguiente circuito de
disparo de un SCR mediante UJT.
Suponer que la constante de tiempo R1C1 es
mucho mayor que RB1C1. La fuente V1 es una fuente de tensión DC.
(R1=4k7, C1=0.1µF,Rb2=1k)
Solución: f=2.1KHz
13-UJT - Circuito de Relajación. El circuito de relajación normalmente es usado para
el disparo de SCR o TRIAC. Para que el UJT funcione de esta forma, el valor de R
debe ser ajustado para que la corriente de emisor Ie sea mayor que la Ip pero menor
que Iv.
Diseñe un circuito de relajación usando un UJT cuyos parámetros son Vs = 30V, η =
0.6, Ip = 20µ A, Vv = 4V, Iv = 13mA. La frecuencia de oscilación es de 120Hz y el
ancho del pulso de disparo tg = 50µ F y Vd1 = 0.5V.
El circuito de relajación es el que se muestra:
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
177 de
Figura N°1 Circuito de Relajación con UJT
31.1.2
Hallar la frecuencia de los pulsos de disparo (Vp) del siguiente circuito de disparo
de un SCR mediante PUT. Suponer que la constante de tiempo RTCT es mucho
mayor que RSCT. La fuente Es es una fuente de tensión DC. ¿Cual es la ventaja
frente al circuito anterior? (RT=4k7, CT=0.1µF,R1=1k,R2=2k)
Solución: f=1.9KHz
2.- Se desea construir un sencillo circuito de alarma de
manera que el circuito de control sea un oscilador de
relajación
construido con un P.U.T. (MPU 132), el sistema deberá de
dar
pitidos intermitentes cada intervalo de 10 segundos.
Diseñar el
circuito de control.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
178 de
31.1.3
Sea el circuito de control de potencia de la figura.
Dibuja la forma de onda con sus valores correspondientes,
para un valor de R2 de 75 kΩ. Salida del puente. En
extremos del condensador. Tensión en extremos de la carga.
Angulo de retardo del SCR.
31.1.4
Explicar el funcionamiento del siguiente circuito
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
179 de
31.1.5
Un diodo de potencia BYX 71 actúa inicialmente con una corriente de 2A y una
temperatura ideal de la unión de 25ºC. El diodo opera en un circuito en el cual la
derivada de la corriente inversa es de 20 (A/µs). Determinar el tiempo de recuperación
inversa (trr), así como la corriente inversa máxima (IRM):
a) cuando tf =0.
b) cuando ts = tf.
Datos: Qrr = 700 nC.
14-Determinar el valor de la resistencias de equilibrio para los diodos conectados
en serie, sabiendo que la tensión de alimentación es 1000V (VRMS), los diodos
tienen una tensión inversa VRWM de 800V y una corriente de fuga inversa máxima
IR de 4 mA.
31.1.6 Dos diodos conectados en paralelo conducen en total 100A.
a.-) Determinar el valor de las resistencias serie necesarias para que ningún
diodo conduzca más de 55A.
b.-) Calcular la potencia en cada rama.
c.-) La caída de tensión en cada rama.
Datos: Vd1 = 1.5 V; Vd2 = 1.8 V
Example: The following information is available for a UJT: VV = 2 V, I V =10 mA,
η =0.6, R BB = 10 kΩ , and I P =1 µA. If the forward voltage drop of the diode is 0.5
V, the applied dc voltage is 20 V, R 1 =100 Ω and C = 1µF, determine R so that
the oscillation frequency is about 100 Hz.
Solution: Although R 2 is not needed, the “Motorola Engineers Report”
suggests that we should still use it and its value can be approximated as
R 2 = 0.015 η R BB VS = 0.015 × 0.6 × 10,000 × 20 = 1800 Ω
As you may have guessed it, it is not really a small resistor.
Let us select a value of 2 kΩ for R 2 .
From (2):
R B1 = η R BB = 0.6 × 10 = 0.6 kΩ
We can now determine the peak-point voltage using the exact expression as
VP = VBB
R B1 + R 1
 6 + 0.1 
+ VD = 20 
 + 0.5 = 10.58 V
R BB + R 1 + R 2
 10 + 0.1 + 2 
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
180 de
For a frequency of 100 Hz, the time period, is
T=
1
1
=
= 0.01 s.
f 100
Neglecting the discharging time, the charging time is
TCH ≅ T = 0.01 s
From (4):
 V − VV
TCH = RC ln BB
 VBB − VP



or
 20 − 2 
0.01 = R (1 × 10 −6 ) ln

 20 − 10.58 
R = 15.443 kΩ
For sustained oscillations, R must be within its minimum and maximum values
as computed below.
R MIN =
VBB − VV
20 − 2
=
= 1.8 kΩ
IV
10 × 10 −3
R MAX =
VBB − VP 20 − 10.58
=
= 9.42 MΩ
IP
1 × 10 −6
The circuit oscillates because R fulfills the requirements.
If we had the freedom to choose both R and C, we could have chosen R as the
geometric mean of the minimum and maximum resistances. That is,
R = R MAX R MIN = 1.8 × 9420 = 130.2 kΩ
Had we selected R = 130 kΩ, then the capacitor would have been
C=
0.01
= 118.79 × 10 −9 F
 20 − 2 
130 × 10 3 ln

 20 − 10.58 
Hence, we could have used C = 120 nF
With these selected values, the time period is
 V − VV
TCH = RC ln BB
 VBB − VP



 20 − 2 
= (130 × 10 3 )(120 × 10 −9 ) ln
 =0.0101 s
 20 − 10.58 
Finally,
f =
1
= 98.99 Hz
0.0101
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
181 de
This frequency is about 1% lower than its desired value of 100 Hz. This is well
within the approximations and the tolerances of the components.
Problems: UJT
Parameters for UJT:
η=0.66, VD = 0.5 V, I V = 4
mA, I P = 10
µA,
and
VV = 1 V.
1.
In the circuit of Figure P1, R = 10 kΩ , C = 2µF , R 2 = R 1 = 100 Ω , and
VBB = 24V . Will the circuit oscillate? If yes, what is its oscillation
frequency? Neatly sketch and label the voltage drop across the
capacitor. What is the range of frequencies that can be obtained by
varying R?
2.
In Figure P1, if R is a 5-kΩ resistor in series with a 100-kΩ
potentiometer, C is 0.068 µF, and VBB = 10V , what are the minimum and
maximum oscillation frequencies?
Example: Analyze the operation of a 2N6027 PUT of Figure-3 when
R 1 = 15 kΩ, R 2 = 10 kΩ , R = 500 kΩ , C = 0.2 µF, r = 100 Ω , and VS = 10 V.
Solution:
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
182 de
 15 
VG = 10
=6 V
 10 + 15 
VP = VG + VD = 6 + 0.5 = 6.5 V
RG =
10 × 15
= 6 kΩ
10 + 15
For a 2N6027 PUT, typical value of the peak-point current is 4 µA.
R MAX =
VS − VP 10 − 6.5
=
= 875 kΩ
IP
4 × 10 −6
Assuming VV = 0.8 V, and I V = 150 µA, the minimum resistance is
R MIN =
VS − VV
10 − 0.8
=
= 61.3 kΩ
IV
150 × 10 −6
Since R is greater than R MIN and less than R MAX , the circuit must oscillate.
The time-period is nearly equal to the charging time. That is,
 V − VV
TCH = RC ln S
 VS − VP

10 − 0.8 
 = (500 × 10 3 )(0.2 × 10 − 6 ) ln
 = 96.64 ms
 10 − 6.5 

Finally, the frequency of oscillations is
f =
1
1
≅
= 10.35 Hz
T TCH
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
183 de
Example: Design a time delay circuit with a delay of 30 seconds.
Solution: Since we have to select all the components, we make the following
selections for the circuit in Figure-3:
VS = 10 V,
VG = 10
R 2 = 27 kΩ, R 1 = 47 kΩ , and r = 47 Ω
47
= 6.35 V
27 + 47
VP = 6.35 + 0.5 = 6.85 V
RG =
27 × 47
= 17.15 kΩ
27 + 47
For a 2N6027 PUT, typical valley-point values are
I V = 18 µA
R MIN =
and
VV = 0.8 V
VS − VV
10 − 0.8
=
= 511 kΩ
IV
18 × 10 −6
For a time-delay circuit, R must be less than R MIN .
So, let us select R = 390 kΩ.
By setting TCH = 30 s in the charging time equation, we get
 10 − 0.8 
30 = (390 × 10 3 ) C ln

 10 − 6.85 
or
C = 71.76 µF
Let us select a standard value for C as 100 µF. We can now recalculate R as
 10 − 0.8 
30 = R (100 × 10 −6 ) ln

 10 − 6.85 
or
R = 280 kΩ
We can use 270-kΩ resistor in series with a 10-kΩ potentiometer for R. The
potentiometer will help us adjust the value of R to obtain the desired delay.
Since the capacitor charges to 6.85 V, the peak value of the output pulse will be
nearly equal to 5.85 V allowing for a 1-volt drop across the device. The
resistance r controls the duration of the pulse.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
184 de
Problems: PUT
A student built the circuit of Figure P1 using a programmable unijunction
transistor and found it oscillating. Determine its charging time. If the discharging
time is ignored, what is its frequency of oscillation? Sketch the voltages v C ( t )
and v K ( t ) .
31.1.7 Examen de Electrónica Industrial.
29 de junio de 2005
En el circuito de la figura:
h) Obtener el valor medio de la tensión en la carga (en la fuente de corriente)
i)
Determinar la corriente inversa máxima por el diodo.
j)
Determinar la tensión máxima en el diodo
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
185 de
k) Dibujar las corrientes de IGBT y diodo
l)
Dibujar las tensiones de IGBT y diodo
m) Dibujar la tensión en la inductancia
31.1.8 Examen de Electrónica Industrial.
6 de septiembre de 2005
Se conectan dos tiristores de 1200 V en serie para soportar una tensión de 2
kV. La pendiente de la curva característica cuando el diodo está en corte es de
16.7 µA/V y 12.5 µA/V para cada uno de los tiristores respectivamente.
a)
Determinar como se reparte la tensión entre los dos tiristores (0.25
puntos).
b)
Seleccionar el valor de las resistencias que se deben colocar en paralelo
con los tiristores (idéntico para los dos tiristores), de manera que la tensión
máxima en cualquiera de ellos no supere los 1050 V. (1 punto).
c)
Calcular la potencia disipada en las dos resistencias del apartado b)
(0.25 puntos).
31.1.9 Examen de Electrónica Industrial.
9 de junio de 2006
En el circuito de la figura 1
a)
Determinar el valor mínimo del condensador del Snubber (Csnubb) de protección en el apagado
para que la derivada de tensión en el transistor no supere 50 V/µseg, teniendo en cuenta que la
derivada de la corriente en el transistor durante el apagado se ha podido medir y cae de forma
lineal con una pendiente di/dt = - 100 A/µs.
b)
Determinar el valor de la resistencia del Snubber (Rsnub) para que en el encendido la corriente
por el transistor no supere los 125 A, teniendo en cuenta que la derivada de la corriente en el
diodo durante el apagado (encendido del transistor) se ha podido medir y cae de forma lineal con
una pendiente di/dt = - 100 A/µs, con un tiempo de recuperación inversa de Trr = 500ns y un
tiempo de caída Tf = 0.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
186 de
figura 1
12.-UNA BOMBILLA SE UTILIZA CON UNA TENSION DE 220 V. Y TIENE UN
CONSUMO DE
40 W. SI LA CONTROLAMOS CON UN SCR. ¿CUAL ES EL VALOR DEL CONSUMO
MAXIMO DE
LA BOMBILLA?
a. 5 W
b. 80 W
c. 40 W
d. 10 W
e. 20 W
13.-Y CON UN RETARDO DE 45 GRADOS EN LA CUESTION ANTERIOR
a. 40 W
b. 20 W
c. 10 W
d. 80 W
e. 5 W
15.-COMO SE DENOMINA EL ESTADO DE TRABAJO QUE DISTINGUE AL DIODO DEL
SCR
a. ESTADO DE MANTENIMIENTO
b. BLOQUEO INVERSO
c. --d. BLOQUEO DIRECTO
e. ESTADO DE CONDUCCION
17.-COMO AFECTAN LAS dV/dt EN EL SCR
a. NORMALMENTE NO AFECTAN AL DISPOSITIVO
b. PUEDEN ROMPER LA UNION DEL SEMICONDUCTOR
c. PUEDEN PROVOCAR EL DISPARO INDESEADO
d. AFECTAN IGUAL QUE LAS di/dt
e. SIEMPRE PROVOCAN EL DISPARO INDESEADO
18.-LA dV/dt MAXIMA QUE PUEDE SOPORTAR UN TIRISTOR
a. --b. --c. DISMINUYE CON LA CORRIENTE NEGATIVA DE PUERTA
d. AUMENTA CON LA CORRIENTE NEGATIVA DE PUERTA
e. PERMANECE CONSTANTE CON LA CORRIENTE NEGATIVA DE PUERTA
31.2 Análisis térmico
-Dibuja un diagrama en el que aparezcan los principales
parámetros térmicos de un transistor con disipador,y por el
principio de analogía, dibuja el diagrama eléctrico
equivalente.
- LA RESISTENCIA TERMICA DEL DISIPADOR ELEGIDO DEBE DE SER
a. MAYOR QUE LA CALCULADA
b. --c. IGUAL QUE LA CALCULADA
d. MENOR QUE LA CALCULADA
e. --4.- ¿PORQUE, SABEMOS QUE EXISTE LA RESISTENCIA TÉRMICA EN EL
DISPOSITIVO
SEMICONDUCTOR?
a. ---
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
187 de
b. PORQUE SE CALIENTA EL DISIPADOR
c. PORQUE SE COLOCA UN DISIPADOR
d. POR LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA A LA QUE SE ENCUENTRAN LA
DIFERENTES PARTES
e. PORQUE SE UNE EL COLECTOR AL CHASIS
5.- SI EL CHASIS DEL APARATO VA A MASA Y LA ALETA DISIPADORA VA AL
CHASIS, QUE
METODO UTILIZAREMOS PARA UNIR EL TRANSISTOR A LA ALETA
a. DIRECTO
b. MICA MAS PASTA DE SILICONA
c. MICA
d. --e. PASTA DE SILICONA
1.- El fabricante del transistor 2N3055 suministra los
siguientes datos. Potencia máxima 120 w; para una Tc<30 ºC,
Tj max = 150 ºC. Si la temperatura de la cápsula se
mantiene por
debajo de 60 ºC ¿Qué potencia sería capaz de disipar?
2.- Se desea montar el transistor de la cuestión anterior
en un circuito en el que debe disipar 50 w, debiendo
funcionar a una temperatura ambiente menor de 60 ºC, tomando
un contacto directo con pasta de silicona, para el cual Rcd (TO3)=012 ºC/W ¿Puede
diseñarse un radiador para funcionar normalmente en esas
condiciones?
Justifícalo.
-El circuito de la figura corresponde a un convertidor elevador empleado para pasar de
una tensión de 24 a 48V. Tanto el diodo como el MOSFET presentan un encapsulado
tipo TO-220 y disponen de un radiador individual de RTHsa = 15ºC/W. Para una
temperatura ambiente de 40ºC determinar de forma razonada el valor máximo de la
potencia de salida del convertidor.
¿Cuánto se reduciría ésta potencia máxima si se emplease un único radiador para ambos
dispositivos con la misma resistencia térmica RTHsa = 15ºC/W?.
Sugerencias: despreciar el rizado de la corriente por la bobina y de la tensión en el
condensador.
Datos:
• Frecuencia de conmutación: f = 50kHz
IRF540
15TQ060 (Schottky)
Corriente media máxima ID=23A
Tensión inversa pico repetitivo VRRM=60V
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
188 de
Corriente instantánea máxima IDM= 110A
Tensión máxima UDS =100V
Resistencia directa en conducción RDSON=44mΩ
Temperatura máxima en la unión Tj=150ºC
Resistencia térmica unión-cápsula RTHjc= 1,15ºC/W
Resist. térmica contacto caps.-rad. RTHCS=0,5ºC/W
encendido tON=11ns
Tiempo de apagado tOFF=35ns
Corriente directa máxima IF(AV)=15A
Corriente de pico único IFSM=1000A
Caída directa en conducción VF=0,62V
Corriente de fugas @125ºC IRM=42mA
Temperatura máxima en la unión Tj=150ºC
Resisten. térmica unión-cápsula Tiempo de
RTHjc=3,25ºC/W
Resist. térmica caps.-radiador.
RTHCS=0,5ºC/W
31.3 RECTIFICADORES
31.3.1 Examen de Electrónica Industrial.
29
de
junio
de
2005
En el circuito de la figura, teniendo en cuenta el efecto de la inductancia serie de la
fuente de alterna:
a) Dibujar la forma de onda de la tensión en la carga de corriente constante.
b) Dibujar la forma de onda de la corriente por uno de los diodos (especificar
cual).
c) Dibujar la forma de onda de la tensión en la inductancia.
d) hallar el valor medio de la tensión en la carga de corriente constante. (Vs es el
valor máximo de la tensión de la fuente y f su frecuencia)
31.3.2 Examen de Electrónica Industrial.
6 de septiembre de 2005
El circuito de la figura es un cargador de baterías. Suponiendo que se encuentra funcionando en régimen
estacionario (se ha superado el transitorio de arranque), y que los semiconductores son ideales:
D1
L
1
100 mH
220 Vrms
FREQ = 50 Hz
D2
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
R
2
1 ohm
E
24 Vdc
189 de
a)
obtener analíticamente la función matemática que representa, en función del tiempo, la corriente
que atraviesa la batería. Representar dicha función y determinar los intervalos de conducción de
cada uno de los diodos. (0.75 puntos).
b)
Obtener la potencia media entregada a la batería. (0.5 puntos).
Con objeto de seleccionar adecuadamente el diodo D2, se pide:
c)
Obtener la corriente eficaz que lo atraviesa, así como la máxima tensión inversa a la que se
encuentra sometido (0.5 puntos).
Suponiendo que R representa la resistencia interna de la batería, y no se puede evitar, y que los diodos
son ideales:
d)
Obtener el rendimiento energético del cargador (0.5 puntos).
31.3.3 Examen de Electrónica Industrial.
9 de junio de 2006
En el rectificador controlado de media onda de la figura 2:
figura 2
a)
Dibujar la tensión en la carga en función del ángulo de disparo del tiristor.
b)
Obtener el valor medio de la tensión para un ángulo de disparo α = π/3.
c)
Cual es la tensión de salida si el ángulo de disparo es α = π/24 y el impulso de disparo dura
100µs?
Si se cambia la carga por una carga altamente inductiva, de manera que la corriente de carga es
constante y de 10ª, y se tiene en cuenta la inductancia de la fuente de tensión alterna, ( L = 1mH), como
en la figura 3
d)
Dibujar la forma de onda de corriente en el diodo y en el tiristor y hallar el angulo de
solapamiento durante el cual conducen diodo y tiristor.
e)
Dibujar la tensión en la carga para un ángulo de disparo del tiristor α = π/2 y obtener su valor
medio.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
190 de
figura 3
21.-EN QUE CUADRANTES DEL PLANO V-I PUEDE FUNCIONAR UN PUENTE
RECTIFICADOR
MONOFASICO CON DIODOS
a. SOLO CUARTO
b. I, II
c. I, IV
d. SOLO I
e. TODOS LOS CUADRANTES
22.-EN QUE CUADRANTES DEL PLANO V-I PUEDE FUNCIONAR UN RECTIFICADOR
TOTALMENTE
CONTROLADO
a. SOLO I
b. I, IV
c. I, II
d. SOLO IV
e. TODOS LOS CUADRANTES
23.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR CON TIRISTORES LA CORRIENTE ES:
a. --b. --c. SIEMPRE NEGATIVA
d. POSITIVA O NEGATIVA
e. SIEMPRE POSITIVA
24.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO MEDIA ONDA CONTROLADO PARA
UN ANGULO
DE RETARDO DE 90 GRADOS. LA TENSION ES
a. --b. NEGATIVA
c. POSITIVA
d. --e. CERO
25.-PARA UN RECTIFICADOR MONOFASICO SEMICONTROLADO PARA UN ANGULO DE
RETARDO
DE 90 GRADOS. LA TENSION ES
a. --b. POSITIVA
c. NEGATIVA
d. --e. CERO
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
191 de
26.-EN UN RECTIFICADOR MONOFASICO SEMICONTROLADO PARA UN ANGULO DE
RETARDO DE
180 GRADOS. LA TENSION ES
a. POSITIVA
b. --c. --d. CERO
e. NEGATIVA
27.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR CONTROLADO TRIFASICO DE MEDIA ONDA
PUEDE HABER
DOS TIRISTORES CONDUCIENDO AL MISMO TIEMPO
a. NUNCA
b. DEPENDE DE LA CONFIGURACION DEL CIRCUITO
c. EN LOS PERIODOS DE CONMUTACION DE UNA FASE A OTRA
d. SIEMPRE HAY DOS SCR CONDUCIENDO
e. --28.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA LA TENSION
DE
SALIDA TIENE UN FUNDAMENTAL DE
a. 50 Hz
b. --c. 100 Hz
d. 300 Hz
e. 150 Hz
29.-EN CUALQUIER MONTAJE PUENTE RECTIFICADOR A TIRISTORES SE LOGRA UNA
TENSION
DE SALIDA MAXIMA PARA
a. ANGULO DE ENCENDIDO 180
b. DEPENDE DEL TIPO DE MONTAJE
c. --d. ANGULO DE ENCENDIDO CERO
e. ANGULO DE ENCENDIDO 90
30.-A MEDIDA QUE AUMENTA EL ANGULO DE RETARDO LA TENSION DE SALIDA EN
UN CIRCUITO RECTIFICADOR CON SCR VA DECRECIENDO HASTA LLEGAS A CERO
VOLTIOS
a. DEPENDE DEL TIPO DE MONTAJE
b. --c. --d. FALSO
e. VERDADERO
31.-QUE ES EL FACTOR DE FORMA
a. TENSION EFICAZ TOTAL/TENSION MEDIA
b. TENSION DE RIZADO/TENSION MEDIA
c. POTENCIA EFICAZ TOTAL/POTENCIA ALTERNA
d. TENSION EFICAZ/TENSION CONTINUA
e. POTENCIA DE SALIDA/POTENCIA DE ENTRADA
32.-QUE ES UN TROCEADOR
a. CONVERTIDOR DC-DC
b. CONVERTIDOR AC-DC
c. --d. CONVERTIDOS AC-AC
e. CONVERTIDOR DC-AC
33.-QUE ES UN CICLOCONVERTIDOR
a. CONVERTIDOR AC-AC
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
192 de
b. CONVERTIDOR AC-DC
c. CONVERTIDOR DC-AC
d. CONVERTIDOR DC-DC
34.- EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA LA
TENSION MEDIAEN LA CARGA VALE
a. Vm/2PI
b. Vm/PI
c. Vm
d. 2Vm/PI
e. 2Vm
35.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO ONDA COMPLETA LOS DIODOS
CONDUCEN
a. 240 GRADOS
b. 180 GRADOS
c. 30 GRADOS
d. 60 GRADOS
e. 120 GRADOS
36.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR MFASICO DE MEDIA ONDA, LA TENSION
MEDIA VALE
a. 0.954 Vm
b. 2 Vm
c. Vm SEN PI/m
d. m Vm
e. m Vm/PI SEN PI/m
37.-CUANDO TENEMOS VARIOS DIODOS EN SERIE, CUAL DE ELLOS BLOQUEARA
ANTES LA
TENSION INVERSA
a. EL BLOQUEO NO DEPENDE DE LA CARGA ALMACENADA
b. EL QUE TENGA LA MAXIMA CARGA ALMACENADA
c. --d. --e. EL QUE TENGA LA MINIMA CARGA ALMACENADA
39.-EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA, LA VRRM
VALE
a. 2Vm
b. Vm/2
c. Vm
d. RAIZ DE DOS POR Vm
e. Vm/PI
31.4 CONVERSIÓN DC-DC
31.4.1 Examen de Electrónica Industrial.
29
de
junio
2005
En el convertidor DC-DC de la figura
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
193 de
de
a) Calcular el valor medio de la tensión en C1
b) Suponiendo que la tensión en los condensadores y la corriente en las bobinas es
prácticamente constante hallar la tensión de salida en función de la tensión de entrada
y el ciclo de trabajo D.
c) Si la tensión de entrada es Vdc =35V, la tensión de salida es Vo = 90V, la potencia
de salida es 100 W, la frecuencia de conmutación es f = 100 kHz, obtener el rizado de
la corriente en la bobina L1. (Suponer la tensión en los condensadores constante)
d) Con los valores del apartado c, al disminuir la frecuencia de conmutación, para que
frecuencia se hará la corriente por L1 discontinua? (Suponer que la corriente por L2 es
siempre continua)
31.4.2 Examen de Electrónica Industrial.
6 de septiembre de 2005
En un convertidor reductor o buck la tensión de salida es constante y de 10 Vdc.
La carga es de tipo resistivo y la potencia consumida puede variar entre 5 y 30 W. La tensión de entrada
puede variar entre 15 y 25 Vdc. La frecuencia de conmutación es de 8 kHz. La inductancia del convertidor
es L = 60 µH. El condensador de salida es lo suficientemente grande para mantener la tensión
prácticamente constante.
Sabiendo que el convertidor opera en régimen de conducción discontinua en todo el rango de variación de
la carga y de la tensión de entrada:
a) Deducir la expresión analítica del ciclo de trabajo en función de la corriente de carga y las tensiones de
entrada y salida. (Nota: Resulta útil visualizar las formas de onda de tensión y de corriente en la
inductancia). (1.75 puntos).
b) Calcular el rango de variación del ciclo de trabajo para que la tensión se mantenga constante.(0.5
puntos)
31.4.3 Examen de Electrónica Industrial.
9 de junio de 2006
El circuito Watkins-Johnson se muestra en la figura 4. Suponiendo que se encuentra funcionando en
régimen estacionario (se ha superado el transitorio de arranque), y que los semiconductores son ideales:
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
194 de
e)
Obtener la tensión de salida en función de la tensión de entrada en régimen continuo (Suponer
constantes la corriente en la bobina y la tensión en el condensador).
f)
Determinar la condición bajo la cual el convertidor comienza a funcionar en modo discontinuo en
función del ciclo de trabajo D y de la constante K = 2L/RT donde T es el período de conmutación.
Nota 1: Los dos transistores se disparan simultáneamente, y cuando se cortan pasan a conducir
los dos diodos simultáneamente
figura 4
31.4.4
En el convertidor DC-DC de la figura
a) Calcular el valor medio de la tensión en C1
b) Suponiendo que la tensión en los condensadores y la corriente en las bobinas es
prácticamente constante hallar la tensión de salida en función de la tensión de entrada
y el ciclo de trabajo D.
c) Si la tensión de entrada es Vdc =45V, la tensión de salida es Vo = 90V, la potencia
de salida es 180 W, la frecuencia de conmutación es f = 100 kHz, obtener el rizado de
la corriente en la bobina L1. (Suponer la tensión en los condensadores constante)
d) Con los valores del apartado c, al disminuir la frecuencia de conmutación, para que
frecuencia se hará la corriente por L1 discontinua? (Suponer que la corriente por L2 es
siempre continua)
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
195 de
31.4.5 La inductancia de un convertidor reductor elevador tiene una
resistencia serie Rdc. El resto de pérdidas es despreciable.
Obtener el factor de conversión Vo/Vg.
Expresar graficamente Vo/Vg en función de 0<D<1 para Rload/Rdc = 0, 0.01 y
0.05 (utilizar EXCEL)
31.5 INVERSORES
31.5.1 Examen de Electrónica Industrial.
29
de
junio
de
2005
Dado el inversor monofásico de batería de toma media de la figura, donde VS = 600 V,
R = 10  , L = 0.05 H y la frecuencia f = 50 Hz. Calcular:
a) Intensidad máxima Io en la carga.
b) Tiempo de paso por cero de la intensidad en la carga después de un semiciclo.
c) Intensidad media IQ(AV) por los transistores.
d) Intensidad media ID(AV) por los diodos.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
196 de
31.5.2 Examen de Electrónica Industrial.
6 de septiembre de 2005
Dado el inversor monofásico de batería de toma media de la figura, donde VS = 600 V, R es lo
suficientemente pequeña como para poder despreciarla, L = 0.05 H y la frecuencia f = 50 Hz. Calcular:
a) Intensidad máxima Io en la carga. (0.5 puntos).
b) Tiempo de paso por cero de la intensidad en la carga después de un semiciclo. (0.5 puntos).
c) Intensidad media IQ(AV) por los transistores. (0.5 puntos).
d) Intensidad media ID(AV) por los diodos. (0.5 puntos).
31.5.3 Examen de Electrónica Industrial.
9 de junio de 2006
Describir gráficamente como se puede controlar el inversor de la figura 5 para regular el valor eficaz de la
tensión en la carga y obtener dicho valor eficaz en función del control propuesto. Dibujar de forma
aproximada la corriente por cada diodo y por cada transistor.
figura 5
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
197 de
Examen de Electrónica Industrial (Asignatura 17210)
15 de junio de 2007
Tiempo: 2 horas.
Problema 1: Semiconductores (2 puntos)
El convertidor de la figura 1 alimenta una carga de corriente constante. El IGBT conmuta a una frecuencia
de 10kHz y un ciclo de trabajo D = 50%. Vdc =100V, Idc = 10A.
La tensión en el IGBT sin snubber de apagado (condensador en paralelo con IGBT) crece de forma lineal
y tarda 1 µs en alcanzar su valor final.
La corriente en el IGBT cae de forma lineal y tarda 1 µs en alcanzar su valor final, tanto con condensador
como sin condensador.
-Calcular las pérdidas de potencia del IGBT en conducción si la tensión Vce(sat) = 1.5V (0.1 puntos).
-Calcular las pérdidas de potencia del IGBT en el apagado sin snubber, es decir, sin condensador (0.2
puntos).
-Calcular el valor del condensador del snubber necesario para que la tensión en el IGBT sea el 20% de su
tensión máxima cuando desaparece la corriente en el IGBT 0.75 puntos).
-Con el condensador del apartado anterior, estimar las pérdidas de potencia del IGBT en el apagado (0.75
puntos).
-Teniendo en cuenta las pérdidas de conducción y de apagado sin snubber, obtener la resistencia térmica
del disipador necesario si la temperatura máxima de la unión es Tjmax=150ºC, la resistencia térmica unión
cápsula es Rthjc=2ºC/W y la temperatura ambiente máxima es de 50ºC. Despreciar la resistencia térmica
entre la cápsula y el disipador. (0.2 puntos).
Problema 2: DC-DC (2 puntos)
El circuito de la figura 2 conmuta a 100kHz. Responder a las siguientes cuestiones cuando el circuito
funciona en régimen permanente.
-Obtener la tensión en la carga (en la resistencia) del convertidor de la figura en función del ciclo de
trabajo. Para ello suponer que el condensador es suficientemente grande para mantener su tensión
constante, y que la corriente por la bobina no se anula nunca (0.5 puntos).
-Calcular el rizado en el condensador si C = 100µH y el ciclo de trabajo D = 50% (0.5 puntos).
- Obtener la resistencia de carga para la cual el circuito pasa de modo de conducción continuo (C.C.M.) a
discontinuo (D.C.M.) si D= 50% (1 punto).
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
198 de
figura 2: DC-DC
figura 1: Semiconductores
Problema 3: Inversores (2 puntos)
El inversor monofásico de puente completo de la figura 3 aplica una tensión de onda cuadrada al una
carga de 10 Ω en serie con una inductancia de 50 mH desde una fuente de tensión de 340 Vdc. Si el
inversor opera a 50 Hz:
-Obtener la expresión de la corriente en el régimen permanente.
-Obtener la potencia media aplicada a la carga (0.25 puntos).
-Obtener el valor eficaz de la corriente en la carga (0.25 puntos).
-Obtener el valor de pico y medio en cada semiconductor (Transistores y diodos) (0.25 puntos).
-Obtener la distorsión armónica total de la tensión en la carga, teniendo en cuenta hasta el noveno
∞
armónico, si la tensión de salida es
V=
4VDC
n =impar nπ
∑
(0.25 puntos)
Problema 4: Rectificadores (2 puntos)
En el rectificador de media onda controlado de la figura 4 el tiristor se dispara con un ángulo de disparo de
90º. La carga es altamente inductiva, de manera que la corriente por la misma se puede considerar
constante y de 10A.
-Obtener el valor medio de la tensión en la carga y el valor eficaz de la corriente por el tiristor y por el
diodo (0.25 puntos).
- Si en serie con la fuente de alterna se introduce una inductancia de 1mH:
-Dibujar la corriente por el tiristor y por el diodo (0.25 puntos).
-Dibujar la tensión en la carga (0.25 puntos)
-Calcular cuanto se reduce el valor medio de la tensión en la carga (1.25 puntos).
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
199 de
figura 3: inversores
Examen de Electrónica Industrial.
figura 4: Rectificadores
8 de febrero de 2006
Tiempo: 2 horas.
Problema 1 (2 puntos)
En el circuito de la figura:
n) Obtener el valor medio de la tensión en la carga (en la fuente de corriente)
o) Determinar la corriente inversa máxima por el diodo.
p) Determinar la tensión máxima en el diodo
q) Dibujar las corrientes de IGBT y diodo
r) Dibujar las tensiones de IGBT y diodo
s) Dibujar la tensión en la inductancia
Problema 2 (2 puntos)
En el convertidor DC-DC de la figura
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
200 de
a) Calcular el valor medio de la tensión en C1
b) Suponiendo que la tensión en los condensadores y la corriente en las bobinas es
prácticamente constante hallar la tensión de salida en función de la tensión de entrada
y el ciclo de trabajo D.
c) Si la tensión de entrada es Vdc =45V, la tensión de salida es Vo = 90V, la potencia
de salida es 180 W, la frecuencia de conmutación es f = 100 kHz, obtener el rizado de
la corriente en la bobina L1. (Suponer la tensión en los condensadores constante)
d) Con los valores del apartado c, al disminuir la frecuencia de conmutación, para que
frecuencia se hará la corriente por L1 discontinua? (Suponer que la corriente por L2 es
siempre continua)
Problema 3 (2 puntos)
En el circuito de la figura, teniendo en cuenta el efecto de la inductancia serie de la
fuente de alterna:
e) Dibujar la forma de onda de la tensión en la carga de corriente constante.
f)
Dibujar la forma de onda de la corriente por uno de los diodos (especificar
cual).
g) Dibujar la forma de onda de la tensión en la inductancia.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
201 de
h) hallar el valor medio de la tensión en la carga de corriente constante. (Vs es el
valor máximo de la tensión de la fuente y f su frecuencia)
Problema 4 (2 puntos)
Dado el inversor monofásico de batería de toma media de la figura, donde VS = 500 V,
R = 10 Ω , L = 0.01 H y la frecuencia f = 50 Hz. Una vez alcanzado el régimen
permanente, calcular:
a) Intensidad máxima Io en la carga.
b) Tiempo de paso por cero de la intensidad en la carga después de un semiciclo.
c) Intensidad media IQ(AV) por los transistores.
d) Intensidad media ID(AV) por los diodos.
Electrónica Industrial - Prácticas, 05/06
202
202 de