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 Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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 Electrónica Industrial “A” 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 Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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 Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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 Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” Sillicon Controlled Rectifier Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Electrónica Industrial “A” 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 Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” (a) Estructura básica (b) Circuito equivalente Modelos de los transistores para el tiristor Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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). Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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 Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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. Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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. Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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 Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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. Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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. Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” 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. Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” Tensión de Entrada Tensión de Salida Control Regulador de voltaje con Taps (On-Load Tap Changer) Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez Dispositivos de Potencia Electrónica Industrial “A” Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez