la electrÓnica de potencia. definición: la electrónica de potencia es aquella parte de la...
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LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Definición:
La electrónica de potencia es aquella parte de la electrónica que enlaza la electricidad con la electrónica.
Ejemplos:
- Encendido electrónico de un vehículo
- Encendido de una televisión
- Elevalunas eléctrico
Dispositivos de potencia:
Los dispositivos de potencia se van a identificar por las siguientes características:
• Tienen dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción
• Son capaces de soportar potencias elevadas
• El funcionamiento de estos dispositivos tiene que ser posible con poca potencia
EL DIODO DE POTENCIA
P
N
+
-
i
V
Curva característica
0
1
VD
i [mA]
V [V]
(exponencial)
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
A (ánodo)
K (cátodo)
-40
0
-2
i [A]V [Volt.]
Concepto de diodo ideal
En polarización inversa, la corriente conducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada
En polarización directa, la caída de tensión es nula, sea cual sea el valor de la corriente directa conducida
Ánodo
Cátodo
i
V
i
V
+
-
curva característica
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
El diodo semiconductor
Ánodo
Cátodo
Ánodo
Cátodo
Encapsulado (cristal o resina sintética)
Terminal
Terminal
PN
Marca señalando el cátodo
Contacto metal-semiconductor
Contacto metal-semiconductor
Oblea de semiconductor
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
1N4007(Si)
1N4148(Si)
Encapsulados de diodos D
IOD
OS
DE
PO
TE
NC
IA
DO 201
DO 204
Axiales
Agrupación de diodos semiconductores
2 diodos en cátodo común
BYT16P-300A(Si)
+
+
Anillo de diodos
HSMS2827(Schottky Si)
-
+
Puente de diodos
B380 C1500(Si)
+ -
B380 C3700(Si)
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Encapsulados de diodos D
IOD
OS
DE
PO
TE
NC
IA
TO 220 ACD 61
DOP 31
TO 247
B 44
DO 5
Encapsulados de diodos D
IOD
OS
DE
PO
TE
NC
IA
Módulos de potencia
Varios dispositivos en un encapsulado común
Alta potencia
Aplicaciones Industriales
Se pueden pedir a medida
Motores Satélites
Curvas características y circuitos equivalentes
V
rd
real (asintótico)
ideal
0
i
V
V
pendiente = 1/rd
Circuito equivalente asintótico
Curva característica real
Curva característica asintótica
Curva característica ideal
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
ParámetrosD
IOD
OS
DE
PO
TE
NC
IA
Parámetros en inversa:
•VR= Tensión Inversa (Tensión continua capaz que es de soportar el diodo)
•VRM = Tensión de pico
•VBR = Tensión de ruptura
•IR = Corriente inversa (corriente de fuga)
Parámetros en directa:
• VD = Tensión en directa
• I = Corriente directa
• IAV= Corriente media directa
• IFM= Corriente máxima en directa
• IFRM = Corriente de pico repetitiva
• IFSM= Corriente directa de sobrecarga
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Características fundamentales
• Tensión de ruptura
• Caída de tensión en conducción
• Corriente máxima
• Velocidad de conmutación
Tensión de ruptura
Baja tensión Media tensión Alta tensión
15 V
30 V
45 V
55 V
60 V
80 V
100 V
150 V
200 V
400 V
500 V
600 V
800 V
1000 V
1200 V
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Tensión de codo
0
i
V
V
pendiente = 1/rd
Curva característica real
A mayor tensión de ruptura , mayor caída de tensión en conducción
Señal Potencia Alta tensión
VRuptura
VCodo
< 100 V
0,7 V
200 – 1000 V
< 2 V
10 – 20 kV
> 8 V
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Datos del diodo en corte
Tensión inversa VRRM Repetitive Peak Voltage
La tensión máxima es crítica
Pequeñas sobretensiones pueden romper el dispositivo
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Datos del diodo en conducción
Corriente directa IF Forward Current
La corriente máxima se indica suponiendo que el dispositivo está atornillado a un radiador
Corriente directa de pico repetitivo IFRM Repetitive Peak Forward Current
Comportamiento dinámicamente ideal
Comportamiento dinámicamente ideal
Transición de “a” a “b”a b
V1
V2
Ri
V+
-i
V
t
t
V1/R
-V2DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Características dinámicas
Indican capacidad de conmutación del diodo
a b
V1
V2
Ri
V+
-
Transición de “a” a “b”
i
V
t
t
trr
V1/R
-V2/Rts
tf (i= -0,1·V2/R)
-V2
ts = tiempo de almacenamiento (storage time )
tf = tiempo de caída (fall time )
trr = tiempo de recuperación inversa (reverse recovery time )
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Características dinámicas
a b
V1
V2
Ri
V+
-i
td = tiempo de retraso (delay time )
tr = tiempo de subida (rise time )
tfr = td + tr = tiempo de recuperación directa
(forward recovery time )
tr
0,9·V1/R
td
0,1·V1/R
tfr
Transición de “b” a “a” (encendido)
El proceso de encendido es más rápido que el apagado.
El proceso de encendido es más rápido que el apagado.
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Características dinámicas
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Características dinámicas
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Características Principales
Corriente directaTensión inversaTiempo de recuperaciónCaída de tensión en conducción
Encapsulado
Tiempo de recuperación en inversaD
IOD
OS
DE
PO
TE
NC
IAUn diodo de potencia tiene que poder conmutar rápidamente del
estado de corte al estado de conducción.
El tiempo que tarda en conmutar se llama :TIEMPO DE RECUPERACIÓN EN INVERSA
Los diodos se pueden clasificar en función de su tiempo de recuperación:
DIO
DO
S D
E P
OT
EN
CIA
Tipos de diodos
Se clasifican en función de la rapidez (trr)
• Standard
• Fast
• Ultra Fast
• Schottky
VRRM trrIF
100 V - 600 V
100 V - 1000 V
200 V - 800 V
15 V - 150 V
> 1 s
100 ns – 500 ns
20 ns – 100 ns
< 2 ns 1 A – 150 A
1 A – 50 A
1 A – 50 A
1 A – 50 A
Las características se pueden encontrar en Internet (pdf)
Direcciones web
www.irf.com
www.onsemi.com
www.st.com
www.infineon.com
Aplicaciones:D
IOD
OS
DE
PO
TE
NC
IA
DIODOS DE GAMA MEDIA:
•Fuentes de alimentación
•Soldadores
DIODOS RÁPIDOS
•Aplicaciones en que la velocidad de conmutación es crítica
•Convertidores CD – CA
DIODOS SCHOTTKY
•Fuentes de alimentación de bajo voltaje y alta corriente
•Fuentes de alimentación de baja corriente eficientes
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