diodo el tiristor
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8/18/2019 Diodo El Tiristor
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ELECTRONICA DE POTENCIA 1111
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
UNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE INGENIERIAS
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
ÁREA DE : AUTOMÁTICA
ASIGNATURA : ELECTRÓNICA DE POTENCIA
CÓDIGO : 710104M
PRERREQUISITOS : ELECTRÓNICA III.
PROG. ACADÉMICO : INGENIERÍA ELÉCTRICA
I. INFORMACION GENERALI. INFORMACION GENERAL
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ELECTRONICA DE POTENCIA 2222
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
UNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE INGENIERIAS
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
CRÉDITOS : 4
SEMESTRE : OCTAVO - NOVENO
HABILITABLE : NO
VALIDABLE : NO
PROFESOR : ING. JORGE E. QUINTERO C.
CORREO : [email protected]
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ELECTRONICA DE POTENCIA 3333
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
Tratar los diferentes tipos de convertidores electrónicos de energía tales como
los conversores de CA-CC, CC-CC y los CC-CA.
RESUMEN DEL CONTENIDO:RESUMEN DEL CONTENIDO:
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ELECTRONICA DE POTENCIA 4444
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
II. OBJETIVOSII. OBJETIVOS
GENERALESEl curso está orientado al estudio y análisis del comportamiento de los conversores
que conforman las bases de la Electrónica de potencia.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 5555
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
II. OBJETIVOSII. OBJETIVOS
ESPECESPECÍ Í FICOSFICOSSeleccionar los semiconductoresapropiados para aplicaciones depotencia.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 6666
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
II. OBJETIVOSII. OBJETIVOSESPECESPECÍ Í FICOSFICOS
Conocer el funcionamiento de circuitos rectificadores monofásicos,bifásicos y trifásicos, en puente con diferentes tipos de cargas.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 7777
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
II. OBJETIVOSII. OBJETIVOS
ESPECESPECÍ Í FICOSFICOS
Conocer el funcionamiento de los circuitos troceadores de C.C. con diferentestipos de cargas.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 8888
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
II. OBJETIVOSII. OBJETIVOSESPECESPECÍ Í FICOSFICOS
Estudiar el funcionamiento de circuitos inversores.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 9999
MetodologíaEvaluación
IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral
II. OBJETIVOSII. OBJETIVOSESPECESPECÍ Í FICOSFICOS
Estudiar el funcionamiento de circuitos troceadores de C.C.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 10101010
InformaciónGeneral
ContenidoContenido MetodologíaEvaluación
Introducción
Semana 1Tiristores y Triacs. Circuitos de disparo: UJT, con AMPOP, Disparo DigitalSemana 2, 3 y 4
Circuitos Rectificadores Controlados Monofásicos y Trifásicos. Cargas R y RL.Aplicaciones en variadores de velocidad de motores de C.C.Semana 5 y 6Circuitos con Triacs. Aplicaciones (control de potencia en procesosindustriales)
Semana 7Primer Examen ParcialSemana 8Elementos semiconductores de conmutación : BJT, MOSFET, IGBT.Semana 9, 10, 11
Troceadores de Corriente Continua. Clases. Aplicaciones en el control develocidad para motores de corriente continua.Semana 12Segundo Examen Parcial
III. CONTENIDOIII. CONTENIDO
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ELECTRONICA DE POTENCIA 11111111
InformaciónGeneral
ContenidoContenido MetodologíaEvaluación
Introducción
Semana 13, 14Inversores monofásicos y trifásicos. Control de velocidad de motores de
corriente alterna, fuente de corriente y fuente de voltaje. Modulación de anchode pulso.
Semana 15Tercer Examen Parcial
Semana 16Trabajos finales
III. CONTENIDOIII. CONTENIDO
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ELECTRONICA DE POTENCIA 12121212
InformaciónGeneral
Contenido MetodologMetodologí í aaEvaluaciEvaluacióónn
Introducción
RASHID, M.H. “Power electronics - Circuits, Devices and Applications”,Prentice-Hall International, New Jersey, 1992
MOHAN, N.,Undeland, T. Robbins, W ;”Power Electronics : Converters,Applications and Design.
IV. METODOLOGIAIV. METODOLOGIAEl curso se desarrollará con la ayuda de un paquete de simulación existente en elPPIEEC. Las tareas se desarrollarán con base en este paquete.
Se requieren conocimientos básicos de PSPICE para su manejo.
V. EVALUACIV. EVALUACIÓÓNN Primer parcial 25%Segundo parcial 25%Tercer Parcial 25%
Tareas 25%VI. BIBLIOGRAFVI. BIBLIOGRAFÍ Í AA
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ELECTRONICA DE POTENCIA 13131313
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
EL DIODO DE POTENCIAEL DIODO DE POTENCIA
Un diodo de potencia es una
unión p-n en la cual se tienenque cumplir dos condiciones:
Transporte degrandes corrientes en
conducciónAsumir grandes
niveles de voltaje enpolarización inversa
Esto se cumple mediante lasiguiente construcción:
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ELECTRONICA DE POTENCIA 14141414
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
EL DIODO DE POTENCIAEL DIODO DE POTENCIA
a) En polarización inversa:la unión formada por lascapas p+n- al estar pocodopada soporta unatensión muy elevada.
b) En polarización directa: lacirculación de electronesdesde la capa n+ inundade electrones la capa n- con lo que desde el punto
de vista de la caída enconducción esequivalente a un diodomuy dopado.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 15151515
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
EL DIODO DE POTENCIAEl símbolo y la característica del diodo son:
La ecuación fundamental del diodo (ecuación de Schockley) es:
)( / 1−= T D nV V S D e I I
º
var,
,
)(,
)(,
2526
21
1010 156
a mV q
KT V térmicoVoltajeV
yentreíaemisión deeCoeficient n
A ae típicament fuga deCorriente I
V directa ón polarizacien diodo del voltajeV
A directo sentidoen diodo del través aCorriente I
T T
S
D
D
≈==
=
=
=
=
−−
1 V
BRV
AK V
i
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ELECTRONICA DE POTENCIA 16161616
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas
ENCENDIDO DEL DIODOENCENDIDO DEL DIODOAPAGADO DEL DIODOAPAGADO DEL DIODO
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ELECTRONICA DE POTENCIA 17171717
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
ENCENDIDO DEL DIODOENCENDIDO DEL DIODO
TensiTensióón directa,n directa, V V ON ON : Caída de tensión deldiodo en régimen permanente para la
corriente nominal.
TensiTensióón de recuperacin de recuperacióón directa,n directa, V V fr fr ..:Tensión máxima durante el encendido.
Tiempo de recuperación directa, t ON :Tiempo para alcanzar el 110% de V ON .
Tiempo de subida,Tiempo de subida, tr tr : Tiempo en el que lacorriente pasa del 10% al 90% de su valordirecto nominal. Suele estar controlado porel circuito externo (inductivo).
DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas
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ELECTRONICA DE POTENCIA 18181818
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
APAGADO DEL DIODOAPAGADO DEL DIODO
Tiempo de recuperaciTiempo de recuperacióón inversa,n inversa, t t rr rr :Tiempo que durante el apagado del diodo,tarda la intensidad en alcanzar su valor
máximo (negativo) y retornar hasta un 25%de dicho valor máximo.
(Tip. 10 µs para los diodos normales y 1µspara los diodos rápidos (corrientes muyaltas).
El tiempo de recuperaciEl tiempo de recuperacióónnInversa es el mayor de losInversa es el mayor de los
dos tiempos de conmutacidos tiempos de conmutacióónn
es responsable de la mayores responsable de la mayorparte de las pparte de las péérdidas derdidas deconmutaciconmutacióón.n.
Qrr, Cargaalmacenada
DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas
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ELECTRONICA DE POTENCIA 19191919
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
Qrr, CargaAlmacenada
Pico de tensióndebido a Ldi/dt.
L=bobina en seriecon el diodo
Didt
d
Perdidas muy elevadas al ser la corrientey el voltaje muy altas
El tiempo de recuperación inversa es elmayor de los dos tiempos de conmutación
y el responsable de la mayor parte de laspérdidas de conmutación.
La carga almacenada que se elimina porarrastre es:
rr
rr rr rr
rr rr
I
Qt Q
t I 2
2≅⇒≅
∫=rr t
f rr dt iQ0
Aproximando el área bajo la corriente a
un triángulo será:
DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas
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ELECTRONICA DE POTENCIA 20202020
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
Qrr, CargaAlmacenada
Pico de tensióndebido a Ldi/dt.
L=bobina en seriecon el diodo
Didt
d
Perdidas muy elevadas al ser la corrientey el voltaje muy altas
rr
rr rr D
t
I
ta
I
dt
di≅=
La derivada de la corriente durante tadepende del circuito externo, ynormalmente será:
t a >> t b es decir: t a ≅ ≅≅ ≅ t rr .
Si se resuelve el circuito y se conoce elvalor de la derivada de i D :
dt
diQ I Drr rr 2≅
se obtiene:
DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas
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ELECTRONICA DE POTENCIA 21212121
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
Los factores que influyen en el tiempo de recuperación inversa son:
• di F /dt cuanto mayor sea, menor será trr . No obstante, el aumento de esta
pendiente aumentará el valor de la carga almacenada Q . Esto producirámayores pérdidas.
• V R cuanto mayor sea, menor será trr . En este caso si la tensión inversa
es mayor se necesita menos tiempo para evacuar los portadoresalmacenados.
• I F cuanto mayor sea, mayor será trr . Esto se debe a que la cargaalmacenada será mayor.
• T cuanto mayor sea la temperatura, aumentarán tanto Q como trr .
DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas
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ELECTRONICA DE POTENCIA 22222222
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
Las pérdidas aumentan con:
La intensidad directa.
La pendiente de la intensidad.
La frecuencia de conmutación.
La tensión inversa aplicada.
La temperatura de la unión.
DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas
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ELECTRONICA DE POTENCIA 23232323
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
Clasificación de los Diodos de Potencia
Los diodos de potencia se clasifican considerando suscaracterísticas de recuperación inversa y sus técnicas defabricación:
Diodos de propósito generalSon diodos que tienen un tiempo de recuperación relativamentelargo (25us), por lo que se recomiendan para aplicaciones de bajafrecuencia.
Rangos de Corriente: desde mA hasta varios kARangos de Voltaje: desde 50 V hasta 5 kV
DIODO DE POTENCIA:
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ELECTRONICA DE POTENCIA 24242424
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
Diodos de Recuperación RápidaPresentan un tiempo de recuperación menor a 5us. Se utilizan
preferencialmente en troceadores de CC y en inversores.
Rangos de Corriente: desde mA hasta cientos de ARangos de Voltaje: desde 50 V hasta 3 kV
Diodos SchottkySe construyen colocando una película de metal en contacto directocon un semiconductor de silicio tipo n. Se alcanzan tiempos derecuperación entre algunos ns y cientos de ns.
Rangos de Corriente: desde 1 A hasta 300 ARangos de Voltaje: hasta 100 VVoltaje de Apertura: 0.3 a 0.4 V
DIODO DE POTENCIA:
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ELECTRONICA DE POTENCIA 25252525
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
IntroducciIntroduccióónn
DefiniciDefinicióón:n: El tiristor (SCRSCR, Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controladode Silicio), es un dispositivo semiconductor biestablebiestable formado por tres unionesPN con la disposición PNPN. Está formado por tres terminales, llamados AnodoAnodo,CCáátodotodo y PuertaPuerta. El instante de conmutación, puede ser controlado con todaprecisión actuando sobre el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional,Es un elemento unidireccional,
conmutador casi idealconmutador casi ideal yy rectificadorrectificador.
TIRISTOR
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ELECTRONICA DE POTENCIA 26262626
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTOREstructura y caracterEstructura y caracterí í stica Vstica V--II
En la fabricacifabricacióónn se emplean técnicas de difusidifusióón y crecimienton y crecimiento epitaxialepitaxial. Elmaterial básico es el Si.
El tiristortiristor (SCR)(SCR), está formado por cuatro capas semiconductoras P y N. Estascuatro capas forman 3 uniones PN: U1 (P1-N1), U2 (N2-P1) y U3 (P2-N2), que secorresponden con 3 diodos. El comportamiento de estos diodos no esno esindependienteindependiente, ya que hay capas comunes entre ellos, y por tanto habráinteracciones que determinan el comportamiento final.
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ELECTRONICA DE POTENCIA 27272727
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTOR: Característica real V – IVDWM: Voltaje máximo directo de trabajo
VDRM: Voltaje máximo repetitivo directo
VRRM: Voltaje máximo repetitivo inverso
VT: Voltaje de trabajo en conducción
IT: Corriente de trabajo en conducción
IH: Corriente de mantenimiento
IDRM: Corriente máxima directa de trabajo
IRRM: Corriente máxima repetitiva inversa
IL: Corriente de enganche
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ELECTRONICA DE POTENCIA 28282828
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTOREncendido del Tiristor
En condiciones normales el tiristor enciende si:
•VAK>0
•Se le aplica un pulso de corriente de puerta
Sin embargo existen otras posibilidades de encendidoanormal del tiristor, que deben ser evitadas:
•Por exceso de temperatura disipada
•Por superación del voltaje directo de ruptura
•Por superación del dV/dt aplicado
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ELECTRONICA DE POTENCIA 29292929
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
DISPARO POR PUERTA
Es el proceso utilizado normalmente para disparar un tiristor. Consiste en la aplicación en lapuerta de un impulso positivo de intensidad (generalmente), mediante la conexión de ungenerador adecuado entre los terminales de puerta y cátodo a la vez que se mantiene unatensión positiva entre ánodo y cátodo.Cuando se aplica una tensión VG, se consigue bajar el potencial (A - K) necesario para dispararal tiristor, hasta un valor inferior al de VAK aplicado en ese momento.
Disparo porDisparo por dcdc
Disparo por impulsoDisparo por impulso Disparo por puerta:Disparo por puerta:
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ELECTRONICA DE POTENCIA 31313131
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTOR
B.- Tiempo de Apagado (tOFF)
Es el tiempo de pasotiempo de pasoconducciconduccióón a corten a corte
Dividimos el tiempo de apagado en dos:
B1.- T de recuperaciT de recuperacióón inversan inversa. (ttrrrr).B2.- T de recuperaciT de recuperacióón de puertan de puerta. (ttgrgr).
grrroff ttt +== qt
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ELECTRONICA DE POTENCIA 32323232
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTORCaracterCaracterí í sticassticas de conmutacide conmutacióón:n:
Es aconsejable tratar de identificar los
parámetros de conmutación en lashojas de características
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ELECTRONICA DE POTENCIA 33333333
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTOR
La extinciLa extincióón deln del tiristortiristor se producirse produciráá por dos motivos:por dos motivos:
Por reducción de la corriente de ánodo por debajo de la corriente de
mantenimiento y por anulación de la corriente de ánodo.
ParParáámetros que influyen sobremetros que influyen sobre ttoff off ::
Corriente en conducción (IT).
Tensión inversa (VR).
Velocidad de caída de la corriente de ánodo dI/dt.
Pendiente de tensión dVD /dt.
Temperatura de la unión T j o del contenedor Tc.
Condiciones de puerta.
CaracterCaracterí í sticassticas de conmutacide conmutacióón:n:
I f ió C t id M t d l í ó
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ELECTRONICA DE POTENCIA 34343434
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTOR
En ctos donde el valor de dV/dt sea superior al valor dado por el fabricante, se pueden
utilizar ctosctos supresores de transitoriossupresores de transitorios. Se conectanSe conectan en bornes de la alimentación, en
paralelo con el semiconductor o en paralelo con la carga.
Una solucisolucióónn muy utilizada en la práctica es conectarconectar en paralelo con elcon el tiristortiristor un cto
RC (Red SNUBBERRed SNUBBER), para evitar variaciones bruscas de tensión en los extremos del
semiconductor:
Limitaciones delLimitaciones del tiristortiristor
Las más importantes son debidas a:
Frecuencia de funcionamiento.
Sobretensiones y pendiente de tensión (dV/dt).
Pendiente de intensidad (dI/dt).
Temperatura.
I f ió C t id M t d l í I d iI t d ióó
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ELECTRONICA DE POTENCIA 35353535
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTORLimitaciones del tiristor: frecuencia
Información Contenido Metodología I t d iI t d ióó
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ELECTRONICA DE POTENCIA 36363636
InformaciónGeneral
Contenido MetodologíaEvaluación
IntroducciIntroduccióónn
TIRISTOR
Limitaciones delLimitaciones del tiristortiristor