marco teorico potencia
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este trabajo es para unas practicas de potencia de la primera unidadTRANSCRIPT
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MARCO TEORICO
El diodo de potencia
Uno de los dispositivos ms importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque
tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no
pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conduccin. El nico
procedimiento de control es invertir el voltaje entre nodo y ctodo.
Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conduccin, deben ser capaces
de soportar una alta intensidad con una pequea cada de tensin. En sentido inverso, deben
ser capaces de soportar una fuerte tensin negativa de nodo con una pequea intensidad de
fugas.
El diodo responde a la ecuacin:
La curva caracterstica ser la que se puede ver en la parte superior, donde:
VRRM: tensin inversa mxima
VD: tensin de codo.
A continuacin vamos a ir viendo las caractersticas ms importantes del diodo, las cuales
podemos agrupar de la siguiente forma:
Caractersticas estticas:
o Parmetros en bloqueo (polarizacin inversa).
o Parmetros en conduccin.
o Modelo esttico.
Caractersticas dinmicas:
o Tiempo de recuperacin inverso (trr).
o Influencia del trr en la conmutacin.
o Tiempo de recuperacin directo.
Potencias:
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o Potencia mxima disipable.
o Potencia media disipada.
o Potencia inversa de pico repetitivo.
o Potencia inversa de pico no repetitivo.
Caractersticas trmicas.
Proteccin contra sobreintensidades.
Caractersticas estticas
Parmetros en bloqueo
Tensin inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha.
Tensin inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada.
Tensin inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o ms.
Tensin de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las caractersticas del mismo.
Tensin inversa contnua (VR): es la tensin continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.
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Parmetros en conduccin
Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la mxima intensidad de impulsos sinusuidales de 180 que el diodo puede soportar.
Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que puede ser soportada cada 20 ms , con una duracin de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cpsula (normalmente 25).
Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el mximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duracin de 10 ms.
Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conduccin.
Modelos estticos del diodo
Los distintos modelos del diodo en su regin directa (modelos estticos) se representan en
la figura superior. Estos modelos facilitan los clculos a realizar, para lo cual debemos
escoger el modelo adecuado segn el nivel de precisin que necesitemos.
Estos modelos se suelen emplear para clculos a mano, reservando modelos ms
complejos para programas de simulacin como PSPICE. Dichos modelos suelen ser
proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las libreras del
programa.
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Caractersticas dinmicas
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Tiempo de recuperacin inverso
El paso del estado de conduccin al de bloqueo en el diodo no se efecta
instantneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IF, la zona central
de la unin P-N est saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de
stos cuanto mayor sea IF. Si mediante la aplicacin de una tensin inversa forzamos la
anulacin de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultar que despus del paso por
cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de
movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante.
La tensin inversa entre nodo y ctodo no se establece hasta despus del tiempo ta
llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y
aparece en la unin la zona de carga espacial. La intensidad todava tarda un tiempo tb
(llamado tiempo de cada) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor
despreciable mientras van desapareciedo el exceso de portadores.
o ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.
o tb (tiempo de cada): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que sta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unin polarizada en inverso. En la prctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de ste.
o trr (tiempo de recuperacin inversa): es la suma de ta y tb.
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o Qrr: se define como la carga elctrica desplazada, y representa el rea negativa de la caracterstica de recuperacin inversa del diodo.
o di/dt: es el pico negativo de la intensidad. o Irr: es el pico negativo de la intensidad.
La relacin entre tb/ta es conocida como factor de suavizado "SF".
Si observamos la grfica podemos considerar Qrr por el rea de un tringulo :
De donde :
Para el clculo de los parmetros IRRM y Qrr podemos suponer uno de los dos siguientes
casos:
o Para ta = tb trr = 2ta o Para ta = trr tb = 0
En el primer caso obtenemos:
Y en el segundo caso:
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Influencia del trr en la conmutacin
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Si el tiempo que tarda el diodo en conmutar no es despreciable :
o Se limita la frecuencia de funcionamiento. o Existe una disipacin de potencia durante el tiempo de recuperacin inversa.
Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperacin rpida.
Factores de los que depende trr :
o A mayor IRRM menor trr. o Cuanta mayor sea la intensidad principal que atraviesa el diodo mayor ser la
capacidad almacenada, y por tanto mayor ser trr.
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Tiempo de recuperacin directo
tfr (tiempo de recuperacin
directo): es el tiempo que
transcurre entre el instante en
que la tensin nodo-ctodo se
hace positiva y el instante en
que dicha tensin se estabiliza
en el valor VF.
Este tiempo es bastante menor
que el de recuperacin inversa y
no suele producir prdidas de
potencia apreciables.
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Disipacin de potencia
Potencia mxima disipable (Pmx)
Es un valor de potencia que el dispositivo puede disipar, pero no debemos confundirlo con la
potencia que disipa el diodo durante el funcionamiento, llamada sta potencia de trabajo.
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Potencia media disipada (PAV)
Es la disipacin de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de
conduccin, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de fugas.
Se define la potencia media (PAV) que puede disipar el dispositivo, como :
Si incluimos en esta expresin el modelo esttico, resulta :
y como :
es la intensidad media nominal
es la intensidad eficaz al cuadrado
Nos queda finalmente :
Generalmente el fabricante integra en las hojas de caractersticas tablas que indican la potencia
disipada por el elemento para una intensidad conocida.
Otro dato que puede dar el fabricante es curvas que relacionen la potencia media con la
intensidad media y el factor de forma (ya que el factor de forma es la intensidad eficaz
dividida entre la intensidad media).
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Potencia inversa de pico repetitiva (PRRM)
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Es la mxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.
Potencia inversa de pico no repeptitiva (PRSM)
Similar a la anterior, pero dada para un pulso nico.
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Temperatura de la unin (Tjmx)
Es el lmite superior de temperatura que nunca debemos hacer sobrepasar a la unin del
dispositivo si queremos evitar su inmediata destruccin.
En ocasiones, en lugar de la temperatura de la unin se nos da la "operating temperature
range" (margen de temperatura de funcionamiento), que significa que el dispositivo se ha
fabricado para funcionar en un intervalo de temperaturas comprendidas entre dos valores,
uno mnimo y otro mximo.
Temperatura de almacenamiento (Tstg)
Es la temperatura a la que se encuentra el dispositivo cuando no se le aplica ninguna potencia. El
fabricante suele dar un margen de valores para esta temperatura.
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Resistencia trmica unin-contenedor (Rjc)
Es la resistencia entre la unin del semiconductor y el encapsulado del dispositivo. En caso de no
dar este dato el fabricante se puede calcular mediante la frmula:
Rjc = (Tjmx - Tc) / Pmx
siendo Tc la temperatura del contenedor y Pmx la potencia mxima disipable.
Resistencia trmica contenedor-disipador (Rcd)
Es la resistencia existente entre el contenedor del dispositivo y el disipador (aleta refrigeradora).
Se supone que la propagacin se efecta directamente sin pasar por otro medio (como mica
aislante, etc).
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Caractersticas trmicas
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Principales causas de sobreintensidades
La causa principal de sobreintensidad es, naturalmente, la presencia de un cortocircuito en la
carga, debido a cualquier causa. De todos modos, pueden aparecer picos de corriente en el caso
de alimentacin de motores, carga de condesadores, utilizacin en rgimen de soldadura, etc.
Estas sobrecargas se traducen en una elevacin de temperatura enorme en la unin, que es
incapaz de evacuar las calorias generadas, pasando de forma casi instantnea al estado de
cortocircuito (avalancha trmica).
Organos de proteccin
Los dispositivos de proteccin que aseguran una eficacia elevada o total son poco numerosos y por
eso los ms empleados actualmente siguen siendo los fusibles, del tipo "ultrarrpidos" en la
mayora de los casos.
Los fusibles, como su nombre indica, actan por la fusin del metal de que estn
compuestos y tienen sus caractersitcas indicadas en funcin de la potencia que pueden
manejar; por esto el calibre de un fusible no se da slo con su valor eficaz de corriente, sino
incluso con su I2t y su tensin.
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Parmetro I2t
La I2t de un fusible es la caractersitca de fusin del cartucho; el intervalo de tiempo t se indica en
segundos y la corriente I en amperios.
Debemos escoger un fusible de valor I2t inferior al del diodo, ya que as ser el fusible el
que se destruya y no el diodo.
Proteccin contra sobreintensidades
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Rectificadores monofsicos
Es sabido que, la produccin y transporte de la corriente elctrica, es de tipo alterna por
cuestiones de eficiencia energtica, sin embargo, existen innumerables dispositivos o
sistemas electrnicos que necesitan ser alimentados con un valor de tensin uniforme y
continua. Para conseguir que una corriente alterna se convierta en continua, se utilizan unos
dispositivos llamados rectificadores. Bsicamente existen dos tipos de rectificadores: de
media onda y de onda completa.
RECTIFICADOR MONOFASICO DE MEDIA ONDA
Si recordamos el funcionamiento de un generador, sabremos que en cada ciclo de
funcionamiento se habr producido una semionda positiva y otra negativa; es decir, la
corriente va tomando valores positivos y negativos a intervalos regulares, tal como indica la
imagen 9. Si quisiramos que a una carga se le aplicara solamente la parte positiva de la
corriente, tal y como muestra la imagen 10, nos bastara con colocar un diodo en serie con
nuestra fuente alterna.
Imagen 9: Onda senoidal completa.
Fuente: Elaboracin propia.
mailto:
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Imagen 10: Onda senoidal rectificada. Fuente: Elaboracin propia.
Lo indicado ms arriba queda mucho ms claro con el esquema de la imagen 11. Cuando el
generador alterno comience a producir la onda senoidal, el diodo slo permitir que pase
corriente a la carga R mientras ste sea polarizado directamente, es decir, cuando al nodo
del diodo se le aplique una polaridad positiva. Durante el semiperiodo negativo el diodo no
conducir, por lo que la carga no ser alimentada, y en ese caso habremos conseguido una
corriente pulsante tal y como se indic en la imagen 10.
Imagen 11: Rectificador de media onda. Fuente: Elaboracin propia.
Recuerda que las ondas senoidales se representan por la funcin seno:
Y que tenamos los valores medio (Xm) y eficaz (X) en funcin del valor mximo am
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Antes de continuar hablando de los rectificadores, puede ser interesante analizar con detalle
el funcionamiento de un diodo. Partimos de la premisa de que un diodo es, tericamente, un
elemento lineal y que su resistencia en polarizacin inversa es infinita. Esto, en rigor, no es
exacto, pues cerca del origen de coordenadas en un diagrama V-I el diodo no muestra esa
linealidad de la que antes hablbamos y en polarizacin inversa hay una pequea corriente,
casi despreciable, que atraviesa el diodo.
Imagen 12: Grfica de un diodo ideal.
Fuente: Elaboracin propia. Imagen 13: Grfica de un diodo real ampliada.
Fuente: Elaboracin propia.
Puesto que, para que un diodo conduzca en polarizacin directa, se necesitan en torno a 0,7
V, esa tensin deber ser restada a la carga y adems el tiempo de alimentacin de la carga
ser inferior al de un semiperiodo, pues debe alcanzarse la tensin de base de 0,7 V. As
mismo, tal y como refleja la grfica real, existe una corriente inversa que permanece
constante durante el semiperiodo negativo, independientemente de la resistencia de la
carga.
Todas estas consideraciones, a pesar de ser interesantes, pueden despreciarse, pues la
resistencia del diodo suele ser muy pequea frente a la de la carga y la tensin de base
igualmente suele ser insignificante frente a la tensin de pico de la onda senoidal.
En el tema de Ondas senoidales hablamos de los valores medios y eficaces de una onda,
que aplicados al presente caso nos dar:
Como observars, dividimos por dos el valor medio porque slo estamos rectificando
media onda. De igual manera podemos escribir los valores medios para la tensin:
-
Del mismo modo, podemos calcular los valores eficaces, recordando las expresiones:
Que al sustituirlas en los valores rectificados nos quedar:
Rectificador monofsico de onda completa
Como habrs observado, con el rectificador anterior (media onda) la tensin de
alimentacin valdr 0 V durante la mitad del tiempo, es decir, siempre que se presente el
semiperiodo negativo. Para solucionar este problema podemos disponer de un puente de
diodos, en el que se rectifique por un lado el semiperiodo positivo y por otro el semiperiodo
negativo, de forma que la carga siempre est alimentada. La imagen inferior te muestra el
circuito rectificador:
Imagen 14: Puente rectificador. Fuente: Elaboracin propia.
Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
Para entender su funcionamiento, consideremos en primer lugar que se est produciendo el
semiperiodo positivo, en ese caso, el flujo de corriente ser el que muestra el sentido de las
flechas:
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Imagen 15: Semiciclo positivo en puente rectificador.
Fuente: Elaboracin propia.
Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
Si ahora consideramos el semiperiodo negativo, tendremos:
Imagen 16: Semiciclo negativo en puente rectificador.
Fuente: Elaboracin propia. Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
Si las flechas estticas de las imgenes anteriores no te sirven para aclararte, tal vez te ayude el
siguiente vdeo. Ten en cuenta que la distribucin de los diodos en el esquema no es idntica, pero
el funcionamiento del circuito es exactamente igual, slo basta con comprobar el conexionado de
las bobinas secundarias a los diodos y el conexionado de stos a la resistencia, para comprobar
que, en efecto, es el mismo circuito.
Habrs observado que la carga siempre recibe positivo por el mismo sitio,
independientemente de que sea el semiperiodo positivo o negativo el que se produce en la
secuencia de funcionamiento. Esto significa que la tensin aplicada sobre la resistencia ser
como la indicada en la imagen:
Imagen 17: Grfica de rectificacin de onda completa.
Fuente: Elaboracin propia.
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De forma similar a lo que ocurra con el rectificador de media onda, los valores de tensin y
de intensidad que obtendremos sern:
Y en funcin de los valores eficaces:
En este caso ya no dividimos los valores de Im y Vm por dos, ya que rectificamos la onda
completa.
Existe una variante del rectificador de onda completa que puede conseguirse con la mitad de
diodos, en ese caso, se utiliza un transformador con toma intermedia.
La imagen aclara su constitucin:
Imagen 18: Rectificador de onda completa en transformador con toma intermedia.
Fuente: Elaboracin propia.
Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
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La toma intermedia en el arrollamiento secundario es una de las salidas de alimentacin,
mientras que la otra salida ser la formada por la unin de cada extremo, a travs de los
diodos respectivos D1 y D2. Cuando se produce la onda positiva, el diodo D1 ser
conductor; mientras que cuando se produce la semionda negativa es el diodo D2 el que se
vuelve conductor. En ambos casos, la corriente por la carga, es en el mismo sentido, al
igual que ocurra con el rectificador anterior.
Este montaje, en apariencia ms ventajoso por disponer de menos diodos, es en realidad
menos utilizado, pues la toma intermedia dificulta la construccin y los diodos, cuando se
polarizan de forma inversa, se ven sometidos a una tensin doble que cuando lo son de
forma directa, hecho ste que debe ser tenido en cuenta para evitar el deterioro de los
diodos.
CIRCUITOS RECTIFICADORES POLIFASICOS
Existen varias ventajas en el empleo de sistemas rectificadores polifsicos para la conversin de potencias elevadas:
Mayor tensin de salida para la misma tensin de entrada
Frecuencia fundamental de ondulacin ms elevada y menor tensin de ondulacin con lo cual se reduce o elimina la necesidad de filtro
Mayor rendimiento de conversin.
En los circuitos trifsicos los devanados primarios del transformador suelen conectarse en tringulo (salvo en el caso del circuito trifsico en doble estrella sin bobina de compensacin, que se describe ms adelante), con objeto de suprimir los armnicos. En los circuitos que se describirn, el secundario est siempre conectado en estrella, aunque en el circuito trifsico de onda completa pueda emplearse la conexin en tringulo.
Con la potencia que generalmente se exige a un circuito rectificador trifsico, las prdidas introducidas por un filtro seran demasiado elevadas. Cuando se reduzca el consumo necesario, se podr utilizar un filtro con entrada inductiva; sin embargo, con corrientes elevadas el valor del condensador en paralelo con la carga seria enorme y debera conducir una gran corriente de ondulacin.
A continuacin se estudiarn los circuitos rectificadores trifsico de media onda, trifsico de onda completa, hexafsico de media onda y trifsico en doble.estrella.
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Rectilicador trifsico de media onda
El circuito trifsico de media onda (trifsico en estrella) se muestra en la figura 1. El devanado secundario est conectado en estrella y el punto central se usa como terminal comn de la carga.
Su funcionamiento se comprende mejor analizando las formas de onda tericas que muestra la figura 2.
Supongamos que la tensin de la fase R. es la ms positiva.
En este caso el diodo D1 conducir si s.t = /6, y la corriente circular por la carga y retornar al transformador a travs del punto neutro.
El diodo D1 seguir conduciendo hasta que la tensin de la fase Y sea ms positiva que la de la fase R,
para s.t = /6 . Entonces la corriente se transferir del diodo D1 al diodo D2. Este conducir durante los 120' siguientes, y luego la corriente se transferir al diodo D3, el cual a su vez conducir durante otros 120. De ese modo cada diodo conduce sucesivamente durante 120
La frecuencia de ondulacin es tres veces mayor que la de la red.
En un rectificador de media onda, la corriente media del diodo por fase es:
IFAV = Io / n (1.1)
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en donde lo es la corriente continua de salida y n el nmero de fases.
La corriente eficaz que circula por el diodo vale:
(1-2)
en donde Iorms indica la corriente eficaz de salida.
En el circuito trifsico de media onda el ngulo de conduccin de los diodos vale 120.
IFAV = Io / 3 ; IF rms = (1 / 3) Io rms
El rendimiento de conversin de este circuito es elevado si lo comparamos con el de los circuitos monofsico, mientras que la tensin de ondulacin se reduce a algo ms de un tercio de la obtenida con circuitos monofsicos de onda completa. No obstante, el factor de utilizacin del transformador es bajo en comparacin con el de un circuito trifsico de onda completa; el circuito que nos ocupa se utiliza nicamente cuando se debe realizar la conversin de bajas tensiones.
Rectilicador trifsico de onda completa
En la figura 3 se muestra el circuito trifsico de onda completa. Es uno de los ms utilizados para la conversin de potencias elevadas mediante diodos semiconductores.
En el circuito trifsico de onda completa, el devanado secundario del transformador puede conectarse en estrella (fig. 3), o en tringulo, puesto que ambos montajes son
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idnticos en lo esencial.
Los siguientes datos son comunes siempre que las tensiones de los secundarios sean idnticas:
la tensin entre las fases del transformador conectado en tringulo debe ser 3 veces la del secundario conectado en estrella. Las frmulas para las corrientes media y eficaz de cada diodo son idnticas a las del circuito trifsico de media onda, es decir:
IFAV = Io / 3 ; IF rms = (1 / 3) Io rms
Consideremos ahora el circuito junto con las formas de onda que muestra la figura
4. Si la fase R es la ms positiva, el diodo D1 empezar a conducir cuando s.t = /6
La corriente circula a travs de D1 hacia la carga y retorna al transformador a travs del diodo D5 o D6, segn que la fase ms negativa sea la Y o la B, respectivamente. Cuand
o s.t = /6, la fase Y es la ms negativa y la corriente retornar a travs del diodo
D5. Cuando s.t = /6, la fase B ser la ms negativa y la corriente de retorno circular por D6.
Con s.t = 5/6 la fase Y se hace ms positiva y la corriente se transfiere del diodo D1 al D2. Cada diodo conduce durante 120 por ciclo y la corriente se conmuta cada 60.
La tensin de ondulacin es pequea y su frecuencia es seis veces la frecuencia de la red. Este circuito presenta el mayor factor de utilizacin del transformador y, por tanto, requiere menor potencia de c.a. para obtener unos valores determinados de corriente y tensin continuas.
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Este circuito se emplea para la carga de bateras de alta tensin, fuentes de alimentacin industriales, aparatos electrolticos (salvo los que funcionan con tensiones muy bajas) y, en general, siempre que se necesite una conversin de gran potencia con rendimiento elevado.
Rectificador hexafsico de media onda
En la figura 5 se muestra el circuito rectificador hexafsico de media onda, tambin conocido como circuito hexafsico en estrella. Si se conecta el punto central de la estrella al terminal comn, se obtiene una alimentacin hexafsica. Las formas de onda de este circuito se muestran en la figura 6.
Cada diodo conduce durante 60 y la frecuencia de ondulacin es seis veces la frecuencia de la red.
IFAV = Io / 6 ; IF rms = (1 / 6) Io rms
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Este sistema tiene mayor rendimiento de conversin que el circuito trifsico de media onda. No obstante, es el que tiene el menor factor de utilizacin del secundario del transformador de entre todos los circuitos rectificadores trifsicos. El rendimiento de conversin es elevado e igual al del circuito trifsico de onda completa.
La principal ventaja de este circuito consiste en que todos los diodos se hallan conectados a un terminal comn y, por tanto, pueden montarse en un mismo radiador. Por lo general se utiliza solamente para conversin de potencias reducidas, debido al bajo factor de utilizacin del secundario del transformador.
Rectificador trifsico en doble estrella
El transformador para rectificador que se alimente de la red puede tener dos secundarios trifsicos independientes, unidos entre s mediante una bobina de compensacin. De esta manera se obtienen dos sistemas rectificadores trifsicos completos conectados en paralelo y mutuamente desfasados.. La bobina de compensacin evita que un diodo conductor en un secundario bloquee a otro diodo en el otro secundario.
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La bobina de compensacin acta como divisor inductivo equilibrando las diferencias en los valores instantneos de las tensiones de salida. Este mtodo puede aplicarse tanto en circuitos rectificadores de media onda como en los de onda completa.
La figura 7 representa el circuito trifsico de media onda en doble estrella. Un conjunto de tensiones trifsicas est desfasado 60 respecto del otro, para suministrar una salida hexafsica.
No obstante, el ngulo de conduccin de los diodos se aproxima a 120, debido a la presencia de la bobina de compensacin. Las corrientes media y eficaz que circulan por cada diodo son, respectivamente:
IFAV = Io / 6 ; IF rms = (3) Io rms
IFAV = Io / 6 ; IF rms = (3) Io rms
En la figura 7 se representa el circuito trifsico en doble estrella con bobina de compensacin. Tiene dos secundarios conectados en estrella. Las tensiones en los centros de las estrellas estn desfasadas entre s 180. Dichos puntos se hallan unidos por una bobina de compensacin con derivacin central.
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En cualquier instante, la corriente circula por dos fases, una de cada estrella, segn muestra la figura 8. La corriente de retorno se divide entre los dos secundarios con ayuda de la bobina de compensacin. Por tanto, el valor instantneo de la tensin de salida es el promedio de los valores instantneos de las tensiones de los secundarios que en aquel momento estn conduciendo. Una variacin de c.c. produce una fem del tercer armnico en un nodo y se resta de la del otro, con lo que ambos se mantienen a una tensin comn.
Para valores bajos de la c.c. se alcanza un punto de transicin cuando la corriente es demasiado pequea para producir la fem del tercer armnico y el circuito pasa a funcionar en forma de hexafsico de media onda, con lo que se produce un repentino aumento de la tensin de salida.
Este circuito presenta una ondulacin hexafsica, pero una relacin de tensiones trifsica. Con l se reduce la corriente secundaria de cada fase aproximadamente a la mitad de la que corresponde a un circuito hexafsico de media onda; por tanto, pueden utilizarse diodos con menores valores lmite de corriente de pico, aunque los valores de la tensin inversa de pico deben ser algo mayores.
Este montaje se suele emplear cuando el coste de la bobina de compensacin se amortiza con la economa obtenida empleando diodos con valores lmite de corrientes relativamente bajos. Se utiliza a menudo para los baos electrolticos (baja tensin y gran corriente). El factor de utilizacin del primario y el del
secundario son elevados; sin embargo, este ltimo factor es 2 veces menor que el del circuito trifsico en puente.
La frecuencia ser el triple de la de red.
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Prdidas
En las grandes instalaciones alimentadas por red trifsica las prdidas son importantes, tanto por lo que se refiere al mal aprovechamiento de potencia como a la cada de tensin (regulacin).
Regulacin de tensin
La regulacin de tensin depende de tres factores principales: prdidas en el cobre del transformador, cada de tensin en los diodos y cada de tensin en la conmutacin.
Prdidas de potencia
Las principales prdidas de potencia en una instalacin se debern al transformador (prdidas en el ncleo y en el cobre) y a los diodos. Las prdidas en el transformador se pueden determinar mediante dos pruebas que se describen a continuacin.
Para la prueba en circuito abierto se deja el secundario sin conectar y se miden la corriente y la potencia de alimentacin a tensin y frecuencia nominales. La corriente I(oc) es la suma de la corriente de imanacin y las componentes de prdidas en el ncleo. La potencia indicada W(oc) representa las prdidas en el cobre y en el ncleo. Las primeras son pequeas, puesto que I(oc) es pequea comparada con la corriente, a plena carga, por lo cual pueden despreciarse.
En la prueba en cortocircuito, se cortocicuita el primario o el secundario y se aumenta gradualmente la tensin hasta que por el devanado circula la corriente especificada. Se mide la tensin de cortocircuito Vsc necesaria para que por el devanado circule la corriente de plena carga. La potencia correspondiente Wsc , representa las prdidas en el cobre, I2R, y una pequea prdida del ncleo, que puede despreciarse.
Mediante las pruebas anteriores puede estimarse el funcionamiento de un transformador del modo siguiente:
Potencia nominal del transformador VAn (voltamp.)
Conexin del transformador Estralla-tringulo
Tensin nominal del primario VPL (voltios)
Tensin nominal del secundario VL
-
Prueba en circuito abierto en el lado en estrella para la tensin nominal VL
Prdidas en el ncleo = W(oc)
Corriente sin carga = I(oc)
Prueba en cortocircuito en el lado en tringulo con secundario cortocircuitado
Tensin de cortocircuito Vsc
Prdidas en el cobre, PK = Wsc vatios a la corriente especificada
Corriente en el primario lPL = Van / 3.VPL
Corriente en el primario, por fase = lPL / 3
Prdidas en el cobre, por fase = Wsc / 3 vatios
Rendimiento del circuito
% de rendimiento = salida / (salida + prdidas) x 100
en donde, las prdidas son W(oc) + Wsc + I0.VFAV x nmero de diodos en serie.
Comparacin de resultados de los circuitos trifsicos
La tabla siguiente incluye los resultados de los circuitos rectificadores trifsicos generalmente empleados. Los resultados representados en dicha tabla suponen el empleo de diodos y transformador ideales. Sin embargo, la tabla da una buena idea del rendimiento de cada circuito y puede utilizarse para comparar los kilovatios por rectificador que se pueden obtener de cada circuito.
Ello se comprender mejor con un ejemplo. Supnganse que se dispone de diodos con tensin de 400 V y una corriente de 20 A. La tabla compara los circuitos monofsico y trifsico de onda completa.
De los resultados anteriores se observa que se aprovechan mejor los diodos en el circuito trifsico en puente.
Monofsico de onda Trifsico de onda
-
completa puente completa
Nmero de diodos utilizados 4 6
Tensin de salida V0 400/1,57 = 255V 400/1,05 = 380V
Corriente de salida I0 2 x 20 = 40A 3 x 20 = 60A
Potencia disponible V0.I0 255 x 40 = 10,2 kW 380 x 60 = 22,8 kW
kW de CC por diodo 10,2 / 4 = 2,55 kW 22,8 / 6 = 3,8 kW
TABLA - Comparacin de circuitos (Empleando diodos en los ue VRWM = 400V , IFAV = 20A)
Alimentacion de motores de c c
En un motor CC, la velocidad y la corriente que necesita el motor dependen de la carga
que tenga aplicada.
En este tipo de motor parte de la tensin aplicada se pierde en la resistencia interna
(resistencia del devanado de excitacin). El resto de la tensin se utiliza para hacer girar el
motor.
Cuando la carga de un motor cc aumenta, tambin aumenta la corriente que consume este.
Esta corriente causa una cada de tensin mayor en la resistencia interna del motor
(resistencia del devanado excitacin)
Como la alimentacin del motor CC permanece constante, la tensin aplicada para hacer
girar el motor es menor y en consecuencia la velocidad de giro del motor es menor
Ver la siguiente frmula: Vb = Vm Ia x Ra
Donde:
Vb: tensin real utilizada hacer girar el motor.
Vm: Tensin aplicada a todo el conjunto motor.
Ra: Resistencia del devanado de excitacin (resistencia interna).
Ia: corriente que circula por el motor.
Ia x Ra: es la tensin que se pierde en la resistencia interna del motor CC. Ver que
depende directamente de Ia (corriente de alimentacin del motor).
http://www.unicrom.com/Tut_resistencia_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asp
-
Si la corriente Ia aumenta, Vb disminuye y como la velocidad de giro del motor es
proporcional a Vb. Si Vb disminuye entonces la velocidad del motor tambin.
El transistor de potencia
El funcionamiento y utilizacin de los transistores de potencia es idntico al de los
transistores normales, teniendo como caractersticas especiales las altas tensiones e
intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.
Existen tres tipos de transistores de potencia:
bipolar. unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo). IGBT.
Parmetros MOS Bipolar
Impedancia de entrada Alta (1010 ohmios) Media (104 ohmios)
Ganancia en corriente Alta (107) Media (10-100)
Resistencia ON (saturacin) Media / alta Baja
Resistencia OFF (corte) Alta Alta
Voltaje aplicable Alto (1000 V) Alto (1200 V)
Mxima temperatura de operacin Alta (200C) Media (150C)
Frecuencia de trabajo Alta (100-500 Khz) Baja (10-80 Khz)
Coste Alto Medio
El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, ms la capacidad de carga en
corriente de los transistores bipolares:
Trabaja con tensin. Tiempos de conmutacin bajos. Disipacin mucho mayor (como los bipolares).
-
Nos interesa que el transistor se parezca, lo ms posible, a un elemento ideal:
Pequeas fugas. Alta potencia. Bajos tiempos de respuesta (ton , toff), para conseguir una alta frecuencia de
funcionamiento. Alta concentracin de intensidad por unidad de superficie del semiconductor. Que el efecto avalancha se produzca a un valor elevado ( VCE mxima elevada). Que no se produzcan puntos calientes (grandes di/dt ).
Una limitacin importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los
transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conduccin y viceversa no se hace
instantneamente, sino que siempre hay un retardo (ton , toff). Las causas fundamentales de
estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector - base y base - emisor y los
tiempos de difusin y recombinacin de los portadores.
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Principios bsicos de funcionamiento
La diferencia entre un transistor bipolar y un transistor unipolar o FET es el modo de
actuacin sobre el terminal de control. En el transistor bipolar hay que inyectar una
corriente de base para regular la corriente de colector, mientras que en el FET el control se
hace mediante la aplicacin de una tensin entre puerta y fuente. Esta diferencia vienen
determinada por la estructura interna de ambos dispositivos, que son substancialmente
distintas.
Es una caracterstica comn, sin embargo, el hecho de que la potencia que consume el
terminal de control (base o puerta) es siempre ms pequea que la potencia manejada en los
otros dos terminales.
En resumen, destacamos tres cosas fundamentales:
En un transistor bipolar IB controla la magnitud de IC. En un FET, la tensin VGS controla la corriente ID. En ambos casos, con una potencia pequea puede controlarse otra bastante mayor.
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Tiempos de conmutacin
http://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html#iniciohttp://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html#inicio
-
Cuando el transistor est en saturacin o en corte las prdidas son despreciables. Pero si tenemos
en cuenta los efectos de retardo de conmutacin, al cambiar de un estado a otro se produce un
pico de potencia disipada, ya que en esos instantes el producto IC x VCE va a tener un valor
apreciable, por lo que la potencia media de prdidas en el transistor va a ser mayor. Estas prdidas
aumentan con la frecuencia de trabajo, debido a que al aumentar sta, tambin lo hace el nmero
de veces que se produce el paso de un estado a otro.
Podremos distinguir entre tiempo de excitacin o encendido (ton) y tiempo de apagado
(toff). A su vez, cada uno de estos
tiempos se puede dividir en otros dos.
Tiempo de retardo (Delay Time, td): Es
el tiempo que transcurre desde el
instante en que se aplica la seal de
entrada en el dispositivo conmutador,
hasta que la seal de salida alcanza el
10% de su valor final.
Tiempo de subida (Rise time, tr):
Tiempo que emplea la seal de salida
en evolucionar entre el 10% y el 90%
de su valor final.
Tiempo de almacenamiento (Storage
time, ts): Tiempo que transcurre desde
que se quita la excitacin de entrada y
el instante en que la seal de salida baja
al 90% de su valor final.
Tiempo de cada (Fall time, tf): Tiempo
que emplea la seal de salida en
evolucionar entre el 90% y el 10% de
su valor final.
Por tanto, se pueden definir las
siguientes relaciones :
-
Es de hacer notar el hecho de que el tiempo de apagado (toff) ser siempre mayor que el tiempo
de encendido (ton).
Los tiempos de encendido (ton) y apagado (toff) limitan la frecuencia mxima a la cual
puede conmutar el transistor:
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Otros parmetros importantes
Corriente media: es el valor medio de la corriente que puede circular por un terminal (ej. ICAV,
corriente media por el colector).
Corriente mxima: es la mxima corriente admisible de colector (ICM) o de drenador (IDM).
Con este valor se determina la mxima disipacin de potencia del dispositivo.
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-
VCBO: tensin entre los terminales colector y base cuando el emisor est en circuito abierto.
VEBO: tensin entre los terminales emisor y base con el colector en circuito abierto.
Tensin mxima: es la mxima tensin aplicable entre dos terminales del dispositivo
(colector y emisor con la base abierta en los bipolares, drenador y fuente en los FET).
Estado de saturacin: queda determinado por una cada de tensin prcticamente constante.
VCEsat entre colector y emisor en el bipolar y resistencia de conduccin RDSon en el FET.
Este valor, junto con el de corriente mxima, determina la potencia mxima de disipacin
en saturacin.
Relacin corriente de salida - control de entrada: hFE para el transistor bipolar (ganancia
esttica de corriente) y gds para el FET (transconductancia en directa).
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Modos de trabajo
Existen cuatro condiciones de polarizacin posibles. Dependiendo del sentido o signo de
los voltajes de polarizacin en cada una de las uniones del transistor pueden ser :
Regin activa directa: Corresponde a una polarizacin directa de la unin emisor - base y a una polarizacin inversa de la unin colector - base. Esta es la regin de operacin normal
del transistor para amplificacin.
Regin activa inversa: Corresponde a una polarizacin inversa de la unin emisor - base y a una polarizacin directa de la unin colector - base. Esta regin es usada raramente.
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-
Regin de corte: Corresponde a una polarizacin inversa de ambas uniones. La operacin en sta regin corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo apagado, pues el
transistor acta como un interruptor abierto (IC 0).
Regin de saturacin: Corresponde a una polarizacin directa de ambas uniones. La operacin en esta regin corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo
encendido, pues el transistor acta como un interruptor cerrado (VCE 0).
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Avalancha secundaria. Curvas SOA.
Si se sobrepasa la mxima tensin permitida entre colector y base con el emisor abierto (VCBO), o la
tensin mxima permitida entre colector y emisor con la base abierta (VCEO), la unin colector -
base polarizada en inverso entra en un proceso de ruptura similar al de cualquier diodo,
denominado avalancha primaria.
Sin embargo, puede darse un caso de avalancha cuando estemos trabajando con tensiones
por debajo de los lmites anteriores debido a la aparicin de puntos calientes (focalizacin
de la intensidad de base), que se produce cuando tenemos polarizada la unin base - emisor
en directo. En efecto, con dicha polarizacin se crea un campo magntico transversal en la
zona de base que reduce el paso de portadores minoritarios a una pequea zona del
dispositivo (anillo circular).La densidad de potencia que se concentra en dicha zona es
proporcional al grado de polarizacin de la base, a la corriente de colector y a la VCE, y
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-
alcanzando cierto valor, se produce en los puntos calientes un fenmeno degenerativo con
el consiguiente aumento de las prdidas y de la temperatura. A este fenmeno, con efectos
catastrficos en la mayor parte de los casos, se le conoce con el nombre de avalancha
secundaria (o tambin segunda ruptura).
El efecto que produce la avalancha secundaria sobre las curvas de salida del transistor es
producir unos codos bruscos que desvan la curva de la situacin prevista (ver grfica
anterior).
El transistor puede funcionar por encima de la zona lmite de la avalancha secundaria
durante cortos intervalos de tiempo sin que se destruya. Para ello el fabricante suministra
unas curvas lmites en la zona activa con los tiempos lmites de trabajo, conocidas como
curvas FBSOA.
Podemos ver como existe una curva para corriente continua y una serie de curvas para corriente
pulsante, cada una de las cuales es para un ciclo concreto.
Todo lo descrito anteriormente se produce para el ton del dispositivo. Durante el toff, con
polarizacin inversa de la unin base - emisor se produce la focalizacin de la corriente en
el centro de la pastilla de Si, en un rea ms pequea que en polarizacin directa, por lo que
la avalancha puede producirse con niveles ms bajos de energa. Los lmites de IC y VCE
durante el toff vienen reflejado en las curvas RBSOA dadas por el fabricante.
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Efecto producido por carga inductiva. Protecciones.
Las cargas inductivas someten a los transistores a las condiciones de trabajo ms
desfavorables dentro de la zona activa.
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-
En el diagrama superior se han representado los diferentes puntos idealizados de funcionamiento
del transistor en corte y saturacin. Para una carga resistiva, el transistor pasar de corte a
saturacin. Para una carga resistiva, el transistor pasar de corte a saturacin por la recta que va
desde A hasta C, y de saturacin a corte desde C a A. Sin embargo, con una carga inductiva como
en el circuito anterior el transistor pasa a saturacin recorriendo la curva ABC, mientras que el
paso a corte lo hace por el tramo CDA. Puede verse que este ltimo paso lo hace despus de una
profunda incursin en la zona activa que podra fcilmente sobrepasar el lmite de avalancha
secundaria, con valor VCE muy superior al valor de la fuente (Vcc).
Para proteger al transistor y evitar su degradacin se utilizan en la prctica varios circuitos,
que se muestran a continuacin :
a) Diodo Zner en paralelo con el transistor (la tensin nominal zner ha de ser superior a la
tensin de la fuente Vcc).
b) Diodo en antiparalelo con la carga RL.
-
c) Red RC polarizada en paralelo con el transistor (red snubber).
Las dos primeras limitan la tensin en el transistor durante el paso de saturacin a corte,
proporcionando a travs de los diodos un camino para la circulacin de la intensidad
inductiva de la carga.
En la tercera proteccin, al cortarse el transistor la intensidad inductiva sigue pasando por
el diodo y por el condensador CS, el cual tiende a cargarse a una tensin Vcc. Diseando
adecuadamente la red RC se consigue que la tensin en el transistor durante la conmutacin
sea inferior a la de la fuente, alejndose su funcionamiento de los lmites por disipacin y
por avalancha secundaria. Cuando el transistor pasa a saturacin el condensador se
descarga a travs de RS.
El efecto producido al incorporar la red snubber es la que se puede apreciar en la figura adjunta,
donde vemos que con esta red, el paso de saturacin (punto A) a corte (punto B) se produce de
forma ms directa y sin alcanzar valores de VCE superiores a la fuente Vcc.
Para el clculo de CS podemos suponer, despreciando las prdidas, que la energa
almacenada en la bobina L antes del bloqueo debe haberse transferido a CS cuando la
intensidad de colector se anule. Por tanto :
de donde :
Para calcular el valor de RS hemos de tener en cuenta que el condensador ha de estar descargado
totalmente en el siguiente proceso de bloqueo, por lo que la constante de tiempo de RS y CS ha de
ser menor (por ejemplo una quinta parte) que el tiempo que permanece en saturacin el
transistor :
-
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Clculo de potencias disipadas en conmutacin con carga resistiva
La grfica superior muestra las seales idealizadas de los tiempos de conmutacin (ton y toff) para
el caso de una carga resistiva.
Supongamos el momento origen en el comienzo del tiempo de subida (tr) de la corriente de
colector. En estas condiciones (0 t tr) tendremos :
donde IC ms vale :
Tambin tenemos que la tensin colector - emisor viene dada como :
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-
Sustituyendo, tendremos que :
Nosotros asumiremos que la VCE en saturacin es despreciable en comparacin con Vcc.
As, la potencia instantnea por el transistor durante este intervalo viene dada por :
La energa, Wr, disipada en el transistor durante el tiempo de subida est dada por la integral de la
potencia durante el intervalo del tiempo de cada, con el resultado:
De forma similar, la energa (Wf) disipada en el transistor durante el tiempo de cada, viene dado
como:
La potencia media resultante depender de la frecuencia con que se efecte la conmutacin:
Un ltimo paso es considerar tr despreciable frente a tf, con lo que no cometeramos un error
apreciable si finalmente dejamos la potencia media, tras sustituir, como:
-
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Clculo de potencias disipadas en conmutacin con carga inductiva
Arriba podemos ver la grfica de la iC(t), VCE(t) y p(t) para carga inductiva. La energa perdida
durante en ton viene dada por la ecuacin:
Durante el tiempo de conduccin (t5) la energa perdida es despreciable, puesto que VCE es de un
valor nfimo durante este tramo.
Durante el toff, la energa de prdidas en el transistor vendr dada por la ecuacin:
La potencia media de prdidas durante la conmutacin ser por tanto:
Si lo que queremos es la potencia media total disipada por el transistor en todo el periodo
debemos multiplicar la frecuencia con la sumatoria de prdidas a lo largo del periodo
(conmutacin + conduccin). La energa de prdidas en conduccin viene como:
http://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html#inicio
-
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Ataque y proteccin del transistor de potencia
Como hemos visto anteriormente, los tiempos de conmutacin limitan el funcionamiento
del transistor, por lo que nos interesara reducir su efecto en la medida de lo posible.
Los tiempos de conmutacin pueden ser reducidos mediante una modificacin en la seal de base,
tal y como se muestra en la figura anterior.
Puede verse como el semiciclo positivo est formado por un tramo de mayor amplitud que
ayude al transistor a pasar a saturacin (y por tanto reduce el ton) y uno de amplitud
suficiente para mantener saturado el transistor (de este modo la potencia disipada no ser
excesiva y el tiempo de almacenamiento no aumentar). El otro semiciclo comienza con un
valor negativo que disminuye el toff, y una vez que el transistor est en corte, se hace cero
para evitar prdidas de potencia.
En consecuencia, si queremos que un transistor que acta en conmutacin lo haga lo ms
rpidamente posible y con menores prdidas, lo ideal sera atacar la base del dispositivo
con una seal como el de la figura anterior. Para esto se puede emplear el circuito de la
figura siguiente.
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-
En estas condiciones, la intensidad de base aplicada tendr la forma indicada a continuacin:
Durante el semiperiodo t1, la tensin de entrada (Ve) se mantiene a un valor Ve (mx). En estas
condiciones la VBE es de unos 0.7 v y el condensador C se carga a una tensin VC de valor:
debido a que las resistencias R1 y R2 actan como un divisor de tensin.
La cte. de tiempo con que se cargar el condensador ser aproximadamente de:
Con el condensador ya cargado a VC, la intensidad de base se estabiliza a un valor IB que vale:
-
En el instante en que la tensin de entrada pasa a valer -Ve(min), tenemos el condensador
cargado a VC, y la VBE=0.7 v. Ambos valores se suman a la tensin de entrada, lo que produce el
pico negativo de intensidad IB (mn):
A partir de ese instante el condensador se descarga a travs de R2 con una constante de tiempo
de valor R2C.
Para que todo lo anterior sea realmente efectivo, debe cumplirse que:
con esto nos aseguramos que el condensador est cargado cuando apliquemos la seal negativa.
As, obtendremos finalmente una frecuencia mxima de funcionamiento :
Un circuito ms serio es el de Control Antisaturacin:
-
El tiempo de saturacin (tS)ser proporcional a la intensidad de base, y mediante una suave
saturacin lograremos reducir tS :
Inicialmente tenemos que:
En estas condiciones conduce D2, con lo que la intensidad de colector pasa a tener un valor:
Si imponemos como condicin que la tensin de codo del diodo D1 se mayor que la del diodo D2,
obtendremos que IC sea mayor que IL:
En lo que respecta a la proteccin por red snubber, ya se ha visto anteriormente.
Tipos de transistores bipolares
Transistores NPN y PNP?
Segn su constitucin interna los transistores bipolares se clasifican
en transistores NPN y PNP.
Veamos...
-
El transistor NPN
Estn formados por una doble unin, dnde
la central es de material P y est unido a la
base
En el NPN la flecha SALE
El transistor PNP
Estn formados por una doble unin, dnde la
central es de material N y est unido a la base
En el transistor PNP la flecha ENTRA
La flecha siempre ser el emisor.
Identificacin de sus terminales
Observando su empaque o encapsulado es imposible determinar si un transistor es NPN o PNP
pero si intuir si se trata de transistores de baja seal, de propsito general y de potencia.
-
DISPOSITIVOS METAL/XIDO/SEMICONDUCTOR (MOS / MIS)
1) INTRODUCCIN. DIAGRAMAS DE BANDAS DE LOS DISPOSITIVOS MOS
Las estructuras metal / xido /semiconductor (MOS) o metal / aislante / semiconductor
(MIS) son la base de una gran variedad de dispositivos tanto analgicos como digitales, de gran
importancia tecnolgica (transistores FET-MOS, memorias, procesadores, etc).
La figura muestra las
magnitudes bsicas a tener en
cuenta en el esquema de bandas de
dichos dispositivos.
- El trabajo de extraccin o
potencial de ionizacin del metal del
metal (M): diferencia de energa
entre el nivel del vaco y el nivel
de Fermi del metal.
- La banda prohibida del xido,
mucho ms grande que la del
semiconductor (10-12 eV en el
caso del SiO2).
- La afinidad electrnica del
semiconductor (M) : diferencia
de energa entre el nivel del vaco
y el mnimo de la banda de
conduccin del semicon-ductor,
- La banda prohibida del
semiconductor.
- El trabajo de extraccin del
semiconductor, que ser prximo
a su afinidad electrnica se es de
tipo n o a la afinidad electrnica
S-n
EFSEFM
M
S
M
S
Metal xido Semiconductor
S-n
EFSEFM
M
S
M
S
O
MOS IDEAL (Banda Plana) M = S
ei
-
ms la banda prohibida, si es de tipo p.
BANDA PLANA
La siguiente figura muestra el esquema de bandas de un MOS ideal en condiciones de
banda plana, en las que suponemos que los niveles de Fermi del metal y el semiconductor
coinciden.
En ausencia de polarizacin externa, en el semiconductor habr una distribucin
homognea de portadores, y no habr carga en ninguna de las interfaces (o "interficies"):
metal/xido , xido/semiconductor.
ACUMULACIN DE PORTADORES
La siguiente figura muestra el
esquema de bandas del MOS cuando
aplicamos una tensin positiva al
metal, que atrae electrones hacia la
interfaz xido / semiconductor. La
diferencia entre los niveles de Fermi
del metal y el semiconductor es igual
a la diferencia de potencial aplicada,
multiplicada por la carga del electrn.
En una estrecha zona del
semiconductor prxima a dicha
interfaz se forma una zona de
acumulacin, en la que el nivel de
Fermi penetra en la banda de
conduccin. Debido a la distribucin
inhomognea de carga, en el
semiconductor habr un potencial de
superficie (VS), diferencia entre el nivel de Fermi en la interfaz y en la zona neutra del
semiconductor.
S-n
EFS
EFM
M
O
MOS -n IDEAL EN ACUMULACIN V>0
V>0------
eV
-
CARGA DE ESPACIO
La siguiente figura
muestra el esquema de bandas
del MOS cuando aplicamos una
tensin negativa al metal, que
repele los electrones de la interfaz
xido / semiconductor. El nivel de
Fermi se desplaza hacia el centro
de la banda prohibida. En la zona
del semicon-ductor prxima a
dicha interfaz se forma una zona
de agotamiento (carga de
espacio), con una densidad de
carga igual a la concentracin de
impurezas ionizadas. Al ir
aumentando el valor absoluto de
la tensin aplicada, se mantendr
esta situacin de carga de
espacio mientras el potencial de
superficie sea inferior a
(aproximadamente) el potencial i ,
diferencia entre el nivel de Fermi y el
centro de la banda prohibida.
INVERSIN DE PORTADORES
La siguiente figura muestra el
esquema de bandas del MOS cuando
aplicamos una tensin negativa al
metal, que repele los electrones de
la interfaz xido / semiconductor. El
nivel de Fermi se desplaza hacia el
centro de la banda prohibida. En la
zona del semicon-ductor prxima a
dicha interfaz se forma una zona de
agotamiento (carga de espacio), con
S-n
EFS
EFM
M
O
MOS -n IDEAL EN AGOTAMIENTO V
-
una densidad de carga.
2) CAPACIDAD DE UN DISPOSITIVO MOS
La figura muestra el
esquema de bandas de un
dispositivo MOS ideal a cierta
tensin de polarizacin V.
S-p
EFS
EFM
M O
eV
-
Las cargas a ambos lados del
aislante estn distribuidas segn
muestran la siguiente figura, de
manera que la carga QM en
superficie del metal en contacto
con el xido debe ser igual a la
carga en la zona de agotamiento del
semiconductor.
El campo y el potencial elctricos en
el dispositivo vara segn la
siguientes figuras. El potencial total
aplicado se distribuye entre el xido
y el semiconductor:
s
a
SSox
WeNVVVV
2
2
Por tanto, y dado que la cada de
potencial en el dispositivo est
distribuida entre el xido y el
semiconductor, las capacidades
correspondientes estn asociadas
en serie:
SoxMOS CCC
111
La capacidad del xido, al tratarse
de un aislante ser (por unidad de superficie): Cox=ox/dox.
Para calcular la capacidad asociada a la carga en el semiconductor es necesario resolver la
ecuacin de Poisson:
QM
QS=-eNAWdox W
EE=QS/S
V
VS
-
)()()(2
2
xpxnNex
dx
VdA
ss
En cada punto la concentracin de electrones y huecos depender del potencial V(x) y si
suponemos que no hay degeneracin:
kT
eV
pkT
eV
pA
s
epenNe
dx
Vd002
2
Esta ecuacin diferencial puede integrarse multiplicando por dV:
dVepenNe
dVdx
VdkT
eV
pkT
eV
pA
s
002
2
Obtenindose la siguiente ecuacin:
Cteee
kTpe
e
kTnVN
e
dx
dVkT
eV
pkT
eV
pA
s
00
2
2
1
Para determinar la constante de integracin, imponemos la de que en el lmite de la zona de
agotamiento o acumulacin el campo y el potencial son nulos ( 00 VEWx ):
Ctee
kTp
e
kTn
epp
s
000
lo que nos permite obtener el valor del campo elctrico:
-
11)(
2
1
2
100
2
2
kT
eV
pkT
eV
pA
s
ee
kTpe
e
kTnVN
exE
dx
dV
Si tomamos el valor del campo en la interfase y aplicamos el teorema de Gauss, S
SQE
)0( ,
obtenemos:
11
2
100
2
kT
eV
pkT
eV
psA
sS
SSs
ee
kTpe
e
kTnVN
eQ
y la carga total por unidad de superficie en el semiconductor en funcin del potencial de
superficie:
112
00kT
eV
pkT
eV
psA
s
sS
Ss
ee
kTpe
e
kTnVN
eQ
A partir de esta ecuacin resulta inmediato obtener la capacidad por unidad de superficie de la
zona de carga en el semiconductor:
112
2
2
00
00
kT
eV
pkT
eV
psA
s
kT
eV
pkT
eV
pA
s
s
S
SS
Ss
Ss
ee
kTpe
e
kTnVN
e
epenNe
dV
dQC
Podemos ahora particularizar a cada una de las situaciones anteriormente descritas.
- Acumulacin (VS < 0)
-
kT
eVps
SkT
eV
psS
SS
ekT
peCekTpQ 2
0
2
20
22
La capacidad crece exponencialmente con la tensin.
- Agotamiento (2i >VS > 0)
S
As
S
A
s
sSSA
s
sSV
Ne
VN
eCVN
eQ
22
122
La capacidad disminuye al aumentar VS.
- Inversin (VS>2i)
kT
eVps
SkT
eV
psS
SS
ekT
neCekTnQ 2
0
2
20
22
- Banda plana (VS=0)
La sustitucin directa dara un valor indeterminado por lo que aplicamos la ecuacin para un
potencial VS
-
D
s
s
p
s
sp
s
sp
ssS
L
e
kTp
kT
eV
e
kTp
e
kT
eVp
e
C
2
02
0
0
2
122
2
Como era de esperar, en condiciones de banda plana, el campo solo penetra en el semiconductor
hasta una distancia de la superficie del orden de la longitud de Debye.
Conocida la contribucin del semiconductor, podemos calcular la capacidad del dispositivo MOS:
SoxMOS CCC
111
- Acumulacin e inversin (CS >> COX)
ox
oxoxMOS
dCC
La capacidad del MOS es constante e igual a la del xido.
- Banda plana (CS ~ COX)
DoxoxS
SoxMOS
S
D
ox
ox
MOS LdC
Ld
C
1
- Agotamiento (CS < COX)
SMOS CC
-
Con estos clculos previos la dependencia de la capacidad del MOS con la tensin sera la que
muestra la curva BF en la siguiente figura:
El hecho de que tengamos que distinguir entre BF (baja frecuencia) y HF (alta frecuencia) est
relacionado con la respuesta de los portadores mayoritarios y minoritarios. En acumulacin, la
carga superficial es de portadores mayoritarios por lo que la carga acumulada vara rpidamente
con las variaciones del campo. Igual sucede en agotamiento, ya que bsicamente la carga se
acumula al retirarse o acercarse los portadores mayoritarios.
La situacin es muy diferente en inversin, ya que la zona de inversin est separada de la zona
neutra por una zona de agotamiento. A baja frecuencia, los portadores minoritarios pueden ser
atrados a la superficie desde la zona neutra o desde la zona de carga de espacio mediante
mecanismos de generacin trmica y la capacidad del MOS coincide con la del xido. A alta
frecuencia no hay tiempo para atraer los portadores minoritarios a la superficie y la capacidad del
MOS queda bloqueada en la capacidad de la zona de carga de espacio, tal como muestra la
siguiente figura:
-
Toda la tensin continua aplicada cae en la zona de inversin, por lo que la zona de agotamiento
se mantiene, a partir de VS=2i, a una tensin constante y la capacidad no vara. En agotamiento
e inversin dbil el MOS se comporta como una unin p-n abrupta y el potencial sigue una ley
cuadrtica:
s
ASS
WeNV
W
xVxV
21)(
22
La anchura mxima corresponde pues al valor de VS al que empieza la inversin (VS=2i):
A
is
A
Ss
MAXeNeN
VW
42
El valor de VS puede estimarse a partir de las ecuaciones de la estadstica de electrones y huecos:
-
i
AFiiSMAX
n
N
e
kTEEV ln2)(22
A
iAsMAX
Ne
nNkTW
2
)/ln(4
El valor mnimo de la capacidad del semiconductor ser MAXss WC / , y la del MOS:
MAXsoxox
ox
MOS
S
MAX
ox
ox
MOS WdC
Wd
C )/(
1
3.- CONDUCTANCIA DE UN CANAL DE INVERSIN: TRANSISTOR FET-MOS
Uno de los dispositivos ms importantes derivados de la estructura MOS es el transistor de efecto
de campo FET-MOS, esquematizado en las figuras. Sobre un sustrato de tipo p se generan dos
zonas de tipo n (la fuente S y el sumidero D). En el espacio entre ambas se deposita una capa de
xido y , sobre ella, un contacto metlico (la puerta G).
En ausencia de polarizacin de la puerta, entre S y G la resistencia es muy alta por tratarse de dos
uniones p-n en oposicin. Cuando G se polariza con una tensin positiva se genera una capa de
inversin en la interfase que pone en
contacto elctrico la fuente y el sumidero, con
una conductancia proporcional a la tensin de
puerta. Podemos calcular dicha conductancia.
Supongamos que la zona de inversin tiene
una longitud l una anchura a y un grosor d. La
conductancia ser:
l
dane
l
daG
p
S
GD
VG=0VD
n n
ID=0
p
S
GD
VG>0VD
n nCanal de inversin n
ID
VD
ID
VG1
VG2
VG3
VG4
-
Como lo que conocemos es la densidad de electrones por unidad de superficie, expresamos la
conductancia en funcin de dichas densidad ns como )(lim 0 ndn :
Sox
oxSd V
dl
a
l
ane
l
andeG
0
La corriente fuente sumidero ISD, ser
DS
ox
oxDSD VV
edl
aeGVI
La figura muestra la representacin
habitual de las caractersticas IDS(VSD)
para diferentes tensiones de puerta, tiles
en su aplicacin como amplificador de
alta impedancia de entrada (debido al
aislamiento elctrico entre la puerta y los
otros terminales).
El transistor FET-MOS, usado en
rgimen de saturacin o corte, es tambin
la base de los circuitos biestables usados
en electrnica digital, en memorias y
procesadores.
4.- TIEMPO DE ALMACENAMIENTO:
DISPOSITIVOS CCD
Una de las ms importantes
aplicaciones de las estructuras MOS son
los dispositivos CCD (dispositivos de
acoplamiento por carga o de cargas
acopladas). La base consiste en hacer
trabajar un MOS en condiciones de
inversin extrema fuera de equilibrio
como depsito de cargas.
Cuando un MOS se pone en
condiciones de inversin extrema (a en la
figura), se tarda cierto tiempo en alcanzar
el equilibrio (b en la figura). Para calcular
-
ese tiempo es necesarioconsiderar como se generan los portadores que van a formar la zona
de inversin a partir de una trampa situada en el centro de la banda prohibida. Si suponenos
que el tiempo de captura para electrones y huecos por la trampa es el mismo, la velocidad
de recombinacin ser:
pnn
npnr
i
i
C
2
12
Cuando el MOS se polariza a cierta tensin de inversin los portadores son
arrastrados fuera de la zona de carga de espacio por lo que p y n sern mucho menores que
ni y quedar Cinr 2/ , lo que significa que la zona de inversin tardar en crearse un
tiempo del orden de iCAAS nNrN /2/ .
Para el silicio puro ese tiempo puede llegar a ser de varios minutos por lo que,
durante ese tiempo (tiempo de almacenamiento) el MOS polarizado se comporta como un
pozo de potencial en el que pueden almacenarse cantidades determinadas de carga
generadas por inyeccin o por iluminacin. Esta es la base de los dispositivos CCD (c en la
figura).
La siguiente figura ilustra una aplicacin tpica de un CCD en la que cierta carga se
transfiere de un pozo de potencial a otro.
a) Esta parte de la figura muestra la variacin temporal de las tensiones que hay que
aplicar a los electrodos A y B dos CCDs contiguas para transferir cierta carga electrnica
del CCD A al CCD B. Obviamente, todos los tiempos han de ser inferiores al tiempo de
almacenamiento antes definido.
b) Para t
- d) Para t1< t
-
silicio/xido de silicio). Ese almacenamiento es posible porque en los aislantes el tiempo de
relajacin de Maxwell es muy largo.
a) Proceso de escritura en una memoria
MNOS: al aplicar una tensin positiva al
metal, electrones del semiconductor
pasan (por efecto tnel) de la zona de
acumulacin en la interfase O-S a las
trampas de electrones en la interfase N-S
donde pueden permanecer durante
tiempso muy largos (aos, incluso).
b) Memoria activada: los electrones fijos
en la interfase N-O repelen a los
electrones y atraen a los huecos del
semiconductor, dando lugar a una zona
de inversin.
c) Proceso de borrado: Una tensin
negativa aplicada al metal hace que los
electrones de las trampas sean
transferidos al semiconductor.
d) Memoria desactivada: al desaparecer
la carga negativa en la interfase N-O, los
electrones vuelven a formar una zona de
acumulacin en la interfase O-S.
Para convertir este dispositivo en
un transitor es necesario dotar de dos
zonas p al dispositivo a ambos lados del
canal conducto, con dos contactos
elctricos suplementarios (fuente y
sumidero) tal como muestran las
siguiente figuras.
En la primera figura la memoria
est desactivada y entre la fuente y el
sumidero no pasa corriente (hay dos uniones p-n en oposicin).
-
En la segunda, la memoria est activada y, debido al canal de inversin, la
resistencia entre la fuente y el sumidero es muy pequea.
Si se conecta una resistencia mucho ms grande que la del canal de inversin entre
la alimentacin y el sumidero, en el primer caso la tensin VD ser la de alimentacin (el
transistor est en corte: no circula corriente). Por el contrario en lal segunda la tensin ser
prcticamente cero (el transitor est en saturacin : circula corriente entre la fuente y el
sumidero). Estas situaciones corresponderan a los valores 1 y 0 si ese transistor se utiliza
como bit de memoria.
El transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT)
n
S
G
D
VG=0
VD=VCC
p+ p+
ID=0
Acumulacin e-
VCC
R
n
S
G
D
VG=0
VD=0
p+ p+
ID=VCC/R
Canal de inversin
VCC
R
-
El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia hbrido que combina los
atributos del BJT y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por consiguiente
tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el MOSFET. Al igual
que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenmeno de ruptura secundario como
el BJT. Generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la
conmutacin en sistemas de alta tensin. La tensin de control de puerta es de unos 15V.
Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una seal elctrica de
entrada muy dbil en la puerta.
Caractersticas de funcionamiento:
Alta capacidad de manejar corriente (como un bipolar)
Facilidad de manejo (MOSFET)
El IGBT se suele usar cuando se dan estas condiciones:
Bajo ciclo de trabajo Baja frecuencia (< 20 kHz) Aplicaciones de alta tensin (>1000 V)
-
Alta potencia (>5 kW)
CARACTERSTICAS ELCTRICAS.
TRANSISTOR IGBT. CURVA CARACTERISTICA Y SIMBOLOS.
FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR IGBT
-
CARACTERSTICAS DE CONMUTACIN
El encendido es anlogo al del MOS, en el apagado destaca la corriente de cola:
-
Formas de Onda Caractersticas de la Tensin y Corriente en el Apagado de un
Transistor IGBT conmutando una carga inductiva (no comienza a bajar Id hasta que no
sube completamente Vd)
La corriente de cola se debe a la conmutacin ms lenta del BJT, debido a la carga
almacenada en su base (huecos en la regin n-).
Provoca prdidas importantes (corriente relativamente alta y tensin muy elevada) y
limita la frecuencia de funcionamiento.
La corriente de cola, al estar compuesta por huecos que circulan por la resistencia de
dispersin, es la causa del latch up dinmico.
Se puede acelerar la conmutacin del BJT disminuyendo la vida media de los huecos en
dicha capa (creando centros de recombinacin). Tiene el inconveniente de producir ms
prdidas en conduccin.
En los PT-IGBT la capa n+ se puede construir con una vida media corta y la n- con una
vida media larga, as el exceso de huecos en n- se difunde hacia la capa n+ dnde se
recombinan (efecto sumidero), disminuyendo ms rpido la corriente.
-
rea de Operacin Segura (SOA) de un Transistor IGBT.
a) SOA directamente Polarizada (FBSOA) b) SOA Inversamente Polarizada
(RBSOA)
IDmax , es la mxima corriente que no provoca latch up.
VDSmax , es la tensin de ruptura de la unin B-C del transistor bipolar.
-
Limitado trmicamente para corriente continua y pulsos duraderos.
La RBSOA se limita por la VDS/t en el momento del corte para evitar el latch-up
dinmico.
CARACTERSTICAS Y VALORES LMITE DEL IGBT.
IDmax Limitada por efecto Latch-up.
VGSmax Limitada por el espesor del xido de silicio.
-
Se disea para que cuando VGS = VGSmax la corriente de cortocircuito sea entre 4 a 10
veces la nominal (zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla durante unos 5 a 10 s. y
pueda actuar una proteccin electrnica cortando desde puerta.
VDSmax es la tensin de ruptura del transistor pnp. Como es muy baja, sera
VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de 600, 1.200, 1.700, 2.100 y
3.300 voltios. (Anunciados de 6.5 kV).
La temperatura mxima de la unin suele ser de 150C.
Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 Amp.
La tensin VDS apenas vara con la temperatura. Se pueden conectar en paralelo
fcilmente. Se pueden conseguir grandes corrientes con facilidad,(1.200 o 1.600
Amperios).
En la actualidad es el dispositivo mas usado para potencias entre varios kW y un par de
MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz.
a) Efecto de VGS y la corriente de drenador sobre la cada en conduccin
(Prdidas en conduccin). Uso de VGS max (normalmente=15V). b) Efecto de la corriente de drenador sobre la derivada de la cada en
conduccin respecto a la temperatura.
-
Aplicaciones Generales IGBT:
Los IGBT acumulan la mayor parte del mercado de componentes de potencia para
aplicaciones de media y alta tensin, no slo por su capacidad de potencia sino tambin
porque son tan rpidos que la frecuencia de los impulsos que generan son imperceptibles
por el odo humano.
Otro ejemplo curioso de aplicacin de esta tecnologa es su utilizacin para activar
o desactivar los pxeles en las pantallas tctiles de nueva generacin, sistemas de
iluminacin de edificios o centrales de conmutacin telefnica.
Estos dispositivos semiconductores de potencia se utilizan en convertidores
CC/CA, en maquinaria, robots industriales, compresores de equipos de aire
acondicionado, equipos de fabricacin de semiconductores, unidades de control de
motores en automviles y vehculos elctricos hbridos, equipos de soldadura.
Aplicaciones de IGBT en control por modos deslizantes:
El control en modo deslizante (VSC) aplicado a sistemas de estructura variable
(VSS) fue introducido en los aos 50 en la antigua Unin Sovitica por Emelyanov y otros
colaboradores. Segn la definicin de Sira-Ramrez [Sira-Ramirez, 1988] una superficie
en el espacio de estado de un sistema dinmico representa una relacin entre las
variables de estado que describen el comportamiento del sistema. Si ste es forzado a
evolucionar sobre esta superficie, las relaciones estticas de la dinmica resultante
quedan determinadas por los parmetros y ecuaciones que definen la superficie.
La teora de sistemas de Control por Modo Deslizante (CMD) representa una parte
fundamental de la teora de sistemas no lineales. Esta teora consiste en el empleo de
acciones de control conmutadas o discontinuas sobre una o varias superficies de
conmutacin. Uno de los principales inconvenientes asociados a la tcnica de CMD es la
intensa actividad que debe ejercer la seal de control, lo que resulta en la presencia de
oscilaciones de alta frecuencia.
Caso particular: Seales de referencia peridicas con valor medio nulo
-
En el caso de poseer una seal de referencia con valor medio nulo, la tensin de
salida deber adquirir polaridad positiva y negativa en rgimen deslizante. En el apartado
anterior se mostr que cuando nicamente se utiliza un interruptor bidireccional en
corriente existen inconvenientes, determinados por las inecuaciones que ofrecen la
existencia de rgimen deslizante, para garantizar el deslizamiento cuando la tensin
adquiere polaridad opuesta a la tensin de entrada. Recurdese, por otra parte, que en el
convertidor Boost el dominio de existencia de rgimen deslizante impona v>E, por lo que
al invertir la polaridad de la tensin de entrada se conseguirn dos zonas de existencia de
rgimen deslizante sin interseccin entre ellas, lo que implica que no podr lograrse
seguimiento de seal con valor medio nulo mediante control en modo de deslizamiento en
este convertidor.
Una solucin, ampliamente utilizada, que permite abordar esta problemtica consiste en
variar la polaridad de la fuente de entrada adecuadamente mediante la utilizacin de un
puente completo de interruptores. La figura 2.4 muestra un esquema circuital de un
puente completo implementado con interruptores IGBT, mientras que la ley de
conmutacin, denominada de dos estados, viene dada segn la tabla 2.9. Para ello, se
define la variable s que indicar la polaridad de dicha fuente, de este modo cuando e=l la
fuente de entrada tiene polaridad positiva y cuando e= -l la fuente de entrada adquiere
polaridad negativa.
Aplicacin del IGBT en PWM:
La Modulacin por Ancho de Pulso (PWM) es un sistema de control para los inversores
con el cual se obtiene una onda de salida de notables caractersticas y elevada
-
prestacin, con reducido contenido armnico y segn sea la aplicacin se puede optar por
una salida de parmetros fijos o variables:
Variacin de la tensin de salida.
Variacin de la frecuencia.
Variacin a relacin constante Tensin Frecuencia.
El circuito de potencia es el puente, en este caso monofsico, normalmente
implementado con transistores MOS o IGBT, debido a que en general trabaja con una
frecuencia de conmutacin del orden de los 15 KHz. Segn la aplicacin, en PWM se lo
utiliza entre 1KHz y 40 KHz y de hecho los elementos operan en conmutacin.
Las altas frecuencias de conmutacin son deseables para motores de corriente
alterna, ya que permiten la operacin del equipo con una corriente en el estator
prcticamente senoidoal y un rpido control de corriente para un alto rendimiento
dinmico. Adems el ruido puede ser reducido a una frecuencia del orden de los 20Khz.
Recientemente los BJT y los MOSFETs han sido cmodamente usados para esto, pero
como una tercera posible alternativa los IGBT han emergido recientemente. IBGT ofrece
baja resistencia y requiere poca energa para la activacin.
EL INVERSOR PUENTE TRIFSICO
-
La figura 3-8 nos muestra el circuito que puede cumplir con los requisitos solicitados por la ecuacin (3-4). Por lo tanto el motor AC puede ser controlado a velocidades diferentes a su valor nominal y an conservar las caractersticas nominales de su torque.
La nica forma de poder conseguir una onda de voltaje que cumpla con el requisito de cambiar proporcionalmente su voltaje y frecuencia al mismo tiempo, es por medio de un circuito Inversor.
En la figura 3-8 se muestran las partes que conforman la etapa de potencia de todo tipo de variador de velocidad de motor AC en la actualidad.
La alimentacin de entrada es VAC monofsico o trifsico dependiendo de la potencia del motor AC a controlar. Dicho voltaje AC es rectificado por medio de un puente de diodos.
Luego tenemos la etapa de filtrado compuesta de filtro de corriente (bobina) y filtro de voltaje (capacitor), con el objetivo de disponer de una barra de voltaje DC lo ms continua posible (bornes +DC/-DC).
Dicha barra DC es la entrada al circuito inversor, el cual por medio del trabajo conmutado de los IGBT la convierte en un voltaje de salida (bornes U, V, W) denominada Seno-PWM, que cumple con el requisito de mantener la relacin V/f a proporcin constante.
VOLTAJE SENO-PWM
-
La figura 3-9 muestra en forma detallada la onda Seno-PWM de salida del inversor trifsico en puente. La amplitud (Vd) de dicha onda es igual a la barra de voltaje DC (bornes +DC/-DC de entrada al circuito inversor).
El motor recibe dicha onda de voltaje por los bornes de salida U,V,W y la filtra obteniendo corrientes (IU, IV. IW) casi senoidales. El promedio de voltaje eficaz V depende del ancho de los pulsos y la frecuencia efectiva f vista por el motor es 1/T. La velocidad de conmutacin de los transistores IGBT es 1/t denominada frecuencia portadora.
El resultado es que el motor recibe la relacin V/f proporcional a sus valores nominales, consiguiendo que desarrolle su trabajo an a velocidades menores que lo normal y sin prdida de torque.
-
Bibliografa:
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