Practica # 2Transistores-SCR

Electronica de Potencia

1.- Mencionar todas las características sobresalientes de los transistores Bipolares y los MOSFETs.

BJTConstitución:

Esta constituido por tres capas de materiales semiconductores extrínsecos. Dos uniones PN o junturas. Tres patas metálicas llamadas Emisor, Base y Colector

Funcionalidad: Por medio de las tres patas, cada semiconductor se conecta al circuito exterior. Los electrones atraviesan las junturas pasando desde el emisor al colector. Solo el 1%

de los electrones se combinan con los huecos de la base. Regulando la tensión de Vee se regula la cantidad de electrones que atraviesan la primer

juntura.

MOSFETConstitución:

Está formado por un semiconductor extrínseco tipo P con dos islas tipo N muy fuertemente dopadas.

Tres patas metálicas llamadas Source (isla tipo N), Gate (material tipo P), Draw (isla tipo N)

Funcionalidad: La corriente a través del dispositivo, es controlada por un campo eléctrico asociado a un

voltaje aplicado al contacto de entrada. Si se aplica una tensión positiva en el Gate, se forma un canal negativo que une las islas

del material tipo P son repelidos y alejados de la zona superior. La conductividad de este canal aumenta con el voltaje aplicado.

Se atrae a los portadores negativos y se cierra el circuito. Si se corta la tensión en el Gate, el canal desaparece y no circula corriente entre el

Source y Draw.

2.- Investigar sobre la importancia de conocer el Trr del diodo de potencia. La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se establece hasta después del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unión la zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda un tiempo tb (llamado tiempo de caída) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desaparecido el exceso de portadores.

ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.

tb (tiempo de caída): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que ésta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unión polarizada en inverso. En la práctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de éste.

trr (tiempo de recuperación inversa): es la suma de ta y tb.

Influencia del trr en la conmutación

Si el tiempo que tarda el diodo en conmutar no es despreciable:

Se limita la frecuencia de funcionamiento. Existe una disipación de potencia durante el tiempo de recuperación inversa.

Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperación rápida.

Factores de los que depende trr :

A mayor IRRM menor trr. Cuanta mayor sea la intensidad principal que atraviesa el diodo mayor será la capacidad

almacenada, y por tanto mayor será trr.

3.- Explicar el proceso de ENCENDIDO un transistor MOSFET. ¿Qué requisitos se deben cumplir para el que MOSFET conduzca?

En electrónica de potencia el MOSFET trabaja como llave, pasando de estado de bloqueo o corte a estado de conducción en la zona activa o resistiva. En las transiciones pasa por la zona de saturación, siguiendo distintas curvas según el circuito externo.Los mecanismos son los mismos que para el MOSFET de señal, la diferencia radica en los valores de la tensión de bloqueo y de resistencia de conducción (RDSon).En el estado de conducción, o llave prendida (figura 1.11 (b)), el dispositivo se comporta como una resistencia aproximadamente constante en el rango de corrientes de trabajo, que depende del área total del chip. Para esto es necesario aplicar y mantener una tensión adecuada de gate.La. ID es la máxima corriente que el dispositivo puede conducir en forma permanente. IDM es la máxima corriente absoluta que puede conducir en forma transitoria. El MOSFET puede trabajar en forma permanente con corrientes menores que ID y en forma transitoria con corrientes con valores entre ID e IDM.Al aplicar la tensión de encendido UGS se acumulan electrones en la zona del canal según el mecanismo ya descrito. Debido a la tensión aplicada y a las dimensiones de la zona del canal la zona de inversión que se forma corresponde a un MOSFET de canal \corto". Esa zona del cuerpo p pasa entonces a comportarse como un material con dopaje n. También se acumulan electrones en la zona n¡ del drain que queda enfrentada a la placa del gate. En el chip se forma entonces un camino de conducción entre los terminales de source y drain formado por el material n+ del source, el canal con comportamiento n, la zona de acumulación de portadores n en el material n¡, la capa n¡ y la capa n+ de contacto con el metal del drain. En definitiva es un camino de conducción n en el que se mueven electrones como portadores. Es un dispositivo de portadores mayoritarios y el mecanismo de conducción es de tipo drif t, es decir, de portadores impulsados por un campo eléctrico. Por lo tanto el dispositivo se comporta como una resistencia. La movilidad de los portadores disminuye con la temperatura, ya que aumentan las colisiones con átomos de la misma forma que en un metal, por lo tanto el coeficiente de temperatura de esa resistencia es positivo.Por este motivo no se producen focalizaciones de corriente y puntos calientes en el chip, y el MOSFET, a diferencia del BJT, no presenta el fenómeno de \Segundo Breakdown". Su zona de operación segura queda limitada solamente por la temperatura de juntura, que depende de la disipación térmica.

4.- En el cálculo de potencia en un ciclo de trabajo de un transistor BJT, cuáles son las potencias más sobresalientes y por qué?. La potencia que consume la carga, la potencia que entrega la fuente

5.- Explicar el proceso de protección del circuito RC en el transistor de potencia. ¿Por qué de la importancia de hacer un correcto cálculo de los valores de R y C? Si la disipación de potencia no es crítica, existe un diseño rápido para el snubber RC. De manera empírica, elija el capacitor amortiguador Csnub que es igual al doble de la suma de la capacitancia de salida del interruptor y la capacitancia de montaje estimada.

El resistor amortiguador Rsnub se selecciona para que . La disipación de potencia en Rsnub en una frecuencia de conmutación dada se puede calcular como:

Cuando este diseño simple y empírico no limita el voltaje pico de manera suficiente, se aplicará el procedimiento de optimización.

Snubber RC optimizado: En estos casos donde la disipación de potencia es crítica, se debería usar un método de diseño mejor. Primero, mida la frecuencia de oscilación transitoria (Fring) en el nodo del interruptor MOSFET (SW) cuando se apague. Suelde un capacitor con ESR baja, de 100 pf y de tipo película a lo largo del MOSFET. Aumente la capacitancia hasta que la frecuencia de oscilación transitoria sea la mitad del valor original medido. Ahora el total de capacitancia de salida del interruptor (la capacitancia agregada más la capacitancia parásita original) es aumentada por un factor de cuatro, ya que la frecuencia de oscilación es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del producto de capacitancia de inductancia del circuito. Por lo tanto, la capacitancia parásita Cp es un tercio del valor del capacitor agregado de manera externa. La inductancia parásita Lp ahora se puede obtener al usar la siguiente ecuación:

1.- Circuitos de control de disparo del SCR. Introducción. Un rectificador controlado de silicio, SCR (Silicon Controlled Rectifier) es un dispositivo de tres terminales, usado para controlar corrientes más bien altas para una carga. Un SRC actúa a semejanza de un interruptor. Cuando está condicionado o encendido, ON, hay una trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces como un interruptor cerrado. Cuando está apagado, OFF, no puede haber flujo de corriente el ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Entre sus aplicaciones tenemos:

Alumbrado. Control de velocidad de motores en DC. Soldadura eléctrica. Calentamiento eléctrico.

a) Dado el circuito mostrado en la figura, donde R2 es un resistor variable de 100 [KΩ]. Datos: V1 = 200V pico, frecuencia 50Hz. El SCR genérico

a) Utilizando el programa PROTEUS u otro que sepan manejar armar el circuito mostrado en la figura para realizar la simulación. b) Mostrar en graficas separadas las formas de onda de las tensiones en el capacitor C1, Anodo – Cátodo del SCR y la de carga de 50 [Ω]. c) Mostrar en graficas separadas las formas de onda de las corrientes por el GATE y por la carga R1 para distintos ángulos de disparo. d) Comentar los resultados obtenidos.

2.- CIRCUITOS DE CONTROL DE DISPARO DEL TRIAC Introducción. Los triacs se comportan en general como los SCRs, excepto en que los primeros pueden conducir corriente en ambas direcciones. Tanto los triacs como los SCRs son miembros de la familia de los tiristores. Entre sus aplicaciones tenemos:

Control de intensidad de alumbrado. Control de velocidad de motores en AC. Soldadura eléctrica. Calentamiento eléctrico.

Práctico: Dado el siguiente circuito (Ven = 120Vrms) R2, resistor variable, 100K, Triac Genérico.

1. Utilizando el programa PROTEUS u otro que sepan manejar armar el circuito mostrado en la figura para realizar la simulación.

2. Mostrar en graficas separadas las formas de onda de las tensiones MT2 – MT1 del TRIAC y la de carga de 100 [Ω]. 3. Graficar la corriente que circula por el GATE del TRIAC para el mínimo y máximo ángulo de disparo. 4. Graficar y medir el valor eficaz de la tensión en la carga para el mínimo y máximo valor del ángulo de disparo. 5. Graficar y medir la potencia en la carga para el mínimo y máximo valor del ángulo de disparo.

3.- Investigar sobre algunos métodos de control de disparo para los SCRs y Triacs.

4.- Se tiene una fuente DC de valor Vs = 50v para alimentar una carga de valor R = 12 [Ω]. El circuito de disparo se comporta como sigue:

a) Envía un pulso de encendido a la compuerta del SCR. b) 6 ms después envía un pulso de apagado del SCR (a través de un circuito auxiliar de apagado). c) Se repite esta secuencia a una frecuencia de 125 [Hz].

Se pide:

a) Dibujar la forma de onda del voltaje en la carga. b) Calcular la potencia que se entrega a la carga.

5.- ¿En que consiste el encendido de un SCR o Triac por dv/dt.? ¿Qué medidas se deben tomar para evitar esto?

6.- Un Triac controla la corriente de AC suministrada a una carga. Un Reostato puede hacer el mismo trabajo. ¿De qué manera un Triac es superior a un reóstato?