Formulario de Electrónica de Potencia

Conversiones energéticas

Dispositivos de potencia

Dispositivos Electrónicos

No controlados DIODOS

Con control de encendido TIRISTORES

Con control total TRANSISTORES

Dispositivos Pasivos

Magnéticos BOBINAS TRANSFORMADORES

Capacitivos CONDENSADORES

CAPACITOR

BOBINA

𝑣𝐶(𝑡) =1

𝐶∫ 𝑑𝑡

𝑖

0

𝑣𝐿(𝑡) = 𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡

𝑣𝐶_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎(𝑡) = 𝑉𝑠(1 − 𝑒−𝑡/𝑅𝐶) 𝑣𝐿_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎(𝑡) = 𝑉𝑠(𝑒−𝑡𝑅/𝐿)

𝑖𝐶_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎(𝑡) =𝑉𝑠

𝑅(𝑒−𝑡/𝑅𝐶) 𝑖𝐿_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎(𝑡) =

𝑉𝑠

𝑅(1 − 𝑒−𝑡𝑅/𝐿)

𝑣𝐶_𝑑𝑒𝑠𝑐(𝑡) = 𝑉𝑠(𝑒−𝑡/𝑅𝐶)

𝑖𝐶_𝑑𝑒𝑠𝑐(𝑡) = −𝑉𝑠

𝑅(𝑒−𝑡/𝑅𝐶) 𝑖𝐿_𝑑𝑒𝑠𝑐(𝑡) =

𝑉𝑠

𝑅(𝑒−𝑡𝑅/𝐿)

𝜏[𝑠] = 𝑅𝐶[Ω𝐹] 𝜏[𝑠] =

𝐿

𝑅 [𝐻/Ω]

𝑋𝐶 =1

2𝜋𝑓𝐶

𝑋𝐿 = 2𝜋𝑓𝐿

𝐸𝐶 =1

2𝐶𝑉2 𝐸𝐿 =

1

2𝐿𝐼2

OPTOACOPLADORES Transmite información entre circuitos conmutadores aislados eléctricamente uno del otro. Acople entre 2 sistemas mediante la trasmisión de energía, se elimina la necesidad de una tierra común, ambas partes acopladas pueden tener diferente voltajes de referencia

Si aplicamos un 1L (5V), el LED del opto-acoplador enciende y el fototransistor conduce la I a tierra; ∴ en la salida tendremos un 0L (0V). Si apagamos el LED, el transistor no conduce, ∴ en la salida tendremos un 1L (5V).

Datos técnicos Caída de tensión en el diodo LED: 1.2V iLED = 15mA

RAnodo =𝑉𝑐𝑐_𝐶𝑇𝑅𝐿 − 𝑉𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜

iLED

=5𝑉 − 1.2𝑉

15𝑚𝐴= 250Ω ≈ 220Ω

Corriente del transistor no muy alta:

imax de saturaciòn =iLED

5=

15mA

5= 3𝑚𝐴

RE =𝑉𝑐𝑐_𝑃𝑂𝑇

imáx_SAT

=5𝑉

3𝑚𝐴= 1.6𝐾Ω ≈ 1.5KΩ

Si en el pin I/O aplicamos un 1L (5V), el LED del opto-acoplador enciende y el fototransistor conduce para poner en la salida un 1L (5V). Mientras haya un 0L en la entrada, el fototransistor permanecerá abierto entre el emisor y colector, dando como resultado un 0L (0V) en la salida.

TIRISTORES Semiconductores con más de 2 uniones y más de 3 zonas con dopados distintos TIPOS PRINCIPALES: SCR y TRIAC SCR

•Rectificador Controlado de Silicio

•Soportar las potencias más elevadas. Soporta:

I>4000A y V>7000Volt.

• Control de encendido por corriente de puerta

(pulso). No es posible apagarlo desde la puerta (sí GTO). El circuito de potencia debe bajar la corriente anódica por debajo de la de mantenimiento.

• Frecuencia máxima de funcionamiento baja, ya que

se sacrifica la velocidad para conseguir una caída en conducción lo menor posible. Su funcionamiento se centra en aplicaciones a frecuencia de red. ESTRUCTURA

a) SCR Simplificado b) SCR como dos Transistores c) Circuito Equivalente

𝐼𝐶1 = 𝛼1𝐼𝐴 + 𝐼𝐶𝐵01 𝐼𝐶2 = 𝛼2𝐼𝐾 + 𝐼𝐶𝐵02

𝐼𝐴 = 𝐼𝑐1 + 𝐼𝐶2

𝐼𝐴 =𝛼2𝐼𝑐 + 𝐼𝐶𝐵01 + 𝐼𝐶𝐵02

1 − (𝛼1 − 𝛼2)

Disparos deseados: * Por impulso/(I) de puerta

Bloqueo natural

Disparos NO deseados: * Por exceso de tensión A-K * Por elevada derivada de tensión A-K: (𝑑𝑣𝐴−𝐾/dt) máx. * Por radiación electromagnética

Bloqueo forzado: * Por fuente inversa de tensión * Por fuente inversa de corriente

Característica v-i

Corriente de mantenimiento (IH): Es la corriente mínima de ánodo que se requiere para que el tiristor siga manteniéndose en conducción. Corriente de enclavamiento (IL): Es la corriente de ánodo mínima que se requiere para que el tiristor siga manteniéndose en conducción inmediatamente después de que el dispositivo haya entrado en conducción y la señal de puerta haya desaparecido (pulso en la puerta de 10 ms).

Característica estática

CIRCUITO

TRIAC

•Triodo para Corriente Alterna

•Combinación de dos SCR

•Estructura compleja (6 capas).

• Baja velocidad y poca potencia.

•Uso: como interruptor estático. ESTRUCTURA Conduce entre los dos ánodos (A1 y A2) cuando se aplica una señal a la puerta (G). El paso de bloqueo al de conducción se realiza por la aplicación de un impulso de corriente en la puerta MOSFET CANAL N CANAL P

Funcionamiento

Curvas de salida.

DIAGRAMAS

4N25/4N35

6N135

MOC3021

PC817

PC847

ELEMENTO SERIE SÍMBOLO P1 P2 P3

THYRISTOR: SCR

BT151

K A G

THYRISTOR: TRIAC

BT136

T1 T2 G

TRANSISTOR MOSFET CANAL N

IRFZ44N

G D S

TRANSISTOR MOSFET CANAL P

IRF9530 G D S

Voltaje RMS y Voltaje Medio

𝑉𝑅𝑀𝑆 = √1

𝑇∫ 𝑣(𝑡)2𝑑𝑡

𝑇

0

𝑉𝐷𝐶 =1

𝑇∫ 𝑣(𝑡)𝑑𝑡

𝑇

0

𝑉𝑅𝑀𝑆_𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑉𝑅𝑀𝑆2 + 𝑉𝐷𝐶

2

𝑃 =1

𝑇∫ 𝑣(𝑡)𝑖(𝑡)𝑑𝑡

𝑇

0

𝑃 =1

[𝑠]∫ [𝑉][𝐴]𝑑[𝑠]

𝑇

0

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝐴/√2 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 0

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝐴/√3 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 0

𝑉𝑅𝑀𝑆 =A 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 0

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝐴/√2 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 2𝐴/𝜋

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝐴/√3 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐴/2

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝐴/2 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐴/2

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝐴/2 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐴/𝜋

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝐴/√3 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐴/2

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

SERIES DE FOURIER

𝑓(𝑡) =𝑎0

2+ ∑ {𝑎𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝑛𝜔𝑡 + 𝑏𝑛 𝑠𝑒𝑛 𝑛𝜔𝑡}

∞

𝑛=1

Coeficientes:

𝑎0 =2

𝑇∫ 𝑓(𝑡)𝑑𝑡

𝑇

0

𝑎𝑛 =2

𝑇∫ 𝑓(𝑡) 𝑐𝑜𝑠 𝑛𝜔𝑡 𝑑𝑡

𝑇

0

𝑏𝑛 =2

𝑇∫ 𝑓(𝑡) 𝑠𝑒𝑛 𝑛𝜔𝑡 𝑑𝑡

𝑇

0

Armónicos

𝑇𝐻𝐷 = √∑ 𝑉𝑅𝑀𝑆

2∞𝑛=2

𝑉𝑅𝑀𝑆