INTERRUPTORES SEMICONDUCTORES DE POTENCIAUNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA

ELECTRONICA DE POTENCIA

Ing. Camilo Sanabria

INTRODUCCION

Los dispositivos de semiconductores de potencia disponibles seclasifican en tres grupos, de acuerdo con su grado decontrolabilidad:

1. Diodos: Estados de conexin y descnexin controlados por el circuito de potencia.

2. Tiristores: Son activados mediante una seal de control,pero pueden ser desactivados por medio del circuito depotencia (control por fase) o por un circuito de controlexterno.

3. Interruptores controlables: Se conectan y desconectanmediante seales de control.

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INTRODUCCION

Interruptores controlables:

Transistores de unin bipolar (bipolar junctiontransistors, BJT),

Transistores de efecto de campo xido metlicosemiconductor (metal-oxide-semiconductor fieldeffect transistors, MOSFET)

Tiristores desactivables por puerta (GTO)

Transistores bipolares de puerta aislada (insulatedgate bipolar transistors, IGBT)

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DIODOS

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DIODOS

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Curva caracterstica i-v Curva idealizada i-v

DIODOS

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Tiempo de recuperacin inversa del diodo

DIODOS

Segn los requisitos de la aplicacin, estn disponibles varios tipos dediodos:

l . Diodos Schottky: Estos diodos se usan donde se requiere una cadabaja de tensin directa (normalmente 0.3 V) en circuitos de tensin desalida muy baja.

2. Diodos de recuperacin rpida: Estos diodos estn diseados parael uso, en circuitos de alta frecuencia, en combinacin coninterruptores controlables donde se necesita un tiempo corto derecuperacin inversa.

3. Diodos de frecuencia de lnea: El voltaje de estado de encendido deestos diodos est diseado para ser lo ms bajo posible, y enconsecuencia tienen tiempos trr ms grandes, aceptables paraaplicaciones de frecuencia de lnea..

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TIRISTORES

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TIRISTORES

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Curva caracterstica i-v Curva idealizada i-v

TIRISTORES

Ejemplo de uso:

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Intervalo de desconexin

Formas de onda

TIRISTORES

Segn los requisitos de aplicacin, estn disponibles varios tipos de tiristores, se recomienda considerar para la seleccin:

Tensiones y corrientes nominales

El tiempo de apagado tq y la cada de la tensin directa.

Magnitud de incremento de la corriente (di/dt) en laconexin.

Magnitud de incremento de la tensin (dv/dt) en ladesconexin.

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TIRISTORES

l. Tiristores de control de fase: Algunas veces denominados tiristores deconversin, se usan sobre todo para rectificar tensiones y corrientes defrecuencia de lnea en aplicaciones como rectificadores controlados porfases para accionamientos motrices de CA y CC, y en transmisiones deenerga de alta tensin .

2. Tiristores de grado inversor: Se disearon para tener tiempos deapagado tq pequeos. adems de bajas tensiones activas, aunque lastensiones activas son ms grandes en dispositivos con valores ms cortosde tq.

3. Tiristores activados por luz: Se activan mediante un pulso de luzconducido por fibras pticas a una regin especial sensible del tiristor. Eldisparo del tiristor activado por luz usa la capacidad de la luz de longitudesde onda correspondientes para generar un exceso de pares de electrones-huecos en el silicio. El uso principal de estos tiristores es en aplicacionesde alta tensin, como la transmisin de CC de alta tensin, donde seconectan muchos tiristores en serie para conformar una vlvula detiristores.

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CARACTERSTICAS DESEADAS EN INTERRUPTORESCONTROLABLES

El interruptor controlable ideal tiene lassiguientes caractersticas:

1. Bloquea de forma arbitraria grandestensiones directas e inversas con flujo decorriente cero.

2. Conduce en forma arbitraria grandescorrientes con cada cero de tensin cuandoest encendido.

3. Conmuta de encendido a apagado oviceversa en forma instantnea cuando sedispara.

4. Se requiere una cantidad de energainsignificante de la fuente de control paradisparar el interruptor.

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CARACTERSTICAS DESEADAS EN INTERRUPTORESCONTROLABLES

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Caracterstica de conmutacin de un interruptor genrico

CARACTERSTICAS DESEADAS EN INTERRUPTORESCONTROLABLES

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Caracterstica de conmutacin de un interruptor genrico

CARACTERSTICAS DESEADAS EN INTERRUPTORESCONTROLABLES

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Perdidas por conmutacin en el interruptor

( ) ( )1

2conmutacion d O s c enc c apagP V I f t t

Perdidas de encendido en el interruptor

encconmutacion enc O

s

tP V I

T

CARACTERSTICAS DESEADAS EN INTERRUPTORESCONTROLABLES

Caractersticas deseables en un interruptor controlable:

1) Una pequea corriente de fuga en el estado inactivo.

2) Un pequeo voltaje de estado activo V para minimizar prdidas de energa en estado activo.

3) Tiempos cortos de voltaje de conexin y desconexin.

4) Gran capacidad de bloqueo de tensin directa e inversa

5) Corriente nominal alta del estado activo.

6) Un coeficiente positivo de temperatura de resistencia en estado activo.

7) Una pequea cantidad de energa para conmutar el dispositivo.

8) Capacidad de soportar tensin nominal y corriente nominal en forma simultnea durante la conmutacin.

9) Grandes capacidades de dv/dt y di/dt.

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TRANSISTORES DE UNIN BIPOLARY DARLINGTONS MONOLTICOS

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TRANSISTORES DE UNIN BIPOLARY DARLINGTONS MONOLTICOS

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Curva caracterstica i-v Curva idealizada i-v

TRANSISTORES DE UNIN BIPOLARY DARLINGTONS MONOLTICOS

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Configuracin Darlington Configuracin triple Darlington

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPODE METAL-XIDO-SEMICONDUCTOR

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Curva caracterstica i-v Curva idealizada i-v

DESACTIVACIN POR PUERTA DE TIRISTORES

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Curva caracterstica i-v Curva idealizada i-v

DESACTIVACIN POR PUERTA DE TIRISTORES

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TRANSISTORES BIPOLARES DE PUERTA AISLADA (IGBT)

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Curva caracterstica i-v Curva idealizada i-v

TIRISTORES CONTROLADOS MOS

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Curva caracterstica i-v Curva idealizada i-v

COMPARACIN DE INTERRUPTORES CONTROLABLES

DispositivoCapacidad

de potenciaVelocidad de conmutacin

BJT/MD Media Media

MOSFET Baja Rpida

GTO Alta Lenta

IGBT Media Media

MCT Media media

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COMPARACIN DE INTERRUPTORES CONTROLABLES

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BIBLIOGRAFIA

ELECTRONICA DE POTENCIA Convertidores, aplicaciones ydiseo; Tercera Edicin; Ned Mohan, Tore M. Undeland,William P. Robbins

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