diodo el tiristor

8/18/2019 Diodo El Tiristor

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ELECTRONICA DE POTENCIA 1111

MetodologíaEvaluación

IntroducciónContenidoInformaciInformacióónnGeneralGeneral

UNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE INGENIERIAS

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ÁREA DE : AUTOMÁTICA

ASIGNATURA : ELECTRÓNICA DE POTENCIA

CÓDIGO : 710104M

PRERREQUISITOS : ELECTRÓNICA III.

PROG. ACADÉMICO : INGENIERÍA ELÉCTRICA

I. INFORMACION GENERALI. INFORMACION GENERAL


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UNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE INGENIERIAS

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

CRÉDITOS : 4

SEMESTRE : OCTAVO - NOVENO

HABILITABLE : NO

VALIDABLE : NO

PROFESOR : ING. JORGE E. QUINTERO C.

CORREO : [email protected]


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Tratar los diferentes tipos de convertidores electrónicos de energía tales como

los conversores de CA-CC, CC-CC y los CC-CA.

RESUMEN DEL CONTENIDO:RESUMEN DEL CONTENIDO:


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II. OBJETIVOSII. OBJETIVOS

GENERALESEl curso está orientado al estudio y análisis del comportamiento de los conversores

que conforman las bases de la Electrónica de potencia.


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ESPECESPECÍ Í FICOSFICOSSeleccionar los semiconductoresapropiados para aplicaciones depotencia.


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II. OBJETIVOSII. OBJETIVOSESPECESPECÍ Í FICOSFICOS

Conocer el funcionamiento de circuitos rectificadores monofásicos,bifásicos y trifásicos, en puente con diferentes tipos de cargas.


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ESPECESPECÍ Í FICOSFICOS

Conocer el funcionamiento de los circuitos troceadores de C.C. con diferentestipos de cargas.


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Estudiar el funcionamiento de circuitos inversores.


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Estudiar el funcionamiento de circuitos troceadores de C.C.


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InformaciónGeneral

ContenidoContenido MetodologíaEvaluación

Introducción

Semana 1Tiristores y Triacs. Circuitos de disparo: UJT, con AMPOP, Disparo DigitalSemana 2, 3 y 4

Circuitos Rectificadores Controlados Monofásicos y Trifásicos. Cargas R y RL.Aplicaciones en variadores de velocidad de motores de C.C.Semana 5 y 6Circuitos con Triacs. Aplicaciones (control de potencia en procesosindustriales)

Semana 7Primer Examen ParcialSemana 8Elementos semiconductores de conmutación : BJT, MOSFET, IGBT.Semana 9, 10, 11

Troceadores de Corriente Continua. Clases. Aplicaciones en el control develocidad para motores de corriente continua.Semana 12Segundo Examen Parcial

III. CONTENIDOIII. CONTENIDO


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InformaciónGeneral

ContenidoContenido MetodologíaEvaluación

Introducción

Semana 13, 14Inversores monofásicos y trifásicos. Control de velocidad de motores de

corriente alterna, fuente de corriente y fuente de voltaje. Modulación de anchode pulso.

Semana 15Tercer Examen Parcial

Semana 16Trabajos finales

III. CONTENIDOIII. CONTENIDO


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Contenido MetodologMetodologí í aaEvaluaciEvaluacióónn

Introducción

RASHID, M.H. “Power electronics - Circuits, Devices and Applications”,Prentice-Hall International, New Jersey, 1992

MOHAN, N.,Undeland, T. Robbins, W ;”Power Electronics : Converters,Applications and Design.

IV. METODOLOGIAIV. METODOLOGIAEl curso se desarrollará con la ayuda de un paquete de simulación existente en elPPIEEC. Las tareas se desarrollarán con base en este paquete.

Se requieren conocimientos básicos de PSPICE para su manejo.

V. EVALUACIV. EVALUACIÓÓNN Primer parcial 25%Segundo parcial 25%Tercer Parcial 25%

Tareas 25%VI. BIBLIOGRAFVI. BIBLIOGRAFÍ Í AA


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Contenido MetodologíaEvaluación

IntroducciIntroduccióónn

EL DIODO DE POTENCIAEL DIODO DE POTENCIA

Un diodo de potencia es una

unión p-n en la cual se tienenque cumplir dos condiciones:

Transporte degrandes corrientes en

conducciónAsumir grandes

niveles de voltaje enpolarización inversa

Esto se cumple mediante lasiguiente construcción:


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EL DIODO DE POTENCIAEL DIODO DE POTENCIA

a) En polarización inversa:la unión formada por lascapas p+n- al estar pocodopada soporta unatensión muy elevada.

b) En polarización directa: lacirculación de electronesdesde la capa n+ inundade electrones la capa n- con lo que desde el punto

de vista de la caída enconducción esequivalente a un diodomuy dopado.


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EL DIODO DE POTENCIAEl símbolo y la característica del diodo son:

La ecuación fundamental del diodo (ecuación de Schockley) es:

)( / 1−= T D nV V S D e I I

º

var,

,

)(,

)(,

2526

21

1010 156

a mV q

KT V térmicoVoltajeV

yentreíaemisión deeCoeficient n

A ae típicament fuga deCorriente I

V directa ón polarizacien diodo del voltajeV

A directo sentidoen diodo del través aCorriente I

T T

S

D

D

≈==

=

=

=

=

−−

1 V

BRV

AK V

i


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DIODO DE POTENCIA: Características dinámicas

ENCENDIDO DEL DIODOENCENDIDO DEL DIODOAPAGADO DEL DIODOAPAGADO DEL DIODO


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InformaciónGeneral



ENCENDIDO DEL DIODOENCENDIDO DEL DIODO

TensiTensióón directa,n directa, V V ON ON : Caída de tensión deldiodo en régimen permanente para la

corriente nominal.

TensiTensióón de recuperacin de recuperacióón directa,n directa, V V fr fr ..:Tensión máxima durante el encendido.

Tiempo de recuperación directa, t ON :Tiempo para alcanzar el 110% de V ON .

Tiempo de subida,Tiempo de subida, tr tr : Tiempo en el que lacorriente pasa del 10% al 90% de su valordirecto nominal. Suele estar controlado porel circuito externo (inductivo).



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APAGADO DEL DIODOAPAGADO DEL DIODO

Tiempo de recuperaciTiempo de recuperacióón inversa,n inversa, t t rr rr :Tiempo que durante el apagado del diodo,tarda la intensidad en alcanzar su valor

máximo (negativo) y retornar hasta un 25%de dicho valor máximo.

(Tip. 10 µs para los diodos normales y 1µspara los diodos rápidos (corrientes muyaltas).

El tiempo de recuperaciEl tiempo de recuperacióónnInversa es el mayor de losInversa es el mayor de los

dos tiempos de conmutacidos tiempos de conmutacióónn

es responsable de la mayores responsable de la mayorparte de las pparte de las péérdidas derdidas deconmutaciconmutacióón.n.

Qrr, Cargaalmacenada



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InformaciónGeneral



Qrr, CargaAlmacenada

Pico de tensióndebido a Ldi/dt.

L=bobina en seriecon el diodo

Didt

d

Perdidas muy elevadas al ser la corrientey el voltaje muy altas

El tiempo de recuperación inversa es elmayor de los dos tiempos de conmutación

y el responsable de la mayor parte de laspérdidas de conmutación.

La carga almacenada que se elimina porarrastre es:

rr

rr rr rr

rr rr

I

Qt Q

t I 2

2≅⇒≅

∫=rr t

f rr dt iQ0

Aproximando el área bajo la corriente a

un triángulo será:



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Qrr, CargaAlmacenada

Pico de tensióndebido a Ldi/dt.

L=bobina en seriecon el diodo

Didt

d

Perdidas muy elevadas al ser la corrientey el voltaje muy altas

rr

rr rr D

t

I

ta

I

dt

di≅=

La derivada de la corriente durante tadepende del circuito externo, ynormalmente será:

t a >> t b es decir: t a ≅ ≅≅ ≅ t rr .

Si se resuelve el circuito y se conoce elvalor de la derivada de i D :

dt

diQ I Drr rr 2≅

se obtiene:



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Los factores que influyen en el tiempo de recuperación inversa son:

• di F /dt cuanto mayor sea, menor será trr . No obstante, el aumento de esta

pendiente aumentará el valor de la carga almacenada Q . Esto producirámayores pérdidas.

• V R cuanto mayor sea, menor será trr . En este caso si la tensión inversa

es mayor se necesita menos tiempo para evacuar los portadoresalmacenados.

• I F cuanto mayor sea, mayor será trr . Esto se debe a que la cargaalmacenada será mayor.

• T cuanto mayor sea la temperatura, aumentarán tanto Q como trr .



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Las pérdidas aumentan con:

La intensidad directa.

La pendiente de la intensidad.

La frecuencia de conmutación.

La tensión inversa aplicada.

La temperatura de la unión.



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Clasificación de los Diodos de Potencia

Los diodos de potencia se clasifican considerando suscaracterísticas de recuperación inversa y sus técnicas defabricación:

Diodos de propósito generalSon diodos que tienen un tiempo de recuperación relativamentelargo (25us), por lo que se recomiendan para aplicaciones de bajafrecuencia.

Rangos de Corriente: desde mA hasta varios kARangos de Voltaje: desde 50 V hasta 5 kV

DIODO DE POTENCIA:


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InformaciónGeneral



Diodos de Recuperación RápidaPresentan un tiempo de recuperación menor a 5us. Se utilizan

preferencialmente en troceadores de CC y en inversores.

Rangos de Corriente: desde mA hasta cientos de ARangos de Voltaje: desde 50 V hasta 3 kV

Diodos SchottkySe construyen colocando una película de metal en contacto directocon un semiconductor de silicio tipo n. Se alcanzan tiempos derecuperación entre algunos ns y cientos de ns.

Rangos de Corriente: desde 1 A hasta 300 ARangos de Voltaje: hasta 100 VVoltaje de Apertura: 0.3 a 0.4 V

DIODO DE POTENCIA:


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DefiniciDefinicióón:n: El tiristor (SCRSCR, Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controladode Silicio), es un dispositivo semiconductor biestablebiestable formado por tres unionesPN con la disposición PNPN. Está formado por tres terminales, llamados AnodoAnodo,CCáátodotodo y PuertaPuerta. El instante de conmutación, puede ser controlado con todaprecisión actuando sobre el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional,Es un elemento unidireccional,

conmutador casi idealconmutador casi ideal yy rectificadorrectificador.

TIRISTOR


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TIRISTOREstructura y caracterEstructura y caracterí í stica Vstica V--II

En la fabricacifabricacióónn se emplean técnicas de difusidifusióón y crecimienton y crecimiento epitaxialepitaxial. Elmaterial básico es el Si.

El tiristortiristor (SCR)(SCR), está formado por cuatro capas semiconductoras P y N. Estascuatro capas forman 3 uniones PN: U1 (P1-N1), U2 (N2-P1) y U3 (P2-N2), que secorresponden con 3 diodos. El comportamiento de estos diodos no esno esindependienteindependiente, ya que hay capas comunes entre ellos, y por tanto habráinteracciones que determinan el comportamiento final.


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TIRISTOR: Característica real V – IVDWM: Voltaje máximo directo de trabajo

VDRM: Voltaje máximo repetitivo directo

VRRM: Voltaje máximo repetitivo inverso

VT: Voltaje de trabajo en conducción

IT: Corriente de trabajo en conducción

IH: Corriente de mantenimiento

IDRM: Corriente máxima directa de trabajo

IRRM: Corriente máxima repetitiva inversa

IL: Corriente de enganche


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TIRISTOREncendido del Tiristor

En condiciones normales el tiristor enciende si:

•VAK>0

•Se le aplica un pulso de corriente de puerta

Sin embargo existen otras posibilidades de encendidoanormal del tiristor, que deben ser evitadas:

•Por exceso de temperatura disipada

•Por superación del voltaje directo de ruptura

•Por superación del dV/dt aplicado


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DISPARO POR PUERTA

Es el proceso utilizado normalmente para disparar un tiristor. Consiste en la aplicación en lapuerta de un impulso positivo de intensidad (generalmente), mediante la conexión de ungenerador adecuado entre los terminales de puerta y cátodo a la vez que se mantiene unatensión positiva entre ánodo y cátodo.Cuando se aplica una tensión VG, se consigue bajar el potencial (A - K) necesario para dispararal tiristor, hasta un valor inferior al de VAK aplicado en ese momento.

Disparo porDisparo por dcdc

Disparo por impulsoDisparo por impulso Disparo por puerta:Disparo por puerta:


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InformaciónGeneral



TIRISTOR

B.- Tiempo de Apagado (tOFF)

Es el tiempo de pasotiempo de pasoconducciconduccióón a corten a corte

Dividimos el tiempo de apagado en dos:

B1.- T de recuperaciT de recuperacióón inversan inversa. (ttrrrr).B2.- T de recuperaciT de recuperacióón de puertan de puerta. (ttgrgr).

grrroff ttt +== qt


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TIRISTORCaracterCaracterí í sticassticas de conmutacide conmutacióón:n:

Es aconsejable tratar de identificar los

parámetros de conmutación en lashojas de características


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TIRISTOR

La extinciLa extincióón deln del tiristortiristor se producirse produciráá por dos motivos:por dos motivos:

Por reducción de la corriente de ánodo por debajo de la corriente de

mantenimiento y por anulación de la corriente de ánodo.

ParParáámetros que influyen sobremetros que influyen sobre ttoff off ::

Corriente en conducción (IT).

Tensión inversa (VR).

Velocidad de caída de la corriente de ánodo dI/dt.

Pendiente de tensión dVD /dt.

Temperatura de la unión T j o del contenedor Tc.

Condiciones de puerta.

CaracterCaracterí í sticassticas de conmutacide conmutacióón:n:

I f ió C t id M t d l í ó


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InformaciónGeneral



TIRISTOR

En ctos donde el valor de dV/dt sea superior al valor dado por el fabricante, se pueden

utilizar ctosctos supresores de transitoriossupresores de transitorios. Se conectanSe conectan en bornes de la alimentación, en

paralelo con el semiconductor o en paralelo con la carga.

Una solucisolucióónn muy utilizada en la práctica es conectarconectar en paralelo con elcon el tiristortiristor un cto

RC (Red SNUBBERRed SNUBBER), para evitar variaciones bruscas de tensión en los extremos del

semiconductor:

Limitaciones delLimitaciones del tiristortiristor

Las más importantes son debidas a:

Frecuencia de funcionamiento.

Sobretensiones y pendiente de tensión (dV/dt).

Pendiente de intensidad (dI/dt).

Temperatura.

I f ió C t id M t d l í I d iI t d ióó


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InformaciónGeneral



TIRISTORLimitaciones del tiristor: frecuencia

Información Contenido Metodología I t d iI t d ióó


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TIRISTOR

Limitaciones delLimitaciones del tiristortiristor

diodo el tiristor

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