Electronica de potencia.

Daniel Castañeda, Juan Villalobos

Universidad Autónoma del  Caribe

Barranquilla - Colombia.

djcaspic@gmail.com, Juandaavilla@gmail.com

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Dispositivos de potencia

Resumen—  En el presente documento se explicara los dispositivos más relevantes de la electrónica de potencia con respecto a la información consultada en las bibliografías. Entre los dispositivos electrónicos que se abordarán a lo largo del documento serán: LOS TIRISTORES, TRIAC, DIAC Y SCR.

Donde se explica de manera explícita el funcionamiento de cada uno de ellos.

1. INTRODUCCION

L

a electrónica de potencia busca la manera de hacer la integración de la energía, la electrónica y el control con el fin de poder  maniobrar la potencia para los fines que se hace necesario implementar el control de la energía eléctrica  en los sistemas para impulsar dispositivos o periféricos. En este documento  se expondrán los principales dispositivos de potencia  más usados en la actualidad para dar a conocer las características que denotan cada uno de ellos. Por lo tanto se establecerá su funcionamiento y la apariencia que tienen  cada uno de estos dispositivos lo cual permite poder establecer que ante el mando los niveles de voltajes y corrientes que utilizan son elevados por ello se les ubica entre dispositivos de alta potencia.

DIODO DE POTENCIA

Un diodo tiene el funcionamiento de interruptor, realizando diferentes funciones: como conmutadores, rectificadores, corrida libre en reguladores conmutados, inversión de carga de capacitor y transferencia de energía entre componentes, aislamiento de voltaje, regreso de energía de la carga a la fuente de alimentación y recuperar la energía atrapada.

Los diodos de potencia se parecen a los diodos de señal de unión pn, pero estos manejan mayores capacidades de potencia, voltaje, corriente y una velocidad de conmutación más baja en comparación con los diodos ordinarios de señal.
Son aplicados en potencia como interruptores ideales.

Cuando el potencial es positivo con respecto al cátodo, el diodo está polarizado directo, permitiendo la conducción electricidad, teniendo una caída directa de voltaje a través relativamente pequeña. Cuando el potencial del cátodo es positivo con respecto al del ánodo, el diodo está polarizado inverso, pasando una corriente pequeña inversa o corriente de fuga (corriente de pérdida).

los diodos de potencia se pueden clasificar en:

• Diodos de propósito general:

Estos tienen un tiempo de recuperación inversa grande, normalmente de 25µs, Son aplicados en circuitos donde no es crítico el tiempo de recuperación como en rectificadores.

Con especificaciones de corriente que van de menos de 1A hasta varios miles de amperes y voltajes de 50 V hasta 5 kV.

• Diodos de recuperación rápida:

Estos poseen una recuperación mucho más rápida, teniendo un normalmente menor a 5 µs.

Su aplicación es más común en circuitos donde la velocidad de conmutación es de crítica importancia, como convertidores de cd a cd y de cd a ca.  

Esos diodos abarcan especificaciones actuales

Con especificaciones de corriente que van de menos de 1A hasta varios miles de amperes y voltajes de 50 V hasta 3 kV.

• Diodos de Schottky:

Este diodo posee una unión Metal-N, a diferencia de los normales tipo P-n.

Su aplicación es más común en fuentes de alimentación de gran corriente y alto voltaje de cd.

Con especificaciones de corriente que van de menos de 1A hasta 400A y voltajes hasta 100V.

1. DIAC:
   

El diac es una combinación inversa en paralelo de dos semiconductores, se comporta como un diodo bidireccional que permite la activación o disparo en cualquier dirección.

son utilizados en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase.

[pic 2] [pic 3]

Imagenes tomadas de: BOYLESTAD, R. L., & NASHELSKY, L. (s.f.). Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos Electricos . Pearson.

Cuando la tensión de disparo se alcanza (tensión de 20 a 40 V), la tensión en el DIAC se reduce, Actuando como una llave semicircular interruptora bidireccional, dejando el paso a la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC.

1. INTERRUPTOR UNILATERAL DE SILICIO (SUS)

[pic 4]

Dispositivo semiconductor cuya estructura se conforma como la combinación de un tirirstor con puerta anódica y un diodo entre puerta y cátodo.

Este conduce en una sola dirección de ánodo a cátodo cuando el voltaje en el primero es mayor que en el segundo. Su aplicación normal es para el disparo de transistores.

1. TRANSISTORES DE POTENCIA

Los transistores de potencia son dispositivos electrónicos los cuales entregan una señal de salida en función a una señal de entrada, es decir son utilizados como elementos de conmutación, los transistores de potencia son en esencia, utilización y funcionamiento similares a los transistores normales, con la diferencia que los transistores de potencia soportan altas intensidades y tensiones, estos trabajan en sistemas de baja y media potencia. los transistores de potencia se dividen en categorías:

1. Transistores bipolares de unión (BJT): Estos transistores se forman cuando a un diodo de unión pn, se le agrega una segunda capa n o p, por lo que se forman los transistores NPN y PNP. los transistores bipolares de unión (BJT) posee 3 terminales o pines  Base (B), Colector ( C)  y Emisor (E),  por los cuales  ingresan una señal las cuales propician  que el transistor  permanece cerrado  siempre que la unión entre colector  y emisor   siempre y cuando dicha  unión posea una polarización correcta. los transistores bipolares de unión  son dispositivos que funcionan en base a la corriente , dado que necesita que la base se excite con una corriente para conducir al colector, estos transistores son utilizados  como convertidores de potencia, amplificación y como conmutadores o switches.
2. Transistores de efecto de campo de metal óxido semiconductor (MOSFET): los MOSFET son dispositivos que cuentan con 4 terminales, fuente o surtidor  (S), drenado (D),  compuerta (G) y  sustrato (B).Estos dispositivos necesitan una pequeña corriente y son controlados por voltaje, cuentan con  una alta velocidad de conmutación. El funcionamiento básico de  un MOSFET es conducir al  hacer pasar una corriente por el terminal gate o compuerta (G) y el terminal source (S) se cierra el MOSFET permitiendo o habilitando  la salida a través del terminal  drain (D),    Los MOSFET  poseen versiones  con canal P o N es decir PNP y NPN  respectivamente,  en los cuales para que  pueda circular  una corriente se ha de aplicar   voltaje negativo o positivo, también puede hablarse de Mosfet incremental y decremental. Los Mosfet normalmente son aplicados en convertidores de potencia, sistemas de control de motores, entre otras (J.M:ABELLA & DUART)..
3. Transistores de inducción estática (SIT): Los transistores de inducción estática son dispositivos de  alta potencia y alta frecuencia su funcionamiento es similar a un JFET o transistor de efecto de campo,   en el cual  se controla el paso de una corriente en  función al voltaje aplicado, los SIT cuentan con 3 terminales, compuerta (G), drenado (D) y source (S), por los cuales l pasar un Voltaje se bloqueara  o reducirá la corriente. Los SIT son útiles en amplificadores de audio.
4. Transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT): es un dispositivo electrónico controlado por voltaje donde  se combinan  algunos  ventajas de los BJT y  de  los Mosfet, como  la alta impedancia  de entrada, etc. los IGBT son normalmente utilizados  en  electrónica de potencia como interruptor. estos transistores son más rápidos que los BJT, estos son perfectos para operar  con altas tensiones, altas corrientes y frecuencias. (Rashid)

1. TIRISTORES

Los tiristores son dispositivos semiconductores con cuatro capas, de estructura pnpn, con tres uniones pn. Se componen de tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta.

Se manejan como interruptores biestables, que funcionan como interruptores ideales, pasando de un estado no conductor a un estado conductor.  a diferencia de los transistores, los tiristores tienen menores pérdidas por conducción en estado encendido y mayor especificación de manejo de potencia. pero teniendo menor funcionamiento en conmutación, debidos a su menor velocidad y menores pérdidas de conmutación.

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