Electronica de potencia resumen

Resumen. Electrónica de potencia

Se puede decir que la electrónica comienza con dispositivos que son capaces de rectificar como el rectificador de arco de mercurio que fue utilizado para el alambrado público. Lo siguiente en aparecer es el transistor que es hecho a base de silicio y mercurio este es capaz de controlar la carga mediante un electrodo, pero la electrónica de potencia como tal aparece a partir del tiristor que fue creado en el año 50.

Con la aparición del tiristor se comienza a crear dispositivos semiconductores tengan una capacidad de conducción o bloqueo controlados, con esto que sean capaces de conmutar que funcione la conducción y bloqueo de una manera preestablecida.

Podemos separar en 3 grupos de semiconductores que son:

Diodos como interruptores no controlados

Transistores como interruptores controlados a la conducción y al bloqueo.

Tiristores con capacidad de control al encendido y bloqueo típicamente bidireccional.

Se debe ocupar interruptores de estado sólido ya que a comparación de los interruptores mecánicos estos son: más robustos, más baratos, mayor flexibilidad, más estables y rápidos, menor mantenimiento, más fiables, mayor vida útil y no presentan fenómeno de arco.

Entre los años de 1950 y 2000 se desarrollaron nuevos dispositivos capaces de soportar mayores tensiones, corrientes y velocidades de conmutación. A partir del año 2000 se comienza con el estudio de nuevos materiales semiconductores como son el arseniuro de galio o el carburo de silicio.

1.4.2 Estado actual de los interruptores comerciales de semiconductor

1. Limites operativos

Un interruptor es un dispositivo que permite el paso de corriente. Se divide en 2 “i” cuando es de bloque cerrado y “u” cuando es de bloque abierto. Por eso los fabricantes presentan magnitudes como I max y U max que pueden soportar.

Estos mismos en función del disipador empleado se presenta una capacidad máxima de disipar calor, este se acostumbra a medir en función de la potencia máxima que, en valor medio puede disipar según:

[pic 1]

Esta ecuación es una zona delimitada por la denominada hipérbola de máxima disipación (HMD) y esta indica el limite de potencia disipable en un determinado régimen. La HMD con el Imax y el Umax delimita la zona de funcionamiento seguro (SOA), esta zona marca un limite en el punto de trabajo de los dispositivos que no pueden sobrepasar.

Los interruptores se los especifica a partir de dos parámetros:

• La capacidad o potencia de conmutación, tensión máxima que puede soportar un dispositivo.
• La máxima frecuencia a la que puede funcionar el interruptor en condiciones repetitiva.

Los interruptores estáticos buscan principalmente:

• Aumentar el área de conducción y bloqueo, aumento del SOA.
• Disminuir las pérdidas de comunicación.
• Disminuir las perdidas en conducción y bloqueo.
• Aumentar la densidad de potencia.

1. Los principales interruptores a semiconductores

En la actualidad existen 3 grupos de semiconductores los cuales son:

• Diodos

Son dispositivos de conducción y de bloqueo unidireccional y de conmutación natural que presentan pocas perdidas en conmutación. Pueden ser rectificadores para bajas frecuencias y rápidos para frecuencias altas.

• Transistores

Dispositivos de conducción y bloqueo de conmutación controlada. Disponen de un electrodo para gobernar su cierre o su apertura. Son los dispositivos de conducción más rápidos que existen.

Primero se desarrolló el transistor bipolar de unión (BJT) es un dispositivo de conducción y bloqueo en directa, en aplicaciones de potencia e necesita tener una energía elevada para mantener su conducción, además en estos se presenta el efecto de segunda ruptura donde disminuye su área de SOA. En el campo de los transistores lo siguiente en aparecer fueron los MOSFET que mejora el control, pero presenta inconvenientes por la capacitancia y que se presenta un comportamiento resistivo que hace que se reduzca el área de su SOA, en estos transistores en su interior existe un diodo que permite la conducción bidireccional y bloqueo directo. Y por último tenemos la unión de estos dos creando el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) este obtiene la ventaja de los dos reduciendo los problemas individuales.

• Tiristores

Son interruptores que son buenos para el trabajo con bajas frecuencias. Son dispositivos donde se presenta el cebado que permite un control al encendido y un apagado natural. Tipos de tiristores

• Rectificador controlado de silicio (SRC) es un dispositivo de conducción en directa controlada y bloqueo bidireccional.
• Triodo de alterna (TRIAC) es un dispositivo que permite el control al encendido tanto e conducción directa como en conducción inversa. Su apagado se produce de forma natural.
• Tiristor bloqueable por puerta (GTO) permite control tanto al encendido como al apagado, en estos existen dos GTO asimétrico y simétrico.

1.4.3 Tendencia en los dispositivos de potencia

La tendencia de la mejora de los dispositivos se enfoca en que se mejoren la densidad de potencia de los convertidores estáticos, reducción de costos de producción y de comercialización. Esta tendencia a mejorar se lo conoce como “Smart power”.

1. Disminución de perdidas.

El desarrollo de nuevos dispositivos va enfocada indirectamente a la reducción de perdidas, que es un punto muy importante en el diseño actual. Desde el año 1985 hasta el 2000 se a logrado reducir en un 33% la perdida en los semiconductores.

1. “Smart power” de primera generación

Esta se enfoca en un control más eficiente y con menores perdidas en un interruptor y de la misma manera reducir su costo. Para pertenecer a los “Smart power” de primera generación se debe tener un “Driver” para el encendido y pagado.

1. Nuevos encapsulados para nuevos materiales

La búsqueda de nuevos encapsulados para nuevos materiales trata de buscar una mejor compenetración entre estos además de que permita unas elevadas capacidades de integración de los componentes y de disipación de calor permitiendo trabajar a mayores temperaturas.

1. “Smart power” de segunda generación

En estos están los componentes que tienen encapsulados de alta eficiencia que permiten incluir más elementos además de semiconductores y la circuitería de excitación.

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