Sistemas Electrónicos de Interfaz

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE TULANCINGO

Practica 1: Diodos Semiconductores.

Nombre del alumnos:

Carlos Antonio Carrillo Silvestre

Jonathan Martínez Cárdenas

David Ortiz Lira

Carrera: Ingeniería Robótica

Nombre de la Asignatura:

Sistemas Electrónicos de Interfaz

Nombre del Docente:

Ing. José de Jesús Monter Vargas

Cuatrimestre:

Septiembre – diciembre 2023

Tulancingo de Bravo, Hidalgo, a 26 de septiembre de 2023

Objetivo

Un análisis exhaustivo de la tecnología de dispositivos de energía de estado sólido, evaluando sus aplicaciones, beneficios y desafíos. El objetivo es comprender cómo funciona, identificar sus usos en áreas como la electrónica de potencia y las energías renovables, y examinar las tendencias y barreras actuales.

Marco Teórico

Se aborda cómo funcionan estos dispositivos y las ventajas que ofrecen, como mayor eficiencia y menor tamaño en comparación con tecnologías tradicionales. También se investigan tendencias actuales, como su integración en sistemas de energía renovable y mejoras en la gestión térmica. Sin embargo, existen desafíos como la gestión de la temperatura y los costos que limitan su adopción.[pic 3]

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El marco teórico de esta investigación sobre dispositivos de estado sólido de potencia se adentra en los siguientes aspectos clave:

1. Dispositivos de Estado Sólido de Potencia (DESP) Se inicia la investigación definiendo los dispositivos de estado sólido de potencia como componentes electrónicos que regulan y controlan el flujo de energía eléctrica sin requerir partes móviles. Esto incluye dispositivos como transistores de efecto de campo (FET), tiristores, diodos Schottky, MOSFETs e IGBTs.

1. **Principios de Funcionamiento: Se profundiza en los principios de funcionamiento de estos dispositivos, explicando cómo

gestionan la energía eléctrica y regulan el flujo de corriente. Se abordan conceptos clave, como la conmutación, la amplificación de señal y la regulación de voltaje.

1. Aplicaciones Clave: Se identifican y describen las aplicaciones más importantes de los DESP en la industria y la tecnología, incluyendo la electrónica de potencia en fuentes de alimentación conmutadas, inversores, reguladores de voltaje, convertidores DC-DC, así como su uso en sistemas de energía renovable y electrónica de automoción.

1. Ventajas de los DESP: Se destacan las ventajas fundamentales de estos dispositivos, incluyendo su alta eficiencia energética, tamaño compacto, fiabilidad mejorada y velocidad de conmutación rápida en comparación con tecnologías electromecánicas tradicionales.

1. Tendencias Actuales: Se examinan las tendencias más recientes en el campo de los DESP, como su integración en sistemas de energía renovable, avances en miniaturización, mejoras en la gestión térmica y eficiencia energética, así como desarrollos en procesos de fabricación y diseño.

1. Desafíos y Limitaciones: Se discuten los desafíos técnicos y económicos que enfrentan los DESP, incluyendo la necesidad de abordar eficazmente la gestión térmica, garantizar la confiabilidad a largo plazo, controlar los costos y asegurar la compatibilidad con sistemas preexistentes.

1. Recomendaciones y Perspectivas Futuras: El marco teórico concluye resumiendo las principales conclusiones y ofreciendo recomendaciones para la implementación efectiva de dispositivos de estado sólido de potencia en diversas aplicaciones. También se discuten las perspectivas futuras de esta tecnología, destacando su potencial para

transformar la electrónica de potencia y la gestión de energía en varias industrias.

Desarrollo

En esta fase de la investigación, se exploran los últimos avances tecnológicos en dispositivos de potencia de estado sólido (SPD), centrándose en tres categorías principales: transistores de efecto de campo (FET), tiristores y diodos Schottky. Se realizó una revisión exhaustiva de la literatura científica y técnica, se realizaron simulaciones por computadora y se recopilaron datos de laboratorio para evaluar los siguientes aspectos clave:

1. Electrónica de Potencia Industrial: Se examinaron casos de estudio donde los DESP se utilizan en sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), variadores de velocidad para motores eléctricos y fuentes de alimentación conmutadas para la industria.

1. Sistemas de Energía Renovable: Se investigaron las contribuciones de los DESP en la eficiencia y la estabilidad de los sistemas de conversión de energía en fuentes de energía renovable, como paneles solares y turbinas eólicas.

1. Electrónica de Automoción: Se analizaron los avances en la aplicación de DESP en vehículos eléctricos e híbridos, incluyendo su uso en inversores y controladores de motor.

Retos actuales y futuros:

A medida que DESP avanza y se exploran las aplicaciones, se identifican los principales desafíos y limitaciones de la tecnología:

1. Gestión de la temperatura: a pesar de las mejoras en la eficiencia, la gestión térmica sigue siendo un desafío grave, especialmente en aplicaciones de alta potencia.

1. Costo: en algunas aplicaciones, el costo de un DESP avanzado puede ser prohibitivo y requerir estrategias de reducción de costos sin comprometer la calidad.

1. Confiabilidad a largo plazo: Garantizar la confiabilidad a largo plazo de los DESP sigue siendo un desafío importante, especialmente en aplicaciones críticas donde la falla podría ser costosa o peligrosa.

Conclusiones y Recomendaciones:

En resumen, esta fase de investigación revela que los DESP continúan evolucionando, brindando mejoras sustanciales en eficiencia y aplicaciones en diversas industrias. Sin embargo, se necesita una atención continua a los desafíos de gestión térmica, costos y confiabilidad. Como recomendación, se sugiere una mayor inversión en investigación y desarrollo para abordar estos desafíos y aprovechar al máximo el potencial de los DESP en aplicaciones futuras.

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