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DEFINICIONES BASICAS A REPASAR La asignatura fusiona criterios de software y de electronica. Algunos no se los explicaron otros si! Electronicos Resistencia.

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Lección 4 EL DIODO DE POTENCIA Sistemas Electrónicos de Alimentación 5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación Universidad de Oviedo.

Transístor bipolar O termo Transístor resulta da aglutinação dos termos ingleses TRANsfer + reSISTOR (resistência de transferência).

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1 DEFINICIONES BASICAS A REPASAR La asignatura fusiona criterios de software y de electronica. Algunos no se los explicaron otros si! Electronicos Resistencia electrica, propiedades, tipos, tolerancias,materiales,deteccion de una fallada. Capacitancia electrica, tipos,tolerancias,materiales,deteccion de una fallada. Inductancia, Propiedades, tipos, Deteccion Fallada. Diodos semiconductores, Propiedades, Tipos, deteccion de falla. Transistores Bipolares Transistores efecto de campo IGBTs Tiristores Transductores basicos Termocupla PT100 Sensor de presion

2 Sensores Pasivos: no tienen ni mecanica ni electronica Activos: diseñados en fabrica tienen electronica interna o un diminuto microprocesador O inteligencia circuital

3 RESISTENCIAS VEREMOS IMAGENES VIDEOS CODIGO DE COLORES (ISRAEL).FLV RESISTENCIAS1.FVL RESISTENCIAS ESPECIALES.FLV

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5 CAPACITORES CLASES MEDIRLOS DETECTAR SUS FALLAS CARACTERISTICAS DE CADA UNO VER VIDEOS

6 25. Condensadores Existen diferentes tipos de condensadores para cubrir la multiplicidad de aplicaciones en que se usan. Todos se basan, sin embargo, en estructuras similares basadas en dos placas conductoras separadas por un material dieléctrico. 0 = 8,85· F/m r (agua) = 81 r (aceite) = 5 d V r Comportamiento eléctrico

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9 25. Condensadores Características de un condensador Valor capacitivo (F) Tolerancia Tensión nominal Intervalo de temperaturas Coeficiente de pérdidas Forma constructiva Valor capacitivo Cada tipo de condensador se fabrica dentro de un intervalo determinado de capacidades. Valores normalizados según las series aplicables a las resistencias. Tolerancia de la capacidad Son valores típicos: 10%, 20%, etc.

10 25. Condensadores Tensión nominal (U N ) Máxima tensión de trabajo del condensador. Riesgo de explosión en caso de no respetarla Se distinguen dos valores: Tensión límite permanente (U g ) Máxima tensión continua que puede soportar en rég. pte. Tensión de pico (U p ) Máxima tensión instantánea que puede tolerar. Intervalo de temperaturas Rango de temperaturas de trabajo en el que se garantizan las propiedades indicadas por el fabricante. Depende de la rigidez eléctrica (V/m) del dieléctrico.

11 25. Condensadores Coeficiente de pérdidas Se define la tg a partir del circuito equivalente del condensador. C real A BAB C ideal LsLs RsRs RiRi L s y R s se deben principalmente a los contactos. R i es consecuencia del dieléctrico El coeficiente de pérdidas es la relación entre la potencia activa y la potencia reactiva en el circuito equivalente con excitación senoidal. Despreciando la influencia de L s. Trabajando a baja frecuencia, el efecto predominante es el de R i, mientras que a frecuencias elevadas es R s la que domina. tg = f (C, f, Temp.)

12 25. Condensadores Forma constructiva Fabricar condensadores que permitan obtener valores de capacidad lo más elevados posible. Aumentando r. Depende exclusivamente del dieléctrico. Disminuyendo d. Limitado por el proceso de fabricación. Aumentando S. Maximizar S sin penalizar mucho el volumen. Condensadores variables. C C = C 2 Tendencia a ser sustituidos por diodos VARICAP.

13 25. Condensadores Condensadores electrolíticos de aluminio Una de las armaduras está constituida por un líquido conductor o electrolito. La otra armadura es una lámina de aluminio sobre cuya superficie se crea una capa de Al 2 O 3 que constituye el dieléctrico. Al ánodo (+) Al 2 O 3 dieléctrico Electrolito cátodo (-) Al Al 2 O 3 Papel impregnado con electrolito

14 25. Condensadores Los condensadores electrolíticos son los que presentan la mayor relación capacidad/volumen. Varios factores contribuyen a ello: La permitividad relativa del Al 2 O 3 es r = 10. En los dieléctricos de papel, por ejemplo, se tiene r = 5. El Al 2 O 3 tiene una alta rigidez eléctrica ( 800·10 6 V/m). Permite usar espesores más finos para soportar la misma tensión. (1,2nm/V con Al 2 O 3 y >6µm/V con papel) El electrolito se adapta a la rugosidad de la superficie del dieléctrico. De este modo, la superficie efectiva es mayor (aumenta C). S S' > S Electrolito Al 2 O 3 Aluminio

15 25. Condensadores Características de condensadores electrolítico de aluminio POLARIDAD La lámina de aluminio con la capa de óxido debe conectarse al polo positivo y la otra, al negativo. Si se invierte la polaridad, se produce un proceso electrolítico que da lugar a un calentamiento y a un desprendimiento de gases que pueden destruir el condensador. TENSIÓN NOMINAL (U N ) Tensión continua para la que se ha construido el condensador. Valores normalizados: 6,3 – 10 – 16 – 25 – 40 – 63 – 100 – 160 – 250 – 350 – TENSIÓN DE PICO (U P ) Máxima tensión que puede soportar puntualmente. Según IEC 3844: U P = 1,15·U N si U N 315V y U P = 1,10·U N si U N >315V Durante 1 minuto (5 veces por hora como máximo)

16 25. Condensadores TENSIÓN ALTERNA SUPERPUESTA Valor eficaz de la tensión alterna adicional a la componente continua con la que se puede cargar el condensador. El valor de cresta de la tensión resultante no debe superar el valor de la tensión nominal. No debe aparecer ninguna polaridad inversa de más de 2V. vCvC t V DC V C (máx) U N Características de condensadores electrolítico de aluminio (cont.)

17 25. Condensadores INTENSIDAD ALTERNA SUPERPUESTA Valor eficaz de la corriente alterna con la que se puede cargar el condensador. Este valor depende de varios parámetros: tg, frecuencia, temperatura, superficie de refrigeración,... Determina el tiempo de vida del condensador. La vida del condensador depende mucho de la temperatura a que está sometido, y ésta depende a su vez de la potencia que disipa, cuyo valor es.ESR·I A.S. 2. El fabricante suministra gráficas que dan idea del tiempo de vida de un condensador. Características de condensadores electrolítico de aluminio (cont.)

18 25. Condensadores VARIACIÓN DE LA CAPACIDAD CON LA TEMPERATURA La capacidad de un condensador electrolítico de aluminio aumenta ligeramente al subir la temperatura. En principio, cuanto menor es la tensión nominal del condensador, mayor pendiente presentan las curvas. C C nom 20º T 10V 16V 25V Características de condensadores electrolítico de aluminio (cont.)

19 25. Condensadores IMPEDANCIA Se considera el siguiente circuito equivalente: * A bajas frecuencias el comportamiento es esencialmente capacitivo. * A altas frecuencias, el comportamiento inductivo es el que predomina. * A frecuencias próximas a la frecuencia de resonancia, la impedancia es R ESR. AB C LSLS R ESR Se distinguen tres zonas de comportamiento: |Z| f Características de condensadores electrolítico de aluminio (cont.)

20 25. Condensadores Características de condensadores electrolítico de aluminio (cont.) Las curvas de impedancia presentan su mínimo tanto más bajo cuanto mayor sea la temperatura. Debido a que la resistencia del electrolito disminuye al subir la temperatura ºC 20ºC 0ºC -20ºC |Z| f Estas curvas se obtienen usando equipos de medida denominados analizadores de impedancia.

21 25. Condensadores Condensadores electrolíticos de tántalo Estructura similar a la de los condensadores electrolíticos de aluminio. Usan tántalo para el ánodo en lugar de aluminio. Ta ánodo (+) Ta 2 O 5 dieléctrico Electrolito cátodo (-) Ag contacto Armadura ánodo Lámina de tántalo. Dieléctrico Ta 2 O 5 generado por oxidación. Armadura cátodo Electrolito (sólido, como MnO 2, o líquido en forma de ácido muy conductor). Contacto con el cátodo En general, Ag.

22 25. Condensadores Características de condensadores electrolítico de tántalo POLARIDAD La lámina de aluminio con la capa de óxido debe conectarse al polo positivo y la otra, al negativo. Admiten conexión back to back. Los condensadores de electrolito sólido pueden soportar cierta tensión inversa indicada por el fabricante. C C Cátodo-cátodo C/2 C C Ánodo-ánodo Condensadores del mismo valor y de la misma tensión inversa. El condensador resultante carece de polaridad El condensador resultante carece de polaridad No aplicable a condensadores de tántalo de electrolito líquido

23 25. Condensadores IMPEDANCIA Presentan baja resistencia serie. AB C LSLS RSRS Emplean electrolitos de alta conductividad. Características de condensadores electrolítico de tántalo (cont.) R Dieléc (R ESR = R S + R Dieléc. ) El MnO 2 tiene una conductividad muy alta y poca dependencia de la temperatura. Los electrolitos secos presentan mejor comportamiento ºC 20ºC 0ºC -20ºC Electrolito húmedo (ácido) 85ºC 0ºC -20ºC Electrolito seco (MnO 2 ) Los condensadores electrolíticos de tántalo sólido son los condensadores electrolíticos de menor resistencia serie. Además, su curva de impedancia no se ve muy modificada ante cambios de temperatura.

24 25. Condensadores Condensadores cerámicos Materiales cerámicos con elevada constante dieléctrica. TiO 2 r 100 Añadiendo BaO se obtiene BaTiO 3 r Hay dos tipos de materiales cerámicos: Cerámica NDK (Clase 1) r = tg = 1,5·10 -3 C = c · T ( c = cte) Cerámica HDK (Clase 2) r = tg = (5,0 7,5)·10 -3 Dependencia no lineal de la capacidad con la temperatura Los materiales cerámicos de Clase 1 presentan menos pérdidas. Al tener mayor r, los materiales cerámicos de Clase 2 permiten obtener la misma capacidad en menos volumen.

25 25. Condensadores Características de condensadores cerámicos Los valores más relevantes son c y tg. Cerámica NDK (Clase 1) Condensadores COG (NPO) c = (0 30)·10 -6 K -1 (-55ºC 125ºC) Muy estables y con pocas pérdidas. Cerámica HDK (Clase 2) Condensadores X7R C = 15% en el rango -55ºC 125ºC. Envejecimiento: disminución del 2% por década temporal. tg < 25·10 -3 Alta densidad de encapsulado. Condensadores Z5U C = 22% 56% en el rango 10ºC 85ºC. Envejecimiento: disminución del 5% por década temporal. tg < 30·10 -3 Máxima densidad de encapsulado. Variación despreciable de C con la tensión y la frecuencia. Para circuitos donde se requiere pérdidas mínimas y estabilidad. Se usan en circuitos en los que no se imponen especificaciones exigentes a la estabilidad y a las pérdidas (acoplamiento y filtrado, por ejemplo)

26 25. Condensadores Condensadores de plástico metalizado Hay varios tipos. Se designan como sigue: MKT Tereftalato de polietileno MKP Polipropileno MKC Policarbonato MK Acetato de celulosa (laca) Formados por capas de plástico sobre las que se depositan, por evaporación al vacío, capas metálicas que sirven de armadura. Plástico (dieléctrico) Metal (armadura) Capas metálicas muy finas (0,02 a 0,05µm) comparadas con el espesor del dieléctrico (3µm para 100V, 8µm para 400V,...).

27 25. Condensadores Características de condensadores de plástico metalizado FACULTAD AUTORREGENERATIVA Si se perfora el dieléctrico en un punto con elevado gradiente de potencial, aparece un arco eléctrico que genera una energía térmica capaz de vaporizar el metal existente en torno al arco. De esta forma, además de extinguir el arco, se aísla el punto deteriorado del dieléctrico (y el condensador sigue operativo). La superficie metálica implicada en el proceso de autorrege-neración es tan pequeña que la variación de capacidad es prácticamente despreciable. Sólo una pequeña fracción de la energía almacenada en el condensador es disipada durante este proceso, que dura únicamente unos 10µs La facultad autorregenerativa (self-healing) es exclusiva de los condensadores de plástico metalizado. Hay condensadores de plástico (film/foil capacitors) cuyas armaduras son láminas de aluminio de unas 6µm, demasiado gruesas para ser vaporizadas puntualmente ante un arco.

28 25. Condensadores Características de condensadores de plástico metalizado (cont.) VARIACIÓN DE LA CAPACIDAD CON LA TEMPERATURA Esta variación no es lineal, aunque entre 20ºC y 70ºC se puede considerar que sí lo es. En cualquier caso, la variación de la capacidad con la temperatura depende mucho del tipo de dieléctrico empleado. T (ºC) 0 20 C/C (%) MKL MKT MKC MKY MKP IMPEDANCIA Determinada a partir del circuito equivalente genérico. L S es bastante pequeña debido a cómo se hacen los contactos.

29 25. Condensadores Condensadores de bajas pérdidas Condensadores de plástico (no metalizado) con poliestireno como dieléctrico y Al o Sn como armadura. Serie KS. En Europa se conocen como condensadores styroflex. Tratamiento térmico durante fabricación que hace encoger la lámina de plástico. Esto les confiere estanqueidad protección frente a humedad. Tienen un coeficiente de temperatura constante y negativo. Aplicación típica en circuitos oscilantes junto con bobinas de ferrita (que tienen un coeficiente de temperatura negativo) para conseguir una frecuencia de resonancia prácticamente constante. L C

30 25. Condensadores Selección de condensadores La elección del tipo de condensador depende de la aplicación. Condensadores electrolíticos Sólo soportan tensión continua. Debido a su polaridad. Valores de 1F con tensiones de hasta 450 ó 600V (aluminio). Los de tántalo ofrecen cientos de µF hasta 100V y varios miles de µF con bajas tensiones (6 – 10V). Se usan en circuitos en los que se necesita un valor de capacidad elevado y que trabajan a baja frecuencia (f<100Hz). Son los que presentan la mayor relación capacidad/volumen, pero presentan una elevada resistencia serie. Los de tántalo son mejores que los de aluminio, pero tienen valores más bajos y suelen cortocircuitarse en caso de fallo.

31 25. Condensadores Condensadores electrolíticos (cont.) Aplicaciones típicas. Filtros de baja frecuencia. vCvC t + 220V ef Circuitos de almacenamiento de energía. W = · C · V Flash de fotografía L V R + 12

32 25. Condensadores Condensadores electrolíticos (cont.) Aplicaciones típicas (cont.). Acoplamiento de señales. Otros circuitos de medida y regulación. A veve vsvs V cc vAvA vsvs

33 25. Condensadores Condensadores cerámicos Se usan en circuitos en los que se necesita alta estabilidad y bajas pérdidas en alta frecuencia. Circuitos osciladores. Filtros pasivos y activos de frecuencias medias y altas. Por su estabilidad con la temperatura. Aprovechando su baja ESR y buena respuesta en frecuencia. Son buenos aislantes térmicos y eléctricos. Bajos valores de capacidad. De 1pF a 1nF en Clase 1 y de 1pF a 470nF en Clase 2 con tensiones comprendidas entre 3V y 10kV. Se pueden conseguir valores más elevados acudiendo a condensadores cerámicos multicapa (MLCC).

34 Los valores de los condensadores MKT van desde los 10nF hasta valores superiores a los 10µF. 25. Condensadores Condensadores de plástico metalizado Preferiblemente usados en aplicaciones de CC o de CA con poca corriente y frecuencia relativamente baja. Los MKT no destacan en nada, pero son suficientemente buenos en muchas cosas (bajo coste, pequeño tamaño,...) como para que constituyan una buena elección en aplicaciones no críticas. Debido a su elevado factor de disipación. Se puede decir que, en general, se usarán los condensadores MKT en aquellas aplicaciones en las que se necesiten valores más elevados que los que ofrecen los condensadores cerámicos de Clase 1 pero con mejores propiedades que los condensadores cerámicos de Clase 2.

35 25. Condensadores Condensadores de plástico metalizado (cont.) Los MKP tienen un factor de disipación bajo en todo el rango de temperatura y en un elevado rango de frecuencias. Suele colocarse en paralelo con un condensador electrolítico para que éste filtre la componente de baja frecuencia. Esto les hace muy utilizados en aplicaciones de alta frecuencia y alta corriente (como fuentes conmutadas, por ejemplo). Filtrado a alta frecuencia. Redes de protección de semiconductores.

36 25. Condensadores Los valores de los condensadores MKP cubren el rango que va desde los 100pF a los 10µF aproximadamente. En general, los MKP tienen mejores características que los MKT salvo en lo que se refiere a la deriva térmica y a la resistencia al calor. Los MKP aguantan hasta 105ºC, mientras que los MKT llegan a alcanzar los 125ºC. Condensadores de plástico metalizado (cont.) Los condensadores MKP también suelen utilizarse en integradores y en circuitos de captura y retención (sample and hold).

37 25. Condensadores Resumen (I) Clase y tg CapacidadU N (V)Aplicación Electrolíticos de Al tg = (60 150)·10 f=100Hz 470nF 390mF6, Filtro, acoplamiento, bloqueo, aplanamiento de ondulaciones, almace- namiento de energía. Electrolíticos de Ta tg < (50 80)·10 f=120Hz 100nF 1,2mF4 125 Comunicaciones, medida y regulación. Aplana- miento y acoplamiento. Condensador en pastilla para circuitos híbridos. Cerámicos Clase 1 tg < 1,5·10 C > 50pF 1pF 47nF Oscilador estabilizado en frecuencia para com- pensación de tempera- tura. Filtro, alta tensión, impulsos, pastilla.

38 25. Condensadores Resumen (II) Clase y tg CapacidadU N (V)Aplicación Cerámicos Clase 2 tg = (25 30)· pF 2,2µF Filtrado, acoplamiento; condensador de alta tensión, impulsos, en pastilla. MKL tg = (12 15)·10 f=1kHz 33nF 100µF Para corriente continua y para aplicaciones de alterna superpuesta. Aplanamiento, desacoplo y acoplamiento. Muchas formas cons- tructivas. MKT tg = (5 7)·10 f=1kHz 680pF 10µF63 12,5k MKC tg = (1 3)·10 f=1kHz 1nF 1µF

39 25. Condensadores Resumen (y III) Clase y tg CapacidadU N (V)Aplicación MKP tg = 0,25·10 f=1kHz 1,5nF 4,7µF250 40k Etapas de deflexión en televisores, fuentes conmutadas. KS (styroflex) y KP tg = (0,1 0,5)·10 f=1kHz 2pF 100nF Condensadores para circuitos oscilantes en circuitos de sintonía de frecuencias, acoplo y desacoplo de alto aislamiento, técnica de miniaturización. Condensadores de bloqueo. MKY tg = 0, 5·10 f=1kHz 100nF 10µF 250 Aplicaciones en circuitos oscilantes.

40 25. Condensadores Simbología normalizada Condensador genérico Condensador con polaridad Condensador variable Condensador ajustable Lectura del valor de un condensador Los electrolíticos tienen escrito su valor claramente. Cuando el tamaño es menor, se recurre a una notación de tres dígitos (dos cifras significativas y un multiplicador). Las unidades son pF o µF. Las letras que acompañan a este valor indican la tolerancia. ¡¡OJO!! K indica ±10% (no 10 3 ) y M indica ±20% (no 10 6 ). El sentido común indicará si son pF o µF (según tamaño)

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42 Transístor bipolar O termo Transístor resulta da aglutinação dos termos ingleses TRANsfer + reSISTOR (resistência de transferência). O termo bipolar refere-se ao facto dos portadores electrões e lacunas participarem no processo do fluxo de corrente.

43 43 Constituição Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por duas junções PN (junção base-emissor e junção base-colector) de material semicondutor (silício ou germânio) e por três terminais designados por Emissor (E), Base (B) e Colector (C). N – Material semicondutor com excesso de electrões livres P – Material semicondutor com excesso de lacunas Altamente dopado Menos dopado que o Emissor e mais dopado que a Base Altamente dopado Camada mais fina e menos dopada Menos dopado que o Emissor e mais dopado que a Base Camada mais fina e menos dopada

44 44 Junções PN internas e símbolos Junção PN base - emissor Junção PN base - colector

45 45 Principio de funcionamento Para que o transístor bipolar conduza é necessário que seja aplicada na Base uma corrente mínima (V BE 0,7 Volt), caso contrário não haverá passagem de corrente entre o Emissor e o Colector. I B = 0 O transístor não conduz (está ao corte) Se aplicarmos uma pequena corrente na base o transístor conduz e pode amplificar a corrente que passa do emissor para o colector. Uma pequena corrente entre a base e o emissor… …origina uma grande corrente entre o emissor e o colector

46 46 Utilização O transístor bipolar pode ser utilizado: como interruptor electrónico. na amplificação de sinais. como oscilador.

47 47 Polarização Para o transístor bipolar poder ser utilizado com interruptor, como amplificador ou como oscilador tem que estar devidamente polarizado através de uma fonte DC. Para o transístor estar correctamente polarizado a junção PN base – emissor deve ser polarizada directamente e a junção base – colector deve ser polarizada inversamente. Regra prática: O Emissor é polarizado com a mesma polaridade que o semicondutor que o constitui. A Base é polarizada com a mesma polaridade que o semicondutor que a constitui. O Colector é polarizado com polaridade contrária à do semicondutor que o constitui. EmissorBaseColectorEmissorBaseColector PNPNPN

48 48 Polarização + Rc Rb _ Rc Rb + _ R b – Resistência de polarização de base R c – Resistência de colector ou resistência de carga EmissorBaseColectorEmissorBaseColector PNPNPN

49 49 Representação de tensões e correntes V CE – Tensão colector - emissor V BE – Tensão base – emissor V CB – Tensão colector - base I C – Corrente de colector I B – Corrente de base I E – Corrente de emissor V RE – Tensão na resistência de emissor V RC – Tensão na resistência de colector

50 50 Relação das correntes Rc Rb + ICIC IEIE IBIB Considerando o sentido convencional da corrente e aplicando a lei dos nós obtemos a seguinte relação das correntes num transístor bipolar I E = I C + I B

51 51 Características técnicas Utilizando o código alfanumérico do transístor podem-se obter as suas características técnicas por consulta de um data book ou de um data sheet do fabricante. I C É a máxima corrente de colector que o transístor pode suportar. Se este parâmetro for excedido o componente poderá queimar. V CEO Tensão máxima colector – emissor com a base aberta. V CBO Tensão máxima colector – base com o emissor aberto. V EBO Tensão máxima emissor – base com o colector aberto. h FE ou Ganho ou factor de amplificação do transístor. h FE = I C : I B P d Potência máxima de dissipação. f T Frequência de transição (frequência para a qual o ganho do transístor é 1 ou seja, o transístor não amplifica mais a corrente).

52 52 Substituição de transístores por equivalentes Num circuito não se pode substituir um transístor de silício por um de germânio ou vice – versa. Também não se pode trocar directamente um transístor NPN por um PNP ou vice – versa. A letra (A, B, C…) que pode aparecer no fim do código alfanumérico indica sempre aperfeiçoamentos ou melhorias em pelo menos um dos parâmetros, limites ou características do transístor. Exemplo:O BC548A substitui o BC548. O BC548A não substitui o BC548B

53 Lucínio Preza de Araújo53 Dissipadores de calor O uso de dissipadores ou radiadores externos de calor são quase que obrigatórios nos transístores que trabalham com potências elevadas de modo a evitar o sobreaquecimento do componente e a sua possível destruição.

54 CONCEPTOS BASICOS DE ELECTRONICA DE POTENCIA Electronica de potencia tiene que ver con el estudio y diseño de equipos que aplican energia a un proceso productivo La diferenciamos de la electronica tradicional ya que esta se concentra en procesar señales Amplificarlas,filtrarlas transmitirlas y generarlas Señal es algo que expresa el comportamiento y descripcion de un circuito Usted lo puese asimilar a una onda que se ve en un osciloscopio

55 LA ELECTRONICA DE POTENCIA RESUELVE RETOS INDUSTRIALES Y DE PRODUCCION SOBRETODO MODERNIZANDO PROCESOS ANTIGUOS VAMOS A ILUSTRAR ESE ESCENARIO CONVERSORES DE ENERGIA FUENTES DE PODER SUCHEADAS RESONANTES CALENTAMIENTO POR INDUCCION CONTROL DE MOTORES Y SERVOACTUADORES SISTEMAS DE ILUMINACION CONTROL DE MOTORES CONTROL DE HERRAMIENTAS PROCESOS DE ALIMENTOS MATERIAS PRIMAS RECICLAJE APLICACIONES DEL AGRO APLICACIONES BIOMEDICAS COMUNICACIONES

56 FUENTES DE SUICHEO VER LOS VIDEOS

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58 FERRITAS BOBINAS NUCLEOS Y BOBINADORAS NORMALES Y DE TOROIDES (VER VIDEOS)

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62 LOS IGBTs VER VIDEOS DE SU FUNCIONAMIENTO Y DE LOS FETS

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65 BOBINAS

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67 CAPACITORES POLYESTER

68 DIODOS DE POTENCIA y BAJA SEÑAL

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70 VARISTORES GAS ARRESTER TVS (VER VIDEO)

71 TERMINALES

72 BORNERAS

73 CABLES CONDUCTORES

74 TERMOFUNDIBLE ( VER VIDEO)

75 EL DIODO DE POTENCIA

76 Operación con polarización directa con V O > V >> V T, siendo V O la tensión interna de equilibrio de la unión: Polarización inversa con V << -V T i = I S ·(e -1) V VTVT donde: V T = k·T/q I S = A·q·n i 2 ·(D p /(N D ·L p )+D n /(N A ·L n )) (dependencia exponencial) i I S ·e V VTVT (corriente inversa de saturación que es muy pequeña y casi independiente de la tensión) i -I S Ecuación característica del diodo: Ideas generales sobre diodos de unión PN Operación con polarización directa con V > V O >> V T : i (V-V )/r d donde V es la tensión de codo del diodo y r d su resistencia dinámica

77 P N + - i V Curva característica i [mA] V [V] (exponencial) -0, i [ A] V [V] (constante) DIODOS DE POTENCIA Ideas generales sobre diodos de unión PN (recta) V pendiente = 1/r d

78 i [ A] V [Volt.] i + V - P N La corriente aumenta fuertemente si se producen pares electrón-hueco adicionales por choque con la red cristalina de electrones y huecos suficientemente acelerados por el campo eléctrico de la zona de transición Avalancha primaria DIODOS DE POTENCIA Ideas generales sobre diodos de unión PN

79 Concepto de diodo ideal En polarización inversa, la corriente conducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada En polarización directa, la caída de tensión es nula, sea cual sea el valor de la corriente directa conducida Ánodo Cátodo i V i V + - curva característica DIODOS DE POTENCIA

80 El diodo semiconductor encapsulado Ánodo Cátodo Ánodo Cátodo Encapsulado (cristal o resina sintética) Terminal P N Marca señalando el cátodo Contacto metal- semiconductor Oblea de semiconductor DIODOS DE POTENCIA

81 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Axiales DO 35 DO 41 DO 15 DO 201

82 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Para usar radiadores

83 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Para grandes potencias B 44 DO 5

84 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos 2 diodos en cátodo común 2 diodos en serie

85 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos (con varias conexiones)

86 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos (sin conectar) Nombre del dispositivo

87 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos. Diversos encapsulados para el mismo dispositivo Nombre del dispositivo Encapsulados

88 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 4 diodos (puentes de diodos) Dual in line

89 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 4 diodos (puentes de diodos)

90 Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Puentes de diodos. Toda la gama de Fagor

91 Encapsulados mixtos de diodos y otros dispositivos DIODOS DE POTENCIA Dan origen a módulos de potencia - Adecuados para alta potencia y relativa alta frecuencia - Minimizan las inductancias parásitas del conexionado - Se usan en aplicaciones industriales, espaciales, militares, etc - Se pueden pedir a medida Control de Motores Electrónica militar

92 Circuito equivalente estático V rdrd Modelo asintótico ideal 0 i V V Circuito equivalente asintótico Curva característica asintótica. Pendiente = 1/r d Curva característica ideal DIODOS DE POTENCIA Curva característica real

93 DIODOS DE POTENCIA Características fundamentales de cualquier diodo 1ª -Máxima tensión inversa soportada 2ª -Máxima corriente directa conducida 3ª -Caída de tensión en conducción 4ª -Corriente de inversa en bloqueo 5ª -Velocidad de conmutación Baja tensión 15 V 30 V 45 V 55 V 60 V 80 V Alta tensión 500 V 600 V 800 V 1000 V 1200 V 1ª Máxima tensión inversa soportada Media tensión 100 V 150 V 200 V 400 V Ejemplo de clasificación Corresponde a la tensión de ruptura de la unión inversamente polarizada

94 DIODOS DE POTENCIA 1ª Máxima tensión inversa soportada El fabricante suministra (a veces) dos valores: - Tensión inversa máxima de pico repetitivo V RRM - Tensión inversa máxima de pico no repetitivo V RSM La tensión máxima es crítica. Superarla suele ser determinante del deterioro irreversible del componente

95 DIODOS DE POTENCIA 2ª Máxima corriente directa conducida El fabricante suministra dos (y a veces tres) valores: - Corriente eficaz máxima I F(RMS) - Corriente directa máxima de pico repetitivo I FRM - Corriente directa máxima de pico no repetitivo I FSM Depende de la cápsula

96 DIODOS DE POTENCIA La caída de tensión en conducción (obviamente) crece con la corriente directa conducida. A corrientes altas crece linealmente 3ª Caída de tensión en conducción i V V rdrd ideal IDID VDVD 5 A

97 DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción La caída de tensión en conducción crece con la máxima tensión soportable por el diodo

98 DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Se obtiene directamente de las curvas tensión corriente I F(AV) = 4A, V RRM = 200V I F(AV) = 5A, V RRM = 1200V 25A 25A En escala lineal no son muy útiles Frecuentemente se representan en escala logarítmica

99 DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Curva característica en escala logarítmica 20A 20A I F(AV) = 25A, V RRM = 200V I F(AV) = 22A, V RRM = 600V

100 DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Los Schottky tienen mejor comportamiento en conducción para V RRM < 200 (en silicio) 10A

101 DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Schottky de V RRM relativamente alta 10A La caída de tensión en conducción no sólo va creciendo al aumentar V RRM, sino que se aproxima a la de un diodo PN

102 DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Schottky PN Similares valores de V RRM y similares caídas de tensión en conducción

103 Depende de los valores de I F(AV) y V RRM, de la tensión inversa (poco) y de la temperatura (mucho) Algunos ejemplos de diodos PN DIODOS DE POTENCIA 4ª Corriente de inversa en bloqueo I F(AV) = 4A, V RRM = 200V I F(AV) = 5A, V RRM = 1200V I F(AV) = 8A, V RRM = 200V Crece con I F(AV) Crece con T j

104 DIODOS DE POTENCIA 4ª Corriente de inversa en bloqueo I F(AV) = 10A, V RRM = 170V I F(AV) = 10A, V RRM = 40V Dos ejemplos de diodos Schottky Decrece con V RRM Crece con I F(AV) Crece con T j

105 Transición de a a b, es decir, de conducción a bloqueo (apagado) a b V1V1 V2V2 R i V + - i V t t V 1 /R -V 2 DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación Comportamiento ideal de un diodo en conmutación

106 a b V1V1 V2V2 R i V + - Transición de a a b, es decir, de conducción a bloqueo (apagado) i V t t t rr V 1 /R -V 2 /R tsts t f (i= -0,1·V 2 /R) -V 2 t s = tiempo de almacenamiento (storage time ) t f = tiempo de caída (fall time ) t rr = tiempo de recuperación inversa (reverse recovery time ) DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación Comportamiento real de un diodo en conmutación

107 a b V1V1 V2V2 R i V + - i t d = tiempo de retraso (delay time ) t r = tiempo de subida (rise time ) t fr = t d + t r = tiempo de recuperación directa (forward recovery time ) trtr 0,9·V 1 /R tdtd 0,1·V 1 /R t fr El tiempo de recuperación directa genera menos problemas reales que el de recuperación inversa DIODOS DE POTENCIA Transición de b a a, es decir, de bloqueo conducción (encendido) Comportamiento real de un diodo en conmutación 5ª Velocidad de conmutación

108 DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación I F(AV) = 8A, V RRM = 200V Información suministrada por los fabricantes Corresponde a conmutaciones con cargas con comportamiento inductivo

109 DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación Más información suministrada por los fabricantes STTA506D

110 DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación La velocidad de conmutación (valorada con la t rr ) ayuda a clasificar los diodos Standard Fast Ultra Fast Schottky V RRM t rr IFIF 100 V V 100 V V 200 V V 15 V V > 1 s 100 ns – 500 ns 20 ns – 100 ns < 2 ns1 A – 150 A 1 A – 50 A Las características de todos los semiconductores (por supuesto, también de los diodos) se pueden encontrar en Internet (pdf) Direcciones web

111 DIODOS DE POTENCIA Pérdidas en diodos Son de dos tipos: - Estáticas en conducción (en bloqueo son despreciables) - Dinámicas V rdrd ideal iDiD Potencia instantánea perdida en conducción: p Dcond (t) = v D (t)·i D (t) = (V + r d · i D (t)) · i D (t) P Dcond = V ·I M + r d · I ef 2 I M : Valor medio de i D (t) I ef : Valor eficaz de i D (t) Pérdidas estáticas en un diodo iDiD Forma de onda frecuente Potencia media en un periodo:

112 t rr DIODOS DE POTENCIA Las conmutaciones no son perfectas Hay instantes en los que conviven tensión y corriente La mayor parte de las pérdidas se producen en la salida de conducción iDiD t VDVD t Pérdidas dinámicas (pérdidas de conmutación) en un diodo 0,8 V -200 V 10 A 3 A Potencia instantánea perdida en la salida de conducción: p Dsc (t) = v D (t)·i D (t) = Potencia media en un periodo:

113 DIODOS DE POTENCIA Estáticas Información de los fabricantes sobre pérdidas (de las hojas de características (Datasheet) del diodo STTA506)

114 DIODOS DE POTENCIA Dinámicas Información de los fabricantes sobre pérdidas (de las hojas de características (Datasheet) del diodo STTA506)

115 DIODOS DE POTENCIA Dinámicas Información de los fabricantes sobre pérdidas (de las hojas de características (Datasheet) del diodo STTA506)

116 DIODOS DE POTENCIA Características Térmicas Las pérdidas generan calor y éste debe ser evacuado El silicio pierde sus propiedades semiconductoras a partir de ºC Si j Unión (oblea) c Encapsulado a Ambiente P (W) Magnitudes térmicas: - Resistencias térmicas, R TH en ºC/W - Increm. de temperaturas, ΔT en ºC - Potencia perdida, P en W Ley de Ohm térmica: ΔT=P·R TH R THjc R THca Magnitudes eléctricas: - Resistencias eléctricas, R en Ω - Difer. de tensiones, V en voltios - Corriente, I en A R TH R ΔT V P I Equivalente eléctrico

117 DIODOS DE POTENCIA Características Térmicas Ambiente Si j Unión c Encapsulado a P (W) R THjc R THca R TH R ΔT V P I Equivalente eléctrico P R THjc R THca TaTa j c a 0º K TCTC TJTJ Por tanto: ΔT = P·ΣR TH T j -T a = P·(R THjc + R THca ) Y también: T j -T C = P·R THjc y T c -T a = P·R THca

118 DIODOS DE POTENCIA Características Térmicas La resistencia térmica unión-cápsula es baja ( 0,5-5 ºC/W) La resistencia térmica cápsula-ambiente es alta ( ºC/W) Para reducir la temperatura de la unión hay que disminuir la resistencia térmica entre la cápsula y el ambiente. Para ello se coloca un radiador en la cápsula. I F(AV) = 5A, V RRM = 1200V CápsulaTO 3TO 5TO 66TO 220TOP 3 R THca [ºC/W]

119 DIODOS DE POTENCIA Características Térmicas j c P R THjc R THca TaTa a 0º K TCTC TJTJ Por tanto: T j -T a = P·[R THjc + (R THca R THrad )/(R THca +R THrad )] Y también: T j -T C = P·R THjc y T c -T a = P·(R THca R THrad )/(R THca +R THrad )] Ambiente Si j Unión c Encapsulado a P (W) R THjc R THca R THrad

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121 Dispositivos semiconductores de potencia. Interruptores. El transistor MOSFET de potencia. 17 El transistor de efecto de campo de potencia Estructura de un MOSFET de potencia Características estáticas Características dinámicas Conmutación con carga resistiva Conmutación con carga inductiva Cálculo de pérdidas.

122 17.5 Circuitos de gobierno de puerta Circuitos sin aislamiento Circuitos con aislamiento Circuito de bomba de carga (bootstrap) Encapsulado y datos de catálogo de fabricantes.

123 17.1 Estructura de un MOSFET de potencia. Un MOSFET de potencia se compone de muchas células de enriquecimiento conectadas en paralelo. La conducción se hace con portadores mayoritarios. n- p nn p nn n Puerta Surtidor Drenador Óxido Uso como interruptores controlados por tensión. Impedancia de entrada elevada: Capacidad. Los MOSFET de canal p tienen propiedades inferiores.

124 17.2 Características estáticas. Cuando V GS es menor que el valor umbral, V GS,TH, el MOSFET está abierto (en corte). Un valor típico de V GS,TH es 3V. V GS suele tener un límite de ±20V. Cuando V GS es mayor de 7V el dispositivo está cerrado. Suele proporcionarse entre 12 y 15 V para minimizar la caída de tensión V DS. Cuando conduce se comporta, estáticamente, como una resistencia: R ON. En un MOSFET de potencia suele ser más limitante R ON que el máximo de corriente. Conociendo R ON las pérdidas se pueden calcular con el valor eficaz de la corriente al cuadrado. V DS IDID V GS =15V V GS =12V V GS =7V V GS V GS,TH Corte CerradoCerrado I D,MAX V DS,MAX AvalanchaAvalancha P MAX SOAR

125 Interruptor abierto: V DS >0 Ambas uniones, pn y pn-, están inversamente polarizadas. La tensión drenador-surtidor cae en la unión p-n-. La región n- está ligeramente dopada para alcanzar el valor requerido de tensión soportada (rated voltage). Tensiones de ruptura grandes requieren zonas n poco dopadas de gran extensión n- p nn p nn n V DS n- Zona de deplexión S D G 17.2 Características estáticas.

126 Interruptor cerrado: I DS >0 Con suficiente V GS se forma un canal bajo la puerta que permite la conducción. R ON es la suma de resistencias: contactos de surtidor y drenador, región n-, canal... Cuando la tensión de ruptura aumenta, la región n- domina en el valor de R ON. En una zona poco dopada no hay muchos portadores, por lo que R ON se incrementa rápidamente si la tensión de ruptura se quiere hacer de varios centenares de voltios. Un MOSFET es el interruptor preferido para tensiones menores o iguales a 500V. Más allá es preferible, en general, un IGBT (o BJT). El MOSFET es capaz de conducir corrientes de pico bastante superiores a su valor medio máximo (rated current). n- p n p n n canal IDID V GS S D G 17.2 Características estáticas.

127 Diodo parásito de la unión pn- El diodo se polariza directamente cuando V DS es negativa. Es capaz de conducir la misma corriente que el MOSFET. La mayoría son diodos lentos. Esto provoca grandes picos de corriente de recuperación inversa que pueden destruir el dispositivo. Se producen diodos de rápida recuperación. El dispositivo se dimensiona para soportar la corriente de pico en la conmutación. n- p n p n n V DS S D G El diodo se puede anular o substituir por otro externo 17.2 Características estáticas.

128 Los tiempos de conmutación del MOSFET se deben principalmente a sus capacidades e inductancias parásitas, así como a la resistencia interna de la fuente de puerta. C ISS : C GS + C GD Capacidad de entrada Se mide con la salida en cortocircuito. C RSS : C GD Capacidad Miller o de transferencia inversa. C OSS : C DS + C GD Capacidad de salida se mide con la entrada cortocircuitada L D :Inductancia de drenador L S :Inductancia de fuente. Parámetros parásitos. Las capacidades son moduladas. Ejemplo: (C O y V 0 son constantes que dependen del dispositivo) Características dinámicas. Grande, constante Pequeño, no lineal Intermedio, no lineal

129 Conmutación con carga resistiva pura. V DS IDID t ON I DMAX V DD t t D(on ) tRtR V GG V GS Efecto Miller 90% 10% V DS IDID t OFF I DMAX V DD t t D(off ) tFtF V GG V GS Efecto Miller 90% 10% 2.- Salida de conducción. 1.- Entrada en conducción.

130 1.- La corriente de la bobina es conducida por el diodo y el MOSFET alternativamente. 2.- Cuando conduce, por poco que sea, la tensión de un diodo es nula. 3.- Cuando el diodo deja de conducir se produce un pico de recuperación inversa que debe asumir el MOSFET. 4.- El MOSFET tiene más pérdidas, sobretodo en la entrada a conducción. 5.- El efecto Miller tiene lugar durante t 2, que es cuando se carga la capacidad C GD. Entrada en conducción V DS IDID t ON I MAX V DD t t1t1 t2t2 I RR DIODO Conmutación con carga inductiva.

131 I D V D I DMAX V DD SOAR I MAX V P La energía disipada en entrada de conducción se calcula de forma similar. Conmutación simplificada V DS iDiD I DMAX V DD t tFtF Durante t F : 17.4 Pérdidas en conmutación (carga resistiva).

132 Ejemplo. Evalúense las pérdidas en el MOSFET de R ON =0,55 para el caso de que su tensión y corriente sean las de la figura. Hágase el cálculo cuando d=0,3 y con frecuencias de: V DS iDiD 5A 150V t 100ns dT(1-d)T a) f =10kHz b) f =150kHz P TOT PSPS 1,08W 38,3W 0,25W 37,5W f 10kHz 150kHz 17.4 Pérdidas en conmutación (carga resistiva).

133 Entrada en conducción V DS IDID t ON I MAX V DD t t1t1 t2t2 I RR Durante t 1 : Durante t 2 : 17.4 Pérdidas en conmutación (carga inductiva).

134 Salida de conducción V DS iDiD t OFF I MAX V DD t t1t1 t2t2 En t 1 : En t 2 : I I D V D I DMAX V DD SOAR MAX V P Recuperación inversa Sobretensión 17.4 Pérdidas en conmutación (carga inductiva).

135 17.5 Circuitos de gobierno de puerta (drivers) ICIC IDID 1.- Circuito para disminuir el efecto Miller. 2.- Los transistores de puerta son de señal y por tanto más rápidos. 3.- La resistencia de puerta, r, es muy pequeña (<10 Ω ) y se coloca para proteger la puerta de posibles picos de tensión. 4.- Las capacidades se cargan linealmente, con corriente constante. 5.- La etapa de transistores actúa como un inversor con capacidad de dar cierta corriente. 6.- La potencia que maneja el circuito de gobierno es muy pequeña. Sin aislamiento.

136 1.- Siempre hay un solo interruptor cerrado generándose una onda cuadrada sobre R. 2.- Cuando cierra el interruptor de abajo, en G y en S debe haber 0V. 3.- Cuando es el MOSFET quien se cierra, en su surtidor hay 500V. 4.- En ese momento, para mantener el MOSFET cerrado, en puerta debe haber 515V. 5.- En general, en equipos de potencia todas las fuentes de tensión deben estar referidas a masa, pues provienen de V G. 6.- Se necesita una tensión superior a la propia V G. 7.- En la resolución de este problema, los circuitos de bomba de carga se han impuesto a los transformadores de impulsos. Necesidad de aislamiento. Etapa típica de fuente de alimentación 17.5 Circuitos de gobierno de puerta (drivers)

137 1.- Cuando se cierra el interruptor inferior el condensador se carga a 15V en un solo ciclo. 2.- Cuando en S hay 500V el diodo impide que C BOOT se descargue. 3.- El diodo debe ser capaz de bloquear toda la tensión del circuito. 4.- Con dos transistores auxiliares se aplica la tensión de C BOOT a la puerta del MOSFET de potencia. 5.- C BOOT debe tener una capacidad muy superior a la de puerta para que apenas se descargue. BOOTSTRAP QG Carga de puerta. VCC 15V 1,5V para los transistores auxiliares. 12V mínimo en puerta Circuitos de gobierno de puerta (drivers)

138 IRF510100V5,6A0,54 5nC IRF540N100V27A0,052 71nC APT10M25BVR 100V75A0, nC IRF740400V10A0,55 35nC APT4012BVR400V37A0,12 195nC APT5017BVR500V30A0,17 200nC SMM70N0660V70A0, nC MTW10N100E1000V10A1,3 100nC ReferenciaV DS,MAX I D,MAX R ON Q G (típica) Características de diferentes MOSFET de potencia. 47ns 74ns 50ns 40ns 67ns 66ns 120ns 290ns t c (típico)

139 17.6. Encapsulados y datos de catálogo de fabricantes. Semitrans 2 Semitrans 1 TO247TO220TO3 Semitop 2

140 IRF540 SKM180A Encapsulados y datos de catálogo de fabricantes.

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148 Dispositivos semiconductores de potencia. Interruptores El Transistor bipolar de puerta aislada 18. El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) 18.1 Estructura interna y circuito equivalente 18.2 Características estáticas 18.3 Características dinámicas 18.4 Encapsuldos y datos de los fabricantes

149 18.1 El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) n- p nn p nn n+ Puerta Emisor Colector Óxido p+ Estructura de MOSFET más una capa p+ de colector. Los NPT-IGBT no tienen la capa n+. PT-IGBT (Punch-Through IGBT) IGBT de canal n Símbolo y circuito equivalente sencillo

150 En estado de conducción es cualitativamente similar a un bipolar controlado en tensión. Son preferibles tensiones de puerta altas. (En el IGBT de canal p cambia el sentido de corrientes y tensiones). IGBT de canal n V GS1 V GS2 V GS3 V GS4 BV DSS V DS V RM IDID Características de salida Características de transferencia V GS(th) V GS IDID V GS4 > V GS3 >... > V GS1 La tensión de bloqueo inversa depende de la unión p+n+. Si la zona n+ se quita V RM aumenta. La característica por puerta es equivalente a la de un MOSFET El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

151 Puerta Con V GS < V GS(th), no hay canal y el interruptor está abierto. La tensión V CE cae en la unión pn-. La zona p está más inténsamente dopada. V CE,MAX es igual que la tensión de bloqueo. NPT-IGBT (Non Punch- Through IGBT) n- p nn p nn Emisor Colector Óxido p+ IGBT de canal n Apenas soporta tensión inversa, sólo unas decenas de voltios. NPT-IGBT (Punch-Through IGBT) 18.2 El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) Bloqueo

152 Conducción Con V GS >V GSth se forma canal. V CE de saturación cae en la unión p+n-. La mayor parte de la corriente final va por el MOSFET. Puerta n- p Emisor Colector Óxido p+ nn MOSFET V DS =V BE +V drift +R canal ·I D V BE = 0,7 1 V. V drift menor que en el MOSFET por modulación de la conductividad. R·I D comparable con el MOSFET El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

153 Características dinámicas. Conmutación con carga inductiva. V GS 10% 90% t don 90% trtr t doff 10% tftf Cola de apagado Sobretensión Recup. inversa V CE iCiC 18.3 El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

154 Energía de entrada en conducción E ON : Energía de salida de conducción E OFF : Aparece el fenómeno de cola de apagado. La inductancia parásita provoca sobretensión. Debe manejarse la recuperación inversa del diodo. La conmutación dura más que t OFF. La fórmula de las pérdidas es similar a la de un transistor bipolar Características dinámicas. Conmutación con carga inductiva El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

155 E on E off Más rápidos que un bipolar. Menos pérdidas que un MOSFET. V > 500V I grande Características dinámicas. Conmutación con carga inductiva El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) Pérdida s en el diodo

156 Pérdidas totales en un IGBT 18.3 El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

157 18.4 Encapsulados y datos de catálogo de fabricantes

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166 Conclusiones

167 1.- El transistor bipolar es un dispositivo en que la conducción se hace mediante portadores minoritarios. Esto se traduce en baja velocidad de conmutación: apenas unos pocos kHz. 2.- Al ser lento apenas se usa actualmente en aplicaciones de potencia. Para tensiones inferiores a 500 V ha sido substituido por el MOSFET y para tensiones superiores por el IGBT. 3.- El MOSFET es un dispositivo en que la conducción se hace mediante portadores mayoritarios. Macroscópicamente esto se traduce en alta velocidad de conmutación. 4.- Por tanto puede conmutar a decenas y centenares de kHz. 5.- La resistencia de conducción directa está directamente relacionada con la tensión de bloqueo.

168 Conclusiones 9.- El MOSFET es el interruptor que actualmente presenta mejores características para tensiones inferiores a 500V Existen dispositivos de 1000V, pero sólo son útiles para bajas potencias o altas velocidades de conmutación A la hora de seleccionar un MOSFET su parámetro más importante es R ON El IGBT es un interruptor con características de control parecidas al MOSFET y características de salida similares al transistor bipolar El MOSFET es el interruptor que actualmente presenta mejores características para tensiones inferiores a 500V Típicamente, el IGBT puede soportar miles de voltios y conducir centenares de amperios, conmutando a una frecuencia de decenas de kHz

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170 Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Amplificador OperacionalAmplificador de tensión Ideal Amplificador Ideal: Ze = Zs = 0 A VO = -

171 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Amplificador Diferencial No inversora Inversora

172 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Características del amplificador Operacional Símbolo Tensión diferencial Tensión de salida Tensión en modo común Razón de rechazo en modo común Amplificador Operacional ideal Tensión en entrada inversora Tensión en entrada no inversora

173 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Características del amplificador Operacional Impedancia de entrada M Diagrama de Bode Impedancia de salida baja 75

174 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones del amplificadores operacionales Aplicaciones Lineales: Amplificador operacional realimentado negativamente Ud = U + - U - = 0. (si no está saturado) Us = entre +Ucc y –Ucc (si no está saturado) Aplicaciones no Lineales: Amplificador operacional realimentado positivamente, o sin realimentar. No linealidad de los componentes utilizados Ud = U + - U -. 0 Us = +Ucc o´ Us = -Ucc (Saturación positiva o negativa)

175 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones del amplificadores operacionales Aplicaciones Lineales: Amplificador Inversor Ue=F(Us )

176 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones Lineales: Amplificador no InversorSeguidor de emisor Us=F(Ue)

177 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones Lineales: Sumador InversorAmplificador diferencial

178 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones Lineales: IntegradorDiferenciador

179 Integrador real Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones Lineales: RC se diseña de forma que funcione 10f siendo f la frecuencia de corte o polo 1/RC

180 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones Lineales: Conversor corriente – tensión Inversor Conversor corriente – tensión No inversor

181 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones Lineales: Conversor tensión - corriente La corriente de salida no depende de R L R1 y R2 se eligen de forma que el amplificador operacional no se sature en las condiciones más desfavorables de funcionamiento. (máx. corriente de salida)

182 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones Lineales: Conversor tensión – corriente carga flotante La corriente de salida no depende de R L

183 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Comparador Us = Usat+ Us = Usat-

184 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Comparador

185 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Comparador

186 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Comparador problemas de ruido

187 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Comparador con histéresis Tensión de comparación Tensión de comparación

188 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Comparador con histéresis

189 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Comparador con histéresis Formas de ondaFunción de Transferencia

190 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Rectificadores de Precisión

191 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Rectificadores de Precisión media onda negativo Rectificadores de Precisión media onda positivo

192 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Rectificadores de Precisión

193 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Rectificadores de Precisión

194 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Rectificadores de Precisión Rectificadores de Precisión de doble onda

195 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Multivibrador Astable

196 Tema III Circuitos Integrados Lineales El amplificador Operacional Aplicaciones No Lineales: Multivibrador Monoestable

197 Tema III Circuitos Integrados Lineales El circuito integrado 555

198 Tema III Circuitos Integrados Lineales El circuito integrado 555

199 OPTOELECTRONICA LEDS LEDS DE ILUMINACION LEDS DE ANALITICA LEDS DE INYECCION O LASER OPTOACOPLADORES ANALOGOS Y DE ALTA VELOCIDAD DISPOSITIVOS OPTICOS DE SUICHEO

200

201

202 LOCOMOCION DE ULTIMA GENERACION MOTOR HUB

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