Electrónica de Potencia

[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

Electrónica de Potencia.

Las aplicaciones industriales donde los altos voltajes y corrientes están regulados por equipos electrónicos a menudo se denominan de esta manera. Es la aplicación de la electrónica de estado sólido en el control y conversión de energía eléctrica. A diferencia de lo que sucede en la electrónica de corriente débil. Priorizando la ganancia y la fidelidad, la característica más importante de la electrónica de potencia es el rendimiento. La electrónica de potencia combina potencia con control (comparar) y mando

Los dispositivos semiconductores utilizados en la electrónica de potencia se pueden dividir en tres categorías según el grado de controlabilidad:

• Equipos no controlados: En este grupo se encuentran los diodos. Los estados de conducción o cierre (ON) y bloqueo o apertura (OFF) dependen del circuito de alimentación. Por lo tanto, dichos dispositivos no tienen terminales de control externos.
• Dispositivos Semi-Controlados: En este grupo, en el núcleo de la familia de tiristores, se encuentran los SCRs (“Rectificadores Controlados de Silicio”) y los TRIACs (“Triodos de Corriente Alterna”). En este caso, su apertura (de apagado a encendido) será debida a la aplicación de una señal de control externa a uno de los terminales del dispositivo, habitualmente denominado compuerta. Sin embargo, su bloqueo (de ON a OFF) lo establece el propio circuito de alimentación. En otras palabras, hay un control externo del lanzamiento, pero ningún dispositivo está bloqueado de esta manera.
• Dispositivos totalmente controlados: en este grupo podemos encontrar transistores bipolares BJT ("Bipolar Junction Transistor"), MOSFET Field Effect Transistor ("Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor"), Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT ("Insulated Gate Bipolar Transistor")”) y tiristor GTO ("Gate Turn Off Thyristor"), etc.

Rectificador controlado de Silicio (SCR).

El nombre proviene de la unión de Tiratrón y Transistor.

Un tiristor es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura PNPN con tres uniones PN. Tiene tres terminales: ánodo, cátodo y puerta o gate. Imagen 1

[pic 12]

Imagen 1

TRIAC (“Triode of Alternating Current”)

Es un tiristor bidireccional de 3 terminales. Posibilita el paso de corriente del terminal A1 al A2 y a la inversa, y podría ser disparado con tensiones de puerta de los dos signos.

Una vez que se labora con corriente alterna, es interesante poder mantener el control de ambos sentidos de circulación de la corriente. Visiblemente, con un SCR, solamente tenemos la posibilidad de mantener el control de el paso de corriente en un sentido. Por consiguiente, uno de los motivos por el que los productores de semiconductores han diseñado el TRIAC fue para eludir este problema. El primer TRIAC ha sido inventado a fines de la década de 1960. Simplificando su manejo, tenemos la posibilidad de mencionar que un TRIAC se comporta como 2 SCR en antiparalelo (tiristor bidireccional). Así, poseemos control en los dos sentidos de la circulación de corriente.

[pic 13]

Imagen 2

Uno de los resultados positivos de este dispositivo es que es bastante compacto, requiriendo sólo un exclusivo circuito de control, ya que únicamente dispone de un terminal de puerta. No obstante, tal y como está fabricado, es un dispositivo con una capacidad de control de potencia bastante limitada. Generalmente está elaborado para aplicaciones de pequeña potencia, con tensiones que no sobrepasan los 1000V y corrientes máximas de 15A. Es común el trabajo de TRIACs en la construcción de electrodomésticos con control electrónico de rapidez de motores y aplicaciones de iluminación, con potencias que no sobrepasan los 15kW. La frecuencia máxima a la que tienen la posibilidad de laborar es además limitada, comúnmente los 50-60Hz de la red monofásica.

GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”)

El GTO es un tiristor con capacidad externa de bloqueo. La puerta posibilita mantener el control de ambas transiciones: paso de bloqueo a conducción y a la inversa. El signo usado para el GTO se muestra en la siguiente imagen 3.

[pic 14]

Imagen 3

Su característica primordial es su capacidad de entrar en conducción y bloquearse por medio de señales idóneas en el terminal de puerta G.

El mecanismo de disparo es parecido al del SCR: suponiendo que está de manera directa polarizado, una vez que se le inyecta corriente a la puerta, circula corriente entre puerta y cátodo. Como la capa de la puerta es suficientemente fina, parte importante de los portadores se mueven hasta la capa N adyacente, atravesando la barrera de potencial y siendo atraídos por el potencial del ánodo, iniciando la corriente anódica. Si esta corriente se conserva por arriba de la corriente de mantenimiento, el dispositivo no requiere de la señal de puerta para seguir estando en conducción.

Portadores libres (agujeros) presentes en las capas centrales del dispositivo son atraídas por la puerta, realizando que sea viable el restablecimiento de la barrera de potencial en la alianza J2. Aparentemente tal comportamiento también sería posible en el SCR. Pero, en realidad, Dispositivos de Electrónica de Potencia las diferencias están en el nivel de construcción del componente. El funcionamiento como GTO depende, por ejemplo, de factores como:

• Facilidad de extracción de portadores por el terminal de puerta – esto es posible debido al uso de impurezas con alta movilidad.
• Rápida desaparición de portadores en las capas centrales – uso de impurezas con bajo tiempo de recombinación. Esto indica que un GTO tiene una mayor caída de tensión en conducción, comparado a un SCR de dimensiones iguales.
• Soportar tensión inversa en la unión puerta-cátodo, sin entrar en avalancha – menor dopado en la región del cátodo.
• Absorción de portadores de toda la superficie conductora – región de puerta-cátodo con gran área de contacto

Transistores

En Electrónica de Potencia, los transistores principalmente son usados como interruptores. Los circuitos de excitación (disparo) de los transistores se diseñan para que éstos trabajen en el sector de saturación (conducción) o en el área de corte (bloqueo). Esto difiere de lo cual pasa con otras aplicaciones de los transistores, tales como, un circuito amplificador, en el cual el transistor labora en el área activa o lineal.

...