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TiristoresLos tiristores son interruptores electrónicos utilizados en circuitoselectrónicos de potencia donde es necesario...
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El MCT es un dispositivo funcionalmente equivalente al GTO, pero sinel requisito de la alta corriente de desactivación de ...
Para un BJT el estado de conducción se consigue proporcionando lasuficiente corriente de base para llevarlo a saturación. ...
El MOSFET es un dispositivo controlado por tensión. Una tensiónpuerta-fuente lo suficientemente grande activará el disposi...
La selección de un dispositivo de potencia para una determinadaaplicación no sólo depende de los niveles de corriente y te...
Vs de la fuente de corriente, para lo que se necesita que S2 se cierrepara proporcionar un camino a la corriente Io. Poste...
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Introducción

  1. 1. Los circuitos electrónicos de potencia convierten la energía eléctricade un tipo en otro utilizando dispositivos electrónicos. Los circuitoselectrónicos de potencia funcionan utilizando dispositivossemiconductores como interruptores, para controlar o modificar unatensión o una corriente. Las aplicaciones de los circuitos electrónicosde potencia abarcan desde los equipos de conversión de alta potencia,como los sistemas de transmisión de corriente continua, hastaaparatos de uso común, como por ejemplo, los destornilladoreseléctricos sin cable o las fuentes de alimentación de los computadoresportátiles. Las aplicaciones típicas de la electrónica de potencia son,entre otras, la conversión de CA a CD, la conversión de CD a CA, laconversión de una tensión continua regulada y la conversión de unaalimentación alterna de determinada amplitud y frecuencia en otra deamplitud y frecuencia distintas.
  2. 2. Un interruptor electrónico se caracteriza por tener dos estados,“activado” (ON) y “desactivado” (OFF), lo que idealmente secorresponde con un cortocircuito y un circuito abierto,respectivamente. Las aplicaciones que utilizan dispositivos deconmutación son muy interesantes debido a las, relativamente, bajaspérdidas de potencia en el dispositivo. Cuando el interruptor es ideal,la tensión de conmutación o la corriente de conmutación será igual acero, lo que hace que el valor de la potencia absorbida por elinterruptor sea también cero.Diodos de potenciaEl diodo es el interruptor electrónico más simple. No se puedecontrolar, en el sentido de que son las tensiones y corrientes delcircuito los que determinan los estados de conducción (activado) y de
  3. 3. corte (desactivado) del diodo.El diodo está polarizado en directa (conducción) cuando la corriente ides positiva y está polarizado en inversa (en corte) cuando la tensión Vdes negativa. En el caso ideal, el diodo se comporta como uncortocircuito cuando está polarizado en directa y como un circuitoabierto si está polarizado en inversa.Cuando un diodo pasa de conducción a corte, la corriente en éldisminuye y, momentáneamente, se hace negativa antes de alcanzar elvalor cero. El tiempo trr es el tiempo de recuperación inversa,normalmente inferior a 1 µs.
  4. 4. TiristoresLos tiristores son interruptores electrónicos utilizados en circuitoselectrónicos de potencia donde es necesario controlar la activación delinterruptor. Los tiristores constituyen una familia de dispositivos detres terminales, entre los que se encuentran: el rectificador controladode silicio (SCR), el triac, el tiristor de bloqueo por puerta (GTO) y eltiristor controlado por MOS (MCT). Los tiristores pueden soportaraltas corrientes y altas tensiones de bloqueo en aplicaciones de altapotencia, y las frecuencias de conmutación están limitadas a valores deentre 10 y 20 KHz, aproximadamente.
  5. 5. Para que el SCR entre en conducción, hay que aplicar una corriente depuerta cuando la tensión ánodo-cátodo sea positiva. Una vez que eldispositivo haya entrado en conducción, la señal de puerta deja de sernecesaria para mantener la corriente de ánodo. El SCR continuaráconduciendo mientras la corriente de ánodo siga siendo positiva y estépor encima de un valor mínimo, denominado nivel de mantenimiento.El triac es un tiristor capaz de conducir corriente en ambos sentidos.El triac es funcionalmente equivalente a dos SCR conectados enantiparalelo. Los circuitos atenuadores de luz comunes utilizan untriac para modificar los semiciclos positivos y negativos de la ondasinusoidal de entrada.El GTO, al igual que el SCR, se activa al aplicar una corriente de puertade corta duración cuando la tensión ánodo-cátodo es positiva. Sinembargo, a diferencia del SCR, el GTO puede desactivarse aplicandouna corriente de puerta negativa. El GTO es, por tanto, apropiadopara algunas aplicaciones en las que es necesario controlar tanto laactivación como la desactivación del interruptor. La corrientenegativa en el GTO puede ser muy breve, pero su magnitud debe sermuy grande comparada con la corriente de activación.
  6. 6. El MCT es un dispositivo funcionalmente equivalente al GTO, pero sinel requisito de la alta corriente de desactivación de puerta. El MCTestá formado por un SCR y dos transistores MOSFET integrados en unmismo dispositivo. Un MOSFET activa el SCR y el otro lo desactiva.El MCT se activa y desactiva estableciendo la tensión puerta-cátodoapropiada, en lugar de establecer una corriente de puerta como elGTO.Transistores de potenciaLos transistores tienen la ventaja de que proporcionan un control deactivación y de desactivación, mientras que el SCR sólo dispone decontrol de activación. Los tipos de transistores utilizados en loscircuitos electrónicos de potencia incluyen los transistores de uniónbipolar (BJT), los MOSFET y dispositivos híbridos, como por ejemplo,los transistores de unión bipolar de puerta aislada (IGBT).Los circuitos de excitación de los transistores se diseñan para que estosestén completamente saturados (activados) o en corte (desactivados).
  7. 7. Para un BJT el estado de conducción se consigue proporcionando lasuficiente corriente de base para llevarlo a saturación. La tensión desaturación colector-emisor típica es de 1 a 2V para un BJT de potencia.Una corriente de base nula hace que el transistor se polarice en corte.El BJT es un dispositivo controlado por corriente, y normalmente tieneuna baja hFE, a veces menor que 20. Si un BJT de potencia con hFE = 20va a conducir una corriente de colector de 60 A, por ejemplo, lacorriente de base tendrá que ser mayor que 3 A para saturar eltransistor. El circuito de excitación que proporciona esta alta corrientede base es un circuito de potencia importante por sí mismo. Los BJTestán disponibles con valores nominales de hasta 1200 V y 400 A. Sesuelen utilizar en convertidores que operan hasta 10 KHzaproximadamente.
  8. 8. El MOSFET es un dispositivo controlado por tensión. Una tensiónpuerta-fuente lo suficientemente grande activará el dispositivo, dandolugar a una tensión drenador-fuente. El circuito de excitación esnormalmente más sencillo que el utilizado para un BJT. Los valoresnominales llegan a alcanzar hasta 1000 V y 50 A. Las velocidades deconmutación del MOSFET son mayores que las del BJT y se utilizan enconvertidores que operan por encima de 100 KHz.El IGBT es una conexión integrada de un MOSFET y un BJT. Elcircuito de excitación es como el del MOSFET, mientras que lascaracterísticas de conducción son como las del BJT. El IGBT esadecuado para velocidades de conmutación de hastaaproximadamente 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchasaplicaciones.
  9. 9. La selección de un dispositivo de potencia para una determinadaaplicación no sólo depende de los niveles de corriente y tensiónrequeridos, sino también de sus características de conmutación. Lostransistores y los GTO proporcionan control de activación ydesactivación, los SCR proporcionan el control de activación pero node desactivación, y los diodos no ofrecen ninguno de los dos. Lasvelocidades de conmutación y las pérdidas de potencia asociadas sondos factores muy importantes en los circuitos electrónicos depotencia.Ejemplo: en la siguiente figura, el interruptor S1 está activado(cerrado) y conecta la fuente de tensión (Vs = 24 V) con una fuente decorriente (Io = 2 A). Se desea abrir el interruptor S1 para desconectar
  10. 10. Vs de la fuente de corriente, para lo que se necesita que S2 se cierrepara proporcionar un camino a la corriente Io. Posteriormente, S1debe volver a cerrarse y S2 debe abrirse para restaurar el circuito a sucondición original. El ciclo se repite a una frecuencia de 75 KHz.Determinar el tipo de dispositivo necesario para cada interruptor y losrequisitos de corriente y tensión máximos para cada uno de ellos.
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