lunes, 26 de marzo de 2012

Transistores de potencia


El transistor de potencia
El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.
Existen tres tipos de transistores de potencia:
  • bipolar.
  • unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo).
  • IGBT.
ParámetrosMOSBipolar
Impedancia de entradaAlta (1010 ohmios)Media (104 ohmios)
Ganancia en corrienteAlta (107)Media (10-100)
Resistencia ON (saturación)Media / altaBaja
Resistencia OFF (corte)AltaAlta
Voltaje aplicableAlto (1000 V)Alto (1200 V)
Máxima temperatura de operaciónAlta (200ºC)Media (150ºC)
Frecuencia de trabajoAlta (100-500 Khz)Baja (10-80 Khz)
CosteAltoMedio
El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, más la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares:
  • Trabaja con tensión.
  • Tiempos de conmutación bajos.
  • Disipación mucho mayor (como los bipolares).
Nos interesa que el transistor se parezca, lo más posible, a un elemento ideal:
  • Pequeñas fugas.
  • Alta potencia.
  • Bajos tiempos de respuesta (ton , toff), para conseguir una alta frecuencia de funcionamiento.
  • Alta concentración de intensidad por unidad de superficie del semiconductor.
  • Que el efecto avalancha se produzca a un valor elevado ( VCE máxima elevada).
  • Que no se produzcan puntos calientes (grandes di/dt ).
Una limitación importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conducción y viceversa no se hace instantáneamente, sino que siempre hay un retardo (ton , toff). Las causas fundamentales de estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector - base y base - emisor y los tiempos de difusión y recombinación de los portadores.

Principios básicos de funcionamiento
La diferencia entre un transistor bipolar y un transistor unipolar o FET es el modo de actuación sobre el terminal de control. En el transistor bipolar hay que inyectar una corriente de base para regular la corriente de colector, mientras que en el FET el control se hace mediante la aplicación de una tensión entre puerta y fuente. Esta diferencia vienen determinada por la estructura interna de ambos dispositivos, que son substancialmente distintas.
Es una característica común, sin embargo, el hecho de que la potencia que consume el terminal de control (base o puerta) es siempre más pequeña que la potencia manejada en los otros dos terminales.
En resumen, destacamos tres cosas fundamentales:
  • En un transistor bipolar IB controla la magnitud de IC.
  • En un FET, la tensión VGS controla la corriente ID.
  • En ambos casos, con una potencia pequeña puede controlarse otra bastante mayor.
Ataque y protección del transistor de potencia
Como hemos visto anteriormente, los tiempos de conmutación limitan el funcionamiento del transistor, por lo que nos interesaría reducir su efecto en la medida de lo posible.

Los tiempos de conmutación pueden ser reducidos mediante una modificación en la señal de base, tal y como se muestra en la figura anterior.
Puede verse como el semiciclo positivo está formado por un tramo de mayor amplitud que ayude al transistor a pasar a saturación (y por tanto reduce el ton) y uno de amplitud suficiente para mantener saturado el transistor (de este modo la potencia disipada no será excesiva y el tiempo de almacenamiento no aumentará). El otro semiciclo comienza con un valor negativo que disminuye el toff, y una vez que el transistor está en corte, se hace cero para evitar pérdidas de potencia.
En consecuencia, si queremos que un transistor que actúa en conmutación lo haga lo más rápidamente posible y con menores pérdidas, lo ideal sería atacar la base del dispositivo con una señal como el de la figura anterior. Para esto se puede emplear el circuito de la figura siguiente.

Tiempos de conmutación


Cuando el transistor está en saturación o en corte las pérdidas son despreciables. Pero si tenemos en cuenta los efectos de retardo de conmutación, al cambiar de un estado a otro se produce un pico de potencia disipada, ya que en esos instantes el producto IC x VCE va a tener un valor apreciable, por lo que la potencia media de pérdidas en el transistor va a ser mayor. Estas pérdidas aumentan con la frecuencia de trabajo, debido a que al aumentar ésta, también lo hace el número de veces que se produce el paso de un estado a otro.Podremos distinguir entre tiempo de excitación o encendido (ton) y tiempo de apagado (toff). A su vez, cada uno de estos tiempos se puede dividir en otros dos.





DIAC


El DIAC es un diodo de disparo bidireccional, especialmente diseñado para disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión).
Tiene dos terminales: MT1 y MT2. Ver el diagrama.
El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en serie, pero orientados en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del zener que está conectado en sentido opuesto.

El DIAC normalmente no conduce, sino que tiene una pequeñacorriente de fuga. La conducción aparece cuando la tensión de disparo se alcanza.
Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC.
Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potenciamediante control de fase.
La curva característica del DIAC se muestra a continuación

Curva característica del DIAC - Electrónica Unicrom

En la curva característica se observa que cuando
- +V o - V es menor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un circuito abierto
- +V o - V es mayor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un cortocircuito
Sus principales características son:
- Tensión de disparo
- Corriente de disparo
- Tensión de simetría (ver grafico anterior)
- Tensión de recuperación
- Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a1 watt.)




           Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.
           La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito representado en la Figura 3, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción. Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia.

Existen dos tipos de DIAC:
  • DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y con las regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en la unión del colector. Esto inyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor, produciéndose un efecto regenerativo. Al ser un dispositivo simétrico, funciona igual en ambas polaridades, intercambiando el emisor y colector sus funciones.
  • DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en antiparalelo, lo que le da la característica bidireccional.






EL TRIAC!!


INTRODUCCIÓN
El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto.
Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante al triac (dv/dt) aún sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción directa.

CONSTRUCCIÓN BASICA, SÍMBOLO, diagrama EQUIVALENTE

FIG. 1 FIG. 2
  La estructura contiene seis capas como se indica en la FIG. 1, aunque funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1 conduce a través de P1N1P2N2 y en sentido MT1-MT2 a través de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de su estructura lo hace mas delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de algunos amperios hasta unos 200 A eficaces y desde 400 a 1000 V de tensión de pico repetitivo. Los triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas, los fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores En la FIG. 2 se muestra el símbolo esquemático e identificación de las terminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (MT2) y Terminal Principal 1 (MT1) respectivamente.
El Triac actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en paralelo Fig. 3 , este dispositivo es equivalente a dos latchs

FIG. 3

Características generales del TRIAC:
• Estructura compleja (6 capas).
• Baja velocidad y poca potencia.
• Uso como interruptor estático.
APLICACIONES

  • Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas.
  • Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los reles.
  • Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
  • Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.
Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy reducido.

TRIAC (smial).jpg 
Si se varía el potenciómetro, se varía el tiempo de un capacitor causando que se incremente o reduzca la diferencia de fase de la tensión de alimentación y la que se aplica a la compuerta
Formas de onda del voltaje en el triac y la corriente en la carga de  un dimmer con TRIAC - Electrónica Unicrom




http://www.unicrom.com/Tut_triac.asp


viernes, 23 de marzo de 2012

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)!!


Monografias.com      Monografias.com
Es un dispositivo de tres terminales que se comporta como un disco rectificador,conduce en directo y no conduce en inverso, pero adicionalmente para entrar en conducción debe inyectarse en el compuerta una corriente mayor que una corriente de compuerta mínima que es diferente para cada referencia de SCR, la aplicación de la corriente de compuerta cuando el SCR está en directo para que entre en conducción se llama el disparo del SCR.
Una vez que el SCR ha entrado en conducción, se mantiene así todo el tiempo que el circuito externo mantenga una corriente a través del SCR mayor que una corriente mínima de sostenimiento.
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS
Corresponden a la región ánodo- cátodo y son los valores máximos que colocan al elemento en un limite de sus posibilidades.

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
Tensiones transitorias
Son valores de tensión que van superpuesto a la señal sinusoidal de la fuente de alimentación. Son de escasa duración, pero de amplitud considerable.



Aplicaciones del SCR

Las aplicaciones de los tiristores se extiende desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la corriente continua en alterna.La principal ventaja que presentan frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es que su entrada en conducción estará controlada por la señal de puerta. De esta forma se podrá variar la tensión continua de salida si se hace variar el momento del disparo ya que se obtendrán diferentes ángulos de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna de entrada. 
entre ellas están las siguientes:

· Controles de relevador.
· Circuitos de retardo de tiempo.
· Fuentes de alimentación reguladas.
· Interruptores estáticos.
· Controles de motores.
· Recortadores.
· Inversores.
· Ciclo conversores.
· Cargadores de baterías.
· Circuitos de protección.
· Controles de calefacción.


Efectos con cargas inductivas

Cuando la carga del SCR es una carga inductiva, (se comporta como un inductor), es importante tomar en cuenta el tiempo que tarda la corriente en aumentar en una bobina.
El pulso que se aplica a la compuerta debe ser lo suficientemente duradero para que la corriente de la carga iguale a la corriente de enganche y así el tiristor se mantenga en conducción.
En este tipo de cargas, la corriente puede, en principio, cambiar tan súbitamente como lo haga la tensión. Pero si el circuito es inductivo, como es el caso de los
Motores eléctricos, entonces la corriente no puede sufrir cambios bruscos, pudiendo llegar a Tener un retraso considerable respecto a la tensión.