Electronica de Potencia

5/28/2018 Electronica de Potencia

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E

LIGBT

DEPOTENCIA

El transistor Bipolar de Puerta Aislada

Insulated GateBipolar Transis tor (IGBT)

Este dispositivo aparece en los aos 80

Mezcla caractersticas de un transistor bipolar y de un MOSFET

La caracterstica de salida es la de un bipolar pero se controla portensin y no por corriente

G

C

E

BipolarMOSFET

Alta capacidad de manejar corriente (como un bipolar)

Facilidad de manejo (MOSFET)

Menor capacidad de conmutacin (Bipolar)

No tiene diodo parsito


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E

LIGBT

DEPOTENCIA

Estructura del IGBT

Es similar a la de un MOSFET

Slo se diferencia en que se aade un sustrato P bajo el sustrato N

Es el dispositivo ms adecuado para tensiones > 1000 V

El MOSFET es el mejor por debajo de 250 V

En los valores intermedios depende de la aplicacin, de la frec.,etc.


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E

LIGBT

DEPOTENCIA

El IGBT se suele usar cuando se dan estas condiciones:

Bajo ciclo de trabajo

Baja frecuencia (< 20 kHz)

Aplicaciones de alta tensin (>1000 V)

Alta potencia (>5 kW)

Aplicaciones tpicas del IGBT

Control de motores

Sistemas de alimentacin ininterrumpida

Sistemas de soldaduraIluminacin de baja frecuencia (


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E

LIGBT

DEPOTENCIA

Gran capacidad de manejo de corriente

Comparacin IGBT-MOSFET con el mismo rea de semiconductor

El IGBT tiene menor cada de tensin

Menores prdidas en conduccin

Problema:Coeficiente de temperatura negativo

A mayor temperatura, menorcada de tensin

Conduce ms corriente

Se calienta ms

Esto es un problema para paralelizar IGBTs


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Encapsulados de IGBT

TO 220

TO 247

E

LIGBT

DEPOTENCIA

Mdulos de potencia

MTP


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Parmetros fundamentales para seleccionar un MOSFET

Tensin de ruptura

Corriente mxima

Tensin colector-emisoren saturacin

Tensiones de ruptura de dispositivos comerciales

Media tensin Alta tensin

250 V

300 V

600 V

900 V

1200 V(Poco usuales)

E

LIGBT

DEPOTENCIA


7/29E

LIGBT

DEP

OTENCIA

Caractersticas bsicas

G

C

E

En ocasiones,el encapsulado incorporainternamente un diodo


8/29E

LIGBT

DEP

OTENCIA

Caractersticas elctricas

Tensin de saturacin colector-emisor (como en bipolares)

Tensin umbral de puerta (como en MOSFETS)

Caractersticas trmicas


9/29E

LIGBT

DEP

OTENCIA

Cola de corriente

Caractersticas dinmicas

Circuito equivalente del IGBT

La base del bipolar no del accesible

La circuitera exterior no puede solucionar elproblema de la eliminacin de los minoritariosde la base

Esto da lugar a la llamadacola de corriente

(current tail)

Problema: aumento deprdidas de conmutacin


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E

LIGBT

DEP

OTENCIA

Caractersticas dinmicas

Al contrario que en el MOSFET, los tiempos de conmutacin del IGBTno dan informacin sobre las prdidas de conmutacin

Causa:

No tienen en cuenta el efecto de cola de corriente

Este efecto es muy significativo en el conjunto de prdidas

Adems, el tiempo de cada de la tensin VCEno queda definido

Este tiempo es muy importante para definir las prdidas

Se hace mediante grficos que proporciona el fabricante


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T

IRISTORES

Tipos de Tiristores

SCR (Silicon Controlled Rectifier)

DIAC

TRIAC

GTO

A este dispositivo se le suele llamar Tiristor


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T

IRISTORES

SCR (Silicon Controlled Rectifier)

Es uno de los semiconductores ms antiguos1957 General Electric Research Laboratories

Tiene una enorme capacidad de manejar potencia

Son muy robustos

Seguir teniendo aplicaciones debido a que es de lossemiconductores con mayor capacidad de manejar potencia

Estructura de 4 capas


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T

IRISTORES

SCR

VAK

IA

Caracterstica V-I

nodo

Ctodo

A

K

VAK

IA

Con polarizacin inversa se comporta como un diodo: no conduce

Polarizacin directa: si no seha disparado, no conduce

Polarizacin directa: una vezdisparado, conduce como un diodo

Zona de transicin

El SCR se apaga de forma natural cuando la corriente pasa por cero

Puerta


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Encapsulados de SCR

T

IRISTORES

ADD A PACK MAGN A PACK

PACE PACK

TO-200


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Parmetros fundamentales para seleccionar un SCR

Tensin de ruptura

Corriente mxima

Velocidad de conmutacin

Tensiones de ruptura de dispositivos comerciales

Alta tensin

400 V

800 V

1000 V

1200 VTIRISTORES

Soportan tensin directa (VDRM)e inversa (VRRM)

C i d di


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T

IRISTORES

Caractersticas de disparo

Para disparar el SCR hay que introducir corriente por la puerta

Para que el disparo sea efectivo, se deben de cumplir dos condiciones:

1. La corriente de puerta debe ser superior a un cierto valor

VGK

IG

Ningn SCR se dispara

Zona de disparo seguro

No se garantiza el disparo

C t ti d di


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T

IRISTORES


VGK

IG

Zona de disparo seguro

El circuito de disparo debe tener una recta de carga tal que elpunto de corte est en la zona de disparo seguro

Z1

V1

V1

V1/ Z1

C t ti d di


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T

IRISTORES


2. Hay que mantener el disparo hasta que la corriente nodo-ctodosobrepase un cierto valor que se llama Corriente de Enclavamiento

(Latchin g Current)

IA

IG

ILATCHING

Se apaga

Sigue conduciendo

Una vez disparado, el SCR sigue conduciendoaunque no tenga corriente en puerta

C t ti d di


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T

IRISTORES


Podramos disparar el SCR con un pulso de corriente

Esto funciona con carga resistiva ya que la corriente crecerpidamente y se alcanza fcilmente la corriente de enclavamiento

Z1V1

Z1= R

Z1= LsSe apaga

Para evitar esto, se suele disparar los SCR con trenes de pulsos

IG

IA

IA

IG

IG

C t ti d di


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T

IRISTORES


El SCR se puede llegar a disparar por derivada de tensin

Si la tensin nodo-ctodo cambia muy bruscamente, puede

inducirse corriente en la puerta y entrar en conduccin

VAKdt

dVAK grande

i

A d d l SCR


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T

IRISTORES

Apagado del SCR

Idealmente, cuando la corriente que circula entre nodo y ctodollega a cero, el SCR se apaga de forma natural

En realidad, se apaga cuando la corriente baja hasta un cierto valorllamado Corriente de mantenimiento (hold in g current)

IA

Corriente demantenimiento

Corriente deenclavamiento

(p.ej 600mA)(p.ej 1 A)

Apagado del SCR


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T

IRISTORES

Apagado del SCR

Apagado esttico

Apagado dinmico

Hay dos tipos de apagado:

El apagado esttico se utiliza enaplicaciones de red (50 Hz)

El tiristor se apaga de forma natural

El apagado dinmico se utiliza enaplicaciones de frecuencia ms elevada

(1 - 20 kHz)Se requiere un circuito externo paraapagar el SCR de forma forzada

IMANTENIMIENTO

IA

IA

VAK

VAK

s

Ejemplo de funcionamiento


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T

IRISTORES

Ejemplo de funcionamiento

R1

V1

V1

VR

VTVR

VT

Disparo

TRIAC


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T

IRISTORES

TRIAC

Funciona como un tiristor

Al dispararlo, conduce hasta que la corriente pasa por cero

Es bidireccional. Conduce en ambos sentidos

Se puede disparar con corrientes entrantes y salientes

Su uso es comn en aplicaciones de baja potencia (pero relativamentealta comparada con la potencia de muchos sistemas de alimentacin)

Especificaciones tpicas200, 400, 600, 800, 1000 V

1- 50 A

T1 T2G

TRIAC


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T

IRISTORES

TRIAC

Hay 4 posibilidades de funcionamiento

No todas son igual de favorables

T2

T1

IG

+

-

T2

T1

IG

+

-

T2

T1

IG +

- T2

T1

IG

-

+

IG>

IH

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