Ejercicios Con Scr

Seminario de Dispositivos Semiconductores Semiconductores www.fi.uba.ar/materias/6625 2do Cuatrimestre de 2009

Guía de Ejercicios Nº9 – Temas Temas Complementarios - Resueltos Ejercicio Nº5 - Resolución Ángulo de disparo td = 0:

Otro ángulo td > 0: vs

vs

t

t vSC

vSC

t

t vR 

vR 

t

t

La potencia disipada en la carga es máxima cuando el disparo se produce en td = 0. Entonces, el SCR conduce durante un semiciclo completo de la señal, ya que en el semiciclo negativo el SCR se apaga. b) En el semiciclo en el cual no circula corriente (el SCR no conduce), el SCR no disipa potencia. En el semiciclo en el cual circula corriente, la caída en el SCR es de 1 Volt, aproximadamente en forma continua. Durante ese intervalo de tiempo la corriente pico que circula es: ˆ = 311V − 1V  = 0.62 A 500Ω

Luego, se tiene entonces que la Ief que circula por el SCR es: ef 

=

1 0.62 A 2

⋅

2

=

0.22 A

Por otro lado, la tensión eficaz en el SCR asociada con disipación de potencia es 1V / 2 = 0.5 V Entonces la potencia disipada en el SCR durante el ciclo completo es igual a: P SCR

=

0.5 V⋅ 0.22 A= 0.11 W

 

El modelo equivalente térmico del SCR es el siguiente: Sin disipador tenemos:

 P MAX 

=

Tj − Ta Rja

=

150º C − 50º C  

= 1.57W 

63.5º C / W  

Así resulta: P  MAX  > P disipada disipada = 0.11 W   No se necesita disipador. Verificación: Tj

= Ta +

P ⋅ Rja = 50º C + 0.31W ⋅ 62º C / W

=

69º C < Tj MAX 

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Ejercicio Nº6 - Resolución Dispositivo sin disipador externo 

T  j Temperatura de Juntura [ºC] T c Temperatura de carcasa [ºC] T a Temperatura ambiente [ºC]  R  jc Resistencia térmica juntura-carcasa [ºC/W]  Rca Resistencia térmica carcasa-ambiente [ºC/W] R ja= R

jc+

R

ca

Resistencia térmica juntura-ambiente [ºC/W]

Datos del fabricante extraídos de los regímenes máximos absolutos: máx

Temperatura de juntura máxima: T   j

200 ºC 

=

Disipación de potencia máxima:  P máx

=

6W @

T a

 P máx

=

117 W

@ T c

=

25 ºC  =

25 ºC 

Por lo tanto  R  jc

 R ja

T máx T c  j

200

−

=

@T  c

 P máx

T  jmáx T a

−

=

Rca = Rja

@T a

 P máx −

177 200

−

=

=

25

−

6

25

ºC  W 

ºC  W 

Rjc = ( 29.17 − 1.50)

1.50

ºC  W 

29.17

ºC  W 

=

=

ºC

ºC   = 27.67   W W 

Graficando la potencia que puede disipar el dispositivo en función de la T c y Ta resulta que la potencia disipada admitida se degrada linealmente.

La pendiente de la curva de degradación de potencia es la inversa de la resistencia térmica.

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¿Puede el dispositivo, sin disipador externo, disipar

 P = 30 W 

con T a

50 ºC 

=

?

NO Verificación: Si

 P = 30 W 

, T a

=

50 ºC 

,  R  ja

=

29.17

ºC  W 

⇒T = P + T a= 29.17 × 30º C + 50º C = 925º C  j R ja

¡¡Es mayor que

T   jmáx

!!

Dispositivo con disipador externo 

Si

 P = 30 W 

 R  jc

=

1.50

T a

=

ºC  R  ja W 

T  j

50 ºC 

=

29.17

=

200 ºC 

ºC  W  máx T máx = T  − P × R c   j   jc

T máx = c

200 ºC − 30× 1.5 ºC = 155 ºC 

(¡¡Cuidado que quema!!) Tc

− Ta

T R || R =c dis

= P ( Rca || Rdis )

− T a

ca

P

1

155 − 50 º C ºC  = = 3.5 30 W W   1

 Rdis

=

3.5

ºC  W 

⇒ Rdis = 4

Verificando: T = j T

a+

P × ( R ca|| R

dis+

R

1 −

 Rca

º C  W 

º C 

) = 50º C + 30W ( 4 || 27.67 +1.5) W  = 199.8º C  

jc

A simple modo de referencia, si queremos utilizar un disipador de aluminio se necesita una superficie de aletas aproximadamente de 156 cm2 de acuerdo a la siguiente fórmula empírica 2

 50   Rdis = cm A en cm ⇒ A =  4  A W    50 cmº C 

2

≃

2 156cm

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Por ejemplo, equivaldría a 3 aletas de 26 cm2 por lado, o sea 5x5 cm aproximadamente. (¡Ojo! Depende fuertemente si hay ventilación forzada y de la separación entre aletas.) Si la temperatura ambiente se eleva a 75 ºC, ¿qué ocurre? Calculo T =j T

+ a

P× R

= 75º C + 30W 5

total  

º C  = 225º C   W 

El transistor puede sufrir una degradación permanente de sus características si esta temperatura se mantiene por tiempo prolongado. Conclusión 

Conviene tener un factor de seguridad en la elección del disipador. En general se elige un disipador con R menor a la calculada en un 30% aproximadamente, o sea, un factor de 0.7. Si el cálculo da un disipador de R = 4 ºC/W, conviene colocar un disipador de R =0.7 x 4 ºC/W= 2.8 ºC/W. En este caso el disipador tendría una superficie de aletas DOS veces mayor. ¿Qué temperatura máxima de ambiente soportaría en este caso? Resolver esto es tarea para ustedes…