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ESPEL, Capilla, Pérdidas en los Semiconductores
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PÉRDIDAS EN LOS SEMICONDUCTORES Carlos Alberto Capilla Falcón e-mail:
[email protected]
RESUMEN:
Los elementos rectificadores son sensibles a las sobretensiones transitorias que aparecen durante las conmutaciones, por lo que se han desarrollado circuitos electrónicos capaces de evitar el crecimiento muy rápido de la tensión en la juntura, y además producir una mejoría en el reparto de la tensión aplicada sobre elementos conectados en serie, teniendo en cuenta la dispersión de sus características internas. Debido a sus tiempos en transición de estados de conmutación los dispositivos producen pérdidas, las cuales debido al estado en que se encuentren pueden considerarse despreciables. Además estos dispositivos al estar sometidos a condiciones no ideales de trabajo, requieren tomarse debidas precauciones en el montaje y manipulación del mismo.
PALABRAS CLAVE: Pérdidas Estáticas, Pérdidas Dinámicas, Precauciones, Semiconductores de Potencia, Transistores, 1
PÉRDIDAS DINÁMICAS
3.1
Al producirse el paso de ON a OFF y viceversa en tiempo finito se producen situaciones simultaneas donde se obtiene valores altos de potencia U y corriente I.
INTRODUCCIÓN
Los semiconductores de potencia se han desarrollado durante las últimas décadas a una amplia gama de aplicaciones, debido a ello ha sido ineludible el continuo y vertiginoso desarrollo en la tecnología de los semiconductores. Estos dispositivos han puesto en marcha una revolución tranquila, en la cual están perfeccionando soluciones electromecánicas mediante la adición de la electrónica de potencia, o incluso sustituidas por completo por sistemas electrónicos de potencia.
2 PÉRDIDAS EN SEMICONDUCTORES
LOS
Figura 1: Pérdidas en dispositivos de conmutación En la Figura 1 se representa la evolución de tensión e intensidad en un dispositivo al conmutar entre OFF y ON, viceversa y la potencia de pérdidas asociada. Las pérdidas debidas a la conmutación son las más elevadas en magnitud durante el tiempo de conmutación, la pérdida en conducción es sustancialmente mayor que la pérdida en bloqueo. Un modelo sencillo que permite estimar las pérdidas en un dispositivo trabajando en conmutación a frecuencia , con tiempos de conmutación dados, tiempos de permanencia en On Ton, frecuencia de conmutación f, tensión de estado off o trabajo U, caída de potencial interna en estado ON, Uon corriente de conducción en ON o trabajo I y resistencia en estado ON, Ron es el dado por:
Un aspecto fundamental en el diseño de convertidores es la minimización de las pérdidas de energía. Las pérdidas en los dispositivos activos como transistores se pueden clasificar en: y y
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Estáticas Dinámicas
PÉRDIDAS ESTÁTICAS
En estado ON un dispositivo real se puede modelar por una caída de tensión directa o umbral Ud y una resistencia directa Rd. Las pérdidas para una corriente Id pueden ser considerables y son:
En estado OFF se presenta una corriente de fuga
El factor a depende de las condiciones de conmutación y del dispositivo y puede variar entre 2 y 6, siendo 2 un valor adecuado para estimaciones. Como puede observarse para reducir pérdidas son deseables valores reducidos de caída de tensión y resistencia en conducción, por una parte, y del tiempo de conmutación ts por otra.
Ii(valor que se puede tomar como cero en la mayoría de los casos) y el dispositivo bloque una diferencia de potencial dada Ui, la pérdida fundamental es el producto Ui.Ii si bien en la mayoría de los dispositivos es de magnitud muy inferior a la pérdida en estado ON y puede ser despreciada.
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4.8 Colocar dos diodos y los transistores al final del
Las pérdidas en bloqueo se consideran despreciables. La frecuencia de trabajo se fija por un compromiso entre las ventajas que aporta una alta frecuencia en la reducción de tamaño y peso de componentes pasivos y el aumento de pérdidas de conmutación que provoca.
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montaje. Pueden usarlos si son de buena calidad, que aseguren la sujeción firme de los terminales. 4.9 La soldadura deberá realizarse después de haber
efectuado un adecuado "cortocircuito térmico", para una suficiente disipación del calor aplicado durante la soldadura. Estos cortocircuitos térmicos se realizarán tomando la patita a soldar entre las puntas de un par de pinzas metálicas a una distancia a mitad de camino entre el punto de aplicación de la soldadura y la masa del transistor.
CUIDADOS PRECAUCIONES EN EL MANEJO DEYTRANSISTORES.
4.1 En los transistores FET como consecuencia directa
de la alta impedancia, se debe tener cuidados especiales, debido a que algunas referencias se dañan por cargas estáticas, en donde una mínima carga estática que circule por estas altas impedancias pueden dar origen a voltajes peligrosos. Por tal motivo, cuando nuevos traen sus terminales en cortocircuito mediante una espuma conductora eléctrica o con algo metálico, esto no se debe quitar hasta que estén soldados en la tableta de circuito impreso, hecho esto ya no hay problema.
4.10 La probabilidad de daños durante el proceso de
soldadura. es mucho más notable en el caso de los componentes del tipo miniatura. Por ejemplo, si un resistor de composición pequeño es soldado, a un circuito utilizando un soldador adecuado, pero dejando una longitud de menos de 1.5 cm para las patitas del componente, el valor de resistencia eléctrica cambiará en más del 20 por ciento, o sea en más del valor máximo de tolerancia de fabricación.
4.2 Una medida de protección para la sensibilidad a las
5 CONCLUSIONES:
cargas estáticas, es colocando diodos en inversa conectados a masa y a la alimentación, que además de brindar protección al dispositivo, reducen los transitorios.
y
4.3 No deben emplearse los soldadores de gran
potencia, sino utilizar modelos de 40V de consumo como máximo. Sin embargo, pueden utilizarse soldadores de mayor potencia si los transistores se introducen en el circuito al final del armado, pero entonces habrá que manipular el soldador indicado cuando se coloquen los dispositivos semiconductores
y
y
en el circuito eléctrico. y
4.4 La punta de cobre del soldador deberá ser de
tamaño muy fino, con el fin de concentrar la temperatura en la zona de trabajo y no correr el riesgo de dañar los componentes contiguos, debido a que estos circuitos están generalmente muy próximos entre sí.
y
4.5 No es recomendable la utilización de soldadores del
tipo de calentamiento instantáneo, dado que contienen en su interior un transformador de alimentación que genera un campo magnético alterno a su alrededor, susceptible de afectar el
Los dispositivos semiconductores poseen ventajas, pero al establecerse enfocados en unos parámetros pueden generar pérdidas en otros aspectos como lo son los tiempos de conmutación. Las corrientes de fuga producida en los procesos de conmutación, es la principal causa de pérdidas en semiconductores Las pérdidas en los semiconductores pueden generarse tanto en estado de bloqueo como en funcionamiento. En los transistores se deben tomar precauciones, debido a su susceptibilidad a las cargas estáticas, las cuales pueden dañar referencias en el dispositivo y generar un mal funcionamiento. En el montaje de los transistores, se debe tomar en cuenta la temperatura máxima que soporta el dispositivo, por lo cual se recomienda utilizar soldadores de baja potencia durante el acoplamiento.
6 REFERENCIAS: [1]Rashid, H., (1995). E lectrónica de Potencia, Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones. México: PRENTICE HALL HISPANOAMERICANA, S.A.
funcionamiento del transistor. 4.6 Antes de soldar, habrá que limpiar bien las
[2]http://personal.telefonica.terra.es/web/jqc/C6-0607-r01.pdf
superficies metálicas que se van a enfrentar; luego, habrá que realizar una cuidadosa sujeción mecánica de la terminal del transistor.
[3]Klein P.T, ³Elements of Power Electronics´ Oxford University Press, 1998
4.7 Se recomienda la utilización de aleación soldante
[4]http://construyasuvideorockola.com/recomend3.php
formada por 60 % de est año y 40 % de plomo, dado que es la que tiene el punto de fusión más bajo.
[5]http://www.revolucionesindustriales.com/electronica/reparacio n/transistores.html
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