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DGIT
GOBIERNO DEL ESTADO DE MICHOACÁN INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ZAMORA
ELECTRONICA DE POTENCIA UNIDAD l – INTRODUCCION A LA ELECTRONICA DE POTENCIA Y CIRCUITOS DE DISPARO INVESTIGACIÓN DE UNIDAD JOSE JORGE RODRIGUEZ HERNANDEZ PRESENTAN AGUILERA SILVA OMAR ALEJANDRO RAMOS CEJA GUSTAVO ALBERTO
ZAMORA MICHOACÁN
DICIEMBRE DE 2017
Contenido Introducción .................................................................................................................................. ....................................................................................................................... ........... 1 ELECTRONICA DE POTENCIA Y CIRCUITOS DE DISPARO ................................................................ 2 Clasificación de los Sistemas de Potencia. .................................................................................... .................................................................................... 4 Campos de Aplicación. .................................................................................................................. .................................................................................................................. 6 Componentes de base en la Electrónica de Potencia. .................................................................. .................................................................. 7 CIRCUITOS DE DISPARO ......................................................... ............................................................................................................... ...................................................... 10 Circuitos de disparo sin aislamiento ....................................................................................... 10 Circuitos de disparo con aislamiento ...................................................................................... ...................................................................................... 12 CONCLUSIONES .................................................................................................................. ........................................................................................................................... ......... 20
Introducción Cada vez son más los dispositivos y sistemas que en una o varias de sus etapas son accionados por energía eléctrica. Los accionamientos consisten, en general, en procesos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía, o en el mismo tipo, pero con diferentes características. Los encargados de realizar dichos procesos son los Sistemas de Potencia. Las aplicaciones de la electrónica estuvieron limitadas durante mucho tiempo a las técnicas de alta frecuencia (emisores, receptores, etc.). En la evolución de la electrónica industrial, las posibilidades estaban limitadas por la falta de fiabilidad de los elementos electrónicos entonces disponibles (tubos amplificadores, tiratrones, resistencias, condensadores). Esta fiabilidad era insuficiente para responder a las altas exigencias que se requerían en las nuevas aplicaciones del campo industrial. Gracias al descubrimiento de los dispositivos semiconductores (transistores, tiristores, etc.) en la década de los 60, que respondían a las exigencias industriales (alta fiabilidad, dimensiones reducidas, insensibilidad a las vibraciones mecánicas, etc.), la electrónica industrial hizo progresos increíbles, permitiendo la realización de procesos cada vez más complejos, destinados a la automatización de procesos industriales. En general, cualquier conversión de energía eléctrica se puede realizar por procedimientos electromecánicos o por procedimientos electrónicos. Los convertidores electrónicos disponen de las siguientes ventajas frente a los electromecánicos: 1. 2.
3. 4. 5.
Mayor flexibilidad y más posibilidades de control. Mayor estabilidad y mayor rapidez de respuesta, gracias a las características eléctricas. Menor mantenimiento al no disponer de partes mecánicas. Mayor vida media y mayor fiabilidad. No producción del arco eléctrico.
1
ELECTRONICA DE POTENCIA Y CIRCUITOS DE DISPARO La mayor flexibilidad y controlabilidad de los dispositivos electrónicos, hace que se apliquen para resolver procesos cada vez más complejos. Un equipo electrónico de potencia consta fundamentalmente de dos partes: Energía Eléctrica de entrada
CIRCUITO DE
carga
POTENCIA
Información
Alimentación
Señales gobierno
CIRCUITO AUXILIAR
Circuito Disparo y Bloqueo
Circuito de Control
Ilustración 1 - Diagrama a bloques de un sistema de potencia 1.
Un circuito de Potencia, compuesto de semiconductores de potencia y elementos pasivos, que liga la fuente primaria de alimentación con la carga.
2.
Un circuito de mando, que elabora la información proporcionada por el circuito de potencia y genera unas señales de excitación que determinan la conducción de los semiconductores controlados con una fase y secuencia conveniente.
Antes de pasar al estudio de la electrónica de potencia, interesa resaltar su principal característica, mostrar sus particularidades y situar el campo de aplicación. En la Electrónica de Señal se varía la caída de tensión que un componente activo crea en un circuito habitualmente alimentado en continua. Esta variación permite, a partir de una información de entrada, obtener otra de salida modificada o amplificada. Lo que interesa es la relación entre las señales de entrada y salida, examinando posteriormente la potencia suministrada por la fuente auxiliar que requiere para su funcionamiento. La función de base es la amplificación y la principal característica es la ganancia.
Señal
Señal tratada
Entrada
Salida Fuente auxiliar de potencia Electrónica de Señal
Potencia modificada
Potencia Entrada
Salida Señal de cebado
Electrónica de Potencia
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En la Electrónica de Potencia, el concepto principal es el rendimiento. El elemento de base no puede trabajar en régimen de amplificación pues las pérdidas serían elevadas, es necesario trabajar en régimen de conmutación, siendo el componente de base el semiconductor quien trabaja como interruptor. Este componente trabajando en conmutación deberá cumplir las siguientes características:
-
-
-
-
Tener dos estados claramente definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja impedancia (conducción). Poder controlar el paso de un estado a otro con facilidad y con pequeña potencia de control. Ser capaz de soportar altas tensiones cuando está bloqueado y grandes intensidades, con pequeñas caídas de tensión entre sus extremos, cuando está en conducción. Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro
Así podemos definir la Electrónica de Potencia de la siguiente manera: Electrónica de Potencia es la parte de la Electrónica encargada del estudio de dispositivos, circuitos, sistemas y procedimientos para el procesamiento, control y conversión de la energía eléctrica. Por tanto, la Electrónica de Potencia se ha introducido de lleno en la industria en aplicaciones tales como las fuentes de alimentación, cargadores de baterías, control de temperatura, variadores de velocidad de motores, etc. Es la Electrónica Industrial quien estudia la adaptación de sistemas electrónicos de potencia a procesos industriales. Siendo un sistema electrónico de potencia aquel circuito electrónico que se encarga de controlar un proceso industrial, donde interviene un transvase y procesamiento de energía eléctrica entre la entrada y la carga, estando formado por varios convertidores, transductores y sistemas de control., los cuales siguiendo hoy en día evolucionando y creciendo constantemente.
El campo de la Electrónica de Potencia puede dividirse en grandes disciplinas o bloques temáticos
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Clasificación de los Sistemas de Potencia. Los sistemas electrónicos de potencia consisten en uno o más convertidores de potencia, que gobiernan la transferencia de energía. El convertidor es el módulo básico en un sistema de potencia. En general, un convertidor controla y moldea la magnitud eléctrica de entrada V i, frecuencia f i y número de fases m i, en una magnitud eléctrica de salida V o, frecuencia f o y número de fases m o. La potencia puede fluir de forma reversible, intercambiándose los papeles entre la entrada y la salida. Es un hecho que la Electrónica de Potencia es una disciplina emergente dentro de la Electrónica. Su utilización se extiende de forma amplia en sectores tales como el residencial, la industria, sector aerospacial o militar. Recientemente el papel de la electrónica de potencia ha venido ganando con un especial significado en relación a la conservación de la energía y el control del medio ambiente. La realidad es que la demanda de energía eléctrica crece con relación directa a la mejora de la calidad de vida. La concepción de esta asignatura está basada en la descripción de los principales sistemas que se encargan de procesar la energía eléctrica. Dado que el desarrollo de esta disciplina es constante, debido fundamentalmente a que está ligada al crecimiento del campo de aplicación y a la mejora de las prestaciones de los semiconductores de potencia, nuestro objetivo es presentar las estructuras de los convertidores estáticos, sus características y sus campos de aplicación. De esta forma se pretende ser capaz de determinar la manera de transformar la “presentación” de la energía eléctrica y por tanto, de seleccionar y diseñar la
estructura de potencia más conveniente para cada caso. De manera que se realice, mediante el citado sistema de potencia, la conversión energética de la manera más eficaz posible. De manera general se puede abordar el estudio de los distintos convertidores en función de los cuatro tipos de conversión posibles:
1. 2. 3. 4.
Conversión alterna-continua. Conversión alterna-alterna. Conversión continua-alterna. Conversión continua-continua.
Desde el punto de vista real, dado que el funcionamiento del sistema encargado de transformar el tipo de “presentación” de la energía eléctrica viene condicionado por
el tipo de energía disponible en su entrada, hemos adoptado como criterio para la estructuración del programa de la asignatura: Clasificar los convertidores estáticos de 4
energía en función del tipo de energía eléctrica que los alimenta, tal y como se muestra en la siguiente figura:
Conmutación natural: Cuando la fuente de tensión primaria, presente a uno de los lados del convertidor, facilita el paso a corte de los semiconductores. Además, dichos semiconductores pasan a conducción en fase con la frecuencia de la tensión de entrada. (Rectificadores, Reguladores de corriente alterna y Ciclo convertidores. Conmutación forzada: Cuando los conmutadores controlables son llevados a corte y a conducción a frecuencias mayores que la frecuencia de la red. (Troceadores, Inversores y Onduladores autónomos). De las clasificaciones anteriores se pueden extraer las características básicas de cada uno de los convertidores mencionados:
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a).- Rectificador no controlado: Transforma la corriente alterna de voltaje constante en corriente continua de voltaje constante. Formado por diodos, constituyen montajes irreversibles. b).- Rectificador controlado: Transforma la corriente alterna de voltaje constante en corriente continua de voltaje variable. Formado por tiristores. El montaje puede ser reversible, denominándose inversor no autónomo. c).- Reguladores de AC: Transforman la corriente alterna de voltaje constante en corriente alterna de voltaje variable y de la misma frecuencia d).- Cicloconvertidores: Reguladores de alterna o convertidores directos alterna/alterna de distinta frecuencia. e).- Ondulador autónomo o Inversor: Transforman una corriente continua en corriente alterna de frecuencia fija o variable. f).- Troceador o "chopper": Transforma corriente continua de voltaje constante en corriente continua de voltaje variable.
Campos de Aplicación. En general los sistemas de potencia se utilizan para accionar cualquier dispositivo que necesite una entrada de energía eléctrica distinta a la que suministra la fuente de alimentación primaria. Veamos a continuación algunas de las aplicaciones industriales de cada uno de los convertidores: Rectificadores: Alimentación de todo tipo de sistemas electrónicos, donde se necesite energía eléctrica en forma de corriente continua. Control de motores de continúa utilizados en procesos industriales: Máquinas herramienta, carretillas elevadoras y transportadoras, trenes de laminación y papeleras. Transporte de energía eléctrica en c.c. y alta tensión. Procesos electroquímicos. Cargadores de baterías. Reguladores de alterna: Calentamiento por inducción. Control de iluminación. Equipos para procesos de electrodeposición. -
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Cambiadores de frecuencia: Enlace entre dos sistemas energéticos de corriente alterna no sincronizados. Alimentación de aeronaves o grupos electrógenos móviles. Inversores: Accionadores de motores de corriente alterna en todo tipo de aplicaciones industriales. Convertidorescorriente continua en alterna para fuentes no convencionales, tales como la fotovoltaica o eólica Calentamiento por inducción. SAI Troceadores: Alimentación y control de motores de continua. Alimentación de equipos electrónicos a partir de baterías o fuentes autónomas de corriente continua.
Componentes de base en la Electrónica de Potencia. Los componentes semiconductores de potencia que vamos a caracterizar se pueden clasificar en tres grupos de acuerdo a su grado de controlabilidad:
Diodos : Estado de ON y OFF controlables por el circuito de potencia. Tiristores: Fijados a ON por una señal de control, pero deben conmutar a OFF mediante el circuito de potencia. Conmutadores Controlables: Conmutados a ON y a OFF mediante señales de control.(BJT, MOSFET, GTO, IGBT's)
Veamos las principales características de cada uno de estos conmutadores de estado sólido. DIODO: Es el elemento semiconductor formado por una sola unión PN. La figura siguiente muestra el símbolo y la característica estática i-v de dicho componente. Son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control consiste en invertir la tensión ánodo cátodo, no disponiendo de ningún terminal de control. En régimen transitorio cabe destacar dos fenómenos:
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Recuperación Inversa: El paso de conducción a bloqueo no se efectúa instantáneamente. Pues cuando el diodo conduce una corriente directa I, la zona central de la unión está saturada de portadores mayoritarios, y aunque un circuito externo fuerce la anulación de la corriente aplicándole una tensión inversa, cuando la corriente pasa por cero aún existe una cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten la conducción de una corriente inversa durante un tiempo de recuperación inverso (trr), tal como se muestra en la figura 1.11. Los parámetros definidos en el proceso de corte dependen de la corriente directa, del dI/dt y de la tensión inversa aplicada. El tiempo de recuperación de un diodo normal es del orden de 10us, siendo el de los rápidos de 0.5 a 2 us. Recuperación Directa: Es otro fenómeno de retardo de menor importancia que el anterior, cuando el diodo pasa de bloqueo a conducción, y cuyo efecto se muestra en la siguiente figura. En el proceso de paso a conducción la respuesta del diodo es inicialmente de bloqueo a la corriente. Siendo esta respuesta quien provoca una sobretensión V FP , ocasionada por la modulación de la conductividad del diodo durante la inyección de portadores minoritarios. Así el diodo se asemeja a una resistencia donde su valor decrece con el tiempo. Esta resistencia equivalente está ligada a la concentración de portadores minoritarios inyectados. Por tanto, V FP depende de la anchura y resistividad de la zona central del diodo. Dependiendo de las aplicaciones, existen varios tipos de diodos: Diodos Schottky. Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy pequeña (0.3 V típicos) para circuitos con tensiones de salida pequeñas. Tienen limitada su capacidad de bloquear tensión a 50 - 100 V.
1.
Diodos de Recuperación rápida. Son adecuados en circuitos de frecuencia elevada en combinación de conmutadores controlables, donde se necesitan tiempos de recuperación pequeños. Para unos niveles de potencia de varios cientos de voltios y varios cientos de amperios, estos diodos poseen un trr de pocos microsegundos.
2.
Diodos de frecuencia de Línea. La tensión en el estado de ON de estos diodos es la más pequeña posible, y como consecuencia tienen un trr grande, el cual es únicamente aceptable en aplicaciones de la frecuencia de línea. Estos diodos son capaces de bloquear varios kilovoltios y conducir varios kiloamperios. Pudiéndose conectar en serie y/o paralelo para satisfacer cualquier rango de tensión o de corriente.
3.
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TIRISTORES. Dentro de la denominación general de tiristores se consideran todos aquellos componentes semiconductores con dos estados estables cuyo funcionamiento se basa en la realimentación regenerativa de una estructura PNPN. Existen varios tipos, de los cuales el más empleado es el rectificador controlado de silicio (SRC), aplicándole el nombre genérico de tiristor. Dispone de dos terminales principales, ánodo y cátodo, y uno auxiliar de disparo o puerta. En la figura siguiente se muestra el símbolo y la característica I-V estática de dicho componente. La corriente principal circula del ánodo al cátodo. En su estado de OFF, puede bloquear una tensión directa y no conducir corriente. Así, si no hay señal aplicada a la puerta, permanecerá en bloqueo independientemente del signo de la tensión Vak. El tiristor debe ser disparado a ON aplicando un pulso de corriente positiva en el terminal de puerta, durante un pequeño instante, posibilitando que pase al estado de bloqueo directo. La caída de tensión directa en el estado de ON es de pocos voltios (1-3V). Conmutadores Controlables En esta categoría se incluyen diversos dispositivos semiconductores de potencia, incluyendo BJTs, MOSFETs, GTOs e IGBTs, los cuales pueden ser conmutados a conducción y a corte mediante señales de control. Un conmutador ideal controlado tiene las siguientes características:
Bloquea cualquier tensión directa o inversa sin que circule a traves suyo ninguna corriente. Conduce cualquier corriente con cero voltios de caída entre sus terminales. Conmuta de conducción a corte o viceversa instantáneamente cuando es disparado. No consume potencia para su control.
Sin embargo, los componentes reales no disponen de todas esas características: bloquean voltajes finitos, disipan potencia, conmutan en tiempos finitos y no son capaces de bloquear voltajes inversos (dependiendo del dispositivo). Estas limitaciones llevan al conmutador real a su destrucción si no se utiliza correctamente. Las características deseables en un conmutador controlable se pueden resumir en los siguientes apartados: 1. 2.
3.
4.
Pequeña corriente de fugas en el estado de OFF. Pequeña tensión en el estado de ON para minimizar las pérdidas por conducción. Cortos tiempos de turn-on y turn-off. Esto posibilitará su utilización a frecuencias elevadas. Gran capacidad de bloquear tensión directa e inversa.
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5.
6.
7. 8.
9.
Gran capacidad de conducir corrientes elevadas. Así no se necesitarán paralelizar componentes. Coeficiente de temperatura positivo en la resistencia del estado de conducción. Esto asegura que al paralelizar componentes, estos compartan la corriente. Pequeña potencia para el control. Capacidad para resistir tensión y corriente simultáneamente durante las transiciones de los estados. Así se eliminará la utilización de redes de ayuda a la conmutación (snubber). Grandes di/dt y dv/dt. Esto minimizará la necesidad de utilizar redes externas de protección.
CIRCUITOS DE DISPARO Circuitos de disparo sin aislamiento El circuito de disparo es una parte integral de un convertidor de potencia, y consiste en dispositivos semiconductores de potencia. Las salidas de un convertidor que depende de la forma de onda en que el circuito de disparo se excita a los dispositivos de conmutación es una función directa de la conmutación por consiguiente, las características del circuito de disparo son elementos clave para obtener la salida deseada y los requisitos de control de cualquier convertidor de potencia. El diseño de un circuito excitador requiere conocer las características de compuerta y las necesidades de dispositivos como tiristores apagados por compuerta (GTO), transistores bipolares de unión (BJT), transistores de efecto de campo metal-oxido semiconductor (MOSFET) y transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT).
EXCITADOR DE COMPUERTA PARA MOSFET Los MOSFET son dispositivos controlados por voltaje y tienen una impedancia de entrada muy alta. La compuerta consume una corriente de fuga muy pequeña, del orden de los nanoamperes. El tiempo de encendido de un MOSFET depende del tiempo de carga de la capacitancia de entrada o de compuerta. El tiempo de encendido se puede reducir conectando un circuito RC como se ve en la figura, para cargar con mayor rapidez la capacitancia de compuerta. Cuando se conecta un voltaje a la compuerta, la corriente inicial de carga de la capacitancia es IG = VG / RS y el valor de estado permanente de voltaje de compuerta es VGS = RGVG / (RS + R1 + RG) 10
donde RS es la resistencia interna de la fuente que excita la compuerta. EXCITADOR DE BASE PARA BJT La velocidad de conmutación se puede aumentar reduciendo el tiempo de activación, encendido, y el tiempo de desactivación, apagado. Se puede reducir el tiempo de encendido permitiendo un pico de la corriente de base durante la activación, dando como resultado una B forzada baja al principio. Después de la activación puede aumentar la B forzada baja hasta un valor suficientemente alto como para mantener el transistor en la región de casi saturación. El tiempo de desactivación se puede reducir invirtiendo la corriente de base y permitiendo un pico de la corriente de base durante la activación. Al aumentar el valor del voltaje de pico de la corriente inversa I B2 disminuye el tiempo de almacenamiento. En la siguiente figura se muestra una forma de onda típica de la corriente de base. Aparte de una forma fija de corriente de base, como se muestra en la figura anterior, la B forzada Bf se puede controlar en forma continua para que coincida con las variaciones de corriente del colector. Las técnicas de uso común para optimizar la activación de la base de un transistor son: 1) 2) 3) 4)
Control de encendido Control de apagado Control proporcional en base Control por antisaturación
Control de encendido La corrección de la corriente de base se puede proporcionar con el circuito de la figura. Cuando se conecta el voltaje de entrada, la corriente de base se limita con el resistor R1 y el valor inicial de esa corriente es: IB= (VI - VBE)/R1 Y el valor final de la corriente de base es: IBS= (VI - VBE)/R1 + R2 Control de apagado Si el voltaje de entrada de la figura se cambia a –V2 durante el apagado, el V C se suma a V2 como el voltaje inverso a través del transistor. Por lo tanto, habrá un pico de la corriente de base durante el apagado. 11
Control proporcional en base. Si la corriente del colector cambia debido a un cambio en la demanda de carga, la corriente de encendido de la base cambia en proporción a la corriente del colector. Control de saturación Si el transistor se excita muy rápido, el tiempo de almacenamiento que es proporcional a la corriente de base, aumenta, y se reduce la velocidad de conmutación. Se puede reducir el tiempo de almacenamiento operando el transistor con una saturación gradual, en lugar de muy rápida. Esto se puede hacer sujetador el voltaje de colector a emisor a un valor predeterminado, la corriente del colector es: IC = (VCC -VCM)/RC Donde VCM es el voltaje sujetador y V CM> VCD(Sat) Circuitos de disparo con aislamiento
Necesidad de aislamiento de la Señal Lógica de Control:
Tensiones elevadas (lineas rojas). Necesidad de protección del personal que maneja los equipos de control. Diferentes niveles de tensión dentro del convertidor y por tanto diferentes referencias para las salidas Base-Emisor (Puerta-Fuente) de los drivers. Se necesitan diferentes fuentes de alimentación auxiliares para los diferentes niveles de tensión. Existen diferentes métodos que se estudiarán en los próximos apartados El aislamiento galvánico se consigue empleando optoacopladores transformadores de pulsos.
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Acoplados Óptimamente
El fotoacoplador permite conseguir un buen aislamiento eléctrico entre el circuito de control y el de potencia. Este tipo de aislamiento ofrece como inconveniente la posibilidad de disparos espúreos en las conmutaciones del interruptor de potencia, debido a la capacidad parásita entre el LED y el fototransistor. Otro problema se debe a la diferencia de potencial entre las tierras del fotodiodo y del fototransistor que no debe superar la tensión de ruptura. Para minimizar estos dos inconvenientes se pueden usar fibras ópticas, (inmunidad al ruido EMI, aislamiento de alta tensión y evitan el efecto inductancia de los cables largos). No permiten transportar potencia, sólo señal, por lo que será necesario una fuente de alimentación auxiliar y un amplificador.
Circuito de Control de Base, con Aislamiento Optoacoplado de la Señal de Control El diodo DA sirve para evitar la saturación completa del BJT de potencia y así acelerar su conmutación. 13
Circuito de Control de Puerta, con Aislamiento Optoacoplado de la Señal de Control Este circuito es útil para hacer funcionar interruptores MOS a velocidades bajas (Los circuitos integrados digitales CMOS tienen una impedancia de salida alta). Para velocidades mayores pueden usarse circuitos especializados con impedancia de salida mucho menor, por ejemplo IXLD4425, 3Amp y +/- 15v
Acoplados magnéticamente
Señal de Control de Alta Frecuencia, Aislada con Transformador de Pulso
El transformador de pulsos permite transportar una señal de cierta potencia, y a veces puede evitarse el uso de una fuente de alimentación auxiliar El problema es que no pueden usarse pulsos de baja frecuencia debido a la inductancia de magnetización Para pulsos de frecuencias superiores a la decena de kHz y con D ˜0.5 pueden conectarse directamente, conectándose bien a la puerta de transistores de potencia, o en circuitos análogos a los vistos sustituyendo a fotoacopladores
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Señal de Control de Baja Frecuencia Aislada con Transformador de Pulso La frecuencia del oscilador podría ser por ejemplo de 1MHz, y los diodos rectificadores serán de alta frecuencia, pero de señal.
Circuito de Base con Señal de Control Aislada mediante Uso de Transformadores de Pulso. Aplicación para Frecuencias de Trabajo Elevadas y Ciclo de Trabajo Aproximadamente Constante. Evita Fuente de alimentación. Si T1 está conduciendo, ib sería negativa y por tanto, T2 se cortará. La corriente de magnetización por el transformador (por Lm) será transcurrido un tiempo: ip≈VBB/Rp.
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Al cortar T1 cuando por Lm circula ip, se hace circular una corriente por la base, y por tanto por el colector, de forma que al interactuar los devanados 2 y 3 será: ib=icN3/N2. Además, durante el tiempo que está cortado T1 Cp se descargará por Rp. Si en estas condiciones se vuelve a saturar T1, la tensión aplicada al devanado 1 es VBB y la corriente ip por el transformador podrá ser muy alta, de forma que: ib= icN3/N2- ipN1/N2 Si se eligen adecuadamente las relaciones de transformación, podrá hacerse la corriente de base negativa y se cortará el transistor de potencia.
Señal de Control de Baja Frecuencia Aislada con Transformador de Pulso La frecuencia del oscilador podría ser por ejemplo de 1MHz, y los diodos rectificadores serán de alta frecuencia, pero de señal.
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Circuitos de disparo con dispositivos digitales Timer El temporizador 555. Como se muestra en el diagrama de la figura 1, los bloques básicos de el temporizador 555 son una cadena de 3 resistencia del mismo valor, dos comparadores de voltaje, un flip - flop, y un transistor BJT. Las resistencias se colocan en las entradas de los comparadores (este es el pin 6, threshold) en VTH = (2/3) Vcc y VTL = (1/3)Vcc.
Figura 1. Temporizador NE555. Divisores de Frecuencia y detectores de cruce por cero (comparadores) Microcontroladores Podemos utilizar como referencia a el multiplicador discutido es este tutorial, ya que puede ser usado como un divisor analógico empleando circuitos de retroalimentación como se muestras en las figuras 1(a) y (b).
Figura 1.Técnicas de división análoga. (a) Voltaje positiio en el denominador, (b) voltaje negativo en el denominador. 17
Notemos que en sólo dos cuadrantes esta operación es posible porque el voltaje e4 debe ser de una polaridad opuesta a e1. Para e1 < 0, el multiplicador debe proveer una polaridad inversa mientras que para e1 > 0 el multiplicador debe generar +e1e0/10 = e2 para asegurar una operación estable (retroalimentación negativa). La principal limitación de tal retroalimentación en el divisor es el gran período de error como por ejemplo sería que el valor de e2 tienda a cero. Este error limita severamente el rango dinámico de el divisor; especialmente donde el error del multiplicador alcance su valor máximo, este se produce cuando le señal de entrada es pequeña. Modulador de Ancho de Pulso (PWM) Especificaciones •
Frecuencia
de
PWM
de
400
Hz
• Capacidad de corriente de 3 amperios con un
MOSFET •
IRF521 Voltaje
de
12V
• Control por potenciómetro o por voltaje de
entrada • Voltaje de control entre 0 y 10 voltios
Un modulador por ancho de pulso (PWM) es un dispositivo que puede usarse como un eficiente dimmer de luz o para controlar la velocidad en motores DC. Los motores DC grandes son controlados más eficientemente con tiristores de alta potencia, mientras los motores DC pequeños y medianos de imán permanente, son controlados más exitosamente con transistores de conmutación por ancho de pulso. El circuito descrito es un dispositivo para controlar motores que manejen unos cuantos amperios o también se puede utilizar para controlar el brillo en lámparas.
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Un circuito PWM arroja como resultado una onda cuadrada con ciclo variable de ON y Off, variando en el tiempo del 0 al 100 %. De esta manera, una cantidad variable de potencia es transferida a la carga. La principal ventaja de un circuito de PWM sobre un controlador que se base en la variación lineal de la potencia suministrada a una carga mediante cambio resistivo es la eficiencia. A una señal de control del 50%, el PWM usará cerca del 50% de la potencia total, de la cual casi tosa será transferida a la carga. En un controlador tipo resistivo, de un 50% de potencia que se quiera transferir a la carga se estima que le puede llegar cerca de un 71%. El otro 21% se pierde en forma de calor. La principal desventaja de los circuitos de PWM es la posibilidad de que exista interferencia por radiofrecuencia (RFI). El RFI puede minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y utilizando un filtrado de la fuente de alimentación. Este circuito posee una pequeña protección contra RFI y produce una mínima interferencia.
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CONCLUSIONES Los circuitos electrónicos de potencia utilizan diversos dispositivos para convertir la energía eléctrica y resolver necesidades llevadas a la industria, al hogar o sistemas específicos que requieran de cierto control. En general, electrónica de potencia utiliza dispositivos semiconductores como interruptores para controlar y cambiar voltajes y corrientes. Las aplicaciones típicas se resumen a la conversión de corriente alterna en corriente continua, la conversión de corriente continua en alterna, la conversión de una tensión continua no regulada en una tensión continúa regulada y la conversión de una alimentación alterna de determinada amplitud y frecuencia en otra amplitud y frecuencia distintas. Así mismo, existen distintos circuitos de excitación para cada uno de los dispositivos utilizados en potencia; estos nos permitirán activar y desactivar un transistor BJT, un MOSFET, un SCR o un TRIAC que son básicamente los dispositivos más comunes. Las pérdidas de potencia en conmutación pueden minimizarse utilizando circuitos de disparo, proporcionando rápidas transiciones. Aguilera Silva Omar Alejandro La electrónica de potencia es una de las ramas dentro de la eléctrica con mayor importancia y aplicaciones ya que los circuitos que se emplean son aplicados en dispositivos que permiten solucionar problemas o simplemente tener alguna aplicación con un fin especifico dentro del hogar o en la industria. Estos circuitos son usados para controlar y cambiar voltajes y corrientes, esto en conversiones como puede ser AC – DC, DC – AC, o como en los cicloconvertidores el los cuales de una alimentación alterna de cierta amplitud y frecuencia se puede cambiar su frecuencia. Los componentes de estos circuitos por lo regular con BJT, MOSFET, SCR o TRIACs, y dentro de estos circuitos se hace uso de circuitos de disparo para un mejor control en el circuito. Ramos Ceja Gustavo Alberto
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