Electronica de Potencia-transistores de Potencia

  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia1/19Ingeniería Electromecánica0Electronica de PotenciaInstituto Tecnológico de Tapachula
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia2/19Electronica de PotenciaInstituto tecnológico de TapachulaIngeniería electromecánicaSéptimo semestreInvestigación de “Transistores de Potencia”Equipo:Enixe Itel !ópe «i#uentes$lexis %odr&gue %odasErnesto $ntonio $rreola $’arca(redi )aciel *choa +am’oa,
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia3/19Indice-Pag.Indice/////////////////////////////////////////////////////////////////////////-Introduccion/////////////////////////////////////////////////////////////////Transistores de Potencia////////////////////////////////////////////////// 1,., Principiode (uncionamiento///////////////////////////////////////// 2-.,Transistor 3ipolar de Potencia 3)T///////////////////////////////// 2-.,.- 4odo detra’a5o///////////////////////////////////////////////////// 2-.,.Especi#icaciones importantes /////////////////////////////////////6-.,.1 «aracteristicas dinamicas////////////////////////////////////////// 6-.,.2 $rea de *peración////////////////////////////////////////////////// 7., Transistor4*S(ET //////////////////////////////////////////////////// 8.,.-%egion de tra’a5o////////////////////////////////////////////////// 8E5emplos de4*S(ET de potencia /////////////////////////////////////// ,01.,Transistor I+3T//////////////////////////////////////////////////////// ,,1.,.-«aracteiristicas////////////////////////////////////////////////////// ,-1.,.Estructura/////////////////////////////////////////////////////////////,-1.,.1#uncionamiento///////////////////////////////////////////////////////,1.,.2 $pliacicones//////////////////////////////////////////////////////////,1″onclucion//////////////////////////////////////////////////////////////////,2$nexos////////////////////////////////////////////////////////////////////////,63i’liogra#ia//////////////////////////////////////////////////////////////////,7
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia4/19IntroducciónEn esta investigación el tema a tratar es so’re los dispositivos“transitores de potencia”donde se va explicar el principio de#uncionamiento de este dispositivo comparado con otrostransistores’asicos como el 3)T9 entre algunos otros.!a clasi#icacion de los transitores de potencia tam’ien esimportante reconocerlos de acuerdoa su #uncionamiento asi otorgaleruna utilidad. $si tam’ien el tipo de conmutacion de cadaunos deellos9 de acuerdo si el transistor esta en corte o saturacion. Elmodo de tra’a5o enlos transistores se puede llevar de acuerdo a sus polariacionesregiones del transistor . $ lo largo de la investigacion se descri’ira cada uno delos transistores de potencias9 lasdi#erentes caracteristicaslimites de tra’a5o.Se dara a conocer para tener me5or in#ormacion de estosdispositivos9 tam’ien se darane5emplos de aplicaciones.Tam’ien se complementara con las venta5as desventa5as de sus usoen dichos sistemaselectronicos de potencia9 asi se o’tendra unaconclucion detallada de este tipo detransistores por que suelen sertan utiles.
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia5/19Transistordepotenciaunipolaro (ETI+3T3ipolarTransistores de PotenciaEl #uncionamiento utiliación de los transistores de potencia esidéntico al de lostransistores normales9 teniendo «omocaracter&sticas especiales las altas tensiones eintensidadesque tienen que soportar 9 por tanto9 las altas potencias adisipar.Existen tres tipos de transistores de potencia:El I+3T o#rece a los usuarios las venta5as de entrada 4*S9 m;sla capacidad de carga encorriente de los transistores’ipolares:• Tra’a5a con tensión.• Tiempos de conmutación ‘a5os.•
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia6/19,., Principio de #uncionamiento!a di#erencia entre un transistor ‘ipolar un transistor unipolaro (ET es el modo deactuación so’re el terminal de control. En eltransistor ‘ipolar ha que inectar una corrientede ‘ase para regularla corriente de colector9 mientras que en el (ET el control sehacemediante la aplicación de una tensión entre puerta #uente. Estadi#erencia vienedeterminada por la estructura interna de am’osdispositivos9 que son su’stancialmentedistintas.Es una caracter&stica com?n9 sin em’argo9 el hecho de que lapotencia que consume elterminal de control =’ase o puerta> essiempre m;s [email protected] que la potencia mane5ada en losotros dosterminales.En resumen9 destacamos tres cosas #undamentales:• En un transistor ‘ipolar I3 controla la magnitud deI».• En un (ET9 la tensión A+S controla la corriente I
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia7/19Región activa directa: «orresponde a una polariación directa dela unión emisor/’ase auna polariación inversa de la unión colector/’ase. Esta es laregión de operación normal deltransistor para ampli#icación.Región activa inversa: corresponde a una polariacióninversa de la unión emisor/’ase auna polariación directa de launión colector/’ase. Esta región es usada raramente.Región de Corte: es una polariación inversa de am’asuniones.Región de saturación: corresponde a una polariación directade am’as uniones. =$qu& eltransistor act?a como modoencendido>.-.,. Especi#icaciones importantes!as principales caracter&sticas que han de considerase enlos transistores ‘ipolares depotencia son: I Cmax : Intensidad m;xima de colectorBV CEO : Tensión de ruptura de colector/ emisor Pmax : Potencia m;xima disipa’le en región continuo-.,.1 «aracter&sticas din;micas6Ilustración 1 Regiones de BJTIlustración 2 polarización
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia8/19B Tiempoque emplea la [email protected] desalida en voluvionar etre el80C :el ,0C e su valo #inalB
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia9/19-.,.2 Drea de operación segura en un 3)T de potencia$dem;s de especi#icar la m;xima disipación de potencia adi#erentes temperaturas deencapsulado9 los #a’ricantes detransistores de potencia suelen indicar una gr;#ica de la#ronteradel ;rea de operación sin riesgo9 la especi#icación de una S*$t&pica presenta la#orma que se muestra a continuación.,. !a corriente m;xima permisi’le: si se excede esta corrientede manera continua puededar como resultado que se #unda losalam’res que conecten el dispositivo a losterminales delencapsulado.-. !a hipér’ola de m;xima disipación de potencia: en este ellugar geométrico que secumple que V ce ic= Pmax . !&mite de segunda ruptura: la segunda ruptura es un#enómeno que resulta de’ido aque la circulación de corriente por la unión entre el emisor’ase no es uni#orme.%eci’e el nom’re de puntos caliente.1. Aolta5ede ruptura de la unión colector emisor: unca de’e permitirse que elvalorinstant;neo de Ace exceda de 3AceoF de otra manera ocurrir; laruptura de avalanchade la unión entre colector ‘ase.GIlustración !emostración de Curvas
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia10/194*S(ET requiere solo de una [email protected] de entrada9 mientras quelos 3)T son controlados por corriente aplicada en la ‘ase.Tipos de «#$%ET:.,.- %egión de tra’a5o8Ilustración & curvas caracteristicas de los «#$%ET
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia11/19Región de corte: en esta región la corriente que circulapor el drenado es pr;cticamentenula.Región activa: en esta región se utilia en transistor comoampli#icador. Para un valor de Agsque ser; como minino Ags =th>se produce el paso de corriente entre el drenador el surtidor.Región ó’mica: una de#inición de la región óhmica parte de lacaracter&stica que satis#ace lacondición.%ormulas:,0
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia12/19E5emplos de 4*S(ET de potenciaE5emplos de 4*S(ET de 60 volts9 tipos de encapsulados. Puedenser seme5antes a los diodos*tras caracteristicas:4;xima tensión drenador/ #uente.,,
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia13/191., Transistor I+3TEl transistor ‘ipolar de puerta aislada =I+3T9delinglés Insulated +ate 3ipolar Transistor> esundispositivo semiconductor que generalmente se aplicacomointerruptor controlado en circuitos de electrónica depotencia. Estedispositivo posee la caracter&sticas de [email protected] de puerta delos transistores de e#ecto campo conla capacidad de altacorriente ‘a5o volta5e de saturación del transistor ‘ipolar9com’inandouna puerta aislada (ET para la entrada de control untransistor ‘ipolar como interruptor enun solo dispositivo. El circuito de excitación del I+3T es comoel del 4*S(ET9 mientras que lascaracter&sticas de conducciónson como las del 3)T.!os transistores I+3T han permitido desarrollos que noha’&an sido via’les hasta entonces9 enparticular en losAariadores de #recuencia as& como en las aplicacionesen m;quinaseléctricas convertidores de potencia que nos[email protected] cada d&a por todas partes9 sinque seamosparticularmente conscientes de,-https://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_ingl%C3%A9shttps://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/MOSFEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolarhttps://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolarhttps://es.wikipedia.org/wiki/FEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/MOSFEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolarhttps://es.wikipedia.org/wiki/FEThttps://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_ingl%C3%A9s
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia14/19eso: automóvil9 tren9 metro9 auto’?s9 avión9 ‘arco9 ascensor9electrodoméstico9 televisión9 domótica9 Sistemas de $limentaciónIninterrumpida o S$I =en Inglés HPS>9 etc.1.,.- «aracteristicas• I»max !imitada por e#ecto !atch/up.• A+Emax !imitada por el espesor del óxido de silicio.• Se [email protected] para que cuando A+E A+Emax la corriente decortocircuito sea entre 1 a,0 veces la nominal =ona activa conA»EAmax> pueda soportarla durante unos 2 a ,0us. pueda actuaruna protección electrónica cortando desde puerta.• A»Emax es la tensión de ruptura del transistor pnp. «omo J esmu ‘a5a9 ser;A»Emax3A»30 Existen en el mercado I+3Ts con valores de6009 ,.-009 ,.7009 -.,00 .00 voltios. =anunciados de 6.2KA>.• !a temperatura m;xima de la unión suele ser de ,20L» =conSi» se esperan valoresmaores>• Existen en el mercado I+3Ts encapsulados que soportan hasta100 o 600 $mp.En la actualidad es el dispositivo mas usado para potenciasentre varios KM un par de 4M9tra’a5ando a #recuencias desde 2 KN a 10KN1.,. EstructuraEl I+3T es un dispositivo semiconductor de cuatro capas que sealternan =PP> que soncontrolados por unmetal/óxido/semiconductor =4*S>9 estructura de la puerta sin unaacciónregenerativa. Hn transistor ‘ipolar de puerta aislada=I+3T> celular se construe de manerasimilar a un 4*S(ET de canaln vertical de poder de la construcción9 excepto la n se sustitueconun drena5e O p O capa de colector9 #ormando una l&nea verticaldel transistor de unión’ipolar de PP.,https://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vilhttps://es.wikipedia.org/wiki/Trenhttps://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAshttps://es.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Barcohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ascensorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electrodom%C3%A9sticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Televisi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttp://www.ecured.cu/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vilhttps://es.wikipedia.org/wiki/Trenhttps://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Autob%C3%BAshttps://es.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Barcohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ascensorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Electrodom%C3%A9sticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Televisi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpidahttp://www.ecured.cu/Temperatura
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia15/19Este dispositivo posee la caracter&sticas de las [email protected] depuerta de los transistores de e#ectocampo con la capacidad de altacorriente ‘a5o volta5e de saturación del transistor’ipolar9com’inando una puerta aislada (ET para la entrada decontrol un transistor ‘ipolar comointerruptor en un solodispositivo. El circuito de excitación del I+3T es como el del4*S(ET9mientras que las caracter&sticas de conducción son comolas del 3)T. En la #igura II se o’servala estructura interna de un I+3T9 el mismo cuenta con tres pinesPuerta =+>9 Emisor =E> «olector =»>.1.,.1 (uncionamiento»uando se le es aplicado un volta5e A+E a la puerta 9 el I+3Tenciende inmediatamente9 lacorriente de colector I» es conducida elvolta5e A»E se va desde el valor de ‘loqueo hastacero. !a corrienteI» persiste para el tiempo de encendido en que la [email protected] en lapuerta esaplicada. Para encender el I+3T9 el terminal » de’e serpolariado positivamente conrespecto a la terminal E. !a [email protected] deencendido es un volta5e positivo A+ que es aplicado a lapuerta+.Este volta5e9 si es aplicado como un pulso de magnitudaproximada de ,2 volts9 puede causarque el tiempo de encendido seamenor a , s9 después de lo cual la corriente de colector I<esigual a la corriente de carga I! =asumida como constante>. Hnave encendido9 el dispositivose mantiene as& por una [email protected] devolta5e en el +. Sin em’argo9 en virtud del control devolta5e ladisipación de potencia en la puerta es mu ‘a5a.El I+3T se apaga simplemente removiendo la [email protected] de volta5e A+de la terminal +. !atransición del estado de conducción al estadode ‘loqueo puede tomar apenas -microsegundos9 por lo que la #recuencia de conmutación puedeestar en el rango de los 20KN.E! I+3T requiere un valor l&mite A+E =TN> para el estadode cam’io de encendido a apagado viceversa. Este es usualmente de 1A. $rri’a de este valor el volta5e A»E cae a un valor ‘a5ocercano alos – A. «omo el volta5e de estado de encendido se mantiene ‘a5o9el + de’e tenerun volta5e arri’a de ,2 A9 la corriente I» seautolimita.,1Ilustración ( Estructura de I)BT
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia16/191.,.1 $plicacionesEl I+3T es un dispositivo electrónico que generalmente se aplicaa circuitos de potencia. Estees un dispositivo para la conmutación en sistemas de altatensión. Se usan en los Aariadoresde #recuencia as& como en lasaplicaciones en maquinas eléctricas convertidores de potenciaquenos [email protected] cada d&a por todas partes9 sin que seamosparticularmente conscientesdeeso: $utomóvil9 Tren9 4etro9$uto’?s9 $vión9 3arco9 $scensor9Electrodoméstico9 Televisión9<omótica9 Sistemas de $limentación Ininterrumpida o S$I =enInglés HPS>9 etc.»onclusión,2Ilustración * Circuito +plicadohttp://www.ecured.cu/Autom%C3%B3vilhttp://www.ecured.cu/Trenhttp://www.ecured.cu/Trenhttp://www.ecured.cu/Metrohttp://www.ecured.cu/Autob%C3%BAshttp://www.ecured.cu/Avi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Barcohttp://www.ecured.cu/Ascensorhttp://www.ecured.cu/index.php?title=Electrodom%C3%A9stico&action=edit&redlink=1http://www.ecured.cu/Televisi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/UPShttp://www.ecured.cu/Autom%C3%B3vilhttp://www.ecured.cu/Trenhttp://www.ecured.cu/Metrohttp://www.ecured.cu/Autob%C3%BAshttp://www.ecured.cu/Avi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Barcohttp://www.ecured.cu/Ascensorhttp://www.ecured.cu/index.php?title=Electrodom%C3%A9stico&action=edit&redlink=1http://www.ecured.cu/Televisi%C3%B3nhttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/Dom%C3%B3ticahttp://www.ecured.cu/UPS
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia17/19Na que sa’er que el transistor es un gran aporte del campocientico tecnológico en laamplia gama de la electrónica su gran aplicación en eldesarrollo as& como la investigación ela’oración deproectos.$provechar las concepciones #ormulaciones teóricas deldispositivo es posi’le llevar a lapr;ctica elementos pr;cticos einnovadores como lo es el transistor.El estudio del e#ecto del transistor de potencia en niveles deenerg&a permite provecharsepara tener un [email protected] en un sistema’asado en sus electrones9 per#eccionando hasta llevarlo alo que seconocen actualmente.»on#orme a la investigación nos podemos dar cuenta que el#uncionamiento utiliación delos transistores de potencia es idéntico al de los transistoresnormales9 teniendo comocaracteristicas solamente especiales lasaltas tensiones e intensidades que tiene que soportar altaspotencias que disipar.Es importante que el ingeniero electromec;nica tengaconocimiento de estos dispositivos deelectrónica de potencia parausarlos de manera adecuada9 a que los transistores de potenciaes elavance actual en la tecnolog&a a nivel ingenier&a9entonces9 es necesario sa’er sus#uncionamientos9 caracteristicas endi#erentes regiones para desci#rar su modo de conexión9as& sellegara encontrar en un circuito o se requiera utiliar.$nexos$nexo ,./ E5emplos de 4os#et de Potencia,6
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia18/193i’liogra#&a,7
  • 8/17/2019 Electronica de Potencia-transistores de Potencia19/194HN$44$< N. %$SNI
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