ELECTRONICA DE POTENCIA
La electrónica de
potencia convierte la energía eléctrica
de un tipo de otra de otro tipo utilizando para ello dispositivos electrónicos.
Para tal fin se utilizan dispositivos semiconductores como interruptores para
controlar o modificar una tensión o una corriente.
Sus aplicaciones
abarcan diversos campos como: -Equipos de conversión de alta potencia,
transmisión de corriente continua y alterna, fuentes comunes, etc, conversión
de corriente alterna en continua y visceversa, construcción de fuentes
reguladas y no reguladas y otras. La electrónica de potencia abarca diversos
campo dentro de la ingeniería como teoría de circuitos, de control,
electromagnetismo, microprocesadores, térmica, etc.
Los interruptores electrónicos
básicamente están en un estado ON y un estado OFF. Cuando un interruptor es
ideal la corriente y tensión de conmutación son iguales a cero (como un
interruptor mecánico), aunque realmente los dispositivos de interrupción
electrónica consumen cierto grado de tensión y corriente, pero no lo
suficientemente altas como para afectar el rendimiento del circuito.
CLASIFICACION DE CONVERTIDORES
Los circuitos
convertidores se encargar de adaptar los requisitos de tensión y corriente de
la carga al generador. Estos circuitos convierten una forma de onda de ciertas
características en otra forma de ondas de otras características y se clasifican
según la relación que exista entre la entrada y la salida.
-Convertidor CA/CC
: Producen una salida continua a partir de una entrada alterna, desde un
generador de alterna a una carga de corriente continua y se denominan RECTIFICADORES.
-Convertidor CC/CA
: La potencia fluye desde el lado de la corriente alterna hasta el lado de la
corriente alterna y se denominan INVERSORES
-Convertidor CC/CC:
se usan cuando la carga necesitan un valor de corriente continua diferente al
entregado por el generador y/o no regulado. Útiles por ejemplo en un circuito
integrado que trabaja a 5V y el generador entrega 12V, con un convertidor cc-cc
se soluciona.
-Convertidor CA/CA:
Se utiliza en aplicaciones donde se necesita cambiar la amplitud o la
frecuencia de una señal alterna, por ejemplo para regular la velocidad de un
motor de inducción.
Los anteriores
tipos de convertidores se pueden combinar para satisfacer las necesidades del
circuito o la aplicación en particular.
INTERRUPTORES ELECTRONICOS
Los interruptores
electrónicos se modelan como cortocircuitos cuando están cerrados y circuitos
abiertos cuando no lo están, es decir como interruptores ideales donde las
transiciones son instantáneas, entonces podemos citar algunos:
-Diodos: Son los dispositivos más
sencillos, aunque la forma de controlarlos radica básicamente en que el sentido
de la corriente indica si están en cortocircuito (cerrado) o si están en
circuito abierto. El diodo esta polarizado en directa cuando la corriente es
positiva y está en inversa cuando la corriente es negativa. Una característica
importante del diodo es su corriente de recuperación inversa, que significa que
cuando un diodo pasa de conducción a corte, la corriente en el disminuye y por
un instante se hace negativa antes de ser cero (0 A), por esta razón algunos
diodos tiene un diseño especial para su tiempo de recuperación sea corto o
inferior a 1 uS.
Los diodos Schottly poseen un contacto de
metal-silicio en lugar de una unión p-n, teniendo una caída de tensión de 0.3V,
la barrera de potencial no está sujeta a transitorios de recuperación y conmuta
más rápidamente que un diodo común
-Tiristores: Son interruptores electrónicos
usados en aplicaciones de potencia donde es necesario controlar la activación
del interruptor. Constituyen una famila de componentes de tres terminales como
los SRC (rectificador controlado de Silicio), el TRIAC, el tiristor de bloqueo
por puerta (GTO) y el tiristor MCT o tiristor controlado por MOS. Sus
terminales son llamadas ANODO, CATADO Y PUERTA.
Para que el SCR
entre en conducción debe haber una
corriente positiva mínima, entre
los terminales ANODO Y CATODO llamada corriente
de mantenimiento y que en la PUERTA exista una señal de activación o
corriente de puerta, la cual, una vez entre en conducción el SRC no es
necesario aplicarla más. El SRC deja de conducir cuando no exista corriente
entre ANODO Y CATODO o sea negativa.
El tiristor GTO al
igual que el SRC se activa con una corriente de puerta pero se puede desactivar
usando también una corriente de puerta negativa mucho mayor que para activarlo,
generalmente un tercio de la corriente de ánodo en estado de conducción. El
Triac es capaz de conducir corriente en ambos sentidos, como dos SRC conectados
en antiparalelo. El MCT es un dispositivo como el GTO, pero necesita es un
tensión adecuada entre la PUERTA-CATODO, en lugar de una corriente de puerta.
-Transistores: Se usan en electrónica de
potencia en sus estados de CORTE o SATURACION. En situaciones de amplificación
se usan en su zona ACTIVA y tienen la ventaja que proporcionan control sobre la
activación o desactivación. Los tipos mas usados son los BJT, FET, IGBT.
Un BJT entra en
conducción cuando se aplica la suficiente corriente de base para que entre
en conducción. Un BJT de potencia
normalmente tiene un corriente de saturación COLECTOR-EMISOR de 1 a 2 V y
tienen una baja Hfe a veces menor que 20. Por ejemplo si un BJE va a conducir
una corriente de 60 A y su Hfe es igual a 3, entonces la corriente de base debe
ser de al menos 3 A. Para evitar extraer tanta corriente del circuito de
excitación, se utiliza la CONFIGURACION DARLINGTON cuya ganancia es igual al
producto de las ganancias individuales de cada transistor. Los BJT de potencia
están disponibles con valores nominales
de hasta 1200 V y 400 A (valores más
altos que los de un MOSFET)
Los MOSFET de
potencia son más de acumulación que de empobrecimiento. Una tensión suficientre
entre COMPUERTA – FUENTE (VGS) activara el disposivito para que entre DRENADOR
Y FUENTE exista una corriente ID. Los MOSFET de baja tensión tienen una
resistencia de conduccion que ronda los 0.1 ohmios mientras que los de alta
tensión tienen una resistencia de conduccion de unos cuantos ohmios. Sus
valores nominales están por el orden de los 1000 V y los 50 A, sus velocidades
de conmutación operan por encima de los 100 Khz (más que un BJT)
El IGBT es un
hibrido entre un MOSFET y un BJT, su circuito de excitación es como el de un
MOSFET y sus caracteriscas de conduccion son como las de un BJT y pueden operar
en conmutación a 20 KHz.
