Electronica de Potencia

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.