Panorámica actual de la Electrónica de Potencia

1. Panorámica actual de la Electrónica de Potencia Javier Sebastián Universidad de Oviedo Universidad Alfonso X el Sabio Villanueva de la Cañada, 5 de Mayo de 1997

2. ¿Qué es la Electrónica de Potencia?

3. Tipos de electrónica

4. Electrónica de comunicaciones

5. Electrónica Analógica

6. Electrónica Digital

7. Instrumentación Electrónica,Bioelectrónica...

8. Electrónica de Dispositivos y Microelectrónica

9. Electrónica de Potencia: Transformar el “aspecto” de la energía eléctrica usando dispositivos y circuitos electrónicos • Dispositivos • Circuitos • Aplicaciones

10. Dispositivos Electrónicos Sin control: Diodos Con control de encendido: Tiristores Con control total: Transistores Dispositivos Pasivos • Transformadores • Bobinas • Condensadores

11. Ánodo p+ n- n+ Cátodo Diodos de Potencia Diodos de tres capas Mayor sección Problemas de velocidad Problemas térmicos

12. Puerta Cátodo n+ p- n- p+ Cátodo Ánodo Tiristor SCR Sólo control de encendido Muy robustos Baja frecuencia Tecnología muy madura

13. Terminal 1 Puerta p n Terminal 2 • Sólo control de encendido • Conducción bidireccional • Baja frecuencia • Tecnología muy madura Triac

14. GTO (tiristor apagado por puerta) Transistor bipolar de potencia Transistor MOSFET de potencia IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) Otros muchos en evolución Tipo transistor

15. Cátodo Puerta n+ p- n- p+ Cátodo Ánodo GTO Control de encendido y apagado (difícil) Muy robustos Baja frecuencia (mayor que los SCR’s)

16. Base Emisor p- n- n+ Colector Transistor bipolar Control de encendido y apagado (dificultad media) Robustos Media frecuencia (mayor que los SCR’s y los GTO’s)

17. Fuente Puerta p n- n+ Drenador MOSFET de potencia Fácil control de encendido y apagado Alta frecuencia (mayor que los otros) Resistivo en conducción

18. Emisor Puerta n- p- n+ p+ Colector IGBT Fácil control de encendido y apagado Frecuencia entre BJT y MOSFET Casi como un BJT en conducción

19. SCR 107 106 105 GTO MARGEN DE POTENCIA (V·A) 104 BJT MOSFET 103 IGBT 102 10 102 103 104 105 106 107 108 AÑO FRECUENCIA (Hz) Potencia vs. frecuencia

20. Tiristor Radiador Tuerca Montaje (I)

21. Radiador Transistor Tuerca Montaje (II)

22. Press-package Radiador Montaje (III)

23.  • Tántalo • Aluminio •  • Poliester (MKT, KT) • Polipropileno (MKP, KP) • Policarbonato (MKC, KC) • Poliestireno (MKS, KS) •  • Tipo 1 (NP 0 ,C0G) • Tipo 2 (X7R,Y5V, Z5U) Condensadores Electrolíticos Plástico Cerámicos Teflón, mica. etc

24. Núcleo Núcleo Devanados separados Devanados intercalados Transformadores de alta frecuencia

25. Otros componentes específicos Radiadores Ventiladores Fusibles Redes de protección (snubbers) Varistores

26. ¿Hacia dónde tienden los dispositivos de potencia?

27. Ge Si Ga As Si C Diamante Tendencia en materiales semiconductores

28. Ge Si Ga As Si C Diamante Tendencia en materiales semiconductores

29. MOSFETs de carburo de silicio MCTs IGBTs MOSFETs BJTs 1950 60 70 80 90 2000 10 Evolución temporal de los principales dispositivos

30. 107 106 IGBT MCT 105 MARGEN DE POTENCIA (V·A) 104 MOSFET 103 102 AÑO 1980 84 88 92 Aumento de la potencia

31. Ánodo Ánodo Ánodo p+ n- n+ Cátodo Cátodo Cátodo p-i-n de Si p-i-n Schottky Schottky de Si C Tendencias en diodos

32. Puerta Fuente p n- n+ Drenador U MOS V MOS D MOS Tendencias en MOSFET

33. 0.7 0.6 0.5 0.4 Resistencia específica, xm2 0.3 D MOSFET 0.2 U MOSFET 0.1 0 1980 84 88 92 AÑO Resistencia específica en conducción VDS max=50V

34. Cátodo n+ Puerta p MOSFET P n- p+ TIRISTOR Ánodo Tiristor controlado por MOS (MCT)

35. Puerta Cátodo n+ p n- p+ Ánodo Otro MCT: el tiristor de emisor conmutado (EST)

36. MOSFET N MOSFET P Puerta de encendido Puerta de apagado Cátodo n- p+ Ánodo n+ p- TIRISTOR Tiristor controlado de doble puerta (otro MCT)

37. MCT EST IGBT 100 DENSIDAD DE CORRIENTE, A/cm2 10 MOSFET 1 0 1 2 3 CAÍDA DE TENSIÓN EN CONDUCCION, V. Caída de tensión en conducción

38. Fuente Fuente Puerta p+ n- Puerta n+ Drenador Drenador El transistor estático de inducción (SIT)

39. Cátodo Cátodo Puerta Puerta p+ n- n+ Ánodo Ánodo El tiristor estático de inducción (SITH)

40. Devanados integrados Núcleo Transformador plano

41. Devanados integrados Núcleo Circuito impreso multicapa Transformadores planos enconvertidores de perfil bajo

42. Condensadores: cerámicos multicapa vs. nuevos plásticos Ultracondensadores vs. baterías Materiales magnéticos: nuevas ferritas MnZn y NiZn vs. materiales férricos amorfos Materiales para componentes pasivos

43. Entrada Salida Circuito de potencia Circuito de mando Convertidores electrónicos de potencia

44. CA / CC CC / CC Rectificador Regulador de continua CA / CA CC / CA • Cicloconvertidor • Reg. alterna Inversor Tipos de convertidores electrónicos de potencia

45. controlado sin controlar Rectificadores (ejemplos) Trifásicos

46. Sin aislamiento galvánico y un transistor Reductor (Buck) Elevador (Boost) Convertidores CC/CC (ejemplos I)

47. Con aislamiento galvánico y un transistor Directo (Forward) De retroceso (Flyback) Convertidores CC/CC ( II )

48. Con varios transistores Medio puente Convertidores CC/CC ( III )

49. Inversores (I) Puente trifásico con IGBT’s

50. Inversores (II) Puente trifásico con GTO’s alimentado en corriente