Transistor de efecto de campo de Potencia (MOSFET)

1. Transistor de efecto de campo de Potencia (MOSFET)

2. Características • Son controlados por voltaje If se aproxima a cero • Entre el contacto metálico y la capa N existe un contacto metálico • Tiempos de encendido y Apagado pequeños • No tienen zona de segunda avalancha, por lo que son térmicamente estables • Tienen un Vds alto (Vce) (2 a 4V) por lo que las pérdidas estáticas aumentan • Tienen problemas con descargas electrostáticas • Son de costo alto, sirven para trabajo a alta frecuencia y media potencia

3. Características • El Mosfet no tiene portadores minoritarios, hace que las conmutaciones se produzcan en tiempos muy cortos Típico: • Toff = 100ns • Ton = 50ns • Circuitos de disparo simples • Habilidad para el paralelaje

4. BJT vs MOSFET • BJT • Recombinación, limita velocidad de operación • Controlado por corriente • Dispositivo de portadores minoritarios

5. BJT vs MOSFET • MOSFET • Controlado por voltaje • Dispositivo de portadores mayoritarios • Compuerta eléctricamente aislada, por lo que presenta una alta impedancia de entrada

6. Control del MOSFET Un voltaje positivo aplicado a la compuerta genera un campo eléctrico que convierte la región p en una región n. Este fenómeno se conoce como inversión de superficie y permite la circulación de corriente entre el drain y el source

7. Características RDS= Resistencia de salida D-S RDS= DVDS /Dio Es alta en la región de estrechamiento (MW)y baja en la región lineal (mW)

8. Protecciones • Igual que el TBJ • Cuidas que VGS no exceda el voltaje, normalmente esta entre 20V – 30V

9. IGBT (Transistor bipolar de compuerta aislada)

10. Características • Combina las ventajas del TBJ y el MOSFET • Alta impedancia de entrada y bajas pérdidas en conducción • No tiene problemas de segunda avalancha • Controlado por voltaje • Ton y Toff pequeños

11. Control • Encendido y apagado similar al mosfet, es decir durante el encendido se aplica un voltaje positivo a la compuerta lo que provoca una inversión en la capa n y la conducción entre c-e+ • Para apagar se manda a cero el gate o se aplica un voltaje negativo

12. Ventajas y Desventajas • Capacidad alta de corriente (mayor al mosfet y TBJ) • Fácil manejo, similar al mosfet • Excelente capacidad de bloqueo • Frecuencia de operación menor a la de un MOSFET

13. Comparación

14. Tiristores SCR • Rectificador controlado de silicio • Conduce corriente en un solo sentido • Soporta mejor los transitorios ya que no poseen RAN • Trabajan como interruptores

15. Estructura J1 P+N J2 NP J3 PN+

16. Funcionamiento • Si VA > VK entonces J1 y J3 con polarización directa, J2 con polarización inversa, por lo que circula corriente de fuga. Estado de Bloqueo • Si VAK se incrementa o se introduce una corriente en G, la juntura J2 entra en avalancha y circula cuna corriente de ánodo a cátodo. Estado de conducción

17. Característica Estática

18. Característica Estática • VBo Voltaje de ruptura directo • IH corriente de mantenimiento • IL corriente de enganche • VBR voltaje de ruptura reverso • IG corriente de gate • Vf voltaje anodo cátodo en conducción • VPIR voltaje pico repetitivo • VPINR voltaje pico inverso no repetitivo • IA corriente ánodo - cátodo

19. Zonas de Trabajo • A-B Bloqueo directo • B-C resistencia negativa • C-D zona de conducción • A-E bloqueo inverso • E-F zona de avalancha

20. Mecanismos de activado • Por voltaje: Al aumentar voltaje AK la juntura J2 polarizada inversamente aumenta su circulación de corriente y puede llegar un momento en el que las corrientes de fuga sean lo suficientemente altas como para iniciar una acción regenerativa • Por temperatura: si la temperatura aumenta se generan mas pares electrón hueco lo que hace que aumente la corriente de fuga, por lo que el SCR se dispara • Por Luz: en el caso de foto tiristores, al incidir luz en las uniones aumentan los pares electrón hueco

21. Mecanismos de activado • Por variaciones de voltaje: en condiciones transitorias las capacitancias de las uniones pueden hacer que haya circulación de corriente entre anodo y catodo. i=cdv/dt

22. Mecanismos de activado • Por acción transistor: a un tiristor polarizado directamente se le inyecta una corriente en la compuerta. La señal de compuerta debe eliminarse después de encendido el tiristor (caso contrario aumentan las perdidas entre GK)

23. Mecanismos de apagado • El tiristor se apaga cuando la corriente que circula entre ánodo cátodo es mas baja que la de mantenimiento • Conmutación natural (AC) • Conmutación forzada (DC)

24. Pulso de activado • El ancho de pulso de la señal de compuerta debe ser mayor que el tiempo requerido para que la corriente de ánodo se eleve lo suficiente como para mantenerse. • La señal debe ser de crecimiento rápido

25. Protecciones • Entre A-K • Temperatura: disipador adecuado • Sobrevoltaje. Varistor • di/dt: inductancia en serie • dv/dt: red de snubber • Entre G-K • dv/dt: Con R y C, R reduce tiempo en off, C elimina ruido de alta frecuencia • voltaje negativo: con diodo en antiparalelo • Corriente unidireccional: diodo en serie

26. Características dinámicas • ton.- tiempo que transcurre desde que el voltaje de entrada (VGK) es 10% de su valor hasta que la corriente de cátodo es el 90% de su valor 1us<ton<5us • toff.- tiempo que transcurre desde que la corriente de cátodo pasa por cero hasta cuando se puede aplicar nuevamente un voltaje A-K positivo sin que se produzca la conducción del elemento 1us<toff<100us

27. TRIAC

28. TRIAC • Tiristor bidireccional con características simétricas en sentido directo e inverso. Similar a dos SCR’s en paralelo inverso. • Conduce en ambos sentidos en respuesta a una señal de gate positiva y negativa

29. Métodos de activado

30. Protecciones • Sobrevoltaje: varistor • dv/dt: red de snubber • Resistencia en gate para evitar ruido • Temperatura: disipador adecuado

31. Conversión estática de energía eléctricaDefiniciones generales • Cualquier forma de onda diferente de las elementales (Continua y sinusoidal) o derivada de ellas se considera una onda compleja o distorsionada • Cualquier función periódica puede descomponerse en una suma infinita de funciones elementales, trigonometriítas o exponenciales a la que se le denomina SERIE DE FOURIER

32. Serie de Fourier

33. Definiciones • Valor medio: • Valor eficaz: • Teorema de Parseval

34. Definiciones • Factor de forma: F= Vrms / Vdc • Factor de pico: Fp=Vmax/Vrms • Factor de rizado: Es un indicador del grado de diferencia entre una onda y una función continua <1% se considera continua

35. Definiciones • THD o DA Indica la diferencia entre una onda cualquiera y una sinusoidal elemental <5% se considera sinusoidal