Electrónica de Potencia
1.Objetivo
El lector conozca la diversidad de los elementos que hay dentro de la electrónica ademas de poder seleccionar un dispositivo y reconocerlo dentro de un circuito.
2.Significado
Electrónica de Potencia está orientada al estudio de una rama de la
ingeniería eléctrica (disciplina que estudia las técnicas de producción, transporte,
tratamiento, transformación y consumo de la energía eléctrica)
Durante muchos años ha existido la necesidad de controlar la potencia electrónica de los sistemas de tracción y de los controles industriales impulsados por motores eléctricos; esto ha llevado un temprano desarrollo del sistema Ward-Leonard con el objetivo de obtener un voltaje de corriente directa variable para el control de los motores e impulsadores. La electrónica de potencia ha revolucionado la idea del control para la conversión de potencia y para el control de los motores electrónicos.
La electrónica de potencia combina la energía, la electrónica, y el control. El control se encarga del régimen permanente y de las características dinámicas de los sistemas de lazo cerrado. La energía tiene que ver con el equipo de energía de potencia estática y rotativa o giratoria, para la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica. La electrónica se ocupa de los dispositivos y circuitos de estado sólidos requeridos en el procesamiento de señales para cumplir con los objetivos de control deseados. La electrónica de potencia se puede definir como la aplicación de electrónica de estado sólidos para el control y la conversión de la energía eléctrica.
La electrónica de potencia se basa, en primer término, en la conmutación de dispositivos semiconductores de potencia. Con el desarrollo de la tecnología de los semiconductores de potencia, las capacidades del manejo de la energía y la velocidad de conmutación de los dispositivos de potencia se han elevado.
El desarrollo de las tecnologías de los microprocesadores- micro computadoras tiene un gran impacto sobre el control y la síntesis de la estrategia de control para los dispositivos semiconductores de potencia. El equipo de electrónica de potencia moderno utiliza (1) Semiconductores de potencia, que pueden compararse con el musculo, y (2) micro electrónico, que tiene el poder y la inteligencia del cerebro.
Requisitos de los dispositivos Requisitos de los dispositivos
electrónicos de potencia
o Tener dos estados:
1. alta impedancia (bloqueo)
2. Baja impedancia (conducción).
Capacidad de soportar:
- Intensidades altas con caídas de tensión bajísimas en estado de conducción
- Tensiones altas con corrientes de fugas bajísimas en estado de bloqueo.
-Transistores de potencia y los
-Tiristores.
Estas familias de dispositivos tienen
dos electrodos principales y un tercer
electrodo de control.
3.Partes de un equipo electrónico de Potencia
- Tener dos estados claramente definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja impedancia (conducción).
- Poder controlar el paso de un estado a otro con facilidad y pequeña potencia.
- Ser capaces de soportar grandes intensidades y altas tensiones cuando está en estado de bloqueo, con pequeñas caídas de tensión entre sus electrodos, cuando está en estado de conducción. Ambas condiciones lo capacitan para controlar grandes potencias.
- Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro.
El último requisito se traduce en que a mayor frecuencia de funcionamiento habrá una mayor disipación de potencia. Por tanto, la potencia disipada depende de la frecuencia.
4. Aplicaciones de la Electronica de Potencia
5.Dispositivos de la electronica de potencia
Dentro de los dispositivos electrónicos de potencia, podemos citar: los diodos y transistores de potencia, el tiristor, así como otros derivados de éstos, tales como los triac, diac, conmutador unilateral o SUS, transistor uniunión o UJT, el transistor uniunión programable o PUT y el diodo Shockley.
5.1 Clasificación
6. Diodos
Polarización directa
Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo.
En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito.
Polarización inversa
Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo.
En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto.
Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, ésto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa.
Aplicaciones del diodo
Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) acorriente continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificador
DIODO SCHOTTKY O DE BARRERA
Son dispositivos que tienen una caída de
voltaje directa (VF) muy pequeña, del orden
de 0.3 V o menos. Operan a muy altas
velocidades y se utilizan en fuentes de
potencia, circuitos de alta frecuencia y
sistemas digitales. Reciben también el nombre
de diodos de recuperación rápida (Fast
recovery) o de portadores calientes.
- FUNCIONAMIENTO Cuando se realiza una ensambladura entre una terminal metálica y un material semiconductor, el contacto tiene, típicamente, un comportamiento óhmico cualquiera, la resistencia del contacto gobierna la secuencia de la corriente. Cuando este contacto se hace entre un metal y una región semiconductora con la densidad del dopante relativamente baja, las hojas dominantes del efecto debe ser el resistivo, comenzando también a tener un efecto de rectificación
- DESVENTAJAS Las dos principales desventajas del diodo Schottky son: - El diodo Schottky tiene poca capacidad de conducción de corriente en directo (en sentido de la flecha).
- APLICACIONES - En fuentes de baja tensión en la cuales las caídas en los rectificadores son significativas. - Circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación
*Rectificadores
7. Tiristores
*SCR
Tiristor. Un SCR o Tiristor (thyristor en inglés) es un componente electrónico rectificador de estado sólido de 3 terminales: ánodo (A), cátodo (K) y un electrodo de control denominado puerta (G, gate)
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido.Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.
Aplicaciones
Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes muy grandes, también son comúnmente usados para controlar corriente alternadonde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo.
*TRIAC
TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar lacorriente alterna. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dosSCR en antiparalelo. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.
*GTO
(“Gate Turn-Off Thyristor”)
El GTO es un tiristor con capacidad de externa de bloqueo, la puerta le permite controlar las dos transiciones: pasa de bloqueo conducción y viceversa .El GTO tiene una estructura de 4 capas, típica de los componentes de la familia de los
tiristores. Su característica principal es su capacidad de entrar en conducción y bloquearse a
través de señales adecuadas en el terminal de puerta G.
8. Transistores
El transistor, inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier previsión inicial. También se llama Transistor Bipolar o Transistor Electrónico.El Transistor es un componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc.
- BJT, de transistor bipolar de unión (del ingles, Bipolar Junction Transistor).
El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.
- Transistores de efecto de campo. ( JFET, MESFET, MOSFET )
- JFET, De efecto de campo de unión (JFET): También llamado transistor unipolar, fué el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica.
- MESFET, transistores de efecto de campo metal semiconductor.
- MOSFET, transistores de efecto de campo de metal-oxido semiconductor. En estos componentes, cada transistor es formado por dos islas de silicio, una dopada para ser positiva, y la otra para ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, un electrodo de metal.
- Transistores HBT y HEMT.
Las siglas HBT y HEMT pertenecen a las palabras Heterojuction Bipolar Transistor (Bipolar de Hetereoestructura) y Hight Electrón Mobility Transistor (De Alta Movilidad). Son dispositivos de 3 terminales formados por la combinación de diferentes componentes, con distinto salto de banda prohibida.
9.Resumen
en conclusión tenemos una gran diversidad de elementos electrónicos los cuales nos han facilitado la vida, debido a su funcionamiento y características. la electrónica de potencia se encarga del estudio de técnicas de producción, transporte, tratamiento, transformación y consumo de la energía eléctrica
10. Cuestionario
- Que es electrónica de potencia?
- Que es un diodo?
- Menciona las características de un diodo de barrera?
- Que es un tiristor?
- Describe algun tipo de tiristor
- Cual es funcionamoento del transitor
- Que es un Mosfet?
- Que es un rectificador?
- Menciona algunos elementos de potencia
- Que es un TRIAC?
11. Bibliografia
- http://www.ugr.es/~amroldan/enlaces/dispo_potencia/introd.htm
- http://es.wikipedia.org/wiki/Impedancia
- http://www.eueti.uvigo.es/files/material_docente/671/introduccion_parte_i.pdf
- http://www.iuma.ulpgc.es/~roberto/asignaturas/EI/transparencias/EI_Tema_2.Intro_EP.pdf
- http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/diodo-schottky-barrera/diodo-schottky-barrera.pdf
