DISPOSITIVOS E INDUCTORES

DISPOSITIVOS E INDUCTORESELECTRNICA DE POTENCIAJAVIER ALEJANDRO SAENZ L.

260231

ADOLFO GARCIA GONZALEZ

972124

PROFESOR:

ING. GIOVANNI BAQUERO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

BOGOTA, 5 DE OCTUBRE DE 2007

INTRODUCCIONDesde el descubrimiento del Transistor, la elctronica ha pasado por grandes cambios a lo largo del tiempo. Nuevas aplicaciones y necesidades han provocado el surgimiento de nuevos dispositivos con caracteristicas diferentes, ventajosas o desventajosas. A continuacin se muestran los margenes de potencia y frecuencia que presentan algunos de los dispositivos en la electronica actual:

Tambien, a lo largo de este tiempo, se pueden ver nuevas tendencias en los materiales semiconductores, as:

En donde se ve una nueva direccin hacia los dispositivos en diamante. Y la evolucion de estos a traves del tiempo:

Y la necesidad del aumento en el manejo de la potencia a traves del tiempo

Caida de tension en conduccin de los dispositivos de potencia:

Rangos de voltaje, frecuencia y corriente de los diferentes dispositivos:

1. DIODOS DE CARBURO DE SILICIOLa Reduccin de peso y la miniaturizacin es una tendencia significativa en la electrnica. La miniaturizacin es la principal causa del aumento en elementos porttiles, pero esta reduccin de tamao no se debe exclusivamente a esta causa, en la mayora de los dispositivos electrnicos porttiles el peso y el tamao de la fuente de poder es una parte predominante de todo el sistema.

Los diodos Schottky de carburo de silicio pueden llegar a soportar voltajes en inverso de hasta 1000V debido a las propiedades del material: Bajas corrientes de fuga debido a que la barrera del metal-semiconductor es dos veces mayor que las de silicio. La resistencia en encendido de los diodos de carburo de silicio es mucho menor que la de los de silicio. Es posible reducir el tamao de los diodos debido a la gran densidad de corriente que manejan (comparable con el cobre).

Comparacin de la resistencia de encendido y bloqueo de voltaje.

El diodo de carburo de silicio presenta una gran estabilidad trmica, el incremento de las corrientes de fuga debido a la temperatura es menor que en los diodos de silicio. Lo cual hace que estos diodos sean apropiados en implementaciones en paralelo sin el riesgo de desbordamiento trmico.

Dependencia de las caractersticas en directo e inverso con la temperatura para un diodo Schottky de 6A/600V de carburo de silicio (SiC)La velocidad de conmutacin de un diodo Schottky (SiC) es mucho mayor que la de uno de Si debido a su menor capacitancia Qc. Comparacin de conmutacin entre los diodos de carburo de silicio y el patrn de los diodos de silicio.

Carga capacitiva en inverso (Qc) de un diodo Schottky de 6A/600V.

2. TIRISTORES

SCR

Definicin

El tiristor (SCR, Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio), es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones PN con la disposicin PNPN. Est formado por tres terminales, llamados nodo, Ctodo y Puerta. El instante de conmutacin puede ser controlado con toda precisin actuando sobre el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional, conmutador casi ideal y rectificador.

En la curva caracterstica idealizada del tiristor se pueden apreciar cuatro zonas bien diferenciadas:

a El dispositivo se comporta como un circuito abierto. (Zona de bloqueo directo)

b El elemento est en estado de conduccin. (Zona de conduccin)

c El dispositivo equivale a un circuito abierto.(Zona de bloqueo inverso)

d Zona de Resistencia negativa

Estructura y caracterstica V-IEl tiristor (SCR), est formado por cuatro capas semiconductoras P y N. Estas cuatro capas forman 3 uniones PN: U1 (P1-N1), U2 (N1-P2) y U3 (P2-N2), que se corresponden con 3 diodos. El comportamiento de estos diodos no es independiente, ya que hay capas comunes entre ellos, y por tanto habr interacciones que determinan el comportamiento final.

Simbolo, estructura y representacin del SCR

TIRISTOR: Caracterstica real V I

VDWM: Voltaje mximo directo de trabajo

VDRM: Voltaje mximo repetitivo directo

VRRM: Voltaje mximo repetitivo inverso

VT: Voltaje de trabajo en conduccin

IT: Corriente de trabajo en conduccin

IH: Corriente de mantenimiento

IDRM: Corriente mxima directa de trabajo

IRRM: Corriente mxima repetitiva inversa

IL: Corriente de enganche

TIRISTOR: Principio de Funcionamiento

Tensin de nodo negativa respecto a ctodo (VAK < 0):Los diodos U1 y U3 quedan polarizados en inverso y U2 en directo. La corriente del diodo viene dada por:

Tensin de nodo positiva respecto a ctodo (VAK > 0), sin excitacin de puerta:

Sin seal en la puerta (G), las uniones U1 y U3 estarn polarizadas en directo y U2 en inverso. La nica corriente que circula por el dispositivo es la inversa de saturacin del diodo formado en la unin U2. A esta corriente de saturacin la llamamos IS2.

Teniendo en cuenta que la corriente neta ha de ser la misma en todas las uniones:

y sustituyendo:

de donde:

El transistor formado por la capas P1N1P2 se encuentra en bloqueo directo, por lo que se comporta como un circuito abierto, puesto que el valor de IA es muy pequeo. Esto supone que 1+ 2 Vb0 , el elemento se comporta como un cortocircuito.

Hasta que la tensin aplicada entre sus extremos supera la tensin de disparo Vb0; la intensidad que circula por el componente es muy pequea. Al superar dicha tensin la corriente aumenta bruscamente, disminuyendo como consecuencia la tensin.

CARACTERSTICAS GENERALES Y APLICACIONES.Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensin a la carga durante una fraccin de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminacin con intensidad variable, calefaccin elctrica con regulacin de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.

La forma ms simple de utilizar estos controles es empleando el circuito representado en la siguiente figura, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la tensin de disparo del DIAC, producindose a travs de l la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conduccin. Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podr ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conduccin del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensin media aplicada a la carga, obtenindose un simple pero eficaz control de potencia.

Disparo de TRIAC mediante un DIAC.

GTOInterruptor controlado en compuerta (GTO por sus siglas en ingls). Al igual que el SCR, tiene solamente tres terminales, en la siguiente figura se muestra su smbolo y su forma constructiva.

El equivalente de transistor es exactamente el mismo que el del SCR y posee caractersticas similares. Su funcionamiento es mostrado a continuacin:

La ventaja del dispositivo GTO sobre los SCR, es el hecho de poder ser encendido o apagado aplicando el pulso adecuado a la compuerta de ctodo. Una consecuencia de esta capacidad de apagado es un incremento en la magnitud de la corriente de compuerta requerida para el disparo. Para un SCR y un GTO con valores similares de corriente rms mxima, la corriente para disparo de compuerta de un SCE particular es de 30 A, mientras que la corriente de disparo del GTO es de 20mA. La corriente de apagado de un GTO es ligeramente mayor que la corriente de disparo requerida. La corriente rms mxima y los valores de disipacin de los GTO fabricados actualmente estn limitados a cerca de 3A y 20W, respectivamente.

Una segunda caracterstica importante del GTO son sus mejores caractersticas de conmutacin. El tiempo de encendido es similar al del SCR (usualmente 1 s), pero el tiempo de apagado que es casi de la misma duracin (1 s), es mucho mas rpido que el del SCR (de 5 a 30 s), esto permite que este dispositivo sea utilizado en aplicaciones de alta velocidad. Otras caractersticas de este dispositivo son que tienen un control de encendido y apagado difcil, son dispositivos muy robustos y tienen una baja frecuencia pero mayor que los SCR.MCTUn tiristor controlado por MOS (MCT) combina las caractersticas de un tiristor regenerativo de cuatro capas y una estructura de compuerta MOS. La estructura NPNP se puede representar por un transistor NPN Q1 y con un transistor Q2. La estructura de compuerta MOS se puede representar por un MOSFET de canal p M1 y un MOSFET de canal n M2. Debido a que se trata de una estructura NPNP, en vez de la estructura PNPN de un SCR normal, el nodo sirve como la terminal de referencia con respecto a la cual se aplican todas las seales de compuerta. Supngase que el MCT est en estado de bloqueo directo y se aplica un voltaje negativo VGA. Un canal, p (o una capa de inversin) se forma en el material dopado n, haciendo que los huecos fluyan lateralmente del emisor p E2 de Q2 (fuente S1 del MOSFET M1 del canal p) a travs del canal p hacia la base p B1 de Ql (que es drenaje D1 del MOSFET M1, del canal p). Este flujo de huecos forma la corriente de base correspondiente al transistor npn Q1. A continuacin e1 emisor n+ E1 de Q1, inyecta electrones, que son recogidos en la base n B2 (y en el colector n C1) que hace que el emisor p E2 inyecte huecos en la base n B2, de tal forma que se active el transistor PNP Q2 y engancha al MCT. En breve, un VGA de compuerta negativa activa al MOSFET M1 canal p, proporcionando as la corriente de base del transistor Q2. Supngase que el MCT est en estado de conduccin, y se aplica un voltaje positivo VGA. Se forma entonces un canal n en el material contaminado p, haciendo que fluyan lateralmente electrones de la base n B2 de Q2 (fuente S2 del MOSFET M2 del canal n) a travs del canal n del emisor n+ fuertemente contaminado de Ql (drenaje D2 del MOSFET M2 del canal n+). Este flujo de electrones desva la corriente de base del transistor PNP Q2 de tal forma que su unin base-emisor se desactiva, y ya no habr huecos disponibles para recoleccin por la base p B1 de Q1 (y el colector p C2 de Q2). La eliminacin de esta corriente de huecos en la base p B1, hace que se desactive el transistor NPN Q1, y el MCT regresa a su estado de bloqueo. En breve, un pulso positivo de compuerta VGA, desva la corriente que excita la base de Ql, desactivando por lo tanto el MCT. El MCT se puede operar como dispositivo controlado por compuerta, si su corriente es menor que la corriente controlable pico. Intentar desactivar el MCT a corrientes mayores que su corriente controlable pico de especificacin, puede provocar la destruccin del dispositivo. Para valores ms altos de corriente, el MCT debe ser conmutado como un SCR estndar. Los anchos de pulso de la compuerta no son crticos para dispositivos de corrientes pequeas. Para corrientes mayores, el ancho del pulso de desactivacin debe ser mayor. Adems, durante la desactivacin, la compuerta utiliza una corriente pico. En muchas aplicaciones, incluyendo inversores y pulsadores, se requiere, de un pulso continuo de compuerta sobre la totalidad del perodo de encendido/apagado a fin de evitar ambigedad en el estado. Tiristor controlado por MOS (MCT):

Tiristor de emisor conmutado (EST):

Tiristor controlado de doble puerta (otro MCT):

Un MCT tiene como caractersticas principales: Una baja cada de voltaje directo durante la conduccin; Un tiempo de activado rpido, tpicamente 0.4 s, y un tiempo de desactivado rpido, tpicamente 1.25 s, para un MCT de 300A, 500v; Bajas perdidas de conmutacin; Una baja capacidad de bloqueo voltaje inverso. Una alta impedancia de entrada de compuerta, lo que simplifica mucho los circuitos de excitacin. Es posible ponerlo efectivamente en paralelo, para interrumpir corrientes altas, con slo modestas reducciones en la especificacin de corriente del dispositivo. No se puede excitar fcilmente a partir de un transformador de pulso, si se requiere de una polarizacin continua a fin de evitar ambigedad de estado. 3. TRANSISTORES DE CONMUTACIONBJTEl inters actual del Transistor Bipolar de Potencia (BJT) es muy limitado, ya que existen dispositivos de potencia con caractersticas muy superiores aunque es necesario conocer sus limitaciones para poder comprender el funcionamiento y limitaciones de otros dispositivos de gran importancia en la actualidad.

Caracterstica de salida (IC frente a VCE ) del transistor NPN de potencia, para distintas corrientes de base, IB5>IB4>...IB1 y Esquema del BJT de tipo NPN.

Valores mximos de VCE :

BVCB0>BVCE0>BVSUSBVSUS : Continua.

BVCE0 : Para IB=0

BVCB0 : Para IE=0

Definicin de Corte:

de IC= - IE+IC0 ; -IE=IC+IB ;

se deduce:

Posibles definiciones de corte:

Por tanto se considera el transistor cortado cuando se aplica una tensin VBE ligeramente negativa IB = -IC = -IC0Constitucin del BJT

La anchura de la base y su dopado sern lo menores posibles para conseguir una ganancia lo mayor posible (baja recombinacin de los electrones que atraviesan la base).

Para conseguir BV elevada, se necesita una anchura de base grande y un dopado pequeo.

El problema surge cuando el dopado es pequeo, pues para alojar la zona de deplexin la base debe ser muy ancha, bajando la ganancia. Es por tanto necesario encontrar unos valores intermedios de compromiso.

Este compromiso implica que los BJT de potencia tienen una ganancia tpica de corriente entre 5 y 10. (muy baja).

Ventajas de la estructura vertical: Maximiza el rea atravesada por la corriente:

Minimiza resistividad de las capas

Minimiza prdidas en conduccin

Minimiza la resistencia trmica.

En la prctica, los transistores bipolares de potencia no se construyen como se ve en esta figura, sino que se construyen en forma de pequeas celdillas como la representada, conectadas en paralelo.

Ventajas de la estructura multiemisor: Reduce la focalizacin de la corriente debida al potencial de la base causante de la avalancha secundaria.

Reduce el valor de RB (disminuye prdidas y aumenta la frecuencia fT ).Funcionamiento

En activa al subir IB, IC , VCE (=VCC - ICR ).

Simultneamente: VjCB (=VCE - ICRd ). Donde Rd es la resistencia de la capa

de expansin.

El lmite de la zona activa se alcanza cuando: VjCB=0 (VCE = ICRd ).

Si VjCB>0 (Unin directamente polarizada):

Habr inyeccin de huecos desde p a n- (Recombinacin con electrones procedentes del emisor en n-) Desplazamiento a la derecha de la unin efectiva: Rd Disminuye

Aumento del ancho efectivo de la base.

Disminuye

Las prdidas en corte suelen despreciarse al ser la corriente muy baja. Las prdidas en conduccin pueden ser aproximadas por:

Las prdidas en conmutacin pueden estimarse suponiendo que la corriente y la tensin siguen una lnea recta durante la conmutacin:

anlogamente se hace para Wf :

La potencia media disipada en el perodo T ser por tanto:

Zona de operacin segura

MOSFETEl nombre de MOSFET, viene dado por las iniciales de los elementos que lo componen:

Una fina pelcula metlica (Metal - M). Oxido de silicio (xido - O); Regin semiconductora (Semiconductor - S) El MOSFET es un dispositivo unipolar, la conduccin slo es debida a un tipo de portador.

Canal N: Conduccin debida a electrones

Canal P: Conduccin debida a huecos

Las aplicaciones ms tpicas de los transistores de potencia MOSFET se encuentran en la conmutacin a altas frecuencias, troceadores, fuentes conmutadas, sistemas inversores para controlar motores, generadores de altas frecuencia para induccin de calor, generadores de ultrasonido, amplificadores de audio, trasmisores de radiofrecuencia, etc.De los dos tipos existentes de MOSFET (decremental e incremental), para aplicaciones de elevada potencia nicamente se utilizan los MOSFET de tipo incremental, preferiblemente de canal N.

Como se puede observar en la figura el MOSFET de canal N conduce cuando VGS>0

Las caractersticas ms importantes que distinguen a los MOSFET de otros dispositivos son las siguientes:

Alta velocidad de conmutacin, llegando a MHz.

No presentan el fenmeno de segunda ruptura por lo que el rea de trabajo seguro (SOA) mejora con respecto del BJT

El control se realiza mediante la tensin aplicada entre los terminales de puerta y fuente (VGS), lo que reduce considerablemente tanto la complejidad como la potencia de los circuitos de disparo.

Las tensiones mximas de bloqueo son relativamente bajas en los MOSFET de alta tensin (< 1000V) y las corrientes mximas moderadas (< 500A).

El modo de funcionamiento de un MOSFET de potencia es anlogo al de pequea seal. Aplicando las tensiones apropiadas entre la puerta y la fuente (VGS) del dispositivo se controla el ancho del canal de conduccin y en consecuencia se puede modular el flujo de portadores de carga que atraviesa el semiconductor.

En modo de conmutacin, se aplican pulsos de tensin durante el estado ON y se retiran (o se aplican con polaridad contraria) en el estado OFF.

CARACTERSTICAS DE UN MOSFET DE CANAL N

En principio se necesitan conocer 3 tensiones y 3 corrientes: ID, IS, IG VDS, VDG, VGS.En la prctica basta con conocer solo 2 corrientes y dos tensiones. Normalmente se trabaja con ID, IG, VDS y VGS.

Por supuesto las otras dos pueden obtenerse fcilmente: IS = ID + IG VDG = VDS VGSPAPEL DE LA PUERTA (G) EN UN MOSFET DE CANAL N

Situacin de partida. No es posible la conduccin en ningn sentido

Por atraccin electrosttica la zona bajo la puerta (CANAL) se enriquece de cargas negativas (minoritarios de la zona P).

El CANAL, as enriquecido, se comporta como una zona N (CANAL N)

Al aumentar la tensin de puerta (VGS), aumenta el canal.

La situacin es parecida al JFET, solo que ahora vamos aumentando el canal a medida que polarizamos positivamente la puerta (G)

MOSFET DE CANAL N (Caracterstica real de salida)

Como antes, la tensin de puerta (VGS) juega el papel de la corriente de base. Se puede decir que es un dispositivo controlado por tensin.

MOSFET DE CANAL N ( Que pasa con el substrato?)

Se observa que los diodos juegan un papel secundario en la operacin del dispositivo.

Debemos asegurar que nunca entren en operacin.

EL SUBSTRATO se conecta al punto ms negativo del circuito.

Para un solo transistor, se conecta a la FUENTE (S).

En los circuitos integrados se conectar el SUBSTRATO a la alimentacin negativa

AHORA YA NO ES UN DISPOSITIVO SIMTRICO.MOSFET DE CANAL N (precauciones con la puerta)

La puerta (G) es muy sensible. Puede perforarse con tensiones bastante pequeas (valores tpicos de 30 V). No debe dejarse nunca al aire y debe protegerse adecuadamente.

El Transistor MOSFET de Potencia

La curva caracterstica aporta informacin acerca de cmo vara la corriente del Dreno, ID para una tensin dreno - fuente, VDS que se mantiene fija, variando la tensin aplicada entre la puerta y fuente Vgs.

Regin hmica.

Esta regin se utiliza cuando acta el MOSFET como una resistencia dependiente de VGS en estado encendido. En esta regin el valor de VDS ser:

Una definicin de la regin hmica, parte de la caracterstica que satisface la condicin que:

Esta regin tiene una baja resistencia entre el dreno fuente, RDS(ON) un valor tpico para un MOSFET de potencia trabajando a 500V y 10A es de 0.5 ohms.En funcionamiento como interruptor, las prdidas de potencia durante la conduccin son:

Regin Activa (Saturacin de Canal)

En esta regin el MOSFET funciona como amplificador. Para un valor de VGS, que ser como mnimo VGS(th) se produce el paso de corriente entre el dreno y la fuente.

En la regin activa el valor de la tensin entre puerta y fuente, VGS controla la magnitud de la corriente de dreno, ID as como la tensin entre el dreno y fuente VDS.

Regin de Corte

Si se cierra el circuito exterior, esto no significa que se cambie el estado del dispositivo, si la tensin aplicada entre Puerta - fuente es inferior a Vth, el dispositivo continuar en la regin de corte. En esta regin la corriente que circula por el dreno es prcticamente nula. En los MOSFET de potencia Vth suele ser algo mayor que 2 V.

Para esta regin se cumplen las siguientes condiciones:

CIRCUITOS DE EXCITACIN PARA MOSFET

El MOSFET es un dispositivo controlado por tensin, que resulta relativamente simple de activar y desactivar, lo cual es una ventaja respecto al transistor bipolar de unin.

El estado de conduccin se consigue cuando la tensin puerta-fuente sobrepasa de forma suficiente la tensin umbral, lo que forza al MOSFET a entrar en la regin de trabajo hmica.

Normalmente, la tensin puerta-fuente del MOSFET para el estado activado en circuitos conmutados est entre 10 y 20 V.

El estado desactivado se consigue con una tensin menor que la tensin umbral.

Las corrientes de puerta para los estados de encendido y apagado son muy bajas. Sin embargo, es necesario cargar la capacidad de entrada parsita para poner al MOSFET en conduccin, y descargarla para apagarlo. Las velocidades de conmutacin vienen determinadas bsicamente por la rapidez con que la carga se puede transferir hacia y desde la puerta.Tendencias en MOSFET

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor de compuerta aislada)

Estructura MOSFET mas capa P+ de Colector

Caractersticas de salida

Caractersticas de transferencia

En estado de conduccin es cualitativamente similar a un bipolar controlado en voltaje.

Son preferibles voltajes de puerta altos.

El voltaje de bloqueo inverso depende de la unin p+n+. Si la zona n+ se quita VRM aumenta.

La caracterstica por puerta es equivalente a la de un MOSFET.

Bloqueo:

Con VGS VGS(th) se forma canal.

VCE de saturacin cae en la unin p+n-.

La mayor parte de la corriente final va por el MOSFET.

Esta condicin es debido a la inyeccin de huecos desde p+

La cada total es menor en el IGBT para tensiones a partir de 600V. (1.6V para 1.200 Voltios)

En el mercado existen IGBTs de 600, 1.200, 1.700, 2.200 y 3.300 Voltios

Hay anunciados IGBTs de 6.500 Voltios

La corriente de cola se debe a la conmutacin ms lenta del BJT, debido a la carga almacenada en su base (huecos en la regin n-).

Provoca prdidas importantes (corriente relativamente alta y tensin muy elevada) y limita la frecuencia de funcionamiento.

4. Drivers para disparo de transistoresBJT

OptoacopladoresTambin se denominan optoaisladores o dispositivos de acoplamiento ptico. Basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiacin luminosa para pasar seales de un circuito a otro sin conexin elctrica

Fundamentalmente este dispositivo est formado por una fuente emisora de luz, y un fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso.

Circuito con optoacopladores

Acopladores inductivos

Circuito equivalente

Ejemplo de acople inductivo

IGBT

Actualmente hay disponibles drivers para el disparo de dispositivos IGBT y MOSFETS, tales como:

2ED020I12-FI 6ED003L06-F 1ED020I12-S

Las ultimas generaciones de estos chips tienen varias ventajas. Algunas caracteristicas son especialmente un rango dinamico mas ancho, conmutacin mas rapida, menos perdidas de conmutacin y conduccin. Unas de las desventajas podria ser que cuando se conmuta a 0V pueden presentarse dos efectos:

Capacitancia Miller en el encendido.

Inductancias de fuga en el encendido.

Se toma como ejemplo al 2ED020I12-FI, que es un driver de alta tension alta velocidad para el encendido de dispositivos MOSFET e IGBT. A continuacin, se presenta el diagrama de bloques para el 2ED020I12-FI

Y la configuracin de pines

2. INDUCTORESTipos de ncleos:

Ncleos Laminados:

Ncleo magntico laminado utilizado en los transformadores a fin de reducir las prdidas de potencia por corrientes de Foucault. Izquierda: Forma de laminacin de ncleo tipo "E", cerrado, empleada en la construccin de transformadores. Derecha: Forma de intercalacin de las chapas a fin de reducir el entrehierro y aumentar el rendimiento magntico.

La caracterstica principal de estos ncleos es que se hacen laminados para evitar perdidas por las corriente de Foucault, Esto se consigue integrando el ncleo magntico mediante un conjunto de lminas delgadas de hierro, superpuestas una sobre la otra y aisladas entre s.

En la figura podemos apreciar el efecto de reduccin de las corrientes circulares. Aunque aun existen debido a que el hierro tiene menor seccin, el valor alcanzado por las corrientes de Foucault se ve reducido, disminuyendo en consecuencia las prdidas. En la prctica, los transformadores se construyen con gran nmero de lminas muy delgadas de hierro silicio, aisladas entre s y fuertemente comprimidas.

Ferritas:Existen dos grandes tipos de ferritas Ferritas de Manganeso-Zinc (MnZn), formadas por una mezcla de xidos de hierro, manganeso y zinc (Fe2O3 + MnO + ZnO). La permeabilidad magntica de las ferritas MnZn es del orden de 100 veces mayor que en las NiZn. Ferritas de Nquel-Zinc (NiZn), formadas por una mezcla de xidos de hierro, nquel y zinc. tienen una resistividad muy alta por lo que se usan para frecuencias muy elevadas (desde 12 MHz a varios cientos de MHz) mientras que las MnZn se emplean hasta 2MHz.

Estas son las principales caractersticas de las ferritas: Alta resistividad. Amplio rango de frecuencias de trabajo. Bajas prdidas con alta permeabilidad. Alta estabilidad con el tiempo y la temperatura. Amplia seleccin de materiales. Gran variedad de formas de ncleos. Bajos coste y peso. Baja conductividad trmica. Fragilidad y poca resistencia mecnica. Saturan a bajas densidades de flujo.

Estas son algunas de las formas de ferritas mas usadas:

Ncleo POT:

Ncleo EE:

Ncleo EC:

Ncleo ETD:

Ncleo PQ:

Diseo de Inductancias:Procedimiento paso a paso.

Se especifican las cantidades siguientes, usando las unidades conocidas:Resistencia

(-centmetro) del alambreCorriente mxima

Imax

(A)Inductancia

L

(H)Resistencia de la bobina

R

()Factor de llenado del bobinado

Ku

Densidad de flujo mxima del ncleo Bmax

(T)

Las dimensiones del ncleo estn en centmetros:rea transversal del ncleo

Ac

(cm2)rea de la ventana del ncleo

WA

(cm2)Longitud por vuelta

MLT

(cm)

1. Se determina el tamao del ncleo

Se debe escoger un ncleo lo suficientemente grande para que cumpa la ecuacin, los valores estn en las tablas de datos de los ncleos.

2. Determinar la longitud del entrehierro.

3. Determinar AL.

AL es igual a la inductancia, en el mH, obtenida con una bobina de 1000 vueltas.4. Determinar el nmero de vueltas n.

5. Determinar las perdidas:

B es el incremento de densidad de flujo mximo AC expresado en gauss y es igual a la diferencia entre el valor de pico de la densidad de flujo y su valor medio.

k es una constante que es igual a 4.44 para onda senoidal y 4 para onda cuadrada.

E es la tensin eficaz en voltios.

Ac es la seccin transversal efectiva del ncleo en cm2 y es

aproximadamente igual a la seccin de la columna central.

N es el nmero de espiras que abrazan al ncleo.

f es la frecuencia en Hz.Las prdidas en un ncleo de ferrita pueden estimarse (segn los fabricantes):

P es la prdida de potencia en mW/cm3.

B es la densidad de flujo mximo AC en gauss. k, a y b son constantes dadas por los fabricantes para cada tipo de material magntico.Diseo de Transformadores:

Resistencia eficaz del alambre

(-centmetro) Corriente total de la bobina (rms)

ITOT

(A)Cocientes deseados de las vueltas

n2/n1, n3/n1...Pri aplicado voltio-sec

1

(V-sec)Disipacin de energa total permitida

Ptot

(W)Factor de llenado del bobinado

Ku

Exponente de prdidas del ncleo

Coeficiente de prdidas del ncleo

Kfe

(W/cm3T )

Otras cantidades y sus dimensiones:rea transversal del ncleo

Ac

(cm2)rea de la ventana del ncleo

WA

(cm2)Longitud por vuelta

MLT

(cm)Longitud de trayectoria magntica

le

(cm)reas de los alambres

Aw1,

(cm2)Densidad de flujo AC mxima

Bmax

(T)

1. Determinar el tamao del ncleo.

Se debe escoger un ncleo lo suficientemente grande para que cumpa la ecuacin, los valores estn en las tablas de datos de los ncleos.

2. Evaluar la densidad de flujo AC mxima.

Se debe verificar que el ncleo no se sature en caso de que lo haga se debe volver a escoger el ncleo.

3. Evaluar el nmero de vueltas para el primario y el secundario:

4. Escoger los alambres.

Fraccin del rea de la ventanaasignado a cada bobina:

Escoja el calibre del alambre de acuerdo a:

BIBLIOGRAFIA

http://www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic http://www.dte.uvigo.es/recursos/potencia/dc-ac/tiristor.htm http://woody.us.es/~leopoldo/Store/tsp_3.pdf Notas de clase, Electrnica de Potencia, Ing. Hernando Vsquez, Universidad del Valle, 2007.

http://www.infineon.com/dgdl/Driving+IGBTs+with+unipolar+gate+voltage+-an-2006-01-gb.pdf?folderId=db3a304412b407950112b408e8c90004&fileId=db3a304412b407950112b40b53790783 http://www.infineon.com/dgdl/PrelSpec_V3+2.pdf?folderId=db3a304412b407950112b408e8c90004&fileId=db3a304412b407950112b40959d401de FUNDAMENTALS OF POWER ELECTRONICS 2/ED., ERICKSON, ROBERT W http://woody.us.es/~leopoldo/Store/tsp_11.pdf http://www.amidoncorp.com