Ejercicios Potencia
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JFET
1.- Para el circuito de la figura determine el punto de operación del transistor
−18v+1k∗IE+V eb+390k∗I B=0
IE=IB+ IC
IE=IB+β IB
IE=IB(β+1)−18v+1k∗IB(β+1)+0.7+390k∗IB=0
IB=18−0.7
[1k∗IB ( β+1 )+390 k ]IB=35.23uA
IC=β IB
IC=100∗35.23uAIC=3.52mA
IE=IB+ IC
IE=35.23uA+3.52mAIE=3.55mA
−18v+1k∗IE+V E=0V E=18−1k∗3.55mA
V E=14.45V
V B=V BE+V E
V B=−0.7+14.45V B=13.75V
R1390k
R12.2k
R110k
Q12N3905B=100
BAT118V
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V B=IB∗RB
V B=35.23uA∗340KV B=13.75V
V C=IC∗RC
V C=3.52mA∗2.2KV C=7.74 V
V EC=V E−V C
V EC=14.45−7.74V EC=6.71V
2.-Encontrar todos los voltajes y corrientes del siguiente circuito:
R190k
R15.6k
R11k
Q12N3904
R110k
C1
1nF
C2
1nF
R12.2k
22.5v
BAT1Vin
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R1
90k
R15.6k
R11k
Q12N3904
22.5v
BAT1Vth
Rth= 90−10k90 k+10k
=9k
Vth=VccRb2
Rb1+Rb2=22.5v
10k10k+90k
Vth=2.25V
−Vth+Rth∗IB+V eb+1k∗I E=0
IE=IC+ IB
IE=β∗IB+ IB
IE=IB(β+1)
−Vth+Rth∗IB+V BE+1k∗IB (β+1)=0−22.5v+9k∗IB+0.7+1k∗I B(56)=0
IB=Vth−0.7
[Rth∗IB ( β+1 )1k ]=23.8uA
IE=IB(β+1)IE=23.8mA (56)
IE=1.33mA
V E=IE∗RE
V E=1.33mA∗1KV C=1.33V
IC=β IB
IC=55∗23.8mAIC=1.309mA
V C=V CC−IC∗RC
V C=22.5−1.309mA∗5.6k
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V C=15.16V
V B=V TH−I B∗RTH
V B=2.25−9k∗23.8uAV B=2.03V
V CE=V C−V E
V CE=15.16−1.33V CE=13.83V
IGBT
EJERCICIOS
EJERCICIO 1
Un IGBT está conmutado a 15KHz con un ciclo de trabajo D=0,5. El circuito de puerta tiene RG=4,7Ω y se alimenta en conducción u en corte a las tensiones V GP=15V y V GN=−15V ,
respectivamente. El circuito de potencia se alimenta a V CC=600V y la resistencia de carga es RL=8Ω. Características del IGBT:
- Resistencia térmica de contacto cápsula-disipador: Rθ ( c−dis )=0.07 °CW
- Resistencia térmica unión-cápsula Rθ ( j−c )=0.045°CW
- Características en conducción para T j=125 ° C, V ¿=15V , V CE=0.013∗IC+1.5.
- Energía de pérdida en conmutación, siendo V GB=±15V , RG=4,7Ω, V CE=600V , T j=125 ° C.
- EON=3.6+0.066 ¿ IC.
- EOFF=0.066¿ IC.
Calcular:
1) Potencia disipada durante el estado de conducción.2) Potencia disipada en el proceso de conmutación.3) Resistencia térmica del disipador necesario para garantizar T j=125 ° C cuando la
temperatura ambiente es de 45 °C .4) En las condiciones del apartado 3), calcular la temperatura de la cápsula en la parte
donde se realiza el contacto térmico con el dispositivo.
RESOLUCIÓN
1) IC=V CC
RL=6008
=75 A
V CE=0.013∗75+1.5=2.475V PCond=V CE∗IC∗D=2.475∗75+0.5=92.91W
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2) Psw=( EON+EOFF ) FS=[ (3.6+0.066∗75∗2 )∗10−3 ]∗15∗103 HzPsw=202.5W
3) PT=Pcond+P sw=92.91+202.5PT=295.3WT j−T A=PT (Rθ ( c−dis )+Rθ ( j−c )+Rθ ( d−a ) )
Rθ ( d−a )=0.215 °CW
4) T C=T j−PT∗Rθ ( j−c )=125−295.3∗0.045T C=111.7 °
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EJERCICIO 2
Se tiene un puente H alimentado con 24V atacado con sus correspondientes IR2110 cuya tensión es de 12V. La frecuencia de trabajo es de 100 KHz y la señal es bipolar.
- Hallar el valor de t1 (ciclo de actividad = t1/T) tal que el valor medio de la tensión de salida sea de 12V.
- Dibujar la etapa de potencia completa.
- Dibujar las formas de onda de tensión de los 4 gate e indicar su valor pico.
- Dibujar la tensión sobre la carga.
- Si cada Igbt soporta una tensión máxima de bloqueo de 600V y una tensión máxima en inversa de -5V indicar cuál es la tensión máxima con que se puede alimentar al puente.
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Despreciando la VCE(on), la tensión Vd máx. es de apróximadamente 600v
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El interruptor IGBT del convertidor reductor de la figura 3.20.1 se controla con un circuito de gobierno que le aplica V ¿=15V para que conduzca y tensión V ¿=−15V para apagarlo. La resistencia de puerta, RG1, tiene una influencia muy importante sobre la conmutación del IGBT y se requiere diseñar de forma que se reduzcan las pérdidas de conmutación.
Sabiendo que la tensión de entrada del convertidor reductor V G=400V , que la carga
demanda una corriente IG=40 A y que IGBT conmuta a 25KHz, se pide:
1) Calcular la mínima resistencia de puerta, RGV , que evita el autodisparo del semiconductor durante el apagado.
2) Calcular las pérdidas de conmutación de encendido y apagado para la resistencia calculada en el apartado anterior.
3) Para reducir las pérdidas de conmutación en el encendido, se modifica el circuito de gobierno, tal como indica la figura 3.20.2. Determinar el valor de la resistencia de puerta para el encendido, RG2, así como las nuevas pérdidas de conmutación.
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RESOLUCIÓN
1)dV CE
dt≈
dV CG
dt=
IG
Cgc
IGOFF=V ¿OFF
−V ¿
RG1
=8.4+15
RG1( dV CE
dt )max
=11VrmsRG1min≈293Ω
2) RG1=30Ωt ro=CgC
IGOFF(V G−V ¿OFF )=50 nst off=
12
V G∗IO (t rv+t f )=1.2ms
Poff=f sw∗t off=30WV ¿OFF=8.4 V ic=Gfp (V ¿−V ¿ ( TH ) ) t r=112ns IGON=
V ¿−V ¿ON
RG 1
t on=12
V G∗IO (t r+t fo )=2.3msPon=f sw∗t on=58.1W
3) t r=38ns
V CtON=8.4V
t fo=60ns
t off=0.78ms
Poff=19.5W