Etapas de potencia y control en electrónica de potencia: sensores, semiconductores y temporizador

Etapas de Potencia y Control

Etapa de Potencia

Aquí se da el trasiego de energía entre fuente y carga o viceversa. Para el primer caso, por ejemplo, la fuente entrega una señal que pasa a ser filtrada por el filtro de entrada, con tal de adecuarla a través de los dispositivos semiconductores. Estos serían como interruptores controlados por la etapa de control, de tal forma que se tenga una determinada señal a la salida, diferente a la entrada. El filtro de salida, asegura al igual que el de entrada, eliminar el ruido para alimentar con precisión la carga.

Etapa de Control

Esta etapa controla los semiconductores. Primero, se da una lectura de varias variables del circuito (sensorización), que con la adecuación se pasa a niveles de tensión y corriente interpretables por los Dispositivos de Control. Estos dispositivos emiten la señal de control de los semiconductores tras un cálculo, señal que los drivers han de volver a adecuar para disparar los interruptores. Entre drivers y control, ha de haber un aislamiento eléctrico, ya que las señales de disparo de los semiconductores son normalmente de mayor rango que las señales que maneja y emite el control.

Diferencias entre Transistor Bipolar y MOSFET

• El transistor bipolar se activa introduciendo/sacando corriente por su Gate, mientras que el MOSFET se activa aplicando una tensión Vds.
• El bipolar no puede disponerse en paralelo debido a su “Negative Resistor Behaviour”, que hace que las corrientes se descompensan al bajar su resistencia con la temperatura, mientras que el MOSFET sí porque ocurre lo contrario.
• El MOSFET puede alcanzar mayores frecuencias de conmutación que el transistor bipolar, al ser un dispositivo más rápido.

Modos de Activación del Tiristor

• Aumentando mucho la tensión en directa hasta llegar al disparo.
• Aumentando menos la tensión en directa pero introduciendo un pulso de corriente por GATE que potencia la “retro-alimentación positiva” de las corrientes y dispare el tiristor.
• Aumentando la temperatura hasta que el dispositivo se dispare.

Hold Current

Corriente mínima necesaria que debe pasar por un circuito para mantenerlo en “On”.

Baja Velocidad - Alta Velocidad:

Rectificador < Zener < Tiristor < BJT < IGBT < MOSFET.

Funciones del Temporizador y Comparador

Temporizador (Temp)

El temporizador se usa para generar una onda triangular, entre 10 V y 15V con una f=50kHz.

Comparador (Comp)

El comparador, comparaba la señal triangular con una Vcontrol introducida por el usuario, con tal de generar una onda cuadrada, cuyo ancho de pulso dependía de Vcontrol.

Tipos de Sensores

• Resistivos: Shunt de Corriente de baja resistencia: una resistencia provoca una caída de potencial proporcional a la corriente que circula por dicha resistencia.
• Inductivos: Transformador de Corriente. El cable a medir pasa por medio de un núcleo magnético que tiene bobinado un secundario que proporciona una tensión proporcional a la corriente que circula por el cable.
• Bobina de Rogowski: Miden los cambios de campo magnético alrededor de un hilo por el que circula una corriente, para producir una señal de tensión que es proporcional a la derivada de la corriente.
• Magnéticos: Sensores Magneto-resistivos / Efecto Hall. El sensor mide el campo magnético de un núcleo, generado por la corriente que circula por el cable a medir.