La potencia media de pérdidas durante la conmutación será por tanto:
Si lo que queremos es la potencia media total disipada por el transistor en todo el periodo debemos
multiplicar la frecuencia con la sumatoria de pérdidas a lo largo del periodo (conmutación + conducción).
La energía de pérdidas en conducción viene como:
Ataque y protección del transistor de potencia
Como hemos visto anteriormente, los tiempos de conmutación limitan el funcionamiento del transistor,
por lo que nos interesaría reducir su efecto en la medida de lo posible.
Los tiempos de conmutación pueden ser reducidos mediante una modificación en la señal de base, tal y
como se muestra en la figura anterior.
Puede verse como el semiciclo positivo está formado por un tramo de mayor amplitud que ayude al
transistor a pasar a saturación (y por tanto reduce el ton) y uno de amplitud suficiente para mantener
saturado el transistor (de este modo la potencia disipada no será excesiva y el tiempo de
almacenamiento no aumentará). El otro semiciclo comienza con un valor negativo que disminuye el toff,
y una vez que el transistor está en corte, se hace cero para evitar pérdidas de potencia.
En consecuencia, si queremos que un transistor que actúa en conmutación lo haga lo más rápidamente
posible y con menores pérdidas, lo ideal sería atacar la base del dispositivo con una señal como el de la
figura anterior. Para esto se puede emplear el circuito de la figura siguiente.
En estas condiciones, la intensidad de base aplicada tendrá la forma indicada a continuación:
Durante el semiperiodo t1, la tensión de entrada (Ve) se mantiene a un valor Ve (máx). En estas
condiciones la V
BE
es de unos 0.7 v y el condensador C se carga a una tensión VC de valor:
debido a que las resistencias R1 y R2 actúan como un divisor de tensión.
La cte. de tiempo con que se cargará el condensador será aproximadamente de:
Con el condensador ya cargado a VC, la intensidad de base se estabiliza a un valor I
B
que vale:
En el instante en que la tensión de entrada pasa a valer -Ve(min), tenemos el condensador cargado a
VC, y la V
BE
=0.7 v. Ambos valores se suman a la tensión de entrada, lo que produce el pico negativo de
intensidad I
B
(mín):
A partir de ese instante el condensador se descarga a través de R2 con una constante de tiempo de
valor R2C.
Para que todo lo anterior sea realmente efectivo, debe cumplirse que:
con esto nos aseguramos que el condensador está cargado cuando apliquemos la señal negativa. Así,
obtendremos finalmente una frecuencia máxima de funcionamiento :
Un circuito más serio es el de Control Antisaturación:
El tiempo de saturación (tS)será proporcional a la intensidad de base, y mediante una suave saturación
lograremos reducir tS :
Inicialmente tenemos que:
En estas condiciones conduce D2, con lo que la intensidad de colector pasa a tener un valor:
Si imponemos como condición que la tensión de codo del diodo D1 se mayor que la del diodo D2,
obtendremos que IC sea mayor que I
L
:
En lo que respecta a la protección por red snubber, ya se ha visto anteriormente.
Tecnología Smart Power
La expresión smart power se refiere a la tecnología de integración en un dispositivo monolítico de uno o
varios componentes de potencia y de componentes lógicos o analógicos de tratamiento de señal.
Campos de aplicación :
Sistemas basados en microprocesador.
Motores (CC, CA y paso a paso).
Pantallas planas.
Telecomunicaciones.
Cabezales de impresora.
Fuentes de alimentación.
Lámparas (automóvil).
Estos circuitos integrados disipan una potencia apreciable (2 - 4 A). Algunos pueden incluso llevar la
etapa de control (circuitos integrados inteligentes).
Para integrar en una pastilla la parte de potencia y la parte de control, se han usado dos tecnologías : la
bipolar y la mixta.
La tecnología bipolar consiste en la utilización de soluciones bipolares para cada uno de los elementos
de potencia y de control. La tecnología mixta se basa en la realización de la parte de potencia y de la
parte de control mediante procesos diferentes.
Según el tipo de uso que necesitemos escogeremos una tecnología de fabricación, optando por CMOS
cuando la parte de control del circuito smart power ha de incluir funciones digitales. Ello se debe a un
menor consumo de potencia y al hecho de no presentar dependencias entre la ganancia y la corriente.
Con estos circuitos obtenemos un mayor rendimiento y una mayor facilidad de implementación, ya que
los circuitos de control no hay que diseñarlos, los tenemos hechos. Esto hace que su implantación en el
mercado vaya creciendo con el paso de los años, al proporcionar soluciones a múltiples necesidades,
con un bajo costo y sencillez.
Tipos de relés
Un relé es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo
en potencia muy reducido.
Tipos de relés:
Relés electromecánicos:
A) Convencionales.
B) Polarizados.
C) Reed inversores.
Relés híbridos.
Relés de estado sólido.
Estructura de un relé
En general, podemos distinguir en el esquema general de un relé los siguientes bloques:
Circuito de entrada, control o excitación.
Circuito de acoplamiento.
Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:
- circuito excitador.
- dispositivo conmutador de frecuencia.
- protecciones.
Características generales
Las características generales de cualquier relé son:
El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida.
Adaptación sencilla a la fuente de control.
Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida.
Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un relé se caracterizan por:
- En estado abierto, alta impedancia.
- En estado cerrado, baja impedancia.
Para los relés de estado sólido se pueden añadir :
Gran número de conmutaciones y larga vida útil.
Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por cero.
Ausencia de ruido mecánico de conmutación.
Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS.
insensibilidad a las sacudidas y a los golpes.
Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico.
Relés electromecánicos.
Están formados por una bobina y unos contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o bien
corriente alterna. Vamos a ver los diferentes tipos de relés electromecánicos.
Relés de tipo armadura
Son los más antiguos y también los más utilizados. El esquema siguiente nos explica prácticamente su
constitución y funcionamiento. El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los
contactos dependiendo de si es N.O ó N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado).
Relés de Núcleo Móvil
Estos tienen un émbolo en lugar de la armadura anterior. Se utiliza un solenoide para cerrar sus
contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (por ello es útil para manejar altas corrientes).
Relé tipo Reed o de Lengüeta
Formados por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están situados los contactos (pueden se múltiples)
montados sobre delgadas láminas metálicas. Dichos contactos se cierran por medio de la excitación de
una bobina, que está situada alrededor de dicha ampolla.
Relés Polarizados
Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar dentro
de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimán, se
mueve la armadura y cierra los contactos. Si la polaridad es la opuesta girará en sentido contrario,
abriendo los contactos ó cerrando otro circuito( ó varios)
Relés de estado sólido
Un relé de estado sólido SSR (Solid State Relay), es un circuito electrónico que contiene en su interior
un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Por
SSR se entenderá un producto construido y comprobado en una fábrica, no un dispositivo formado por
componentes independientes que se han montado sobre una placa de circuito impreso.
Estructura del SSR:
Circuito de Entrada o de Control:
Control por tensión continua: el circuito de entrada suele ser un LED ( Fotodiodo), solo o con una
resistencia en serie, también podemos encontrarlo con un diodo en antiparalelo para evitar la
inversión de la polaridad por accidente. Los niveles de entrada son compatibles con TTL, CMOS,
y otros valores normalizados ( 12V, 24V, etc.).
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