Este documento trata sobre electrónica de potencia. Explica que la electrónica de potencia se encarga del estudio, diseño y aplicación de dispositivos y circuitos para la conversión, control y procesamiento de la energía eléctrica. Describe los diferentes tipos de convertidores, componentes semiconductores, y aplicaciones de la electrónica de potencia en diversos campos como la industria, automoción y energías renovables.

1. UNIVERSIDADUNIVERSIDAD
POLITECNICAPOLITECNICA
SALESIANASALESIANA
Electrónica DeElectrónica De
PotenciaPotencia
La meta no es formar técnicos, la meta es
formar hombres (M. Rizzini)

2. Introducción a la
Electrónica de
Potencia

3. Es la parte de la Electrónica encargada delEs la parte de la Electrónica encargada del
estudio de dispositivos, circuitos, sistemasestudio de dispositivos, circuitos, sistemas
y procedimientos para ely procedimientos para el procesamiento,procesamiento,
control y conversióncontrol y conversión de la energía eléctrica.de la energía eléctrica.
Aplicación del estado sólido para el
control y conversión de la energía
eléctrica.

4. • Es una disciplina encargada de la CONVERSIÓN de
potencia eléctrica desde una forma a otra (ac- ac,
ac - dc, dc - dc, dc - ac) con el propósito de
controlar o cambiar sus características (tensión,
corriente, potencia, frecuencia, distorsión, nº de
fases)
• Naturaleza interdisciplinar
• Está presente en la mayoría de los equipos
electrónicos - soporte tecnológico
¿Que es la Electrónica de Potencia?

5. • Aplicaciones de baja potencia (< 10 kW)
– Domésticas
– Equipos de Oficina
– Industriales y comerciales
• Aplicaciones de media potencia (10-1000 kW, low
voltage)
– Industriales
– Telecomunicaciones
– Accionadores
• Aplicaciones de alta potencia (> 1000 kW, high voltage)
– Tracción
– Transmisión
Aplicaciones de los Equipos Electrónicos de Potencia

6. Sistemas de PotenciaSistemas de Potencia
Procedimientos
Electromecánicos
Procedimientos
Electrónicos
• Mayor flexibilidad y más posibilidades de control.
• Mayor estabilidad y mayor rapidez de respuesta,
• Menor mantenimiento
• Mayor vida media y mayor fiabilidad.
• No producción del arco eléctrico.
 Menor robustez eléctrica, al disponer
de menor capacidad para soportar
sobretensiones y sobrecorrientes.
 Mayor coste para algunas de sus
aplicaciones.

7. ELECTRÓNICA
DE POTENCIA
ELECTRÓNICA
DE POTENCIA
EFICIENCIA
ENERGÉTICA
EFICIENCIA
ENERGÉTICA
ELECTRÓNICA
PORTÁTIL
ELECTRÓNICA
PORTÁTIL
2ª REVOLUCIÓN
INDUSTRIAL
2ª REVOLUCIÓN
INDUSTRIAL
MEDIO-AMBIENTEMEDIO-AMBIENTE
• Balastos electrónicos
• Almacenadores magnét.
• Sist. de transmisión
HVDC, HVAC
• Comunicación sin cable
• Equipos con baterías
• Control de emisiones
• Calidad de la Potencia consumida
• Vehículos eléctricos / híbridos
• Calentamiento por Inducción
• Automatización de empresas
• Robótica
• Control de velocidad variable
Nuevas y Emergentes Áreas de Aplicación

8. CIRCUITO DE
POTENCIA
CIRCUITO DE MANDO
carga
Energía Eléctrica
de entrada
Infor.Alimentación.
Señales de mando
Cirt. Disparo
y Bloqueo
Cirt. de Control
Sistemas de PotenciaSistemas de Potencia

9. Electrónica de Potencia
Señal
Entrada
Fuente auxiliar
de potencia
Señal tratada
Salida
Potencia
Entrada
Señal de cebado
Potencia
modificada
Salida
Electrónica de Señal Electrónica de Potencia
• AmplificaciónAmplificación
• GananciaGanancia
• ConversiónConversión
• RendimientoRendimiento

10. Sistemas de Potencia
Rectificadores controlados
y no controlados
Troceadores,
F. A.
Inversores, Onduladores
Cicloconvertidor,
Reguladores AC
AC
AC
DC
DC

11. RECTIFICADORESRECTIFICADORES INVERSORESINVERSORES
Convierten CA en CC.
•Relación constante Diodos
•Relación variable Tiristores
•Si son reversibles Inversor no
autónomo
Convierten CC en CA.
•Relación de frecuencia fija o variable
Cicloconvertidor
Regulador de AC
Regulador de CC
•Convierten CA de voltaje
constante en CA de voltaje
variable y misma frecuencia
•Convierten CC de voltaje
constante en CC de voltaje variable.
•Son Reguladores de AC de
distinta frecuencia.
Sistemas de Potencia

12. ARQUITECTURA DE CONVERTIDORESARQUITECTURA DE CONVERTIDORES
Carga1 a V1
Carga2 a V2
Carga3 a V3
Fuente 1
Fuente 2
+
+
-
Bus DC
Convertidor1
(AC/AC)
Convertidor3
(DC/DC
bidirec.)
Convertidor2
(AC/DC)
Convertidor4
(DC/DC)
Convertidor 5
(DC/AC)
Bus AC

13. CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓNCONMUTACIÓN FORZADACONMUTACIÓN FORZADA
Cuando los conmutadores controlables son
llevados a corte y a conducción a
frecuencias mayores que la frecuencia de la
red. (Troceadores, Inversores y Onduladores
autónomos).
CONMUTACIÓN FORZADACONMUTACIÓN FORZADA
Cuando los conmutadores controlables son
llevados a corte y a conducción a
frecuencias mayores que la frecuencia de la
red. (Troceadores, Inversores y Onduladores
autónomos).
CONMUTACIÓN NATURALCONMUTACIÓN NATURAL
Cuando la fuente de tensión primaria facilita el paso a
corte de los semiconductores. Además dichos
semiconductores pasan a conducción en fase con la
frecuencia de la tensión de entrada. (Rectificadores,
Reguladores de ac y Cicloconvertidores.)
CONMUTACIÓN NATURALCONMUTACIÓN NATURAL
Cuando la fuente de tensión primaria facilita el paso a
corte de los semiconductores. Además dichos
semiconductores pasan a conducción en fase con la
frecuencia de la tensión de entrada. (Rectificadores,
Reguladores de ac y Cicloconvertidores.)

14. Fuentes primarias de Corriente
Alterna (CA)
Fuentes
primarias
Tipo Tensiones
Red
Europea
CA50Hz 220-230V
(175-265V)
Red
Amer./Jap.
CA60Hz 110-120V
(85-135V)
Red
Universal
CA50-60Hz 110-230V
(85-265V)
Red
Avionica
CA400Hz 115V
(80-165V)

15. Fuentes primarias de Corriente
Continua (CC)
Fuentes
primarias
Tensión/
/celda
Tensiones
Baterías
Pb-ácido
2V
(1,75-2,6V)
12-24-48V
Baterías
Ni-Cd
1,2V
(1,05-1,35V)
2,4-6-12V
Baterías
Ni-Metal H
1,2V
(1,05-1,35V)
2,4-6-12V
Baterías
Térmicas
1,87V
(1,2-2,07V)
28V
Panel solar 0-0,6V
Vpmax=0,45V
Variable

16. Tipos de cargas electrónicas de
Corriente Continua (CC)
Tipo Tensiones
Circuitos digitales 5V 3,3V (¿2,7V 1,5V?)
Circuitos analógicos +15V -15V 9V 12V
Circuitos de RF 6V 12V
Baterías 2,4V 6V 12V 24V 48V
Accesorios (ventilador) 12V

17. Componentes Semiconductores de Potencia
DIODOSDIODOS
Schottky:
Vf=0.3V, VRM=50-100V
Rápidos:
trr=50ns-5us, VRM=400V
De red:
trr=25us
VRM=kV. If=kA
trr
Vfp

18. Componentes Semiconductores de Potencia
TIRISTORESTIRISTORES
Tensión de bloqueo directa
Corriente de fugas directa
Corriente de
fugas inversa
Tensión inversa
de bloqueo
Caída directa de
tensión en ON
Tensión directa
de ruptura
Corriente de enganche
Corriente de mantenimiento
Tensión inversa
de ruptura
VAK < 0 : zona de
bloqueo inverso.
comportándose como un
diodo.
VAK > 0 sin disparo
zona de bloqueo directo.
el tiristor se comporta
como un circuito abierto
hasta alcanzar el voltaje
de ruptura directa.
VAK > 0 con disparo
zona de conducción

19. Componentes Semiconductores de Potencia
Conmutadores ControlablesConmutadores Controlables
•Pequeña corriente de fugas en el estado de OFF.
•Pequeña tensión en el estado de ON para minimizar las pérdidas por
conducción.
•Cortos tiempos de turn-on y turn-off. Esto posibilitará su utilización a
frecuencias elevadas.
•Gran capacidad de bloquear tensión directa e inversa.
•Gran capacidad de conducir corrientes elevadas. Así no se necesitarán
paralelizar componentes.
•Coeficiente de temperatura positivo en la resistencia del estado de
conducción. Esto asegura que al paralelizar componentes.
•Pequeña potencia para el control.
•Capacidad para resistir tensión y corriente simultáneamente durante las
transiciones de los estados. Así se eliminará la utilización de snubber.
•Grandes di/dt y dv/dt. Esto minimizará la necesidad de utilizar redes
externas de protección.

20. BBipolaripolar JJunctionunction TTransitionransition
•Manejan menores tensiones y corrientes que el SCR, pero son más
rápidos.
•Fáciles de controlar por el terminal de base, aunque el circuito de control
consume más energía que en SCR.
•ventaja es la baja caída de tensión en saturación.
•inconvenientes destacar su poca ganancia con v/i grandes, el tiempo de el
tiempo de almacenamiento y el fenómeno de avalancha secundaria.
Dispositivo
controlado por
corriente
1
2
3
1 : Zona lineal o de amplificación.
2 : Zona de cuasi-saturación
3 : Zona de fuerte saturación
Vce
Vcc
Vce(sat)
Ib
Corte Activa Saturación

21. MMetal-etal-OOxide-xide-SSemiconductoremiconductor FFieliel EEffectffect TTransistorransistor
•Alta impedancia de entrada
•Coef. Tª positivo : paralelizables
•rapidez en las conmutaciones
•Rds(on)
Dispositivo controlado por tensión

22. IInsulatednsulated GGateate BBipolaripolar TTransistorransistor
•Controlado por tensión
•Conduce elevadas corrientes con Vf menor
•Tamaño IGBT = 1.2 BJT = 2.2 MOSFET

23. Componentes Semiconductores de Potencia

24. Bibliografía:
http/
www.atomatas.com
www.unicrom.com
www.robotix.com

25. Enlaces web interesantes
• <www.powerdesigners.com/InfoWeb/resources/links/Power_links.s
htm> [Consulta: 5 de julio de 2004]
• Sitio web general pspice con mucha información <www.pspice.com
> [Consulta: 5 de julio de 2004]
• Interactive Power Electronics Seminar (iPES).
<http://www.ipes.ethz.ch > [Consulta: 5 de julio de 2004]
• Tutorial de electrónica de potencia de html Venkat Ramaswamy
<http://www.powerdesigner.com > [Consulta: 5 de julio de 2004]
• www curso de electrónica de potencia ( Portugués)
<http://www.dee.feis.unesp.br/gradua/elepot/principal.html >
[Consulta: 5 de julio de 2004]
• Applet Java de Semiconductores <http://jas.eng.buffalo.edu>
[Consulta: 5 de julio de 2004]