Circuitos de excitaci

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Circuitos de excitación y protección.

• Dispositivos de potencia

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Introducción

• Minimizar las pérdidas de potencia en los
  interruptores electrónicos.
• Pérdidas en conducción
• Pérdidas en conmutación.
• Solución acelerar las transiciones.
• Los circuitos de protección se diseñan para
  alterar la forma de onda de conmutación, de forma
  que se reduzcan las pérdidas de potencia y se
  proteja el interruptor.

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Circuitos de excitación de transistores bipolares.

• Dispositivo controlado por corriente.
• Tiempo de puesta en conducción depende de la
  rapidez con la que se inyecte las cargas
  necesarias en la base del transistor.
• Velocidades de conmutación de entrada se pueden
  reducir aplicando inicialmente un pico elevado de
  corriente de base y disminuyendo la corriente
  hasta la necesaria para mantener el transistor en
  conmutación. Igualmente se necesita un pico de
  corriente negativa en el apagado.

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Esquema
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Formulación.
Cuando la señal pasa a nivel alto R2 estará
cortocircuitada inicialmente. La corriente de
base inicial será IB1. Cuando C se cargue, la
corriente de base será IB2. Se necesitará de 3 a
5 veces la constante de tiempo de carga del
condensador para considerarlo totalmente
cargado. La señal de entrada pasa a nivel bajo en
el corte y el condensador cargado proporciona el
pico de corriente negativa.
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Forma de onda de la IB
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Ejemplo.

• Diseñar un circuito de excitación de un BJT
  (TIP31C). Que tenga un pico de 1A de corriente de
  base y de 0.2A en conducción. La tensión de
  excitación es de 0 a 5V, cuadrada, con un ciclo
  de trabajo del 50 y una frecuencia de
  conmutación de 25Khz.

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Simulación del ejemplo
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Potencias perdidas en ambos casos
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Enclavador Baker

• Se usa para reducir los tiempos de conmutación
  del transistor bipolar.
• Mantiene al transistor en la región de
  cuasi-saturación.
• Evita que VCE sea muy baja.
• Las pérdidas son mayores.

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Darlington
Incrementar la Beta del transistor equivalente,
con el fin de mejorar la excitación
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Circuitos de excitación de MOSFET

• Es un dispositivo controlado por tensión.
• Estado de conducción se consigue cuando la
  tensión puerta-fuente sobrepasa la tensión umbral
  de forma suficiente.
• Corrientes de carga son esencialmente 0.
• Es necesario cargar las capacidades de entrada
  parásitas.
• Velocidad de conmutación viene determinada por la
  rapidez con que la carga de esos condensadores
  pueda transferirse.
• Circuito de excitación debe ser capaz de absorber
  y generar corrientes rápidamente para conseguir
  una conmutación de alta velocidad.

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Esquema
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Ejemplo

• Calcular la excitación de un Mosfet de potencia
  que tiene las siguientes características
• VTH2 a 4V.
• VGSmáx20V
• VDSmáx100V
• Capacidades parásitas las de la figura.
• Se precisa que el Mosfet conmute al cabo de 50ns
  o menos. Si la tensión de excitación es de 12V y
  la de alimentación es de 100V calcular la
  corriente necesaria y la RB que la limite.

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Solución

• Vemos que las capacidades de entrada y salida a
  más de 60V es de 300pF y 50pF respectivamente.
  Como ambas se tienen que cargar, necesitaremos

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Circuito propuesto.
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Simulación.
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Esquemas de excitación con CI
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Etapas Push-Pull y medio puente con CI
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Circuitos Bootstrap

• Cuando se requiere que el circuito de excitación
  sea flotante con respecto a la masa del circuito.
  Se llaman de lado alto. Uno de ellos podría
  ser el bootstrap.

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Circuitos Bootstrap con CI
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Circuitos de Aislamiento de la excitación

• Muchas veces resulta necesario aislar las
  excitaciones de dos interruptores para evitar
  cortocircuitos o perturbaciones.
• Aislamiento óptico Optoacopladores.
• Aislamiento magnético Transformadores.

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Forma de onda de salida del acoplador inductivo.
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Optoacopladores
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Optoacopladores
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Circuitos de protección.

• Protegen al transistor reduciendo sus pérdidas de
  potencia en la conmutación.
• No reducen las pérdidas totales de conmutación.
• Protegen al dispositivo del stress al que se ve
  sometido durante la conmutación debido a las
  altas tensiones y corrientes.

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Circuito de protección de transistor
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Formulación.
El condensador se elige a veces de forma que la
tensión del interruptor alcance su valor final al
mismo tiempo que la corriente vale cero
Si la corriente del interruptor llega a cero
antes de que el condensador se cargue por
completo la tensión del condensador se calcula a
partir de la primera ecuación, saliendo
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Formulación.

• Para calcular el valor de la resistencia, ésta se
  elige de forma que el condensador se descargue
  antes de que el transistor vuelva a apagarse. Se
  necesitan de 3 a 5 intervalos de tiempo para que
  se descargue el condensador.

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Formulación.

• Las pérdidas en el transistor varían con el
  circuito que se añade. La primera fórmula se
  refiere a las pérdidas en el transistor sin
  circuito de protección.