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• javier martinez

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Electrónica de Potencia Actividades de Laboratorio – Jorge Iván Garcia C.C 1047964321 Smith Ramírez Castillo C.C 80726163 Claudelby Diaz Velandia C.C:52748357 María Alejandra Pulido CC.1033750733 Diego Alejandro Romero: 1020805799 Jonathan José Rincón Cerquera: 1069745777

Universidad Nacional Abierta y a Distancia 2020 Grupo 1

I.

Resumen

En este Informe se encuentra el desarrollo de las actividades ejecutadas en el laboratorio, aborda principalmente temas relacionados con componentes electrónicos semiconductores usados en electrónica de potencia y sus aplicaciones. La ejecución de esta práctica se realizó inicialmente ejecutando las actividades planteadas mediante pruebas por simulación en software Proteus y/o Pspice para después realizar el montaje y pruebas físicas con los diferentes implementos suministrados en el laboratorio, toma de medidas y obtención de datos para posteriormente ser tabulados con el fin de generar análisis y conclusiones. II.

los conceptos las características de SCR, MOSFET, IGBT, dispositivos de potencia, circuitos de disparo y; así mismo el control de fase de media onda a través del SCR diseñado para esta aplicación. Actividades que nos permiten comprobar y profundizar sobre las posibles aplicaciones en nuestra formación profesional. III. 



INTRODUCCIÓN

Mediante este informe se pretende dar a conocer las actividades realizadas la práctica del curso de Electrónica de Potencia, en esta práctica se observaron



Objetivos

Identificar y desarrollar los circuitos de disparo requeridos para semiconductores de potencia. SCR, MOSFET e IGBT. Desarrollar un análisis teóricopráctico sobre el comportamiento de estos componentes bajo diferentes voltajes y corrientes de disparo. Realizar las actividades prácticas propuestas para contextualizar el desarrollo de los componentes teóricos del curso de Electrónica de Potencia.

ACTIVIDAD PARA DESARROLLAR 1.PRACTICA No.1:Caracteristica del SCR

Procedimiento:

1. Realice el montaje del circuito de la figura.

3. Lentamente varié el valor de V2 hasta que el SCR conduzca. ¿Qué sucede con el valor del VAK y porque?

Se varía el voltaje hasta 4 voltios obteniendo el cierre de la compuerta y la conducción ánodo y cátodo obteniendo el encendido del led. Una vez superado el la corriente de mantenimiento se continua constante y el led no se apaga, al quitar el voltaje de señal.

2.

Ajuste V1 de modo tal que el VAK sea aproximadamente 15 Voltios.

Se realiza la variación del voltaje hasta 8 voltios de acuerdo con el montaje realizado.

4. Asegúrese que el SCR está en estado de conducción. Se instalo un led como carga para verificar la energización

del circuito y la constancia de la conducción.

ocasionando que esta evidencia lo que llamamos un cruce por cero o apagado.

Pregunta: ¿Qué observas ahora que repentinamente usted aumenta y luego reduce la corriente de puerta? 5. Desconecte temporáneamente el pin puerta (GATE) y poco a poco reducir la tensión V1 hasta que la corriente del SCR repentinamente cae a cero. Apunte el valor anterior al que la corriente cae a cero “este es el valor de la corriente de mantenimiento IH.

R= El valor anterior es 3.5 V

Pregunta: ¿Qué crees que va a pasar en el circuito de la figura 1 si se dispara el SCR, y luego se reduce la corriente de puerta a cero de nuevo? R= la carga pierde energización. Rta/ Al reducir la corriente de la puerta a cero, la carga pierde su alimentación

Rta/ Al aumentar la corriente al punto máximo, supera la corriente de mantenimiento y el circuito no se apaga al retirar la corriente de disparo.

Práctica No.2: Características del MOSFET

evidenciando que a partir de 2 VDC se presenta variación en la intensidad, encendiendo progresivamente hasta 5.4VDC teniendo en cuenta que el VGS ya activo la compuerta del Mosfet

Figura No.2 El MOSFET Procedimiento: Características de transferencia 1. Realice el montaje del circuito de la anterior figura.

3. V2 debe estar inicialmente en cero voltios, luego cambie el valor de VGS variando el valor de V2. (mantenga R2 en el valor mínimo) y observe como cae el valor de VDS cada 0.5V de variación del voltaje VGS, llevando VGS a 5V. Rta/ Se realiza la variación de 1,10VDC a 1.9 VDC, evidenciando el encendido proporcional al voltaje aplicado, como evidencia se visualiza la intensidad del led

2. Ajuste VDS=10V variando V1, mantenga R1 ligeramente mayor a ¼ del valor total. VGS =VGS1=VTH VDS V 1.7V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 8V (max)

IDS (mA) 0 0,06 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Rta/Se realiza la variación de V1

4. Repita los pasos anteriores para diferentes valores con VDS2 = 12V. VDS3 = 15V

Llenar las tablas.

V1=VDS1 = 10V VGS V

IDS (mA)

0V 0V 05V 1V 1.5V 2V 2.5V 3V

0 0 0 0 0,03 5.3 5.3 5.3

Rta/ Los MOSFET no son utilizados debido a que el área del material de fabricación no permite elevadas potencias, para este caso los IGBT manejan mayor velocidad y eficiencia.

Características de drenaje:

El terminal gate es muy sensible, la capa de óxido es muy delgada y se puede perforar y por ende dañar con facilidad el dispositivo; se deben manipular con mucho cuidado, teniendo en cuenta que se pueden destruir con facilidad si hay alta tensión o hay electricidad estática. Por esta última razón, no son implementados en circuitos de lata potencia.

5. Ajustar el VG variando el valor de V2 a VTH - threshold voltaje (Voltaje umbral)

Su funcionamiento está limitado por niveles de tensión, correspondientes a redes de baja tensión y menores 400 𝑉𝑎; por lo que son empleados en soluciones de baja y mediana potencia

6. Variar VGS cambiando el valor de V2 en variaciones de 0.5V y anote el valor de IDS. (hasta que IDS sea constante)

Práctica No.2 Virtual: Características del MOSFET

3V (max)

7. Repetir los pasos anteriores para diferentes valores de VGS2 = VTH ± 0.1V. VGS=VGS2=VTH± 0.1V 8. Llenar la tabla. VDS V Pregunta:

¿Por qué los MOSFET no son implementados en aplicaciones de elevadas potencias?

1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 8V (max)

IDS (mA) 0 0 0,6 1.5 2.4 3.3 4.3 5.2

1. Procedimiento: Características de transferencia

9. Realice el montaje del circuito de la figura, anexando los voltímetros y amperímetros que sean necesarios a fin de monitorear estos parámetros en el análisis del circuito.

Ajuste el divisor de voltaje de la fuente V1 de forma tal que VDS1 = 10 V, y teniendo el potenciómetro RV1 aproximadamente al 50% de su escala.

2. Ajuste el divisor de voltaje de la fuente de V2 de forma que VGS inicie en cero voltios. Posteriormente, con el ajuste del potenciómetro RV3, vaya observando como disminuye el valor de VDS y aumenta el valor de IDS en la medida que se va aumentando el valor de alimentación de la puerta VGS, hasta llegar a 5 voltios.

14

VGS (V) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.07 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5

VDS (V) 10 10 10 10 10 5.04 0 0 0 0 0 0

I D (mA) 0 0 0 0 0 1.19 2.37 2.37 2.37 2.37 2.37 2.37

12 10 8 6 4 2 0

10 8 6 4 2 0

0.5

1

1.5

2

2.07 2.5

VDS(V)

3

3.5

I D(mA)

3. Repita los pasos anteriores para diferentes valores con VDS2 = 12V.

4

0.5

1

1.5

2

2.07 2.5

VDS (V)

12

0

0

4.5

VGS (V) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.07 2.5 3.0 3.5 4.0 5 4.5 5 VDS3 = 15V

VDS (V) 12 12 12 12 12 0.85 0 0 0 0 0 0

3

3.5

4

I D (mA)

I D (mA) 0 0 0 0 0 1.19 2.77 2.77 2.77 2.77 2.77 2.77

4.5

5

conducción completa empieza a partir de 2.5 VDC.

Consulte en las hojas de características de los fabricantes, ¿cuál es el valor típico del voltaje VGS que asegura un correcto funcionamiento del Mosfet sin riesgo de apertura? 16 14 12 10 8 6 4 2 0

0

0.5

1

1.5

2

2.07 2.5 VDS

3

3.5

4

ID

VGS (V) VDS (V) I D (mA) 0.0 15 0 0.5 15 0 1.0 15 0 1.5 15 0 2.0 15 0 2.07 0.79 1.19 2.5 0 3.42 3.0 0 3.42 3.5 0 3.42 4.0 0 3.42 4.5 0 3.42 5 0 3.42 Seleccione un incremento gradual del voltaje VGS de forma tal que pueda ir observando los cambios en IDS. A partir del análisis de la anterior tabla concluya entonces ¿cuál es la mínima tensión de disparo de puerta? que asegura la correcta conmutación del Mosfet. A partir de la práctica podemos concluir que empieza a haber corriente de IDS a partir de 2,07 VDC en VGS, pero la

Según el datasheet dice que el voltaje de VTH es de 2-4VDC, es decir que el valor correcto sería el máximo de este rango 4.5 5 para asegurar su funcionamiento que en este caso sería 4VDC. Características de drenaje:

4. Ajustar el divisor de voltaje de V1 de forma tal que se tenga un VDS = 10 V. Luego incrementar el VGS desde cero variando el divisor de voltaje de V2 hasta encontrar el valor de corte a VTH - threshold voltaje (Voltaje umbral). Registre este valor como VTH = ___2.07_V____

5. Con voltaje VTH entre puerta y surtidor (VGS1), varíe desde cero el voltaje VDS y en cada paso registre el valor de la corriente IDS, hasta encontrar que la IDS se mantiene

constante, diligenciando estos valores en la tabla dada.

VGS=3 16 12 8 4 0 2.07

2.07

2.07

2.07

VDS(V)

VGS(V) 2.07 2.07 2.07 2.07 2.07 2.07

VD(V) 0 3 6 9 12 15

Ic(mA) 0 0.45 0.99 1.19 1.19 1.19

2.07

2.07

IDS(mA)

VGS=3.5 16 12 8 4 0 2.07

Chart Title

2.07

16

2.07

2.07

VDS(V)

2.07

2.07

IDS(mA)

12 8

7. Llenar la tabla.

4 0 2.07

2.07

2.07

2.07

VDS(V)

2.07

IDS(mA)

6. Repetir el paso anterior (6.) en variaciones de (VGS2 = VTH +0.5 V), (VGS3 = VTH +1 V), (VGS4 = VTH +1,5 V)

VGS=2.5 16

VGS=2.07 2.07 VD IC S 0 0 3 1.4 6 6 2.9 3 9 4.4 4 12 5.9 15 7.0 3

VGS=2.5 VD IC S 0 0 3 1.4 6 6 2.9 3 9 4.4 4 12 5.9 15 7.0 3

VGS=3.0 VD IC S 0 0 3 1.3 4 6 2.6 8 9 4.0 1 12 5.4 15 6.4 8

VGS=3.5 VD IC S 0 0 3 1.3 4 6 2.6 8 9 4.0 1 12 5.4 15 6.4 8

12 8 4 0 2.07

2.07

2.07 VDS(V)

2.07

2.07 IDS(mA)

Pregunta: ¿Por qué los MOSFET no son implementados en aplicaciones de elevadas potencias?

2.07

El terminal gate es muy sensible, la capa de óxido es muy delgada y se puede perforar y por ende dañar con facilidad el dispositivo; se deben manipular con mucho cuidado, teniendo en cuenta que se pueden destruir con facilidad si hay alta tensión o hay electricidad estática. Por esta última razón, no son implementados en circuitos de lata potencia. Su funcionamiento está limitado por niveles de tensión, correspondientes a redes de baja tensión y menores 400 𝑉𝑎; por lo que son empleados en soluciones de baja y mediana potencia

Montaje en Proteus: 1. PRACTICA No.3: Características V-I del IGBT

2. Inicialmente mantenga los divisores de voltaje de V1 y V2 en el cero y los valores de R1 y R2 a un 50% de su valor resistivo total. Procedimiento:

V1 y V2 = 0

R1= Potenciómetro de 4K y R2 = Potenciómetro de 10K

R1= 1K

Características de transferencia

1. Realice el montaje del circuito de la figura.

R2= 1K 3. Haga ajustes en el circuito de potencia para que inicialmente VCE=10V. 4. Lentamente varié RV3 (aumentando VGE) y anote VCE e IC en cada 0.5V de cambio tenga en cuenta que el VGE máximo debe ser 10 voltios.

Se va variando el valor de RV1 hasta llegar en VGE al Umbral máximo del IGBT:

VGE 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

VCE 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 0.8 0.8 0.8 0.8

IC(mA) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.4 2.4 2.4 2.4

5. El mínimo voltaje de compuerta VGE, el cual es requerido para que el IGBT conduzca es llamado VTH. Registre este valor VTH= 3V 6. Repita los pasos anteriores 2 – 3 4 con diferentes valores de VCE y dibuje la gráfica de VGE vs IC. VCE=24VDC VGE 0.0 0.5 1.0

VCE 24.3 24.3 24.3

IC 0.0 0.0 0.0

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 30 25 20 15 10 5 0

0

24.3 24.3 24.3 24.3 24.3 24.3 24.3 24.3 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

1

2

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5.48mA 5.48mA 5.48mA 5.48mA 5.48mA

3VCE 4

5ic(mA) 6

VCE=30VDC VGE 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

VCE 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

IC 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 6.74mA 6.74mA 6.74mA 6.74mA 6.74mA

7

8

35 30 25 20 15 10 5 0

Se logra ajustar RV1 a 5,26V logrando un Voltaje Máximo en VCE de 30V:

0

1

2

3

4 5 VCE

6 ic(mA) 7 4

7. Responda a la pregunta: a partir de los resultados de los numerales anteriores explique ¿cómo se debe proceder para activar y desactivar el Mosfet? Para la activación y desactivación del mosfet, primero debemos verificar en el datasheet el rango que maneja el gate para el umbral del disparo, (VTH), y debemos asegurar que lo estemos alimentando con el voltaje necesario que encontremos en el manual del fabricante. Y para desactivarlo tenemos que reducir el voltaje en ese punto, que no alcance el voltaje rango de VTH, asegurando un 0 lógico.

2. Lentamente varié el divisor de voltaje de V1 y anote los valores de VCE e IC para un voltaje constante de compuerta (VGE). Registro 1: V1=12V – VGE=3V – VCE=30V – IC=0mA

Registro 2: V1=12V – VGE=5,44V – VCE=0,74V – IC=-0,38mA

CARACTERÍSTICAS DE COLECTOR 1. Inicialmente ajuste el valor de V2 hasta que el VGE sea 6V o mayor (en cualquier caso, debe ser mayor a VTH), adicionalmente ajuste el circuito para que VCE = 10V.

Registro 3:

V1=15V – VGE=6,80V – VCE=0,74V – IC=-0,38mA

3. Repita los pasos anteriores con diferentes valores de VGE y anote los valores de IC vs VGE. Identifique la relación que existe entre estos parámetros. V1 15v 15v 15v 15v 15v

Vge 6v 7.06v 5.20v 4.05v 3v

Vce 0.74v 0.74v 30v 30v 30v

ic 0.38mA 0.38mA 0.0mA 0.0mA 0.0mA

Se identifica que al configurar el voltaje al máximo valor soportado por el IGBT (6V) , se produce una caída de tensión en VCE y un pequeño aumento en IC. Y cuando se configura el voltaje al Mínimo valor soportado (3V), nos entrega un Voltaje en VCE mayor , es decir al disminuir el Voltaje en VGE , la tensión en VCE aumenta y la corriente IC cae.

IV.

CONCLUSIONES

I.

CONCLUSIONES PRACTICA 1



Pudimos comprobar con esta práctica que SCR o también llamado tiristor cuenta con tres conexiones: ánodo, cátodo y gate

(puerta), en donde el gate es el que se encarga de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. 

El SCR se comporta como un interruptor controlado.



Una vez el SCR entra en saturación, se puede desconectar el terminal de disparo o llevar la corriente IG a 0 y seguirá conduciendo.



El SCR se apaga disminuyendo el voltaje AK por debajo del límite de conducción. V. Bibliografía Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W. (2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño (pp. 3-14). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.ed u.co:2077/lib/unadsp/reader.acti on? ppg=22&docID=10565530&tm= 1482450097688  Dispositivitos de potencia. Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W. (2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño (pp. 445582). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.ed u.co:2077/lib/unadsp/reader.acti on? ppg=464&docID=10565530&tm =1482450513143