Electrónica de potencia. Robert Piqué López

que, como se ha demostrado, introducen pérdidas en forma de calor.

      También se han clasificado los convertidores estáticos bajo dos criterios: de funcionalidad y por cuadrantes.

      Se ha realizado un repaso a la tecnología actual de los semiconductores de potencia, así como de las tendencias futuras.

      Finalmente, se ha mostrado el carácter interdisciplinar de la Electrónica de Potencia y se han enumerado distintas aplicaciones de esta disciplina.

      1.7. Cuestiones de repaso y ejercicios propuestos

      1.7.1. Definir los siguientes conceptos:

       Electrónica de Potencia.

       Convertidor estático.

       Camino de potencia.

       Interruptor.

       Régimen de funcionamiento en conmutación.

       Trayectoria de conmutación.

       SOA.

      1.7.2. Responder, de forma concisa, las siguientes cuestiones:

       Indicar tres características propias de la Electrónica de Potencia, que la distingan claramente de la electrónica del tratamiento de señales.

       Clasificar los distintos tipos de procesadores estáticos de energía eléctrica de acuerdo con un funcionamiento en cuadrantes.

       Justificar razonadamente que una resistencia óhmica sometida a una diferencia de potencial no nula, introducirá un camino de potencia entre sus dos terminales.

       Definir, someramente, las características de los principales tipos de transistores.

       Definir, someramente, las características de los principales tipos de tiristores.

       ¿Cuáles son, a criterio del lector, los límites tecnológicos actuales en los interruptores comerciales de potencia?

       ¿Cuál es, a criterio del lector, la principal línea que debe seguir el desarrollo tecnológico en los dispositivos de potencia a semiconductor?

       Describir el principio básico de funcionamiento de un convertidor estático funcionando en lazo cerrado.

       Comentar la naturaleza interdisciplinar de la Electrónica de Potencia a partir de su relación con otras disciplinas.

      1.7.3. Una fuente de tensión de alterna genera la tensión e(t) = 230 · sin (100 πt) V. Dicha tensión se representa en la parte superior de la figura 1.29. Se desea aplicar, a una carga resistiva óhmica de valor R = 100 Ω, una tensión u(t), como la indicada en la parte inferior de la figura 1.29, y obtenida a partir de e(t) mediante la utilización de dos interruptores ideales, S, y S2, uno en serie con e(t), y otro en paralelo con R.

       Figura 1.29. Formas de onda de entrada y salida del ejercicio 1.7.3.

      Sabiendo que los dos interruptores S₁, y S₂ deben tener un control complementario, es decir que cuando uno está cerrado el otro está abierto, se pide:

      a)Dibujar el esquema del circuito que resuelva la aplicación planteada.

      b)Determinar el control a imponer a los interruptores para el correcto funcionamiento del sistema.

      c)Diseñar el esquema en bloques del control de los interruptores. Para ello, considérese que cada interruptor responde a una señal de control, c(t), denominada función de conmutación, tal que si c(t) = 1 el interruptor cierra, y si c(t) = 0 el interruptor abre.

      d)Simular el sistema diseñado mediante PSIM, comprobando la validez del resultado obtenido.

      1.7.4. En la figura 1.30 se representa el esquema en bloques de una fuente de alimentación conmutada.

       Figura 1.30. Esquema en bloques de una fuente de alimentación conmutada.

      En relación a este sistema se pide:

      a)Identificar la función que realiza cada uno de los bloques constitutivos.

      b)Ubicar cada bloque en una disciplina de la Electrónica.

      c)Indicar cuáles de dichos bloques son propios de la Electrónica de Potencia.

      1.7.5. En la figura 1.31 se representa el esquema de principio de una fuente de alimentación lineal basada en regulador lineal de tensión. Dicho regulador lineal impone una tensión de salida constante de valor UOUT = 24 V, que se aplica a la carga R = 3 Ω, siendo E = 48 V.

       Figura 1.31 Regulador lineal de tensión.

      En relación a este sistema de componentes ideales se pide:

      a)Comprobar la existencia de un camino de potencia entre entrada y salida del regulador de tensión.

      b)El rendimiento del sistema. ¿Qué porcentaje de la potencia se pierde en el proceso de conversión?

      c)Su simulación PSIM.

      1.7.6. En la figura 1.32 se representa el esquema de una alternativa al circuito del ejercicio 1.6.5. En este caso, se opta por la utilización de un interruptor, considerado ideal, funcionando en régimen de conmutación, con un periodo de conmutación TS = 1 ms, estando cerrado, en cada período, un intervalo TON = 0,5 ms, y abierto el resto del período.

      Como en el ejercicio anterior, E = 48 V y R = 3 Ω.

       Figura 1.32. Regulador conmutado básico.

      En relación a este sistema de componentes ideales se pide:

      a)Comprobar que el interruptor no introduce camino de potencia.

      b)El rendimiento del sistema. ¿Qué porcentaje de la potencia se pierde en el proceso de conversión?

      c)Su simulación PSIM.

      d)Comparar el resultado con el obtenido en el ejercicio anterior.

      Referencias

      [1]N. MOHAN, T. M. UNDELAND, W. P. ROBBINS, Power Electronics. Converters, Applications and Design, Wiley, 2002.

      [2]R. W. ERICKSON, D. MAKSIMOVIC, Fundamentals of Power Electronics, Springer, 2002.

      [3]P. T. KREIN, Elements of Power Electronics, Oxford University Press, 1998.

      [4]M. H. RASHID, Power Electronics Handbook, Academic Press, 2006.

      [5]N. MOHAN, First Courses in Power Electronics and Drives, Mnpere, 2003.

      [6]J. W. MOTTO (editor). Introduction to Solid-State Power Electronics. Powerex Semiconductor Division, 1977.

      [7]B.W. WILLIAMS, Principles and Elements of Power Electronics, Barry W. Williams, 2008.

      [8]J. RICHMOND ET AL. Roadmap for Megawatt Class Power Switch Modules Utilizing Large Area Silicon Carbide MOSFETs and JBS Diodes. Powerex Semiconductor Division, 2008.

      [9]Powerex Technical Library,