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Circuitos de disparo sin aislamiento

El circuito de disparo es una parte integral de un convertidor de potencia, y consiste en las salidas de un convertidor que depende de la forma de onda en que el circuito de disparo se excita a los dispositivos de conmutación , las características del circuito de disparo son elementos clave para obtener la salida deseada y los requisitos de control de cualquier convertidor de potencia. El diseño de un circuito excitador requiere conocer las características de compuerta y las necesidades de dispositivos como tiristores apagados por compuerta (GTO), transistores bipolares de unión (BJT), transistores de efecto de campo metal-oxido semiconductor (MOSFET) y transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT). •

EXCITADOR DE COMPUERTA PARA MOSFET

Los MOSFET son dispositivos controlados por voltaje y tienen una impedancia de entrada muy alta. La compuerta consume una corriente de fuga muy pequeña, del orden de los nanoamperes. El tiempo de encendido de un MOSFET depende del tiempo de carga de la capacitancia de entrada o de compuerta. El tiempo de encendido se puede reducir conectando un circuito RC como se ve en la figura, para cargar con mayor rapidez la capacitancia de compuerta.

Cuando se conecta un voltaje a la compuerta, la corriente inicial de carga de la capacitancia es IG = VG / RS y el valor de estado permanente de voltaje de compuerta es VGS = RGVG / (RS + R1 + RG)

donde RS es la resistencia interna de la fuente que excita la compuerta.

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EXCITADOR DE BASE PARA BJT

La velocidad de conmutación se puede aumentar reduciendo el tiempo de activación y el tiempo apagado. Se puede reducir el tiempo de encendido permitiendo un pico de la corriente de base durante la activación, dando como resultado una B forzada baja al principio. Después de la activación puede aumentar la B forzada baja hasta un valor suficientemente alto como para mantener el transistor en la región de casi saturación. El tiempo de desactivación se puede reducir invirtiendo la corriente de base y permitiendo un pico de la corriente de base durante la activación. Al aumentar el valor del voltaje de pico de la corriente inversa IB 2 disminuye el tiempo de almacenamiento.

Fig 2

Las técnicas de uso común para optimizar la activación de la base de un transistor son: 1) Control de encendido 2) Control de apagado

3) Control proporcional en base 4) Control por antisaturación

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Control de encendido

La corrección de la corriente de base se puede proporcionar con el circuito de la figura 3. Cuando se conecta el voltaje de entrada, la corriente de base se limita con el resistor R1.

Fig3

Dónde: IB= (VI - VBE)/R1 Y el valor final de la corriente de base es: IBS= (VI - VBE)/R1 + R2 • Control de apagado Si el voltaje de entrada de la figura se cambia a –V2 durante el apagado, el VC se suma a V2 como el voltaje inverso a través del transistor. Por lo tanto, habrá un pico de la corriente de base durante el apagado. •

Control proporcional en base.

Si la corriente del colector cambia debido a un cambio en la demanda de carga, la corriente de encendido de la base cambia en proporción a la corriente del colector.

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Control de saturación

Si el transistor se excita muy rápido, el tiempo de almacenamiento que es proporcional a la corriente de base, aumenta, y se reduce la velocidad de conmutación. Se puede reducir el tiempo de almacenamiento operando el transistor con una saturación gradual, en lugar de muy rápida. Esto se puede hacer sujetador el voltaje de colector a emisor a un valor predeterminado, la corriente del colector es: IC = (VCC -VCM)/RC Donde VCM es el voltaje sujetador y VCM> VCD(Sat)

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Circuitos de disparo con aislamiento

Acoplados Óptimamente

El fotoacoplador permite conseguir un buen aislamiento eléctrico entre el circuito de control y el de potencia. Este tipo de aislamiento ofrece como inconveniente la posibilidad de disparos espúreos en las conmutaciones del interruptor de potencia, debido a la capacidad parásita entre el LED y el fototransistor. Otro problema se debe a la diferencia de potencial entre las tierras del fotodiodo y del fototransistor que no debe superar la tensión de ruptura. Para minimizar estos dos inconvenientes se pueden usar fibras ópticas, (inmunidad al ruido EMI, aislamiento de alta tensión y evitan el efecto inductancia de los cables largos). No permiten transportar potencia, sólo señal, por lo que será necesario una fuente de alimentación auxiliar y un amplificador.

Circuito de Control de Base, con Aislamiento Optoacoplado de la Señal de Control El diodo DA sirve para evitar la saturación completa del BJT de potencia ya así acelerar su conmutación.

Circuito de Control de Puerta, con Aislamiento Optoacoplado de la Señal de Control. Este circuito es útil para hacer funcionar interruptores MOS a velocidades bajas (Los circuitos integrados digitales CMOS tienen una impedancia de salida alta). Para velocidades mayores pueden usarse circuitos especializados con impedancia de salida mucho menor, por ejemplo IXLD4425, 3Amp y +/- 15v

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Acoplados magnéticamente

Señal de Control de Alta Frecuencia, Aislada con Transformador de Pulso

El transformador de pulsos permite transportar una señal de cierta potencia, y a veces puede evitarse el uso de una fuente de alimentación auxiliar el problema es que no pueden usarse pulsos de baja frecuencia debido a la inductancia de magnetización. Para pulsos de frecuencias superiores a la decena de kHz y con D˜0.5 pueden conectarse directamente, conectándose bien a la puerta de transistores de potencia, o en circuitos análogos a los vistos sustituyendo a fotoacopladores

Señal de Control de Baja Frecuencia Aislada con Transformador de Pulso

La frecuencia del oscilador podría ser por ejemplo de 1MHz, y los diodos rectificadores serán de alta frecuencia, pero de señal.

Circuito de Base con Señal de Control Aislada mediante Uso de Transformadores de Pulso. Aplicación para Frecuencias de Trabajo Elevadas y Ciclo de Trabajo Aproximadamente Constante. Evita Fuente de alimentación. Si T1 está conduciendo, ib sería negativa y por tanto, T2 se cortará. La corriente de magnetización por el transformador (por Lm) será transcurrido un tiempo: ip≈VBB/Rp. Al cortar T1 cuando por Lm circula ip, se hace circular una corriente por la base, y por tanto por el colector, de forma que al interactuar los devanados 2 y 3 será: ib=icN3/N2. Además, durante el tiempo que está cortado T1 Cp se descargará por Rp. Si en estas condiciones se vuelve a saturar T1, la tensión aplicada al devanado 1 es VBB y la corriente ip por el transformador podrá ser muy alta, de forma que: ib= icN3/N2- ipN1/N2 Si se eligen adecuadamente las relaciones de transformación, podrá hacerse la corriente de base negativa y se cortará el transistor de potencia.

Señal de Control de Baja Frecuencia Aislada con Transformador de Pulso...