Preparatorio Hugo Perez

 

Escuela Politecnica Nacional Laboratorio de Electrónica de Potencia PREPARATORIO 6 Nombre: Hugo Pérez

GR11

Fecha de elaboración: 18-12-2018 CARACTERIZACION DEL IGBT

1.  Consultar sobre los circuitos tótem pole como circuitos de disparo para transistores de potencia. Existen diferentes dispositivos en los que que emplean un tipo de salida denominada denominada tótem-pole o lo mismo que quiere decir pila totémica que se logra mediante la disposición de dos transistores que van ubicados uno sobre otro, obteniéndose características que permiten que cuando la salida es baja el transistor que se encuentra ubicado en la parte inferior conduce obteniéndose un camino de baja impedancia desde el pin de salida hacia tierra. t ierra. Por otro lado si en cambio se obtiene una salida alta el transistor que conduce es el que está ubicado en la parte superior lo cual provoca que se genere un camino de baja resistencia 5V. La característica de este tipo de circuitos es que permiten drenar mayor corriente a tierra que la que se puede suministrar a partir de 5V. Mediante las características ya nombradas que producen una salida de baja resistencia permiten que una salida tótem pole conmute más rápido que una salida de colector común, por lo que esta salida es propicia para el caso de aplicaciones bidireccionales. Al combinar dos salidas tomen pole (bajaalta) se produce:  

El resultado de una salida con baja resistencia hacia 5V y con la otra salida dirigida hacia tierra, es un estado lógico que no es predecible; el mismo que puede producir altas corrientes generadas que dañaran los componentes

 

Se obtendrá un resultado impredecible al igual que el anterior si se combina una salida de colector abierto baja y la salida tótem pole alta.

 

Un resultado correcto resulta al incorporar una resistencia serie, pese a que la velocidad de conmutación disminuirá.

Fig1. Salidas tótem pole [1]

 

 

2.  Diseñar y simular los circuitos de control PWM para frecuencias frecuenc ias entre 1KHz y 10 KHz, además se debe poder variar la relación de trabajo entre 0.1<  <  .  . 

  Para el caso del diseño.



1 = 0.693( + ) ∗ 1  2 = 0.693   ∗ 1   +  =  =

1 0. 0.69 693 3 ∗ 1 2

0. 0.69 693 3 ∗ 1

=

=

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.9 9 1

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.1 1 1

 

 

Ahora debemos asumir un valor para el capacitor c apacitor que me genera la frec frecuencia uencia establecida. C1=0.1uf

 =

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.1 1 0. 0.1 1  ∗ 1000 1000

 +  =

= 1440 1440Ω Ω

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.9 9 1 ∗ 1000

= 1296 12960Ω 0Ω 

Donde debemos asumir un valor para el potenciómetro acorde. Rpot=10KΩ 

 +   = 12 1296 960 0      = 12 1296 960 0 − 10 1000 000 0 = 29 2960 60Ω Ω  Donde Ra=3300 Ω 

Fig2. Circuito generador de señal PWM con el integrado LM555 1KHz

 

  Fig3. Señal PWM con el integrado LM555 1KHz

Para el caso de la frecuencia de 10 KHz.

1 = 0.693( + ) ∗ 1  2 = 0.693   ∗ 1   +  =  =

1 0. 0.69 693 3 ∗ 1 2

0. 0.69 693 3 ∗ 1

=

=

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.9 9 1

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.1 1 1

 

 

Ahora debemos asumir un valor para el capacitor que me genera la frecuencia e establecida. stablecida. C1=1nf

 =

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.1 1 0. 0.1 1  ∗ 1000 1000

 +  =

= 14 14400 400Ω Ω

1. 1.44 44 ∗ 0. 0.9 9

= 12960 129600Ω 0Ω 

1 ∗ 1000 Rpot=100KΩ  De donde obtendremos el valor de Ra

 +   = 12 1296 960 0        = 12 1296 9600 00 − 10 1000 0000 00 = 29 2960 600Ω 0Ω  De donde tomando un valor de resistencia comercial tenemos tene mos que Ra=33Ω 

 

 

Fig4. Circuito generador de señal PWM con el integrado LM555 10 KHz

Fig5. Señal PWM con el integrado LM555 10 KHz

3.  Implementar Implementar los elementos del circuito de la figura 5 que es el auxiliar o gate driver para ayudar al encendido y apagado del IGBT. El esquema muestra el acoplamiento del circuito de control y de potencia óptico. Nota: el capacitor sirve para estabilizar el voltaje de la fuente VDC 12V, los transistores pueden ser 2N4904 y 2N4906.

 

  Fig6. Gate driver IGBT.

El aislamiento entre el circuito de control y potencia se debe realizar a través de una optonand como se muestra en la figura 6

Fig7. Circuito de aislamiento con optonand.

4.  Considerar para el diseño el aislamiento de un diodo de conmutación rápida (fast recovery) para trabajar con una carga inductiva que consuma igual potencia que la carga resistiva.

 

Para el caso del diseño de este circuito se debe implementar únicamente el gate driver ya que las demás etapas son similares al disparo del mosfet o los demás demás elementos ya vienen dados, lo que debemos determinar es únicamente el valor de la resistencia y el capacitor. El valor de corriente que circulara a través de la re resistencia sistencia será en el orden de las unidades de miliamperios. 

=





Ω

= 5 = 2400Ω Para lo cual tomaremos un valor de resistencia de 3.3 K    3.3Ω = R + RRbb 

V = V ∗

 ( +  ) )

     

de donde tomamos un valor de 330 Ω  para el caso del capacitor

C=

1 = 8.8           22   = 2∗π∗R∗f  2∗π∗R∗f  1

Fig8. Circuito de disparo para el IGBT.

 

  Fig8. Señal de control para el disparo del IGBT.

Fig9. Señal del IGBT.

Bibliografía: [1]  MOSFET para conmutacion de potencia, disponible [Online]: https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/66655/mod_folder/.../0/Cap7  _mosfet.pdf Disponible[Online]: Disponible[Online]:  https://www.diarioelectronicohoy.com/blog/controladores-basicos-drivers  https://www.diarioelectronicohoy.com/blog/controladores-basicos-drivers  [2]  Apuntes en clase Ing. Jorge Medina.