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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

INFORME Práctica No:

3

Tema:

ANÁLISIS E IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITOS DE DISPARO

Grupo:

LEPGR11-1

Realizado por:

Salome Vinueza, Alexis Sarasti

Fecha de Entrega: 27/04/18

Semestre 2018 A

INFORME 7.1. Consultar y presentar el esquemático del circuito de disparo para un SCR mediante el uso de un optotriac.

Fig.1. Circuito de disparo para un SCR con un optotriac. [1]

7.2. Consultar y presentar el esquemático del circuito de disparo para un TRIAC mediante el uso de un optotriac.

Fig.2. Circuito de disparo para un TRIAC mediante un optoacoplador (optotriac). [2]

7.3. Presentar las formas de onda obtenidas, analizar y comentar las mismas.

Fig.3. Señal de salida del circuito de generación de PWM no sincronizado con la red con el integrado LM555 con un d=0.2 y una f=1kHz

Fig.4. Señal de salida del circuito de generación de PWM no sincronizado con la red con el integrado LM555 con un d=0.7 y una f=1kHz

Fig.5. Señal de salida del circuito de generación de PWM no sincronizado con la red con el integrado LM555 con un d=0.5 y una f=10kHz

Fig.6. Señal de salida del circuito de generación de PWM no sincronizado con la red con el integrado LM555 con un d=0.8 y una f=10kHz

Las gráficas anteriores (Fig.3,4,5 y 6) muestran las señales de salida del circuito de generación de PWM no sincronizado con la red usando un LM555, en donde se puede observar primeramente que las frecuencias obtenidas son muy cercanas a las pedidas en la práctica, este error, el cual es minimo, puede ser provocado por el cambio de la relación de trabajo ya que al variarla, la resistencia cambia también y por lo tanto también cambiará la frecuencia. Además, se puede notar que las ondas no son señales de pulsos exactos, tienen picos.

Fig.7. Forma de onda a la salida del optoacoplador en el circuito de cruce por cero del circuito de generación de PWM sincronizado con la red mediante Arduino

Fig.8. Forma de onda a la salida del circuito de aislamiento del circuito de generación de PWM sincronizado con la red mediante Arduino con un d= 0.6

Fig.9. Forma de onda a la salida del circuito de aislamiento del circuito de generación de PWM sincronizado con la red mediante Arduino con un d= 0.8

Las gráficas anteriores (Fig.7,8 y 9) muestran las señales de salida del circuito de generación de PWM sincronizado con la red usando Arduino, en donde se puede observar que las señales comparadas con la del LM555 tienen formas más estables y además se puede notar que como es sincronizada con la red la frecuencia de operación es muy cercana a la de la red.

7.4. Consultar la razón por la cual se recomienda usar optonands para aislar señales de control que cambian de estado a frecuencias elevadas. Consultar además un circuito de aislamiento de una señal de control usando un optoacoplador optonand para el disparo de un Mosfet o IGBT.

Fig.10. Circuito Circuito excitador aislado por optoacoplador adecuado para excitar a MOSFET e IGBT. Para simplificar el esquema, no se muestra el circuito que proporciona la alimentación polarizada aislada y asimétrica de 15 V. [3]

Para proteger el microcontrolador y periféricos de la parte de alta tensión, utilizamos optoacopladores 6N137 (optonand), ya que tienen un retardo de conmutación muy bajo y son compatibles con TTL. Dado que los optoacopladores trabajan con lógica negativa, es necesario poner a la salida una puerta NAND para transformar a lógica positiva y de esta manera actuar sin problema sobre el inyector y la bobina de encendido. [4]

Fig.11. Circuito optoacoplador optonand [4]

Fig.12. Circuito de control de disparo para un IGBT o Mosfet [5]

7.5. Consultar los requerimientos mínimos para el disparo de semiconductores de potencia TBJ, MOSfet e IGBT y resumirlos en una tabla comparativa. TABLA I REQUERIMIENTOS MÍNIMOS PARA EL DISPARO DE DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA [6] [7] [8] Requerimiento TBJ MOSFET IGBT Turn On Delay [ns]

17

19

342

Rise Time [ns]

17

5.4

194

Turn Off Delay [ns]

17

27

366

Fall Time [ns]

25

4

213

7.6. Conclusiones y recomendaciones. Conclusiones Salome Vinueza En la generación de señales PWM es de suma importancia tener en cuenta la frecuencia a la cual se desea trabajar; ya que en la mayoría de los casos es necesaria una sincronización con la red, motivo necesario para determinar con anterioridad la frecuencia de trabajo. El circuito integrado 555 se lo emplea para la generación de señales PWM no sincronizadas debido a su fácil implementación, con lo cual se puede variar el ancho de la señal cuadrada mediante un diseño apropiado y con los elementos necesarios, ya que así al momento de implementarlo en el laboratorio se pueda tener el mínimo error. A diferencia de los circuitos generadores rampa lineal y cosenoidal, el circuito generador de señales PWM con el integrado LM555 no tiene varias etapas, pues la configuración con la que trabaja para este fin es la de estado estable y para ello es necesario que las resistencias, los capacitores y el potenciómetro tengan valores apropiados pues todos estos determinan el valor de la relación de trabajo y la frecuencia. El circuito de 555 comparado con Arduino tiene mas etapas que la de 555 pero es más usada en generación de señales PWM sincronizadas. El optoacoplador es un elemento indispensable en el funcionamiento de los circuitos rampa lineal y rampa cosenoidal sincronizados con la red, debido a que la referencia de tiempo y periodo está establecida en cada cruce por cero de la señal de la red y este dispositivo se encarga de detectar cada uno de ellos, de manera que sin este elemento el disparo no sería posible para estos dos casos. Alexis Sarasti Recomendaciones Salome Vinueza Para la implementación de los circuitos generadores de PWM se recomienda verificar que las diferentes etapas cumplan con su función y según eso detectar el lugar en donde se encuentra el error de la generación de la onda para proceder a modificar los elementos. Identificar los elementos más vulnerables de los circuitos generadores de PWM antes de implementarlos, debido a que algunos deben hacer mayor esfuerzo y requieren más potencia. Verificar cada uno de los elementos a utilizarse en el laboratorio, esto ya que muchos de ellos cuentan con fallas que pueden afectar directamente a los resultados que se desean obtener.

Alexis Sarasti

7.7. Referencias. [1] Apuntes de electrónica. Optoacopladores. [Online]. Recuperado el 29/04/18 de: https://apuntesdeelectronica.files.wordpress.com/2011/10/21-optoacopladores.pdf [2] Gómez, J. Electrónica Aplicada. “Control de disparo”. ITESM. [Online]. Recuperado el 29/04/18 de: http://www.mty.itesm.mx/etie/deptos/ie/profesores/jgomez/eap/trigger.pdf [3] Electrónica de Potencia, Mohan, 3ra edición. [4] Mendoza J. “Desarrollo De Una Unidad De Control Electrónico (Ecu) Dedicada Al Gobierno De Motores De Combustión Interna”, Circuito optoacoplador, Universidad Politécnica de Cataluña. Junio del 2010. [Online]. Recuperado el 29/04/18 de: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/11337/PFC1.pdf?sequence=1&isAllowed= y [5] Alomoto J. Diseño e implementación de un prototipo de inversor trifásico DC-AC acoplado a un panel fotovoltaico utilizando el algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia mediante un microcontrolador. Mayo 2017. Pp. 60 [Online]. Recuperado el 29/04/18 de: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/17278/1/CD-7786.pdf [6] “2N3903 pdf, 2N3903 description, 2N3903 datasheets, 2N3903 ALLDATASHEET ”: [Online]. Recuperado el 17/05/2018 http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/50012/FAIRCHILD/2N3903.html

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[7] “AN-4163 pdf, AN-4163 description, AN-4163 datasheets, AN-4163 view ::: ALLDATASHEET ”: [Online]. Recuperado el 17/05/2018 de: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/645702/FAIRCHILD/AN-4163.html [8] “GA200TS60U pdf, GA200TS60U description, GA200TS60U datasheets, GA200TS60U view ::: ALLDATASHEET ”: [Online]. Recuperado el 17/05/2018 de: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/88197/IRF/GA200TS60U.html