Docsity
Docsity
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity

Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium

Orientación Universidad
Orientación Universidad
Vende en Docsity
Vende en Docsity
Docsity AI
Docsity AI
Inicia sesiónRegístrate

Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity

Busca documentos

Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity

Busca tu universidad

Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad

Video Cursos

Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades

Quiz

Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación

Docsity AINEW

Resume tus documentos, hazles preguntas, conviértelos en quiz y mapas conceptuales

Ver preguntas

Despeja tus dudas leyendo las respuestas a las preguntas que realizaron otros estudiantes como tú

Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium

Compartir documentos
download point icon20 Puntos

Por cada documento subido

Responde a las preguntas
download point icon5 Puntos

por cada respuesta dada (máx. 1 al día)

Todos los modos para conseguir puntos gratis
Consigue puntos de inmediato

Elige un plan Premium con todos los puntos que necesitas.

Oportunidades de estudio

Elige tu próximo programa de estudio

Ponte en contacto inmediatamente con las mejores universidades del mundo. Busca entre miles de universidades en todo el mundo. Busca entre miles de universidades partner oficiales

Comunidad

Pregúntale a la comunidad

Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio

Ebooks gratuitos

¡Nuestros e-books salva-estudiantes!

Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity

Calculo de circuitos eléctricos industriales: MosFET y IGBT, Ejercicios de Ingeniería Industrial

Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)Ingeniería Industrial

Documento que contiene problemas relacionados con el cálculo de circuitos eléctricos industriales utilizando mosfet y igbt. Se incluyen cálculos de resistencias, pérdidas, radiadores y frecuencias de operación.

Tipo: Ejercicios

Antes del 2010

Subido el 30/07/2008

sergiprc
sergiprc 🇪🇸

4

(29)

494 documentos

1 / 5

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
Tecnologia Electrònica Industrial
MosFET i IGBT
1.- Un convertidor step-down converteix 18V a 6V/5A. Els senyals més importants es mostren a
la figura.
a) Calcular el circuit de porta sabent que la tensió d’alimentació de la part de control és de 15V i
que es vol commutar el més ràpid possible.
b) Calcular també les pèrdues per commutació i per conducció.
c) Calcular el radiador si la temperatura de la unió no pot passar de 120ºC en un ambient
industrial (Tambmax=45ºC).
2.- A la figura es mostra un convertidor step-down. El
corrent per la bobina L se suposa constant sense arrissat.
El Mosfet T1 fa d’interruptor i es un BUZ22.
El diode es considera ideal.
La forma d’ona del corrent d’entrada es mostra al costat.
Calcular:
a) les pèrdues per commutació.
b) La Rg per commutar el més ràpid possible, si la tensió d’alimentació del
circuit de control és 12V.
3.- A la figura es mostra un convertidor step-down.
El corrent per la bobina L se suposa constant sense
arrissat. El Mosfet T1 (BUZ22) fa d’interruptor.
El diode es suposa ideal.
La forma d’ona del corrent d’entrada es mostra al costat.
Calcular:
a) les pèrdues per commutació i conducció quan Tj=110ºC.
b) La Rg per commutar en un temps màxim de 160ns si la tensió
d’alimentació del circuit de control és de 14V.
4.- Dins les instal·lacions telefòniques s’usen tensions de 48V que s’han de
rebaixar a 24V per certes aplicacions. Per fer això s’ha dissenyat un step down. S’usa com a
commutador un Mosfet IRFP 150 amb un radiador de 2,3ºC/W i es permet una temperatura a la
unió de 140ºC amb una temperatura ambient màxima de 40ºC. El cicle de treball del convertidor
és de 0,5 i la forma d’ona del corrent d’entrada es mostra a la figura.
a) Calcular la freqüència màxima a que pot funcionar aquest convertidor i també la resistència
de porta si la tensió d’alimentació del circuit de control és de 14V.
1
T1
Ld=0,8 H
Vd=63V
L
V0=24V
R=0,54
id
26,7 70
t
s
T1
Ld=0,8 H
Vd=80V
L
V0=24V
R=1,3
id
id
21 70
t
s
id
18A
t
i
L
L
io
V
d
V
O
I
O
BUZ22
io
18V
V
O
6V
6,67
s
20
s
t
t
i
L
5A
1,2A
pf3
pf4
pf5

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Calculo de circuitos eléctricos industriales: MosFET y IGBT y más Ejercicios en PDF de Ingeniería Industrial solo en Docsity!

Tecnologia Electrònica Industrial

MosFET i IGBT

1.- Un convertidor step-down converteix 18V a 6V/5A. Els senyals més importants es mostren a la figura. a) Calcular el circuit de porta sabent que la tensió d’alimentació de la part de control és de 15V i que es vol commutar el més ràpid possible. b) Calcular també les pèrdues per commutació i per conducció.

c) Calcular el radiador si la temperatura de la unió no pot passar de 120ºC en un ambient

industrial (Tambmax=45ºC). 2.- A la figura es mostra un convertidor step-down. El corrent per la bobina L se suposa constant sense arrissat. El Mosfet T1 fa d’interruptor i es un BUZ. El diode es considera ideal. La forma d’ona del corrent d’entrada es mostra al costat. Calcular: a) les pèrdues per commutació. b) La Rg per commutar el més ràpid possible, si la tensió d’alimentació del circuit de control és 12V. 3.- A la figura es mostra un convertidor step-down. El corrent per la bobina L se suposa constant sense arrissat. El Mosfet T1 ( BUZ22 ) fa d’interruptor. El diode es suposa ideal. La forma d’ona del corrent d’entrada es mostra al costat. Calcular: a) les pèrdues per commutació i conducció quan Tj=110ºC. b) La Rg per commutar en un temps màxim de 160ns si la tensió d’alimentació del circuit de control és de 14V. 4.- Dins les instal·lacions telefòniques s’usen tensions de 48V que s’han de rebaixar a 24V per certes aplicacions. Per fer això s’ha dissenyat un step down. S’usa com a commutador un Mosfet IRFP 150 amb un radiador de 2,3ºC/W i es permet una temperatura a la unió de 140ºC amb una temperatura ambient màxima de 40ºC. El cicle de treball del convertidor és de 0,5 i la forma d’ona del corrent d’entrada es mostra a la figura. a) Calcular la freqüència màxima a que pot funcionar aquest convertidor i també la resistència de porta si la tensió d’alimentació del circuit de control és de 14V. Ld=0,8 H T 1 Vd=63V L V 0 =24V R=0,54 id 26,7 70 t s Ld=0,8 H T 1 Vd=80V L V 0 =24V R=1,3 id id 21 70 t s id 18A t iL L vio Vd (^) V O BUZ22 IO vio 18V 6V^ VO 6,67s 20 s t t iL 5A 1,2A

5.- Una font commutada està basada en un step-up com el de la figura amb un MOSFET IRFPE. La tensió d’entrada Vin és de 340 V i a la sortida hi ha 450V. Les formes d’ona associades al circuit es presenten a continuació. Les pèrdues per commutació són de 11W. La temperatura màxima permesa a la unió és de 125º C per una temperatura ambient de 40ºC. a) Calcular la freqüència de commutació, les pèrdues per conducció i el radiador necessari per al mosfet. b) Quina és la tensió del circuit de control si RG=10 ? Recordar que en aquest convertidor: Vout= Vin/(1-D). 6.1.- Un convertidor step-down adapta la tensió de sortida d’un rectificador amb filtre a condensador per tal de generar una tensió continua de sortida estabilitzada de 200V. La tensió Vs és la tensió de pic de l’entrada i les formes d’ona es mostren a la figura. La caiguda als semiconductors excepte al diode D és menyspreable. El diode D és un 60EPF que té la temperatura de la unió a 150ºC com a màxim. a) Calcular el corrent mig i eficaç pel diode D i les seves pèrdues per conducció utilitzant les fórmules (no usar els gràfics). b) Quan el commutador (mosfet) entra en conducció i per tant el diode D es bloqueja calcular usant els gràfics del datasheet els tres valos següents: el temps Trr, el pic de corrent invers Irr i la càrrega Qrr del diode D. c) Calcular l’snubber perquè el pic de tensió als extrems del diode no passi de 750V. Indicar quines figures del datasheet s’han usat per els diferents càlculs. 6.2.- Utilitzant el mateix esquema del problema anterior i les seves formes d’ona amb l’únic canvi de IL = 25A, fer càlculs per al mosfet que és un BUZ22. Tots els demés semiconductors són ideals. a) Calcular el corrent mig i eficaç pel mosfet, les pèrdues per conducció, les pèrdues per commutació i la resistència tèrmica del radiador si la temperatura ambient és de 45ºC i no es vol que la unió passi de 110ºC. 7.- Un circuit PFC (power factor correction) és bàsicament un step-up com el de la figura. Vd és un senyal rectificat i la sortida és constant de 360V. Els càlculs es faran suposant Vd=50V continus. Les formes d’ona associades al circuit es presenten a continuació. El commutador és un IGBT IRG4PH50S. La tensió del circuit de control de la porta és de 15V i la resistència de porta RG=5 ohms. S’admet una Tj=130ºC amb una Tamb=35ºC. a) Calcular el radiador necessari. b) Triar el varistor Semikron més adequat sabent que ha d’absorbir l’energia de la bobina quan s’espatlla el diode. Notar que la tensió normal als extrems de l’IGBT VCE quan està bloquejat és la tensió contínua de sortida Vo. El varistor ha de ser d’una tensió un 15% més alta que la VCEmàx de l’IGBT. c) Quina és la tensió màxima que ha de suportar l’IGBT si entra en funcionament el varistor?. Vin

RG C Vout L=1,4mH VMF T VMF Vout iIN^0 DT 4A T IMF 4A 0 DT 44 μs 125 μs Vs vio IL 55 A / 25 A idv IL iMF IL v Vo Vd vsw isw i iL

360V

50V

28A

t ms t ms

Vd

R

Vo

C

L=1,2mH

sw

VLL=400V CA (^) Vs Ls=6 microH iMF L idv

IL

vio^ D

11.- En un Step-Down com el de la figura el corrent per la bobina L se suposa constant sense arrissat. El Mosfet T1 fa d’interruptor. El diode és un 80EPS. I la temperatura ambient pot oscil·lar entre 0 i 40ºC. a) En règim permanent i quan el díode es bloqueja calcular: di/dt, Qrr, IRM, S(softness) i l’snubber pel díode de manera que el pic de tensió estigui limitat a 1,5 vegades la tensió d’entrada. b) Calcula el radiador necessari pel díode. En el circuit Step-Down del problema anterior c) Escull un Mosfet o un IGBT per tal de poder fer un disseny correcte. d) Calcula el radiador necessari pel Transistor. e) Indica les proteccions necessàries. 12.- El datasheet d’un IGBT IRG4PH50S ens indica la tensió de ruptura inversa i directa. Coneixem les densitats de dopatge:

  • n+ de l'emissor 3·10^24 m-3,
  • n+ del col·lector 2·10^24 m-3,
  • p+ del col·lector 3·10^24 m- Si l'IGBT és de silici i estem a temperatura ambient. Calcula les densitats de dopatge p i n- per tal de suportar les tensions de ruptura indicades en el datasheet. Indica les capes que influeixen per suportar la tensió de ruptura en directa i inversa i, calcula les amplades de cada zona important a les temperatures de funcionament indicades en el datasheet. 13.- El datasheet d’un IGBT IXRH 50N100 ens indica que la tensió de ruptura inversa i directa és de 1000V i la seva estructura es mostra en la figura següent: L'IGBT és de silici, estem a temperatura ambient i coneixem les densitats de dopatge:
  • n+ de l'emissor 2·10^24 m-3,
  • p de l'emissor 5·10^22 m-
  • p+ del col·lector 3·10^24 m- Si l'IGBT és de silici i estem a temperatura ambient. a) Calcula la densitat de dopatge n- per tal de suportar les tensions de ruptura indicades en el datasheet. b) Indica les capes que influeixen per suportar la tensió de ruptura en directa i inversa i, calcula les amplades de cada zona important a les temperatures extremes de funcionament indicades en el datasheet. (-55ºC – 150ºC). c) Explica com afecta el fet que aquest IGBT no disposi de capa n+ en el col·lector a nivell funcional. Ld=2,5 H T 1 Vd=120V L V 0 =48V R=0,4 id Ld=2,5 H T 1 Vd=120V L V 0 =48V R=0,4 id n- Porta Col·lector n+ Emissor Aïllant (SiO 2 ) n+ p n+ n+ n+ p p+ n- Porta Col·lector Emissor Aïllant (SiO 2 ) n+ p n+ n+ n+ p p+

14.- Es vol modificar el disseny del carregador intel·ligent realitzat a pràctiques per tal de permetre tensions de sortida des de 3V fins a 14V i així poder carregar bateries de plom, NiCd, NiMH, Li, etz. L'alimentació pot variar entre 18 i 20 V. RB=330, L= 6.25mH. D díode shottky. VBE=0,7V, Beta T2 = 100. La càrrega mínima demana un corrent de 30 mA i l'arrissada màxima és de 20mA per una fctrl.=40KHz. El MosFET de canal P que utilitzarem és el mateix de la pràctica NDT456P. Es vol implemenatar un circuit amb el següent outline que, tal i com indica en manual del MosFET, fa de radiador permetent un pas de corrent més important pel MosFET. Les formes d'ona del circuit les podeu consultar a la gràfica següent: a) Demostra que l'arrissada màxima del corrent IL és efectivament de 20 mA. b) Quin valor de Rg permetrà commutar a la mitja entre el temps típic i el màxim? c) Determina la potència màxima que podrà suportar aquest dispositiu si es munta en l'outline anterior, la temperatura ambient pot pujar fins a 50 ºC i la unió treballa a 125ºC. d) En aquest cas si la freqüència de treball és de 40KHz. Quina intensitat màxima es podrà garantir a la sortida sense que s'espatlli el MosFET? Suposa que l'arrissada del corrent de la bobina és molt més petita que la intensitat màxima que hi passarà. e) Explica perquè en aquest cas no és adequada la substitució per un IGBT. 15.- De nou es vol modificar el disseny del carregador intel·ligent realitzat a pràctiques per tal de permetre tensions de sortida des de 12V fins a 14V i així poder carregar bateries de plom amb una intensitat més gran. L'alimentació pot variar entre 18 i 20 V. La resta de condicions es mantenen com el problema anterior. El MosFET de canal P que utilitzarem es modifica per un IRF. a) Quin valor de RG permetrà funcionar correctament aquest sistema? b) Determina la potència màxima que haurà de suportar aquest dispositiu MOSFET si es vol entregar un corrent a la sortida de 25A com a màxim. Justifica perquè el corrent del MOSFET es pot considerar constant. c) Quin radiador haurà de tenir per tal de que el sistema funcioni a temperatures de fins a 50 ºC ? d) Escull un díode adequat i calcula'n les proteccions. LS=750nH. e) Dibuixa l'esquema final indicant els codis complerts dels fabricants. 16.- Per cadascun dels problemes anteriors buscar un MosFET o IGBT alternatiu, en el cas que això sigui possible.

L

Bateries Vctrl VINl GND

T 1

T 2

RB

RG

VG D C

VA

vvAA i T 1

t

t

vctrl ton T

t

DT v (^) G

t

vSD

t

iD

i t

L

t