Dimensionamiento y selección de tiristores y rectificadores
Las pautas generales que figuran en el artículo “Criterios para la selección exitosa de los módulos IGBT y MOSFET” deben aplicarse por analogía a la selección de tiristores, diodos rectificadores y módulos de tiristores / diodos. Para la operación a una frecuencia de línea de 50/60 Hz, cualquier tensión adicional causada por pérdidas de conmutación puede ser descuidada. Al seleccionar semiconductores de potencia para aplicaciones reales, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
– Capacidad de carga de voltaje,
- ¿Por qué ocurre la recombinación dentro de las regiones casi neutrales de una unión PN?
- ¿Cómo funcionan los diodos de protección?
- ¿Cuál es el proceso de fabricación de un diodo de unión pn?
- ¿Cuál es la razón de una falla en el diodo Zener?
- ¿Para qué se usa un diodo?
– Capacidad de carga actual bajo las condiciones de enfriamiento alcanzables
– Áreas de operación permitidas.
Los aspectos antes mencionados deben tenerse en cuenta en todas las condiciones de funcionamiento estacionarias y de corta duración (sobrecarga). Lo mismo se aplica a los límites especificados para lo siguiente: resistencia a vibraciones y golpes, resistencia a condiciones climáticas extremas, voltaje de aislamiento en módulos e instrucciones de montaje y montaje. Una excepción con respecto al voltaje inverso son los diodos resistentes a avalanchas para una máxima disipación de potencia de avalancha PRSM; Una excepción relacionada con la temperatura de la unión es un evento de sobretensión.
Para lograr un alto grado de fiabilidad y una vida útil suficiente, la capacidad del módulo debe tener en cuenta el número previsto de ciclos de carga a los que se producen ciclos de temperatura notables. Además, el dimensionamiento “serio” generalmente no se basa en la capacidad térmica de los semiconductores hasta el valor límite Tj (max) para dejar un margen de seguridad para casos que no se han considerado en teoría y para el envejecimiento del módulo.
1) voltaje inverso
En diodos y tiristores, las pérdidas en el estado dependen menos de la clasificación de voltaje de lo que es cierto para los MOSFET y los IGBT. Por lo tanto, al seleccionar la clase de voltaje del componente, el margen de seguridad entre los voltajes inversos del componente que generalmente ocurren y los voltajes inversos permitidos deben ser suficientemente grandes. Normalmente, los siguientes voltajes inversos se seleccionan para diodos y tiristores para voltaje de línea VN.
Figura 1. Tensión inversa recomendada para tiristores y diodos rectificadores que dependen de la corriente nominal de la línea
Asegúrese de que con la carga de voltaje máxima, no se exceda el voltaje máximo permitido del módulo. Esto se aplica en particular al voltaje de entrada estacionario (voltaje nominal + tolerancia, p. Ej. + 10%) y sobretensión transitoria, siempre que no se reduzcan mediante filtros de línea, condensadores de enlace de CC y dispositivos de protección del lado de CC (diodos supresores, amortiguadores, varistores). Para picos de voltaje transitorio, a menudo se permite un voltaje de pico ligeramente más alto (VRSM). Tenga en cuenta que el voltaje inverso especificado para 25 ° C depende de la temperatura y tiene un coeficiente de temperatura positivo. Este valor depende del voltaje inverso del componente en sí y puede ascender a unos pocos V / K.
2) diodos rectificadores
Carga térmica en servicio continuo
La carga de corriente directa en servicio continuo está relacionada con el producto de la disipación de potencia promedio PFAV y la resistencia térmica total Rth (ja) del dispositivo. Este producto no debe exceder la diferencia entre la temperatura ambiente Ta y la temperatura máxima permisible de la unión virtual Tj :
⋅
(2)
donde rF es la “resistencia a la pendiente” hacia adelante (que se encuentra en las hojas de datos del producto).
Para las formas de onda de corriente de diodo típicas (180 ° sinusoidal, 120 ° rectangular), el factor de forma de corriente (onda) se puede calcular fácilmente de la siguiente manera:
(3)
Por lo tanto, PFAV todavía depende de un solo desconocido; en la mayoría de los casos, se selecciona la representación con I FAV:
(4)
(Nota: en las ecuaciones anteriores, FAV = promedio directo; FRMS = cuadrado medio de raíz directa; FO = estado activo directo)
Estas fórmulas forman la base de casi todas las herramientas de software de diseño de componentes. No obstante, las hojas de datos contienen numerosos gráficos y características para ayudar al usuario con la selección del producto.
3) tiristores
Carga en servicio continuo
En los tiristores, la pulsación de la temperatura de la unión virtual en línea con la frecuencia de operación debe tenerse en cuenta al determinar el valor límite de la corriente directa media. En los tiristores que cambian el ángulo de conducción para controlar el voltaje de salida, el resultado es pulsos rectangulares con ángulos de conducción más cortos bajo carga inductiva u ondas sinusoidales “controladas” para carga resistiva. La diferencia entre los tiristores y los diodos rectificadores es que en el caso de tiristores no son las resistencias térmicas del disipador de calor Rth (ca), sino las resistencias térmicas R th (ja) del tiristor y el disipador de calor juntas las que se indican sobre la temperatura ambiente Ta.
Tasa crítica de aumento de corriente y voltaje
Además de la clasificación térmica pura, para los tiristores, se debe tener cuidado de cumplir con la tasa crítica de aumento de corriente (di / dt) cr y la tasa crítica de aumento de voltaje (dv / dt) cr. El elemento RC que normalmente está conectado en paralelo al tiristor ya induce una considerable di / dt. Es por eso que la tasa de aumento de corriente causada por el resto del circuito debe estar muy por debajo del valor crítico. En los rectificadores, incluso elementos RC relativamente pequeños pueden dar como resultado una reducción de la tasa de aumento de voltaje a valores muy bajos que los tiristores pueden manejar fácilmente. Lo mismo se aplica a los convertidores de corriente alterna y a los disyuntores. En los inversores, y especialmente en los convertidores de 4 cuadrantes, a modo de contraste, la rápida caída de voltaje cuando se dispara el tiristor provoca picos de voltaje pronunciados en los tiristores de las otras ramas en dirección hacia adelante. Estos picos de voltaje apenas son atenuados por el circuito RC ya que la única resistencia en serie es la inductancia de conmutación. Es por eso que, para tales aplicaciones, se utilizan tiristores con una alta tasa de aumento de voltaje crítico (1000 V / μs).
4) Rectificadores de puente
Los rectificadores de puente son componentes que tienen cada rama de un circuito rectificador en una sola caja compacta. Existen rectificadores de puente para usar con corrientes que van desde unos pocos amperios hasta varios cientos de amperios en diferentes tipos de casos. Con algunas excepciones, las pérdidas de calor se disipan a través de una placa base o el DBC a una placa de enfriamiento o un disipador de calor.
