panorámica actual de la electrónica de potencia
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Panorámica actual de la Electrónica de Potencia. Javier Sebastián Universidad de Oviedo. Universidad Alfonso X el Sabio Villanueva de la Cañada, 5 de Mayo de 1997. ¿Qué es la Electrónica de Potencia?. Tipos de electrónica. Electrónica de comunicaciones. Electrónica Analógica. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Panorámica actual Panorámica actual de la Electrónica de la Electrónica
de Potenciade Potencia
Universidad Alfonso X el SabioUniversidad Alfonso X el SabioVillanueva de la Cañada,Villanueva de la Cañada,5 de Mayo de 19975 de Mayo de 1997
Javier SebastiánJavier Sebastián Universidad de OviedoUniversidad de Oviedo
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¿Qué es la ¿Qué es la Electrónica de Electrónica de
Potencia?Potencia?
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Tipos de Tipos de electrónicaelectrónica
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Electrónica de Electrónica de comunicacionescomunicaciones
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Electrónica Electrónica AnalógicaAnalógica
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Electrónica Electrónica DigitalDigital
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Instrumentación Instrumentación Electrónica,Electrónica,Bioelectrónica... Bioelectrónica...
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Electrónica de Electrónica de Dispositivos y Dispositivos y
MicroelectrónicaMicroelectrónica
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Electrónica de Electrónica de Potencia:Potencia:
Transformar el “aspecto” de la energía eléctrica usando dispositivos y
circuitos electrónicos
DispositivosCircuitosAplicaciones
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Dispositivos ElectrónicosDispositivos Electrónicos Sin control: DiodosSin control: Diodos Con control de encendido: TiristoresCon control de encendido: Tiristores Con control total: TransistoresCon control total: Transistores
Dispositivos PasivosDispositivos Pasivos TransformadoresTransformadores BobinasBobinas CondensadoresCondensadores
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Diodos de PotenciaDiodos de Potencia Diodos de tres capas Mayor sección Problemas de velocidad Problemas térmicos
Ánodo
Cátodon+
p+
n-
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Tiristor SCRTiristor SCR Sólo control de encendido Muy robustos Baja frecuencia Tecnología muy madura
CátodoÁnodo
Cátodo
n+
p+n-
p-
Puerta
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TriacTriac Sólo control de encendido Conducción bidireccional Baja frecuencia Tecnología muy madura
Terminal 1
np
Terminal 2
Puerta
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Tipo transistorTipo transistor GTO (tiristor apagado por puerta)GTO (tiristor apagado por puerta) Transistor bipolar de potenciaTransistor bipolar de potencia Transistor MOSFET de potenciaTransistor MOSFET de potencia IGBT (transistor bipolar de puerta IGBT (transistor bipolar de puerta
aislada)aislada) Otros muchos en evolución Otros muchos en evolución
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GTOGTO Control de encendido y apagado
(difícil) Muy robustos Baja frecuencia (mayor que los SCR’s)
CátodoÁnodo
Cátodo
n+
p+ n-p-
Puerta
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Transistor bipolarTransistor bipolar Control de encendido y apagado
(dificultad media) Robustos Media frecuencia (mayor que los SCR’s
y los GTO’s)
n+n-
p-
Colector
EmisorBase
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MOSFET de potenciaMOSFET de potencia Fácil control de encendido y apagado Alta frecuencia (mayor que los otros) Resistivo en conducción
Puerta
Drenador
Fuente
n+
n-p
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IGBTIGBT Fácil control de encendido y apagado Frecuencia entre BJT y MOSFET Casi como un BJT en conducción
n+
n- p-
p+
PuertaEmisor
Colector
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Potencia vs. frecuenciaPotencia vs. frecuencia
AÑO
102
107
105
104
103
106
MA
RG
EN
DE
PO
TE
NC
IA (
V·A
)
IGBTMOSFET
10 102 103 104 105 106 107 108
GTO
SCR
BJT
FRECUENCIA (Hz)
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Montaje (I)Montaje (I)
Radiador
Tuerca
Tiristor
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Montaje (II)Montaje (II)Radiador
Tuerca
Transistor
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Montaje (III)Montaje (III)
Radiador
Press-package
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CondensadoresCondensadores
ElectrolíticosElectrolíticos
PlásticoPlástico
CerámicosCerámicos
Teflón, mica. etcTeflón, mica. etc
TántaloAluminio
Tipo 1 (NP 0 ,C0G)Tipo 2 (X7R,Y5V, Z5U)
Poliester (MKT, KT)Polipropileno (MKP, KP)Policarbonato (MKC, KC)Poliestireno (MKS, KS)
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Transformadores de Transformadores de alta frecuenciaalta frecuencia
Núcleo Núcleo
Devanadosseparados
Devanadosintercalados
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Otros componentes Otros componentes específicosespecíficos
RadiadoresRadiadores VentiladoresVentiladores FusiblesFusibles Redes de protección (snubbers)Redes de protección (snubbers) VaristoresVaristores
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¿¿Hacia dónde tienden los Hacia dónde tienden los dispositivos de potencia?dispositivos de potencia?
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Tendencia en materiales Tendencia en materiales semiconductoressemiconductores
Ge
Si
Ga As
Si C
Diamante
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Tendencia en materiales Tendencia en materiales semiconductoressemiconductores
Ge
Si
Ga As
Si C
Diamante
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Evolución temporal de los Evolución temporal de los principales dispositivosprincipales dispositivos
1950 60 70 80 90 2000 10
BJTs
MOSFETs
IGBTs
MCTs
MOSFETs de carburo de silicio
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Aumento de la potencia Aumento de la potencia
1980 84 88 92 AÑO
102
107
105
104
103
106
MA
RG
EN
D
E
PO
TE
NC
IA
(V·A
)
IGBTMCT
MOSFET
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Tendencias en diodosTendencias en diodosÁnodo
Cátodon+
Cátodo
p+
n-
Cátodo
Ánodo Ánodo
p-i-n de Si p-i-n Schottky Schottky de Si C
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Tendencias en MOSFETTendencias en MOSFET
Fuente
n+
n-
Drenador
Puerta
p
D MOSV MOS U MOS
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Resistencia específica en Resistencia específica en conducciónconducción
1980 84 88 92
U MOSFET
Res
iste
nci
a es
pec
ífic
a,
xm
2
AÑO
0
0.5
0.3
0.2
0.4
D MOSFET
0.60.7
0.1
VDS max=50V
![Page 34: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/34.jpg)
Tiristor controlado Tiristor controlado por MOS (MCT)por MOS (MCT)
Cátodo
Puerta
p+
n+
n-
p
Ánodo
TIRISTOR
MOSFET P
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Otro MCT: el tiristor de Otro MCT: el tiristor de emisor conmutado (ESTemisor conmutado (EST) )
p+
Ánodo
n+
n-p
PuertaCátodo
![Page 36: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/36.jpg)
Tiristor controlado de doble Tiristor controlado de doble puerta (otro MCT)puerta (otro MCT)
Ánodo
n-
Puerta de apagadoCátodo
p+
n+
p-
MOSFET PMOSFET N
TIRISTOR
Puerta de encendido
![Page 37: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/37.jpg)
Caída de tensión en Caída de tensión en conducciónconducción
0 1 2 3
1
10
100
DE
NS
IDA
D D
E C
OR
RIE
NT
E,
A/c
m2
IGBTMCT
MOSFET
CAÍDA DE TENSIÓN EN CONDUCCION, V.
EST
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El transistor estático de El transistor estático de inducción (SIT)inducción (SIT)
Drenador
FuentePuerta
p+
n-
n+
Fuente
Puerta
Drenador
![Page 39: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/39.jpg)
El tiristor estático de El tiristor estático de inducción (SITH)inducción (SITH)
Ánodo
CátodoPuerta
p+
n-
n+
CátodoPuerta
Ánodo
![Page 40: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/40.jpg)
Transformador planoTransformador plano
Núcleo
Devanadosintegrados
![Page 41: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/41.jpg)
Transformadores planos enTransformadores planos enconvertidores de perfil bajoconvertidores de perfil bajo
Núcleo
Devanadosintegrados
Circuito impresomulticapa
![Page 42: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/42.jpg)
Materiales para Materiales para componentes pasivoscomponentes pasivos
Condensadores: Condensadores: cerámicos cerámicos multicapa vs. nuevos plásticosmulticapa vs. nuevos plásticos
Ultracondensadores vs. bateríasUltracondensadores vs. baterías Materiales magnéticosMateriales magnéticos: :
nuevas ferritas MnZn y NiZn vs. nuevas ferritas MnZn y NiZn vs. materiales férricos amorfosmateriales férricos amorfos
![Page 43: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/43.jpg)
Convertidores electrónicos Convertidores electrónicos de potenciade potencia
Circuito de
potencia
Circuito de mando
Entrada Salida
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Tipos de convertidores Tipos de convertidores electrónicos de potenciaelectrónicos de potencia
CA / CC CC / CC
CA / CA CC / CA
Rectificador Regulador de continua
•Cicloconvertidor•Reg. alterna
Inversor
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Rectificadores (ejemplos)Rectificadores (ejemplos)
sin controlar controlado
Trifásicos
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Convertidores CC/CC Convertidores CC/CC (ejemplos I)(ejemplos I)
Reductor (Buck) Elevador (Boost)
Sin aislamiento galvánicoy un transistor
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Convertidores CC/CC ( II )Convertidores CC/CC ( II )
Directo(Forward)
De retroceso(Flyback)
Con aislamiento galvánico y un transistor
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Convertidores CC/CC ( III )Convertidores CC/CC ( III )
Con varios transistores
Medio puente
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Inversores (I)Inversores (I)
Puente trifásico con IGBT’s
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Inversores (II)Inversores (II)
Puente trifásico con GTO’s alimentado en
corriente
![Page 51: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/51.jpg)
Inversores (III)Inversores (III)
Puente monofásico con MOSFET’s
![Page 52: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/52.jpg)
Aplicaciones: conexión de Aplicaciones: conexión de varios convertidores (I)varios convertidores (I)
CA / CC
Rectificador
CC / CC
Regulador de continua
A
B
A
B
Fuente conmutada
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Otros ejemplos (II) Otros ejemplos (II)
A
CA / CC
Rectificador
CC / CA
InversorB
A
B
Accionador de alterna
Motor
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Otros ejemplos (III) Otros ejemplos (III)
CA / CC
Rectificador
CC / CA
InversorB
A
Balastro electrónico
A
B
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Otros ejemplos (IV) Otros ejemplos (IV)
CA / CC
Rectificador
CC / CA
InversorB
A
Transporte en continua
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Otros ejemplos (V) Otros ejemplos (V)
Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI, UPS)
CA / CC
Rectificador
CC / CA
Inversor
Batería
•Quirófanos•Centrales telefónicas
•Centrales nucleares•Centros de cálculo
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Otros ejemplos (VI) Otros ejemplos (VI)
Sistema de potencia con fuente primaria continua
CC / CC
Regulador
CC / CC
ReguladorBatería
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Aplicaciones de un único Aplicaciones de un único convertidor (ejemplo I)convertidor (ejemplo I)
CA / CC
Rectificador
Accionador de continua
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Aplicaciones de un único Aplicaciones de un único convertidor (ejemplo II)convertidor (ejemplo II)
CA / CA
Regulador de alterna
Accionador de motor de alterna de colector
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¿Hacia dónde ¿Hacia dónde tienden los tienden los
circuitos y las circuitos y las aplicaciones?aplicaciones?
![Page 61: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/61.jpg)
Sistemas de alimentaciónSistemas de alimentación
Normativa sobre armónicos de BFNormativa sobre armónicos de BF
Normativa sobre EMINormativa sobre EMI
Mejora del empaquetadoMejora del empaquetado
Conmutaciones suaves a Conmutaciones suaves a frecuencia constantefrecuencia constante
Rectificación síncronaRectificación síncrona
![Page 62: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/62.jpg)
Corrección del factor Corrección del factor de potenciade potencia
Convertidor CC/CC
(emulador de resistencia)
Convertidor CC/CC
![Page 63: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/63.jpg)
Conmutación suave y bajo EMIConmutación suave y bajo EMI
Tensión en el transformador
Conv. directo con enclavamiento activo
![Page 64: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/64.jpg)
Otro ejemploOtro ejemploConvertidor medio puente con
control complementario
Tensión en el transformador
![Page 65: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/65.jpg)
Rectificadores síncronosRectificadores síncronos
Fuente
Drenador
Puerta
p
n+
n-
Corto circuito n+p
Diodo parásito
![Page 66: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/66.jpg)
Rectificación síncrona Rectificación síncrona autoexcitada (Vautoexcitada (VSALIDA<5V) (I)(I)
Rectificación convencional Rectificación
síncrona
![Page 67: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/67.jpg)
Rectificación síncrona Rectificación síncrona autoexcitada (Vautoexcitada (VSALIDA<5V) (II)También en rectificadores de media onda
Rectificación convencional Rectificación
síncrona
![Page 68: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/68.jpg)
Iluminación electrónicaIluminación electrónicaSustitución de transformadores de 50 Hz
Ahorro de energía
Encendido rápido
Sin efecto estroboscópico
Uso de focos luminosos “difíciles”
Focos luminosos “inteligentes”
![Page 69: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/69.jpg)
Balastro electrónico con Balastro electrónico con corrección del factor de corrección del factor de
potenciapotencia
Emulador de resistencia Inversor resonante
![Page 70: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/70.jpg)
Balastro electrónico para Balastro electrónico para lámpara de alta lámpara de alta
intensidad de descargaintensidad de descarga
Emulador de resistencia Inversor resonante
![Page 71: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/71.jpg)
Caldeo por inducción: la Caldeo por inducción: la cocina de induccióncocina de inducción
Rectificador “casi sin filtro” Inversor resonante
![Page 72: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/72.jpg)
Tipos de motores eléctricos Tipos de motores eléctricos (punto de vista del accionador)(punto de vista del accionador) Motores de colector (CA y CC)Motores de colector (CA y CC) Motores asíncronos o de inducciónMotores asíncronos o de inducción Motores síncronos:Motores síncronos:
•Rotor de imanes permanentes•De reluctancia
–Excitación senoidal–Excitación trapezoidal
![Page 73: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/73.jpg)
Accionador con frenado regenerativo Accionador con frenado regenerativo para motor de inducciónpara motor de inducción
Rectificador controlado
Inversor con IGBT’s
![Page 74: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/74.jpg)
Accionador sin frenado regenerativo Accionador sin frenado regenerativo para motor de inducciónpara motor de inducción
Rectificadorsin controlar
Inversor con IGBT’s
Frenodisipativo
![Page 75: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/75.jpg)
Accionador con bus resonante para Accionador con bus resonante para motor de inducciónmotor de inducción
Rectificadorsin controlar Inversor con IGBT’s
Elementos del bus resonante
![Page 76: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/76.jpg)
Accionador para motor de Accionador para motor de continua sin escobillascontinua sin escobillas
Sensores de corriente
![Page 77: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/77.jpg)
Motor de reluctancia variableMotor de reluctancia variable
Devanado de un par de polos
RotorEstator
![Page 78: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/78.jpg)
Accionador para motor Accionador para motor de reluctancia variablede reluctancia variable
Sensores de corriente
Polos del estator
Devanado desmagnetizador
Freno dinámico
![Page 79: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/79.jpg)
¿La mayor aplicación futura?¿La mayor aplicación futura?
Vehículos eléctricosSus “gasolineras”
![Page 80: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/80.jpg)
¿¿Dónde se puede encontrar Dónde se puede encontrar la información sobre los la información sobre los
nuevos avances?nuevos avances?
![Page 81: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/81.jpg)
Congresos internacionales (I)Congresos internacionales (I) IEEE Power Electronics IEEE Power Electronics
Specialists Conference(PESC)Specialists Conference(PESC) IEEE Applied Power Electronics IEEE Applied Power Electronics
Conference (APEC)Conference (APEC) IEEE Industry Applications IEEE Industry Applications
Society Annual Meeting Society Annual Meeting (IASAM)(IASAM)
![Page 82: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/82.jpg)
Congresos internacionales (II)Congresos internacionales (II) IEEE International IEEE International
Telecommunications Energy Telecommunications Energy Conference (INTELEC)Conference (INTELEC)
IEEE International Conference on IEEE International Conference on Industrial Electronics Control and Industrial Electronics Control and Instrumentation (IECON)Instrumentation (IECON)
IEEE International Power Electronics IEEE International Power Electronics Congress (CIEP)Congress (CIEP)
![Page 83: Panorámica actual de la Electrónica de Potencia](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062314/56814317550346895daf70a0/html5/thumbnails/83.jpg)
Congresos internacionales (III)Congresos internacionales (III) European Conference on Power European Conference on Power
Electronics and Applications (EPE)Electronics and Applications (EPE) Power Electronics Drives Motion Power Electronics Drives Motion
Contol (PCIM)Contol (PCIM) IEE International Conference on IEE International Conference on
Power Electronics and Variable Power Electronics and Variable Speed Drives (PEVD)Speed Drives (PEVD)
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Revistas Revistas internacionales (I)internacionales (I)
IEEE Transactions on Power IEEE Transactions on Power ElectronicsElectronics
IEEE Transactions on Industry IEEE Transactions on Industry ApplicationsApplications
IEEE Transactions on Industrial IEEE Transactions on Industrial ElectronicsElectronics
IEEE Transactions on Aerospace IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systemsand Electronic Systems
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Revistas Revistas internacionales (II)internacionales (II)
IEEE Transactions on Electron IEEE Transactions on Electron Devices Devices
IEE Proceedings, part BIEE Proceedings, part B European Power Electronics and European Power Electronics and
DrivesDrives Power Conversion and Intelligent Power Conversion and Intelligent
Motion Europe MagazineMotion Europe Magazine
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Muchas gracias por Muchas gracias por su atención y quedo su atención y quedo
a su disposición a su disposición para contestar sus para contestar sus
preguntaspreguntas
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