Los transistores de potencia son de cuatro clases :
1) BJT,
2) MOSFET de potencia,
3) IGBT y
4) SIT.
Un transistor bipolar tiene tres terminales: base, emisor y colector. En el caso normal funciona como un interruptor en la configuración de emisor común. Mientras la base de un transistor NPN esté a mayor potencial que el emisor, y la corriente de la base tenga el valor suficiente para activar el transistor en la región de saturación, el transistor permanece cerrado, siempre que la unión de colector a emisor tenga la polarización correcta. Los transistores bipolares de alta potencia se suelen usar en convertidores de potencia con frecuencias menores que 10 kHz y se aplican bien en capacidades hasta de 1200 V y 400A. Las diversas configuraciones de los transistores bipolares de potencia se ven en la siguiente imagen.
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| Diferentes configuraciones de los transistores |
La caída directa de un
transistor conductor está en el intervalo de 0.5 a 1.5 V. Si se retira el
voltaje de activación de la base, el transistor permanece en modo de no
conducción (o abierto).
Los MOSFET de potencia se usan en convertidores de potencia y se consiguen con capacidades relativamente bajas de potencia de 1000 V y 100A, en un intervalo de frecuencia de varias decenas de kilohertz. Los diversos MOSFET de potencia, de distintos tamaños, se muestra en la imagen siguiente.
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| Modelos de transistores MOSFET de potencia |
Los IGBT son transistores de potencia de voltaje controlado. En forma
inherente, son más rápidos que los BJT, pero no tan rápidos como los MOSFET.
Sin embargo, ofrecen características muy superiores de activación y de salida
que las de los BJT. Los IGBT son adecuados para alto voltaje, gran corriente y
frecuencias hasta de 20 kHz, y se consiguen hasta para 1700 V y 2400 A.
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| Encapsulado de un transistor IGBT |
COOLMOS es una nueva tecnología para MOSFET de potencia con alto voltaje, e implementa una estructura de compensación en la región vertical se deriva de un MOSFET para mejorar la resistencia en estado cerrado. Tiene menor resistencia en estado cerrado para el mismo paquete, en comparación con otros MOSFET. las pérdidas por conducción son al menos cinco veces menores que las de la tecnología MOSFET convencional. COOLMOS es capaz de manejar dos o tres veces más potencia de salida en comparación con el MOSFET convencional en el mismo paquete. El área activa de chip del COLMOS es unas cinco veces menor que la de un MOSFET normal. La resistencia de un COOLMOS de 600 V, 47 A es 70 mΩ.
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| Transistor COOLMOS |
Un SIT es un dispositivo de alta potencia y alta frecuencia. En esencia, es la versión del tubo de vacío triodo, en estado sólido, y se parece a un transistor de unión de efecto de campo (JFET, por sus siglas en inglés junction field-effect transistor). Tiene posibilidades de poco ruido, poca distorsión y alta potencia en alta audiofrecuencia. Los tiempos de cerrado y abertura son muy cortos, de unos 20 µs. La característica de cerrado normal y el alto límite de caída en estado cerrado limita sus aplicaciones para conversiones generales de potencia. La capacidad de corriente de los SIT puede ser hasta de 1200 V, 300 A, y la velocidad de conmutación puede ser hasta de 100 kHz. Los SIT son más adecuados para aplicaciones de gran potencia en alta frecuencia (por ejemplo, amplificadores de audio, VHF/UHF (muy alta frecuencia/ultra alta frecuencia) y de microondas.
La siguiente imagen muestra el intervalo de potencias de semiconductores que se consiguen en el comercio.
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| Intervalos de potencia de los semiconductores de potencia comerciales |
Las capacidades de estos dispositivos de potencia se muestran en la siguiente tabla, en donde el voltaje de cerrado es la caída de voltaje en estado cerrado del dispositivo a la corriente especificada.
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| Capacidades de dispositivos semiconductores de potencia |
La tabla siguiente muestra los símbolos y las características de tensión e intensidad de los dispositivos semiconductores de potencia que se usan en forma acostumbrada.
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| Características y símbolos de algunos dispositivos de potencia |
La imagen siguiente muestra las aplicaciones y el intervalo de frecuencias de los dispositivos de potencia.
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| Aplicaciones de los dispositivos de potencia |
Un súper dispositivo de potencia debería:
1) tener un voltaje cero de estado cerrado,
2) resistir un voltaje infinito en estado abierto,
3) manejar una corriente infinita, y
4) tiempo cero de cerrado y abertura; es decir, una velocidad infinita de conmutación.
Magnífico artículo, muy bien explicado.
ResponderEliminarBuen artículo
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