ELECTRÓNICA DE POTENCIA

DISPOSITIVOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

SCR

SCR, o rectificador controlado de silicio; este es un dispositivo semiconductor biestable (es decir, posee dos posiciones). Está formado por tres terminales, llamados ánodo, cátodo y puerta, la conducción entre ánodo y cátodos es determinada por la puerta.

Sus características son las siguientes:

• Interruptor casi ideal.
• Soporta tensiones altas.
• Amplificador eficaz.
• Es capaz de controlar grandes potencias.
• Fácil controlabilidad.
• Relativa rapidez.
• Características en función de situaciones pasadas                       (memoria).

Sus características estáticas las determina la región ánodo – cátodo y son las siguientes:

•  Interruptor casi ideal
•  Soporta tensiones altas.
•  Amplificador eficaz.
•  Es capaz de controlar grandes potencias.
•  Fácil controlabilidad.
•  Relativa rapidez.
• Características en función de situaciones pasadas (memoria).

Y sus carácteristicas dinámicas, son las siguientes:

• Tensiones transitorias
• Impulsos de corriente
• Ángulos de conducción

La aplicación del SCR se extiende desde la rectificación de corrientes alternas, hasta la realización de conmutaciones con potencia baja en circuitos electrónicos.

TRIAC

El TRIAC es un dispositivo semiconductor que se utiliza para controlar el flujo de corriente hacia una carga; conduce en los 2 sentidos (positivo y negativo), y puede ser bloqueado o apagado por el aumento del voltaje y la disminución de la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento, el TRIAC conmuta a corte, cuándo se supera la corriente de sostenimiento o mantenimiento.

Sus características principales son:

• La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia entregada a una carga, en corriente alterna. 
• La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y con el aumento de la tensión de bloqueo.
• El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta corriente a la compuerta. Después del disparo la compuerta no posee control sobre el estado del TRIAC. Para apagar el TRIAC la corriente anódica debe reducirse por debajo del valor de la corriente de retención.
  
  
  
  
  Su aplicación es básicamente en corriente alterna, y se  usa especialmente para control de iluminación con lámparas incandescentes o control de velocidades de motores universales
  
  

TRANSISTOR DE POTENCIA

Este tiene las mismas características que el transistor común, la diferencia de este y el otro es que el transistor de potencia maneja tensiones altas,  e intensidades altas, además tiene que soportar las altas potencias a disipar.

El principio de funcionamiento es la capacidad de la actuación sobre el terminal de control, para regular la corriente de colector en el bipolar es la aplicación de corriente en la base, y en el unipolar agregar tensión entre puerta y fuente.

Cuando el transistor está en saturación o en corte las pérdidas son despreciables. Pero si tenemos en cuenta los efectos de retardo de conmutación, al cambiar de un estado a otro se produce un pico de potencia disipada, ya que en esos instantes el producto I_C x V_CE va a tener un valor apreciable, por lo que la potencia media de pérdidas en el transistor va a ser mayor. 

Estas pérdidas aumentan con la frecuencia de trabajo, debido a que al aumentar ésta, también lo hace el número de veces que se produce el paso de un estado a otro.

GTO


Gate Turn-off Thyristor

Un GTO es un SCR compliendo las mismas funciones del SCR, la diferencia entre este y el SCR es la capacidad de apagarlo, generando un impulso lo suficientemente grande en su puerta de entrada.

Su funcionamiento se basa en que  Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista señal en el gate, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el ánodo, pero una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado.

Sus características son las siguientes:

El disparo se realiza mediante una VGK >0

El bloqueo se realiza con una VGK < 0.

La ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan de los circuitos de bloqueo forzado que requieren los SCR.

La desventaja es que la corriente de puerta tiene que ser mucho mayor por lo que el generador debe estar mas dimensionado.

El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.

DIAC

Es un dispositivo bidireccional  con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo.

Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.

           

Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia.

IGBT

El Transistor bipolar de puerta de salida es un dispositivo semiconductor compuesto por una alta impedancia de entrada, el transistor bipolar de puerta aislada se aplica generalmente a circuitos de potencia. Y como dispositivo para conmutación de sistemas de alta tensión ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia con una señal eléctrica muy débil en la puerta

 Funciona así:

Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa que no existe ningún voltaje aplicado al gate. Si un voltaje VGS es aplicado al gate, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente ID es conducida y el voltaje VDS se va desde el valor de bloqueo hasta cero

EL IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG de la terminal gate. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 micro segundos, por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz.

EL IGBT requiere un valor límite VGS(TH) para el estado de cambio de encendido a apagado y viceversa

Sus características son:

 IDmax Limitada por efecto Latch-up.
 VGSmax Limitada por el espesor del óxido de silicio.
 Se diseña para que cuando VGS = VGSmax la corriente de cortocircuito sea entre
4 a 10 veces la nominal (zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla durante
unos 5 a 10 &#956;s. y pueda actuar una protección electrónica cortando desde
puerta.
 VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como &#945; es muy baja, será
VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de 600, 1.200, 1.700,
2.100 y 3.300 voltios. (anunciados de 6.5 kV).

MOSFET

Los transistores MOSFET  o metal-oxido-semiconductor; son dispositivos de efecto de campo que utilizan un campo eléctrico para generar conducción.

Existen dos tipos de transistores MOS: MOSFET de canal N o NMOS yMOSFET de canal P o PMOS. A su vez, estos transistores pueden ser de acumulación o deplexion; en la actualidad los segundos están prácticamente en desuso y aquí únicamente serán descritos los MOS de acumulación también conocidos como de enriquecimiento.

Al aplicar una tensión positiva en la puerta se induce cargas negativas en la superficie del substrato y se crea un camino de conducción entre los terminales drenador y fuente.

La tensión mínima para crear ese capa de inversión se denomina tensión umbral o tensión de threshold (VT) y es un parámetro característico del transistor. Si la VGS<VT, la corriente de drenador-fuente es nula; valores típicos de esta tensión son de de 0.5 V a 3 V.

La aplicación

Resistencia controlada por tensión.

Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc).

Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.