El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.
Existen tres tipos de transistores de potencia:
- bipolar.
- unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo).
- IGBT.
El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, más la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares:
- Trabaja con tensión.
- Tiempos de conmutación bajos.
- Disipación mucho mayor (como los bipolares).
Una limitación importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conducción y viceversa no se hace instantáneamente, sino que siempre hay un retardo (ton , toff). Las causas fundamentales de estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector - base y base - emisor y los tiempos de difusión y recombinación de los portadores.
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 IC x VCE 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.
Modos de trabajo de un transistor:
Existen cuatro condiciones de polarización posibles. Dependiendo del sentido o signo de los voltajes de polarización en cada una de las uniones del transistor.
- Región activa directa: Corresponde a una polarización directa de la unión emisor - base y a una polarización inversa de la unión colector - base. Esta es la región de operación normal del transistor para amplificación.
- Región activa inversa: Corresponde a una polarización inversa de la unión emisor - base y a una polarización directa de la unión colector - base. Esta región es usada raramente.
- Región de corte: Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC 0).
- Región de saturación: Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación en esta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa como un interruptor cerrado (VCE 0).
Rectificador Controlado de Silicio:
Es un interruptor de estado sólido unidireccional que puede funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna. Como su nombre lo indica, el SCR es un rectificador de silicio, el cual tiene un tercer terminal llamado “GATE” (puerta o compuerta) para propósito de control.
Es un elemento constituido elementos semiconductores que ultiliza la realimentacion interna para producir conmutación, formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN. Esta conformado por tres partes que son:
Ánodo: Es un electrodo en el cual se produce la reaccion de oxidacion.
Cátodo: Es el electrodo en el se produce la reaccion de reduccion.
Gate: Es aquel que permite la conducción entre ánodo y cátodo, que es controlada por el terminal de puerta.
Para que el SCR conduzca, entre ánodo y cátodo, se precisa de un cierto nivel de corriente mínimo (pulso positivo), aplicado entre la compuerta y cátodo. Dicho nivel depende de la sensibilidad de la compuerta del SCR.
El SCR seguirá conduciendo, incluso con la corriente de compuerta suprimida, hasta que la corriente de ánodo se reduzca a un valor inferior al crítico o se invierta la polarización entre ánodo y cátodo del SCR. En este punto, el SCR se habre o bloquea nuevamente.
Cuando el SCR esta activado, el voltaje entre ánodo y cátodo es de aproximadamente 1 voltio.
VALORES COMERCIALES DEL SCR
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Voltaje(V)
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25,30,50,60,100,150,200,250,300,400,500,600,800
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Corriente(A)
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0.8,4,5,6,8,10,16,20,25,35
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Aplicaciones del SCR:
Una aplicación de los SRC es el control de potencia es la rectificacion de sistemas en corriente alterna como los reguladores de lámparas, calentadores eléctricos y motores eléctricos.
Son muy utilizados en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos.
La principal ventaja que presentan frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es que su entrada en conducción estará controlada por la señal de puerta. De esta forma se podrá variar la tensión continua de salida si se hace variar el momento del disparo ya que se obtendrán diferentes ángulos de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna de entrada. Además el tiristor se bloqueará automáticamente al cambiar la alternancia de positiva a negativa ya que en este momento empezará a recibir tensión inversa.
El SCR es utilizado para :
- Controles de relevador.
- Circuitos de retardo de tiempo.
- Fuentes de alimentación reguladas.
- Interruptores estáticos.
- Controles de motores.
- Recortadores.
- Inversores.
- Ciclo conversores.
- Cargadores de baterías.
- Circuitos de protección.
- Controles de calefacción.
- Controles de fase.
- Interruptores estáticos.
- Controles de motores.
- Recortadores.
- Inversores.
- Ciclo conversores.
- Cargadores de baterías.
- Circuitos de protección.
- Controles de calefacción.
- Controles de fase.
Triac:
Es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. Es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna. Posee tres electrodos A1, A2 y puerta.
El TRIAC actua como dos rectificadores contraldos de silicio en paralelo, este dispositivo es equivalente a dos "latchs" que son transistores conectados con realimentacion positiva, done la señal de retorno aumenta en efecto de la señal de entrada.
La diferencia en el funcionamiento de un triac y el de dos tiristores es que cada uno de los dispositivos conducirá durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente, bloqueándose cuando la corriente cambia de polaridad, dando como resultado una conducción completa de la corriente alterna.
Características del TRIAC:
- 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.
- La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y con el aumento de la tensión de bloqueo.
- La aplicación de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se encuentra básicamente en corriente alterna.
- La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia entregada a una carga, en corriente alterna.
Transistor IGBT:
Un Transistor de Puerta Aislada, es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia.
Este dispositivo tiene las caracteristicas de las señales de puertas de los transistores de efecto de campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturacion del transistor bipolar.
Características de un Transistor de Puerta Aislada:
El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20KHz y a sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es ultilizado en aplicaciones de altas y medias energias como fuetne conmutada, control de la traccion de motores y cocina de induccion.
Acontinuacion podemos ver diferentes caracteristicas.
- IDmax limitada por el efecto Lactch-up-
- VGSmax limitada por el espesor del oxido de silicio.
- VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBT con valores de 600, 1200, 1700, 2100 y 3300 (anunciados de 6,5 kV)
- La temperatura máxima de la union suele ser de 150°C
- Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 amp.
- En la actualidad es un dispositivo mas usado para potencias entre varios jw y un par de MW, trabajando a frecuencias desd 5 KHZ a 40 KHz.
Transistores MOSFET:
- IDmax limitada por el efecto Lactch-up-
- VGSmax limitada por el espesor del oxido de silicio.
- VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBT con valores de 600, 1200, 1700, 2100 y 3300 (anunciados de 6,5 kV)
- La temperatura máxima de la union suele ser de 150°C
- Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 amp.
- En la actualidad es un dispositivo mas usado para potencias entre varios jw y un par de MW, trabajando a frecuencias desd 5 KHZ a 40 KHz.
Transistores MOSFET:
Los transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor, son dispositivos de efecto de campo que utilizan un campo electrico para crear un canal de conduccion.Son dispositivos mas importantes que los JFET ya que la mayor parte de los circuitos integrados se construyen con la tecnologia MOS.
Existen dos tipos de transitores MOS: MOSFET de canal N o NMOS y MOSFET de canal P o PMOS.Estos transistores pueden ser de acumulación o deplexion, hoy en dia los de deplexion están practicamente en desuso y aqui unicamente serán descritos los MOS de acumulacion conocidos como de enriquesimiento.
Funcionamiento:
Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de un material semiconductor dopado
en el que mediante tecnicas de difusión dopantes se crean dos islas de tipo opuesto
separadas. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos que son fundamentales
dependiendo de como se haya realizado el dopaje.
Tipo: nMOS :Sustrato del tipo p y difusiones del tipo n.
Tipo: pMOS : Sustrato del tipo n y difusiones del tipo p.
Las áreas de difusión se denominan fuente, y drenador , el conductor entre ellos es
puerta.
El MOSFET es frecuentemente usado como amplificador de potencia ya que ofrecen
dos ventajas sobre los MESFETs y los JFETs y ellas son:
- En la region activa de un MOSFET en modo de enriquecimiento , la capacitancia
de entrada y la trasductancia es casi independiente del voltaje de la compuerta y
la capacitancia de la salida es independiente del voltaje del drenador. Este puede
proveer una potencia de amplificación muy lineal.
- El rango de voltaje activo de la compuerta puede ser mayor los MOSFETs de canal
n en modo de vaciamiento pueden operrar desde la region de modo de vaciamiento
(-Vg) a la region de modo de enriquecimiento (+Vg).
REFERENCIAS WEB USADAS:
APLICACIONES
DEL SCR.
- http://www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic/apuntes/electronbasic/10.htm
- http://rabfis15.uco.es/transistoresweb/Tutorial_General/transistoresIGBT.html
- http://rabfis15.uco.es/transistoresweb/Tutorial_General/transistoresIGBT.html
- http://ccpot.galeon.com/enlaces1737117.html
- http://ccpot.galeon.com/enlaces1737099.html
