Dipositivos Electronicos De Potencia

2.

Dispositivos semiconductores de potencia

Los sistemas de Electrónica de Potencia tienen como elementos base a los semiconductores
de potencia. Para llegar a comprender, analizar y/o proponer nuevas topologías y
aplicaciones es necesario conocer las características de dichos dispositivos. En este capitulo
estudiaremos las características generales de dichos dispositivos, así como suscapacidades
en cuanto a voltajes, corrientes y velocidades de conmutación.
Aunque en el análisis de convertidores estáticos es posible considerar a los
semiconductores de potencia como interruptores ideales, el conocimiento de sus
características reales nos servirán para saber hasta que punto los dispositivos pueden ser
considerados ideales.
Los semiconductores de potencia los podemosclasificar en 3 grandes grupos:
• Diodos – Donde los estados de apagado y encendido son controlados por el circuito
de potencia. Inician automáticamente la conducción cuando se les aplica una
polarización directa.
• Tiristores – Son encendidos por una señal de control pero su apagado esta
determinado por el circuito de potencia. Con polarización directa conducen al
aplicarles una señal de control ysiguen conduciendo hasta que su corriente es
reducida a cero.
• Dispositivos controlables – Tanto el apagado como el encendido se lleva a cabo por
señales de control.
Una característica común a estos 3 tipos de semiconductores de potencia es que solo
conducen corriente en un solo sentido. Se les conoce como dispositivos UNILATERALES.
Al aplicarles una polarización inversa dejan de conducir.El proceso mediante el cual un dispositivo inicia o cesa la conducción de una corriente se le
conoce como conmutación.
Algunas definiciones útiles con respecto a la conmutación:
• Conmutación – Interrupción del flujo de corriente o transferencia hacia un camino
alterno.
• Conmutación natural o de línea – Debida a las variaciones de los voltajes de la línea
eléctrica (voltaje AC).
• Autoconmutación o conmutación forzada – Ocasionada por una inherente o
artificial capacidad de apagado.
• Conmutación por carga – Depende de las características propias o inducidas de la
carga.
2.1

Diodos de potencia

2.1.1
Introducción
El diodo de potencia se puede considerar como el elemento semiconductor de potencia más
simple. Su principio se basa en la utilización de una estructurasemiconductora de tipo p-n.
Consta de dos terminales, ánodo y cátodo, y sus estados de conducción o no conducción
están determinados por el circuito externo de potencia.

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2.1.2
Estructura básica y características I-V
La estructura práctica para un diodo en aplicaciones de potencia es mostrada en la fig. 2.1.

Fig. 2.1.

(a) - Estructura básica de un diodo de potencia y (b) - símboloEsta consiste de un sustrato de tipo n altamente dopado sobre el cual se hace crecer una
capa de sustrato tipo n con un grado bajo de dopaje y un espesor determinado. Finalmente
la unión de tipo pn es formada por la adición de una capa semiconductora tipo p altamente
dopada la cual formara el ánodo del diodo. El área seccional del diodo varía en función de
la corriente que deberá circularpor este.
La característica i-v del diodo es mostrada en la fig. 2.2. A notar que en la región de
conducción directa (polarización directa - ánodo positivo con respecto al cátodo), la
corriente aumenta de manera lineal con respecto al voltaje de polarización, en vez de
exponencialmente como es el caso de los diodos de pequeña señal. Esto es debido a que las
grandes corrientes en los diodos depotencia crean caídas de voltaje resistivas que esconden
la característica exponencial de i-v.

Fig. 2.2.

Característica i-v de los diodos de potencia

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En la región de polarización inversa, encontramos solo una pequeña corriente de fuga, la
cual es independiente del voltaje inverso aplicado. Esta corriente fluirá hasta que el voltaje
de ruptura inverso sea alcanzado, BVBD. Cuando...