Dispositivos de electronica de potencia

Dispositivos de Electrónica de Potencia

Capítulo 2

Dispositivos de Electrónica de Potencia

2.1 Introducción
Los dispositivos semiconductores utilizados en Electrónica de Potencia se pueden clasificar en tres grandes grupos, de acuerdo con su grado de controlabilidad: 1. Dispositivos no controlados: en este grupo se encuentran los Diodos. Los estados de conducción o cierre (ON) y bloqueoo abertura (OFF) dependen del circuito de potencia. Por tanto, estos dispositivos no disponen de ningún terminal de control externo. 2. Dispositivos semicontrolados: en este grupo se encuentran, dentro de la familia de los Tiristores, los SCR (“Silicon Controlled Rectifier”) y los TRIAC (“Triode of Alternating Current”). En éste caso su puesta en conducción (paso de OFF a ON) se debe a una señalde control externa que se aplica en uno de los terminales del dispositivo, comúnmente denominado puerta. Por otro lado, su bloqueo (paso de ON a OFF) lo determina el propio circuito de potencia. Es decir, se tiene control externo de la puesta en conducción, pero no así del bloqueo del dispositivo. 3. Dispositivos totalmente controlados: en este grupo encontramos los transistores bipolares BJT(“Bipolar Junction Transistor”), los transistores de efecto de campo MOSFET (“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”), los transistores bipolares de puerta aislada IGBT (“Insulated Gate Bipolar Transistor”) y los tiristores GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”), entre otros. En los siguientes apartados se detallan las características más importantes de cada uno de estos dispositivos.Dispositivos de Electrónica de Potencia

2.2 Diodo de Potencia
Un diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus límites de tensión y corriente, permite la circulación de corriente en un único sentido. Detalles de funcionamiento, generalmente despreciados para los diodos de señal, pueden ser significativos para componentes de mayor potencia, caracterizados por un área mayor (para permitirmayores corrientes) y mayor longitud (para soportar tensiones inversas más elevadas). La figura 2.1 muestra la estructura interna de un diodo de potencia.
Ánodo (A)

P+

10 µm

N-

Depende de la tensión

N+

250 µm Substracto

Catodo (K)
Figura 2.1. Estructura interna de un diodo de potencia

Como se puede observar en la figura anterior, el diodo está formado por una sola uniónPN, aunque la estructura de un diodo de potencia es algo diferente a la de un diodo de señal, puesto que en este caso existe una región N intermediaria con un bajo dopaje. El papel de esta región es permitir al componente soportar tensiones inversas más elevadas. Esta región de pequeña densidad de dopaje dará al diodo una significativa característica resistiva en polarización directa, la cual sevuelve más significativa cuanto mayor sea la tensión que ha de soportar el componente. Las capas que hacen los contactos externos son altamente dopadas, para obtener un contacto con características óhmicas y no del tipo semiconductor. La figura siguiente muestra el símbolo y la característica estática corriente-tensión de un diodo de potencia.

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iAK

(1/ Ron )
vAK A (+) iAK K (-)
Región de bloqueo inverso

VR VF ≈ 1 V

vAK

Figura 2.2. Símbolo y característica estática corriente-tensión de un diodo de potencia

La tensión VF que se indica en la curva estática corriente-tensión se refiere a la caída de tensión cuando el diodo está conduciendo (polarización directa). Para diodos de potencia, ésta tensión de caída en conducción directaoscila aproximadamente entre 1 y 2 Volts. Además, esta caída depende de la corriente que circule, teniéndose una característica corriente - tensión bastante lineal en la zona de conducción. Esta relación se conoce como la resistencia en conducción del diodo, abreviada por Ron y que se puede obtener como el inverso de la pendiente de la asíntota de la curva estática en la zona de polarización...