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Conmutadores Controlables
En esta categoría se incluyen diversos dispositivos semiconductores de potencia, incluyendo
BJTs, MOSFETs, GTOs e IGBTs, los cuales pueden ser conmutados a conducción y a corte mediante señales de control.
Un conmutador ideal controlado tiene las siguientes características:
* Bloquea cualquier tensión directa o inversa sin que circule a traves suyo ningunacorriente.
* Conduce cualquier corriente con cero voltios de caída entre sus terminales.
* Conmuta de conducción a corte o viceversa instantáneamente cuando es disparado.
* No consume potencia para su control.

Sin embargo los componentes reales no disponen de todas esas característica: bloquean voltajes finitos, disipan potencia, conmutan en tiempos finitos y no son capaces de bloquearvoltajes inversos (dependiendo del dispositivo). Estas limitaciones llevan al conmutador real a su destrucción si no se utiliza correctamente. Para considerar la disipación de potencia en un semiconductor, consideremos el circuito de la figura siguiente:

Figura 1. Curvas características del proceso de conmutación en un conmutador real.

Las características deseables en un conmutador controlablese pueden resumir en los siguientes apartados:

1. Pequeña corriente de fugas en el estado de OFF.
2. Pequeña tensión en el estado de ON para minimizar las pérdidas por conducción.
3. Cortos tiempos de turn-on y turn-off. Esto posibilitará su utilización a frecuencias elevadas.
4. Gran capacidad de bloquear tensión directa e inversa.
5. Gran capacidad de conducir corrientes elevadas. Así nose necesitarán paralelizar componentes.
6. Coeficiente de temperatura positivo en la resistencia del estado de conducción. Esto asegura que al paralelizar componentes, estos compartan la corriente.
7. Pequeña potencia para el control.
8. Capacidad para resistir tensión y corriente simultáneamente durante las transiciones de los estados. Así se eliminará la utilización de redes de ayuda a laconmutación (snubber).
9. Grandes di/dt y dv/dt. Esto minimizará la necesidad de utilizar redes externas de protección.

Veamos a continuación de forma muy breve la característica V-I en estado estacionario para los conmutadores controlables más usuales:

Bipolar Junction Transistor (BJT):

Figura 2. Símbolo y característica V-I de los transistores bipolares
La figura anterior muestra elsímbolo y característica estática de un transistor bipolar NPN. Tal como se muestra en su característica V-I, una corriente de base suficientemente grande IB>IC/hfe (dep de la I colector) llevará al componente a la plena conducción. En el estado de conducción la tensión Vce(sat) está normalmente entre 1-2V.
En un transistor bipolar existen tres regiones de operación: de corte, activa y desaturación. En la región de corte el transistor está desactivado o la corriente de base no es suficiente para activarlo teniendo ambas uniones polarización inversa. En la región activa, el transistor actúa como un amplificador, donde la corriente del colector queda amplificada mediante la ganancia y el voltaje Vce disminuye con la corriente de base: la unión CB tiene polarización inversa y la BE directa. Enla región de saturación el transistor actúa como interruptor teniendo una corriente de base lo suficientemente grande para disminuir la Vce: ambas uniones están polarizadas directamente. La característica de transferencia se muestra en la siguiente figura:

Figura 3. Características de transferencia en un transistor bipolar.

Manejan menores voltajes y corrientes que el SCR, pero son másrápidos. Fáciles de controlar por el terminal de base, aunque el circuito de control consume más energía que el de los SCR. Su principal ventaja es la baja caída de tensión en saturación. Como inconvenientes destacaremos su poca ganancia con v/i grandes, el tiempo de almacenamiento y el fenómeno de avalancha secundaria.

Gate-Turn-Off Thyristors (GTOs):

Figura 4. Símbolo y característica V-I...