Electronica y varios otros temas relacionados

4.8 TRANSISTOR DE POTENCIA

Mientras los circuitos integrados se usan para aplicaciones de pequeñas señales y baja potencia, la mayoría de las aplicaciones de alta potencia todavía requieren transistores de potencia discretos. Las mejoras en las técnicas de producción han proporcionado potencias más altas en encapsulados de tamaño pequeño; también han aumentado el voltaje de ruptura máximo detransistor y han proporcionado transistores de potencia con una velocidad de conmutación mayor.
La potencia máxima manejada por un dispositivo particular y la temperatura de las uniones del transistor están relacionadas, debido a que la potencia disipada por el dispositivo causa un incremento de temperatura en la unión del dispositivo. Es obvio que un transistor de 100W proporcionará máscapacidad de potencia que un transistor de 10 W.
Se debe hacer notar que de los dos tipos de transistores bipolares (germanio y silicio),  aquellos de silicio proporcionan temperaturas nominales máximas. Por lo general, la temperatura máxima de unión de estos tipos de transistores de potencia es:
Silicio: 150-200°C
Germanio: 100-110°C
Para muchas aplicaciones, la potencia promedio disipada puedeaproximarse mediante
PD = VCEIC
Sin embargo, esta disipación de potencia se permite solamente hasta una temperatura máxima.
Por arriba de esta temperatura se debe reducir la capacidad de disipación de potencia del dispositivo (o pérdida de disipación) para que a temperaturas superiores del encapsulado se reduzca la capacidad de manejo de potencia, llegando a 0 W a la temperatura máxima delencapsulado del dispositivo.
Entre mayor sea la potencia manejada por el transistor, mayor será la temperatura del encapsulado. En la actualidad, el factor limitante en el manejo de potencia por un transistor particular es la temperatura de la unión del colector del dispositivo. Los transistores de potencia están montados en encapsulados metálicos grandes para ofrecer un área grande a partir dela cual pueda radiar (transferirse) el calor generado por el dispositivo. Aun así, la operación de un transistor directamente en el aire (montado en una tarjeta de plástico, por ejemplo) limita severamente la potencia nominal del dispositivo. Si en vez de ello (como es lo usual) se monta el dispositivo en algún tipo de disipador de calor, su capacidad de manejo de potencia puede acercarse más alvalor de su potencia nominal máxima.
 

Figura 4.25. Curva de pérdida de disipación de potencia típica para os transistores de silicio.
 
TIRISTORES (SCR)

Dentro de la familia de dispositivos pnpn, el rectificador controlado de silicio (SCR) es, sin duda, el de mayor interés hoy en día, y fue presentado por primera vez en 1956 por los Bell Telephone Laboratories. Algunas de las áreasmás comunes de aplicación de los SCR incluye controles de relevador, circuitos de retardo de tiempo, fuentes de alimentación reguladas, interruptores estáticos, controles de motores, recortadores, inversores, cicloconversores, cargadores de baterías, circuitos de protección, controles de calefacción y controles de fase.
En años recientes han sido deseñados SCR para controlar potencias tan altas dehasta 10 MW y con valores individuales tan altos como de 2000 A a 1800 V. Su rango de frecuencia de aplicación también ha sido extendido a cerca de 50 kHz, lo que ha permitido algunas aplicaciones de alta frecuencia.
 
Operación Básica del Rectificador Controlado de Silicio
Como su nombre lo indica, el SCR es un rectificador construido con material de silicio con una tercera terminal paraefecto de control. Se escogió el silicio debido a sus capacidades de alta temperatura y potencia. La operación básica del SCR es diferente de la del diodo semiconductor de dos capas fundamental, en que una tercera terminal, llamada compuerta, determina cuándo el rectificador conmuta del estado de circuito abierto al de circuito cerrado. No es suficiente sólo la polarización directa del ánodo al...