mosfet

Cap´
ıtulo 1

MOSFET para conmutaci´n
o
de potencia
1.1.

Introducci´n
o

El MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) de Potencia es el transistor de efecto de campo del tipo MOS, base de los circuitos
digitales de se˜al, que ha sido modificado para su utilizaci´n como llave apagable
n
o
en electr´nica de potencia. Como el BJT, el MOSFET tampoco es intr´
oınsecamente biestable, y su utilizaci´n como llave depende del manejo del electrodo
o
de comando (gate).
El BJT como llave para electr´nica de potencia presenta varias limitaciones:
o
Los tiempos de conmutaci´n son del orden de varios µs, fundamentalmente
o
en el apagado, lo que limita la frecuencia m´xima de operaci´n a unos
a
o
20kHz, decreciendo con la potencia manejada.
El control porcorriente de base, que adem´s debe ajustarse a la corriente
a
de colector, obliga a usar circuitos de comando complejos y con consumo
apreciable de energ´
ıa.
La conducci´n se realiza por difusi´n de portadores minoritarios, lo que
o
o
hace que el dispositivo presente el fen´meno de Segundo Breakdown, que
o
limita las zonas de operaci´n segura.
o
La ganancia en emisor com´n baja fuertementecon el aumento de la
u
tensi´n de bloqueo.
o
El MOSFET es un dispositivo de alta velocidad debido a que su tr´nsito entre
a
conducci´n y corte depende de la carga de capacidades del orden de los nF .
o
La velocidad depende entonces de la capacidad de dar corriente de la fuente de
tensi´n que es un aspecto de dise˜o del circuito de disparo y no intr´
o
n
ınseca del
dispositivo. Laconducci´n se basa en el movimiento de portadores mayoritarios,
o
lo que elimina el riesgo de Segundo Breakdown, y el comando se realiza aplicando
tensi´n entre el electrodo de comando (gate) y uno de los electrodos de potencia
o
(source), simplificando y haciendo m´s eficiente su manejo.
a
1

2

´
CAP´
ITULO 1. MOSFET PARA CONMUTACION DE POTENCIA

Una ventaja del BJT es su baja tensi´nde saturaci´n, que puede llegar
o
o
a valores tan bajos como pocas d´cimas de V, lo que limita las p´rdidas en
e
e
conducci´n. Sin embargo, para que esta caracter´
o
ıstica sea aprovechable en la
pr´ctica, es necesario utilizar el dispositivo en saturaci´n dura, situaci´n que
a
o
o
implica tiempos de apagado muy largos, lo cual limita a´n m´s la frecuencia
u
a
m´xima. Lasaplicaciones son un compromiso entre las distintas prestaciones y
a
caracter´
ısticas.
El MOSFET en conducci´n se comporta como una resistencia. Las p´rdidas
o
e
en conducci´n dependen entonces del valor de esta resistencia, que se trata de
o
reducir al m´ximo trabajando sobre las caracter´
a
ısticas constructivas.
El MOSFET de Potencia es entonces un dispositivo que, manteniendo el
principiode funcionamiento del MOSFET de se˜al, se modifica para manejar
n
corrientes y bloquear tensiones como las que se utilizan en conversi´n electr´nica
o
o
de potencia.
Su aplicaci´n est´ limitada a niveles de tensi´n correspondientes a redes de
o
a
o
baja tensi´n o menores (230 Vca o 400 Vca o sus valores rectificados). Es el
o
dispositivo de elecci´n en fuentes de alimentaci´n de hastaalgunos kW, para
o
o
sistemas electr´nicos conectados a servicios de baja tensi´n. Su velocidad y
o
o
manejo comparativamente m´s simple ha permitido la reducci´n de tama˜o y
a
o
n
costo de esos equipos, al reducirse los componentes pasivos que los integran.
En este cap´
ıtulo se presenta el principio de funcionamiento del MOSFET, la
estructura del dispositivo adaptado al manejo depotencia, sus caracter´
ısticas
est´ticas y din´micas y sus aplicaciones. Se considerar´ el dispositivo de canal n
a
a
a
por ser el de mayor aplicaci´n. Se parte de una revisi´n del funcionamiento del
o
o
MOSFET de se˜al y luego se presenta el MOSFET de potencia con su estructura
n
y sus caracter´
ısticas espec´
ıficas.

1.2.

Funcionamiento de un MOSFET de se˜ al
n
de canal n...