MOFSET

Cap´ıtulo 1

MOSFET para conmutaci´
on
de potencia
1.1.

Introducci´
on

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˜
nal, que ha sido modificado para su utilizaci´on como llave apagable
en electr´onica de potencia. Como el BJT, el MOSFET tampoco es intr´ınsecamentebiestable, y su utilizaci´on como llave depende del manejo del electrodo
de comando (gate).
El BJT como llave para electr´onica de potencia presenta varias limitaciones:
Los tiempos de conmutaci´on son del orden de varios µs, fundamentalmente
en el apagado, lo que limita la frecuencia m´axima de operaci´on a unos
20kHz, decreciendo con la potencia manejada.
El control por corriente de base,que adem´as debe ajustarse a la corriente
de colector, obliga a usar circuitos de comando complejos y con consumo
apreciable de energ´ıa.
La conducci´on se realiza por difusi´on de portadores minoritarios, lo que
hace que el dispositivo presente el fen´omeno de Segundo Breakdown, que
limita las zonas de operaci´on segura.
La ganancia en emisor com´
un baja fuertemente con el aumento de latensi´on de bloqueo.
El MOSFET es un dispositivo de alta velocidad debido a que su tr´ansito entre
conducci´on y corte depende de la carga de capacidades del orden de los nF .
La velocidad depende entonces de la capacidad de dar corriente de la fuente de
tensi´on que es un aspecto de dise˜
no del circuito de disparo y no intr´ınseca del
dispositivo. La conducci´on se basa en el movimiento deportadores mayoritarios,
lo que elimina el riesgo de Segundo Breakdown, y el comando se realiza aplicando
tensi´on entre el electrodo de comando (gate) y uno de los electrodos de potencia
(source), simplificando y haciendo m´as eficiente su manejo.
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´ DE POTENCIA
CAP´ITULO 1. MOSFET PARA CONMUTACION

Una ventaja del BJT es su baja tensi´on de saturaci´on, que puede llegar
avalores tan bajos como pocas d´ecimas de V, lo que limita las p´erdidas en
conducci´on. Sin embargo, para que esta caracter´ıstica sea aprovechable en la
pr´actica, es necesario utilizar el dispositivo en saturaci´on dura, situaci´on que
implica tiempos de apagado muy largos, lo cual limita a´
un m´as la frecuencia
m´axima. Las aplicaciones son un compromiso entre las distintas prestaciones ycaracter´ısticas.
El MOSFET en conducci´on se comporta como una resistencia. Las p´erdidas
en conducci´on dependen entonces del valor de esta resistencia, que se trata de
reducir al m´aximo trabajando sobre las caracter´ısticas constructivas.
El MOSFET de Potencia es entonces un dispositivo que, manteniendo el
principio de funcionamiento del MOSFET de se˜
nal, se modifica para manejarcorrientes y bloquear tensiones como las que se utilizan en conversi´on electr´onica
de potencia.
Su aplicaci´on est´a limitada a niveles de tensi´on correspondientes a redes de
baja tensi´on o menores (230 Vca o 400 Vca o sus valores rectificados). Es el
dispositivo de elecci´on en fuentes de alimentaci´on de hasta algunos kW, para
sistemas electr´onicos conectados a servicios de baja tensi´on. Suvelocidad y
manejo comparativamente m´as simple ha permitido la reducci´on de tama˜
no y
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 de potencia, sus caracter´ısticas
est´aticas y din´amicas y sus aplicaciones. Se considerar´a eldispositivo de canal n
por ser el de mayor aplicaci´on. Se parte de una revisi´on del funcionamiento del
MOSFET de se˜
nal y luego se presenta el MOSFET de potencia con su estructura
y sus caracter´ısticas espec´ıficas.

1.2.

Funcionamiento de un MOSFET de se˜
nal
de canal n

La figura 1.1(a) muestra la estructura b´asica de un MOSFET de se˜
nal de
canal n. Es un dispositivo de estructura...