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Introducción a la Electrónica de Potencia: Dispositivos, Circuitos y Aplicaciones
Introducción a la Electrónica de Potencia
1. Partes de un Equipo Electrónico de Potencia
Un equipo electrónico de potencia se compone de dos partes principales:
- Circuito de Potencia: Compuesto por semiconductores de potencia y elementos pasivos (condensadores e inductancias), este circuito conecta la fuente primaria de alimentación con la carga.
- Circuito de Mando: Procesa la información del circuito de potencia y genera señales de excitación que controlan la conducción de los semiconductores con la fase y secuencia adecuadas.
2. Dispositivos No Controlados
Los dispositivos no controlados, como los diodos, carecen de un terminal de control externo. Sus estados de conducción (ON) y bloqueo (OFF) dependen del circuito de potencia.
3. Disciplinas Relacionadas con la Electrónica de Potencia
La electrónica de potencia se relaciona con diversas disciplinas, incluyendo:
- Física del Estado Sólido
- Teoría de Control y Sistemas
- Electromagnetismo
- Electrónica
- Procesamiento de Señales
4. Conexión de Diodos en Serie
La conexión de diodos en serie permite soportar mayor voltaje. Además, se utiliza en la creación de circuitos rectificadores más complejos, que convierten la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC).
5. Características de los Rectificadores Trifásicos en Estrella
- Consta de 6 diodos.
- Cada diodo conduce durante 120°.
- Puede funcionar con o sin transformador.
- Se utiliza en aplicaciones de alta energía.
6. MOSFET Decremental
En un MOSFET decremental, el drenaje y la fuente se difunden en el sustrato y se conectan mediante un canal angosto adyacente a la compuerta aislada.
7. Funcionamiento de un Rectificador Trifásico de Media Onda
Este tipo de rectificador conecta un diodo a la salida de cada arrollamiento, unidos en un punto común que alimenta la carga. El retorno de la corriente se realiza a través del neutro. El arrollamiento secundario está dispuesto en estrella.
8. Características de Compuerta de un SCR
- Un pulso corto de corriente en la compuerta (Ig) dispara o enciende el SCR.
- La corriente típica requerida es de 0.1 a 50 mA.
- Una vez disparado, el SCR se mantiene en conducción sin necesidad de mantener IGT.
- Las condiciones para mantener activo al SCR son: VAK >= 0.6V – IAK > 0V.
9. Control Bidireccional de Onda Completa con SCR
Sustituyendo los diodos por SCR en un rectificador de onda completa, se puede controlar la salida ajustando el ángulo de disparo de cada SCR. Esto permite obtener una tensión de salida ajustable.
El ángulo de disparo (α) es el intervalo angular entre la polarización directa del SCR y la aplicación de la señal de puerta. Con un ángulo de disparo de cero, los SCR funcionan como diodos.
10. Ventajas de un IGBT
El IGBT combina las características del MOSFET y del BJT, haciéndolo ideal para aplicaciones de conmutación de alto voltaje y alta corriente. Posee las características de conducción de salida de un BJT y el control por voltaje de un MOSFET.
11. Dispositivos Totalmente Controlados
Los dispositivos totalmente controlados, como los transistores bipolares (BJT), los transistores de efecto de campo (MOSFET), los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) y los tiristores GTO, poseen un terminal de control externo que determina su respuesta.
12. Propiedades de los Semiconductores
Conductividad Eléctrica:
- A bajas temperaturas, los semiconductores puros se comportan como aislantes.
- A altas temperaturas, con impurezas (dopado) o en presencia de luz, su conductividad aumenta considerablemente.
Característica Voltaje-Corriente: Al aumentar el voltaje, la corriente aumenta más rápidamente que el voltaje.
Movilidad de los Portadores: Es la relación entre la velocidad de movimiento de electrones o huecos y la intensidad del campo eléctrico.
13. Características de los Rectificadores de Media Onda
- Convierten la mitad de la corriente alterna en corriente continua utilizando uno o más diodos.
- Son menos eficientes que los rectificadores de onda completa.
- Su diseño es simple, requiriendo solo un diodo para su funcionamiento.
14. Tipos de MOSFET
Los dos tipos básicos de MOSFET son: de enriquecimiento (E-MOSFET) y de empobrecimiento (D-MOSFET).
15. Rectificador Controlado por Silicio (SCR)
El SCR es un dispositivo semiconductor (tiristor) que conduce la corriente en su estado de encendido y la bloquea en su estado de apagado. Posee tres terminales: Ánodo, Cátodo y Puerta (Gate).
16. Rectificador
Un rectificador es un elemento o circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores, válvulas al vacío o válvulas gaseosas.