Este documento describe diferentes dispositivos semiconductores de potencia como diodos, tiristores y transistores. Explica que los diodos de potencia permiten el paso de corriente en un solo sentido y soportan mayores corrientes y tensiones que los diodos normales. Luego describe tres tipos de tiristores - SCR, TRIAC y GTO - y sus características como la capacidad de conducir en ambos sentidos, el uso de una puerta de control, y la habilidad del GTO de bloquear y conducir. Finalmente, cubre

1. UDAfacultad de ciencia y tecnologiaELECTRONICA DE POTENCIA II.semiconductores Diego Cabrera Pauta. Juan Carlos Ronquillo Ordoñez.

2. DIODOS DE POTENCIA El diodo es una estructura P-N que permite el paso de corriente en un solo sentido. Este diodo se caracteriza por soportar mayores corrientes (de acuerdo a su área) y mayores tensiones inversas (de acuerdo a su longitud). La caída de tensión en estos diodos es de 1 a 2V dependiendo de la corriente que circule.

3. Estructura interna de un diodo de potencia

5. Símbolo y característica estática corriente-tensión de un diodo de potencia

6. TIRISTORES Tipos de tiristores: SCR TRIAC GTO

7. SCR(Rectificador Controlado de Silicio) Esta formado por cuatro niveles P-N-P-N. Dispone de un terminal de control llamado GATE que es el encargado de establecer el paso de corriente entre A y K. Este dispositivo puede trabajar solo en 180º ya que el gate se dipara solo con el positivo de la onda alterna.

8. Estructura y símbolo del SCR

9. Caracteristicas y Ventajas. En OFF no permite el paso de corriente bloqueando la tensión. La caída de tensión en ON es de pocos voltios. Cuando se le retira la corriente al GATE queda retenida su corriente de A a K.

11. Tipos de disparar el SCR. Disparo por tensión excesiva Disparo por impulso de puerta Disparo por derivada de tensión Disparo por temperatura Disparo por Luz

12. TRIAC(“Triode of AlternatingCurrent”) Permite el paso de la corriente en ambos sentidos y puede ser disparado con Voltajes en el GATE de ambos signos de la onda alterna (360º). Esquema equivalente de un TRIAC.

13. Símbolo y estructura interna de un TRIAC

14. Características y Ventajas. Las tensiones y corrientes necesarias para producir la transición del TRIAC son diferentes según las polaridades de las tensiones aplicadas. Requiere un único circuito de control lo que hace que este dispositivo sea muy compacto. Desventajas. Es un dispositivo con una capacidad de potencia muy reducida en el control. Trabajan a frecuencias pequeñas, como máximo la frecuencia de la red monofásica.

15. Características I-V del TRIAC

16. GTO(“GateTurn-Off Thyristor”) Es un tiristor que puede manejar el paso de on-off y viceversa desde un circuito externo. El GTO es un tiristor con capacidad externa de bloqueo.

17. Símbolo y estructura interna de un GTO

18. Características y Ventajas. Si la corriente del GATE es positiva pasara de OFF a ON y si es negativa ira de ON a OFF. El voltaje anodo-catodo en polarización directa es mas elevada que para los tiristores convencionales. Desventajas. Es mas caro que un SCR. El rango de Tensiones y corrientes es mas pequeño que de un SCR.

19. Característica estática (I – V) de un GTO

20. TRANSISTORES Tipos de transistores: TBP (Transistor Bipolar de Potencia) MOSFET IGBT

21. Transistor Bipolar de Potencia (TBP) Son transistores controlados por corriente. Funcionan en forma de interruptores y pueden ser de 2 tipos pnp o npn. Características y Ventajas. Una ventaja es que son totalmente controlados y que no disponen de un terminal de control. Soporta tensiones elevadas ya que tiene una baja concentración de impurezas en el colector. Baja caída de tensión en saturación. Desventajas. Poca ganancia con v/i grandes. Consume mas energía al no tener el terminal de control ya que funciona directamente.

22. Símbolos de los transistores bipolares npn y pnp

23. Estructura básica del transistor bipolar

24. Zonas Corte: Se comporta como un interruptor abierto, que nos permite la circulación de corriente entre colector y emisor. Por tanto, en ésta zona de funcionamiento el transistor está desactivado. Activa: se inyecta corriente a la base del transistor, y éste soporta una determinada tensión entre colector y emisor,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. *Saturación: se inyecta suficiente corriente a la base para disminuir la vCE y conseguir que el transistor se comporte como un interruptor cuasi ideal. La tensión que soporta entre sus terminales es muy pequeña y depende del transistor. En éste caso ambas uniones están polarizadas directamente. Se suele hablar de la tensión colector-emisor en saturación.

25. Características V-I de los transistores bipolares

26. CONEXIÓN DARLINGTON No es mas que la conexión de varios transistores para aumentar la ganancia total del transistor. Características y Ventajas. Mayor ganancia de corriente. Tanto el disparo como el bloqueo son secuenciales. La caída de tensión en saturacion es bastante constante. Desventajas. Se utilizan para potencias medias y frecuencias de trabajo medias.

27. MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) Son transistores controlados por tensión. Existen dos tipos de canal N y canal P. Características y Ventajas Presenta menores perdidas Mayor velocidad de Conmutacion. Facilidad de control gracias al aislamiento de la puerta. El consumo de corriente de puerta es pequeño. Desventajas La resistencia en saturación Ron varia mucho con la temperatura y la corriente que circula. La potencia que maneja es bastante reducida.

28. Símbolos de los transistor MOSFET de canal n y canal p

29. IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor) Es una mezcla entre el MOSFET y el BJT con cada una de sus caracteristicas, ya que, pequeñas perdidas en conduccion y facilidad de disparo. Características y Ventajas. Puede soportar tensiones elevadas, con un control sencillo de tensión en el GATE. Permite trabajar en rangos de frecuencias medias, controlando potencias bastante elevadas. Desventajas. La velocidad a la que trabajan no es tan elevada como la de los MOSFETS

30. Símbolos alternativos de los transistores IGBTs

31. Comparación entre los diferentes transistores de potencia