Funcionamiento y Aplicaciones de Transistores y Dispositivos de Potencia en la Industria

¿Qué es un Transistor?

Un transistor es un componente semiconductor que funciona como amplificador de corriente. Posee tres terminales: emisor, base y colector.

Tipos de Transistores

BJT (Bipolar Junction Transistor)

Controla la corriente entre colector y emisor mediante la corriente en la base, permitiendo el control de cargas y la conmutación en baja frecuencia. Su respuesta es más lenta que la de los MOSFET, pero soporta mayor corriente con una menor tensión de activación.

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)

Controlado por tensión entre gate (puerta) y source (fuente). Tiene una alta impedancia de entrada, conmutación rápida y baja disipación de energía. Es ideal para aplicaciones de conmutación como fuentes switching.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

Combina la alta capacidad de corriente del BJT con la rápida conmutación del MOSFET. Es usado en aplicaciones industriales de potencia media/alta como variadores de frecuencia.

Resumen MOSFET

• Control: Por tensión.
• Conmutación: Rápida.
• Potencia: Alta.
• Usos: Fuentes switching y audio.

Aplicaciones de los Transistores

• BJT: Amplificación analógica y control de relés.
• MOSFET: Controladores de motores brushless y fuentes conmutadas.
• IGBT: Inversores de tracción y variadores industriales.

Tiristores y TRIACs

Tiristor

Dispositivo de cuatro capas PNPN, utilizado para controlar grandes potencias. Se activa mediante corriente en la puerta y mantiene la conducción hasta que la corriente cae por debajo de un valor mínimo.

TRIAC

Es un dispositivo bidireccional, capaz de controlar la corriente alterna en ambos semiciclos.

Aplicaciones Específicas

• Tiristores: Regulación de potencia y hornos industriales.
• TRIACs: Control de iluminación y calefactores.

Sistemas de Conversión y Control Industrial

Inversores

Transforman la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA), utilizando dispositivos como MOSFETs. Se utilizan en aplicaciones industriales para alimentar motores AC.

Arrancadores Suaves

Controlan el incremento de la tensión al arrancar motores, reduciendo el par y evitando picos de corriente. Utilizan tiristores para un control progresivo de la conducción en cada fase.

Variadores de Frecuencia

Permiten ajustar la velocidad de motores asíncronos mediante la modificación de la frecuencia y la tensión de alimentación. Se componen de un rectificador, un bus de corriente continua y un inversor con modulación PWM.

Control por Modulación de Ancho de Pulso (PWM)

Técnica usada para regular la entrega de energía a una carga, variando el ciclo de trabajo de una señal cuadrada. Es aplicada en el control de velocidad de motores DC, iluminación regulable y sistemas de calefacción.

Ventajas del PWM

• Alta eficiencia.
• Precisión en el control.
• Fácil implementación digital.

Relación con Componentes Electrónicos de Potencia

• MOSFETs e IGBTs: Son ideales para aplicar PWM debido a su rápida conmutación y capacidad para potencias altas.
• Tiristores y TRIACs: No son los mejores para esta técnica, pero se pueden usar con control por ángulo de fase.

Aplicaciones Industriales del PWM

Se destaca su uso en variadores de frecuencia y su fácil integración con microcontroladores.