Fundamentos y Tipos de Dispositivos Semiconductores de Potencia

Clasificación de los Dispositivos Semiconductores

Los dispositivos semiconductores se clasifican según su capacidad de control en el circuito de potencia:

• Dispositivos No Controlados

  En este grupo se encuentran los Diodos. Sus estados de conducción (ON) y bloqueo (OFF) dependen exclusivamente del circuito de potencia. Por tanto, estos dispositivos no disponen de ningún terminal de control externo.

• Dispositivos Semicontrolados

  Dentro de la familia de los Tiristores, se incluyen los SCR y los TRIAC. En este caso, su puesta en conducción (paso de OFF a ON) se debe a una señal de control externa que se aplica en uno de los terminales del dispositivo, comúnmente denominado puerta.

• Dispositivos Totalmente Controlados

  En este grupo encontramos los transistores bipolares BJT, los transistores de efecto de campo MOSFET, los transistores bipolares de puerta aislada IGBT y los tiristores GTO, entre otros.

El Diodo de Potencia: Funcionamiento y Características

Un diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus límites de tensión y corriente, permite la circulación de corriente en un único sentido. Detalles de funcionamiento, generalmente despreciados para los diodos de señal, pueden ser significativos para componentes de mayor potencia, caracterizados por un área mayor (para permitir mayores corrientes) y mayor longitud para soportar tensiones inversas más elevadas.

Los diodos actúan como interruptores unidireccionales en los cuales no puede circular corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control consiste en invertir la tensión ánodo-cátodo, ya que no disponen de ningún terminal de control. En régimen transitorio, cabe destacar dos fenómenos importantes:

Fenómenos Transitorios en Diodos de Potencia

• Recuperación Inversa

  El paso de conducción a bloqueo no se efectúa instantáneamente. Cuando el diodo conduce una corriente I en polarización directa, la zona central de la unión está saturada de portadores mayoritarios. Aunque un circuito externo fuerce la anulación de la corriente aplicándole una tensión inversa, cuando la corriente pasa por cero aún existe una cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten la conducción de una corriente inversa durante un tiempo, denominado tiempo de recuperación inversa.

• Recuperación Directa

  Es otro fenómeno de retardo de menor importancia que el anterior, que ocurre cuando el diodo pasa de bloqueo a conducción. En el proceso de puesta en conducción, la respuesta del diodo es inicialmente de bloqueo a la corriente. Esta respuesta provoca una sobretensión Vfp, ocasionada por la modulación de la conductividad del diodo durante la inyección de portadores minoritarios.

Tipos Específicos de Diodos de Potencia

Dependiendo de las aplicaciones, existen varios tipos de diodos:

• Diodos Schottky

  Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy pequeña (0,3 V típicos) para circuitos con tensiones reducidas de salida. No soportan tensiones inversas superiores a 50 – 100 V.

• Diodos de Recuperación Rápida

  Son adecuados en circuitos de frecuencia elevada en combinación con interruptores controlables, donde se necesitan tiempos de recuperación pequeños.