2 tipos y pruebas de estado

TECSUP - PFR Electrónica de Potencia I
9
Unidad II
““TTIIPPOOSS YY PPRRUUEEBBAASS DDEE EESSTTAADDOO””
1. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
A partir de 1970 se desarrollaron varios tipos de dispositivos semiconductores de
potencia que quedaron disponibles en forma comercial.
1.1 TIPOS Y SÍMBOLOS
1.1.1. DIODOS RECTIFICADORES
Figura 2.1
1.1.2. TIRISTORES
Figura 2.2
1.1.3. TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNTURA (BJT)
Figura 2.3
Anodo
A
Cátodo
K
Símbol
Gate
G
Anodo
A Cátodo
K
Colector
C
E
Emisor
Base
B

Electrónica de Potencia I TECSUP - PFR
10
1.1.4. TRANSISTORES DE METAL ÓXIDO SEMICONDUCTOR
FET (MOSFET)
Figura 2.4
1.1.5. TRANSISTORES BIPOLARES DE COMPUERTA AISLADA
(IGBT)
Figura 2.5
2. FUNCIONAMIENTO IDEAL
De un modo ideal estos semiconductores funcionan como interruptores y por
tanto tienen dos posiciones definidas:
2.1 ESTADO DE BLOQUEO O CORTE
El semiconductor no permite el paso de corriente. En dicho estado el
semiconductor soporta el voltaje proporcionado por la fuente de
alimentación.
Terminal
Principal 1
Terminal
Principal 2
I= 0
Dispositivo Semiconductor
de Potencia
Terminal
de control
Figura 2.6
G
C
E
Gate
G
Drenador
D
S
Surtidor

11
2.2 ESTADO DE CONDUCCIÓN O SATURACIÓN
El semiconductor permite el paso corriente, y la caída de tensión que
produce es nula en caso ideal. En dicho estado la cantidad de corriente
que fluye por el semiconductor depende del valor de la carga.
Terminal
Principal 1
Terminal
Principal 2
I
Dispositivo Semiconductor
de Potencia
Terminal
de control
Figura 2.7
2.3 CONTROL
El paso del estado de bloqueo al de conducción depende de la aplicación
de una señal (de corriente o voltaje según el tipo de dispositivo) al
terminal de control así como de la correcta polarización de los terminales
principales del semiconductor.
El único dispositivo de potencia que no tiene terminal de control es el
Diodo Rectificador, cuyo paso del estado de bloqueo al de conducción
depende de la polaridad de la fuente de alimentación que lo alimenta.
2.4 CARACTERÍSTICAS IDEALES
En un interruptor ideal serían deseables las siguientes características:
• Baja corriente de fugas en estado de bloqueo.
• Alta tensión de bloqueo.
• Alta corriente nominal.
• Baja caída de tensión en el estado de conducción.
• Proporcionalidad directa entre la caída de tensión y la intensidad de
corriente.
• Cortos tiempos de conexión y desconexión.
• Buena posibilidad de admitir valores altos de dv/dt y di/dt.
• Bajas tensiones e intensidades de control, es decir, potencia de control
reducida.

12
2.5 CARACTERÍSTICAS REALES
Lo que sucede en la práctica es que el comportamiento no es el ideal y
se aleja de él, más o menos, según los casos. En general podemos dar las
características que servirán para evaluar a los distintos semiconductores
en la lista siguiente:
• Tensión de utilización.
• Intensidad nominal de empleo.
• Tiempo de conmutación desde bloqueo a conducción (tiempo de
encendido ONt ).
• Tiempo de conmutación de conducción a bloqueo (tiempo de apagado
OFFt ).
• Velocidad de conmutación.
• Control con pequeña potencia (tensión o intensidad).
3. DIODOS RECTIFICADORES
3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Es el más sencillo de los dispositivos electrónicos. Su funcionamiento es
muy parecido a una válvula del tipo check que se usan en los tanques
reservorios de agua para evitar el retorno del líquido. Para aplicaciones
industriales (60Hz de frecuencia) se utilizan diodos estándar o de uso
general, en cambio para aplicaciones especiales a frecuencias de kHz, se
utilizan los diodos de recuperación rápida (soportan altos voltajes) o los
diodos Schottky (soportan bajos voltajes).
(Nota: Presión es equivalente a Voltaje y fluido de agua es equivalente a
corriente eléctrica)
Ejemplo de Válvula Check
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
Figura 2.8
Los diodos son dispositivos formados por la unión de cristales
semiconductores de silicio conformando una pastilla de dos capas; tienen
dos terminales denominados Anodo “A” y Cátodo “K”. Cuando es
polarizado con un voltaje de ánodo mayor que voltaje de cátodo en 0.6V
(polarización directa), permite el paso de corriente a su través en el
sentido de Anodo a Cátodo. Dicho sentido aparece indicado con una

13
flecha sobre el propio semiconductor. Si se encuentra conduciendo y se
aplica la tensión en sentido inverso (polarización inversa) hasta hacer que
la corriente A-K disminuya y sea menor que la corriente de
mantenimiento (IH), el diodo bloqueara el paso de la corriente.
En la figura 2.9a, se muestra el símbolo usado para representar al diodo
rectificador. La caída de tensión entre sus terminales A-K al momento de
conducir es VD = 0.6V. La corriente ID que pasa por el diodo en
conducción se encuentra limitada por la carga.
En la figura 2.9b, se observa la forma de reconocer si el diodo se
encuentra polarizado en directa o inversa.
Figura 2.9
En la figura 2.10, se observan los dos estados posibles que puede tener el
diodo dependiendo de la polaridad en sus terminales A-K. En dicha figura
se considera al diodo como un interruptor electrónico ideal.
Figura 2.10

14
3.2 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
En polarización inversa: (Estado de bloqueo)
VRRM: Voltaje de pico inverso repetitivo.
VRSM: Voltaje de pico inverso no repetitivo (transitorio).
IRRM : Valor pico de la corriente de fugas con VRRM.
En polarización directa: (Estado de conducción)
IF(AV) : Corriente directa media (ADC).
IF(RMS): Corriente directa eficaz (ARMS).
IFSM : Corriente directa instantánea máxima, no repetitiva que
soporta en el tiempo de un semiciclo.
3.3 TIPOS DE ENCAPSULADOS
Figura 2.11 Figura 2.12 Figura 2.13
Podemos observar tres tipos de encapsulados, de los muchos que se
tienen, correspondientes a diodos de potencia. La parte roscada sirve
para instalar el diodo en una placa disipadora de calor sujetándola por
medio de una tuerca y así evitar su excesivo calentamiento.
• Los diodos pueden tener su terminal de ánodo (A) perteneciente a la
parte roscada, en tal caso se denominan “diodos negativos”.
• Los diodos cuyo terminal de cátodo (K) pertenece a la parte roscada,
se denominan “diodos positivos”.
En la figura 2.11, se tiene un diodo rectificador industrial de
encapsulado tipo DO-4, la parte roscada puede ser Anodo o Cátodo. La
corriente promedio de conducción es de 16 a 25 ADC y voltaje pico
inverso disponibles en el rango de 50 a 1200 Vpico.
encapsulado tipo SR-75, la parte roscada puede ser Anodo o Cátodo.

15
La corriente promedio de conducción es de 450 a 550 ADC y voltaje pico
inverso disponibles en el rango de 600 a 1600 Vpico.
encapsulado tipo HR-16, la parte inferior es el Anodo. La corriente
promedio de conducción es de 430 y voltaje pico inverso de 1400 Vpico.
Se observa que dicho diodo trabaja montado dentro de un armazón de
aluminio que le sirve de disipador y debe ser ajustado a una presión de
1400 Lbs.
3.4 PRUEBAS CON MULTÍMETRO EN “ESCALA DE DIODO”
En el siguiente gráfico, se tiene un diodo del tipo cátodo roscado. El
multímetro indicara el voltaje de conducción del diodo que normalmente
esta en el rango de 0.4 a 0.65V para diodos de silicio, que son usados en
potencia.
Figura 2.14
Al medir con el voltímetro en sentido contrario, se indicará máxima escala
(OL) en la pantalla del mismo.
Figura 2.15
GND
Cable
Cable
Anodo
Cátodo
0.45V
GND
Cable
Cable
OL
Anodo
Cátodo

16
4. TIRISTORES
Son dispositivos formados por la unión de cristales semiconductores de
silicio conformando una cápsula de cuatro capas.
Tienen tres terminales denominados Anodo “A”, Cátodo “K” y Gate
“G”. Los terminales A y K son denominados “terminales de Potencia”,
y el terminal G es denominado “terminal de control”.
En la siguiente figura se muestra el símbolo que representa a dicho
dispositivo.
Figura 2.16
El tiristor es un dispositivo que, al igual que el diodo rectificador, tiene
dos estados de trabajo: Bloqueo (no conducción) y Conducción. Pero a
diferencia del diodo, para que exista conducción se han de dar
simultáneamente las dos condiciones siguientes:
• Tensión aplicada de polarización directa en los terminales de potencia
en el sentido de Ánodo a Cátodo.
• Pulso de corriente adecuada en el terminal de Gate.
Una vez lograda la conducción, el tiristor se mantiene en dicho estado
aunque se elimine la corriente en el Gate. Ahora el Gate ha perdido el
control del tiristor.
Para que el tiristor pase al estado de Bloqueo se debe cumplir la siguiente
condición:
• Reducir (por algún medio externo) la corriente que pasa a través de
Ánodo-Cátodo hasta hacerla menor que la corriente de mantenimiento
(IH) durante un tiempo dado.
En el sentido de polarización inversa Cátodo-Ánodo, el tiristor siempre
bloquea el paso de corriente en sus terminales principales
independientemente de aplicación de corriente en el terminal de Gate.
Podemos representar el funcionamiento del Tiristor haciendo analogía con
el siguiente circuito hidráulico:
A K
G

17
(Nota: Presión es equivalente con Voltaje y fluido de agua es equivalente
a corriente)
Figura 2.17
El tiristor no conduce a pesar de estar polarizado en directa: Potencial
Ánodo mayor que Potencial Cátodo. Analogía: terminal de Gate
representado por una compuerta deslizante.
Figura 2.18
El tiristor es activado (disparado), volviéndose conductor pues se cumplen
los dos requisitos para tal fin: Polarización Directa y Pulso de corriente en
Gate. Analogía: La compuerta deslizante es jalada hacia abajo
permitiendo que la apertura de la compuerta principal deje fluir el agua.
Figura 2.19
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
Estado de Bloqueo
ANODO CATODO
GATE
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
Disparo del Tiristor
ANODO CATODO
GATE
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
Estado de Conducción
ANODO CATODO
GATE

18
El tiristor permanece en conducción a pesar que el terminal de Gate es
desactivado. Analogía: La compuerta de Gate es repuesta en su posición
primigenia.
Figura 2.20
Para que el tiristor deje de conducir, prácticamente no debe haber flujo
de corriente a través de sus terminales de potencia. Analogía: cuando
no existe fluido, la compuerta principal retorna a su posición primigenia
por medio de la rótula de la compuerta de Gate.
En polarización inversa:
VRRM: Voltaje de pico inverso repetitivo.
VRSM: Voltaje de pico inverso no repetitivo (transitorio).
IRRM: Valor pico de la corriente de fugas con VRRM.
En polarización directa:
IF(AV): Corriente directa media (ADC).
IF(RMS): Corriente directa eficaz (ARMS).
IFSM: Corriente directa instantánea máxima, no repetitiva que
soporta en el tiempo de un semiciclo.
presión
de agua cero
presión
de agua cero
-
Tiristor bloqueándose
ANODO CATODO
GATE
flujo casi cero
-

19
En la figura 2.21, nos permite mostrar los dos estados de trabajo del
tiristor representados en un eje cartesiano, así como los términos más
usuales.
Figura 2.21
• IL : Corriente de enganche, es la corriente de ánodo mínima necesaria
para mantener al tiristor en estado de conducción inmediatamente
después de que ha sido activado y se ha retirado la señal de gate.
• IH : Corriente de mantenimiento, es la corriente de ánodo mínima
necesaria para mantener el tiristor en el estado de conducción.
• VBO = VRRM : Es el voltaje de pico inverso y directo repetitivo máximo
que pueden soportar los terminales de potencia del tiristor. Se observa
que el tiristor también podría dispararse sin aplicar señal de gate si es
que el voltaje pico de la fuente de alimentación supera el VRRM, pero
dicha forma de trabajo no es recomendable pues el tiristor se puede
destruir.
• Corrientes de fuga directa e inversa: Idealmente debieran ser
cero, pero, debido a las imperfecciones de los tiristores tienen valores
muy pequeños diferentes de cero.
• Caída directa de voltaje: Es la caída de voltaje entre los terminales
de potencia del tiristor cuando se encuentra en conducción.

20
Podemos observar tres tipos de encapsulados, de los muchos que se
tienen, correspondientes a tiristores. La parte roscada sirve para colocar
una placa disipadora de calor sujetándola con una tuerca y así evitar
calentamiento excesivo en el dispositivo.
En la figura 2.22, se tiene un tiristor de encapsulado tipo TO-48, la parte
roscada siempre es el terminal de Anodo. Se pueden conseguir tiristores
con corrientes promedio de conducción entre 6.2 a 22 ADC y voltaje pico
inverso entre 50 hasta 800V.
En la figura 2.23, se tiene un tiristor de encapsulado tipo TO-93, la parte
roscada siempre es el terminal de Anodo. Se pueden conseguir tiristores
con corrientes promedio de conducción entre 175 a 230 ADC y voltaje
pico inverso entre 200 hasta 1600V.
En la figura 2.24, se tiene un tiristor de encapsulado tipo HT-23, la parte
inferior es el Anodo. La corriente promedio de conducción es de 550 ADC
y voltaje pico inverso de 1600V. Se observa que dicho tiristor trabaja
montado dentro de un armazón de aluminio que le sirve de disipador y
ajustado a una presión de operación de 2400 lbs.
En la figura 2.23 se observa que existen dos terminales Cátodo. Ambos
conductores se encuentran físicamente unidos pero uno de ellos
pertenece a la etapa de potencia (conductor de mayor calibre) y el otro

21
pertenece a la etapa de disparo (conductor rojo), permitiendo el retorno
de la corriente de disparo que ingresa al gate. Ver la siguiente figura:
En la figura 2.24 se observa que dicho tipo de tiristores trabajan
satisfactoriamente cuando han sido instalados y ajustados sus terminales
de potencia con una presión de 2400 lbs.
Tarjeta de
disparo
A
K
G
K
Ingreso IG
Retorno IG
Figura 2.25
En el siguiente gráfico, se tiene un tiristor. El multímetro indicara los
siguientes valores cuando el dispositivo se encuentre en buenas
condiciones.
Figura 2.26
Cable Rojo Multímetro Cable Negro Multímetro Valor Medido (V)
A K OL
K A OL
A G OL
G A OL
K G Valor pequeño ≠ 0
G K Valor pequeño ≠ 0
Tabla 2.1
GND
Cable rojo
Cable negro
Anod
Cátod
0.45V
Gate

22
5. TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNTURA (BJT)
Fue el primer semiconductor controlable y su desarrollo permitió la construcción
de los primeros amplificadores de electrónica de estado sólido. Su empleo
durante muchos años estuvo limitado al campo de las pequeñas tensiones e
intensidades. Esta formado por la unión de cristales de silicio dopados de manera
precisa para formar una pastilla semiconductora de tres capas. Es un dispositivo
de tres terminales denominados Emisor, Base y Colector, los cuales responden a
las abreviaturas E, B y C. Los terminales de potencia son E y C y los terminales
de control son B y C.
Se utilizan en forma amplia en convertidores de CA-CD y CD-CA. Su velocidad de
conmutación es mayor a la de los tiristores pero las especificaciones de voltaje y
corriente son menores, entonces se utilizan en aplicaciones de baja y mediana
potencia.
Se pueden tener transistores BJT del tipo NPN y PNP tal como se muestra en la
figura. Observe que en el transistor tipo NPN, la polarización de los terminales
principales debe ser VC>VE. La señal de control es en forma de corriente
ingresando por su terminal B.
En el transistor PNP la polarización debe ser VE>VC. La señal de control es en
forma de corriente saliendo del terminal B.
Figura 2.27
En electrónica de potencia se usa este semiconductor como interruptor
controlable. No se emplea como amplificador. Ahora en el mercado hay
transistores que permiten mayores tensiones e intensidades y por ello se les
denominan transistores de potencia.

23
En potencia, el transistor es usado como interruptor, por lo tanto tiene
dos estados de operación:
• Cuando los terminales principales C y E no permiten el paso de
corriente, se dice que el transistor se encuentra en estado de Corte (al
igual que el estado de Bloqueo en diodos y tiristores). En tal estado los
terminales C y E soportan el máximo voltaje proporcionado por la
fuente de alimentación.
Para que el transistor trabaje en dicho estado, el terminal de control B
no debe recibir corriente.
• Cuando los terminales principales C y E permiten el paso máximo de
corriente limitado por la carga, se dice que el transistor se encuentra
en estado de Saturación (al igual que el estado de Conducción en
diodos y tiristores). En tal estado los terminales C y E tienen una caída
de voltaje de 1V aproximadamente. Para que el transistor trabaje en
dicho estado, el terminal de control B debe recibir permanentemente
una señal de corriente.
Haciendo analogía del trabajo del transistor con un circuito hidráulico
tenemos:
(Nota: Presión es equivalente con voltaje y fluido de agua es equivalente
con corriente eléctrica).
Figura 2.28
Observamos que la compuerta esta normalmente cerrada no permitiendo
el flujo de agua. Además los terminales principales C y E soportan presión
máxima. El terminal B se encuentra inactivo.
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
Estado de Corte (Bloqueo)
COLECTOR EMISOR
BASE

24
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
Estado de Saturación (Conducción)
COLECTOR EMISOR
BASE
Figura 2.29
Observamos que el terminal de control B tiene aplicada una señal en
forma permanente para que la compuerta este abierta permitiendo de ese
modo el paso de fluido.
En estado de Corte:
BVCEO: Máximo voltaje que pueden soportar los terminales de potencia C
y E.
BVCBO: Máximo voltaje que pueden soportar los terminales C y B.
En la figura 2.30, se muestra el siguiente gráfico representando al
transistor de potencia en el estado de corte por medio de una analogía
eléctrica.
Figura 2.30
C E
I= 0
Transistor de Potencia en
Corte
B
+ -

25
En estado de Saturación:
IC: Máxima corriente que pueden soportar los terminales de potencia C y
E.
BVEBO: Máximo voltaje inverso que pueden soportar los terminales B y E.
PD: Máxima potencia de disipación del dispositivo. PD= ICxVCE (Watts).
hFE: Ganancia de corriente. hFE= IC/IB. (No tiene unidades).
ft: Máxima frecuencia de trabajo del transistor. (Unidades en Hz).
La respectiva analogía eléctrica del transistor trabajando en saturación se
muestra en la figura 2.31:
Figura 2.31
I
Transistor de Potencia en
Saturación
C
+
E
-
B

26
En la figura 2.32, se muestra las curvas generales de un transistor de
potencia con indicación de las regiones de Corte y Saturación.
Figura 2.32
Vemos que la intensidad de corriente aplicable a la base permite el
control del transistor. Para operar al transistor como interruptor
electrónico se debe hacer:
• Bi = 0, el transistor se encuentra en la región de Corte.
• Para Bi = máxBi
el transistor se encuentra en la región de saturación.
El principal inconveniente del transistor BJT ocurre cuando se quiere
controlar grandes cantidades de corriente fluyendo por los terminales de
potencia. Debido a su pequeña ganancia de corriente (hFE= IC/IB) sería
necesario aplicar un valor excesivo de potencia de control.
Para resolver dicho inconveniente sin que desaparezcan las ventajas del
transistor de potencia, se usan asociaciones de transistores acoplados en
conexión Darlington con la cual se incrementa la ganancia disminuyendo
por lo tanto el valor de la corriente de control IB.
Esquema básico de un transistor Darlington en la figura 2.33.
Figura 2.33

27
Otras características importantes de los transistores de potencia BJT son
los tiempos de conmutación. Dichos tiempos son del orden de sµ debido
a su gran frecuencia de conmutación mucho mayores que la de los
tiristores. Tenemos:
• rt = Tiempo de retardo, transcurrido entre el inicio de la excitación de
base, y la llegada de la intensidad de colector al 10% de su valor final.
• st = Tiempo de subida, transcurrido para que la intensidad de colector
pase del 10 al 90% de su valor final.
• ONt = Tiempo de excitación, es la suma de las anteriores ONt = rt + st
(ejm.: sµ4 ).
• alt = Tiempo de almacenamiento, entre el inicio de la desexcitación de
la base hasta que su intensidad cae a 90% de su valor (ejm: sµ8 ).
• ct = Tiempo de caída, el que emplea la intensidad de colector para
bajar del 90 al 10% de su valor (ejm: )3 sµ .
• OFFt = Tiempo de apagado, es la suma de las anteriores OFFt = alt + ct .
En la figura 2.34, nos muestra el cambio de estado del transistor desde el
estado de Corte (IC=0) a Saturación (ICnom) y finalmente a Corte (IC=0).
También se puede observar los tiempos de conmutación característicos y
la respectiva disipación de potencia del componente (Pdis), que ocurre solo
durante la conmutación.
Características dinámicas de un transistor
Paso de Corte a Saturación y viceversa
Figura 2.34

28
Se presentan a continuación tres tipos de encapsulados normalmente
usados por los transistores.
En la figura 2.35, se tiene un transistor de encapsulado TO-220, donde el
terminal C normalmente se encuentra internamente unido a su placa de
aluminio. Los valores máximos de corriente Ic que puede soportar se
encuentran en el rango de 10A, y los valores máximos de voltaje BVCEO
son del orden de 800V.
aluminio. Los valores máximos de corriente Ic que puede soportar se
encuentran en el rango de 50A, y los valores máximos de voltaje BVCEO
son del orden de 1500V. Observamos un diodo instalado entre CE, al cual
se denomina diodo “damper” y sirve para proteger al transistor cuando
trabaja con cargas inductivas.
terminal C también es la parte roscada. Los valores máximos de corriente
Ic que puede soportar se encuentran en el rango de 50A, y los valores
máximos de voltaje BVCEO son del orden de 150V.
Obviamente todos los encapsulados están fabricados en material de
aluminio y una resina epóxica aislante. El aluminio sirve para poder
efectuar el montaje en un disipador de calor de igual material, con el
objetivo de evitar calentamiento excesivo del transistor.

29
A continuación mostramos la forma de comprobar el perfecto estado del
componente por medio del multímetro digital. Consideramos un transistor
NPN.
Figura 2.38
O
b
s
e
r
v
O
Tabla 2.2
Observamos que el valor medido BE es ligeramente mayor que BC.
Si el transistor tuviera diodo damper la medida sería la siguiente:
C E OL
E C Ejm: 0.6
C B OL
E B OL
B E Ejm: 0.431
B C Ejm: 0.425
Tabla 2.3
6. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE OXIDO METALICO DE SILICIO
(MOSFET)
Un transistor BJT es un dispositivo controlado por corriente, que requiere de
corriente de base para controlar el flujo de corriente del colector. Un MOSFET de
potencia es un dispositivo controlado por voltaje, que requiere sólo de una
pequeña corriente de entrada. La velocidad de conmutación es muy alta siendo
los tiempos del orden de los nanosegundos. Los MOSFET son de dos tipos: (1)
C E OL
E C OL
C B OL
E B OL
B E Ejm: 0.431
B C Ejm: 0.425
GND
rojo
negro

30
de agotamiento y (2) de enriquecimiento. Cada uno de los tipos de MOSFET
mencionados también pueden ser de canal n o de canal p . Los transistores
MOSFET emplean un campo eléctrico para controlar la intensidad de corriente en
sus terminales de potencia. Los terminales de potencia se denominan Drenador
(D) y Surtidor (S), el terminal de control se denomina Gate (G).
En la figura 2.39, se muestran los símbolos empleados para representar a cada
uno de los tipos de transistores MOSFET.
MOSFET de enriquecimiento MOSFET de agotamiento
Figura 2.39
Los MOSFET de enriquecimiento ofrecen normalmente alta resistencia entre sus
terminales principales D y S, su analogía eléctrica podría corresponder al
contacto de un relé NA. Los MOSFET de agotamiento es el caso contrario y
podría relacionarse con un contacto de relé NC.
En potencia el tipo de transistor MOSFET mas usado es el “MOSFET de
enriquecimiento canal n”. En potencia el transistor debe trabajar como
interruptor electrónico, por lo tanto tiene dos estados de operación. :
• Cuando los terminales principales D y S no permiten el paso de
corriente, se dice que se encuentra en el estado de Corte (Bloqueo).
En tal estado dichos terminales soportan el máximo voltaje
proporcionado por la fuente de alimentación. Para que el transistor
trabaje en dicho estado, el terminal de control G no debe recibir señal
de voltaje.
• Cuando los terminales principales D y S permiten el paso máximo de
en estado de Saturación. En tal estado los terminales D y S tienen
una caída de voltaje de 3V aproximadamente. Para que el transistor
trabaje en dicho estado, el terminal de control G debe recibir
permanentemente una señal de voltaje.
G
S
D
canal n
G
D
S
canal n
G
S
D
canal p
S
G
D
canal p

31
En la figura 2.40, presentamos la analogía del trabajo del transistor
MOSFET con un circuito hidráulico: (Recordemos que la presión de agua
es equivalente al voltaje en un circuito eléctrico, y el fluido de líquido es
equivalente a la corriente eléctrica).
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
DRENADO
R
SURTIDO
R
GAT
E
(sin señal de voltaje)
Figura 2.40
En estado de Corte:
• BVDSS: Máximo voltaje que pueden soportar los terminales de
potencia D y S.
• ID: Máxima corriente continúa que pueden soportar los terminales de
potencia D y S.
• BVGS: Máximo voltaje que puede soportar el terminal de control G y su
retorno por S.
• VGS(th): Voltaje umbral máximo en G y S necesario para hacer
conducir al MOSFET.
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
DRENADOR SURTIDOR
GATE
(señal de voltaje)
Figura 2.41

32
• PD: Máxima potencia de disipación del dispositivo. PD= IDxVDS.
• Gfs: Transconductancia (gfs=ID/VGS), es la amplificación de corriente
respecto del voltaje de control aplicado. Sus unidades son mhosµ .
En la figura 2.42, se muestra la curva característica del transistor
MOSFET.
Figura 2.42
Los tiempos de conmutación del transistor MOSFET son mucho menores
que de los transistores BJT, por ejemplo:
ONt = 4 sµ en el transistor BJT y 40 sη en el transistor MOSFET.
(1 sµ =1000 sη )
OFFt = 11 sµ en el transistor BJT y 70 sη en el transistor MOSFET.
Por lo tanto los transistores MOSFET pueden trabajar con altas
frecuencias de conmutación.
Debido a la alta impedancia del terminal de control, los MOSFET son
dispositivos muy sensibles a las cargas estáticas que puedan recibir
durante su manipulación, las cuales podrían dañar el terminal G. Por tal
razón se recomienda poner a tierra al personal que trabaje con dichos
dispositivos.
En la actualidad los fabricantes ofrecen sus productos protegidos contra
las cargas estáticas.

33
Tenemos algunos tipos de encapsulados:
terminal D normalmente se encuentra internamente unido a su placa de
aluminio. Los valores máximos de corriente ID se encuentra en el rango
de 18A, y los valores máximos de voltaje BVDSS es alrededor de 1000V.
En la figura 2.44, se tiene un transistor de encapsulado TO-220J. Los
valores máximos de corriente ID se encuentra en el rango de 32A, y los
valores máximos de voltaje BVDSS es alrededor de 600V.
terminal D normalmente se encuentra internamente unido a su placa de
aluminio. Los valores máximos de corriente ID se encuentra en el rango
de 32A, y los valores máximos de voltaje BVDSS es alrededor de 800V.
6.4 PRUEBAS CON “MULTÍMETRO EN ESCALA DE DIODO”
Para comprobar el perfecto estado del transistor MOSFET, usamos el
multímetro digital en escala de diodo. Las medidas obtenidas deben tener
aproximadamente los valores de la tabla 2.4.
MOSFET de enriquecimiento canal n
Figura 2.46
GND
rojo
negro

34
Tabla 2.4
Existen casos en los cuales las medidas D y S presentan valores muy
pequeños (como si estuvieran en cortocircuito).
Lo que ha sucedido es que hemos activado el MOSFET al tocar el terminal
de control G con nuestras manos. Para remediar tal situación y verificar
que el dispositivo se encuentra en buen estado, se recomienda tocar
nuevamente los terminales del MOSFET para desactivarlo, ante lo cual las
medidas serían las mostradas en la tabla superior.
Si el MOSFET tuviese un diodo damper, las medidas correctas serían
como se muestra en la tabla 2.5.
D S OL
S D Ejm: 0.6
D G OL
G D OL
G S OL
S G OL
Tabla 2.5
7. TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA (IGBT)
Los transistores de potencia, en el caso de tensión e intensidad importantes, no
ofrecen la velocidad de conmutación adecuada para determinados convertidores
con onda de salida cercana a la senoidal. Acabamos de ver que los MOSFET si
son dispositivos conmutadores de alta frecuencia pero tienen prestaciones
moderadas en potencia controlada. Los semiconductores que juntan en un
compromiso técnico la velocidad de conmutación con control de potencias altas
son los transistores de puerta aislada.
Su acrónimo IGBT se deriva de su designación en inglés Insulated Gate Bipolar
Transistor.
El IGBT es también un dispositivo controlado por señal de voltaje aplicado a su
terminal de control denominado Gate. Los terminales de potencia se denominan
Colector y Emisor.
D S OL
S D OL
D G OL
G D OL
G S OL
S G OL

35
En la figura 2.47, se presentan el símbolo del IGBT.
Figura 2.47
Observamos que el nombre de los terminales es una mezcla de los usados en los
transistores BJT y MOSFET. Los terminales de potencia son C y E. El terminal de
control es G, el cual debe cerrar circuito por E.
Los transistores IGBT están en continuo desarrollo por los fabricantes de
dispositivos, los que ofrecen al mercado cada día nuevos dispositivos con
características de trabajo de mayores tensiones y corriente. Actualmente se
ofrecen transistores IGBT de “Quinta Generación”, indicando que pueden trabajar
a frecuencias de hasta 100kHz. Con tales velocidades de trabajo los equipos de
potencia se irán cada vez reduciendo de tamaño.
EL transistor IGBT esta diseñado para trabajar como interruptor
electrónico de alta frecuencia. Por lo tanto tiene dos únicos estados de
operación:
• Cuando los terminales principales C y E no permiten el paso de
corriente, se dice que se encuentra en el estado de Corte (Bloqueo).
En tal estado dichos terminales soportan el máximo voltaje
proporcionado por la fuente de alimentación. Para que el transistor
trabaje en dicho estado, el terminal de control G no debe recibir señal
de voltaje.
• Cuando los terminales principales C y E permiten el paso máximo de
en estado de Saturación. En tal estado los terminales C y E tienen
una caída de voltaje de 0.1V aproximadamente. Para que el transistor
trabaje en dicho estado, el terminal de control G debe recibir
permanentemente una señal de voltaje.
En las figuras 2.48 y 2.49, presentamos la analogía del trabajo del
transistor IGBT con un circuito hidráulico: (Recordemos que la presión de
agua es equivalente al voltaje en un circuito eléctrico, y el fluido de
líquido es equivalente a la corriente eléctrica).
G
C
E

36
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
COLECTOR EMISOR
GAT
E
(sin señal de voltaje)
Figura 2.48
mayor presión
de agua
menor presión
de agua
+ -
COLECTOR EMISOR
GATE
(señal de voltaje)
Figura 2.49
En estado de Corte:
• VCES: Máximo voltaje que pueden soportar los terminales de potencia C
y E.
• IC: Máxima corriente continua que pueden soportar los terminales de
potencia C y E.
• VGES: Máximo voltaje que puede soportar el terminal de control G y su
retorno por E.
• VGE(th): Voltaje umbral máximo en G y E necesario para hacer conducir
al IGBT.
• PD: Máxima potencia de disipación del dispositivo. PD= ICxVCE.
• VCE(on): Caída de voltaje en C y E durante la saturación del IGBT.

37
En la figura 2.50, se muestra la curva característica del transistor IGBT.
Figura 2.50
Se observa que el IGBT se encuentra en la región de Corte para valores
VGE menores a 5 voltios. En dicha región los terminales de potencia del
dispositivo soportan el máximo voltaje proporcionado por la fuente de
alimentación.
También observamos que para valores VGE superiores a 10 voltios pero
menores que 20, el IGBT se encuentra en la región de Saturación,
soportando sus terminales de potencia la máxima corriente permitida por
la carga.
Los transistores IGBT tienen lo mejor de los transistores BJT (gran
capacidad de potencia) y los transistores MOSFET (gran velocidad de
conmutación), siendo por lo tanto en la actualidad los más usados en los
convertidores DC/AC.

38
Se tienen algunos de los tipos de encapsulados en que se pueden
presentar los transistores IGBT.
En la figura 2.51, se tiene un transistor de encapsulado TO-220J. Los
valores máximos de corriente IC se encuentra en el rango de 15A, y los
valores máximos de voltaje VCES es alrededor de 600V.
En la figura 2.52, se tiene un transistor de encapsulado TO-3PJ. donde el
aluminio Los valores máximos de corriente IC se encuentran en el rango
de 25A, y los valores máximos de voltaje VCES es alrededor de 1200V.
En la figura 2.53 se tiene un transistor de encapsulado TO-3PL, donde el
aluminio. Los valores máximos de corriente IC se encuentra en el rango
de 80A, y los valores máximos de voltaje VCES es alrededor de 1200V.
7.4 PRUEBAS CON "MULTÍMETRO EN ESCALA DE DIODO"
Las medidas correctas del transistor IGBT mediante un multímetro digital
en escala de diodos son:
(Transistor IGBT con diodo damper)
Figura 2.54
C E OL
E C Ejm: 0.6
C G OL
G C OL
G E OL
E G OL
Tabla 2.6
GND
rojo
negro

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