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E3

Electrónica de potencia: tiristor, TRIAC y DIAC, transistores IGBT y transistor de efecto de campo (FET)

ANA

Electrónica de potencia: tiristor, TRIAC y DIAC, transistores IGBT y FET, rectificación y regulación, y el control de fase de un dimmer.

En este tema · 12 secciones
  1. Objetivos
  2. Sección 1 · Qué es la electrónica de potencia
  3. Sección 2 · El tiristor (SCR)
  4. Sección 3 · El DIAC y el TRIAC
  5. Sección 4 · El transistor de efecto de campo (FET)
  6. Sección 5 · El IGBT
  7. Sección 6 · Fuentes de alimentación y eficiencia
  8. Sección 7 · Dónde aparece todo esto en una instalación de televisión
  9. Errores frecuentes
  10. Resumen exprés
  11. Esquema de repaso
  12. Mapa mental del tema

Objetivos

Al terminar este tema sabrás: (1) para qué sirve un conmutador y por qué la electrónica de potencia trabaja en todo o nada; (2) cómo se ceba y cómo se apaga un tiristor; (3) qué hacen el DIAC y el TRIAC y por qué son la base de un dimmer; (4) distinguir JFET y MOSFET y reconocer su polarización; (5) qué combina un IGBT y dónde no se debe usar; y (6) calcular la eficiencia de un regulador y saber por qué una fuente conmutada la mejora.

⚠ Cae en examen con un patrón muy marcado: dos de las cuatro preguntas son del IGBT, una pidiendo dónde se usa y otra dónde NO. Las otras dos son un esquema de polarización de FET y el rendimiento de un regulador. Es un tema corto y muy rentable.


Sección 1 · Qué es la electrónica de potencia

La electrónica de señal trabaja con milivatios y le importa la fidelidad. La electrónica de potencia trabaja con vatios, kilovatios y megavatios, y le importa otra cosa: no perder energía por el camino.

De ahí sale la idea que gobierna todo el tema: el componente de potencia se usa como interruptor, no como amplificador. Un interruptor ideal no disipa nada, porque:

  • Abierto no pasa corriente → P = V · 0 = 0.
  • Cerrado no cae tensión → P = 0 · I = 0.

Solo se pierde energía durante la transición y por la caída residual en conducción. Por eso los dispositivos de este tema se juzgan por tres cifras: la tensión que bloquean, la corriente que conducen y lo rápido que conmutan.

Esa energía perdida se calcula con dos términos:

P_cond = I² · R_DS(on) (MOSFET)

P_cond = V_CE(sat) · I (bipolar, IGBT)

P_conm ≈ f · (E_on + E_off)

Símbolos. P_cond, P_conm: pérdidas en conducción y en conmutación, en vatios (W). I: corriente que conduce (A; en una onda que no es constante, la corriente eficaz (RMS) durante la conducción, ponderada por el ciclo de trabajo). R_DS(on): resistencia drenador-surtidor en conducción, en ohmios (Ω). V_CE(sat): tensión colector-emisor en saturación (V). f: frecuencia de troceado (Hz). E_on, E_off: energía perdida en cada encendido y en cada apagado, en julios (J).

De dónde salen. En conducción el dispositivo se comporta como una resistencia (P = I²·R) o como una caída casi fija (P = V·I). En cada transición coinciden unos instantes una tensión y una corriente altas, y esa energía por transición, repetida f veces por segundo, es la potencia de conmutación: por eso crece con la frecuencia.

💡 Ejemplo resuelto. MOSFET de 10 A con R_DS(on) = 20 mΩ que trabaja a 100 kHz, con E_on + E_off = 10 µJ por ciclo:

  1. P_cond = I² · R_DS(on) = (10 A)² · 0,02 Ω = 100 · 0,02 = 2 W.
  2. P_conm = f · (E_on + E_off) = 100.000 Hz · 10·10⁻⁶ J = 1 W.
  3. Pérdida total ≈ 3 W. Al doblar la frecuencia a 200 kHz las de conmutación pasan a 2 W; las de conducción no cambian.

Y de ahí sale también su clasificación por gobierno:

FamiliaSe controlaSe apaga
DiodoNo se controlaSolo cuando la corriente se anula
Tiristor (SCR), TRIACSe enciende por puertaNo se apaga por puerta: hay que anular la corriente
Transistor (BJT, MOSFET, IGBT)Se enciende y se apaga por puerta o baseEn cualquier momento

Esa tercera fila es la que ha hecho que el tiristor pierda terreno frente al IGBT en casi todo lo que no sea muy alta potencia: poder apagar cuando quieres es lo que permite trocear la señal a decenas de kilohercios.

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