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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
- Objetivos
- Sección 1 · Qué es la electrónica de potencia
- Sección 2 · El tiristor (SCR)
- Sección 3 · El DIAC y el TRIAC
- Sección 4 · El transistor de efecto de campo (FET)
- Sección 5 · El IGBT
- Sección 6 · Fuentes de alimentación y eficiencia
- Sección 7 · Dónde aparece todo esto en una instalación de televisión
- Errores frecuentes
- Resumen exprés
- Esquema de repaso
- 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:
- P_cond = I² · R_DS(on) = (10 A)² · 0,02 Ω = 100 · 0,02 = 2 W.
- P_conm = f · (E_on + E_off) = 100.000 Hz · 10·10⁻⁶ J = 1 W.
- 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:
| Familia | Se controla | Se apaga |
|---|---|---|
| Diodo | No se controla | Solo cuando la corriente se anula |
| Tiristor (SCR), TRIAC | Se enciende por puerta | No se apaga por puerta: hay que anular la corriente |
| Transistor (BJT, MOSFET, IGBT) | Se enciende y se apaga por puerta o base | En 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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