Transistores de Potencia Explicados: Características Clave, Beneficios y Aplicaciones

Piensa en un sistema de fuente de alimentación que entrega altos niveles de potencia. Tal unidad requiere amplificadores de potencia para entregar la cantidad justa de corriente. Aquí es donde un transistor de potencia resulta útil.

En OurPCB, tenemos todas las claves sobre cualquier tipo de transistor. Sin embargo, el énfasis estará en los transistores de potencia para esta guía. Además, explicará el principio operativo, pros y contras, entre otros insights clave.

¿Qué es el Transistor de Potencia?

Fig 1: Un Ingeniero Electrónico Trabajando en una Placa de Circuito

Es un tipo de transistor que es clave en la conmutación y amplificación de señales electrónicas y potencia eléctrica. Encontrarás este transistor en sistemas de fuentes de alimentación y amplificadores de alta potencia. Principalmente, es un transistor de unión, pero puedes considerarlo como un transistor de efecto de campo semiconductor.

Aunque su estructura es diferente de otros transistores, opera bajo el mismo principio.

Sin embargo, para el transistor de potencia, encontrarás características controladas únicas. Por ejemplo, el suministro de corriente de entrada al terminal de base lo enciende. Por otro lado, eliminar la señal de control apagará el transistor de potencia.

Tipos de Transistores de Potencia

Fig 2: Diferentes Tipos de Transistores

Los siguientes son los diferentes transistores que son comunes en circuitos de control de potencia:

Transistor de Unión Bipolar (BJTs)

Este tipo de transistor tiene huecos y electrones como portadores de carga. Por lo tanto, podemos considerarlo como teniendo dos polaridades; de ahí el nombre - transistores bipolares. Es útil como interruptor y amplificador, lo que lo convierte en un importante dispositivo de control de corriente.

Características del BJT de potencia incluyen:

• Es esencial en uso de alta potencia.
• Presenta una caída de voltaje en estado de conducción más alta que otros tipos de transistores.
• Una mayor capacidad de transporte de corriente.
• Tiene un alto voltaje de ruptura.
• También es más grande que el transistor promedio. Es imperativo para permitir el flujo máximo de corriente.

Transistor de Efecto de Campo de Óxido Metálico Semiconductor (MOSFETs)

Fig 3: Transistor Electrónico MOSFET DPAK

El MOSFET es un tipo de transistor de efecto de campo con tres terminales. Incluyen la base, fuente y drenaje. La operación de un MOSFET de potencia se basa principalmente en el ancho de su canal. Por ejemplo, a un ancho de canal amplio, el rendimiento del transistor será óptimo.

Las características de los MOSFETs de potencia incluyen:

• El transistor es útil como controlador de voltaje
• Durante la operación, no necesita una corriente de entrada
• También se caracteriza por una alta impedancia de entrada

Transistor de Inducción Estática

Fig 4: Transistores de Potencia

El transistor tiene tres terminales. Además, tiene una frecuencia orientada verticalmente y transmite alta potencia. Tiene un voltaje de ruptura más alto que los FET convencionales - transistores de efecto de campo.

Sus propiedades clave incluyen:

• Menos ruido que otros FETs
• Baja resistencia terminal
• Se enciende y apaga en segundos
• Presenta un canal relativamente corto

Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBTs)

Fig 5: Potentes transistores IGBT

Es una amalgama de un FET y un transistor BJT. La función de este transistor depende de su puerta desde la cual puedes encenderlo o apagarlo. Los encontrarás comúnmente en dispositivos electrónicos de potencia como sistemas de fuentes de alimentación, inversores y convertidores.

Se caracterizan por:

• Una ganancia de potencia relativamente alta,
• Pérdidas significativamente limitadas en la entrada del circuito.

Operación del Transistor de Potencia

Fig 6: Transistores BJT

Cualquier Transistor Bipolar de Potencia (BJT) típico presentará cuatro zonas de operación. Incluyen:

• Región activa
• Zona de cuasi-saturación
• Zona de saturación dura
• Región de corte

Puedes tener el transistor en la zona de corte si lo polarizas inversamente bajo dos condiciones. Incluyen:

• Conectando su terminal de base al terminal negativo y el terminal de emisor al terminal positivo,
• Conectando su terminal de colector al terminal negativo y el terminal de base al terminal positivo.

En segundo lugar, el transistor está en un estado inactivo si logras:

• Una unión emisor-base polarizada directamente y una región colector-base polarizada inversamente.

Luego, tu transistor estará en el estado de cuasi-saturación cuando polarices directamente la base-emisor y colector-base. Por último, estará en las regiones de saturación dura cuando polarices directamente la base-emisor y colector-base.

Pros y Contras del Uso de Transistor de Potencia

Fig 7: Diferentes Tipos de Transistores

Ventajas de los transistores de potencia

• Alta densidad de corriente
• Bajo voltaje directo
• Alta ganancia de voltaje
• Gran ancho de banda de ganancia

Desventajas de los transistores de potencia

• Más ruidosos que otros tipos de transistores
• Son relativamente más complejos de controlar
• Baja estabilidad térmica

Aplicaciones

Fig 8: Panel de Control de Amplificador

• Son útiles en relés
• Esenciales en amplificadores de potencia
• También los encontrarás en Convertidores DC-DC
• Útiles en circuitos de control de potencia
• Por último, también encuentran uso en Fuentes de alimentación conmutadas (SMPS)

Diferencia entre un Transistor y un Transistor de Potencia?

Un transistor es un dispositivo electrónico con tres o cuatro terminales en estructura. Aplicar un voltaje de alimentación a uno de sus terminales causa un cambio de corriente en otro terminal. Así, su operación es sinónima con el funcionamiento de un amplificador o interruptor.

Por el contrario, un transistor de potencia es como un disipador de calor. Es significativo en proteger el circuito de daños. Además, es relativamente más grande que el transistor promedio normal.

Conclusión

Como has visto, casi todos los sistemas digitales deben tener un transistor de potencia. Son especialmente significativos en circuitos de conmutación, sistemas de potencia y aplicaciones de audio. Además, para cualquier pregunta, contáctanos.