Concepto de electrónica de potencia

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La electrónica de potencia es uno de los temas contemporáneos de la ingeniería eléctrica que ha experimentado muchos avances en los últimos tiempos y ha impactado la vida humana en casi todos los ámbitos. Nosotros mismos utilizamos tantas aplicaciones de electrónica de potencia en nuestra vida diaria, sin siquiera darnos cuenta. Ahora la pregunta es: «¿Qué es la electrónica de potencia?»

Podemos definir la electrónica de potencia como un tema que es un híbrido de ingeniería de potencia, electrónica analógica, dispositivos semiconductores y sistemas de control. Derivamos los fundamentos de cada tema y los aplicamos de manera amalgamada para obtener una forma regulada de energía eléctrica. La energía eléctrica en sí misma no es utilizable hasta que se convierte en una forma tangible de energía como movimiento, luz, sonido, calor, etc. Para regular estas formas de energía, una forma efectiva es regular la energía eléctrica en sí y esta forma el contenido de la materia electrónica de potencia.

Podemos rastrear el avance abrumador en el tema hasta el desarrollo de tiristores comerciales o rectificadores controlados de silicio (SCR) por General Electric Co. en 1958. Antes de esto, el control de la energía eléctrica se realizaba principalmente utilizando tiratrones y rectificadores de arco de mercurio que funcionan en el principio de los fenómenos físicos en gases y vapores.

Después de SCR, han surgido una gran cantidad de dispositivos electrónicos de potencia como GTO, IGBT , SIT, MCT, TRIAC , DIAC , IEGT, IGCT, etc. Estos dispositivos están clasificados para varios cientos de voltios y amperios, a diferencia de los dispositivos de nivel de señal que funcionan a pocos voltios y miliamperios.

Para lograr el propósito de la electrónica de potencia, los dispositivos están hechos para funcionar como nada más que un interruptor. Todos los dispositivos electrónicos de potencia actúan como un interruptor y tienen dos modos, es decir, ENCENDIDO y APAGADO.

Por ejemplo, un BJT ( transistor de unión bipolar ) tiene tres regiones de operación en sus características de salida: corte, activa y saturación. En la electrónica analógica donde se supone que el BJT funciona como un amplificador, el circuito está diseñado para polarizarlo en la región activa de operación. Sin embargo, en la electrónica de potencia, BJT funcionará en la región de corte cuando esté APAGADO y en la región de saturación cuando esté ENCENDIDO.

Ahora que se requiere que los dispositivos funcionen como un interruptor, deben seguir la característica básica de un interruptor, es decir, cuando el interruptor está en ON, tiene una caída de voltaje cero a través de él y lleva la corriente completa a través de él, y cuando está en la condición de OFF , tiene una caída de voltaje total a través de él y una corriente cero que fluye a través de él. La siguiente figura muestra la declaración anterior:
concepto de electrónica de potencia
ahora, dado que en ambos modos, la cantidad V o I es cero, la potencia del interruptor también resulta ser cero siempre. Esta característica es fácil de visualizar en un interruptor mecánico y la misma debe seguirse también en un interruptor electrónico de potencia.

Sin embargo, prácticamente siempre existe una corriente de fuga a través de los dispositivos cuando están en condición de APAGADO, es decir, tengo una fuga ≠ 0 y siempre hay una caída de voltaje directo en la condición de ENCENDIDO, es decir, V en ≠ 0. Sin embargo, la magnitud de la fuga de V en o I es muy menos y, por lo tanto, la potencia a través del dispositivo también es muy inferior, en el orden de unos pocos milwatts.

Esta energía se disipa en el dispositivo y, por lo tanto, la evacuación adecuada del calor del dispositivo es un aspecto importante. Aparte de estas pérdidas de estado ON y OFF, existen pérdidas de conmutación también en dispositivos electrónicos de potencia. Esto es principalmente mientras el interruptor cambia de un modo a otro y V e I en todo el dispositivo cambian. En la electrónica de potencia, ambas pérdidas son parámetros importantes de cualquier dispositivo y esenciales para determinar su voltaje y corriente nominal.

Los dispositivos electrónicos de potencia por sí solos no son tan útiles en aplicaciones prácticas y, por lo tanto, deben diseñarse con un circuito junto con otros componentes de soporte. Estos componentes de soporte son como la parte de toma de decisiones que controla los interruptores electrónicos de potencia para lograr la salida deseada. Esto incluye el circuito de disparo y el circuito de retroalimentación. El siguiente diagrama de bloques muestra un sistema electrónico de potencia simple.
concepto de electrónica de potencia
La unidad de control toma la retroalimentación de salida de los sensores y la compara con las referencias y, en consecuencia, da entrada al circuito de disparo. El circuito de disparo es básicamente un circuito generador de pulsos que da salida de pulsos de manera que controle los interruptores electrónicos de potencia en el bloque del circuito principal.

El resultado neto es que la carga recibe la potencia eléctrica deseada y, por tanto, ofrece el resultado deseado. Un ejemplo típico del sistema anterior sería el control de velocidad de los motores. Puede obtener más información sobre la electrónica de potencia al estudiar nuestras preguntas básicas sobre electrónica .

Principalmente, hay cinco tipos de circuitos electrónicos de potencia , cada uno con un propósito diferente:

Existe un error común sobre el convertidor de términos. El convertidor es básicamente cualquier circuito que convierte la energía eléctrica de una forma a otra. Arriba hemos explorado los cinco tipos diferentes de convertidores.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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