Electrónica de potencia es uno de los temas contemporáneos de la ingeniería eléctrica que ha visto muchos avances en los últimos tiempos y ha impactado la vida humana en casi todas las esferas. Nosotros sobre nosotros mismos usamos tantos aplicaciones electrónicas de energía 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 la ingeniería de potencia, la electrónica analógica, semiconductor dispositivos y sistemas de control. Derivamos los fundamentos de cada tema y los aplicamos de forma 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 el movimiento, Luz…el sonido, el calor, etc. Para regular estas formas de energía, una forma efectiva es regular la energía eléctrica en sí misma y esto forma el contenido de la electrónica de potencia del sujeto.
Podemos rastrear el abrumador avance en el tema hasta el desarrollo de la industria comercial tiristores o rectificadores controlados por silicio (SCR) por la General Electric Co. en 1958. Antes de esto, el control de la energía eléctrica se hacía principalmente con tiratrones y rectificadores de arco de mercurio, que funcionan según el principio de los fenómenos físicos en gases y vapores. Después de los SCR, han surgido muchos dispositivos electrónicos de potencia como el GTO, IGBTSIT, MCT, TRIAC, DIAC…IEGT, IGCT y así sucesivamente. 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 mil amperios.
Para lograr el propósito de la electrónica de potencia, los dispositivos están hechos para funcionar como nada más que un interruptor. Todos los electrónica de potencia… Los dispositivos 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 corte de salida, activa y saturación. En la electrónica analógica, donde se supone que el BJT funciona como un amplificador, el circuito está diseñado de tal manera que lo predispone en la región activa de operación. Sin embargo en la electrónica de potencia el BJT trabajará en la región de corte cuando está apagado y en la región de saturación cuando está 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 encendido, tiene cero Caída de tensión a través de ella y lleva a cabo una completa actual a través de él, y cuando está en condición de apagado, tiene una caída de voltaje total a través de él y corriente cero fluyendo a través de él. La siguiente figura muestra la afirmación anterior…
Ahora bien, como en ambos modos la cantidad V o I es cero, la potencia del interruptor también resulta ser siempre cero. Esta característica es fácil de visualizar en un interruptor mecánico y lo mismo debe seguirse en el interruptor electrónico de potencia también.
Sin embargo, prácticamente siempre existe una corriente de fuga a través de los dispositivos cuando están en estado de OFF, es decir, Ifuga 0 y siempre hay una caída de tensión hacia adelante en condición ON, es decir, Ven 0. Sin embargo, la magnitud de Ven o yofuga es muy inferior y por lo tanto la potencia a través del dispositivo es también muy inferior, del orden de unos pocos millwatts. Esta energía se disipa en el dispositivo y por lo tanto la correcta evacuación del calor del dispositivo es un aspecto importante. Además de las pérdidas en el estado ON y OFF, también hay pérdidas de conmutación en los dispositivos electrónicos de potencia. Esto ocurre principalmente mientras el interruptor cambia de un modo a otro y V e I a través del dispositivo cambia. En la electrónica de potencia ambas pérdidas son parámetros importantes de cualquier dispositivo y esenciales para determinar su voltaje y los índices de audiencia actuales.
Los dispositivos electrónicos de potencia por sí solos no son tan útiles en aplicaciones prácticas y, por lo tanto, requieren ser diseñados con un circuito junto con otros componentes de apoyo. Estos componentes de apoyo son como la parte de la 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.
La Unidad de Control toma la retroalimentación de salida de Sensores y lo 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 a los pulsos de una manera que controla los interruptores electrónicos de potencia en el bloque de circuitos principal. El resultado neto es que la carga recibe la energía eléctrica deseada y por lo tanto entrega el resultado deseado. Un ejemplo típico del sistema anterior sería el control de la velocidad de los motores. Puedes aprender más sobre la electrónica de potencia estudiando nuestro preguntas básicas de electrónica.
Principalmente hay cinco tipos de electrónica de potencia… circuitos, cada uno con un propósito diferente…
- Rectificadores convierte la CA fija a la CC variable
- Helicópteros convierte la DC fija en DC variable
- Inversores convierte DC a AC teniendo amplitud y frecuencia variables
- Controladores de tensión de CA convierte la CA fija en CA variable a la misma frecuencia de entrada
- Cicloconvertidores convierte la CA fija en CA con frecuencia variable
Hay un error común sobre el término «convertidor». El convertidor es básicamente cualquier circuito que convierte la energía eléctrica de una forma a otra. Por lo tanto, los cinco anteriores son tipos de convertidores.
