Correctness

El GTO (Gate Turn-Off Switch).

Es un tiristor con posibilidades de ser bloqueado mediante un impulso de

corriente negativa en la puerta, sin necesidad de la resistencia limitadora de ánodo descrita para el SCS. Esta posibilidad se basa en una geométrica de la zona de puerta tal que la influencia de esta sobre el resto de la pastilla es mayor que en el tiristor convencional. Para ello se ramifica el cátodo por gran parte de la zona de puerta mediante una técnica de inter-digitación de manera que la polarización negativa de la puerta extrae más fácilmente los portadores que saturan la unión de control casando el proceso regulativo que mantiene el estado de conducción. El GTO ya se construyó en la década en de los sesenta, pero no se consiguieron componentes útiles comercialmente hasta los setenta.

En conducción tiene más caída de tensión que el tiristor convencional (2,5 V frente a 1,5 V). El mecanismo de disparo es muy parecido al del tiristor. No obstante, el fabricante suele recomendar mantener cierto nivel de corriente positiva en la puerta durante todo el periodo de conducción para asegurar que toda el área de la pastilla se halla en conducción. El tiempo de disparo es del orden de 4 µs. El tiempo de bloqueo es de unos 8 µs, necesitándose extraer por puerta de intensidad de un quinto de la que circula por ánodo, aproximadamente. Esta relación depende de la familia usada y de la propia intensidad de ánodo. Como es necesario prever que ésta sobrepase el valor nominal del componente por si hubiera que efectuar el bloqueo durante una sobrecarga, el circuito des excitador de puerta no resulta pequeño. A pesar de ello, el hecho de no necesitar componentes para el bloqueo, hace del GTO un componente apreciado en

convertidores de gran potencia donde se busque la seguridad de funcionamiento, como es el caso de las locomotoras eléctricas.

Lo mismo que el tiristor convencional, puede realizarse en variante asimétrica con conducción libre en sentido inverso. La anulación del diodo P1N1 se efectúa de forma similar al tiristor, es decir, introduciendo una zona de alto dopado N1+, que además puede ser distribuida en pequeñas islas. El GTO asimétrico puede mejorar algunas características de conducción directa y bloqueo, pero los

fabricantes no suelen caracterizar el diodo interno anti paralelo. Por tanto, debe emplearse normalmente con un diodo anti paralelo o en serie externo.

Conviene considerar que aunque el GTO no necesita componentes auxiliares para provocar el bloqueo, como en el caso del tiristor, si necesita una red

acicaladora que permita derivar la corriente de ánodo sin provocar sobretensiones que destruirán el componente. En circuitos de gran potencia como los que se construyen con GTO, solo la tercera red suele usarse, pues permite controlar la tensión máxima y la derivada de tensión en el semiconductor (du/dt = IA/C).

Cuando la carga es muy inductiva, el límite de la frecuencia de conmutación puede estar marcado por la potencia que es razonable disipar en la red protectora, más que por los tiempos de disparo y bloqueo del GTO. Esta observación es válida para cualquier semiconductor de potencia empleado en un circuito; por tanto, es necesario tener en cuenta que la frecuencia máxima de conmutación de un circuito electrónico de potencia está condicionado por la rapidez del semiconductor

disponible y por la propia topología y funcionamiento del circuito. Así, los FET

disponibles hoy, enormemente rápidos, han obligado a investigar sobre circuitos resonantes (que conmutan con intensidad baja, disminuyendo las pérdidas de conmutación) para poder elevar la frecuencia de las fuentes conmutadas por encima de los 100 kHz.

En la figura se representan variaciones de las intensidades y tensiones de ánodo y de puerta durante el proceso de bloqueo. Durante el intervalo t1 la región de

puerta se vacía de portadores, comenzando a disminuir la intensidad de ánodo al final del mismo. Se llama tiempo de almacenamiento. La intensidad negativa de puerta crece lentamente (en términos relativos) debido a la inductancia parásita en el control.

El intervalo t2 o tiempo de caída es el que transcurre desde que la intensidad de

ánodo disminuye al 90% de su valor inicial hasta la entrada en funcionamiento efectivo del acicalador. Este retraso se debe a la inductancia parásita Lp asociada

a los conductores y componentes de dicha red y al tiempo de recuperación directa del diodo. Debe minimizarse, pues la disipación instantánea es alta debido a la coexistencia de intensidad de ánodo y tensión ánodo-cátodo elevada durante el mismo. Para ello hay que reducir las longitudes de las interconexiones y emplear un diodo rápido y un condensador con baja inductancia serie.

El intervalo t3 está determinado por los valores de la intensidad de ánodo a

bloquear y de C. No debe ser inferior a cierto valor para que la disipación

instantánea en la pastilla no alcance el valor destructivo. Durante el mismo circula un resto de intensidad anódica por la capacidad parasita ánodo-cátodo del GTO no mostrada en el circuito.

IGBT

Durante muchos años se ha buscado la forma de crear un dispositivo que fuese lo sufrientemente veloz y que pudiese manejar grandes cargas pero han surgido nuevas ideas con la unión de un MOSFET como dispositivo de disparo y un BJT de dispositivo de potencia y de esta forma se llegó a la invención del IGBT. La sigla IG correspo de a las i iciales de “isolated gate bipolar transistor” es decir, transistor bipolar de puerta de salida.

El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia híbrido que combina los atributos del BJT y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por

consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el MOSFET. Al igual que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenómeno de ruptura secundario como el BJT.

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de

unos 15V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.

El IGBT de la figura es una conexión integrada de un MOSFET y un BJT. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones.

Es un componente de tres terminales que se denominan GATE (G) o puerta, COLECTOR (C) y EMISOR (E).