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En aplicaciones del inversorEl inversor IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) y Inversor MOSFET son dos componentes cruciales para convertir el corriente del inversor de la fuente de CC a una de CA para que pueda utilizarse para alimentar todos los dispositivos que pueden aumentar la productividad de forma segura, ecológica y sostenible.
Conocida como la opción seleccionable de un transistor inversor, el desarrollo de los inversores IGBT y MOSFET ha aumentado considerablemente para responder a las necesidades de modernidad y seguridad actuales, ya que su función es funcionar con precisión para convertir y controlar la potencia.
Este artículo se adentrará en el papel de los inversores IGBT y MOSFET, los pros y los contras, y cada característica distintiva.
IGBT vs. MOSFET Inversor: Definición
¿Qué es un inversor IGBT?
El transistor bipolar de puerta aislada es un tipo de transistor utilizado para convertir una fuente de CC en CA para sistemas de alta potencia y alto voltaje.
¿Qué es un inversor MOSFET?
Un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico es uno de los transistores utilizados en un circuito electrónico para conmutar a alta velocidad en un sistema de baja a media tensión.
Inversor IGBT frente a MOSFET: cómo funcionan
Básicamente, los principios de funcionamiento del IGBT y el MOSFET son similares. IGBT y MOSFET son dispositivos controlados por tensión con acciones de conmutación, pero los mecanismos internos difieren.
Cuando se aplica tensión a su terminal de puerta en un IGBT, éste se enciende y se apaga. El IGBT se enciende cuando se aplica una tensión positiva a la puerta. Este proceso de conmutación permite que la corriente fluya del colector al emisor. Cuando se retira la tensión de la puerta, el IGBT se apaga y se impide el paso de la corriente.
En los MOSFET, cuando se aplica una tensión positiva (para un MOSFET de canal N) a la puerta, se crea un campo eléctrico que permite el flujo de corriente de la fuente al drenaje. Aquí es donde se enciende el interruptor. Cuando no se aplica tensión o se aplica una tensión negativa a la puerta, el inversor MOSFET se apaga.
Aspectos a tener en cuenta al elegir un convertidor de potencia
Estos aspectos explicarán los pros y los contras del IGBT frente al MOSFET.
Capacidad de potencia
Lo primero que hay que tener en cuenta cuando se decide utilizar IGBT o MOSFET como característica en un circuito inversor es su capacidad de manejo de potencia. Se refiere a la tensión y corriente que puede soportar un componente sin dañarse. Esto puede afectar a la capacidad del inversor.
- Los IGBT destacan en aplicaciones de alta tensión y alta corriente. Su capacidad para manejar grandes niveles de potencia los hace idóneos para sistemas pesados, como accionamientos de motores industriales, transmisión de alta tensión o incluso redes eléctricas.
- Los inversores MOSFET funcionan mejor en sistemas de potencia baja a media y normalmente no pueden manejar tensiones altas de más de 400 V con la misma eficacia que los IGBT.
Frecuencia de conmutación
En segundo lugar, el principal aspecto a tener en cuenta es la velocidad de conmutación. Se refiere a la rapidez con la que el transistor se enciende y se apaga durante el funcionamiento.
- Los IGBT son relativamente lentos en la conmutación. Por eso son menos adecuados para aplicaciones de alta frecuencia. La velocidad de conmutación es crítica en aplicaciones como inversor de alta frecuencia o circuitos de RF.
- Los inversores MOSFET son conocidos por su superioridad en capacidades de conmutación rápida, por lo que son los más adecuados para sistemas de conmutación de alta frecuencia. Esto es para aplicaciones de baja tensión que requieren conmutación rápida, como convertidores CC-CC o electrónica de potencia de alta velocidad.
Eficacia
A continuación, la eficiencia. Se refiere a la eficacia con la que un convertidor de potencia minimiza la pérdida de energía durante el proceso de conversión. Debido a este aspecto vital, el fabricante Joeyoung Inverter produce muchos inversores adaptados al mercado exclusivo de cada cliente. Con la eficiencia 99%, el dispositivo seguramente tiene un desperdicio mínimo de energía, pero es rentable.
Fiabilidad y durabilidad
Todo el mundo quiere un aparato de alta calidad que pueda utilizarse durante mucho tiempo. La fiabilidad y durabilidad del componente garantizan su funcionamiento normal sin fallos.
- Los IGBT, al estar diseñados y ser adecuados para aplicaciones de alta potencia, requieren una disipación térmica adecuada y protección contra sobretensiones o sobrecorrientes. Un sistema bien mantenido puede ofrecer una larga vida útil.
- Los inversores MOSFET son fiables en configuraciones de baja potencia, pero susceptibles de sufrir daños por alta tensión o una gestión inadecuada.
Rendimiento térmico y refrigeración
Dado que la conversión de potencia genera calor, el rendimiento térmico y el sistema de refrigeración son cruciales para evaluar la capacidad de un componente para disipar el calor de forma eficaz.
- Los IGBT, que pueden manejar corrientes y tensiones elevadas, tienden a generar más calor durante las pérdidas por conmutación.
- Los MOSFET también requieren un buen sistema de refrigeración. Sin embargo, los inversores MOSFET generan menos calor.
Idoneidad de la aplicación
Otro aspecto primordial que hay que tener en cuenta es la idoneidad de la aplicación. Los distintos sistemas exigen características de transistor diferentes.
- Los IGBT, como ya se ha mencionado, son perfectos para manejar sistemas de alta potencia con frecuencias de conmutación moderadas.
- Los MOSFET son más adecuados para el funcionamiento de sistemas bajos y medios.
Ambas operaciones pueden encontrarse en un inversor solar o en un convertidor CC-CC.
Coste y disponibilidad en el mercado
El último aspecto a tener en cuenta, pero que puede afectar al presupuesto global del proyecto, es el coste. La disponibilidad en el mercado determina lo fácil que es obtener el componente.
- Los IGBT suelen ser más caros que los inversores MOSFET. El coste se justifica por el alto rendimiento y la gran potencia que pueden manejar. Los IGBT merecen la pena por su elevado coste inicial en sistemas a gran escala que requieren alta eficiencia y durabilidad.
- Los inversores MOSFET, debido a los sistemas de potencia baja-media, suelen ser menos caros que los IGBT.
Inversor IGBT frente a MOSFET: Resumen de pros y contras
| Característica | IGBT | MOSFET |
|---|---|---|
| Conmutación | Más lento que el MOSFET, no apto para aplicaciones de alta frecuencia. | Conmutador rápido, adecuado para aplicaciones de alta frecuencia. |
| Manejo de la tensión | Alta tensión (hasta varios kV). | Baja tensión media (normalmente hasta 250 V). |
| Manipulación actual | Corrientes elevadas (hasta cientos de amperios). | Inferior a los IGBT. |
| Pérdida de potencia | Mayores pérdidas de conducción en comparación con los MOSFET. | Menores pérdidas por conducción. |
| Eficacia | Menos eficiente a alta frecuencia de conmutación. | Alta eficiencia a altas frecuencias de conmutación. |
| Aplicaciones | Se utiliza en aplicaciones de alta potencia y alta tensión. | Uso en circuitos de baja a media potencia y alta frecuencia. |
| Coste | Más caro | Más barato |
| Talla | Mayor tamaño para aplicaciones de alta potencia | Más pequeño y compacto |
Conclusión
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Preguntas más frecuentes
El inversor MOSFET puede ser mejor si la aplicación requiere altas frecuencias de conmutación en una carga de baja a media.
La vida útil de un MOSFET depende de su calidad, uso y gestión térmica. Con un buen diseño y una refrigeración adecuada, pueden durar varios años.
Los inversores MOSFET están limitados por sus capacidades de manejo de tensión y corriente. No son ideales para aplicaciones de muy alta tensión o a escala industrial.
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