Electrónica de potencia - el campo de la electrónica asociado con la conversión de energía eléctrica, su control o su conmutación sin control (encendido y apagado) [1] :5 . Al mismo tiempo, la diferencia entre la potencia y la electrónica de baja corriente no está en la intensidad de la corriente o la potencia del dispositivo (por ejemplo, un transmisor de radiodifusión puede ser miles de veces más potente que el accionamiento eléctrico de la máquina), pero en el propósito: la tarea de la tecnología de baja corriente es reproducir con precisión la forma de la señal en el extremo receptor, mientras que las pérdidas de energía son de interés en segundo lugar; en el caso de la ingeniería eléctrica, la primera tarea es reducir la pérdida de energía durante la transmisión. [2]
El principio de funcionamiento de los convertidores en electrónica de potencia se basa en el encendido y apagado periódico de válvulas . [3] :14
La necesidad de la electrónica de potencia surgió tras la aparición de las primeras fuentes de electricidad en relación con la necesidad de controlar las corrientes y tensiones de las fuentes [1] :7 . La llegada de los transformadores hizo posible aumentar o disminuir el voltaje de CA para el consumidor. La creación de tubos electrónicos ( diodos de electrovacío ) hizo posible convertir la corriente alterna en corriente continua sin el uso de convertidores de máquinas eléctricas [1] :8 . La aparición de los triodos de válvulas hizo posible convertir la corriente continua en corriente alterna [1] :9 . La creación de válvulas de mercurio permitió aumentar la potencia convertida y el voltaje utilizado. A finales de la década de 1950, los convertidores podían operar con tensiones de hasta 1 kV y corrientes de hasta 900 A [1] :10 , en las décadas de 1950 y 1960 se dominó la producción de dispositivos semiconductores : diodos, tiristores. [1] :12
Se pueden distinguir dos períodos en la historia de la electrónica de potencia: la invención de la válvula de mercurio en 1901 y la aparición del tiristor en 1958 , el comienzo de la electrónica de potencia de estado sólido. Hoy en día, la electrónica, por regla general, se ocupa de los semiconductores. [cuatro]
Hasta hace poco, el carburo de silicio (SiC) seguía siendo la única opción para dispositivos de potencia de alto voltaje (más de 600 V), donde se requiere alta eficiencia, potencia, velocidad y temperatura de funcionamiento. De los nuevos materiales para microelectrónica de semiconductores para circuitos integrados y productos de electrónica de potencia, el grupo de semiconductores de brecha ancha es el de mayor interés , y en primer lugar, nitruro de galio (GaN), SiC, óxido de galio Ga 2 O 3 , diamante . Y en relación con la solución de problemas técnicos de obtención de heteroestructuras de GaN-Si más baratas de gran diámetro y espesor, el nitruro de galio no solo desplaza a los dispositivos de silicio, sino que también se convierte en una alternativa al SiC en aplicaciones de alto voltaje y alta potencia. La versatilidad de usar GaN en semiconductores, circuitos integrados y LED de alta potencia lo convierte en el más prometedor entre los nuevos materiales para microelectrónica. [5] . El nitruro de galio es ahora uno de los materiales más demandados y prometedores en la electrónica de potencia moderna. Según las previsiones de los principales analistas de la industria, la tasa de crecimiento anual promedio del mercado mundial de electrónica de potencia basada en nitruro de galio en 2022-2024 será del 85 %. . [6]
Aproximadamente una quinta parte del mercado mundial de electrónica de potencia está controlado por empresas japonesas conocidas como Mitsubishi Electric , Toshiba y Fuji Electric [7] .
Los principales tipos de conversión de electricidad son: