Un controlador de puerta para interruptores electrónicos de transistor bipolar de circuito

Muchos hogares tienen temporizadores electrónicos para encender o apagar automáticamente las luces a la misma hora todos los días. Sin embargo, el control preciso de dispositivos eléctricos más grandes requiere una electrónica más sofisticada. Científicos del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han desarrollado con éxito un controlador de compuerta programable para interruptores de transistores electrónicos de estado sólido y, mediante pruebas empíricas, muestran que su dispositivo mostró una pérdida de conmutación reducida incluso bajo cambios en la corriente de entrada y fluctuaciones de temperatura.

Los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) son elementos electrónicos semiconductores que se pueden utilizar en interruptores electrónicos rápidos de dispositivos de alta potencia. Debido a que pueden controlar cargas eléctricas de hasta cientos de kilovatios, los IGBT son adecuados para operar fuentes de alimentación, motores de tracción o calentadores de inducción. Además, debido a su capacidad para encenderse y apagarse rápidamente, los IGBT también se pueden usar para sistemas de control en aplicaciones industriales. Sin embargo, estos interruptores pueden experimentar pérdidas de conmutación en función de las variaciones en la temperatura o la corriente de entrada. La creación de un dispositivo con sincronización automática ayudaría a mejorar la confiabilidad de estos sistemas.

Ahora, el equipo de investigadores de la Universidad de Tokio ha desarrollado el primer circuito integrado (IC) de controlador de puerta digital activo con una función de control de tiempo automático totalmente integrada que logra tanto la integración de un solo chip como el control en tiempo real. «Nuestro IC incluye la primera puerta programable de 6 bits del mundo con controladores de puerta activa de circuito cerrado», dice el primer autor Dibo Zhang.

Una característica importante del IC fue la inclusión de funciones de control automático en tiempo real en un solo chip. Esto se hace detectando la tasa de cambio de la corriente en función del tiempo al detectar el voltaje de la inductancia parásita, que es un efecto inevitable presente en los dispositivos electrónicos. El equipo de investigación probó el rendimiento del nuevo dispositivo en una amplia gama de temperaturas. Su integración de un solo chip de un mecanismo de sincronización permitió un menor costo mientras mantenía un control preciso. El hecho de que permaneciera estable en condiciones de funcionamiento fluctuantes permitió que un solo dispositivo programable reemplazara una colección de diferentes productos optimizados para diferentes situaciones.

«Ser capaz de proporcionar control programable en tiempo real a bajo costo debería acelerar la adopción de este tipo de dispositivo», dice Makoto Takamiya, autor principal. Este trabajo puede conducir a un control más flexible y confiable de grandes corrientes eléctricas, y los diseños futuros pueden ampliarse para incluir funciones de programación más complejas.

El artículo, «IC de controlador de puerta digital con función de control de temporización automática totalmente integrada en controlador de puerta Stop-and-Go para IGBT», se presentó en la Conferencia y exposición de electrónica de potencia aplicada IEEE (APEC), 19 al 23 de marzo.