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Desde las válvulas de arco de mercurio hasta los semiconductores modernos: ¿Cómo ha cambiado el mundo la evolución de la electrónica de potencia?
Los avances en la tecnología de la electrónica de potencia, que se centra en el control y la conversión de la electricidad, son particularmente importantes para la transformación del estilo de vida de la sociedad moderna. La invención de la válvula de arco de mercurio, que se remonta a los primeros dispositivos electrónicos de alta potencia, puede decirse que marcó el comienzo de una nueva era en la tecnología. Hoy en día, los dispositivos de conmutación de semiconductores modernos, como diodos, tiristores y MOSFET de potencia, no solo han reemplazado a los primeros tubos de vacío, sino que también han logrado nuevos avances tecnológicos. Estos dispositivos nos permiten procesar eficientemente grandes cantidades de energía eléctrica, lo que se ha vuelto indispensable en una variedad de productos electrónicos.
Historia de la electrónica de potenciaEn el rango de decenas de vatios a cientos de vatios, los convertidores CA/CC (rectificadores) son los dispositivos electrónicos de potencia más típicos y se utilizan ampliamente en televisores, computadoras personales y cargadores de batería.
El desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia comenzó a principios del siglo XX, con el rectificador de arco de mercurio inventado por Peter Cooper Hewitt en 1902, que se convirtió en un dispositivo importante para convertir la corriente alterna en corriente continua. Con la llegada del rectificador de selenio en 1933 y la posterior invención del transistor de unión bipolar (BJT) y el rectificador controlado de silicio (SCR), la tecnología de la electrónica de potencia entró en una nueva etapa de desarrollo. Desde entonces, los avances en la tecnología de semiconductores han llevado a que los diodos semiconductores de mayor potencia reemplacen gradualmente a los tubos de vacío, y también ha surgido la tecnología para controladores de motores de frecuencia variable.
La historia de la tecnología de la electrónica de potencia ha visto el nacimiento de varias innovaciones clave, convirtiéndola en una piedra angular indispensable de la electrónica industrial y de consumo moderna.
Aplicación de semiconductores modernos en electrónica de potencia
En las últimas décadas, el rápido desarrollo de la tecnología de semiconductores ha dado lugar a diferentes dispositivos electrónicos, entre los que destacan las tecnologías MOSFET e IGBT de potencia. Los MOSFET de potencia son los dispositivos de potencia más comunes en el mundo hoy en día debido a su bajo consumo de energía, su rápida velocidad de conmutación y su robustez. Los IGBT comenzaron a usarse ampliamente en la década de 1990, integrando las capacidades de manejo de potencia de los transistores bipolares con las ventajas del control de puerta aislada de los MOSFET.
Los MOSFET de potencia se utilizan ampliamente en dispositivos de información portátiles, circuitos integrados de potencia, teléfonos móviles, computadoras portátiles y la infraestructura de comunicación que sustenta Internet.Avances y cambios en los equipos
El rendimiento y la economía de los sistemas electrónicos de potencia modernos dependen de las características de los dispositivos activos. A medida que los dispositivos de estado sólido han mejorado sus capacidades de manejo de voltaje y corriente, los dispositivos de vacío han sido reemplazados casi por completo. Se utilizan ampliamente como interruptores o amplificadores, y su diseño debe tener en cuenta la eficiencia y las pérdidas de potencia, que son cruciales para la eficacia general de los convertidores electrónicos de potencia.
Un interruptor ideal estaría encendido o apagado, sin consumir energía, y los dispositivos semiconductores pueden aproximarse a este comportamiento ideal, lo que resulta en mejoras significativas en la eficiencia en aplicaciones de electrónica de potencia.
Convertidor CC/CA (Inversor)
Los convertidores de CC a CA producen una forma de onda de salida de CA a partir de una fuente de CC y estos inversores se utilizan comúnmente en aplicaciones como variadores de frecuencia, sistemas UPS y sistemas de transmisión de CA flexibles. Con el continuo avance de la tecnología, los tipos y funciones de los inversores se están diversificando cada vez más. Por ejemplo, el auge de los inversores multinivel hace que la forma de onda de salida de CA generada se acerque más a una onda sinusoidal, mejorando así la calidad del suministro de energía.Estas tecnologías de inversores tienen sus propias características y compiten entre sí, impulsando el desarrollo de toda la industria y cambiando en gran medida la forma en que utilizamos la electricidad.
Mirando hacia el futuro
Con el continuo desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, hemos sido testigos de la evolución de las válvulas de arco de mercurio a los semiconductores modernos, lo que no solo ha cambiado la producción industrial sino que también ha afectado nuestra vida diaria. Estos avances tecnológicos no sólo mejoran la eficiencia energética, sino que también facilitan la integración de energías renovables y promueven aún más la realización de ciudades y redes inteligentes. En el futuro, ¿cómo seguirá la electrónica de potencia impulsando el progreso tecnológico y abordando los desafíos del cambio climático?
