En el mundo de la electrónica de potencia, los MOSFETs (transistores de efecto de campo metalóxido-semiconductor) se han consolidado como elementos clave en el desarrollo de dispositivos eficientes, compactos y de alto rendimiento.
Funcionamiento de los MOSFETs
Los MOSFETs funcionan como interruptores o amplificadores, controlando el flujo de corriente en un circuito a través de una señal aplicada a su puerta (gate). Gracias a su alta eficiencia, velocidad de conmutación y capacidad para manejar tensiones y corrientes significativas, los MOSFETs se utilizan ampliamente en aplicaciones que van desde fuentes de alimentación hasta controladores de motores y sistemas de energía renovable.
Tipologías de MOSFETs
Los MOSFETs se clasifican en diferentes tipologías, dependiendo de su diseño y tecnología de fabricación. Entre las tecnologías más comunes se encuentran:
- Tecnología VD (Vertical Diffused)
- Tecnología Super Junction (SJ)
- Trench MOSFET
- Shielded Gate Trench (SGT)
Tecnologías MOSFET, ¿cuál escoger?
A continuación, se presenta un análisis técnico de las principales tecnologías MOSFET disponibles en el mercado, convirtiendo este artículo en una guía práctica para ingenieros y diseñadores durante la elección de la tecnología adecuada para cada proyecto. Todo ello se realiza teniendo como referencia los productos de Wayon, fabricante experto en tecnologías MOSFET desde hace casi 30 años.
Tecnología VD (Vertical Diffused): 250V-1500V
La tecnología VD se caracteriza por su disposición vertical de capas dopadas, lo que la hace ideal para manejar altos niveles de voltaje y corriente. Su estructura madura y comprobada en el mercado la posiciona como una opción popular en aplicaciones de potencia.
| Ventajas:
• Bajo coste de fabricación en comparación con tecnologías más avanzadas. • Versatilidad para una amplia gama de aplicaciones.
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Desventajas: • Mayor resistencia en conducción Rds(on), lo que implica pérdidas de potencia superiores en comparación con otras tecnologías.
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Aplicaciones típicas:
• Fuentes de alimentación conmutadas (SMPS). • Controladores de motor. • Convertidores DC-DC. • Iluminación LED.
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Conclusión: La tecnología VD es una solución madura y confiable que combina simplicidad y versatilidad, convirtiéndola en una elección frecuente para aplicaciones de potencia moderada.
Tecnología Super Junction (SJ): 500V-1050V
La tecnología Super Junction representa un avance significativo en la eficiencia de los MOSFETs al introducir una estructura multicapa con regiones alternadas de tipo P y N. Esto optimiza la distribución del campo eléctrico, reduciendo las pérdidas de potencia y mejorando la capacidad de bloqueo de voltaje.
| Ventajas:
• Resistencia en conducción Rds(on) significativamente baja a voltajes superiores a 500V. • Capacidad de manejar campos eléctricos intensos, lo que aumenta la confiabilidad.
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Desventajas: • Pérdidas de conmutación elevadas en aplicaciones de alta frecuencia. • Mayor coste de fabricación debido a la complejidad del proceso.
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Aplicaciones típicas:
• Inversores fotovoltaicos (PV). • Estaciones de carga para vehículos eléctricos (EV). • Fuentes de alimentación industriales y turbinas eólicas.
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Innovaciones recientes: La nueva serie SJ C4 de Wayon mejora la Rds(on) en un 30% respecto a sus predecesores y ofrece un tiempo de recuperación (Trr) optimizado. Tecnologías como Deep Trench y Multi-Epitaxi continúan elevando la eficiencia y fiabilidad de esta tecnología.
Conclusión: Los MOSFETs Super Junction son insustituibles en aplicaciones de alta potencia y tensión donde la eficiencia energética justifica su mayor coste (aplicaciones en las que la eficiencia es más importante que la velocidad de conmutación).
Tecnología Trench MOSFET: 12V-200V
La tecnología Trench utiliza una estructura de trinchera en el diseño de la puerta, lo que reduce la capacidad de entrada y mejora el rendimiento en conmutaciones de mayor frecuencia.
| Ventajas:
• Excelente densidad de corriente. • Buenas características de conmutación. • Bajo coste de fabricación. |
Desventajas:
• Rds(on) más alta en comparación con tecnologías como SGT. • Mayores pérdidas de conmutación a frecuencias elevadas. |
Aplicaciones típicas:
• Electrónica de consumo. • Industria. • Automoción.
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Conclusión: Los Trench MOSFET son ideales para aplicaciones de bajo coste y rendimiento moderado, especialmente donde la frecuencia de conmutación y densidades de corriente no son excesivamente exigentes.
Tecnología SGT (Shielded Gate Trench): 200V-400V
Los MOSFETs SGT representan una evolución de la tecnología Trench, incorporando un diseño de puerta apantallada que mejora significativamente la eficiencia aportando una menor capacidad de entrada que permite manejar frecuencias de conmutación más elevadas.
| Ventajas:
• Bajísima Rds(on), lo que reduce las pérdidas de potencia. • Excelente rendimiento en aplicaciones de alta frecuencia de conmutación. • Alta fiabilidad a temperaturas elevadas. |
Desventajas:
• Ligeramente más caro que los MOSFETs Trench convencionales.
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Aplicaciones típicas:
• Convertidores DC-DC. • Fuentes de alimentación compactas. • Telecomunicaciones, sistemas fotovoltaicos y control de motores.
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Innovaciones recientes: La serie SGT JN (200-250V) de Wayon, destaca por su fiabilidad mejorada y su capacidad de operar a temperaturas más altas, ideal para aplicaciones críticas.
Conclusión: La tecnología SGT es ideal para aplicaciones de baja a media potencia donde la eficiencia y la reducción de tamaño son esenciales, ofreciendo una solución equilibrada entre rendimiento y coste.
La siguiente tabla compara y resume las distintas tecnologías MOSFET de Wayon:
| Características | VD (Vertical Diffused) | Super Junction (SJ) | Trench MOSFET | Shielded Gate Trench (SGT) |
| Estructura del componente |  |
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| Rango de voltaje | 250-1500V | 500-1050V | 12-200V | 200-400V |
| Rds(on) | Alta | Muy baja | Moderada | Baja |
| Pérdidas de conmutación | Moderadas | Altas en alta frecuencia | Moderadas | Bajas |
| Coste de fabricación | Bajo | Alto | Bajo | Moderado |
| Aplicaciones típicas | SMPS, controladores de motor, convertidores DC-DC, iluminación LED | Inversores PV, estaciones de carga EV, fuentes industriales | Electrónica de consumo, industria, automoción | DC-DC, telecomunicaciones, almacenamiento de energía, sistemas compactos |
| Eficiencia | Buena | Excelente para alta potencia | Moderada | Alta |
| Innovaciones recientes | – | Serie DJ C4 (mejoras en Rds y Trr) | – | Serie SGT JN (mejor fiabilidad) |
Conclusiones
Cada tecnología MOSFET tiene un conjunto de características únicas que la hacen adecuada para aplicaciones específicas. Mientras que la tecnología VD se destaca por su simplicidad y bajo coste, los MOSFETs Super Junction lideran en aplicaciones de alta potencia. Por otro lado, los Trench MOSFETs ofrecen una solución económica para aplicaciones generales, y los SGT sobresalen en eficiencia y densidad de corriente en potencias bajas a medias.
Seleccionar el MOSFET adecuado no solo garantiza el éxito del diseño, sino que también optimiza los costes y el rendimiento a largo plazo.
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