¿Qué es un Circuito Integrado de Potencia?
Los circuitos integrados de potencia (CI) es un término genérico para los circuitos integrados (CI) que incorporan semiconductores de potencia utilizados en circuitos de alta potencia.
Los semiconductores de potencia incluyen los transistores de potencia, los MOSFET de potencia y los IGBT. Entre los materiales semiconductores, los componentes electrónicos que controlan corrientes elevadas superiores a 1 A se denominan semiconductores de potencia. Los semiconductores de potencia también incluyen componentes electrónicos como transistores y tiristores.
Usos de Circuitos Integrados de Potencia
Los circuitos integrados de potencia se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales.
Las aplicaciones de los circuitos integrados de potencia son las siguientes
- Módulos de accionamiento de células solares
- Circuitos de iluminación LED
- Unidades de control para vehículos eléctricos
- Unidades de inversor para acondicionadores de aire con inversor
Se espera que el mercado de circuitos integrados de potencia se expanda en el futuro, especialmente debido al enorme aumento de la demanda de unidades para vehículos.
Principio de los Circuitos Integrados de Potencia
Los circuitos integrados de potencia controlan la tensión para accionar motores y cargar acumuladores. Son los semiconductores centrales que controlan la alimentación y la potencia, y están destinados a la conversión CA/CC y a aumentar la tensión de las fuentes de alimentación de CC.
Básicamente, la acción rectificadora de los elementos semiconductores y las características de los condensadores se utilizan en muchos casos. Las fuentes de alimentación se controlan utilizando elementos semiconductores para la conmutación rápida de la fuente de alimentación y amplificándola y suavizándola con condensadores.
Más Información sobre Circuitos Integrados de Potencia
1. Semiconductores Controlados por los Circuitos Integrados de Potencia
Los semiconductores incorporados en los CI de potencia incluyen los siguientes elementos.
Diodos
- Diodos rectificadores generales
- Diodos de recuperación rápida
- Diodos de barrera Schottky
- Diodos Zener
Transistores
- Transistores bipolares
- MOSFETs
- IGBT
Más recientemente, también se ha utilizado el carburo de silicio (SiC), que tiene un alto voltaje de resistencia y es excelente para la conmutación rápida. También existen módulos de potencia inteligentes (IPM) que incorporan transistores, controladores de alto voltaje y otros circuitos integrados en un único encapsulado.
2. Perspectivas a Futuro del Mercado de Circuitos Integrados de Potencia
El 20 de julio de 2020, Yano Research Institute Ltd publicó su previsión del mercado mundial de semiconductores de potencia. Basándose en entrevistas con fabricantes de semiconductores y otros, y en un estudio bibliográfico realizado entre enero y junio de 2020, la empresa prevé que el mercado crecerá hasta los 24.351 millones de dólares en 2025.
La demanda de semiconductores de potencia se divide en cuatro áreas: información y comunicaciones, consumo, industria y automoción. En el sector de la información, en particular, se espera que progrese la inversión en equipos de infraestructura, como las estaciones base 5G.
Además, los semiconductores de potencia están en desventaja de costes en comparación con los semiconductores convencionales. En el sector de la automoción, donde la competencia de costes es severa, solo se han utilizado en áreas limitadas. En los últimos años, los circuitos integrados de potencia se han utilizado en inversores para accionamientos de motores en algunos vehículos eléctricos. Como resultado, el sector de la automoción ha crecido hasta casi duplicar su tamaño en 2019 en comparación con 2018.
En los sectores de consumo e industrial, el mercado también se ha recuperado del bajón del desastre de COVID hasta alcanzar el mismo tamaño de mercado que antes en 2022. Además, se espera que vuelva a crecer en 2023.
3. SiC como Material para Circuitos Integrados de Potencia
El SiC (carburo de silicio) es un semiconductor compuesto de silicio y carbono.
Tiene una intensidad de campo de ruptura dieléctrica aproximadamente 10 veces mayor que la del Si y una separación de banda aproximadamente tres veces mayor que la del Si, y se espera que se convierta en un material semiconductor de potencia de próxima generación. Esto significa que, para una misma tensión soportada, la capa semiconductora puede ser 10 veces más fina que la de Si. Las capas más finas reducen la resistencia y permiten un funcionamiento con menor consumo de energía.
En otras palabras, utilizando SiC como material de circuitos integrados de potencia, es posible crear circuitos integrados con menor consumo de energía y mayor tensión de ruptura que en el pasado. También se espera utilizar GaN (nitruro de galio) y Ga2O3 como otros materiales semiconductores de potencia.