¿Qué es un Optoamplificador de Potencia?
Los optoamplificadores de potencia (POA) son componentes eléctricos basados en amplificadores operacionales y se utilizan ampliamente en circuitos analógicos para amplificación de potencia.
Estos circuitos integrados (CI) están diseñados para proporcionar una amplificación de potencia adecuada a las necesidades actuales. Los amplificadores operacionales originales, como la serie 741 lanzada por Fairchild en EE.UU. en 1968, sentaron las bases para el desarrollo de los optoamplificadores de potencia.
Los optoamplificadores de potencia generalmente no se utilizan de forma independiente, sino que se conectan a resistencias y condensadores, entre otros componentes, para lograr el funcionamiento y la configuración deseados en un circuito. Estas conexiones permiten adaptar y optimizar el rendimiento de los optoamplificadores de potencia en diferentes aplicaciones y circuitos.
Usos de los Optoamplificadores de Potencia
Los optoamplificadores de potencia se utilizan principalmente en circuitos de amplificación que requieren altas tensiones y corrientes para accionar controladores de motores, servocontroladores, actuadores electromagnéticos en equipos de automatización de fábricas y altavoces de gran tamaño en amplificadores de audio.
Además, se aplican en instrumentos de medida y circuitos de sensores. Un ejemplo de circuito integrado utilizado en optoamplificadores de potencia es el OPA541 de Texas Instruments, el cual es un CI de propósito general. Este componente admite una amplia gama de tensiones de alimentación, desde ±5 V hasta ±40 V, y opera en temperaturas que van desde -40°C hasta +125°C. Puede manejar corrientes de hasta 5 A, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones con requerimientos de potencia.
Es importante destacar que, al utilizar este tipo de circuito integrado, se debe tener en cuenta la disipación de calor, por lo que se requiere un disipador térmico adecuado. Además, se debe prestar atención a la impedancia de carga cuando se trabaja con altas potencias. También es posible conectar estos optoamplificadores a circuitos lógicos de bajo voltaje para su integración en sistemas más complejos.
Principio de los Optoamplificadores de Potencia
El principio de los optoamplificadores de potencia se basa en agregar una etapa de refuerzo a la salida de un amplificador operacional. Esta etapa de refuerzo está compuesta por un transistor de gran tamaño diseñado para manejar altas potencias, así como circuitos de protección específicos para altas potencias. Esto permite que el amplificador operacional sea adecuado para trabajar con altas tensiones y altas corrientes.
Los amplificadores operacionales, originalmente componentes de circuitos analógicos, utilizaban elementos eléctricos como resistencias y condensadores para realizar operaciones automáticas. Con los avances tecnológicos, los amplificadores operacionales se miniaturizaron e integraron junto con elementos semiconductores como transistores y transistores de efecto de campo (FET), y luego se les incorporaron varios circuitos, lo que ahora se conoce como circuitos integrados (CI).
Más Información sobre los Optoamplificadores de Potencia
1. Influencia de la Impedancia de Carga
Entre los amplificadores operacionales, en el caso de los componentes de circuito conocidos como optoamplificadores de potencia, se debe tener cuidado en el manejo de la impedancia de la carga con el fin de soportar una alta potencia. Por ejemplo, al accionar un motor, la carga contiene un componente de reactancia en lugar de un simple componente de resistencia, por lo que las fases de corriente y tensión son diferentes en el funcionamiento sinusoidal. Incluso cuando la salida es cero, puede fluir una corriente relativamente grande a través del optoamplificador de potencia.
En este caso, las pérdidas en el optoamplificador de potencia son elevadas y el CI del Optoamplificador se calienta mucho debido al autocalentamiento de los transistores. Además de medidas como disipadores de calor para disipar el calor, es importante comprobar cuidadosamente que el rango de funcionamiento utilizado no supere el SOA (área de funcionamiento seguro) del producto.
2. Circuitos de Protección Contra Transitorios
En los casos en que la carga es más bien inductiva, como los actuadores electromagnéticos, pueden producirse tensiones inversas inesperadas debido a transitorios durante el funcionamiento. Estos casos también requieren la confirmación de las condiciones de funcionamiento para evitar la rotura o degradación del dispositivo debido a la sobretensión, pero desde el punto de vista de una mayor versatilidad, muchos circuitos de protección están incorporados en los optoamplificadores de potencia.
La mayoría de los circuitos de protección son del tipo que protegen los componentes detectando los limitadores de corriente o las subidas de temperatura y suprimiendo el funcionamiento, pero para proteger contra las sobretensiones instantáneas tipo pico, la capacidad de respuesta es importante. Por este motivo, se suele conectar un diodo de barrera Schottky o similar a la línea de alimentación o al terminal de salida de un transistor, y las medidas para bloquear la sobretensión cuando se produce son eficaces.