¿Sabe lo que significa SOA o SOAR, un acrónimo que se encuentra en las hojas de especificaciones de muchos componentes, principalmente componentes de energía como los transistores? Estos acrónimos son de vital importancia para aquellos que trabajan con transistores de potencia. Es de ellos que trataremos en este artículo.
SOAR significa Safe Operating Área Región o Región del Área de Operación segura, mientras que SOA significa Safe Operating Area o
Área de Operación Segura. Estos dos términos se encuentran en las especificaciones de los transistores y otros componentes, indicando cómo debemos utilizar un componente de energía sin el peligro de que se quema debido a problemas de disipación.
Vamos a explicar en detalle lo que significan para las especificaciones de un transistor de potencia. Cuando decimos que un transistor, como el 2N3055 tiene una corriente máxima de colector de 15 A y soporta una tensión máxima de 100 V entre el colector y el emisor, esto no significa que podamos utilizar este componente en estos límites.
Esto puede llevar al menos advertido a pensar que si conectan este componente a una carga adecuada que recibe los 100 V y 15 A del transistor, tendrán una potencia disponible de 1 500 W (15 x 100). No es cierto, porque además del transistor sólo puede disipar 15 W, hay límites para ser respetados. El máximo de 15 A sólo está disponible en un cierto escala de tensión de funcionamiento del transistor.
Del mismo modo, sólo podemos tener 100 V entre el colector y el emisor (Vcbomax) en condiciones especiales.
¿Cómo entonces saber cómo utilizar el transistor en la corriente y la tensión deseadas?
Para ello, los fabricantes, en sus datasheets, proporcionan una gráfica denominada SOA o SOAR que indica con precisión las condiciones de funcionamiento del transistor de forma segura. En la figura 2 tenemos precisamente este gráfico elaborado de manera simplificada para el 2N3055, que es el transistor que tomamos como ejemplo.
Es importante tener en cuenta que el gráfico está hecho para una temperatura máxima del componente de 70 º C. Esto significa que por encima de esta temperatura el componente tiene sus características deteriorándose rápidamente.
Como podemos ver, la región de corriente máxima de 15 A sólo se aplica a tensiones bajas entre colector y emisor, hasta aproximadamente unos 6 o 7 V. (curva inferior). Después de eso, la corriente máxima comienza a caer y alrededor de 100 V es ya menos de 1 A. Es por eso por lo que muchos lectores nos escriben "no entendiendo" porque en una fuente simple de 12 V x 10 A usamos tres 2N3055 en paralelo (3,3 A cada uno) cuando uno de ellos podría ser suficiente.
Vea por el gráfico que, a 12 V, la corriente máxima que un 2N3055 podría operar no es mucho mayor que unos 5 A. Dando una tolerancia, de modo que no se logre el límite de disipación, esto justifica el uso de tres transistores en la fuente. En el grafico tenemos una segunda curva que sirve para indicar el comportamiento del componente del subsistema pulsante (en un control PWM, o en una fuente de conmutación, por ejemplo).
Con pulsos de 100 us, por ejemplo, el transistor puede ir más allá en términos de corriente máxima, llegando más cerca de los 10 V a una corriente de 15 A, pero vemos que alrededor de 12 V esta corriente ya cae a algo alrededor de 10 A.
Máximo de un transistor
No es suficiente tener en cuenta la tensión máxima, la corriente máxima y la potencia máxima de un transistor para saber "hasta donde va". El procedimiento correcto es analizar todas las condiciones de forma simultánea para que en una aplicación no se superen los límites del componente.
Actualmente, los transistores de potencia encuentran una amplia gama de aplicaciones en el accionamiento de motores de paso, inversores, PWM, fuentes de conmutación, etc., lo que los lleva en la mayoría de los casos la operación con pulsos.
Sin embargo, para asegurarse de que operan de forma segura dentro del área delimitada por la curva SOA, necesita estar vigilante cuando hacemos un proyecto, o cuando elegimos un transistor para reemplazar otro en una aplicación determinada.
Compruebe siempre si el transistor funcionará dentro del área segura, con una buena tolerancia, para asegurarse de que no se superen los límites de disipación de calor. Es importante tener en cuenta que los umbrales determinados por la curva SOA no sólo son válidos para los transistores bipolares, sino también para otros componentes, incluyendo aquellos que no operan con altas potencias.
