TIRISTORES
SCR
Simbolo
Caracteristicas
Características de control del SCRCorresponden a la región puerta-cátodo y determinan las propiedades del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes definen las siguientes características:-Tensión directa máx. VGFM
- Tensión inversa máx. ...................................................................: VGRM
- Corriente máxima..........................................................................: IGM
- Potencia máxima...........................................................................: PGM
- Potencia media..............................................................................: PGAV
- Tensión puerta-cátodo para el encendido.......................................VGT
- Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento......... VGNT
- Corriente de puerta para el encendido...........................................: IGT
- Corriente residual máxima que no enciende ningún elemento.......: IGNT
Determinan la naturaleza del circuito de mando que mejor responde a las condiciones de disparo.
Para la región puerta- cátodo los fabricantes definen entre otras las siguientes caracteristicas
Vgfm, Vgrm, Igm, Pgm, Pgav, Vgt, Vgnt, Igt, Ignt.
Entre los anteriores destacan:
·
Vgt
e Igt que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.
·
Vgnt
e Ignt que dan los
valores máximos de corriente y de tensión, para los cuales en
condiciones normales de temperatura,
los tiristores no corren el riesgo de
dispararse de modo indeseado.
Entre los
anteriores destacan:- VGT e IGT, que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.
También podemos tomar como apuntes muy importantes los 4 casos siguientes:
1. Voltaje de ruptura directo V(BR) F* es el voltaje por arriba del cual el SCR entra a la región de conducción. El asterisco (*) es una letra que se agregará dependiendo de la condición de la terminal de compuesta de la manera siguiente:
O = circuito abierto de G a K S = circuito cerrado de G a K R = resistencia de G a K V = Polarización fija (voltaje) de G a K
2. Corriente de sostenimiento (IH) es el valor de corriente por abajo del cual el SCR cambia del estado de conducción a la región de bloqueo directo bajo las condiciones establecidas.
3. Regiones de bloqueo directo e inverso son las regiones que corresponden a la condición de circuito abierto para el rectificador controlado que bloquean el flujo de carga (corriente) del ánodo al cátodo.
4. Voltaje de ruptura inverso es equivalente al voltaje Zener o a la región de avalancha del diodo semiconductor de dos capas fundamental.
Construcciòn Técnica de Difusión-Aleación: La parte principal del tiristor está compuesta por un disco de silicio de material tipo N, 2 uniones se obtienen en una operación de difusión con galio, el cual dopa con impurezas tipo P las 2 caras del disco. En la cara exterior se forma una unión, con un contacto oro-antimonio. Los contactos del ánodo y cátodo se realizan con molibdeno. La conexión de puerta se fija a la capa intermedia (tipo P) usando aluminio. Esta técnica se usa solamente para dispositivos que requieren gran potencia.
Técnica "Todo Difusión": Se trata de la técnica más usada, sobre todo en dispositivos de mediana o baja intensidad, el problema principal de esta técnica reside en los contactos, cuya construcción resulta más delicada y problemática que en el caso de difusión-aleación. Las 2 capas P se obtienen por difusión del galio o el aluminio, mientras que las capas N se obtienen mediante el sistema de máscaras de óxido. El problema principal de este método radica en la multitud de fases que hay que realizar. Aunque ciertas técnicas permiten paralelizar este proceso.
Técnica de Barrera Aislante: Esta técnica es una variante de la anterior. Se parte de un sustrato de silicio tipo N que se oxida por las dos caras, después en cada una de las 2 caras se hace la difusión con material tipo P. Una difusión muy duradera y a altas temperaturas produce la unión de las 2 zonas P. Después de este proceso se elimina todo el óxido de una de las caras y se abre una ventana en la otra, se realiza entonces en orden a aislar más zonas de tipo N, una difusión tipo P. Después de una última difusión N el tiristor ya está terminado a falta de establecer las metalizaciones, cortar los dados y encapsularlos.
funcionamiento:El tiristor SCR es un dispositivo electrónico que tiene la característica de conducir la corriente eléctrica en un solo sentido tal como lo hace un diodo, pero para que comience a conducir el tiristor SCR necesita ser activado, mientras el tiristor SCR no sea activado este no conducirá. Cuando el tirirstor SCR no conduce se le puede considerar como un interruptor abierto y mientras conduce como un interruptor cerrado. En la imagen de a lado se ve el tiristor SCR 2N5061 del que se puede ver su hoja de datos aquí, como se ve cuenta con tres pines que es una característica de los SCR, este será el tiristor SCR que se utilizará para los ejemplos.
Los tiristores SCR cuentan con 3 pines a los cuales se les llama ánodo, cátodo y puerta o compuerta, en el caso del 2N5061 están ubicados como se ve en la imagen; cuando el tiristor SCR entra en conducción o se activa la corriente en el irá del ánodo hacia el cátodo tal como ocurre en los diodos. La activación del tiristor SCR se puede dar de 2 maneras diferentes, una de ellas será cuando entre el ánodo y el cátodo se presente una tensión llamada voltaje de ruptura o voltaje de cebado y simbolizado mediante VDRM, que para el 2N5061 será de 60V según su hoja de datos; ocurrirá que mientras la tensión entre el ánodo y el cátodo sea menor al voltaje de ruptura este no conducirá, pero cuando la tensión entre el ánodo y el cátodo del tiristor SCR alcance o sea mayor a la tensión de ruptura, este se activará y conducirá; en el momento que el tiristor SCR comienza a conducir, la tensión entre el ánodo y el cátodo baja de una forma casi instantánea hasta un mínimo valor, haciendo que el SCR se comporte como si fuera un cortocircuito, pero no lo es del todo ya que entre el ánodo y el cátodo habrá esa mínima tensión a la cual se le llama tensión de encendido simbolizado como VTM, la cual para el 2N5061 es de 1,7V como máximo según su hoja de datos.
Aplicaciònes:
Las aplicaciones de los tiristores se extiende desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la corriente continua en alterna.La principal ventaja que presentan frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es que su entrada en conducción estará controlada por la señal de puerta. De esta forma se podrá variar la tensión continua de salida si se hace variar el momento del disparo ya que se obtendrán diferentes ángulos de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna de entrada. Además el tiristor se bloqueará automáticamente al cambiar la alternancia de positiva a negativa ya que en este momento empezará a recibir tensión inversa. Por lo anteriormente señalado el SCR tiene una gran variedad de aplicaciones, entre ellas están las siguientes:
· Controles de relevador.
· Circuitos de retardo de tiempo.
· Fuentes de alimentación reguladas.
· Interruptores estáticos.
· Controles de motores.
· Recortadores.
· Inversores.
· Ciclo conversores.
· Cargadores de baterías.
· Circuitos de protección.
· Controles de calefacción.
· Controles de fase.
TRIAC
SIMBOLO:
Caracteristicas Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta (gate). El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo de gate/puerta.
Construcciòn La estructura contiene seis capas como se indica en la FIG. 1, aunque funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1 conduce a través de P1N1P2N2 y en sentido MT1-MT2 a través de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de su estructura lo hace mas delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de algunos amperios hasta unos 200 A eficaces y desde 400 a 1000 V de tensión de pico repetitivo. Los triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas, los fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores En la FIG. 2 se muestra el símbolo esquemático e identificación de las terminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (MT2) y Terminal Principal 1 (MT1) respectivamente.
El Triac actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en paralelo
Funciones
Al igual que el tiristor tiene dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción. Conduce la corriente entre sus terminales principales en un sentido o en el inverso, por ello, al igual que el diac, es un dispositivo bidireccional.
Conduce entre los dos ánodos (A1 y A2) cuando se aplica una señal a la puerta (G).
Se puede considerar como dos tiristores en antiparalelo. Al igual que el tiristor, el paso de bloqueo al de conducción se realiza por la aplicación de un impulso de corriente en la puerta, y el paso del estado de conducción al de bloqueo por la disminución de la corriente por debajo de la intensidad de mantenimiento (IH).
Está formado por 6 capas de material semiconductor como indica la figura.
Aplicaciònes
·
Su versatilidad lo hace ideal para el control de corriente alterna (C.A.).
·
Una de ellas es su utilización como interruptor estático
ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y
los relés.
·
Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
·
Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores de
luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de
control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se
utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las
precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apague correctamente al
final de cada semiciclo de la onda de Corriente
alterna.
Lasrc
Simbolo
Caracteristicas La
especificación de voltaje de un LASCR puede llegar tan alto como 4 kv a 1500 A,
con una potencia de disparo luminoso de menos de 100mw. El di/dt típico es 250
A/ms y el dv/dt puede ser tan alto como 2000v/ms. La frecuencia de conmutación
es de hasta 2kHz, estos tiristores normalmente disponen de conexiones
especiales para ser disparados con fibra óptica. Un LASCR ofrece total
aislamiento eléctrico entre la fuente de disparo luminoso y el dispositivo de
conmutación de un convertidor de potencia, que flota a un potencial tan alto
como unos cuantos cientos de kilovoltios.
AplicionesLos
LASRC se utilizan en aplicaciones de alto voltaje y corriente por ejemplo,
transmisión de cd de alto voltaje (HVDC) y compensación de potencia reactiva
estática o de volt-amperes reactivos (VAR). Un LASCR ofrece total aislamiento
eléctrico entre la fuente de disparo luminoso y el dispositivo de conmutación
de un convertidor de potencia, que flota a un potencial tan alto como unos
cuantos cientos de kilovoltios.
- Equipos en que se usa
·
Alarmas
antirrobo
·
Detectores
de presencia en puertas y ascensores
·
Circuitos
de control óptico en general
·
Relevadores
·
Control
de fase
·
Control
de motores
·
Y
una variedad de aplicaciones en computadoras.
GTO
Simbolo:
Caracteristicas: Las
características de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo
es aplicado a través de las terminales puerta (G) y cátodo (C o K), la
corriente en la puerta (ig), crece. Cuando la corriente en la puerta (G)
alcanza su máximo valor, IGR, la corriente de ánodo comienza a caer y el
voltaje a través del dispositivo (VAK), comienza a crecer. El tiempo de caída
de la corriente de ánodo (IA) es abrupta, típicamente menor a 1 us. Después de
esto, la corriente de ánodo varía lentamente y ésta porción de la corriente de
ánodo es conocido como corriente de cola.
La razón (IA/IGR) de la
corriente de ánodo IA a la máxima corriente negativa en la puerta (IGR)
requerida para el voltaje es baja, comúnmente entre 3 y 5. Por ejemplo, para un
voltaje de 2500 V y una corriente de 1000 A, un GTO normalmente requiere una
corriente negativa de pico en la puerta de 250 A para el apagado.
Funciones.
Un tiristor
GTO, al igual que un SCR puede activarse mediante la aplicación de una señal
positiva de compuerta. Sin embargo, se puede desactivar mediante una señal
negativa de compuerta. Un GTO es un dispositivo de enganche y se construir con
especificaciones de corriente y voltajes similares a las de un SCR. Un GTO se
activa aplicando a su compuerta un pulso positivo corto y se desactiva mediante
un pulso negativo corto. La simbología para identificarlo en un circuito es la
que se muestra en la figura II.
Mientras el GTO se
encuentre apagado y no exista señal en la compuerta, el dispositivo se bloquea
para cualquier polaridad en el ánodo, pero una corriente de fuga (IA leak)
existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un
voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado. En este punto existe un proceso
dinámico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga.
Cuando el GTO se apaga y con la aplicación de una voltaje en inversa, solo una
pequeña corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarización en inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje del voltaje de
ruptura inverso depende del método de fabricación para la creación de una
regeneración interna para facilitar el proceso de apagado.
AplicacionesComo
el GTO tiene una conducción de corriente unidireccional, y puede ser apagado en
cualquier instante, éste se aplica en circuitos chopper (conversiones de dc-
dc) y circuitos inversores (conversiones dc -ac) a niveles de potencia en los
que los MOSFET's, TBJ's e IGBT's no pueden ser utilizados. A bajos niveles de
potencia los semiconductores de conmutación rápida son preferibles. En la
conversión de AC - DC, los GTO's, son útiles porque las estrategias de conmutación
que posee, pueden ser usadas para regular la potencia, como el factor de
potencia.
a
nivel industrial algunos usos son:troceadores y convertidores.
Control de motores asíncronos.
Inversores.
Caldeo inductivo.
Rectificadores.
Soldadura al arco.
Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI).
Control de motores.
Tracción eléctrica.
Diac
Simbolo:
Caracteristicas:Sus
principales características son:
Tensión de disparo.
Corriente de disparo.
Tensión de simetría (ver grafico anterior).
Tensión de recuperación.
Los DIAC son una denominación de tiristor, y se usan normalmente para autocompletar el ritmo variado del disparo de un triac, otra clase de tiristor.
Tensión de disparo.
Corriente de disparo.
Tensión de simetría (ver grafico anterior).
Tensión de recuperación.
Disipación de potencia
(Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a 1 watt.)
Funciones: Es un diodo
bidireccional autodisparable que conduce la corriente sólo tras haberse
superado su tensión de disparo alternativa, y mientras la corriente circulante
no sea inferior al valor triple de voltios característico para ese dispositivo.
El comportamiento es variable para ambas direcciones de la corriente. La
mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo doble variable de alrededor
de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.
Los DIAC son una denominación de tiristor, y se usan normalmente para autocompletar el ritmo variado del disparo de un triac, otra clase de tiristor.
Aplicaciònes :Se
emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente
del TRIAC, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción
de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de
iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de
temperatura y algunos controles de velocidad de motores.
La forma más simple
de utilizar estos controles es empleando el circuitorepresentado en la Figura
2, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza
la tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la descarga de C,
cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción. Este
mecanismo se produce una vez en el semi ciclo positivo y otra en el negativo.
El momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como
consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la
tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control
de potencia.
