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Área de Tecnología Electrónica
MARIO GRENE
Electrónica y Automatismos
CTP
ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS
MACE
Tema 1: Componentes Electrónicos
Tiristores
:
Área de Tecnología Electrónica
MARIO GRENE
Electrónica y Automatismos
CTP
Componentes electrónicos: El tiristor
• Introducción
• El rectificador controlado de silicio o SCR
Estados de bloqueo y conducción
Ejemplo de aplicación: control de fase
• El TRIAC
• El DIAC
• Otros tiristores
• Fabricantes de tiristores
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MARIO GRENE
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Introducción
TIRISTORES(Thyristor)
En 1956 se desarrollo el primer Tiristor Bell Telephoned Laboratory.
Inicialmente fue llamado Transistor PNPN (hoy conocido como SCR)
Los tiristores son dispositivos especialmente populares en Electrónica de Potencia.
Son sin duda los dispositivos electrónicos que permiten alcanzar potencias mas altas, son dispositivos realmente robustos.
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Introducción: definición y tipos
- Dispositivo de 4 capas con estados estables de conducción y bloqueo
- Interruptor de potencia muy alta
- Potencias y tensión muy altas
- Frecuencias de conmutación no superiores a 2kHz
SCR (Silicon Controlled Rectifier).
Interruptor unidireccional
GTO (Gate Turn-off)
Interruptor unidireccional. Apagado por puerta
TRIAC (Triode AC)
Interruptor bidireccional
DIAC (Diode AC)
Interruptor bidireccional ( Control de tiristores)
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El SCR (Silicon Controlled Rectifier)
p2
n2
n1
p1G
K
A
J3
J2
J1
I
A
p2
n2
p1
n1
C
A
A
Estructura Interna y circuito equivalente Característica
Símbolo
Siempre es de Silicio.El SCR es el tiristor por excelencia
(Cátodo)
(Puerta)
C
G
A
(Ánodo)
E
B
C
C
B
E
IA
VACVB
IG
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El SCR (Silicon Controlled Rectifier)
VACVB
IG
(Cátodo)
(Puerta)C
G
A(Ánodo)
IA IA
VAC
Estado de bloqueo:
•Soporta tensión inversa
y tensión directa
• Si se introduce un pulso de corriente por puerta
o la tensión alcanza el valor de ruptura directa VB
Estado de conducción:
•Conduce corriente directa
y se mantiene en conducción siempre que la corriente esté por encima de im
imim = Corriente de mantenimiento
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El SCR (Silicon Controlled Rectifier)
P
P
N
N
A
CG
A
C
G
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CTP
Podemos decir que es un interruptor unidireccional que se cierra con un pulso de corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la corriente pasa por cero
G
A
C
MODELO IDEAL DE UN SCR
A
CG
A
C
G NOTA:El disparo por tensión directa (VB) se considera indeseable y, como norma general, debe seleccionarse el SCR para que esto no ocurra
El SCR (Silicon Controlled Rectifier)
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US(t)
Umax
Umax
ig
t
t
t
UAK
UE (t)
A
K
G
UAK
IG
IA Carga
UE(t)
US(t)
Rg
SCR: Ejemplo de control de fase
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500 V24A
1300 V1800A
500 V100A
TO 200 AFB 20
TO 209 ADB 7
TO 208 AcB 2
SCR: Algunos ejemplos
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Unos de los 12 SCR para un “pequeño” rectificador trifásico de 500 MW y 500 KV(Inga-Shaba, ZAIRE)
EL SCR es el dispositivo electrónico mas robusto que existe.
Puede manejar tensiones y corrientes realmente impresionantes.
Algunos ejemplos son realmente espectaculares.
El SCR (Silicon Controlled Rectifier)
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P1
P2
n1
n2n3
n4 n4
T2
T1G
T2
T1
G
Estructura Interna
Característica
Símbolo
TRIAC: Triode AC T2
T1G
IT
VT+VB
IG
-VB IG
NOTA:Se puede disparar con pulsos positivos o negativos de corriente en puerta
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T2
T1G
T2
T1
G
T2
T1
G
TRIAC: Triode AC
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TRIAC: Un modelo ideal sencillo
Podemos decir que es un interruptor bidireccional que se cierra con un pulso de corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la corriente pasa por cero. La puerta es ahora bidireccional (2 diodos en anti-serie)
G
T2
T1
MODELO IDEAL DE UN TRIAC
T2
T1G
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U MAX
U Carga
t
IG
T 2
T 1
G
IG
U e
R L
U carga
U T2T1IG
TRIAC: Ejemplo de control de fase
IT(RMS) = 12A
VDRM = VRRM = 700 V
Disparo
Apagado
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Dispositivo auxiliar (p.e. disparo de tiristores) Sólo se puede disparar por sobretensión Soporta picos de corriente elevados Se debe conocer la Tensión de cebado (p.e. 33V en el DB3) DB3: Diac comercial muy popular
DIAC: Diode AC
Característica
IT
VT+VB-VB
A1 A2
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Estructura Interna
P1
P2
N1
N3 N3
T2
T1
N2 N2
DIAC: Diode AC
T2
T1
Podemos decir que es un interruptor que se cierra por tensión (Tensión de ruptura) y permanece cerrado hasta que la corriente por el pase por cero (corriente de mantenimiento)
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DIAC: Algunos elementos similares
DESCARGADOR DE GAS
VARISTOR
Gránulos de óxidos metálicos sinterizadas (Óxido de cinc, etc)
Recinto de descarga
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DIAC: Uso como elemento de protección
Equipo a protegerVe
I F
TRIAC,VARISTOR,DESCARGADOR,...
Sobretensión
NOTA:El VARISTOR es el elemento mas popular para esta aplicación
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R1 = 0 , máxima potenciaR1 = Elevada, mínima potencia
Ejemplo: Control de TRIAC con DIAC (Típico regulador de luz de salón)
DIAC: Ejemplo de uso
Carga
R1
R2R3
C
TRIAC controlado por DIAC(Montaje simplificado)
A2
A1
G
IG
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Otros tiristores: el GTO (Gate Turn-off)A C
G
La especial estructura del dispositivo permite el apagado por puerta (con un pulso negativo).
Por lo demás es similar al SCR.
Estructura de un GTO simétrico
A
C G
C
G
Vista desde abajo
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Otros tiristores: el LASCR, Tiristor controlado por luz.
Son Tiristores activados por luz Utilizados en Alta tensión Frecuencias de conmutación de hasta 2KHz Tensiones elevadas 6000V y 1500A
A K
G
NOTA:Normalmente disponen de conexiones especiales para ser disparados con fibra óptica. Son interesantes en entornos de corrientes y tensiones elevadas, permitiendo un elevado aislamiento entre el circuito de potencia y el de gobierno.
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TOSHIBA
Algunos fabricantes de tiristores
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