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Los tiristores fueron, durante muchos aos, los dispositivos que dominaban la electrnica de potencia Son dispositivos bipolares de ms de dos uniones Por ser bipolares, son lentos, pero capaces de manejar grandes corrientes y tensiones (modulacin de la conductividad) Los ms importantes son:- El Rectificador Controlado de Silicio (Silicon Controlled Rectifier, SCR), al que se le aplica muchas veces el nombre de Tiristor El GTO (Gate Turn-Off thyristor) o Tiristor apagado por puerta El TRIAC (Triode AC ) o Triodo para Corriente Alterna El DIAC (Diode AC) Todos ellos los estudiaremos con menos profundidad que los diodos, los MOSFETs y los IGBTsLos TiristoresIntroduccin a los TiristoresLos TiristoresLa estructura de 3 uniones (4 capas)E1B1C1E2B2C2 La base de los tiristores es la estructura PNPN PNNPPNPNNPSe trata de una estructura realimentada que admite dos estados estables (es como un biestable) Los TiristoresLa estructura de 3 uniones (4 capas)

Los TiristoresLa estructura de 3 uniones (4 capas)

Los TiristoresEl SCR Es el tiristor por antonomasia Su smbolo es como el de un diodo con un terminal ms (la puerta) Se enciende (dispara) por puerta No se puede apagar por puerta nodo (A)Ctodo(K)Puerta(G)iAVAK +-PN-NP- AKGEstructura internaLos TiristoresEl SCR Curva caracterstica sin corriente de puerta-600 V 0iA [A]VAK [V]600 V Disparo por sobretensin nodo-ctodoPolarizacin directa cuando est ya disparado (como un diodo en polarizacin directa)Polarizacin inversa (como un diodo)Polarizacin directa a tensin menor de la disparo por sobretensin nodo-ctodo (como un diodo en polarizacin inversa)

ig = 0Los TiristoresEl SCR Curva caracterstica con corriente de puerta-600 V 0iA [A]VAK [V]600 V Polarizacin directa cuando est ya disparado (como un diodo en polarizacin directa)ig1ig2ig3ig4Disparo por sobretensin nodo-ctodo 0 < ig1 < ig2 < ig3 < ig4Disparo por puerta

RgVgLos TiristoresRVCCE1B1C1E2B2C2-+Pol. inversa+-Polarizacin directaPolarizacin directa+-La estructura de 4 capas puede soportar tensin sin conducir corriente, ya que una unin queda polarizada inversamenteLa estructura de 3 uniones (4 capas)RVCCE1B1C1E2B2C2-++-+-Ahora inyectamos corriente en la unin B1-E1 desde una fuente externa VgiB1Ahora circula iB1 = ig por la unin B1-E1igLos TiristoresLa estructura de 3 uniones (4 capas)RgVgRVCCiB1 iB1 genera iC1 = b1iB1 Pero iC1 = iB2; por tanto: iC2 = b2iB2 = b2b1iB1 La corriente iB1 ser ahora:iB1 = ig + iC2 = ig + b2b1iB1 Es decir, iB1 b2b1iB1 >> iB1

iC1iB2iC2igiB1Conclusiones: La corriente de base crece hasta saturar a los dos transistores Como consecuencia, el dispositivo se comporta como un cortocircuito La corriente ig puede eliminarse y la situacin no cambia

b1b2-+Los TiristoresRVCCLa estructura de 3 uniones (4 capas)+-0 V+-0 V-+VCCiCC = 0 A

RVCC+- 0,7 V+- 0,7 V+- 0,5 ViCC VCC/R

0,9 V+ - Por tanto, el mismo circuito puede estar en dos estados, dependiendo de la historia anterior:- Con la estructura de 4 capas sin conducir- Con la estructura de 4 capas conduciendoVCC+ - RgVgLos TiristoresLa estructura de 3 uniones (4 capas)iCC VCC/R

Cmo se puede conseguir que la estructura de 4 capas conduzca? (I)- Inyectando corriente en B1(ya explicado) 0,9 V+ - RVCCB1- Aumentando mucho VCC: las corrientes inversas de las uniones base-colector alcanzan valores suficientes para la saturacin mutua de los transistoresRVCCiCC VCC/R

0,9 V+ - iC1iC2Esto slo ocurre cuando las b son suficientemente grandes, lo que se alcanza cuando las corrientes inversas tambin lo sonLos TiristoresLa estructura de 3 uniones (4 capas)Cmo se puede conseguir que la estructura de 4 capas conduzca? (II)- Sometiendo a la estructura a una fuerte derivada de tensin: la corriente de carga de la capacidad parsita colector base pone en conduccin la estructura

iCC VCC/R

0,9 V+ - iC1iC2RVCC+iB2iB1- Haciendo incidir radiacin (luz) en la zona B1iCC VCC/R

iC2iB2iB1 0,9 V+ - RVCCB1LuzLos TiristoresEl SCR Disparo por puerta:- Es el modo de disparo deseado0igVGKUnin fraZona de disparo imposibleRgVgAKGiAVAK +-igVGK +-Unin calienteLmite de disipacin de potenciaEn disparo se realiza con poca potencia (bajos niveles de corriente y tensin)Vg/RgVg- Para que se mantenga disparado, la corriente nodo-ctodo tiene que ser mayor que el valor llamado latching currentLos TiristoresEl SCR Apagado del SCR : No se puede hacer por puerta Para apagarse, el valor de su corriente nodo-ctodo tiene que bajar por debajo de un valor llamado corriente de mantenimiento (holding current) Aunque en el pasado los SCRs se usaban en todo tipo de convertidores, su dificultad para apagarlos los ha relegado a conversiones con entrada en alterna y a aplicaciones de altsima potencia En aplicaciones de entrada en continua, se usaban circuitos auxiliares para conseguir el apagado (con bobinas, condensadores y SRCs auxiliares) Los TiristoresEl SCR

Caractersticas de ActivacinObservaciones de diseo La seal de compuerta debe eliminarse despus de la activacin En polarizacin inversa, no se debe aplicar seal en compuerta. Puede fallar por corriente de fuga.El ancho de pulso de compuerta debe ser mayor que el tiempo de activacinLos TiristoresCaractersticas de un ejemplo de SCR

Los TiristoresCaractersticas de un ejemplo de SCR

Los TiristoresCaractersticas de un ejemplo de SCR

Los TiristoresCaractersticas de un ejemplo de SCR

Los Tiristores

Los Tiristores

Circuito de FrenoLos TiristoresCircuitos de Disparo

Los TiristoresCircuitos de Disparo

Los TiristoresCircuitos de Disparo

Los TiristoresCircuitos de Disparo: UJT

Los TiristoresCircuitos de Disparo: UJT

Los TiristoresCircuitos de Disparo: UJT

Los TiristoresCircuitos de Disparo: UJT

Rectificador Controlado de Onda CompletaCarga Resistiva

Rectificador Controlado de Onda CompletaCarga Altamente Inductiva

Rectificador Controlado de Onda CompletaCarga Altamente Inductiva

IVIEn la carga se tiene una corriente Ic de valor constante.Durante el intervalo de a a p, se est entregando potencia a la carga.En el intervalo de p a (p+ a), se estar suministrando potencia a la fuente de alimentacin.

Rectificadores no controlados trifsicosEn entornos industriales se suele usar la red trifsica Las formas de onda tienen menos rizado de forma natural Tiene mayor capacidad de manejar potenciaLos circuitos son bsicamente iguales a los monofsicosURUSUTD1D2D3URUSUTRectificador No Controlado TrifsicoMedia OndaRectificador no controlado de media ondaRSTURUSUTD1D2D3En la rama superior, en cada instante conduce el diodo que tiene ms tensin en el nodoUsD1D2D3D1D2D3Rectificador no controlado de media ondaRST0601201802403003603090150210270330Cada diodo conduce 120 Cada 120 hay un cambio en los diodos que conducenHay 3 intervalos en 360UD1Rectificador No Controlado TrifsicoMedia OndaRectificador no controlado de media ondaURUSUTD1D2D3En cada instante conduce el diodo que tiene ms tensin en el nodoUsRectificador No Controlado TrifsicoMedia Onda

Los TiristoresEl GTO Es un SCR que se puede apagar por puerta La corriente de encendido es similar a la de un SCR Se apaga por corriente saliente en puerta, que llega a ser tan grande como un tercio de la de nodo-ctodo Su capacidad de soportar tensin directa cuando no est disparado es alta Su capacidad de soportar tensin inversa es muy limitada (unos 30 V) Es un dispositivo lento, pensado para aplicaciones de muy alta potencia La estructura interna es muy compleja nodo (A)Ctodo(K)Puerta(G)Smbolo

Los TiristoresEl GTO Estructura interna de un GTO (obtenida del texto "Power Electronics: Converters, Applications and Design de N. Mohan, T. M. Undeland y W. P. Robbins. Editorial John Wiley and Sons.)El TRIAC Es el equivalente a dos SCRs conectados en antiparalelo No se puede apagar por puertaLos TiristoresSmboloTerminal 1 (T1)Puerta(G)Terminal 2 (T2)T1GT2EquivalenteEstructura internaPN-NP- T2T1NNGEl TRIAC Los Tiristores Curva caracterstica sin corriente de puerta-600 V 0iT2 [A]VT2T1 [V]600 V Disparo por sobretensin T2-T1Polarizacin directa cuando est ya disparado (como un diodo en polarizacin directa)Polarizacin inversa: se comporta como en polarizacin directaPolarizacin directa a tensin menor de la disparo por sobretensin T2-T1

Los TiristoresEl TRIAC Curva caracterstica con corriente de puerta

Disparo por puertaig = 0ig = 0ig1ig2ig3Disparo por sobretensin T2-T1Disparo por sobretensin T2-T1ig1ig2ig3-600 V 0iT2 [A]VT2T1 [V]600 V ig4ig4 Las corrientes de puerta pueden ser positivas o negativas Hay 4 modos posibles:- Modo I+: VT2T1 > 0 y iT2 > 0- Modo I-: VT2T1 > 0 y iT2 < 0- Modo III+: VT2T1 < 0 y iT2 > 0- Modo III-: VT2T1 < 0 y iT2 < 01234FacilidadDesaconsejadoLos Tiristores No es un componente de potencia, sino que es un componente auxiliar para el disparo de TRIACs Slo tiene dos terminales y es simtricoCurva caracterstica-30 V 0iA2 [A]VA2A1 [V]30 V Estructura internaPNNP A2A1NEl DIAC A1iA2VA2A1 +-A2Smbolo

CpsulaDO-35

Ejemplo de DIAC