SESION_9 Tiristores[1]

SEMICONDUCTORES DE POTENCIA

Andrés Morocco Apfata

1. INTRODUCCION

2. OBJETIVOS

Electrónica de Potencia se refiere al control y conversión de la energíaeléctrica por medio de dispositivos semiconductores de potencia que trabajancomo interruptores. Con la llegada de los Rectificadores Controlados de Silicio(SCR), se empezó a desarrollar una nueva área de aplicación llamadaElectrónica de Potencia.


2. OBJETIVOS

•Identificar los tipos más usados de tiristores.

•Describir el funcionamiento de los tiristores.

Esta sesión aporta al logro del siguiente Resultad o de la Carrera:

“Los estudiantes identifican, analizan y resuelven problema s detecnología”.

3. Dispositivos semiconductores de potencia

La mayor parte de los dispositivos semiconductores de potencia se fabricanen base a silicio y estos se pueden dividir en forma general en tres clases.

3.1 Diodos de potencia

- Diodos de propósito general.

- De alta velocidad (o recuperación rápida).

- Diodos schottky (especialmente importante a altas frecuencias)


3.2 Transistores

3.3 Tiristores

- Diodos schottky (especialmente importante a altas frecuencias)

Utilizados en convertidores de potencia con frecuencias menores de 10 khz.

El tiristor es el semiconductor de potencia más robusto y fiable, ya que, adiferencia del transistor, puede soportar elevadas sobreintensidades durantetiempos reducidos.

El tiristor también conocido como Rectificador Controlado de Silicio (SCR) ,es undispositivo electrónico semiconductor de potencia que operan como conmutadorbiestable, tiene dos estados de trabajo: Bloqueo (no conducción) y Conducción .

Su comportamiento es similar al de un diodo, con la diferencia que cuenta conun tercer terminal, denominado Gate (compuerta) mediante el cual se puedeestablecer cuándo el elemento opera como un circuito abierto o como un circuito

EL TIRISTOR (SCR)


establecer cuándo el elemento opera como un circuito abierto o como un circuitocerrado.

IA A K

CátodoÁnodo

Compuerta

P N P N

G

El símbolo, su composición y su circuito equivalente son:

CARACTERISTICAS GENERALES

Presentan dos estados de conmutación:

b) Estado de conmutación OFF = bloqueo.

a) Estado de conmutación ON = conducción.

La transición de OFF a ON se llama Disparo


La transición de ON a OFF se llama Bloqueo

La transición de OFF a ON se llama Disparo

Para que exista conducción se han de dar simultáneamente las doscondiciones siguientes:

1. Tensión aplicada de polarización directa (tensión ánodo cátodo positiva, esdecir mas tensión en el ánodo que en el cátodo).

2. Aplicar un impulso de tensión positivo o una corriente adecuada en el terminalde control (compuerta).

Podemos representar el funcionamiento del Tiristor haciendo analogía con elsiguiente circuito hidráulico. (Presión ≈ Voltaje , flujo de agua ≈ corriente)



Simulación

K

G

AIA

IA

VAK Estado de bloqueo:

• Soporta tensión inversay tensión directa

• Si se introduce un pulso de corriente por compuerta (disparo)

Curva característica v-i de un tiristor


VAKVBO

IG

corriente por compuerta (disparo)o la tensión alcanza el voltaje de ruptura directa V BO

Estado de conducción:

• Conduce corriente directay se mantiene en conducciónsiempre que la corriente estépor encima de I H

IH

IH = Corriente de mantenimiento

Apagado de un tiristor

Para apagar un tiristor, no basta con desconectar el voltaje de lacompuerta.La idea básica para apagar un tiristor es hacer que la corriente que circulaa través del mismo sea cero. Esto puede conseguirse de dos formas, talcomo se muestra a continuación:

IA=0


INTERRUPCIÓNEN SERIE

IA=0

INTERRUPCIÓNEN PARALELO

IA=0

El apagado un tiristor también puede hacerse al tratar de hacer circular através de él una corriente inversa, conocida como “conmutación forzada”.Un forma de lograrlo es como se muestra a continuación:

Encen-

dido

TRANSISTOR QTRANSISTOR Q11

QQ11CIRCUITO DE

A

Apagado de un tiristor


CIRCUITO DECONMUTACIÓN FORZADA

Apagado ApagadoIapa-gado

+

CIRCUITO DEENCENDIDO

G

K

ITmax : Máxima corriente que puede conducir (pico, RMS o promedio)

VDmax : Máximo voltaje entre ánodo o cátodo (inverso o directo en no conducción)

IGTmin : Corriente de compuerta mínima para producir el disparo

V : Voltaje compuerta - cátodo máximo

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN SCR


VGTmax : Voltaje compuerta - cátodo máximo

Ihold min : Corriente de sostenimiento mínima

VFON : Voltaje ánodo - cátodo cuando está en conducción

dv/dt max : Máxima variación de voltaje admisible sin disparar

Medidas de Protección

Para proteger contra sobretensiones se usan elementosRC

Para proteger contra sobrecorrientes se usan fusiblessuperrápidos.

Tensión dealimentaciónUef/V

Resistencia Condensador

R/ΩΩΩΩ P/W C/µµµµF Uef/V

304560

125220

3.34.76.81527

0.50.50.50.51

0.10.10.10.10.1

7090

120190330

Valores recomendados para las redes RC de protecció n

Tipos de encapsulados

TO-48 TO-93 HT-23

PRUEBAS CON MULTÍMETRO EN “ESCALA DE DIODO”

A

GK


Cable Rojo Multimetro Cable Negro Multimetro Valor Medido (V)

A K OL

K A OL

A G OL

G A OL

K G Valor pequeño ≠ 0

G K Valor pequeño ≠ 0

A

Aplicaciones de SCR (Rectificador Controlado Monofásico)

RV

V

VR

VT

DisparoDisparo

Ejemplo: Control de fase

αααα

VR

VT

Cuando el tiristor recibe un pulso de corriente en la puerta comienza a conducir, siempre y cuando tenga polarización directa entre ánodo y cátodo

Controlando el ángulo de disparo αααα controlamos la energía que pasa

Aplicaciones • Donde se tenga que controlar grandes voltaje y corrientes.

• Convertir corriente alterna a corriente continua o viceversa.

• Accionamientos de motores eléctricos.


• Fuentes de alimentación.

• Cargadores de baterías.

• Control de temperatura.

• Variadores de velocidad de motores.

Tiristores BidireccionalesEl Diac y el Triac son tiristores bidirecionales. Estos dispositivos pueden conduciren cualquier dirección.

El DIAC es una combinación paralela inversa de dos terminales de capassemiconductoras, que permiten dispararse en cualquier dirección.

A continuación se representan sus características de operación y sus símbolo yestructura típicos:

I Ánodo1 A A

VF

IA

VBR

IBR

IBR

VBR

N1

N2

N3

P1

P2

Ánodo1

Ánodo2

A1 A2

A1 A2

EL TRIAC

El TRIAC es prácticamente un DIAC, pero con un terminal de compuerta parapoder controlar las condiciones de encendido. La principal característica esque puede controlar el flujo de corriente en ambos sentidos.

Sus características respecto del DIAC cambian en el primer y tercercuadrante, tal como se muestra a continuación:

IA Ánodo2A2


VF

IA

IBRVBR

IBRVBR

N4

N2

N1

P2

P1N3

N5

Ánodo1Compuerta

A1

A2

G

Circuito de Aplicación

Un circuito bastante común para disparar un TRIAC a través de un DIAC es elque se muestra a continuación:

Ve

A2RLIL

IL


t

R

C

VCA1 A2

A1G

Rt

Tipos / designación Conforme a las normas

Término común Símbolo

Tiristor diodo unidireccional Diodo de cuatro capas

Tiristor triodo unidireccionalControlable por el lado del ánodo

Tiristor (SCR)

Tiristor triodo unidireccionalControlable por el lado del cátodo

Tiristor (SCR)

TIPOS DE TIRISTORES

Controlable por el lado del cátodo

Tiristor triodo de apagado GTO

Tiristor diodo bidireccional Diac

Tiristor triodo bidireccional Triac

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