TIRISTORESTIRISTORES

INTRODUCCIONINTRODUCCION      Un tiristor es uno de los tipos más importantes de los dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los Tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos exhiben ciertas características y limitaciones.

CARACTERISTICAS DE LOS TIRISTORESCARACTERISTICAS DE LOS TIRISTORES Un Tiristor es dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura pnpn con tres uniones pn tiene tres terminales: ánodo cátodo y compuerta. Operan como commutadores biestables

simbolo estructura

CIRCUITO TIRISTOR Y CARACTERISTICAS V -ICIRCUITO TIRISTOR Y CARACTERISTICAS V -I

IL: CORRIENTE DE ENGANCHE O RETENCION : es la corriente de ánodo mínima para requerida para mantener el tiristor en estado de conducción inmediatamente después de que ha sido activado y se ha retirado la señal de compuerta

IH: CORRIENTE DE MANTENIMIENTO es la corriente mínima para mantener el tiristor en estado de régimen permanente esta en el orden de los miliamperios

IT: CORRIENTE EN ESTADO DE CONDUCCION , esta corriente es mayor que las anteriores

IT>IL>IH

VBO: VOLTAJE DE RUPTURA INVERSA ,un tiristor se puede activar aumentando el voltaje directo de VAK mas alla de VBo, pero esta forma de activarlo puede ser destructiva .

Un tiristor es un dispositivo de enganche . En la práctica VAK<VBo y el tiristor se activa aplicando una tension positiva entre su compuerta y catodo.

Características estáticas: Características estáticas: Las características estáticas corresponden a la región ánodo - cátodo y son los valores máximos que colocan al elemento en en límite de sus posibilidades: VVRWMRWM, V, VDRMDRM, V, VTT, I, ITAVTAV, I, ITRMSTRMS, I, IRR, T, Tjj, I, IHH..

Identifiquemos estos parámetros en la hojas del fabricante de lo SCR

Características de control:Características de control:Determinan la naturaleza del cto de mando que mejor responde a las condiciones de disparo.Para la región puerta - cátodo los fabricantes definen entre otras las siguientes características: VVGFMGFM, V, VGRMGRM, I, IGMGM, ,

PPGMGM, P, PGAVGAV, V, VGTGT, V, VGNT GNT (V(VGDGD)), I, IGTGT, I, IGNT GNT (I(IGDGD)) VVGNTGNT (VGD) (VGD) e Ie IGNTGNT (IGD)(IGD) 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.

VVGFMGFM, V, VGRMGRM, I, IGMGM, P, PGMGM, P, PGAVGAV, V, VGTGT, V, VGNT GNT (V(VGDGD)), I, IGTGT, I, IGNT GNT (I(IGDGD)) VVGNTGNT (VGD) (VGD) e Ie IGNTGNT (IGD)(IGD) 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.

Dentro de esta zona encontramos una parte en la cual el disparodisparo resulta inseguroinseguro Esta corriente mínima disminuye al aumentar la temperatura:

Características de controlCaracterísticas de control

GM

G(AV)

P

P

Los tiristores necesitan un tiempo tiempo para pasar de pasar de bloqueo a conducción y bloqueo a conducción y viceversaviceversa. A.- Tiempo de Encendido (tON) El tiempo de encendido (paso de corte a conducción) tON, lo dividimos en dos partes:

A1.-Tiempo de retardoTiempo de retardo. (ttdd)

A2.- Tiempo de subidaTiempo de subida. (ttrr)

CaracterísticasCaracterísticas de conmutación:de conmutación:

B.- Tiempo de Apagado (tOFF)

Es el tiempo de paso conducción a cortetiempo de paso conducción a corte

Dividimos el tiempo de apagado en dos:

B1.- T de T de

recuperaciónrecuperación

inversainversa. (ttrrrr).

B2.- T de T de

recuperación recuperación

de puertade puerta. (ttgrgr).

grrroff ttt qt

CaracterísticasCaracterísticas de conmutación:de conmutación:

Es aconsejable tratar de indentificar los parámetros de conmutación en las hojas de características

El apagado del tiristor se producirá por dos motivos:El apagado del tiristor se producirá por dos motivos: Por reducción de la corriente de ánodo por debajo de la reducción de la corriente de ánodo por debajo de la corriente de mantenimiento o retencion y por anulación corriente de mantenimiento o retencion y por anulación de la corriente de ánodode la corriente de ánodo.

Parámetros que influyen sobre tParámetros que influyen sobre toffoff::

Corriente en conducción (IT).

Tensión inversa (VR).

Velocidad de caída de la corriente de ánodo dI/dt.

Pendiente de tensión dVD/dt.

Temperatura de la unión Tj o del contenedor Tc.

Condiciones de puerta.

Características de desactivaciónpara un circuito conmutado por línea

El tiempo de apagado tq es la suma del tiempo de recuperación inverso trr y el tiempo de recombinación trc

tq es el valor mínimo del intervalo de tiempo entre el instante en que la corriente de activación se ha reducido a cero y el instante en que el tiristor es capaz de soportar un voltaje directo sin activarse, tq depende del valor pico de la corriente de estado activo y del voltaje instantáneo de estado activo

Características de desactivaciónpara un circuito de conmutación forzada

El tiempo de apagado tq es la suma del tiempo de recuperación inverso trr y el tiempo de recombinación trc La carga

recuperada inversa QRR es la cantidad de carga que debe recuperarse durante el proceso de desactivación

MODELO DE TIRISTOR DE DOS TRANSITORES.MODELO DE TIRISTOR DE DOS TRANSITORES.

ACTIVACION DEL TIRISTORACTIVACION DEL TIRISTOR Un tiristor se activa incrementándola corriente del ánodo. Esto

se puede llevar a cabo  mediante una de las siguientes formas.

TERMICA.   Si la temperatura de un tiristor es alta habrá un aumento en el número de pares electrón-hueco, lo que aumentará las corrientes de fuga. Este tipo de activación puede causar una fuga térmica que por lo general se evita.

LUZ.   Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor, aumentaran los pares electrón-hueco pudiéndose activar el  tiristor. La activación de tiristores por luz se logra permitiendo que esta llegue a los discos de silicio.

ALTO VOLTAJE.  Si el voltaje directo ánodo  a cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo VBO, fluirá una corriente de fuga suficiente para iniciar una activación regenerativa. Este tipo de activación puede resultar destructiva por lo que se debe evitar.

dv/dt.     Si la velocidad de elevación del voltaje ánodo-cátodo es alta, la corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede dañar el tiristor por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes especifican el dv/dt máximo permisible de los tiristores.

CORRIENTE DE COMPUERTACORRIENTE DE COMPUERTA .     Si un tiristor está polarizado en directa, la inyección de una corriente de compuerta al

aplicar un voltaje positivo de compuerta entre la compuerta y las terminales del cátodo activará al tiristor. Conforme aumenta la

corriente de compuerta, se reduce el voltaje de bloqueo directo,

Características de activación

Existe un retraso conocido como tiempo de activación ton entre la aplicación de la

señal de compuerta y la conducción de un tiristor, ton se define como el intervalo

de tiempo entre el 10% de la corriente de compuerta de régimen permanente (0.1 IG)

y el 90% de la corriente activa del tiristor en régimen permanente (0.9/T). ton es la suma del

tiempo de retraso td y

el tiempo de elevación tr .

tr es el tiempo requerido para

que la corriente del ánodo se eleve del 10% del estado activo (0.1IT)

al 90% de la corriente en estado activo (0.9IT).

td se define como el intervalo

de tiempo entre el 10% de lacorriente de compuerta (0.1IG) y

el 10% de la corriente activa del tiristor (0.1IT) .

Características de activación

DESACTIVACION DEL TIRISTORDESACTIVACION DEL TIRISTOR

Si un tiristor esta en estado activo , se puede desactivar reduciendo la corriente directa a un nivel debajo de IH

Debido a las uniones p-n , las caracteristicas de desactivacion deberan tener un trr (tiempo de recuperacion

inverso) y una IRR (corriente pico de recuperacion inversa ) donde : IRR >> IR (corriente de bloqueo reversa )

Las uniones p-n internas (J2) tienen : trc : tiempo de recombinación

que depende de la magnitud de la tensión inversa

Se deben tomar en cuenta los siguientes puntos en el diseño de un circuito de control de compuerta: - La señal de compuerta debe eliminarse después de activarse el tiristor. - Una señal continua de compuerta aumentaría la pérdida de potencia en la unión de la compuerta - Mientras el tiristor esté con polarización inversa, no debe haber señal de compuerta; de lo contrario, el tiristor puede fallar debido a una corriente de fuga incrementada. - El ancho del pulso de la compuerta IG debe ser mayor

que el tiempo requerido para que la corriente del ánodo se eleve al valor de corriente de mantenimiento IH.

- En la práctica, el ancho del pulso IG por lo general

se diseña mayor que el tiempo de activación ton

del tiristor.

OPERACIÓN EN SERIE DE TIRISTORE SOPERACIÓN EN SERIE DE TIRISTORE S Para aplicaciones de alto voltaje , es posible conectar dos o

mas tiristores en serie , a fin de proporcionar la especificación de voltaje sin embargo hay que tener en cuenta que debido a la densidad en la producción , las caracteristicas de los tiristores del mismo tipo no son idénticas

Tiristores conectados en serie

OPERACIÓN EN PARALELO DE TIRISTORESOPERACIÓN EN PARALELO DE TIRISTORES Cuando los tiristores se conectan en paralelo , la

corriente de carga no se comparte en forma igual Si un tiristor conduce mas corriente que otros

aumenta su disipacion de potencia , aumenta su temperatura de union y reduce la resistencia interna

Aumenta la distribución de corriente y puede dañar al tiristor

Esta fuga térmica se evita colocando disipadores de calor común .

DISTRIBUCIÓN ESTATICA DE CORRIENTE

Se coloca una pequeña resistencia en serie con el tiristor para obligar una igual distribución de corriente .

DISTRIBUCIÓN DINÁMICADE CORRIENTE

Una solución común para la repartición de corriente en los tiristores es la utilización de inductores acoplados magnéticamente, como se muestra abajo. Si aumenta la corriente a través del tiristor T1,

se inducirá un voltaje de polaridad opuesta en los embobinados del tiristor T2 y se reducirá la impedancia

a través de la trayectoria de T2, incrementando por lo tanto

el flujo de corriente a través de T2.

CIRCUITO DE DISPARO DEL TIRISTORCIRCUITO DE DISPARO DEL TIRISTOR

Al trabajar el tiristor lo hace con diferentes potenciales en sus terminales

El circuito de potencia esta sujeto a valores de voltajes generalmente mayores que los 100v

El circuito de compuerta se mantiene a un bajo voltaje tipicamente 12 a 30v

Se requiere un circuito aislante entre el tiristor y su circuito generador de pulso de compuerta

Esto se lleva a cabo mediante los acopladores opticos y los transformadores de pulso.

Aislador acoplado por foto Aislador acoplado por foto SCRSCR

Foto SCR

OTROS CIRCUITOS DE DISPAROOTROS CIRCUITOS DE DISPARO

PULSO CORTO PULSO LARGO

GENERADOR ´DE PULSOCON LOGICAAND

OSCILADOR

CIRCUITOS DE PROTECCION DE COMPUERTACIRCUITOS DE PROTECCION DE COMPUERTA

R , aumenta la capacidad dv/dt reduce el tiempo de desactivacion y aumenta lasa IH ,IL

C , elimina los componentes del ruido de alta frecuencia , aumenta la capacidad dv/dt y el tiempo de retrazo de la compuerta .

D , protege la compuerta de un voltaje negativo .

Se combinan las caracteristicas anteriores , R, C, D, se adiciona un diodo de aclopamiento (el diodo solo admite pulsos positivos )y una resistencia que limita la corriente de compuerta

TIPOS DE TIRISTORESTIPOS DE TIRISTORES..

 Los tiristores se fabrican casi exclusivamente por difusión. La corriente del ánodo requiere de un tiempo finito para propagarse por toda el área de la unión, desde el punto cercano a la compuerta cuando inicia la señal de la compuerta para activar el tiristor. Para controlar el di/dt, el tiempo de activación y el tiempo de desactivación, los fabricantes utilizan varias estructuras de compuerta

Dependiendo de la construcción física y del Dependiendo de la construcción física y del comportamiento de activación y comportamiento de activación y

desactivación, en general los tiristores desactivación, en general los tiristores pueden clasificarse en:pueden clasificarse en:

1) Tiristor conmutado por línea o por fase (SCR).

2) Tiristor de conmutación rápida (SCR).

3) Tiristores bidireccionales controlados por fase (BCT)

4) Rectificador controlado de silicio fotoactivado (LASCR)

5) Tiristor o tríodo bidireccional (TRIAC).

6) Tiristor de conducción inversa (RCT).

7) Tiristor desactivado por compuerta (GTO).

8) Tiristores controlados por FET (FET-CHT)

9. Tiristores apagados por MOS (MTO).10. Tiristores de apagado (Control) por emisor

(ETO).11. Tiristores conmutados por compuerta integrada

(IGCT). 12. Tiristores controlados por MOS (MCT).13. Tiristor de inducción estático (SITH).