Tiristores

TiristoresTipos de tiristores, caractersticas y operacin en Serie y Paralelo.Realizado por : * Tito Arteaga * Richard PaoraTiristores, Que son ?Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrnicos de bajo consumo de potencia.La palabra tiristor, procedente del griego, significa puerta. El nombre es fiel reflejo de la funcin que efecta este componente: una puerta que permite o impide el paso de la corriente a travs de ella. As como los transistores pueden operar en cualquier punto entre corte y saturacin, los tiristores en cambio slo conmutan entre dos estados: corte y conduccin.Dentro de la familia de los tiristores, trataremos en este apartado los tipos ms significativos: Diodo Shockley, SCR (Silicon Controlled Rectifier), GCS (Gate Controlled Switch), SCS (Silicon Controlled Switch), Diac y Triac.

Adems de la funcin de rectificacin controlada del tiristor, ste y el triac sirven comodispositivos de conmutacinde estado slido en DC y en AC respectivamente. Es decir, son como interruptores (switches) pero compactos y pequeos, sin calefactor y de bajo consumo, rpidos y silenciosos, sin partes mviles ni contactos electromecnicos, sin chispas ni necesidad de mantencin, y que adems pueden controlarse electrnica y pticamente.

Estos componentes se utilizan en circuitos muy diferentes, como por ejemplo controles de velocidad de motores, regulador de intensidad de iluminacin deampolletas(dimmersy luces "psicodlicas"), para activar sistemas de proteccin, o enconvertidores de voltaje para viajes, cargadores de bateras, magnetizadores deimanes,relaysde estado slido (SSRs), controles de temperatura de hornos y de potencia decalefactores.EL DIODO SHOCKLEYEl diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: nodo y ctodo. Est constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. Acta como un interruptor: est abierto hasta que la tensin directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra y permite la conduccin. La conduccin contina hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor especfico (IH).

EJEMPLO DE APLICACION: DETECTOR DE SOBRETENSION

En esta aplicacin, se ha seleccionado un diodo Shockley con una tensin de conduccin de 10 V. Por tanto, si la tensin de la fuente es correcta, es decir, de 9 V, el diodo est abierto, no circula corriente por l y la lmpara estar apagada. Pero si la tensin de la fuente supera, por una falla en su funcionamiento una tensin de 10 V, el diodo entra en saturacin y la lmpara se enciende. Permanecer encendida (y el diodo cerrado) aunque la tensin vuelva a 9V, mostrando de esta manera que ha habido una falla. La nica forma de apagar la lmpara sera desconectar la alimentacin.

SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)El SCR es un dispositivo de cuatro capas muy similar al diodo Shockley, con la diferencia de poseer tres terminales: nodo, ctodo y puerta (gate). Al igual que el diodo Shockley, presenta dos estados de operacin: abierto y cerrado, como si se tratase de un interruptor.

En cuanto a la parte de polarizacin positiva, el diodo no conduce hasta que se recibe un pulso de tensin en el terminal de puerta (gate). Una vez recibido, la tensin entre nodo y ctodo cae hasta ser menor que un voltio y la corriente aumenta rpidamente, quedando limitada en la prctica por componentes externos.Podemos ver en la curva cuatro valores importantes. Dos de ellos provocarn la destruccin del SCR si se superan:VRBeIMAX.VRB(Reverse Breakdown Voltage) es, al igual que en el diodo Shockley, la tensin a partir de la cual se produce el fenmeno de avalancha.IMAXes la corriente mxima que puede soportar el SCR sin sufrir dao. Los otros dos valores importantes son la tensin de cebadoVBO(Forward Breakover Voltage) y la corriente de mantenimientoIH, magnitudes anlogas a las explicadas para el diodo Shockley.

APLICACIONES DEL SCR

Una aplicacin muy frecuente de los SCR es el control de potencia en alterna en reguladores (dimmer) de lmparas, calentadores elctricos y motores elctricos.En la Figura 8 se muestra un circuito de control de fase de media onda y resistencia variable. Entre los terminales A y B se aplican 120 V (AC). RLrepresenta la resistencia de la carga (por ejemplo un elemento calefactor o el filamento de una lmpara).R1es una resistencia limitadora de la corriente yR2es un potencimetro que ajusta el nivel de disparo para el SCR. Mediante el ajuste del mismo, el SCR se puede disparar en cualquier punto del ciclo positivo de la onda en alterna entre 0 y 180, como se aprecia en la Figura 8.

Cuando el SCR se dispara cerca del principio del ciclo (aproximadamente a 0), como en la Figura 8 (a), conduce durante aproximadamente 180 y se transmite mxima potencia a la carga. Cuando se dispara cerca del pico positivo de la onda, como en la Figura 8 (b), el SCR conduce durante aproximadamente 90 y se transmite menos potencia a la carga. Mediante el ajuste deRX, el disparo puede retardarse, transmitiendo as una cantidad variable de potencia a la carga.Cuando la entrada en AC es negativa, el SCR se apaga y no conduce otra vez hasta el siguiente disparo durante el ciclo positivo. Es necesario repetir el disparo en cada ciclo como se ilustra en la Figura 9. El diodo se coloca para evitar que voltaje negativo en AC sea aplicado a lagatedel SCR.

GCS (GATE CONTROLLED SWITCH)Este dispositivo es similar al SCR, con la diferencia de que el GCS puede interrumpir el paso de corriente con una seal en el terminal degate.Igual que el SCR, no permitir el paso de corriente hasta que un pulso positivo se reciba en el terminal de puerta. La diferencia se encuentra en que el GCS puede pasar al estado de corte mediante un pulso negativo 10 20 veces mayor que el pulso positivo aplicado para entrar en conduccin.Los GCS estn diseados para cargas relativamente pequeas y pueden soportar slo unas pocas decenas de amperios.

SCS (SILICON CONTROLLED SWITCH)Es similar en cuanto a construccin al SCR. La diferencia est en que posee dos terminales de puerta, uno para entrar en conduccin y otro para corte. El SCS se suele utilizar en rangos de potencia menores que el SCR.El SCS tiene aplicaciones muy similares a las de SCR. Este ltimo tiene la ventaja de poder abrirse ms rpido mediante pulsos en cada uno de los terminales degate, pero el inconveniente que presenta respecto al SCR es que se encuentra ms limitado en cuanto a valores de tensin y corriente. Tambin se utiliza en aplicaciones digitales como contadores y circuitos temporizadores.

EL DIACEs un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona bsicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.La curva de funcionamiento refleja claramente el comportamiento del diac, que funciona como un diodo Shockley tanto en polarizacin directa como en inversa.Cualquiera que sea la polarizacin del dispositivo, para que cese la conduccin hay que hacer disminuir la corriente por debajo de la corriente de mantenimientoIH. Las partes izquierda y derecha de la curva, a pesar de tener una forma anloga, no tienen por qu ser simtricas.

EL TRIACEste dispositivo es simular al diac pero con un nico terminal de puerta (gate). Se puede disparar mediante un pulso de corriente degatey no requiere alcanzar el voltajeVBOcomo el diac.En la curva caracterstica se indica que para diferentes disparos, es decir, para distintas corrientes aplicadas engate, el valor deVBOes distinto. En la parte de polarizacin positiva, la curva de ms a la izquierda es la que presenta un valor deVBOms bajo, y es la que mayor corriente degateprecisa en el disparo. Para que este dispositivo deje de conducir, como en el resto de los casos, hay que hacer bajar la corriente por debajo del valorIH.

Al igual que el SCR, se emplean para controlar la potencia suministrada a una carga. El triac puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la carga durante un tiempo determinado de cada ciclo. La diferencia con el SCR es que se puede disparar tanto en la parte positiva que en la negativa del ciclo, de tal manera que la corriente en la carga puede circular en los dos sentidos.

Como resumen final del tema se reflejan en una tabla las caractersticas ms importantes de los tiristores que se han presentado.

Operacin en Serie Y paralelo