Tiristores

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 biestable, 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.

La electrónica de potencia concierne a los circuitos con tiristores, a su diseño y a su función en el control de potencia en un sistema. Existen gran variedad de tiristores, pero todos ellos tienen ciertas propiedades en común: son dispositivos de estado sólido que se “disparan” bajo ciertas condiciones pasando de un estado de alta impedancia a uno de baja, estado que se mantiene mientras que la corriente y la tensión sean superiores a un valor mínimo denominado niveles de mantenimiento. Estructuralmente, todos los tiristores consisten en varias capas alternadas de silicio dopado con impurezas p y n. El disparo de un tiristor se realiza inyectando corrientes en esas

Uniones de forma que, mediante una reacción regenerativa, conmuta a conducción y lo mantiene en este estado aunque la señal de disparo sea retirada, siempre que se verifiquen unos requerimientos mínimos de tensión y corriente. Estas características hacen que los tiristores sean mucho más útiles que los conmutadores mecánicos, en términos de flexibilidad, duración y velocidad. Estos dispositivos se utilizan en control de potencia, convertidores DC-DC o DC-AC o AC-DC o AC-AC, motores, luz incandescente, etc.

A continuación se presenta una imagen donde detalla cada uno de los tiristores y su símbolo.

El diodo shockley:

El diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: ánodo y cátodo. Está constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. Actúa como un interruptor: está abierto hasta que la tensión directa aplicada alcanza un cierto valor (VBO), entonces se cierra y permite la conducción. La conducción continúa hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor específico (IH).

Fig1.9 estructura. Fig1.9.1 símbolo. Fig1.9.2 Circ. Equivalente

Para valores negativos del voltaje aplicado, como en un diodo, sólo habrá una corriente muy pequeña hasta que se alcance la tensión de ruptura (VRB).

Fig1.10 Curva características del diodo Shockley. Fig1.11 Aspecto físico.

Aplicaciones:

En esta aplicación, se ha seleccionado un diodo Shockley con una tensión de conducción de 10 V. Por tanto, si la tensión de la fuente es correcta, es decir, de 9 V, el diodo está abierto, no circula corriente por él y la lámpara estará apagada. Pero si la tensión de la fuente supera, por una falla en su funcionamiento una tensión de 10 V, el diodo entra en saturación y la lámpara se enciende. Permanecerá encendida (y el diodo cerrado) aunque la tensión vuelva a 9V, mostrando de esta manera que ha habido una falla. La única forma de apagar la lámpara sería desconectar la alimentación.

Fig1.12 Aplicación del diodo.

SCR (silicon controlled rectifier):

Es un dispositivo de cuatro capas muy similar al diodo Shockley, con la diferencia de poseer tres terminales: ánodo, cátodo y puerta (gate). Al igual que el diodo Shockley, presenta dos estados de operación: abierto y cerrado, como si se tratase de un interruptor.

Fig1.13 estructura. Fig1.13.1 símbolo. Fig1.14 Circ. Equivalente

Fig1.15 Curva caracteristica.

En cuanto a la parte de polarización positiva, el diodo no conduce hasta que se recibe un pulso de tensión en el terminal de puerta (gate). Una vez recibido, la tensión entre ánodo y cátodo cae hasta ser menor que un voltio y la corriente aumenta rápidamente, quedando limitada en la práctica por componentes externos. Podemos ver en la curva cuatro valores importantes. Dos de ellos provocarán la destrucción del SCR si se superan: VRB e IMAX. VRB (Reverse Breakdown Voltage) es la tensión a partir de la cual se produce el fenómeno de avalancha. IMAX es la corriente máxima que puede soportar el SCR sin sufrir daño. Los otros dos valores importantes son la tensión de ruptura VBO (Forward Breakover Voltage) y la corriente de mantenimiento IH. Para que el dispositivo interrumpa la conducción de la corriente que circula a través del mismo, ésta debe disminuir por debajo del valor IH (corriente de mantenimiento). Hay dos métodos básicos para provocar la apertura el dispositivo: interrupción de corriente anódica y conmutación forzada.

Fig1.16 Apertura del SCR mediante interrupción de la corriente anódica.

Fig1.17 Desconexión del SCR mediante Fig1.18 Aspecto físico

Conmutación forzada.

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Aplicaciones

Controles de relevador.• Circuitos de retardo de tiempo.• Fuentes de alimentación reguladas.• Interruptores estáticos.• Controles de motores.• Recortadores.• Inversores.• Ciclo conversores.• Cargadores de baterías.• Circuitos de protección.• Controles de calefacción.• Controles de fase.

Tiristor bidireccional controlado por fase (BCT):

Es un concepto nuevo para el control por fase de alta potencia. Es un dispositivo único que que combina las ventajas de tener dos tiristores en un encapsulado, permitiendo diseñar equipos más compactos simplificando el sistema de enfriamiento y aumentar la fiabilidad del sistema. Sus aplicaciones son en compensadores estáticos (VAR), interruptores estáticos y controles de motor.las especificaciones máximas de voltaje pueden ser hasta de 6.5 kv, la corriente de 3 ka a 1.8 ka, el encendido y el apagado el bct tiene dos compuertas para encender el flujo de la corriente en sentido directo y para el sentido inverso, este tiristor se enciende con un pulso en una de sus compuertas y se

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