ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS MACE Tema 1: Componentes Electrónicos Tiristores :

Componentes electrónicos: El tiristor Introducción El rectificador controlado de silicio o SCR Estados de bloqueo y conducción Ejemplo de aplicación: control de fase El TRIAC El DIAC Otros tiristores Fabricantes de tiristores

TIRISTORES (Thyristor) Introducción Los tiristores son dispositivos especialmente populares en Electrónica de Potencia. Son sin duda los dispositivos electrónicos que permiten alcanzar potencias mas altas, son dispositivos realmente robustos. En 1956 se desarrollo el primer Tiristor Bell Telephoned Laboratory. Inicialmente fue llamado Transistor PNPN (hoy conocido como SCR)

Introducción: definición y tipos - Dispositivo de 4 capas con estados estables de conducción y bloqueo - Interruptor de potencia muy alta - Potencias y tensión muy altas - Frecuencias de conmutación no superiores a 2kHz SCR (Silicon Controlled Rectifier). Interruptor unidireccional GTO (Gate Turn-off) Interruptor unidireccional. Apagado por puerta TRIAC (Triode AC) Interruptor bidireccional DIAC (Diode AC) Interruptor bidireccional ( Control de tiristores)

y circuito equivalente El SCR (Silicon Controlled Rectifier) Símbolo A C Siempre es de Silicio. El SCR es el tiristor por excelencia (Ánodo) (Cátodo) G (Puerta) IA p2 n2 n1 p1 G K A J3 J2 J1 I C E B C IG C B VB VAC E Estructura Interna y circuito equivalente Característica

El SCR (Silicon Controlled Rectifier) (Ánodo) A Estado de bloqueo: IA IA VAC Soporta tensión inversa y tensión directa G (Puerta) Si se introduce un pulso de corriente por puerta C VB (Cátodo) IG o la tensión alcanza el valor de ruptura directa VB im VAC Estado de conducción: im = Corriente de mantenimiento Conduce corriente directa y se mantiene en conducción siempre que la corriente esté por encima de im

El SCR (Silicon Controlled Rectifier) A C G A P N G C

El SCR (Silicon Controlled Rectifier) Podemos decir que es un interruptor unidireccional que se cierra con un pulso de corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la corriente pasa por cero A A A G G C C MODELO IDEAL DE UN SCR NOTA: El disparo por tensión directa (VB) se considera indeseable y, como norma general, debe seleccionarse el SCR para que esto no ocurra G C

SCR: Ejemplo de control de fase

SCR: Algunos ejemplos TO 209 AD B 7 TO 200 AF B 20 TO 208 Ac B 2 500 V 100A 1300 V 1800A 500 V 24A

El SCR (Silicon Controlled Rectifier) EL SCR es el dispositivo electrónico mas robusto que existe. Puede manejar tensiones y corrientes realmente impresionantes. Algunos ejemplos son realmente espectaculares. Unos de los 12 SCR para un “pequeño” rectificador trifásico de 500 MW y 500 KV (Inga-Shaba, ZAIRE)

TRIAC: Triode AC T2 G T1 IT Símbolo IG +VB -VB VT IG Estructura Interna NOTA: Se puede disparar con pulsos positivos o negativos de corriente en puerta Característica

TRIAC: Triode AC T2 T1 G T2 T2 G G T1 T1

TRIAC: Un modelo ideal sencillo Podemos decir que es un interruptor bidireccional que se cierra con un pulso de corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la corriente pasa por cero. La puerta es ahora bidireccional (2 diodos en anti-serie) T2 T2 T1 G G T1 MODELO IDEAL DE UN TRIAC

TRIAC: Ejemplo de control de fase Disparo Apagado IT(RMS) = 12A VDRM = VRRM = 700 V

DIAC: Diode AC IT +VB -VB VT Característica Dispositivo auxiliar (p.e. disparo de tiristores) Sólo se puede disparar por sobretensión Soporta picos de corriente elevados Se debe conocer la Tensión de cebado (p.e. 33V en el DB3) DB3: Diac comercial muy popular IT A1 A2 +VB -VB VT Característica

DIAC: Diode AC Podemos decir que es un interruptor que se cierra por tensión (Tensión de ruptura) y permanece cerrado hasta que la corriente por el pase por cero (corriente de mantenimiento) Estructura Interna P1 P2 N1 N3 T2 T1 N2 T2 T1

DIAC: Algunos elementos similares Recinto de descarga Gránulos de óxidos metálicos sinterizadas (Óxido de cinc, etc) DESCARGADOR DE GAS VARISTOR

DIAC: Uso como elemento de protección Sobretensión I F Equipo a proteger Ve TRIAC, VARISTOR, DESCARGADOR,... NOTA: El VARISTOR es el elemento mas popular para esta aplicación

DIAC: Ejemplo de uso Ejemplo: Control de TRIAC con DIAC (Típico regulador de luz de salón) Carga R1 A2 R1 = 0 , máxima potencia R1 = Elevada, mínima potencia R2 R3 G I G A1 C TRIAC controlado por DIAC (Montaje simplificado)

Otros tiristores: el GTO (Gate Turn-off) C G La especial estructura del dispositivo permite el apagado por puerta (con un pulso negativo). Por lo demás es similar al SCR. G C A C G Vista desde abajo Estructura de un GTO simétrico

Otros tiristores: el LASCR, Tiristor controlado por luz. Son Tiristores activados por luz Utilizados en Alta tensión Frecuencias de conmutación de hasta 2KHz Tensiones elevadas 6000V y 1500A NOTA: Normalmente disponen de conexiones especiales para ser disparados con fibra óptica. Son interesantes en entornos de corrientes y tensiones elevadas, permitiendo un elevado aislamiento entre el circuito de potencia y el de gobierno.

Algunos fabricantes de tiristores