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Tiristores
Dra. Victoria Serrano
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 1
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Introducción
• Conocidos también como SCR (silicon-controlled rectifier) o semiconductores controlados de silicio
• De los tipos más antiguos de dispositivos de potencia de estado sólido
• Tienen la capacidad más alta de manejo de potencia
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 2
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Características
• Construcción única de cuatro capas
• Son interruptores de bloqueo que se encienden por la terminal (compuerta) de control
• No se apagan por la compuerta
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 3
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Estructura Básica y Símbolo
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 4
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Características I-V
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 5
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Modelo Simplificado de un Tiristor
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 6
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¿Cómo funciona el Tiristor?
• https://www.youtube.com/watch?v=K2ki029r0w8
Aplicaciones:
https://www.youtube.com/watch?v=gn-c0OOjW2g
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 7
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Circuito Resistivo para el Disparo de SCR
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 8
Para ángulos hasta 90°
Se presenta un fenómeno parecido a la corriente de recuperación de reversa 𝐼𝑟𝑟. No aplicar un voltaje directo hasta que no haya transcurrido el tiempo de recobro (𝒕𝒒).
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Forma de Onda del SCR
• Ángulo de Disparo (𝛼): número de grados de un ciclo AC que transcurren antes que el SCR pase al estado de conducción.
• Ángulo de Conducción: número de grados de un ciclo AC durante los cuales el SCR está en conducción.
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 9
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Ángulos de Disparo del SCR
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 10
𝑅2 mayor
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Circuitos de Control de Compuerta para un SCR
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 11
Para ángulos mayores a 90°
En la práctica (aproximaciones):• Primera constante de
tiempo 𝑅1𝐶 para 60 Hz, puede estar entre 1 y 2 ms.
• Segunda constante de tiempo (𝑅1+𝑅2)𝐶 se utiliza un valor mayor que el periodo de la señal (ejm: 20ms).
• Tercera constante de tiempo 𝑅3𝐶2 se utiliza un valor algo superior a la primera constante de tiempo (ejm: 4ms)
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Control de Potencia Rectificada de Onda Completa
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 12
Data de Fabricante: SCR 50RIA
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Desactivación por puerta de tiristores (GTO)
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 13
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Características del GTO
• Se enciende por medio de un impulso de corriente de compuerta de corta duración
• Se mantiene encendido sin más corriente de compuerta una vez activo
• Para apagarlo se aplica una tensión de compuerta a cátodo negativa para que fluya una corriente de compuerta negativa bastante grande (µs)
• Bloquean voltajes negativos (magnitud dependede los detalles del circuito amortiguador)
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 14
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Características del GTO
• Voltaje de estado activo: 2-3 V
• Velocidades de conmutación: unos cuantos µs hasta 25 µs
• Capacidad de voltajes: hasta 4.5 kV
• Capacidad de corriente: hasta unos cuantos kA
• Frecuencia de conmutación: 100xHz hasta 10 kHz
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 15
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Transitorio de Desconexión de la Puerta
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 16
(Snubber)
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Tiristores Apagados por Compuerta-GTO
• Estructura interna
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 17
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Características de Salida V-I del GTO
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 18
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Tríodo de Corriente Alterna TRIAC
• Estructura Interna
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 19
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Características de Salida V-I del TRIAC
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 20
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Funcionamiento-Disparo en los Cuatro Cuadrantes
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 21
TRIAC MAC16D
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Dispositivos y circuitos para el comando de tiristores
• Interruptor Unilateral de Silicio – SUS
– Conduce en una sola dirección de ánodo a cátodo cuando el voltaje en el ánodo es mayor que en el cátodo
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 22
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Dispositivos y circuitos para el comando de tiristores
• Diodo de Corriente Alterna – DIAC
– Conduce corriente después que se ha alcanzado la tensión de disparo
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 23
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Dispositivos y circuitos para el comando de tiristores
• Transistor de unijuntura – UJT
– Contiene dos zonas semiconductoras
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 24
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Transistor de unijuntura – UJT
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 25
η = 𝑅𝑎𝑧ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑜 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑡𝑟í𝑛𝑠𝑒𝑐𝑜
Típicamente utilizado en un circuito llamado oscilador de relajación
UJT NTE6400
𝑉𝐸 > 𝑉𝑘 + 𝑉𝐷 → 𝑈𝐽𝑇 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑒 𝑉𝑝Cuando V en UJT disminuye hasta el voltaje de valle (Vv), si 𝐼𝐸 > 𝐼𝑉, UJT continuará conduciendo
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Oscilador de Relajación con UJT
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 26
Puede ser utilizado para el disparo de un SCR o TRIAC
𝑅𝐸 𝑚á𝑥 =𝑉𝑆 − 𝑉𝑃
𝐼𝑃
𝑅𝐸 𝑚í𝑛 =𝑉𝑆 − 𝑉𝑃𝐼𝑉
No funciona para voltajes negativos. Por ello se coloca un zener
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Dispositivos y circuitos para el comando de tiristores
• Transistor de Unijuntura Programable – PUT
– Funcionamiento similar al UJT
– Se utiliza como oscilador y base de tiempos
– El diseñador puede definir 𝐼𝑃, 𝐼𝑉 , 𝑉𝑃 mediante 𝑅𝐺.
– La compuerta se conecta a un divisor de tensión⇒permitevariar la frecuencia de oscilación sin modificar la constante de tiempo RC
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 27
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Oscilador de relajación con PUT
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 28
Ventaja: inmunidad al ruido
PUT 2N6027
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Ejemplo
• ¿Cuál es el valor de la corriente pico y la corriente valle para el circuito mostrado en la figura, asumiendo 𝑉𝐵 = 10𝑉.
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 29
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Optoacopladores para el control del TRIAC
• Funciona como un interruptor activado por luz LED que satura un dispositivo electrónico (fototransistor o fototriac)
• Curvas de tensión/luz del LED no son lineales
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 30
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Dispositivos con cruce por cero• Forma sencilla de medir la frecuencia de red• Rectificar el desfase angular introducido por
transformadores utilizados para la medición de tensión• Determinar el momento para conmutar una carga por
medio de relé o relé de estado sólido (sólo se conectan/desconectan en el cruce por cero en sentido ascendente). De otro modo, se generan armónicos cuando se conecta la carga en tensión
• Para realizar regulación de potencia (dimmer) con un SSR. Se sincroniza la señal de disparo del SSR con la frecuencia de red para evitar provocar parpadeos en la carga
• Aplicaciones de sonido y conmutaciónCruce por cero con optoacopladorII Semestre 2019 Electrónica de Potencia 31
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Selección del Optoacoplador
• Entrada del optoacoplador– Caída de voltaje típica del LED
– Corriente máxima que puede soportar el LED
– Disipación de potencia máxima
• Salida del optoacoplador– Una tensión nominal máxima en estado
bloqueado
– Corriente RMS de estado encendido
– Disipación de potencia máxima
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 32
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Selección del Optoacoplador
• Aislamiento de alto voltaje
• Aislamiento de ruido
• Ganancia de corriente
• Tamaño del optoacoplador
• Razón de transferencia de corriente (CTR)
• Velocidad de conmutación
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 33
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Dispositivos de protección contra sobrevoltajes transitorios
• Video
II Semestre 2019 Electrónica de Potencia 34