electrónica de potencia -...
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SCR´s de Potencia
TIRISTORES (Thyristor)
En 1956 se desarrollo el primer Tiristor Bell Telephoned Laboratory. Inicialmente fue llamado Transistor PNPN (hoy conocido como SCR)
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.
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)
p2
n2
n1
p1 G
K
A
J3
J2
J1
I
A
p2
n2
p1
n1
C
A
A
Estructura Interna
y circuito
equivalente
Característica
Símbolo SCR: Silicon Controlled Rectifier
Siempre es de Silicio. El SCR es el tiristor por excelencia
(Cátodo)
(Puerta)
C
G
A
(Ánodo)
E
B
C
C
B
E
IA
VAC VB
IG
P
P
N
N
A
C G
A
C
G
SCR: Silicon Controlled Rectifier
SCR: Un modelo ideal sencillo
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
G
A
C
MODELO IDEAL DE UN SCR
A
C G
A
C
G NOTA: El disparo por tensión directa (VB) se considera indeseable y, como norma general, debe seleccionarse el SCR para que esto no ocurra
US(t)
Umax
Umax
ig
t
t
t
UAK
UE
(t)
A
K
G
UAK
IG
IA Carga
UE(t)
US(t)
Rg
SCR: Ejemplo de control de fase
500 V
24A
1300 V
1800A
500 V
100A
TO 200 AF
B 20
TO 209 AD
B 7
TO 208 Ac
B 2
SCR: Algunos ejemplos
Unos de los 12 SCR para un “pequeño” rectificador trifásico de 500 MW y 500 KV (Inga-Shaba, ZAIRE)
EL SCR es el dispositivo electrónico mas robusto que existe. Puede manejar tensiones y corrientes realmente impresionantes. Algunos ejemplos son realmente espectaculares.
P1
P2
n1
n2n3
n4 n4
T2
T1G
T2
T1
G
Estructura Interna
Característica
Símbolo
TRIAC: Triode AC T2
T1 G
IT
VT +VB
IG
-VB IG
NOTA: Se puede disparar con pulsos positivos o negativos de corriente en puerta
TRIAC: Triode AC T2
T1 G
T2
T1
G
T2
T1
G
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)
G
T2
T1
MODELO IDEAL DE UN TRIAC
T2
T1 G
UMAX
UCarga
t
IG
T2
T1
G
IG
Ue
RL
Ucarga
UT2T1
IG
TRIAC: Ejemplo de control de fase
IT(RMS) = 12A
VDRM = VRRM = 700 V
Disparo
Apagado
Dispositivo auxiliar (p.e. disparo de tiristores)
Soporta picos de corrientes elevados
Se debe conocer la Tensión de cebado (p.e. 33V en el
DB3)
DB3: Diac comercial muy popular
DIAC: Diode AC
Característica
IT
VT +VB -VB
A1 A2
Estructura Interna
P1
P2
N1
N3 N3
T2
T1
N2 N2
DIAC: Diode AC
T2
T1
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)
DIAC: Algunos elementos similares
DESCARGADOR DE GAS
VARISTOR
Gránulos de óxidos metálicos sinterizadas (Óxido de cinc, etc)
Recinto de descarga
DIAC: Uso como elemento de protección
Equipo a proteger Ve
I F
TRIAC, VARISTOR, DESCARGADOR,...
Sobretensión
NOTA: Seguramente el VARISTOR es el elemento mas popular para esta aplicación
R1 = 0 , máxima potencia R1 = Elevada, mínima potencia
Ejemplo: Control de TRIAC con DIAC (Típico regulador de luz de salón)
DIAC: Ejemplo de uso
Carga
R1
R2 R3
C
TRIAC controlado por DIAC
(Montaje simplificado)
A2
A1
G
I G
GTO: (Gate Turn-off)
A C
G
La especial estructura del dispositivo permite el apagado por puerta (con un pulso negativo). Por lo demás es similar al SCR.
Estructura de un GTO simétrico
A
C G
C
G
Vista desde abajo
MCT, tiristor controlado por MOS:
Puesta en conducción por tensión negativo en puerta
Apagado por tensión positiva en puerta.
Ganancia elevada de tensión de control
Disponibles hasta 1000V y 100A.
Potencias medias bajas
K
G
A
Símbolo
NOTA: Tiene una funcionalidad similar a la del GTO, pero gobernado con tensión
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
A K
G
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.
TOSHIBA
Algunos fabricantes de tiristores
Condiciones de encendido
Condiciones de apagado
IH, IL
Formas de Disparo
Disparo por Tensión Directa Disparo por Crecimiento de Tensión Directa
Disparo por Corriente de Puerta
Corriente de Mantenimiento IH
Corriente de Enganche IL
Tiempo de Encendido tgt
Tiempo de Apagado tq
Características Directa Características de Corriente
Otras Características publicadas
Características de Puerta
Tiempo de desactivación tq del tiristor:
valor mínimo de intervalo de tiempo entre el
instante en que la corriente IH se ha reducido a
cero hasta el instante en que el tiristor es capaz
de soportar una tensión directa sin activarse o
saturarse.
tq depende del valor pico de la corriente de
saturación y la tensión instantánea antes de
bloquearse.
Conmutación forzada
En casos en que la tensión de alimentación de CC, para
desactivar el tiristor, se deberá obligar a pasar la
corriente de ánodo en sentido directo, por valores debajo
de la corriente de mantenimiento IH. Para esto, se
deberá utilizar circuitos adicionales. Esta técnica se conoce
como conmutación forzada, y por lo general se aplica
en fuentes conmutadas, o troceadores de CC a CC, y en
inversores, o convertidores de CC a CA.
La conmutación forzada de un tiristor se puede lograr de
maneras diferentes, que se pueden clasificar como:
• Autoconmutación
• Fuente inversa de tensión
• Fuente inversa de corriente
Toff + ton
