TIRISTORES SCRRECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

El SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio), es un

componente electrónico de estado sólido (sin partes móviles) de 3 terminales: ánodo (A),

cátodo (K) y un electrodo de control denominado puerta (G, gate), asi como los diodos

semiconductores de silicio, los SCR se construyen uniendo materiales semiconductores

tipo-p, y semiconductores tipo-n en uniones pn con la disposición pnpn. La conducción

entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. El rectificador controlado

de silicio es un dispositivo unidireccional (es decir, que deja circular la corriente

eléctrica en un solo sentido: desde A hacia K como un diodo rectificador semiconductor),

pero además del estado ON (conduciendo) del diodo común, tiene un segundo estado

estable: OFF (cortado, sin conducir). Si el voltaje VGK entre G y K es el adecuado,

conduce desde A hacia K. El SCR es un dispositivo de conmutación de estado sólido en

DC y en AC respectivamente. Es decir, son como interruptores (switches) pero rápidos,

silenciosos, sin partes móviles, sin contactos electromecánicos y que pueden controlarse

electrónicamente.

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

El SCR es uno de los varios dispositivos semiconductores capaces de reaccionar como

rápidos interruptores para conmutar corrientes de gran intensidad. El nombre que se le asigna

a estos dispositivos es de tiristores. Estos componentes se utilizan en circuitos como por

ejemplo controles de velocidad de motores o de intensidad de iluminación de ampolletas

(dimmers), para activar sistemas de protección, o en convertidores de voltaje para viajes,

cargador de baterías, magnetizadores de imanes, relays de estado sólido (SSR), controles de

temperatura de hornos, etc. El tamaño de un SCR puede ser relativamente pequeño o grande,

ya que como en el caso de los transistores, el encapsulado (que es lo que vemos desde fuera)

varía según la potencia que deben disipar y la corriente máxima de trabajo.

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

ESTRUCTURA INTERNA

El SCR se asemeja a un diodo rectificador pero si el ánodo es positivo en relación al cátodo

no circulará la corriente hasta que una corriente positiva se inyecte en la puerta. Luego el

diodo se enciende y no se apagará hasta que no se remueva la tensión en el ánodo-cátodo, de

allí el nombre rectificador controlado. Es un tipo de semiconductor formado por cuatro capas

de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP se puede considerar como dos

transistores interconectados y de doble juntura, uno PNP y el otro NPN. Normalmente el SCR

se comporta como un circuito abierto hasta que activa su compuerta (GATE) con una pequeña

corriente (se cierra el interruptor S) y así este conduce y se comporta como un diodo en

polarización directa si no existe corriente en la compuerta el tiristor no conduce. Lo que

sucede después de ser activado el SCR, se queda conduciendo y se mantiene así. Si se desea

que el tiristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios. Si se disminuyelentamente el voltaje (tensión), el tiristor seguirá conduciendo hasta que por el pase unacantidad de corriente menor a la llamada "corriente de mantenimiento o de retención", loque causará que el SCR deje de conducir aunque la tensión VG (voltaje de la compuerta conrespecto a tierra) no sea cero.

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

POLARIZACION

El SCR tiene dos estados: 1- Estado de conducción, en donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy baja.2- Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada.

El funcionamiento del SCR se puede entender como un circuito simple formado por dos

transistores bipolares

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

FUNCION COMO MODELO DE TRANSISTORES

(a) Cuando a un transistor bipolar pnp se le aplica un voltaje VBE suficientemente negativo

de base (B) a emisor (E) (menor que -0.6 V), o cuando a un transistor bipolar npn se le aplica

un voltaje VBE suficientemente positivo de B a E (mayor que 0.6 V), el transistor se satura

(desde Emisor a Colector en el pnp, y desde C hacia E en el npn).

(b) Un transistor bipolar amplifica la corriente de base IB aproximadamente en un parámetro

B ("beta del transistor"), es decir, la corriente de colector es aproximadamente IC = B IB.

Pero el parámetro beta depende de la corriente IC.

(c) Inicialmente no hay conducción (IA = 0 A, tiristor abierto, OFF).

(d) Cuando se aplica un voltaje de G a K suficientemente positivo, una corriente de puerta IG

dispara al tiristor, comenzando la conducción desde A hacia K.

(e) Después del disparo, cuando IG = 0 A, la corriente de ánodo IA del tiristor visto como 2

transistores, resulta aproximadamente igual a IA = B1 (B2+1) IB1. Del análisis del circuito,

se ve que durante la conducción las corrientes se ajustan para que B1 B2 = 1.

(f) Mientras haya voltaje VAK desde A hacia K suficientemente positivo, seguirá existiendo

corriente IA (aunque IG = 0 A), ya que la corriente de colector del Q2 mantiene alimentada la

base del Q1. Un SCR comienza a conducir desde A hacia K, por la señal que hubo en G.

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

LA CORRIENTE DE MANTENIMIENTO

Para mantener un tiristor en estado conductor es necesario que exista una corriente mínima

que mantenga la conducción del SCR; en caso contrario, pasará al estado “bloqueado”, Esta

corriente, IH, es la corriente mantenimiento. Para una aplicación dada, es necesario elegir un

tiristor cuya corriente de mantenimiento sea inferior al valor mínimo de la corriente

alcanzada en el circuito, ya corregida con las posibles variaciones debidas a la temperatura.

La corriente de mantenimiento varía con:

· La sensibilidad de los semiconductores. Para tiristores de baja potencia (Ic < 60 A), la

corriente IH está relacionada con la variación del valor de la corriente de disparo IGT.

· La temperatura de la unión. El valor de la corriente IH está físicamente relacionado con el

de la corriente de disparo IGT.

· El valor de la resistencia exterior puerta-cátodo. El usuario puede ser inducido a colocar

entre la puerta y el cátodo una resistencia para mejorar su mantenimiento de tensión en

caliente (derivación de las corrientes de fuga) o bien para que forme parte de la corriente de

disparo.

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

LA CORRIENTE DE ENGANCHE

La corriente de enganche de un tiristor IL es el valor mínimo de la corriente principal

(corriente que circula entre el ánodo y el cátodo) que permite a este serniconductor

permanecer en estado conductor después de la desaparición de la corriente de control. Varía

en función de un cierto número de factores, que son:

- La sensibilidad del semiconductor y el sentido de conducción. Para SCR de baja

potencia, la corriente de enganche se relacionada con el valor de la corriente de disparo IGT.

- El valor de la corriente de mantenimiento. El valor de esta corriente está relacionado con

el valor de la corriente de enganche IL siempre superior al valor de la corriente de

mantenimiento IH. La relación IL/IH variará según la sensibilidad del semiconductor.

- La temperatura de unión. El valor de la corriente de enganche IL está relacionado

físicamente con el de la corriente de puerta IGT.

- La resistencia exterior puerta-cátodo. Esta resistencia influye en el valor de la corriente

de enganche en virtud de la sensibilidad del semiconductor. En ciertas aplicaciones, el

diseñador estará interesado en definir un circuito de control de alta impedancia (1000

ohmios). En el caso de SCR estándar, el valor de esta resistencia no posee una influencia

importante, con la condición no obstante de que su valor no sea demasiado bajo (RGC > 20

ohmios).

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

CURVA CARACTERISTICA

TIRISTORES SCR

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

PARA MAYOR INFORMACION PUEDES ESCRIBIR AL CORREO gralfaro@gmail.com

PUEDO ENVIARTE MAS INFORMACION SOBRE EL TEMA

ATTE.

ING. GUSTAVO ALFARO

EL SALVADOR, C.A.