REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” EXTENSION: SAN FELIPEFELIPE EDO YARACUY
TIRISTORES
Autor: Christian Rodríguez C.I: 20.890.957 Esc: 70
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El tiristor es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utilizare alimentación interna para producir producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente tr transmiten la corriente en un único sentido (Se emplea Generalmente para el control de potencia eléctrica). El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Por tanto se 9puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente), e), el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión NP). Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado co de silicio (SCR);1 otras definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y TRIAC. Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. 1960 Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio Nobel de física en e 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lideró el desarrollo en Morgan Stanley para su posterior comercialización por parte de Frank W. "Bill" . Gutzwiller, de General Electric.
FUNCIONAMIENTO BÁSICO El tiristor es un conmutador bien estable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son s capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio básico puede observarse también en el diodo Shockley. El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo.
SÍMBOLOS DEL TIRISTOR
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TIPOS DE TIRISTORES
os tiristores se clasifican en 5 principal diferentes tipos, os cuales son:
TIRISTOR TETRODO SCR SCR DIAC DIAC TRIAC TRIAC UJT UJT
TIRISTOR SCR El rectificador controlado de silicio Es Es un tipo de tiristor formado por cuatro El rectificador controlado de silicio un tipocapas de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con de estructura PNPN o bien NPNP. El nombre material semiconductor con estructura PNPN proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor. o bien NPNP. Una vez activado el SCR, la
única manera de apagarlo, es por medio de un gatillo compuerta,, y no quitándole el voltaje, para activarlo puede ser por temperatura
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS VRDM: Máximo voltaje inverso de cebado (VG = 0) VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0) IF: Máxima corriente directa permitida. PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo. VGT-IGT: Máximo voltaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado el SCR dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado. di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR
VENTAJAS: Requiere poca corriente de gate para disparar una gran corriente directa Puede bloquear ambas polaridades de una señal de A.C. Bloquea altas tensiones y tiene caídas en directa pequeñas
DESVENTAJAS: El dispositivo no se apaga con Ig=0 No pueden operar a altas frecuencias Pueden dispararse por ruidos de tensión Tienen un rango limitado de operación con respecto a la temperatura
CARACTERÍSTICAS DE CONTROL DEL SCR Corresponden a la región puerta-cátodo puerta cátodo y determinan las propiedades del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes definen las siguientes características: -Tensión Tensión directa máx. ....................................................................: VGFM - Tensión inversa máx. ...................................................................: VGRM - Corriente máxima..........................................................................: IGM - Potencia máxima...........................................................................: PGM - Potencia media..............................................................................: PGAV - Tensión puerta-cátodo cátodo para el encendido.......................................VGT - Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento......... VGNT - Corriente de puerta para el encendido...........................................: IGT - Corriente residual máxima que no enciende ningún elemento.......: IGNT Determinan la naturaleza del circuito de mando que mejor responde a las condiciones de disparo. Para la región puerta- cátodo los fabricantes definen definen entre otras las siguientes características Vgfm, Vgrm, Igm, Pgm, Pgav, Vgt, Vgnt, Igt, Ignt. Entre los anteriores destacan: Vgt e Igt que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor. Vgnt e Ignt que dan los valores máximos de corriente y de tensión, para los cuales en condiciones normales de temperatura,, los tiristores no corren el riesgo de dispararse de modo indeseado. Entre los anteriores destacan: - VGT e IGT, que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor. semi - VGNT e IGNT, dan los valores máximos de corriente y de tensión, para los cuales en condiciones normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo de dispararse de modo indeseado.
TIRISTOR TRIAC El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. mantenimiento
CARACTERISTICA CONTROL La FIG. Describe la característica tensión – corriente del Triac. Muestra la corriente a través del Triac como una función de la tensión entre los ánodos MT2 y MT1. El punto VBD (tensión de ruptura) es el punto por el cual el dispositivo pasa de una resistencia alta alt a una resistencia baja y la corriente, a través del Triac, crece con un pequeño cambio en la tensión entre los ánodos. El Triac permanece en estado ON hasta que la corriente disminuye por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Esto se realiza por medio de la disminución de la tensión de la fuente. Una vez que el Triac entra en conducción, la compuerta no controla más la conducción, por esta razón se acostumbra dar un pulso de corriente corto y de esta manera se impide la disipación de energía sobrante en la compuerta. El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensión en el ánodo MT2 es negativa con respecto al ánodo MT1 y obtenemos la característica invertida. invertida. Por esto es un componente simétrico en cuanto a conducción y estado de bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva es igual a la del III
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
VDRM (Tensión de pico repetitivo en estado de bloqueo) = es el máximo valor de tensión admitido de tensión inversa, sin que el triac se dañe. IT(RMS) ( Corriente en estado de conducción) = en general en el grafico se da la temperatura en función de la corriente. ITSM (Corriente pico de alterna en estado de conducción(ON)) = es la corriente pico máxima que puede pasar a través del triac, en estado de conducción. En general seta dada a 50 o 60 Hz. I2t ( Corriente de fusión) = este parámetro da el valor relativo de la energía necesaria para la destrucción del componente. PGM ( Potencia pico de disipación de compuerta) = la disipación instantánea máxima permitida en la compuerta. IH ( Corriente de mantenimiento) = la corriente directa por debajo de la cual el triac volverá del estado de conducción al estado de bloqueo. DV/dt ( velocidad critica de crecimiento de tensión en el estado de bloqueo) = designa el ritmo de crecimiento máximo permitido de la tensión en el ánodo antes de que el triac pase al estado de conducción. Se da a una temperatura de 100C y se mide en V/m s. Ton ( tiempo de encendido) = es el tiempo que comprende la permanencia y aumento de la corriente inicial de compuerta hasta que circule la corriente anódica nominal.
VENTAJAS: Trabaja fácilmente en CA (corriente alterna) se puede encender tanto con corriente positiva como negativa
DESVENTAJAS: Trabaja en baja tensión es un dispositivo con una capacidad de potencia muy reducida en el control trabajan a frecuencia baja , como máximo la frecuencia de la red monofásica
TIRISTOR DIAC. Es un dispositivo semiconductor de dos conexiones. Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de disparo, disparo y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor característico para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas direcciones de la corriente. corri La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. Tensión de disparo Corriente de disparo Tensión de simetría Tensión de recuperación Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a 1 watt.) En la curva característica se observa que cuando: - +V o - V es menor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un circuito abierto
- +V o - V es mayor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un cortocircuito
CARACTERÍSTICAS CONTROL Y APLICACIONES: Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores. La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción. Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia.
EXISTEN DOS TIPOS DE DIAC: DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y con las regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en la unión del colector. Esto inyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor, produciéndose un efecto regenerativo. Al ser un dispositivo simétrico, funciona igual en ambas polaridades, intercambiando el emisor y colector sus funciones. DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en anti paralelo, lo que le da la característica bidireccional. El DIAC (Diode Alternative Current, Figura 1) es un dispositivo bidireccional simétrico (sin polaridad) con dos electrodos principales: ncipales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo.
EL TRANSISTOR DE UNIJUNTURA (UJT) Este dispositivo se utiliza, fundamentalmente, como generador de pulsos de disparo para SCR y TRIACs. El UJT es un componente que posee tres terminales: dos bases y un emisor, que en realidad está compuesto solamente por dos cristales. Al cristal P se le contamina mina con una gran cantidad de impurezas, presentando en su estructura un número elevado de huecos. Sin embargo, al cristal N se le dopa con muy pocas impurezas, por lo que existen muy pocos electrones libres en su estructura.
APLICACIONES DEL UJT Una de las aplicaciones del UJT más común es como generador de pulsos en diente de sierra. Estos pulsos resultan muy útiles para controlar el disparo de la puerta de TRIACS y SCR. Su funcionamiento es como sigue: Al aplicar una tensión VCC al circuito serie R-C, C, formado por la resistencia variable RS y el condensador CS, dicho condensador comienza a cargarse. Como este condensador está conectado al emisor, cuando se supere la tensión intrínseca, el UJT entrará en conducción. Debido a que el valor óhmico de d la resistencia R1 es muy pequeño, el condensador se descargará rápidamente, y en el terminal de B1 aparecerá un impulso de tensión.
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS En la gráfica de la figura se describe las características eléctricas de este dispositivo a través de la relación de la tensión de emisor (VE) con la corriente de emisor (IE).
CARACTERÍSTICAS CONTROL Fijándose en la curva característica del UJT se puede notar que cuando el voltaje sobrepasa un valor de ruptura, el UJT presenta un fenómeno de modulación de resistencia que, al aumentar la corriente que pasa por el dispositivo, la resistencia de esta baja y por ello, también baja el voltaje en el dispositivo, esta región se llama región de resistencia negativa, este es un proceso realimentado positivamente, positivamente, por lo que esta región no es estable, lo que lo hace excelente para conmutar, para circuitos de disparo de tiristores y en osciladores de relajación.
TIRISTOR BCT Tiristores con control bidireccional BCT es un dispositivo único que combina las ventajas de tener dos tiristores en un encapsulado
CARACTERÍSTICA DE CONTROL Activación con una señal de pulso. Apagado con conmutación natural.
CARACTERÍSTICA ELÉCTRICA Frecuencia: baja 60 hz Corriente: 3 ka 1.8 kv 0.1 mva Voltaje: 6.5 kv 1.5 ka 0.1 mva
VENTAJAS: Igual que los SCR controlados por fase, fase excepto que tienen 2 compuertas y la corriente puede pasar en ambas direcciones. Combina 2 scr espalda con espalda en un solo dispositivo.
DESVENTAJAS: VENTAJAS: Similares a controlados por fase.
los
SCR