TIRISTORES (Thyristor) 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)
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 Turnoff) Interruptor unidireccional. Apagado por puerta
TRIAC
(Triode AC) Interruptor bidireccional
DIAC.
(Diode AC) Interruptor bidireccional ( Control de tiristores)
SCR: Silicon Controlled Rectifier Siempre es de Silicio. El SCR es el tiristor por excelencia
Símbolo A (Ánodo)
C G (Cátodo) (Puerta)
I A
A A
E p2
p2
I A
J1
n2
B n2 C
I G
J2 G
C p1 B
A
V B
p1 J3 n1
n1 E C K
Estructura Interna y circuito equivalente
Característica
V AC
SCR: Silicon Controlled Rectifier A
A P N P N G
C G C
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 A
A
A G G
C
C MODELO IDEAL DE UN SCR
G C
NOTA: El disparo por tensión directa (V B ) se considera indeseable y, como norma general, debe seleccionarse el SCR para que esto no ocurra
SCR: Ejemplo de control de fase
SCR: Algunos ejemplos
TO 209 AD B 7
500 V 100A
TO 200 AF B 20
1300 V 1800A
TO 208 Ac B 2
500 V 24A
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 (IngaShaba, ZAIRE)
TRIAC: Triode AC
T2 G T1
I T
Símbolo
T2 n4
n4
T2
P1 n1
I G
P2 n3
G
G
n2
T1
V B
I G
T1
Estructura Interna NOTA: Se puede disparar con pulsos positivos o negativos de corriente en puerta
Característica
+V B
V T
T2
TRIAC: Triode AC G
T1 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 antiserie)
T2 T2 G G T1 T1 MODELO IDEAL DE UN TRIAC
TRIAC: Ejemplo de control de fase U Carga
R L
Apagado
U MAX T 2
U carga U T2T1
I G
a U e
G T 1
t
I G
I G
Disparo I T (RMS) = 12A V DRM = V RRM = 700 V
DIAC: Diode AC ü Dispositivo auxiliar (p.e. disparo de tiristores) ü Soporta picos de corrientes elevados ü Se debe conocer la Tensión de cebado (p.e. 33V en el DB3) ü DB3: Diac comercial muy popular A1
I T
A2
V B
Característica
+V B
V T
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)
T2 N3
N3 P1
T2
N1 P2 N2
N2
T1
Estructura Interna
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: Seguramente 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 R2
R3
R1 = 0 , máxima potencia R1 = Elevada, mínima potencia
G I G
C
A1
TRIAC controlado por DIAC (Montaje simplificado)
GTO: (Gate Turnoff) A
C G
La especial estructura del dispositivo permite el apagado por puerta (con un pulso negativo).
G
Por lo demás es similar al SCR.
C A
Vista desde abajo C
G
Estructura de un GTO simétrico
MCT, tiristor controlado por MOS: ü Puesta en conducción por tensión negativo en puerta ü Apagado por tensión positiva en puerta. ü Ganancia elevada de tensión de control ü Disponibles hasta 1000V y 100A. ü Potencias medias bajas
Símbolo
A
NOTA: Tiene una funcionalidad similar a la del GTO, pero gobernado con tensión
K
G
LASCR, Tiristor controlado por luz. ü Son Tiristores activados por luz ü Utilizados en Alta tensión ü Frecuencias de conmutación de hasta 2KHz ü Tensiones elevadas 6000V y 1500A
G A
K
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
TOSHIBA