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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” EXTENSIÓN SAN FELIPE

Tiristor

Autor: Br. Wilmer Álvarez C.I.: 24.165.222 Escuela N° 70 Octubre, 2014

Tiristor Un tiristor es un dispositivo semiconductor que consta de cuatro capas similares a las de un diodo, es decir, con estructura pn. Tiene tres uniones, una pn, otra np, y otra pn. Así también tres terminales (ánodo, cátodo, compuerta).

Los tiristores son uno de los tipos más importantes de dispositivos semiconductores de potencia.

Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los Tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos exhiben ciertas características y limitaciones.

Símbolo del tiristor

Tiristor

Tiristor Diodo de Bloqueo Inverso (Diodo (Shockley) de cuatro capas)

Shockley El diodo de cuatro capas o diodo Shockley es un dispositivo compuesto por cuatro capas semiconductoras npnp

Características Eléctricas Voltaje: 400 V Corriente: 300 A pico de impulso

Características de Control El disparo principal se realiza mediante la tensión más alta que le da la ruptura del ánodo

Ventajas - El diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: ánodo y cátodo. Está constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. - Actúa como un interruptor: está abierto hasta que la tensión directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra y permite la conducción. La conducción continúa hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor específico.

Utilización o Aplicación Disparador SCR, circuitos de temporización, generadores de impulso. Se aplica comúnmente como dispositivo de disparo de un SCR.

Tiristor Tríodo de Bloqueo Inverso (Rectificador Controlado de Silicio)

SCR Es un dispositivo triterminal (A o ánodo, C o cátodo y G o gate o puerta de control) muy similar al diodo de cuatro capas descrito en la anterior sección pero que posee una entrada adicional (G) que permite disparar el dispositivo antes de alcanzar la VBO. Características • Tiempo de conducción (Turn-on Time). Tiempo de duración mínima de la tensión de disparopara pasar el SCR de bloqueo a conducción. Este tiempo tiene dos componentes: TON=td+tr, siendo td el tiempo de retraso (delay time) y tr el tiempo de subida (rise time). Por ejemplo, el 2N5060 tiene el TON=td+tr=3µs+0.2µs=3.2µs. • Tiempo de corte (Turn-off Time). Tiempo que el SCRpuede permanecer por debajo de las condiciones de mantenimiento. El 2N5060 tiene un TOFF =tq de 10µs. • Máxima corriente de conducción. Máxima corriente eficaz que puede circular por el SCR durante el estado de conducción. Para el 2N5060, la IT(rms) =0.8A. • Velocidad crítica de elevación . Variaciones muy rápidas de tensión entre el ánodo y cátodo en un SCR pueden originar un disparo indeseado. Características Eléctricas Frecuencia: 60 Hz Voltaje: 1.5 kV 0.1 MVA Corriente: 1 kA 0.1 MVA

Características de Control Señal de puerta

Ventajas - Opera a la frecuencia de línea - Se desactiva por conmutación natural en un tiempo 500 micro seg.

Desventajas Baja Velocidad de conmutación. No se puede apagar control de compuerta.

Utilización o Aplicación - Se utilizan en aplicaciones de conmutación a baja velocidad. -Una aplicación muy frecuente de los SCR es el control de potencia en alterna en reguladores (dimmer) de lámparas, calentadores eléctricos y motores eléctricos.

Tiristor de Tríodo de bloqueo inverso (SCR activado por luz)

LASCR El foto-SCR o SCR activado por luz (light activated SCR o LASCR) es, como su propio nombre indica , un SCR cuyo disparo es controlado por luz. Cuando la luz incidente es suficientemente intensa, el SCR se dispara y permanece en conducción aunque desaparezca esa luz.

Características Eléctricas

Características de Control Señal de puerta y/o radiación. Activación con señal de pulso. Apagado con conmutación natural.

Frecuencia: 60 Hz Voltaje: 200 V Corriente: 1 A medio Ventajas - Parecida a los SCR controlados por fases, excepto que la compuerta está aislada y se puede operar a control remoto

Desventajas Parecidos a los SCR controlados por fases.

Utilización o Aplicación Monitores de posición, Interruptores estáticos, Interruptores de límites, Circuitos disparadores , Controles fotoeléctricos., Las aplicaciones principales son para sistemas lógicos ópticos y relés ópticos

Tiristor de Desconex (Conmutador con control de Puerta) o Interruptor Apagado por Compuerta

GCS o GTO El GTO o Gate Turn-Off SCR es un tiristor que puede ser disparado con un pulso positivo a su terminal gate y bloqueado si se aplica un impulso negativo a ese mismo terminal. El GTO se emplea actualmente en muchas aplicaciones interesantes en el dominio de altas potencias cuyo control se realiza fácilmente mediante transistores bipolares. Los bajos requerimientos de potencia de su control facilitan la aplicación de técnicas de modulación de anchura de pulsos.

Características - El disparo se realiza mediante una VGK >0 - El bloqueo se realiza con una VGK < 0. - El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.

Características Eléctricas

Características de Control

La señal de la puerta conmuta al GCS tanto en corte como en la conducción. Activado con una señal positiva en la compuerta, apagado con pulso negativo. Ventajas Desventajas - No permite el paso de corriente hasta Los GCS están diseñados para cargas que un pulso positivo se reciba en el relativamente pequeñas y pueden terminal de puerta. soportar sólo unas pocas decenas de amperios. Frecuencia: Intermedia 5 KHz Voltaje: 500 V Corriente: 10 A

Utilización o Aplicación Conmutadores c.c., Inversores, Troceadores, Circuitos lógicos. Control de motores asíncronos, Caldeo inductivo, Rectificadores, Soldadura al arco, Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI), Control de motores, Tracción eléctrica

Conmutador Unilateral de Silicio

SUS

Destinado esencialmente al disparo de tiristores, el conmutador unilateral de silicio (SUS) esta constituido por un tiristor miniatura, con puerta de ĂĄnodo, al que asocia, entre puerta y cĂĄtodo, un diodo de avalancha de baja tensiĂłn.

-

Algunas caracterĂ­sticas tĂ­picas de este elementos, son las siguientes: TensiĂłn de disparo: Vs= 6 a 10 V. Corriente en el momento de disparo IS= 0,5 mA mĂĄx. TensiĂłn de mantenimiento đ?‘‰đ??ť = đ?‘Žđ?‘?đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘Ľđ?‘–đ?‘šđ?‘Žđ?‘‘đ?‘Žđ?‘šđ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘’ 0,7 đ?‘‰ đ?‘Ž 25° đ??ś Corriente de mantenimiento đ??źđ??ť = 1,5 đ?‘šđ??´ đ?‘šĂĄđ?‘Ľ. CaĂ­da de tensiĂłn directa (para đ??źđ?‘&#x; = 200 đ?‘šđ??´) = 1,75 đ?‘‰ TensiĂłn inversa đ?‘‰đ?‘… = 30 đ?‘‰ Pico de los impulsos đ?‘‰đ?‘‚ = 3,5 đ?‘‰ mĂ­n.

Estructura y SimbologĂ­a. 1. Se puede apreciar las 4 capas y la presencia de la compuerta en la Capa N ademĂĄs del Zener entre compuerta y cĂĄtodo. 2 Circuito Equivalente de un tiristor de puerta de ĂĄnodo al que se asocia el Zener. 3. simbologĂ­a comĂşn. 4.SUS en empaque TO98. CaracterĂ­sticas ElĂŠctricas

CaracterĂ­sticas de Control TensiĂłn mĂĄs alta que la ruptura o seĂąal de puerta.

Frecuencia: Voltaje: 10 V Corriente: 0,2 A Ventajas

- Permite controlar su voltaje de disparo.

Desventajas Pueden dispararse tanto en el semiciclo positivo como en el negativo de una fuente de voltaje de corriente alterna, debido a que pueden polarizarse directa e inversamente.

Utilización o Aplicación Circuitos de temporización, Disparadores , Detector de umbral. Por su caråcter unidireccional es utilizado para el control de SCR´s y para el control de TRIACS

Tiristor tetrodo de bloqueo inverso (Conmutador controlado de silicio)

SCS

Un interruptor de silicio controlado consiste en una estructura de cuatro capas cuyas cuatro regiones semiconductoras son accesibles. El dispositivo puede ser considerado como un circuito integrado con sendos transistores npn y pnp conectados como un par de realimentación positiva. Siendo accesibles las cuatro regiones, la realimentación positiva es fácilmente controlada, y el dispositivo puede ser accionado como un amplificador lineal de elevada ganancia de c.c. o como un interruptor. El SCS es semejante en construcción al SCR. Sin embargo, el SCS tiene dos terminales de compuerta, como se muestra en la figura: la compuerta del cátodo y la compuerta del ánodo. El SCS puede encenderse y apagarse usando cualquiera de sus terminales de compuerta. El SCR puede encenderse usando sólo su terminal de compuerta. Normalmente el SCS se encuentra disponible sólo en rangos de potencia menores que las del SCR.

Características Eléctricas

Características de Control

Frecuencia: Voltaje: 200 V Corriente: 1 A medio Ventajas - Tiempo de reducción de apagado. - Mayor sensibilidad de control y de disparo. - Situación de disparo más predecible.

Señal de puerta en cualquiera de ellas

Desventajas El SCS se suele utilizar en rangos de potencia menores que el SCR. Se encuentra limitado de niveles de baja potencia, corriente y voltaje.

Utilización o Aplicación Excitadores de lámpara, Circuitos lógicos, contadores, circuitos de detección y alarma. Se utiliza en aplicaciones digitales como contadores y circuitos temporizadores.

Tiristor diodo bidireccional

Diac El DIAC es un diodo de disparo bidireccional, especialmente diseñado para disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión). Tiene dos terminales: MT1 y MT2. El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en serie, pero orientados en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del zener que está conectado en sentido opuesto. Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC. Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase.

Características - Tensión de disparo - Corriente de disparo - Tensión de simetría (ver grafico anterior) - Tensión de recuperación - Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a 1 watt.) Características Eléctricas Voltaje: 400 V Corriente: 60 A eficaces

Características de Control Tensión más alta que la de ruptura en cualquier dirección

Ventajas Desventajas - Es un tipo de tiristor que puede conducir El DIAC normalmente no en los dos sentidos. conduce, sino que tiene una - Es un dispositivo de dos terminales que pequeña corriente de fuga. La funciona básicamente como dos diodos conducción aparece cuando la Shockley que conducen en sentidos tensión de disparo se alcanza. opuestos. Utilización o Aplicación Protección de sobre tensión en disparo de triac. Su aplicación principal es como dispositivo de disparo del TRIAC como control de fase.

Tiristor triodo bidireccional

Triac El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de control: los tiristores. El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.

Características Eléctricas

Características de Control Señal de puerta. Frecuencia: 60 KHz Activación aplicando un pulso de señal a la Voltaje: 1000 V compuerta para flujo de corriente en Corriente: 200 A ambas direcciones. Apagado con conmutación natural. Ventajas Desventajas - Este dispositivo es simular al diac pero Se puede disparar tanto en la parte con un único terminal de puerta (gate). positiva que en la negativa del ciclo, de - Se puede disparar mediante un pulso de tal manera que la corriente en la carga corriente de gate y no requiere alcanzar puede circular en los dos sentidos. el voltaje VBO como el diac. Parecidos a los SCR (fases), excepto en - Puede dispararse de tal modo que la aplicaciones de baja potencia. potencia en alterna sea suministrada a la carga durante un tiempo determinado de cada ciclo. Utilización o Aplicación Conmutación y control de fase de suministro de c.a. de 60 Hz tales como en motores y calefactores c.a.

Tiristor con Control Bidireccional por Fase

BCT Los tiristores controlados por fase suelen funcionar a la frecuencia de la línea. Se apagan por conmutación natural.

Inician la conducción cuando se aplica un pulso de disparo de corriente de la compuerta al cátodo. Los tiristores modernos usan compuertas amplificadora donde se controla el encendido del tiristor auxiliar. Debido a su bajo costo, alta eficiencia robustez y especificación son muy usado en convertidores CD-CA.

Características Eléctricas Frecuencia: 60 KHz Voltaje: 6,5 kV, 1,5 kA, 0,1 MVA Corriente: 3 kA, 1,8 kV, 0,1MVA

Características de Control Activación con una señal de pulso. Apagado con conmutación natural. Ventajas - Igual que los SCR controlados por fases, excepto que tienen dos compuertas y la corriente puede pasar en ambas direcciones. - Combina dos SCR espalda con espalda en un solo dispositivo. Desventajas Similar a los SCR controlados por fases.

Utilización o Aplicación

Conmutación y control de fase de suministro de c.a. de 60 Hz tales como en motores y calefactores c.a.

Tiristor apagado por Mos

MTO Requiere de un circuito de encendido con grandes pulsos de corrientes para la compuerta de baja impedancia.

Características Eléctricas Frecuencia: 5 k HZ Voltaje: 10 kV, 20 MVA, 4,5 kV, 500 A Corriente: 4 kA, 20MVA

Ventajas - Se puede encender por la compuerta normal y apagar por la compuerta MOSFET.

Características de Control

Encendido con un pulso positivo de corriente a la compuerta de encendido. Apagado con un voltaje positivo a la compuerta de apagado de MOS que apaga el dispositivo. Desventajas Tiene una larga cola de corriente durante el apagado. El siguiente encendido debe esperar hasta que se disipe la carga residual en el ánodo por el proceso de recombinación.

Utilización o Aplicación Se han utilizado en varias aplicaciones, algunas de las cuales se encuentran en la zona de ac-dc y la conversión de corriente alterna-alterna, donde la entrada es de 60 Hz de corriente alterna. Debido a la frecuencia de conmutación es baja, las pérdidas de conmutación son insignificantes. Debido a la caída directa es baja, las pérdidas de conducción son también pequeñas. La MCT también se utiliza en los interruptores. Comparación de los MCT con otros dispositivos de potencia

Transistor uni-unión

UJT El transistor de uni-unión (unijunction transistor) o UJT está constituido por dos regiones contaminadas con tres terminales externos: dos bases y un emisor. Características de Control Al aplicar una tensión VCC al circuito serie R-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 la resistencia R1 es muy pequeño, el condensador se descargará rápidamente, y en el terminal de B1 aparecerá un impulso de tensión. Al disminuir la corriente de descarga del condensador, sobre el emisor del UJT, por debajo de la de mantenimiento, éste se desceba y comienza otro nuevo ciclo de carga y descarga del condensador.

Ventajas 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.

Desventajas Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido.

Utilización o Aplicación 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. Mediante este circuito controlamos la velocidad de un motor serie (o de cualquier otro tipo de carga: estufas, lámparas, etc) gracias a la regulación de la corriente que realiza sobre medio ciclo del SCR. Para controlar la velocidad del motor, basta con modificar la frecuencia de los pulsos en dientes de sierra, lo cual se consigue variando el valor del potenciómetro RS.

Tiristor de inducción estática

SITH Una compuerta de control, tanto para encendido como para apagado Por lo general, un SITH es activado al aplicarle un voltaje positivo de compuerta, como los tiristores normales, y desactivado al aplicarle un voltaje negativo a su compuerta. Es un dispositivo de portadores minoritarios. Como consecuencia, el SITH tiene una baja resistencia en estado activo así como una baja caída de potencial,y se puede abricar con especificaciones de voltaje y corriente más altas. Características Eléctricas Frecuencia: alta 100 KHZ Voltaje: 2500 V Corriente:

Características de Control Se enciende aplicando un voltaje positivo de encendido, y se apaga con un voltaje negativo de compuerta.

Ventajas Dispositivos de portadores minoritarios. Baja resistencia o caída de voltaje en estado de encendido. Velocidades altas de conmutación y capacidades de para dv/di, di/dt altas.

Desventajas Controlado por campo, requiere voltaje continuo en la compuerta. Muy sensible al proceso y pequeñas perturbaciones en el proceso de manufactura producen cambios en el dispositivo.

Utilización o Aplicación se aplica tanto a dispositivo de bajo consumo de energía, también es adecuado para la alta frecuencia y el dispositivo de potencia de microondas, que se caracteriza por poco proceso difícil, de alto rendimiento, bajo coste y adecuado para la producción en masa.

Tiristor

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