RECTIFICADOR CONTROLADO DE

SILICIO (scr)

• El rectificador controlado de silicio, también conocido como SCR es un tiristor muy utilizado en la industria, es un dispositivo unidireccional y se constituye de tres terminales: ánodo, compuerta y cátodo

ESTRUCTURA SCR

• Los scr trabajan similar a un interruptor (on-0ff) Cuando esta encendido (ON), hay flujo de corriente del ánodo al cátodo. Actúa como un interruptor cerrado.

• Cuando esta apagado (OFF), no puede haber flujo de corriente del ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto

Formas de onda de SCR

• Angulo de conducción: es el número de grados de un ciclo de CA, durante los cuales el SCR esta encendido

• El ángulo de retardo de disparo es el número de grados de un ciclo de CA que trascurren antes de que el SCR sea encendido

• Formas de onda ideales del voltaje de la terminal principal ((VAK) y el voltaje de carga de un SCR. Para un ángulo de retardo de disparo de unos 60o, un ángulo de conducción de 120o

• Teniendo en cuenta que los SCR son dispositivo de estado sólido, la acción de conmutación es muy rápida.

Conexión de carga SCR

• El flujo de corriente para una carga puede ser controlado colocando un SCR en serie con la carga. La alimentación de voltaje es comúnmente una fuente de 60-Hz de CA, pero puede ser de CD en circuitos especiales.

• Si la alimentación de voltaje es de CA, el SCR pasa una cierta parte del tiempo del ciclo de CA en el estado ON, y el resto del tiempo en el estado OFF.

• Para una fuente de 60-Hz de CA, el tiempo del ciclo es de 16.67 ms. estos 16.67 ms los que se dividen entre el tiempo que esta en ON y el tiempo que esta en OFF.

• La cantidad de tiempo que esta en cada estado es controlado por el disparador.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

• Interruptor casi ideal.• Soporta tensiones altas.• Amplificador eficaz.• Es capaz de controlar grandes potencias.• Fácil controlabilidad.• Relativa rapidez.• Características en función de situaciones pasadas (memoria). 

Características estáticas

Las características estáticas corresponden a la región ánodo cátodo y son los valores máximos que colocan al elemento en el límite de sus posibilidades.

• - Tensión inversa de pico de trabajo .............................................: VRWM

• - Tensión directa de pico repetitiva ...............................................: VDRM

• - Tensión directa ...........................................................................: VT

• - Corriente directa media ...............................................................: ITAV

• - Corriente directa eficaz ................................................................: ITRMS

• - Corriente directa de fugas ............................................................: IDRM

• - Corriente inversa de fugas ............................................................: IRRM

• - Corriente de mantenimiento ..........................................................: IH

                Las características térmicas a tener en cuenta al trabajar con SCR son:

- Temperatura de la unión ….......................................................: Tj

- Temperatura de almacenamiento .............................................: Tstg

- Resistencia térmica contenedor-disipador...............................: Rc-d

- Resistencia térmica unión-contenedor......................................: Rj-c

- Resistencia térmica unión-ambiente.........................................: Rj-a

- Impedancia térmica unión-contenedor......................................: Zj-c

• -Tensión directa máx. ....................................................................: VGFM

• - Tensión inversa máx. ...................................................................: VGRM

• - Corriente máxima..........................................................................: IGM

• - Potencia máxima ..........................................................................: PGM

• - Potencia media .............................................................................: PGAV

• - Tensión puerta-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

CARACTERÍSTICAS DE CONTROL

Corresponden a la región puerta-cátodo y determinan las propiedades del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes definen las siguientes  características

• Este dispositivo se puede conmutar a estado encendido haciendo circular un pequeño pulso entre la compuerta y el cátodo, una vez encendido el SCR deja circular la corriente que fluya en su sentido de polarización directa (A+, K).

Características de la compuerta de un SCR

• Un SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la compuerta. 

• Esta corriente de compuerta (IG) fluye por la unión entre la compuerta y el cátodo, y sale del SCR por la terminal del cátodo.

•  La cantidad de corriente de compuerta necesaria para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT

• Para dispararse, la mayoría de los SCR requieren una corriente de compuerta entre 0.1 y 50 mA (IGT = 0.1 - 50 mA).

• Dado que hay una unión pn estándar entre la compuerta y el cátodo, el voltaje entre estas terminales (VGK) debe ser ligeramente mayor a 0.6 V

Entre los anteriores destacan:

• VG e IG , que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.

• VG e IG, 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

Encapsulado del SCR

• La encapsulada forma parte esencial de un SCR ya que debe tener buenas propiedades térmicas y bajas perdidas por efecto de fugas internas o superficiales

Presentación de los SCR

CONDICIONES NECESARIAS PARA EL CONTROL DE UN SCR.

• Para el control en el disparo

• Ánodo positivo respecto al cátodo.

• La puerta debe recibir un pulso positivo con respecto al cátodo.

• En el momento del disparo Iak > IL

MÉTODOS DE DISPARO

• Para que se produzca el cebado de un tiristor, la unión ánodo - cátodo debe estar polarizad en directo y la señal de mando debe permanecer un tiempo suficientemente para permitir que el tiristor alcance un valor de corriente de ánodo mayor que la corriente necesaria para permitir que el SCR comience a conducir.

CORRIENTE DE COMPUERTA

• Para un tiristor polarizado en directa, la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y cátodo lo activará.

• Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo, generando la activación del dispositivo

-    El valor requerido de VT necesario para disparar el SCR es:      

VT = VG + IG × R

-    R viene dada por la pendiente de la recta tangente a la curva de máxima disipación de potencia para obtener la máxima seguridad en el disparo      

R = VG / IG

Alto voltaje

• Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación.

• Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hasta el punto de destruirlo

Térmica

•  El disparo por temperatura está asociado al aumento de pares electrón - hueco generados en las uniones del semiconductor.

• Así, la suma (a1+a2) tiende rápidamente a la unidad al aumentar la temperatura.

• La tensión de ruptura permanece constante hasta un cierto valor de la temperatura y disminuye al aumentar ésta

Elevación del voltaje ánodo-cátodo

• Si la velocidad en la elevación de este voltaje es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor.

• Este método también puede dañar el dispositivo

LUZ

• Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el número de pares electrón-hueco aumentará pudiéndose activar el tiristor

• El SCR activado por luz se llama LASCR

Aplicaciones SCR

• Controles de relevador.• Circuitos de retardo de

tiempo.• Fuentes de alimentación

reguladas.• Interruptores estáticos.• Controles de motores.• Recortadores.

• Circuitos de protección.• Controles de calefacción.• Controles de fase• Inversores.• Ciclo conversores.• Cargadores de baterías.

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