SCR, RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

5/25/2018 SCR, RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO

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El rectificador controlado de silicioSCR: (Silicon Controlled Rectifier) es un tipode tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructuraPNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unin de Tiratrn (tyratron) yTransistor.

Corriente directa Corriente alterna

El SCR y la corriente continua:

Tomar en cuenta el grfico siguiente: ver que es un circuito de corriente continua

Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto hasta que activa sucompuerta (GAT! con una peque"a corriente(se cierra el interruptor S! # as$ esteconduce # se comporta como un diodo en polari%aci&n directa

Si no e'iste corriente en la compuerta el tiristor no conduce

Smbolo y terminales del SCR
http://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Thyristor.pnghttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asp


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)o que sucede despu*s de ser activado el SCR+ se queda conduciendo # se mantieneas$ Si se desea que el tiristor de,e de conducir+ el volta,e -. debe ser reducido a /.oltios

Si se disminu#e lentamente el volta,e (tensi&n!+ el tiristor seguir conduciendo hastaque por el pase una cantidad de corriente menor a la llamada 0corriente demantenimiento o de retencin0+ lo que causar que el SCR de,e de conducir

aunque la tensi&n VG (volta,e de la compuerta con respecto a tierra no sea cero

Como se puede ver el SCR + tiene dos estados:12 stado de conducci&n+ en donde la resistencia entre nodo # ctodo es mu# ba,a32 stado de corte+ donde la resistencia es mu# elevada

El SCR y la corriente Alterna

Se usa principalmente para controlar la potencia que se entrega a una carga (en elcaso de la figura es un bombillo o foco!

)a fuente de volta,e puede ser de 11/. ca+ 13/. ca+ 34/. ca + etc

l circuito RC produce un corrimiento de la fase entre la tensi&n de entrada #la tensi&n en el condensador que es la que suministra la corriente a la compuerta delSCR 5uede verse que el volta,e en el condensador (en a%ul! est atrasado conrespecto al volta,e de alimentaci&n (en ro,o! causando que el tiristor condu%ca unpoco despu*s de que el tiristor tenga la alimentaci&n necesaria para conducir

6urante el ciclo negativo el tiristor se abre de,ando de conducir Si se modifica elvalor de la resistencia+ por e,emplo si utili%amos un potenci&metro+ se modifica eldesfase que ha# entre las dos tensiones antes mencionadas ocasionando que el SCRse active en diferentes momentos antes de que se desactive por le ciclo negativo de

la se"al # de,e de conducir

El funcionamiento de este circuito es el siuiente: !a conduccin se va a producir

entre el "nodo y el c"todo# despu$s de darle un impulso de tensin positivo en lapuerta %. Para &ue el tiristor entre en conduccin# tienen &ue cumplirse doscondiciones: ' ue este polariado directamente (tensin "nodo'c"todo positiva#es decir # m"s tensin en el "nodo &ue en el c"todo).' *plicar un impulso detensin positivo o una corriente entrante en la puerta.

El acoplo entre los dos transistores &ue interan el tiristor produce unarealimentacin positiva# puesto &ue la corriente de salida de cada uno es la deentrada del otro# y si ambos semiconductores disponen de una anancia de


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corriente superior a la unidad# r"pidamente cada transistor llevar" al otro a lasaturacin# produci$ndose una corriente m"+ima cuyo valor no estar" controladopor el tiristor# sino por la cara e+terior &ue alimenta. El cebado del tiristor o lasaturacin de los transistores &ue lo forman se consiue cuando se vence lapolariacin inversa de la unin N'P interna# para lo cual es preciso aplicar unimpulso adecuado# y en este caso positivo# a la ona P desde el e+terior y a trav$s

de la puerta.

Cuando el impulso positivo aplicado a la puerta del tiristor satura los dostransistores &ue contiene# este semiconductor se comporta pr"cticamente comoun interruptor cerrado# absorbiendo ,nicamente entre su c"todo y su "nodo unape&ue-a tensin# &ue oscila alrededor de /# la cual mantiene en saturacin a lostransistores.

0isin de la puerta:

!a misin de la puerta es polariar y adelantar el momento de disparo# es decir de

la puesta en conduccin# pero despu$s de esto ya no tiene ninuna funcine+cepto en unos tiristores especiales llamados %T1 &ue son disparables yblo&ueables por puerta. Es importante destacar las caracter2sticas &ue debentener

los impulsos de encendido aplicados al tiristor. !os fabricantes suministran paraello unas curvas denominadas caracter2sticas de puerta. !a del tiristor se aseme3aa la de un diodo semiconductor al &ue se le 4an permutado los e3es# siendo licaesta analo2a# puesto &ue la unin puerta'c"todo es una unin P'N.

5ebido a &ue no todos los tiristores# a,n siendo del mismo tipo tienen la misma

caracter2stica de puerta# es 4abitual &ue el fabricante incluya una familia de curvaso l2mites de las mismas en las especificaciones t$cnicas de los tiristores# demanera &ue el usuario pueda 4acerlos operar en el maren de disparo oencendido adecuado. En la siuiente r"fica se representa los l2mites de curvasposibles fi3ados entre * y 6. El disparo se debe efectuar dentro de la ona acotadapor dic4as curvas pero considerando los valores de :

'Tensin y corriente m2nima# para producir el encendido de todos los elementos dela familia.

'Tensin directa m"+ima admisible de los impulsos de encendido.

'Potencia m"+ima &ue puede disipar la unin de puerta.

Todas esta limitaciones est"n incluidas en los l2mites y onas representadas en alr"fica:

'!a ona S es la ona de encendido probable para cual&uier tiristor de la familia#pero no es seuro.


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'!a ona S es la ona de encendido seuro# arantia el encendido de cual&uiertiristor de la familia.

0$todos de poner en conduccin el tiristor:

7ay varios modos de poner el tiristor en conduccin:

' Sin intensidad de puerta# cuando la tensin "nodo'c"todo es mayor &ue latensin de blo&ueo. /a8 9 /bo # ; "(

T"!)#$ d! !tad$ 1td2*tiempo 'ue transcurre desde 'ue la corriente de puerta alcanza el


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;? @ de su valor final 5asta 'ue la corriente de nodo alcanza el ? @ de su valor m&imo.4epende de la corriente de mando0 de la tensin nodo $ ctodo % de la temperatura !t ddisminu%e si estas magnitudes aumentan".

T"!)#$ d! s%3"da 1t2*tiempo necesario para 'ue la corriente de nodo pase del ? @ alB? @ de su valor m&imo0 o0 el paso de la cada de tensin en el tiristor del B? @ al ? @ de

su valor inicial.

)$'. )iempo de encendido.

T"!)#$ d! a#agad$)$55!:

Es el tiempo 'ue tarda el tiristor en pasar de conduccin a corte. Se divide en dospartes !Figura "(

T"!)#$ d! !c%#!ac",' "'6!sa 1t2*tiempo en el 'ue las cargas acumuladas en laconduccin del SCR0 por polarizacin inversa de este0 se eliminan parcialmente.

T"!)#$ d! !c%#!ac",' d! #%!ta 1tg2*tiempo en el 'ue0 en un n-mero suficiente ba*o0las restantes cargas acumuladas se recombinan por difusin0 permitiendo 'ue la puertarecupere su capacidad de gobierno.


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)$55< t4tg

Figura . )iempo deapagado.

#a e&tincin del tiristor se producir por dos motivos( reduccin de la corriente de

nodo por deba*o de la corriente de mantenimiento % por anulacin de la corriente denodo.

CARACTERSTICAS T"R#ICAS.

4ependiendo de las condiciones de traba*o de un tiristor0 +ste disipa una cantidad deenerga 'ue produce un aumento de la temperatura en las uniones del semiconductor. Esteaumento de la temperatura provoca un aumento de la corriente de fugas0 'ue a su vez

provoca un aumento de la temperatura0 creando un fenmeno de acumulacin de calor 'uedebe ser evitado. ,ara ello se colocan disipadores de calor.

#"T$%$S %E %IS&AR$.#"T$%$S %E %IS&AR$.

,ara 'ue se produzca el cebado de un tiristor0 la unin nodo $ ctodo debeestar polarizada en directo % la se9al de mando debe permanecer un tiempo suficientementelarga como para permitir 'ue el tiristor alcance un valor de corriente de nodo ma%or 'ueI#0 corriente necesaria para permitir 'ue el SCR comience a conducir. ,ara 'ue0 una vezdisparado0 se mantenga en la zona de conduccin deber circular una corriente mnima devalor ID0 marcando el paso del estado de conduccin al estado de blo'ueo directo.

#os distintos m+todos de disparo de los tiristores son(

$ ,or puerta.

$ ,or mdulo de tensin.

$ ,or gradiente de tensin !ddt"


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$ 4isparo por radiacin.

$ 4isparo por temperatura.

El modo usado normalmente es el disparo por puerta. #os disparos por mdulo %

gradiente de tensin son modos no deseados.DISPARO POR P7ERTA.

Es el proceso utiliado normalmente para disparar un tiristor. Consiste enla aplicacin en la puerta de un impulso positivo de intensidad# entre los terminalesde puerta y c"todo a la ve &ue mantenemos una tensin positiva entre "nodo yc"todo.

Figura . Circuito de control por puerta de un SCR.$ El valor re'uerido de )necesario para disparar el SCR es( )< /G I/H R$ R viene dada por la pendiente de la recta tangente a la curva de m&ima disipacin depotencia para obtener la m&ima seguridad en el disparo !Figura B". R < F/ IF/

Figura B. Recta tangente a la curva de m&ima disipacin de potencia.DISPARO POR M8D7LO DE TENSI8N.

Es el debido al mecanismo de multiplicacin por avalanc5a. Esta forma de disparono se emplea para disparar al tiristor de manera intencionada sin embargo ocurre de formafortuita provocada por sobre tensiones anormales en los e'uipos electrnicos.


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DISPARO POR GRADIENTE DE TENSI8N.

7na subida brusca del potencial de nodo en el sentido directo de conduccinprovoca el disparo. Este caso ms 'ue un m+todo0 se considera un inconveniente.

Figura ?. Jona de disparo por gradiente de tensin.

DISPARO POR RADIACI8N.

Est asociado a la creacin de pares electrn$5ueco por la absorcin de la luz delelemento semiconductor. El SCR activado por luz se llama #ASCR.

DISPARO POR TEMPERAT7RA.

El disparo por temperatura est asociado al aumento de pares electrn $ 5uecogenerados en las uniones del semiconductor. As0 la suma !GK" tiende rpidamente a launidad al aumentar la temperatura. #a tensin de ruptura permanece constante 5asta uncierto valor de la temperatura % disminu%e al aumentar +sta.

C$N%ICI$NES NECESARIAS &ARA EL C$NTR$L %E 'N SCR.C$N%ICI$NES NECESARIAS &ARA EL C$NTR$L %E 'N SCR.

,ara el control en el disparo($ =nodo positivo respecto al ctodo.$ #a puerta debe recibir un pulso positivo con respecto al ctodo.$ En el momento del disparo IaLM I#.

,ara el control en el corte($ Anulamos la tensin aL.$ Incrementamos R#5asta 'ue IaLN ID.

LI#ITACI$NES %EL TIRIST$R.

LIMITACIONES DE LA FREC7ENCIA DE F7NCIONAMIENTO.$ #a frecuencia de traba*o en los SCR no puede superar ciertos valores.$ El lmite es atribuible a la duracin del proceso de apertura % cierre del dispositivo.$ #a frecuencia rara vez supera los ? 65z.

LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE TENSI8N dV9dt. OddtO es el valor mnimo de la pendiente de tensin por deba*o del cual no seproducen picos transitorios de tensin de corta duracin0 gran amplitud % elevada velocidadde crecimiento.


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a2 Ca%sas*$ #a alimentacin principal produce transitorios difciles de prever en aparicin0 duracin!inversamente proporcional a su amplitud" % amplitud.$ #os contactores entre la alimentacin de tensin % el e'uipo( cu%a apertura % cierrepueden producir transitorios de elevada relacin ddt !5asta .??? Ps" produciendo el

basculamiento del dispositivo.$ #a conmutacin de otros tiristores cercanos 'ue introducen en la red picos de tensin.32 E5!ct$s*$ ,uede provocar el cebado del tiristor0 perdiendo el control del dispositivo.$ #a ddt admisible varia con la temperatura.

LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE INTENSIDAD dI9dt.

OdIdtO es el valor mnimo de la pendiente de la intensidad por deba*o de la cual nose producen puntos calientes.

a2 Ca%sas*$ 4urante el cebado0 la zona de conduccin se reduce a una parte del ctodo cerca de lapuerta0 si el circuito e&terior impone un crecimiento rpido de la intensidad0 en esta zona ladensidad de corriente puede alcanzar un gran valor.$ Como el cristal no es 5omog+neo0 e&isten zonas donde la densidad de Intensidad es ma%or!puntos calientes".32 E5!ct$s*$ En la conmutacin de blo'ueo a conduccin la potencia instantnea puede alcanzarvalores mu% altos.$ #a energa disipada producir un calentamiento 'ue0 de alcanzar el lmite t+rmico crtico0podra destruir el dispositivo.

PROTECCIONES CONTRA dV9dt : dI9dt.

Solucin( colocar una red RC en paralelo con el SCR % una # en serie. Calculo(m+todo de la constante de tiempo % m+todo de la resonancia.

>iura . Circuito de proteccin contra d/?dt y d?dt. M;t$d$ d! +a c$'sta't! d! t"!)#$.( C)lculo de R y C:*. Se calcula el valor m2nimo de la constante de tiempo @ de la d/?dt deldispositivo y el valor de R y C:

< = 1 />?@ VDRM2+1 dV9dt 2)&'C =


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4R8 < tensin de pico repetitiva de blo'ueo directo.I#< corriente en la carga.R#< resistencia de carga.I)S8< corriente directa de pico no repetitiva.A!m&"< tensin de nodo m&ima.Q < coeficiente de seguridad !de ?0: a ?0".

,. 7allamos el valor de Rm2n&ue aseura la no superacin de la d?dt m"+imaespecificada (a partir de la ecuacin de descara de C):

R)&' = 1VA1)(B2+ dI +dt ! C2 C(+c%+$ d! L*

L = VA1)(B2+1 dI 9 dt2

M;t$d$ d! +a !s$'a'c"a.$ Elegimos R0 # % C para entrar en resonancia. El valor de la frecuencia es(

5 = 1d dt " ? KA !m&"En resonancia(

5 = + 1LC2 C = + 1 5 2LEl valor de ! es el &ue m"s nos interese# normalmente: !; A< P7.

El valor de R ser": Rs= 1L+C2

LI#ITACI$NES %E LA TE#&ERAT'RA.

En los semiconductores de potencia# se producen p$rdidas durante elfuncionamiento &ue se traducen en un calentamiento del dispositivo.

Si los per2odos de blo&ueo y de conduccin en un tiristor son repetitivos# lapotencia media disipada en un tiristor ser":

!a potencia disipada en los tiristores durante la conduccin# es muc4o mayor

&ue la disipada durante el blo&ueo y &ue la potencia disipada en la unin puerta 'c"todo. Podemos decir &ue las p$rdidas con una tensin de alimentacin dada yuna cara fi3a# aumentan con el "nulo de conduccin (). Si la conduccin se inicia en ty termina en tB# la potencia media de perdidasser":

Si representamos la /*en funcin de la *# tendremos la siuiente relacin:VA= V/4 IA R

/iura B).


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>iura B. 1perando con las ecuaciones anteriores:

PAV = V/ IA1AV2 4 R 1 IA1RMS22

Esta ecuacin se encuentra representada mediante curvas para distintas formasde onda (sinusoidal# rectanular#...) y para distintos "nulos de conduccin en lafiura siuiente.

!a potencia &ue se disipa# depende del valor medio de la corriente y del valorefica# entonces depender" del factor de forma:

a - f - IAR#S!+ IAA!


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>iura D.

7na vez elegido el tiristor % teniendo en cuenta los parmetros ms importantescomo son la potencia total disipada % temperatura0 % calculada tambi+n la potencia media'ue disipa el elemento en el caso ms desfavorable0 procederemos a calcular el disipador oradiador ms apropiado para poder evacuar el calor generado por el elementosemiconductor al medio ambiente.

E/TINCI0N %EL TIRIST$R. TI&$S %E C$N#'TACI0N.

Entenderemos por e&tincin0 el proceso mediante el cual0 obligaremos al tiristor'ue estaba en conduccin a pasar a corte. En el momento en 'ue un tiristor empieza aconducir0 perdemos completamente el control sobre el mismo.

El tiristor debe presentar en el tiempo ciertas condiciones para pasar de nuevo acorte. Este estado implica simultneamente dos cosas(

. #a corriente 'ue circula por el dispositivo debe 'uedar completamente blo'ueada.K. #a aplicacin de una tensin positiva entre nodo % ctodo no debe provocar un disparoindeseado del tiristor.

E&isten diversas formas de conmutar un tiristor0 sin embargo podemos agruparlosen dos grandes grupos(

CONM7TACI8N NAT7RAL.

a" #ibre. b" Asistida.


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CONM7TACI8N FORZADA.

a" ,or contacto mecnico. b" ,or circuito resonante. $Serie

$,aralelo c" ,or carga de condensador. d" ,or tiristor au&iliar.

A&LICACI$NES %EL SCR.#as aplicaciones de los tiristores se e&tiende desde la rectificacin de corrientes

alternas0 en lugar de los diodos convencionales 5asta la realizacin de determinadasconmutaciones de ba*a potencia en circuitos electrnicos0 pasando por los onduladores oinversores 'ue transforman la corriente continua en alterna.

#a principal venta*a 'ue presentan frente a los diodos cuando se les utiliza comorectificadores es 'ue su entrada en conduccin estar controlada por la se9al de puerta. 4eesta forma se podr variar la tensin continua de salida si se 5ace variar el momento deldisparo %a 'ue se obtendrn diferentes ngulos de conduccin del ciclo de la tensin ocorriente alterna de entrada. Adems el tiristor se blo'uear automticamente al cambiar laalternancia de positiva a negativa %a 'ue en este momento empezar a recibir tensininversa.

,or lo anteriormente se9alado el SCR tiene una gran variedad de aplicaciones0 entreellas estn las siguientes(

Controles de relevador.

Circuitos de retardo de tiempo.

Fuentes de alimentacin reguladas.

Interruptores estticos.

Controles de motores.

Recortadores.

Inversores.

Ciclo conversores.

Cargadores de bateras.

Circuitos de proteccin.


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Controles de calefaccin.

Controles de fase.

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