Rectificador controlado de silicio (SCR) (página 2)

Partes: 1, 2

El flujo de corriente promedio para una carga puede ser
controlado colocando un SCR en serie con la carga. Este arreglo
es presentado en la figura 2. La alimentaci6n 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. Son 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.

Si una porción pequeña del tiempo esta en el
estado ON, la corriente promedio que pasa a la carga es
pequeña. Esto es porque la corriente puede fluir de la
fuente, a través del SCR, y a la carga, só1o por
una porción relativamente pequeña del tiempo. Si la
señal de la compuerta es cambiada para hacer que el SCR
este en ON por un periodo mas largo del tiempo, entonces la
corriente de carga promedio será mayor. Esto es porque la
corriente ahora puede fluir de la fuente, a través del
SCR, y a la carga, por un tiempo relativamente mayor. De esta
manera, la corriente para la carga puede variarse ajustando la
porci6n del tiempo del ciclo que el SCR permanece encendido.

Características de control del
SCR

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:-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

Determinan la naturaleza del
circuito de mando que mejor responde a las condiciones de
disparo.

Para la región puerta- cátodo los fabricantes
definen entre otras las siguientes caracteristicas

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.

- 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.

También podemos tomar como apuntes muy importantes los
4 casos siguientes:

1. Voltaje de ruptura directo V(BR) F* es el voltaje por
arriba del cual el SCR entra a la región de
conducción. El asterisco (*) es una letra que se
agregará dependiendo de la condición de la terminal
de compuesta de la manera siguiente:

O = circuito abierto de G a K S =
circuito cerrado de G a K R = resistencia de G
a K V = Polarización fija (voltaje) de G a K

2. Corriente de sostenimiento (IH) es el valor de
corriente por abajo del cual el SCR cambia del estado de
conducción a la región de bloqueo directo bajo las
condiciones establecidas.

3. Regiones de bloqueo directo e inverso son las regiones que
corresponden a la condición de circuito abierto para el
rectificador controlado que bloquean el flujo de carga
(corriente) del ánodo al cátodo.

4. Voltaje de ruptura inverso es equivalente
al voltaje Zener o a la región de avalancha del diodo
semiconductor de dos capas fundamental.

Características de la compuerta de los
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.

Una vez que un SCR ha sido disparado, no es necesario
continuar el flujo de corriente de compuerta. Mientras la
corriente continué fluyendo a través de las
terminales principales, de ánodo a cátodo, el SCR
perrnanecerá en ON. Cuando la corriente de ánodo a
cátodo (IAK) caiga por debajo de un valor mínimo,
llamado corriente de retención, simbolizada IHO
el SCR se apagara. Esto normalmente ocurre cuando la fuente de
voltaje de ca pasa por cero a su región negativa. Para la
mayoría de los SCR de tamaño mediano, la IHO es
alrededor de 10 mA.

CARACTERÍSTICA DEL SCR

La siguiente figura muestra la
dependencia entre el voltaje de conmutación y la corriente
de compuerta.

Cuando el SCR está polarizado en inversa se
comporta como un diodo común (ver la corriente de fuga
característica que se muestra en el gráfico).

En la región de polarización en directo el
SCR se comporta también como un diodo común,
siempre que el SCR ya haya sido activado (On). Ver los
puntos D y E.

Para valores altos
de corriente de compuerta (IG) (ver punto C), el voltaje de
ánodo a cátodo es menor (VC).

Si la IG disminuye, el voltaje ánodo-cátodo
aumenta. (ver el punto B y A, y el voltaje
ánodo-cátodo VB y VA).

Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el
voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar
antes de que el SCR conduzca (se ponga en On, esté
activo)

Monografias.com

Características

Interruptor casi ideal
Amplificador eficaz
Fácil controlabilidad
Características en función de
situaciones pasadas (memorias).
Soportan altas tensiones
Capacidad para controlar Grandes
Potencias
Relativa rapidez

CARACTERÍSTICAS
ESTÁTICAS

Corresponden a la región ánodo- cátodo y
son los valores máximos que colocan al elemento en un
limite de sus posibilidades

Vrwm. Vdrm, Vt, Itav, Itrms, Ir,Tj, Ih

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

Tensiones transitorias

Son valores de tensión que van superpuesto a la
señal sinusoidal de la fuente de alimentación. Son
de escasa duración, pero de amplitud considerable.

CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN

Los tiristores necesitan un tiempo para pasar de bloqueo a
conducción y viceversa. Para frecuencias inferiores a
400hz podemos ignorar estos efectos. En la mayoría de las
aplicaciones se requiere una conmutación mas rápida
por lo que este tiempo de tenerse en cuenta.

CARACTERÍSTICAS POR TEMPERATURA

Dependiendo de las condiciones de trabajo de un
tiristor, este disipa una cantidad de energía que produce
un aumento de la temperatura en las uniones del semiconductor.
Este aumento de la temperatura produce un aumentó de la
corriente de fuga, creando un fenómeno de
acumulación de calor que debe
ser evitado. Para ello se colocan Disipadores de calor.

LOS PARÁMETROS DE RENDIMIENTO DEL SCR SON:

– 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.

Aplicaciones del
SCR

Las aplicaciones de los tiristores se extiende
desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de
los diodos
convencionales hasta la realización de determinadas
conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos,
pasando por los onduladores o inversores que transforman la
corriente continua en alterna.La principal ventaja que presentan
frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es
que su entrada en conducción estará controlada por
la señal de puerta. De esta forma se podrá variar
la tensión continua de salida si se hace variar el momento
del disparo ya que se obtendrán diferentes ángulos
de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna
de entrada. Además el tiristor se bloqueará
automáticamente al cambiar la alternancia de positiva a
negativa ya que en este momento empezará a recibir
tensión inversa. Por lo anteriormente señalado el
SCR tiene una gran variedad de aplicaciones, entre ellas
están las siguientes:

· Controles de relevador.

· Circuitos de retardo de tiempo.

· Fuentes de
alimentación reguladas.

· Interruptores estáticos.

· Controles de motores.

· Recortadores.

· Inversores.

· Ciclo conversores.

· Cargadores de baterías.

· Circuitos de protección.

· Controles de calefacción.

· Controles de fase.

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

Efectos con cargas
inductivas

Cuando la carga del SCR es una carga inductiva, (se comporta
como un inductor), es importante tomar en cuenta el tiempo que
tarda la corriente en aumentar en una bobina.

El pulso que se aplica a la compuerta debe ser lo
suficientemente duradero para que la corriente de la carga iguale
a la corriente de enganche y así el tiristor se mantenga
en conducción.

En este tipo de cargas, la corriente puede, en principio,
cambiar tan súbitamente como lo haga la tensión.
Pero si el circuito es inductivo, como es el caso de los

Motores eléctricos, entonces la corriente no puede
sufrir cambios bruscos, pudiendo llegar a

Tener un retraso considerable respecto a la
tensión.

Si la inductancia es alta pueden aparecer dos problemas:

1). Puede ocurrir que el tiristor no llegue ni siquiera
a encenderse, si resultara que al crecer muy lentamente la
corriente en el momento de la activación de la compuerta,
al cesar el pulso de activación, la corriente aún
no hubiera ni siquiera alcanzado el mínimo IH
necesario para mantener encendido al tiristor. La solución
a este problema consiste en hacer que los pulsos de encendido
sean más largos.

2). Si el retraso de la corriente es muy grande, puede
que cuando ésta llegue a ser inferior a la corriente de
mantenimiento
IH, la tensión sea ya tan grande que el tiristor
siga encendido, con lo cual, no se apaga nunca. Para evitar este
problema se monta en paralelo con la carga un diodo para derivar
por él el exceso de corriente que hace que el
tiristor no se cierre a su tiempo.

Grafica de la corriente y voltaje

Con carga inductiva

Monografias.com

Conclusión

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y
puerta. La puerta es la encargada de controlar el paso de
corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona
básicamente como un diodo rectificador controlado,
permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no
se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se
inicia la conducción y en el instante en que se aplique
dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. El pulso
de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien,
repetitivo. Según se atrase o adelante éste, se
controla la corriente que pasa a la carga. Una vez arrancado,
podemos anular la tensión de puerta y el tiristor
continuará conduciendo hasta que la corriente de carga
disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando
en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o
semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un
circuito de bloqueo forzado.

Cuando se produce una variación brusca de
tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor,
éste puede dispararse y entrar en conducción
aún sin corriente de puerta. Por ello se da como
característica la tasa máxima de subida de
tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto
se produce debido al condensador parásito existente entre
la puerta y el ánodo.

Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del
control, debido a
que puede ser usado como interruptor de tipo
electrónico.