Área de Tecnología Electrónica MARIO GRENE Electrónica y Automatismos CTP ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS MACE Tema 1: Componentes Electrónicos Tiristores :

Área de Tecnología Electrónica

MARIO GRENE

Electrónica y Automatismos

CTP

ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS

MACE

Tema 1: Componentes Electrónicos

Tiristores

:


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CTP

Componentes electrónicos: El tiristor

• Introducción

• El rectificador controlado de silicio o SCR

Estados de bloqueo y conducción

Ejemplo de aplicación: control de fase

• El TRIAC

• El DIAC

• Otros tiristores

• Fabricantes de tiristores


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Introducción

TIRISTORES(Thyristor)

En 1956 se desarrollo el primer Tiristor Bell Telephoned Laboratory.

Inicialmente fue llamado Transistor PNPN (hoy conocido como SCR)

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.


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Introducción: 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 Turn-off)

Interruptor unidireccional. Apagado por puerta

TRIAC (Triode AC)

Interruptor bidireccional

DIAC (Diode AC)

Interruptor bidireccional ( Control de tiristores)


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El SCR (Silicon Controlled Rectifier)

p2

n2

n1

p1G

K

A

J3

J2

J1

I

A

p2

n2

p1

n1

C

A

A

Estructura Interna y circuito equivalente Característica

Símbolo

Siempre es de Silicio.El SCR es el tiristor por excelencia

(Cátodo)

(Puerta)

C

G

A

(Ánodo)

E

B

C

C

B

E

IA

VACVB

IG


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CTP


VACVB

IG

(Cátodo)

(Puerta)C

G

A(Ánodo)

IA IA

VAC

Estado de bloqueo:

•Soporta tensión inversa

y tensión directa

• Si se introduce un pulso de corriente por puerta

o la tensión alcanza el valor de ruptura directa VB

Estado de conducción:

•Conduce corriente directa

y se mantiene en conducción siempre que la corriente esté por encima de im

imim = Corriente de mantenimiento


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CTP


P

P

N

N

A

CG

A

C

G


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CTP

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

G

A

C

MODELO IDEAL DE UN SCR

A

CG

A

C

G NOTA:El disparo por tensión directa (VB) se considera indeseable y, como norma general, debe seleccionarse el SCR para que esto no ocurra



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US(t)

Umax

Umax

ig

t

t

t

UAK

UE (t)

A

K

G

UAK

IG

IA Carga

UE(t)

US(t)

Rg

SCR: Ejemplo de control de fase


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500 V24A

1300 V1800A

500 V100A

TO 200 AFB 20

TO 209 ADB 7

TO 208 AcB 2

SCR: Algunos ejemplos


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Unos de los 12 SCR para un “pequeño” rectificador trifásico de 500 MW y 500 KV(Inga-Shaba, ZAIRE)

EL SCR es el dispositivo electrónico mas robusto que existe.

Puede manejar tensiones y corrientes realmente impresionantes.

Algunos ejemplos son realmente espectaculares.



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P1

P2

n1

n2n3

n4 n4

T2

T1G

T2

T1

G

Estructura Interna

Característica

Símbolo

TRIAC: Triode AC T2

T1G

IT

VT+VB

IG

-VB IG

NOTA:Se puede disparar con pulsos positivos o negativos de corriente en puerta


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CTP

T2

T1G

T2

T1

G

T2

T1

G

TRIAC: Triode AC


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CTP

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 anti-serie)

G

T2

T1

MODELO IDEAL DE UN TRIAC

T2

T1G


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U MAX

U Carga

t

IG

T 2

T 1

G

IG

U e

R L

U carga

U T2T1IG

TRIAC: Ejemplo de control de fase

IT(RMS) = 12A

VDRM = VRRM = 700 V

Disparo

Apagado


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Dispositivo auxiliar (p.e. disparo de tiristores) Sólo se puede disparar por sobretensión Soporta picos de corriente elevados Se debe conocer la Tensión de cebado (p.e. 33V en el DB3) DB3: Diac comercial muy popular

DIAC: Diode AC

Característica

IT

VT+VB-VB

A1 A2


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Estructura Interna

P1

P2

N1

N3 N3

T2

T1

N2 N2

DIAC: Diode AC

T2

T1

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)


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DIAC: Algunos elementos similares

DESCARGADOR DE GAS

VARISTOR

Gránulos de óxidos metálicos sinterizadas (Óxido de cinc, etc)

Recinto de descarga


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CTP

DIAC: Uso como elemento de protección

Equipo a protegerVe

I F

TRIAC,VARISTOR,DESCARGADOR,...

Sobretensión

NOTA:El VARISTOR es el elemento mas popular para esta aplicación


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R1 = 0 , máxima potenciaR1 = Elevada, mínima potencia

Ejemplo: Control de TRIAC con DIAC (Típico regulador de luz de salón)

DIAC: Ejemplo de uso

Carga

R1

R2R3

C

TRIAC controlado por DIAC(Montaje simplificado)

A2

A1

G

IG


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Otros tiristores: el GTO (Gate Turn-off)A C

G

La especial estructura del dispositivo permite el apagado por puerta (con un pulso negativo).

Por lo demás es similar al SCR.

Estructura de un GTO simétrico

A

C G

C

G

Vista desde abajo


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Otros tiristores: el LASCR, Tiristor controlado por luz.

Son Tiristores activados por luz Utilizados en Alta tensión Frecuencias de conmutación de hasta 2KHz Tensiones elevadas 6000V y 1500A

A K

G

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.


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TOSHIBA

Algunos fabricantes de tiristores

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