Electrónica de Potencia/Tiristor/Parámetros Característicos de funcionamiento

Parámetros característicos de funcionamiento en un tiristor

Parámetros de funcionamiento de un tiristor

A la hora de seleccionar un tiristor tenemos un abanico de posibilidades en cuanto a que tipo de tiristor y sus características, en esto nos vamos a centrar en este apartado ya que explicaremos los tipos de tiristor ya como sus hojas de características y desgranando sus apartados más importantes en cada una de ellas, en resumen intentaremos seccionar las posibilidades de cada uno de los tipos de tiristor, los diferentes tipos de tiristor son los siguientes:

• Rectificador controlado de silicio (SCR)

• Gate Turn-Off Thyristor (GTO)

• Diac

• Triac

• Foto-SCR

• Interruptor controlado por la puerta

• Interruptor controlado de silicio

• MCT

• FET-CTH

• SITH

• RTC

Se desarrollaran los tiristores marcados con negrita. La nomenclatura utilizada para designar los diferentes parámetros es: (V, v) para la tensión, (I, i) para la intensidad y (P) para la potencia. En función del parámetro que en cada momento se quiera identificar, se añaden unos subíndices que se desglosan a continuación.

• VDRM

Tensión de pico repetitivo en estado de bloqueo directo. (Repetitive peak off-state voltage). Expresa el valor máximo de voltaje repetitivo para el cual el fabricante garantiza que no hay conmutación, con la puerta en circuito abierto.

• VDSM

Tensión de pico no repetitivo en estado de bloqueo directo. (Non -repetitive peak off - state voltage). Valor máximo de tensión en sentido directo que se puede aplicar durante un determinado periodo de tiempo con la puerta abierta sin provocar el disparo.

• VDWM

Tensión máxima directa en estado de trabajo. (Crest working off - state voltage). Valor máximo de tensión en condiciones normales de funcionamiento.

• VRRM

Tensión inversa de pico repetitivo. (Repetitive peak reverse voltage). Valor máximo de tensión que se puede aplicar durante un cierto periodo de tiempo con el terminal de puerta abierto.

• VRSM:

Tensión inversa de pico no repetitivo. (Non - repetitive peak reverse voltage). Valor máximo de tensión que se puede aplicar con el terminal de puerta abierto.

• VRWM

Tensión inversa máxima de trabajo. (Crest working reverse voltage). Tensión máxima que puede soportar el tiristor con la puerta abierta, de forma continuada, sin peligro de ruptura.

• VT

Tensión en extremos del tiristor en estado de conducción. (Forward on - state voltage).

• VGT

Tensión de disparo de puerta. (Tensión de encendido). (Gate voltage to trigger). Tensión de puerta que asegura el disparo con tensión ánodo - cátodo en directo.

• VGNT

Tensión de puerta que no provoca el disparo. (Non - triggering gate voltage). Voltaje de puerta máximo que no produce disparo, a una temperatura determinada.

• VRGM

Tensión inversa de puerta máxima. (Peak reverse gate voltage). Máxima tensión inversa que se puede aplicar a la puerta.

• VBR

Tensión de ruptura. (Breakdown voltage). Valor límite que si es alcanzado un determinado tiempo en algún momento, puede destruir o al menos degradar las características eléctricas del tiristor.

• IT(AV)

Corriente eléctrica media. (Average on - state current). Valor máximo de la corriente media en el sentido directo, para unas condiciones dadas de temperatura, frecuencia, forma de onda y ángulo de conducción.

• IT(RMS)

Intensidad directa eficaz. (R.M.S. on state current).

• ITSM

Corriente directa de pico no repetitiva. (Peak one cycle surge on - state current). Corriente máxima que puede soportar el tiristor durante un cierto periodo de tiempo.

• ITRM

Corriente directa de pico repetitivo. (Repetitive peak on - state current). Intensidad máxima que puede ser soportada por el dispositivo por tiempo indefinido a una determinada temperatura.

• IRRM

Corriente inversa máxima repetitiva. (Corriente inversa). (Reverse current). Valor de la corriente del tiristor en estado de bloqueo inverso.

• IL

Corriente de enganche. (Latching current). Corriente de ánodo mínima que hace bascular al tiristor del estado de bloqueo al estado de conducción.

• IH

Corriente de mantenimiento. (Holding current). Mínima corriente de ánodo que conserva al tiristor en su estado de conducción.

• IDRM

Corriente directa en estado de bloqueo. (Off - state current).

• IGT

Corriente de disparo de puerta. (Gate current to trigger). Corriente de puerta que asegura el disparo con un determinado voltaje de ánodo.

• IGNT

Corriente de puerta que no provoca el disparo. (Non-triggering gate current).

• ITC:

Corriente controlable de ánodo. (Controllable anode current). (Para el caso de tiristores GTO).

• I2t

Valor límite para protección contra sobreintensidades. (I2t Limit value). Se define como la capacidad de soportar un exceso de corriente durante un tiempo inferior a medio ciclo. Permite calcular el tipo de protección. Se debe elegir un valor de I2t para el fusible de forma que:

I2t (fusible) < I2t (tiristor) E5. 2

• PGAV

Potencia media disipable en la puerta. (Average gate power dissipation). Representa el valor medio de la potencia disipada en la unión puerta-cátodo.

• PGM

Potencia de pico disipada en la puerta. (Peak gate power dissipation). Potencia máxima disipada en la unión puerta-cátodo, en el caso de que apliquemos una señal de disparo no continua.

• Ptot

Potencia total disipada. (Full power dissipation). En ella se consideran todas las corrientes: directa, media, inversa, de fugas, etc. Su valor permite calcular el radiador, siempre que sea preciso.

• Tstg

Temperatura de almacenamiento. (Storage temperature range). Margen de temperatura de almacenamiento.

• Tj:

Temperatura de la unión. (Juntion temperature). Indica el margen de la temperatura de la unión, en funcionamiento.

• td

Tiempo de retraso. (Delay time).

• tr

Tiempo de subida (Rise time).

• tgt; ton:

Tiempo de paso a conducción. (Gate - controlled turn – on time).

• tq; toff:

Tiempo de bloqueo, (Circuit - commutated turn - off time). Intervalo de tiempo necesario para que el tiristor pase al estado de bloqueo de manera que aunque se aplique un nuevo voltaje en sentido directo, no conduce hasta que haya una nueva señal de puerta.

• di/dt:

Valor mínimo de la pendiente de la intensidad por debajo de la cual no se producen puntos calientes.

• dv/dt:

Valor mínimo de la pendiente de tensión por debajo de la cual no se produce el cebado sin señal de puerta.

• (dv/dt)C:

Valor mínimo de la pendiente de tensión por debajo de la cual no se produce el nuevo cebado del SCR cuando pasa de conducción a corte.

Funcionamiento de un tiristor

SCR

El SCR es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn. La conducción entra ánodo y cátodo está controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional, conmutador casi ideal, amplificador y rectificador a la vez.

SCR

A continuación una hoja de un SCR, explicando las características generales de los SCR de forma general.

tabla

Características principales

• Es un interruptor casi ideal.

• Soporta tensiones altas.

• Es un amplificador muy eficaz.

• Es capaz de controlar grandes potencias.

• Tiene una fácil controlabilidad.

• Es relativamente rápido.

Especificaciones especiales

• El SCR necesita una corriente mínima de mantenimiento (IH) para que se mantenga en conducción y una corriente de enclavamiento (IL) para que el dispositivo pueda permanecer en conducción cuando se eliminan los pulsos de la puerta.

• VGT e IGT , que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.

• VGNT e IGNT, 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. El máximo de voltaje suele ser 1,5 Kv y la corriente máxima es de 1 KA.

• PGM potencia máxima.

• La frecuencia de conmutación es baja alrededor de 60 Hz.

Gráfica característica SCR

Triodo para alternar corriente (TRIAC)

Es un dispositivo que posee tres terminales y se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. Puede ser disparado mediante una corriente de puerta positiva o negativa. De la misma forma que hemos hecho antes con el SCR exponemos una hoja de características como ejemplo:

Características generales

• La corriente puede pasar en ambas direcciones

• Recomendables para convertidores de conmutación forzada en aplicaciones de potencia intermedia y alta.

• Control de encendido por corriente de puerta (pulso). No es posible apagarlo desde la puerta.

• Pueden apagarse con un pulso de señal negativo.

Características especiales.

• Dispositivo capas de soportar las potencias más elevadas. Único dispositivo capaz de soportar 4000A y 7000V.

• Frecuencia máxima de funcionamiento baja, ya que sacrifica la velocidad (vida media de los portadores es larga) para conseguir una caída en conducción lo menor posible. Su funcionamiento se centra en aplicaciones a frecuencia de red.

DIODO DE DISPARO BIDIRECCIONAL PARA CORRIENTE ALTERNA(DIAC)

• Dispositivo bidireccional simétrico (sin polaridad) con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Puede conducir en dos sentidos siempre que llegue a su tensión de disparo.

• La mayoría tienen una tiensión de disparo 30v

Al igual que los apartados anteriores mostramos una hoja de características de un DIAC como ejemplo y más tarde explicamos sus características generales.

Características generales

• Es otro dispositivo tiristor y se usa normalmente para disparar un TRIAC.

• Se comporta como dos diodos Zener conectados en paralelo pero orientados en formas opuestas. Conduce cuando se supera la tensión del zener conectado en sentido opuesto.

• Normalmente no conduce, sino que tiene una pequeña corriente de fuga, la conducción aparece cuando la tensión de disparo se alcanza.

Especificaciones especiales

Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo VBO. La intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar la tensión la corriente aumenta bruscamente y disminuye VBO.

• VBO (Voltaje de ruptura)

• IBO (Corriente de ruptura)

• IB (Leakeage Current= Corriente de ruptura)

• IL (corriente de enclavamiento).

GTO

El GTO es un tiristor con capacidad de externa de bloqueo, la puerta le permite controlar las dos transiciones: pasa de bloqueo conducción y viceversa.

El mecanismo de disparo es parecido al SCR: Suponiendo que esta polarizado, cuando se inyecta una corriente a la puerta, circula una corriente entre puerta y cátodo. Si se mantiene una corriente en el ánodo superior a la corriente de mantenimiento se puede hacer conducir el GTO sin necesidad de la compuerta, esta corriente es conocida como corriente anódica. La aplicación de una polarización inversa en la unión puerta-cátodo puede llevar a la abertura o bloqueo del GTO. Portadores libres presentes en las capas centrales del dispositivo son atraídas por la puerta, haciendo que sea posible el restablecimiento de la barrera de potencial en la unión J2.

Fuentes:

http://es.slideshare.net/fabian910120/scr-triac-y-diac https://es.wikipedia.org/wiki/Tiristor