Electrónica II, Tyristores
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Electrónica II, Unidad 2 TIRISTORES Ing. Rubén Loredo Amaro
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Presentación de la unidad dos de electrónica II donde se ve teoria y practica de algunos tyristores
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Electrónica II, Unidad 2
TIRISTORES
Ing. Rubén Loredo Amaro
LOS TIRISTORES
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.
En 1956 se desarrollo el primer Tiristor Bell Telephoned Laboratory.
Inicialmente fue llamado Transistor PNPN (hoy conocido como SCR)
Ing. Rubén Loredo Amaro
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 SCR (Silicon Controlled Rectifier).
Interruptor unidireccional
GTO GTO (Gate Turn-off)
Interruptor unidireccional.
Apagado por puerta
TRIACTRIAC (Triode AC)
Interruptor bidireccional
DIAC.DIAC. (Diode AC) Diodo Interruptor
bidireccional para el disparo de
tiristores
Ing. Rubén Loredo Amaro
SCR: Silicon Controlled Rectifier
¡El SCR Siempre es de Silicio! sus siglas en español es el: Rectificador Controlado de Silicio, es el tiristor por excelencia.
p2
n2
n1
p1G
K
A
J3
J2
J1
I
A
p2
n2
p1
n1
C
A
A
E
B
C
C
B
E
Ing. Rubén Loredo Amaro
Parámetros del SCR
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.
Ing. Rubén Loredo Amaro
Disparo de un SCR
El funcionamiento de un tiristor en corriente continua es fácil de entender.
Normalmente el tiristor trabaja con polarización directa entre ánodo (A) y cátodo (C o K) (la corriente circula en el sentido de la flecha del tiristor).
Con esta condición, sólo es necesario aplicar un pulso en la compuerta (G) para activarlo. Este pulso debe de tener una amplitud mínima, para que la corriente de compuerta (IG) provoque la conducción.
Ing. Rubén Loredo Amaro
Conducción del SCR
El SCR se comporta como un circuito abierto hasta que activa su compuerta (GATE) con un pulso de tensión que causa una pequeña corriente. (se cierra momentáneamente el interruptor S). El tiristor conduce y se mantiene conduciendo, no necesitando de ninguna señal adicional para mantener la conducción.
No es posible desactivar el tiristor (que deje de conducir) con la compuerta
Ing. Rubén Loredo Amaro
Protecciones con Tiristores (SCR)
El tiristor puede
dañarse si no
consideran las
protecciones
adecuadas
para el circuito
Ing. Rubén Loredo Amaro
Deriva de Corriente di/dt
"La derivada de la corriente con respecto al tiempo".
La di/dt máxima es especificada por el fabricante.
Este problema aparece cuando se tiene una carga
capacitiva (tiene el comportamiento de un capacitor).
Un capacitor descargado se comporta inicialmente (al
ser conectado) como un corto circuito y la gran
demanda de corriente tiene que atravesar el tiristor.
Para evitar este problema se pone en serie con la
carga un inductor (ver diagrama) de poco valor, para
retardar el incremento de la corriente a un valor
aceptable. Acordarse que el inductor se opone a
cambios brusco de corriente.
Ing. Rubén Loredo Amaro
Deriva de la tensión dv/dt
La derivada de la tensión con respecto al tiempo". Los cambios bruscos de tensión entre el ánodo (A) y el cátodo (K = C), pueden producir disparos no deseados, causando con ello que el tiristor se dispare y empiece a conducir. El dv/dt máximo es especificado por el fabricante.
A veces por diferentes motivos, la tensión entre los terminales del SCR pueden cambiar en forma repentina y de manera evidente (el cambio de tensión es grande)
Para evitar este inconveniente, se utiliza un circuito RC en paralelo con el tiristor como se muestra en el gráfico de la derecha. Este circuito limita la velocidad de subida de la tensión en los terminales del tiristor. Acordarse que el capacitor se opone a cambio bruscos de tensión.
Ing. Rubén Loredo Amaro
Transistor Unijuntura UJT
Ing. Rubén Loredo Amaro
El UJT es un dispositivo de tres terminales construida de una barra de silicio tipo n ligeramente dopado tiene dos contactos de base extremos de una superficie y una varilla de aleación de alumnio en la superficie opuesta. La union p-n del dispositivo se forma en la frontera entre la varilla de aluminio y la barra de silicio tipo n
Ing. Rubén Loredo Amaro
Oscilador de relajación con UJT
El condensador se carga hasta que se
carga el voltaje de disparo del UJT,
cuando esto sucede este se descarga a
través de la unión E-B1.
El condensador se descarga hasta que
llega a un voltaje que se llama de
valle (Vv), aproximado de 2.5 Voltios,
con este voltaje el UJT se apaga (deja
de conducir entre E y B1) y el
condenador inicia su carga otra vez.
(ver gráfico de línea verde siguiente)
El gráfico de línea negra representa el
voltaje que aparece en la resistencia
R3 conectada entre B1 y tierra cuando
el condensador se descargaIng. Rubén Loredo Amaro
DIAC
Ing. Rubén Loredo Amaro
Dispositivo auxiliar (p.e. disparo de tiristores).
Soporta picos de corrientes elevados.
Se debe conocer la Tensión de cebado (p.e. 33V
en el DB3).
DB3: DIAC comercial muy popular.
A1 A2
Construcción y curva de respuesta
Ing. Rubén Loredo Amaro
P1
P2
N1
N3 N3
T2
T1
N2 N2
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)
El Triac
El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que 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
El triac puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Ing. Rubén Loredo Amaro
T2
T1
G
Ing. Rubén Loredo Amaro
T2
T1
G
Símbolo IT
VT
+VB
IG
-VBIG
NOTA:
Se puede disparar con pulsos positivos o
negativos de corriente en puerta
T2
T1
G
P1
P2
n1
n2n3
n4 n4
T2
T1G
Circuito EquivalenteDiagrama Interno
Practicas con Tiristores
Practica 2.1: Control Pulsante con SCR
Practica 2.2: Regulación Luz con SCR y UJT
Practica 2.3: Disparo de TRIAC con
opto- acoplador
Practica 2.4: Dimmer TRIAC controlado por DIAC
Ing. Rubén Loredo Amaro
Practica 2.1: Control Pulsante con SCR
OBJETIVOOBJETIVO
Hacer un control de fase a partir de la constante de tiempo de una red resistencia- capacitor que determinara el punto de disparo del SCR a partir de una onda de rectificación de onda completa
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Forma de onda en la salida con carga
Resistiva (foco)
Ing. Rubén Loredo Amaro
Forma de Onda en la salida con carga
Inductiva (Motor)
Ing. Rubén Loredo Amaro
Practica 2.2 Regulación de Luz basada
en SCR y UJT
En esta
práctica se
pretende
introducir los
conceptos
básicos de la
regulación de
potencia
basada en
SCRs.
Para ello, se estudia un circuito práctico que permite variar, en función de un potenciómetro, la potencia entregada a una bombilla de baja tensión. El circuito de disparo seleccionado está basado en un transistor uniunión (UJT) que actúa como oscilador de relajación. Este circuito permite fijar el ángulo de conducción (en fase con la red eléctrica) del SCR y, por consiguiente, la potencia disipada por la bombilla que se observa fácilmente por la intensidad luminosa que emite.
Ing. Rubén Loredo Amaro
Practica 2.2: Control de iluminación con
SCR y UJT
El UJT (UniJunctionTransistor) es un dispositivo de tres terminales
Una aplicación muy común es el disparo de otros dispositivos como el SCR.
Ing. Rubén Loredo Amaro
Funcionamiento del Circuito
Ing. Rubén Loredo Amaro
Practica 2.3: Disparo de TRIAC con
opto- acoplador
Los opto acopladores son dispositivos que aíslan la etapa de control con la de potencia.
Sirven para disparar TIRISTORES en este caso el TRIAC en caso de que existan cortos o sobretensiones en los circuitos de potencia.
Los circuitos de control estarán protegidos contra picos de voltaje de 7500 VCA durante un segundo el la red de voltaje de 60hz
El aislamiento se logra mediante
un acoplamiento óptico
constituido por un LED infrarrojo
de GaAs que activa un
foto-DIAC (MOC3011)
foto-TRIAC (MOC3041)
Ing. Rubén Loredo Amaro
Practica 2.3: Disparo de TRIAC con
opto- acoplador
Ing. Rubén Loredo Amaro
Empaque MOC3011 MOC3041
Disparo de TRIAC con
opto- acoplador MOC3011
Ing. Rubén Loredo Amaro
La Resistencia RL es un Foco de
100W. La resistencia Rin es de 330
ohm, VCC=5v.
Las condiciones lógicas para que
encienda la lámpara serán tener
A=1 Y B=1 esto provocará un cero
lógico a la salida y fluirá la corriente
para encender el LED esto enviara la
señal de luz que activará al DIAC
que disparará al TRIAC activando la
carga (Foco)
A
B
5V
Disparo de TRIAC con
opto- acoplador MOC3041cruce por cero
Aunque el funcionamiento es el mismo existen ventajas en utilizar un opto-aislador que sincronice el dispara del TRIAC con el cruce por cero de la corriente alterna, esto aumenta la vida útil de la lámpara significativamente porque el encendido empieza desde cero y no en cualquier parte de la señal senoidal con un voltaje arbitrario que reduciría la vida útil de la lámpara
Ing. Rubén Loredo Amaro
Practica 2.4 TRIAC controlado por DIAC
El triac controla el paso de la corriente alterna la carga conmutando entre los estados de conducción (pasa corriente) y corte (no pasa corriente) durante los semiciclos negativos y positivos de la señal de alimentación (110 / 220 voltios.)
El triac se disipará cuando el voltaje entre el condensador y el potenciómetro (conectado a la compuerta del TRIAC) sea el adecuado para que el DIAC se cierre al voltaje de este (33v) y mande disparar al TRIAC
Ing. Rubén Loredo Amaro
Forma de onda del Triac en la carga
Ing. Rubén Loredo Amaro
