Tiristores: Características, Tipos y Aplicaciones en Electrónica de Potencia

Tiristores: Características, Tipos y Aplicaciones

SCR o Tiristor

El tiristor es un elemento unidireccional que solo conduce corriente en el sentido ánodo-cátodo, siempre y cuando esté polarizado en sentido directo (tensión ánodo-cátodo positiva) y se aplique un impulso en la puerta. Si la polarización es inversa, el elemento estará siempre bloqueado.

Nomenclatura

A continuación, se definen algunos parámetros importantes de los tiristores:

• Vdwm: Tensión máxima directa de trabajo.
• Vdrm: Valor máximo de tensión repetitiva en directo.
• Vrrm: Valor máximo de tensión repetitiva inverso.
• V_T: Caída de tensión de trabajo.
• I_T: Intensidad de trabajo.
• I_H: Intensidad de mantenimiento.
• I_DRM: Corriente directa en estado de bloqueo (corriente de fugas).
• I_RRM: Corriente inversa en estado de bloqueo (corriente de fugas).
• I_L: Corriente de enganche.
• VDRM: Tensión de pico repetitivo en estado de bloqueo directo.
• VDSM: Tensión de pico no repetitivo en estado de bloqueo directo.
• VDWM: Tensión máxima directa en estado de trabajo.
• VRRM: Tensión inversa de pico repetitivo.
• VRSM: Tensión inversa de pico no repetitivo.
• VRWM: Tensión inversa máxima de trabajo.
• VT: Tensión en extremos del tiristor en estado de conducción.
• VD: Tensión en extremos del tiristor en estado de bloqueo directo.
• VR: Caída de tensión inversa en extremos del tiristor.
• VGT: Tensión de disparo de puerta.
• VGNT: Tensión de puerta que no provoca el disparo.
• VRGM: Tensión inversa de puerta máxima.
• VBR: Tensión de ruptura.
• It (AV): Corriente eléctrica media.
• IT (RMS): Intensidad directa eficaz.
• ITSM: Corriente directa de pico no repetitiva.
• ITRM: Corriente directa de pico repetitivo.
• Irrm: Corriente inversa máxima repetitiva.
• IL: Corriente de enganche.
• Ih: Corriente de mantenimiento.
• IDRM: Corriente directa en estado de bloqueo.
• IGT: Corriente de disparo de puerta.
• Ignt: Corriente de puerta que no provoca el disparo.
• Itc: Corriente controlable de ánodo.

Preguntas frecuentes sobre SCR

a) ¿En qué consiste la corriente de mantenimiento?

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

b) Si la tensión del 'Gate' está en -4V y la tensión sobre el ánodo es 400V, ¿en qué estado se encontraría el tiristor?

En estado de bloqueo porque la señal en la puerta es negativa.

c) ¿Cuál es la relación que existe entre la corriente de mantenimiento y la de enganche en un tiristor y entre qué terminales se da?

IL = 3 IH y se da entre los terminales de ánodo-cátodo.

d) La característica V_GFM, ¿es una característica estática o de control?

Es una característica de control.

e) ¿Cómo podemos provocar el disparo del tiristor sin aplicar señal al terminal de puerta?

Aplicando una sobretensión en polarización directa entre los terminales de ánodo-cátodo, pero no es lo deseado y, dependiendo de su valor, puede estropear el dispositivo.

f) ¿En qué consiste la corriente de enganche o retención condicionada?

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

g) ¿Cuál es la diferencia entre ángulo de disparo y ángulo de conducción para un SCR?

Ángulo de disparo: Es el ángulo desde el cual el SCR debe conducir.

Ángulo de conducción: Ángulo desde el cual el dispositivo deja pasar corriente a la carga.

Otros Tipos de Tiristores

GTO

Puede pasar del estado de conducción al estado de bloqueo mediante la aplicación de un impulso negativo a la puerta.

Diac

Es un dispositivo que no tiene un electrodo de compuerta, se usa como un diodo de disparo para la compuerta, ya sea de un Triac o de un SCR.

Opera en los cuadrantes I y III, la conducción depende solamente de la tensión aplicada en sus terminales. Una tensión típica de arranque o transición conductiva es de 30V en cualquier sentido.

Triac

Conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento (Ih).

El Triac puede ser disparado independientemente de la polarización de la puerta, es decir, mediante una corriente de puerta negativa o positiva.

Convertidores de Potencia

Semiconvertidor

Es un convertidor de un solo cuadrante y tiene la misma polaridad de voltaje y de corriente de salida.

Convertidor Completo

Es un convertidor de dos cuadrantes. La polaridad de su voltaje puede ser positiva o negativa. Sin embargo, la corriente de salida solo tiene una polaridad.

Convertidor Dual

Puede operar en cuatro cuadrantes y tanto su voltaje como su corriente pueden ser positivos o negativos.

Modos de Operación de los Convertidores

Durante el periodo de α a π, la tensión de entrada Vs y la corriente de entrada Is son positivos y la potencia pasa de la fuente a la carga. Se dice que el convertidor se opera en modo de rectificación.

Durante el periodo de π a π+ α la tensión de entrada Vs es negativa y la corriente de alimentación Is es positiva y pasa potencia inversa de la carga a la fuente. Se dice que el convertidor está operando en modo de inversión.

Amplificadores Operacionales

Clasificación de los Circuitos Integrados

Atendiendo a su aplicación, los CI se clasifican en tres grandes grupos:

1. Analógicos
2. Lógicos
3. De gran consumo

Características Generales del Amplificador Operacional (A.O.)

Un amplificador operacional (A.O) es un circuito que contiene un conjunto de componentes, integrados en general en un solo chip, que forman un amplificador de alta ganancia. Se le atribuyó el apelativo de operacional porque en un principio su utilización más extendida fue la realización de operaciones aritméticas en los calculadores y ordenadores; en la actualidad, el A.O se emplea para realizar multitud de funciones.

El A.O está previsto para trabajar con realimentación en casi todos los casos y, según el tipo que emplee y el lazo utilizado, puede trabajar unas veces como circuito sumador; otras, como diferenciador; otras, como comparador, etc.

El A.O. sin Realimentación

Es un amplificador de gran ganancia de tensión en bucle abierto, es decir, sin realimentación, siendo dicho valor del orden de varios cientos de miles de veces. La característica que confiere al A.O. propiedades especiales, que le hacen tan útil e importante, es la de poder variar su comportamiento y ganancia con mucha exactitud y estabilidad al colocarle una realimentación apropiada.

El A.O. con Realimentación

En general, apenas se aplica el A.O. en bucle abierto, la mayoría de sus aplicaciones exigen un circuito exterior de realimentación, que puede ser positiva si la parte de señal de salida que se aplica a la entrada está en fase con ella, y negativa si está en oposición. Este último tipo de realimentación es el más utilizado, por sus posibilidades de ganancia y estabilidad, y la parte de la señal de salida se aplicará a la entrada A- de las dos del A.O., como queda indicado en la siguiente figura:

(Insertar figura del A.O. con realimentación negativa)