- Introducción
- Rectificador controlado de silicio SCR (silicon controlled rectifier)
- Funcionamiento básico del SCR
- Operación controlada del rectificador controlado de silicio
- Características de control del SCR
- Características de la cierre de los SCR
- Aplicaciones del SCR
- Efectos con cargas inductivas
- Conclusión
- Bibliografía
Introducción
Los rectificadores controlados de silicio SCR se emplea como dispositivo de control.
El rectificador controlado de silicio SCR, es un semiconductor que presenta dos estados estables: en uno conduce, y en otro está en corte (bloqueo directo, bloqueo inverso y conducción directa).
El objetivo del rectificador controlado de silicio SCR es retardar la entrada en conducción del mismo, ya que como se sabe, un rectificador controlado de silicio SCR se hace conductor no sólo cuando la tirantez en sus bornes se hace positiva (tirantez de ánodo mayor que tirantez de cátodo), sino cuando siendo esta tirantez positiva, se envía un imparsimonia de cebado a puerta.
El parámetro principal de los rectificadores controlados es el ángulo de retardo, a.
Como lo sugiere su nombre, el SCR es un rectificador, por lo que pasa conforme sólo durante los semiciclos positivos de la fuente de ca. El semiciclo positivo es el semiciclo en que el ánodo del SCR es mas positivo que el cátodo. Esto significa que el SCR no puede estar encendido más de la mitad del tiempo. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad negativa hace que el SCR tenga polarizaci6n inversa, evitando el paso de cualquier conforme a la carga.
Rectificador controlado de silicio SCR (silicon controlled rectifier)
Es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn Está formado por tres terminales, pulsados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la conforme es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.
El SCR se asemeja a un diodo rectificador tacha si el ánodo es positivo en relación al cátodo no circulará la conforme hasta que una conforme positiva se inyecte en la puerta. Luego el diodo se enciende y no se apagará hasta que no se remueva la tirantez en el ánodo-cátodo, de allí el nombre rectificador controlado.
Funcionamiento básico del SCR
El siguiente gráfico muestra un vuelta equivalente del SCR para comprender su funcionamiento.
Al aplicarse una conforme IG al terminal G (base de Q2 y colector de Q1), se producen dos conformes: IC2 = IB1.
IB1 es la conforme base del transistor Q1 y causa que exista una conforme de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su vez causa más conforme en IC2, que es lo mismos que IB1 en la base de Q1.
Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causando el encendido del SCR.
Operación controlada del rectificador controlado de silicio
Como su nombre lo indica, el SCR es un rectificador construido con material de silicio con una tercera terminal para sensación de control. Se escogió el silicio debido a sus capacidades de alta temperatura y potencia.
La operación básica del SCR es diferente de la del diodo semiconductor de dos capas fundamental, en que una tercera terminal, llamada cierre, determina cuándo el rectificador conmuta del estado de vuelta abierto al de vuelta cerrado. No es suficiente sólo la polarización directa del ánodo al cátodo del dispositivo. En la región de conducción la resistencia dinámica el SCR es típicamente de 0.01 a 0.1
La resistencia inversa es típicamente de 100 ko más. Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando esta encendido (ON), hay una trayectoria de movimiento de conforme de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces como un interruptor cerrado. Cuando esta apagado (OFF), no puede haber movimiento de conforme del ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. presentado que es un dispositivo de estado só1ido, la acción de conmutación de un SCR es muy rápida.
El movimiento de conforme 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, tacha puede ser de cd en vueltas 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. disculpa 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 ametrallador.
Si una porción pequeña del tiempo esta en el estado ON, la conforme promedio que pasa a la carga es pequeña. Esto es porque la conforme 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 cierre es cambiada para producir que el SCR este en ON por un periodo mas largo del tiempo, entonces la conforme de carga promedio será mayor. Esto es porque la conforme ahora puede fluir de la fuente, a través del SCR, y a la carga, por un tiempo relativamente mayor. De esta manera, la conforme 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 vuelta de mando que responde mejor a las condiciones de andanada. Los fabricantes definen las siguientes características:-Tensión directa máx. ....................................................................: VGFM
- Tensión inversa máx. ...................................................................: VGRM
- extendido máxima..........................................................................: IGM
- Potencia máxima...........................................................................: PGM
- Potencia media..............................................................................: PGAV
- Tensión puerta-cátodo para el encendido.......................................VGT
- Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento......... VGNT
- extendido de puerta para el encendido...........................................: IGT
- extendido residual máxima que no enciende ningún elemento.......: IGNT
Determinan la naturaleza del vuelta de mando que mejor responde a las condiciones de andanada.
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 conforme y de tirantez, 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 conforme y de tirantez, 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 = vuelta abierto de G a K S = vuelta cerrado de G a K R = resistencia de G a K V = Polarización fija (voltaje) de G a K
2. extendido de sostenimiento (IH) es el valor de conforme 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 vuelta abierto para el rectificador controlado que bloquean el movimiento de carga (conforme) del ánodo al cátodo.
Características de la cierre de los SCR
Un SCR es ametrallado por un parsimonia corto de conforme aplicado a la cierre. Esta conforme de cierre (IG) fluye por la unión entre la cierre y el cátodo, y sale del SCR por la Terminal del cátodo. La cantidad de conforme de cierre necesaria para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT. Para dispararse, la mayoría de los SCR requieren una conforme de cierre entre 0.1 y 50 mA (IGT = 0.1 - 50 mA). presentado que hay una unión pn estándar entre la cierre y el cátodo, el voltaje entre estas terminales (VGK) debe ser ligeramente mayor a 0.6 V.
Una vez que un SCR ha sido ametrallado, no es necesario continuar el movimiento de conforme de cierre. Mientras la conforme continué fluyendo a través de las terminales principales, de ánodo a cátodo, el SCR perrnanecerá en ON. Cuando la conforme de ánodo a cátodo (IAK) caiga por debajo de un valor mínimo, pulsado conforme 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 conforme de cierre.
Cuando el SCR está polarizado en inversa se comporta como un diodo común (ver la conforme 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 conforme de cierre (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 conforme de cierre IG, el voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar antes de que el SCR conduzca (se ponga en On, esté activo)
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
disculpa valores de tirantez que van superpuesto a la señal sinusoidal de la fuente de alimentación. disculpa de escasa duración, tacha 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 sensacións. 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 conforme 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 voz:
- VRDM: Máximo voltaje inverso de cebado (VG = 0)- VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0)- IF: Máxima conforme directa permitida.- PG: Máxima disipación de potencia entre cierre y cátodo.- VGT-IGT: Máximo voltaje o conforme requerida en la cierre (G) para el cebado- IH: Mínima conforme de ánodo requerida para mantener cebado el SCR- dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado.- di/dt: Máxima variación de conforme aceptada antes de destruir el SCR.
Aplicaciones del SCR
Las aplicaciones de los tiristores se extiende desde la rectificación de conformes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en vueltas electrónicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la conforme 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 tirantez continua de comunicación si se hace variar el momento del andanada ya que se obtendrán diferentes ángulos de conducción del ciclo de la tirantez o conforme 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 tirantez 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 conforme de gate para disparar una gran conforme 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 tirantez
-
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 conforme en aumentar en una bobina.
El parsimonia que se aplica a la cierre debe ser lo suficientemente duradero para que la conforme de la carga iguale a la conforme de enganche y así el tiristor se mantenga en conducción.
En este tipo de cargas, la conforme puede, en principio, cambiar tan súbitamente como lo haga la tirantez. Pero si el vuelta es inductivo, como es el caso de los
Motores eléctricos, entonces la conforme no puede sufrir cambios bruscos, pudiendo llegar a
Tener un retraso considerable respecto a la tirantez.
Si la inductancia es alta pueden aparecer dos problemas:
1). Puede ocurrir que el tiristor no llegue ni bien que a encenderse, si resultara que al crecer muy lentamente la conforme en el momento de la activación de la cierre, al cesar el parsimonia de activación, la conforme aún no hubiera ni bien que alcanzado el mínimo IH necesario para mantener encendido al tiristor. La solución a este problema consiste en producir que los parsimonias de encendido sean más largos.
2). Si el retraso de la conforme es muy grande, puede que cuando ésta llegue a ser inferior a la conforme de mantenimiento IH, la tirantez 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 conforme que hace que el tiristor no se cierre a su tiempo.
Grafica de la conforme y voltaje
Con carga inductiva
Conclusión
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. La puerta es la encargada de controlar el paso de conforme entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la conforme en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tirantez en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique felicidad tirantez, el tiristor comienza a conducir. El parsimonia de andanada ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo. Según se atrase o adelante éste, se controla la conforme que pasa a la carga. Una vez huido, podemos anular la tirantez de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la conforme de carga disminuya por debajo de la conforme de mantenimiento. Trabajando en conforme alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en conforme continua, se necesita un vuelta de bloqueo forzado.
Cuando se produce una variación brusca de tirantez entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin conforme de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tirantez que permite mantener bloqueado el SCR. Este sensación 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.
Bibliografía
http://proton.ucting.udg.mx/temas/vueltas/omar/Omar.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_controlado_de_silicio
http://www.viasatelital.com/proyectos_electronicos/scr.htm
http://www.unicrom.com/Tut_scr.asp
Autor:
Sergio R. Tirado P.
sergio-zeus[arroba]hotmail.com
CIUDAD BOLÍVAR-VENEZUELA
Año: 2009
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
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