tema 5. el tiristor

INTRODUCCIÓN. Estructura Básica del SCR
Ánodo
TEMA 5. EL TIRISTOR
5.1. INTRODUCCIÓN
5.1.1. Estructura Básica.
5.1.2. Característica Estática
5.2. FUNCIONAMIENTO DEL SCR.
5.2.1. Polarización Inversa
5.2.2. Polarización Directa
5.2.3. Mecanismo de Cebado
5.2.4. Mecanismo de Bloqueo.
5.3. RELACIÓN DEL BLOQUEO DEL SCR CON SU
CIRCUITO EXTERNO
5.4. CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
5.4.1. Encendido del SCR
5.4.2. Bloqueo Dinámico del SCR
5.5. FORMAS DE PROVOCAR EL DISPARO DEL SCR
5.6. TRIAC
5.6.1. Constitución y Funcionamiento
5.6.2. Característica Estática
VAK
VAK>0
Puerta
Puerta
VAK<0
Cátodo
Símbolo y circuitos equivalentes del Tiristor SCR
CÁTODO (K)
PUERTA (G)
n+
n+
Unión Catódica
n+
p
Capa de Control
1019,10µ
Capa
Catódica
1017 imp/cm3,
30÷100µ
BJT
Unión de Control
-
n
Capa de Bloqueo
Unión Anódica
p+
Capa Anódica
1013÷5⋅1014,
50÷1000µ
1017÷1019,
30÷50µ
ÁNODO (A)
Sección Longitudinal de un SCR
Tema 5. SCR Transparencia 1 de 15
Tema 5. SCR Transparencia 2 de 15
INTRODUCCIÓN. Estructura Básica del SCR
Puerta
INTRODUCCIÓN. Característica Estática del SCR
Cátodo
IA
Conducción
IG2 > IG1
p
n+
n+
n+
n+
IH
VRWM
nn
Bloqueo
Directo
IB0
VH
+
IG=0
VB02 < VB01 < VB0
VAK
Bloqueo
Inverso
p+
Ánodo
Ruptura
Sección de un SCR para potencias muy elevadas
Característica Estática del SCR
Tema 5. SCR Transparencia 3 de 15
Tema 5. SCR Transparencia 4 de 15
FUNCIONAMIENTO DEL SCR. Polarización Inversa
A
FUNCIONAMIENTO DEL SCR. Polarización Directa
A
Unión
Inversamente
Polarizada
A
+
p
+
p
G
RC
VAK
+
VCC
K
VCC
RC
n-
RC
Ánodo
Puerta
VAK
+
VCC
n-
VCC
RC
Unión
Inversamente
Polarizada
Cátodo
VCC
VCC
p
G
G
p
h+
h+
RG
n
n
+
VGG
+
e- e- e-
RG
VGG
K
K
SCR polarizado Inversamente
Tema 5. SCR Transparencia 5 de 15
SCR polarizado Directamente
Tema 5. SCR Transparencia 6 de 15
FUNCIONAMIENTO DEL SCR. Mecanismo de
Cebado
A
A
p1
J1
J1
J2
J2
G
G
p2
n2
IA = IE1
J3
p2
n2
K
IC2
VS
IC1
R
T2
G
J3
VAK
IB1
T1
n1
J2
p2
IA
A
p1
n1
n1
RELACIÓN DEL BLOQUEO DEL SCR CON SU
CIRCUITO EXTERNO
IG
K
IB2
IK = -IE2
K
IH
a) SCR Simplificado b) SCR como dos Transistores c) Circuito Equivalente
I C1 = −α1 ⋅ I E1 − I CO1
Para el transistor pnp:
Y para el transistor npn:
Como:
I C 2 = −α 2 ⋅ I E 2 + I CO 2
IK = − IE 2 = I A + IG
(a)
t
(b)
(c)
(d)
I A = I E1
Sustituyendo (c) y (d) en (a) y (b) respectivamente, se obtiene:
I C1 = −α1 ⋅ I A − I CO1
I C 2 = α 2 ⋅ ( I A + I G ) + I CO 2
(e)
(f)
t
VAKon
Teniendo en cuenta que la suma de corrientes en T1 es cero, se obtiene:
I A + I C1 = I C 2
(g)
Y, sustituyendo I C1 e I C2 en (g) por sus valores dados por sus respectivas
expresiones (e) y (f), se obtiene:
I A − α1 I A − I CO1 = α2 ( I A + I G ) + I CO 2
Circuito Simple de SCR con Bloqueo Estático. Frecuencias Bajas
(h)
Finalmente, se despeja I A en (h) y se obtiene:
IA =
I G α1 + I CO1 + I CO 2
1 − α1 − α 2
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Tema 5. SCR Transparencia 8 de 15
RELACIÓN DEL BLOQUEO DEL SCR CON SU
CIRCUITO EXTERNO
RELACIÓN DEL BLOQUEO DEL SCR CON SU
CIRCUITO EXTERNO
T1
L1
VS
L2
IL
T2
Circuito Rectificador con Bloqueo Dinámico
Formas de Onda del Circuito con Bloqueo Dinámico
Tema 5. SCR Transparencia 9 de 15
Tema 5. SCR Transparencia 10 de 15
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
FORMAS DE PROVOCAR EL DISPARO DEL SCR
IG
1. Corriente de Puerta.
2. Elevada tensión Ánodo-Cátodo (VAK>VDWM). Ruptura
t
IA1
0.9IF
3. Aplicación de tensión Ánodo-Cátodo positiva antes de que el proceso
de bloqueo haya terminado (t<tq)
0.1IF
0.25Irr
td
t
4. Elevada derivada de la tensión Ánodo-Cátodo
Los fabricantes definen un valor máximo
VAK
tr
VFRM
Irr
VAK1
dV AK 

dt  max
trr
t
Uso de redes RC (Snubbers)
td >tq
dVF
< max
dt
tps
t
5. Temperatura elevada
Normalmente no ocurre, aunque si se produce una combinación de
varias causas, podría provocarse la entrada en conducción
6. Radiación luminosa
Sólo se ocurre en los dispositivos especialmente construidos para
funcionar de esta forma (LASCR)
Curvas de Tensión y Corriente del SCR durante la Conmutación
Tema 5. SCR Transparencia 11 de 15
Tema 5. SCR Transparencia 12 de 15
TRIAC. Constitución y Funcionamiento
TRIAC. Característica Estática
iT
Ánodo
Ánodo / T1
Puerta
VAK
Puerta
Cátodo / T2
VBD
Cátodo
Combinación de dos SCR para formar un TRIAC. Símbolo del TRIAC
VBD
T1
VT1T2
N4
P1
J1
Característica Estática del TRIAC
N1
iG
G
J2
vG
P2
G
N3
N2
T2
T2
Estructura Interna del TRIAC
Tema 5. SCR Transparencia 13 de 15
Característica de Puerta de un TRIAC
Características generales del TRIAC:
• Estructura compleja (6 capas).
• Baja velocidad y poca potencia.
• Uso como interruptor estático.
Tema 5. SCR Transparencia 14 de 15
RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS DEL SCR
Características mas destacadas del SCR:
• Estructura de cuatro capas p-n alternadas.
• Directamente polarizado tiene dos estados: cebado y bloqueado.
Inversamente polarizado estará bloqueado.
• Dispositivo capaz de soportar las potencias más elevadas. Único
y
dispositivo capaz de soportar I>4000Amp. (Von≈2÷4Volt.)
V>7000Volt.
• Control del encendido por corriente de puerta (pulso). No es posible
apagarlo desde la puerta (sí GTO tema 7). El circuito de potencia debe
bajar la corriente anódica por debajo de la de mantenimiento.
• Frecuencia máxima de funcionamiento baja, ya que se sacrifica la
velocidad (vida media de los portadores larga) para conseguir una caída
en conducción lo menor posible. Su funcionamiento se centra en
aplicaciones a frecuencia de red.
• La derivada de la corriente anódica respecto al tiempo en el momento
del cebado debe limitarse para dar tiempo a la expansión del plasma en
todo el cristal evitando la focalización de la corriente.
• La derivada de la tensión ánodo cátodo al reaplicar tensión positiva debe
limitarse para evitar que vuelva cebarse. También se debe esperar un
tiempo mínimo para reaplicar tensión positiva.
Tema 5. SCR Transparencia 15 de 15