SCR

Es un dispositivo de tres terminales que se comporta como un disco rectificador,

conduce en directo y no conduce en inverso, pero adicionalmente para entrar en

conducción debe inyectarse en el compuerta una corriente mayor que una corriente de

compuerta mínima (I Gmin?) que es diferente para cada referencia de SCR, la

aplicación de la corriente de compuerta cuando el SCR está en directo para que entre en

conducción se llama el disparo del SCR.

Una vez que el SCR ha entrado en conducción, se mantiene así todo el tiempo que el

circuito externo mantenga una corriente a través del SCR mayor que una corriente

mínima de sostenimiento.

Cuando la corriente del SCR se hace menor que la corriente de sostenimiento éste deja

de conducir, a este proceso se llama conmutación apagado.

Conmutación natural: cuando el circuito de carga por los voltajes aplicados hace que la

corriente sea menor que la de sostenimiento.

Conmutación forzada: Cuando se coloca un circuito adicional que induzca la

conmutación, hay tres formas típicas:

a. Colocar un interruptor normalmente abierto en paralelo, al cerrarlo la corriente se va

por el interruptor y la corriente del SCR se vuelve cero apagándose.

b. Colocar un interruptor normalmente cerrado en serie, al abrirlo la corriente se hace

cero y apaga el SCR.

c. Un circuito que inyecte una corriente de cátodo hacia ánodo de forma que la suma de

las corrientes inyectada y de carga se haga menor que la corriente de sostenimiento.

Cuando el voltaje de ánodo a cátodo varía en el tiempo (dv/dt) muy rápido el SCR

puede entrar en conducción sin corriente de compuerta, ésta es una situación indeseada

y se debe de evitar pues produce estados de conducción no deseados.

Las características principales de un SCR son:

I Tmax : Máxima corriente que puede conducir (pico, RMS o promedio)

V Dmax? : Máximo voltaje entre ánodo o cátodo (inverso o directo en no conducción).

IG Tmin? :Corriente de compuerta mínima para producir el dispatro.

VG Tmax :Voltaje compuerta cátodo máximo

Ihold min : Corriente de sostenimiento mínima.

VFON :Voltaje ánodo cátodo cuando está en conducción

dv/dt max : Máxima variación de voltaje admisible sin disparo

APLICACIONES DE SCR

Existen muchas aplicaciones de SCR de las cuales se indican aquí unas pocas.

DISPARO DE UNA ALARMA

El reed switch se cierra en presencia de un campo magnético, ejemplo un imán, a través

de R pasa la corriente de compuerta, el SCR entra en conducción y el relé se cierra

activando la sirena, aunque el campo magnético se retire y el reed switch se abra el SCR

ya que está en conducción y se mantendrá así hasta que se abra el circuito usado el

pulsador normalmente cerrado (NC).

En la parte de SCR se escoge de forma que soporte la corriente que requiere la bobina

del relé, la resistencia se escoge de forma que por ella pase una corriente mayor que IG

Tmin.

R máx V / IG Tmin

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

TRIAC

Es otro dispositivo de tres terminales, su diferencia principal con el SCR es que puede

conducir en ambos sentidos por lo que es especial para aplicaciones con ambas

polaridades de los voltajes alternos.

Siendo VT el voltaje entre MT2 y MT1 y VG el voltaje de G a MT1 se pueden dar

cuatro combinaciones que se llaman los cuadrantes de disparo del Triac, que se indica

en la gráfica a la derecha abajo todas las referencias de triacs se disparan en los

cuadrantes I y III, algunas referencias se disparan también en los cuadrantes II y IV pero

requieren de corrientes de compuerta mayores.

Igual que en el SCR el Triac pasa a conducción cuando la corriente de compuerta se

hace mayor que la corriente mínima y un Triac conmutan a corte cuando la corriente del

dispositivo se hace mayor que la corriente de sostenimiento.

Las características principales de un Triac son las mismas de un SCR: I Tmax, V Dmax,

IG Tmin, VG Tmax, Ihold min, VFON, dv/dt max.

APLICACIONES DEL TRIAC

Control de voltaje RMS sobre una carga monofásica. Se usa especialmente para control

de iluminación con lámparas incandescentes o control de velocidades de motores

universales.

En cada semiciclo al ir aumentando el voltaje pasa una corriente muy pequeña por la

carga que no la activa pero esa corriente va por el potenciómetro y es suficiente para

cargar el condensador, cuando el condensador se ha cargado a unos 2 o 3 voltios la

compuerta entra en conducción descargando el condensador y ésta es la corriente de

compuerta que dispara el Triac y enciende la carga. En el semiciclo positivo el

condensador se carga positivo y el Triac dispara en el cuadrante I, en el semiciclo

negativo el condensador se carga negativo y el Triac se dispara en el cuadrante III.

Modificando el resistencia del potenciómetro se hace más rápida o más lenta la carga

del condensador con lo que se varía el tiempo de disparo el valor RMS de voltaje en la

carga varia.

Algunos Triacs requieren de mayor corriente de compuerta en el cuadrante III que en el

I, esto hace que el tiempo de disparo en el semiciclo negativo sea mayor, el voltaje

positivo aplicado a la carga resulta mayor que el negativo y en muchos casos

inestabilidad en el circuito o variaciones bruscas el voltaje RMS en la carga. Para

solucionar esta situación se agrega en la compuerta un dispositivo llamado DIAC,

necesario, en el mercado se consigue el Triac con Diac incluido y se llama Quádrac.

RELÉ DE ESTADO SÓLIDO

Este dispositivo reemplaza a los relés magnéticos, su ventaja es que no tiene elementos

móviles por lo que su tiempo de conexión es menor, no sufre desgaste mecánico y no

presenta generación de chispas.

Su ventaja es que al no ser un interruptor físico metálico se presenta una caída de

tensión entre los terminales de Triac (Von) que multiplicada por la corriente que pide la

carga representa una potencia que se pierde en forma de calor y eleva la temperatura del

relé, obliga a tener precauciones sobre disipación de calor.

Sus características básicas son el voltaje de activación en la entrada que normalmente

esta entre 3 y 30 voltios, algunos modelos pueden trabajar con DC o AC, otra

característica es la máxima corriente que pueden conducir hacia la carga que depende de

la capacidad del Triac

TRIAC

   

  El TRIAC (triode AC conductor) es un semiconductor capaz de bloquear tensión y conducir corriente en ambos sentidos entre los terminales principales T1 y T2. Su estructura básica y símbolo aparecen en la fig.8. Es un componente simétrico en cuanto a conducción y estado de bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva UT2-T1 --- iT2 es igual a la del cuadrante III. Tiene unas fugas en bloqueo y una caída de tensión en conducción prácticamente iguales a las de un tiristor y el hecho de que entre en conducción, si se supera la tensión de ruptura en cualquier sentido, lo hace inmune a destrucción por sobretensión

Fundamentalmente es un Diac con una terminal de compuerta, es decir, actúa como dos SCR en paralelo. Por eso, el Triac puede controlar la corriente en cualquier dirección.

 

 

  Las características del Triac en el 1er. Y 3er. Cuadrantes, son diferentes a las del Diac, la corriente de sostenimiento en cada dirección no está presente en las características del Diac.

  El voltaje de rompimiento a saturación es generalmente alto, así que la forma común de encender un Triac es aplicando un disparo de polarización directa.

Si v tiene la polarización mostrada, tenemos que aplicar un disparo positivo; esto cierra el cerrojo izquierdo.

   

 

  Cuando tiene la polaridad opuesta, un disparo negativo es necesario, cerrando el cerrojo de la derecha

  Se puede considerar a un TRIAC como si fueran dos SCR conectados en antiparalelo, con una conexión de compuerta común, como se muestra en el ejercicio siguiente.

Dado que el TRIAC es un dispositivo bidireccional, no es posible identificar sus terminales como ánodo y cátodo. Si la terminal MT2 es positiva con respecto a la terminal MT1, se activará al aplicar una señal negativa a la compuerta, entre la compuerta y la terminal MT1.

No es necesario que esten presentes ambas polaridades en las señales de la compuerta y un TRIAC puede ser activado con una sola señal positiva o negativa de compuerta. En la práctica, la sensibilidad varía de un cuadrante a otro, el TRIAC normalmente se opera en el cuadrante I (voltaje y corriente de compuerta positivos) o en el 

 

 

 

cuadrante III (voltaje y corriente de compuerta negativos). 

   

  MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRIAC:

El TRIAC puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la aplicación entre los terminales puerta y T1 de un impulso positivo o negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito de disparo. A continuación se verán los fenómenos internos que tienen lugar en los cuatro modos de disparo posibles. 

Modo I + : Terminal T2 positiva con respecto a T1.Intensidad de puerta entrante. 

Funcionan las capas P1N1P2N2 como tiristor con emisor en corto circuito, ya que la metalización del terminal del cátodo cortocircuita parcialmente la capa emisora N2 con la P2.La corriente de puerta circula internamente hasta T1 , en parte por la unión P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de N2 a P2 que es favorecida en el área próxima a la puerta por la caída de tensión que produce en P2 la circulación lateral de corriente de puerta. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1, que bloquea el potencial exterior, y son acelerados por ella iniciándose la conducción.

Modo I - : Terminal T2 positivo respecto a T1.Intensidad de puerta saliente. 

El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. 

 

Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2.

El disparo de la primera se produce como un tiristor normal actuado T1 de puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.

Modo III + : Terminal T2 negativo respecto a T1.Intensidad de puerta entrante. 

El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conducción la estructura P2N1P1N4.La inyección de electrones de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I +. Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbidos por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de la unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y se produce la    

   

  APLICACIONES

  La figura muestra un circuito con un Triac, que se utiliza para controlar la corriente a través de una carga grande. R1 y C, modifican el ángulo de fase en la señal de compuerta, debido a este corrimiento de fase, el voltaje de la compuerta esta atrasado con respecto al voltaje de línea un ángulo entre 0º y 90º.

El voltaje de línea tiene un ángulo de fase de 0º mientras que el voltaje de la compuerta esta atrasado. Cuando este voltaje de la compuerta es suficientemente grande para alimentar la corriente de disparo, el Triac conduce. Una vez encendido el Triac, continua conduciendo hasta que el voltaje de línea regresa a cero, debido a que R1 es variable, el ángulo de fase del voltaje de línea se puede controlar por medio de la carga. Un control como este es muy útil en calentadores industriales, alumbrado y otras aplicaciones de potencia alta.