El tiristorEl tiristor es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Su nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido.

Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio Nobel de física en 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios Bell en 1956.

El SCREl rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP.

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir.

El SCR se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente), el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión NP).

El pulso de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo si se está trabajando en corriente alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulso de disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento (en la práctica, cuando la onda senoidal cruza por cero).

Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.

Curva característica

Parámetros del SCR VRDM: Máximo voltaje inverso de activación. VFOM: Máximo voltaje directo sin activación. 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 la activación. IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener activado el SCR. dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir activación. di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR.

Aplicaciones del SCRLas aplicaciones de los SCR se extiende desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la corriente 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 tensión continua de salida si se hace variar el momento del disparo.

Por lo anteriormente señalado el SCR tiene una gran variedad de aplicaciones, entre ellas están las siguientes:

Controles del elevador.

Circuitos de retardo de tiempo.

Fuentes de alimentación regulada.

Interruptores estáticos.

Controles de motores.

Recortadores.

Inversores.

Ciclo conversores.

Cargadores de baterías.

Circuitos de protección.

Controles de calefacción.

Controles de fase.

Ejemplos de aplicaciones

Una protección crowbar o circuito crowbar es un circuito eléctrico usado para prevenir una condición de sobrevoltaje de una fuente de alimentación que podría dañar el circuito conectado a ésta. Esta protección opera colocando un cortocircuito a través de la fuente de voltaje, Los circuitos crowbar son frecuentemente implementados usando un SCR como dispositivo de cortocircuito. Una vez disparados, ellos dependen del circuito limitador de corriente de la fuente de alimentación, o si esto falla, de que se funda el fusible.

El circuito crowbar, una vez disparado, reduce el voltaje por debajo del nivel de disparo, usualmente próximo a tierra. Una protección crowbar no retornará a la operación normal cuando la condición de sobrevoltaje sea subsanada, la alimentación debe ser eliminada por completo para detener la conducción del SCR.

La ventaja del circuito crowbar es que al mantener el voltaje bajo le permite manejar corrientes de falla más altas sin disipar demasiada potencia, que de otra forma causaría sobrecalentamientos.

Circuito “Hold”

Otra aplicación práctica es el circuito de teléfono "en espera" (Hold). La activación de la SCR hace que el circuito continúe conduciendo corriente a través de los cables de teléfono, haciendo así que la estación de conmutación asuma que el teléfono todavía está en uso. Usted debe colgar el teléfono mientras presiona el botón “Hold” con el fin de asegurarse de que el SCR permanece activado. Levantando de nuevo el mismo teléfono u otro en la casa reduce la corriente a través del SCR lo suficiente como para que se desactive.

Control de potencia

En esta aplicación se coloca una resistencia variable (potenciómetro) en serie con el diodo y la puerta. Girando el mando del potenciómetro, como si fuera un control de volumen, podemos modificar el punto de disparo del SCR en cada ciclo.

Otros tipos de tiristoresFototiristoresSon tiristores en los cuales el gatillado se efectúa cada vez que recibe un haz de luz en la juntura de control.Su nombre técnico LASCR, lo que significa "SCR Activado por Luz". Posee los mismos tres terminales más un área fotosensible. El terminal gate se deja simplemente como electrodo para control de sensibilidad.

Tiristor GTOUn Tiristor GTO o simplemente GTO (del inglés Gate Turn-Off Thyristor) es un dispositivo de electrónica de potencia que puede ser encendido por un solo pulso de corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que el tiristor normal; pero en cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el mismo terminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido como el estado de apagado, son controlados por la corriente en la puerta (G).