trabajo de investigacion electronica de potencia

33
INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE PANUCO INGENIERIA ELECTRONICA ELECTRONICA DE POTENCIA DOCENTE ING. MANUEL ANTONIO ARENAS MENDEZ TRABAJO INVESTIGACION ESTUDIANTE ZAVALA DEL ANGEL MARIO ALBERTO E-701 PANUCO, VER. 07 DE SEPTIEMBRE DE 2012

Upload: mario-del-angel

Post on 30-Oct-2014

135 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE PANUCO

INGENIERIA ELECTRONICA

ELECTRONICA DE POTENCIA

DOCENTE

ING. MANUEL ANTONIO ARENAS MENDEZ

TRABAJO

INVESTIGACION

ESTUDIANTE

ZAVALA DEL ANGEL MARIO ALBERTO

E-701

PANUCO, VER. 07 DE SEPTIEMBRE DE 2012

Page 2: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

EL TRANSISTOR DE UNIJUNTURA (UJT)

ESTE DISPOSITIVO SE UTILIZA, FUNDAMENTALMENTE, COMO GENERADOR DE PULSOS DE DISPARO PARA SCR Y TRIACS.

EL UJT ES UN COMPONENTE QUE POSEE TRES TERMINALES: DOS BASES Y UN EMISOR, TAL COMO SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA:

EN LA FIGURA SE PUEDE APRECIAR LA CONSTITUCIÓN DE UN UJT, QUE EN REALIDAD ESTÁ COMPUESTO SOLAMENTE POR DOS CRISTALES. AL CRISTAL P SE LE CONTAMINA CON UNA GRAN CANTIDAD DE IMPUREZAS, PRESENTANDO EN SU ESTRUCTURA UN NÚMERO ELEVADO DE HUECOS. SIN EMBARGO, AL CRISTAL N SE LE DOPA CON MUY POCAS IMPUREZAS, POR LO QUE EXISTEN MUY POCOS ELECTRONES LIBRES EN SU ESTRUCTURA. ESTO HACE QUE LA RESISTENCIA ENTRE LAS DOS BASES RBB SEA MUY ALTA CUANDO EL DIODO DEL EMISOR NO CONDUCE. PARA ENTENDER MEJOR CÓMO FUNCIONA ESTE DISPOSITIVO, VAMOS A VALERNOS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA FIGURA SIGUIENTE:

R1 Y R2 EQUIVALEN A LA RESISTENCIA DE LOS TRAMOS DE CRISTAL N COMPRENDIDOS ENTRE LOS TERMINALES DE LAS BASES. EL DIODO D EQUIVALE A LA UNIÓN FORMADA POR LOS CRISTALES P-N ENTRE EL TERMINAL DEL EMISOR Y EL CRISTAL N.

MIENTRAS EL DIODO DEL EMISOR NO ENTRE EN CONDUCCIÓN, LA RESISTENCIA ENTRE BASES ES IGUAL A:

Page 3: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

SI EN ESTAS CONDICIONES APLICAMOS UNA TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN VBB ENTRE LAS DOS BASES, LA TENSIÓN QUE APARECE ENTRE EL EMISOR Y LA BASE SERÁ LA QUE CORRESPONDA EN EL CIRCUITO EQUIVALENTE A R1; ES DECIR, EN EL DIVISOR DE TENSIÓN SE CUMPLIRÁ QUE:

SI LLAMAMOS Η=R1/RBB, LA ECUACIÓN QUEDA: V1 = Η VBB.

EL TÉRMINO Η REPRESENTA LA RELACIÓN INTRÍNSECA EXISTENTE ENTRE LAS TENSIONES V1 Y VBB.

ASÍ, POR EJEMPLO, SI UN UJT POSEE UNA RELACIÓN INTRÍNSECA CARACTERÍSTICA IGUAL A 0,85 Y QUEREMOS DETERMINAR LA TENSIÓN QUE APARECERÁ ENTRE EL TERMINAL DE EMISOR Y LA BASE 1 AL APLICAR 12V ENTRE BASES, BASTARÁ CON OPERAR DE LA SIGUIENTE FORMA:

AL VALOR DE V1 SE LE CONOCE COMO TENSIÓN INTRÍNSECA, Y ES AQUÉLLA QUE HAY QUE APLICAR PARA QUE EL DIODO COMIENCE A CONDUCIR. EN NUESTRO EJEMPLO, SI APLICAMOS UNA TENSIÓN DE 8V AL EMISOR, ÉSTE NO CONDUCIRÁ, YA QUE EN EL CÁTODO DEL DIODO D EXISTE UN POTENCIAL POSITIVO DE 10,2V CORRESPONDIENTE A LA TENSIÓN INTRÍNSECA, POR LO QUE DICHO DIODO PERMANECERÁ POLARIZADO INVERSAMENTE. SIN EMBARGO, SI APLICAMOS UNA TENSIÓN SUPERIOR A 10,9V (LOS 10,2V DE V1 MÁS 0,7V DE LA TENSIÓN DE BARRERA DEL DIODO D), EL DIODO COMENZARÁ A CONDUCIR, PRODUCIÉNDOSE EL DISPARO O ENCENDIDO DEL UJT. EN RESUMEN, PARA CONSEGUIR QUE EL UJT ENTRE EN ESTADO DE CONDUCCIÓN ES NECESARIO APLICAR AL EMISOR UNA TENSIÓN SUPERIOR A LA INTRÍNSECA.

UNA VEZ QUE CONSEGUIMOS QUE EL DIODO CONDUZCA, POR EFECTO DE UNA TENSIÓN DE POLARIZACIÓN DIRECTA DEL EMISOR RESPECTO A LA BASE 1, LOS PORTADORES MAYORITARIOS DEL CRISTAL P (HUECOS) INUNDAN EL TRAMO DE CRISTAL DE TIPO N COMPRENDIDO ENTRE EL EMISOR Y DICHA BASE (RECORDAR QUE EL CRISTAL P ESTÁ FUERTEMENTE CONTAMINADO CON IMPUREZAS Y EL N DÉBILMENTE). ESTE EFECTO PRODUCE UNA DISMINUCIÓN REPENTINA DE LA RESISTENCIA R1 Y, CON ELLA, UNA REDUCCIÓN DE LA CAÍDA DE TENSIÓN EN LA BASE 1 RESPECTO DEL EMISOR, LO QUE HACE QUE LA CORRIENTE DE EMISOR AUMENTE CONSIDERABLEMENTE.

Page 4: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

MIENTRAS LA CORRIENTE DE EMISOR SEA SUPERIOR A LA DE MANTENIMIENTO (IV), EL DIODO PERMANECERÁ EN CONDUCCIÓN COMO SI DE UN BIESTABLE SE TRATASE. ESTA CORRIENTE SE ESPECIFICA NORMALMENTE EN LAS HOJAS DE CARACTERÍSTICAS Y SUELE SER DEL ORDEN DE 5MA.

EN LA FIGURA DE LA DERECHA, SE MUESTRA EL ASPECTO DE UNA DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN UJT. VP (PUNTO Q1) NOS INDICA LA TENSIÓN PICO QUE HAY QUE APLICAR AL EMISOR PARA PROVOCAR EL ESTADO DE ENCENDIDO DEL UJT (RECORDAR QUE VP = V1 + 0,7). UNA VEZ SUPERADA ESTA TENSIÓN, LA CORRIENTE DEL EMISOR AUMENTA (SE HACE MAYOR QUE IP), PROVOCÁNDOSE EL DESCEBADO DEL UJT CUANDO LA CORRIENTE DE MANTENIMIENTO ES INFERIOR A LA DE MANTENIMIENTO IV (PUNTO Q2).

APLICACIONES DEL UJT

UNA DE LAS APLICACIONES DEL UJT MÁS COMÚN ES COMO GENERADOR DE PULSOS EN DIENTE DE SIERRA. ESTOS PULSOS RESULTAN MUY ÚTILES PARA CONTROLAR EL DISPARO DE LA PUERTA DE TRIACS Y SCR.

EN LA SIGUIENTE FIGURA, SE MUESTRA EL ESQUEMA DE UNO DE ESTOS CIRCUITOS.

SU FUNCIONAMIENTO ES COMO SIGUE: AL APLICAR UNA TENSIÓN VCC AL CIRCUITO SERIE R-C, FORMADO POR LA RESISTENCIA VARIABLE RS Y EL CONDENSADOR CS, DICHO CONDENSADOR COMIENZA A CARGARSE. COMO ESTE CONDENSADOR ESTÁ CONECTADO AL EMISOR, CUANDO SE SUPERE LA TENSIÓN INTRÍNSECA, EL UJT ENTRARÁ EN CONDUCCIÓN. DEBIDO A QUE EL VALOR ÓHMICO DE LA RESISTENCIA R1 ES MUY PEQUEÑO, EL CONDENSADOR SE DESCARGARÁ RÁPIDAMENTE, Y EN EL TERMINAL DE B1 APARECERÁ UN IMPULSO DE TENSIÓN. AL DISMINUIR LA CORRIENTE DE DESCARGA DEL CONDENSADOR, SOBRE EL EMISOR DEL UJT, POR DEBAJO DE LA DE MANTENIMIENTO, ÉSTE SE DESCEBA Y COMIENZA OTRO NUEVO CICLO DE CARGA Y DESCARGA DEL CONDENSADOR. ASÍ, SE CONSIGUE QUE EN EL TERMINAL DE LA BASE 1 APAREZCA UNA SEÑAL PULSANTE EN FORMA DE DIENTE DE SIERRA, QUE PUEDE UTILIZARSE PARA CONTROLAR LOS TIEMPOS DE DISPARO DE UN SCR O DE UN TRIAC. PARA REGULAR EL TIEMPO DE DISPARO ES SUFICIENTE CON MODIFICAR EL VALOR ÓHMICO DE LA RESISTENCIA VARIABLE RS, YA QUE DE ÉSTA DEPENDE LA CONSTANTE DE TIEMPO DE CARGA DEL CONDENSADOR.

Page 5: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

EN LA SIGUIENTE FIGURA, SE MUESTRA UNA TÍPICA APLICACIÓN DEL GENERADOR DE PULSOS DE DIENTE DE SIERRA CON UJT PARA CONTROLAR EL DISPARO DE UN SCR. MEDIANTE ESTE CIRCUITO CONTROLAMOS LA VELOCIDAD DE UN MOTOR SERIE (O DE CUALQUIER OTRO TIPO DE CARGA: ESTUFAS, LÁMPARAS, ETC) GRACIAS A LA REGULACIÓN DE LA CORRIENTE QUE REALIZA SOBRE MEDIO CICLO DEL SCR. PARA CONTROLAR LA VELOCIDAD DEL MOTOR, BASTA CON MODIFICAR LA FRECUENCIA DE LOS PULSOS EN DIENTES DE SIERRA, LO CUAL SE CONSIGUE VARIANDO EL VALOR DEL POTENCIÓMETRO RS.

LOS IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) CONSTITUYEN, DESDE EL PUNTO DE VISTA DE SU EMPLEO, UN HÍBRIDO ENTRE LOS TRANSISTORES BIPOLARES Y LOS MOSFET PARA APROVECHAR TANTO LA SENCILLEZ DE ATAQUE DE LOS ÚLTIMOS, COMO LA CAPACIDAD PARA CONDUCIR ALTAS CORRIENTES Y BAJA RESISTENCIA EN CONDUCCIÓN DE LOS PRIMEROS.

LA ESTRUCTURA BÁSICA, ASÍ COMO EL CIRCUITO EQUIVALENTE SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA:

LA ESTRUCTURA RECUERDA MUCHO LA DE UN TRANSISTOR MOSFET DE POTENCIA DONDE SE UTILIZAN OBLEAS DOPADAS DE TIPO N SOBRE LAS QUE SE DEPOSITA UNA FINA CAPA EPITAXIAL. EL IGBT ESTÁ CONSTRUIDO DE FORMA CASI IDÉNTICA. LA CAPA EPITAXIAL PRESENTA EL MISMO ESPESOR Y SE DOPA IGUAL QUE EN UN FET. SIN EMBARGO, EXISTE UNA IMPORTANTE DIFERENCIA: EL MATERIAL DE PARTIDA ES UNA OBLEA DOPADA TIPO P EN LUGAR DE TIPO N. LA UNIÓN PN ADICIONAL, ASÍ CREADA,

Page 6: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

INYECTA PORTADORES (HUECOS) EN LA REGIÓN EPITAXIAL TIPO N REDUCIENDO SU RESISTIVIDAD Y REBAJANDO LA CAÍDA DE TENSIÓN EN CONDUCCIÓN.

A ESTE PROCESO SE LE CONOCE TAMBIÉN POR "MODULACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD" Y PUEDE CONTRIBUIR A INCREMENTAR LA CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN DE CORRIENTE HASTA 10 VECES MÁS.

POR OTRO LADO, LA ADICIÓN DE ESTA CAPA TIPO P, INTRODUCE UN NUEVO TRANSISTOR PARÁSITO QUE CON EL NPN INHERENTE A LA ESTRUCTURA DE UN MOSFET, CONFORMA UN TIRISTOR PARÁSITO, EL CUÁL EN CASO DE SER ACTIVADO PUEDE DESTRUIR AL IGBT.

DESDE EL PUNTO DE VISTA ECONÓMICO, LOS IGBT, AL UTILIZAR EL PRINCIPIO DE LOS FET TAN SÓLO PARA EL CIRCUITO DE ATAQUE Y NO EL DE POTENCIA, DEJANDO ÉSTE EN MANOS DE UNA ESTRUCTURA BIPOLAR, REDUCEN SUSTANCIALMENTE LOS REQUERIMIENTOS EN CUANTO A SUPERFICIE DE SILICIO NECESARIA. TENEMOS ENTONCES QUE, PARA TENSIONES SUPERIORES A LOS 400V, LA SUPERFICIE DE UN IGBT ES TÍPICAMENTE UN TERCIO DE LA DEL MOSFET COMPARABLE.

EL TECHO DE FRECUENCIA SE SITÚA ALREDEDOR DE LOS 75KHZ, DEBIDO A QUE LA CORRIENTE PRINCIPAL SE CONTROLA CON UN TRANSISTOR BIPOLAR. EN ESTOS DISPOSITIVOS SIN EMBARGO, SE HAN CONSEGUIDO TIEMPOS DE CONMUTACIÓN DE 0,2 MS CON MUY BAJAS CAÍDAS DE TENSIÓN, LO QUE LES HACE MUY ÚTILES EN CONMUTACIONES RÁPIDAS.

LA FACILIDAD DE CONTROL, SIMILAR A LA DE UN MOSFET, UNIDA A SUS PÉRDIDAS RELATIVAMENTE BAJAS, LES CONVIERTEN EN LA ELECCIÓN IDÓNEA PARA APLICACIONES DE CONTROL DE MOTORES CONECTADOS DIRECTAMENTE A LA RED (HASTA 480 V). PARA TENSIONES DE 400 A 1200 V, LOS IGBT OFRECEN VENTAJAS SUSTANCIALES FRENTE A LOS TRANSISTORES BIPOLARES DE POTENCIA, POR LO QUE ESTÁN SUSTITUYENDO A ÉSTOS EN UN AMPLIO CAMPO DE APLICACIONES.

ACTUALMENTE, CON LA APARICIÓN DE LA 2ª GENERACIÓN DE IGBTS, LOS FABRICANTES OFRECEN UNA AMPLIA GAMA DE ESTOS DISPOSITIVOS, Y SE PUEDEN ELEGIR BIEN POR SU RAPIDEZ O BIEN POR SU CAÍDA DE TENSIÓN EN CONDUCCIÓN; ESTO ES MUY INTERESANTE YA QUE PERMITE OPTIMIZAR LA UTILIZACIÓN DE ÉSTOS DISPOSITIVOS EN FUNCIÓN DE LAS DISTINTAS APLICACIONES. SE ENCUENTRAN YA DISPOSITIVOS CAPACES DE SOPORTAR 1200 V Y 400 A.

Page 7: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

EL MOSFET

INTRODUCCIÓN AL MOSFET

LOS MOSFET, O SIMPLEMENTE MOS (METAL-OXIDE SEMICONDUCTOR, FIELD EFFECT TRANSISTOR) SON MUY PARECIDOS A LOS JFET. LA DIFERENCIA ENTRE ESTOS ESTRIBA EN QUE, EN LOS MOS, LA PUERTA ESTÁ AISLADA DEL CANAL, CONSIGUIÉNDOSE DE ESTA FORMA QUE LA CORRIENTE DE DICHO TERMINAL SEA MUY PEQUEÑA, PRÁCTICAMENTE DESPRECIABLE. DEBIDO A ESTE HECHO, LA RESISTENCIA DE ENTRADA DE ESTE TIPO DE TRANSISTORES ES ELEVADÍSIMA, DEL ORDEN DE 10.000 MW , LO QUE LES CONVIERTE EN COMPONENTES IDEALES PARA AMPLIFICAR SEÑALES MUY DÉBILES.

EXISTEN DOS TIPOS DE MOSFET EN FUNCIÓN DE SU ESTRUCTURA INTERNA: LOS DE EMPOBRECIMIENTO Y LOS DE ENRIQUECIMIENTO. LOS PRIMEROS TIENEN UN GRAN CAMPO DE APLICACIÓN COMO AMPLIFICADORES DE SEÑALES DÉBILES EN ALTAS FRECUENCIAS O RADIO-FRECUENCIA (RF), DEBIDO A SU BAJA CAPACIDAD DE ENTRADA. LOS SEGUNDOS TIENEN UNA MAYOR APLICACIÓN EN CIRCUITOS DIGITALES Y SOBRE TODO EN LA CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOS, DEBIDO A SU PEQUEÑO CONSUMO Y AL REDUCIDO ESPACIO QUE OCUPAN.

MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO

PARA QUE UN TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO FUNCIONE NO ES NECESARIO SUMINISTRAR CORRIENTE AL TERMINAL DE PUERTA O GRADUADOR. TENIENDO EN CUENTA ESTO, SE PUEDE AISLAR TOTALMENTE LA ESTRUCTURA DE LA PUERTA DE LA DEL CANAL. CON ESTA DISPOSICIÓN SE CONSIGUE ELIMINAR PRÁCTICAMENTE LA CORRIENTE DE FUGA QUE APARECÍA EN DICHO TERMINAL EN LOS TRANSISTORES JFET. EN LA SIGUIENTE FIGURA SE PUEDE APRECIAR LA ESTRUCTURA DE UN MOSFET DE CANAL N.

ESTE COMPONENTE, PUEDE FUNCIONAR TANTO EN LA FORMA DE EMPOBRECIMIENTO COMO DE ENRIQUECIMIENTO, COMO PUEDE OBSERVARSE EN LA SIGUIENTE FIGURA:

Page 8: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

LA FORMA DE TRABAJO DE EMPOBRECIMIENTO SE EXPLICA DEBIDO A QUE LOS ELECTRONES DE LA FUENTE PUEDEN CIRCULAR DESDE EL SURTIDOR HACIA EL DRENADOR A TRAVÉS DEL CANAL ESTRECHO DE MATERIAL SEMICONDUCTOR TIPO N. CUANTO MAYOR SEA LA DIFERENCIA DE POTENCIAL VDD APLICADA POR LA FUENTE, MAYOR SERÁ ESTA CORRIENTE. COMO OCURRÍA CON EL JFET, LA TENSIÓN NEGATIVA, APLICADA A LA PUERTA, PRODUCE UN ESTRECHAMIENTO EN EL CANAL, DEBIDO AL EMPOBRECIMIENTO DE PORTADORES, LO QUE HACE QUE SE REDUZCA LA CORRIENTE DE DRENADOR. AQUÍ SE APRECIA CLARAMENTE QUE, EL FENÓMENO DE CONTROL SE REALIZA A TRAVÉS DEL EFECTO DEL CAMPO ELÉCTRICO GENERADO POR LA TENSIÓN VGG DE LA PUERTA.

DEBIDO A QUE LA PUERTA ESTÁ AISLADA DEL CANAL, SE PUEDE APLICAR UNA TENSIÓN POSITIVA DE POLARIZACIÓN AL MISMO. DE ESTA MANERA, SE CONSIGUE HACER TRABAJAR AL MOSFET EN ENRIQUECIMIENTO. EFECTIVAMENTE, LA TENSIÓN POSITIVA DEL GRADUADOR PROVOCA UN AUMENTO O ENRIQUECIMIENTO DE ELECTRONES LIBRES O PORTADORES EN EL CANAL, DE TAL FORMA QUE, AL AUMENTAR LA TENSIÓN POSITIVA VGG, AUMENTA TAMBIÉN LA CORRIENTE DE DRENADOR.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

EN LA SIGUIENTE FIGURA, ABAJO A LA IZQUIERDA, SE MUESTRA EL EJEMPLO DE UNA FAMILIA DE CURVAS DE DRENADOR DE UN MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO DE CANAL N.

Page 9: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

OBSÉRVESE CÓMO EN ESTA CURVA APARECEN TANTO TENSIONES NEGATIVAS DE VGS (TRABAJO EN MODO DE EMPOBRECIMIENTO), COMO POSITIVAS (TRABAJO EN MODO DE ENRIQUECIMIENTO). LA CORRIENTE MÁS ELEVADA SE CONSIGUE CON LA TENSIÓN MÁS POSITIVA DE VGS Y EL CORTE SE CONSIGUE CON TENSIÓN NEGATIVA DE VGS(APAG).

DE ESTA FAMILIA DE CURVAS SE PUEDE OBTENER LA CURVA DE TRANSCONDUCTANCIA, QUE NOS INDICA LA RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE VGS E ID. ÉSTA POSEE LA FORMA QUE SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE CURVA ABAJO A LA DERECHA:

OBSÉRVESE CÓMO ESTA CURVA APARECE DIBUJADA EN LOS DOS CUADRANTES DEL EJE DE TENSIONES. ESTO ES DEBIDO A QUE EL MOSFET PUEDE OPERAR TANTO CON TENSIONES POSITIVAS COMO NEGATIVAS. POR ESTA RAZÓN, LA CORRIENTE IDSS, CORRESPONDIENTE A LA ENTERSECCIÓN DE LA CURVA CON EL EJE ID, YA NO ES LA DE SATURACIÓN.

COMO OCURRÍA CON EL JFET, ESTA CURVA DE TRASCONDUCTANCIA ES PARABÓLICA Y LA ECUACIÓN QUE LA DEFINE ES TAMBIÉN:

SEGÚN SE PUEDE APRECIAR EN LA CURVA DE TRANSCONDUCTANCIA DE UN MOSFET, ESTE TIPO DE TRANSISTOR ES MUY FÁCIL DE POLARIZAR, YA QUE SE PUEDE ESCOGER EL PUNTO CORRESPONDIENTE A VGS=0, ID=IDSS. CUANDO ÉSTE QUEDA POLARIZADO ASÍ, EL TRANSISTOR QUEDA SIEMPRE EN CONDUCCIÓN O, NORMALMENTE, ENCENDIDO.

SÍMBOLOS DE LOS MOSFET

EN LA SIGUIENTE FIGURA, PODEMOS VER UN TRANSISTOR MOSFET DE CANAL N (PUNTA HACIA ADENTRO) CON CUATRO TERMINALES DISPONIBLES. EL TERMINAL DE SUSTRATO ESTÁ LIBRE, EN ALGUNOS CASOS, PARA DAR AL TRANSISTOR UN MAYOR CONTROL SOBRE LA CORRIENTE DE DRENADOR.

Page 10: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

TIPO DE ENRIQUECIMIENTO

ESTE TIPO DE MOSFET ESTÁ DISEÑADO DE TAL MANERA QUE SÓLO ADMINTE LA FORMA DE TRABAJO EN MODO DE ENRIQUECIMIENTO. LA APLICACIÓN FUNDAMENTAL DE ESTE TRANSISTOR SE REALIZA EN CIRCUITOS DIGITALES, MICROPROCESADORES, ETC.

EN LAS SIGUIENTES FIGURA (A), SE MUESTRAN UN EJEMPLO DE LAS CURVAS DE DRENADOR Y EN LA (B) LAS DE TRANSCONDUCTANCIA DE ESTE TIPO DE MOSFET.

COMO SE PODRÁ OBSERVAR EN LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS, ESTE TRANSISTOR SÓLO CONDUCE CUANDO SON APLICADAS TENSIONES POSITIVAS AL DRENADOR, POR LO QUE NORMALMENTE ESTARÁ EN NO CONDUCCIÓN O APAGADO.

Page 11: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

EL SÍMBOLO QUE REPRESENTA AL MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO SON LOS QUE SE INDICAN EN LAS SIGUIENTES FIGURAS, SIENDO EL (A) DE ENRIQUECIMIENTO Y CANAL N Y EN EL (B) MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO Y CANAL P.

OBSERVA CÓMO LA LÍNEA DEL CANAL EN ESTOS TRANSISTORES SE REPRESENTA COMO UNA LÍNEA PUNTEADA.

PROTECCIÓN DE LOS MOSFET

TANTO LOS MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO COMO LOS DE ENRIQUECIMIENTO, POSEEN UNA CAPA EXTREMADAMENTE DELGADA DE AISLANTE QUE SEPARA LA PUERTA DEL CANAL. ESTA CAPA SE DESTRUYE CON SUMA FACILIDAD SI SE APLICA UNA TENSIÓN VGS POR ENCIMA DE LA MÁXIMA SOPORTABLE. POR ESTA RAZÓN, NUNCA DEBE OPERARSE CON UNA TENSIÓN SUPERIOR A LA VGS(MAX) PRESCRITA EN LAS CARACTERÍSTICAS DEL MOSFET.

AÚN ASÍ, DICHA CAPA AISLANTE ES TAN DELICADA QUE PUEDE DESTRUIRSE POR OTRAS CAUSAS, COMO PUEDEN SER LAS SOBRETENSIONES PROVOCADAS AL INSERTAR O RETIRAR UN MOSFET DEL CIRCUITO SIN HABER DESCONECTADO LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN. TAMBIÉN PUEDE OCURRIR, EN CIERTOS CASOS, QUE AL TOCAR CON LAS MANOS LOS TERMINALES DE UN MOSFET SE PRODUZCA UNA DESCARGA ELECTROSTÁTICA ENTRE ELLOS, QUE LOS DESTRUYA. POR ESTA RAZÓN LOS MOSFET SE ALMACENAN CON UN CONDUCTOR QUE CORTOCIRCUITA SUS TERMINALES. ESTE CONDUCTOR SE RETIRA UNA VEZ CONECTADO EL MOSFET A SU CIRCUITO.

CONSIDERACIONES SOBRE EL MOSFET

EN UN TRANSISTOR DE UNIÓN DE EFECTO CAMPO, SE APLICA AL CANAL UN CAMPO ELÉCTRICO A TRAVÉS DE UN DIODO P-N. EMPLEANDO UN ELECTRODO DE PUERTA METÁLICO SEPARADO DEL CANAL SEMICONDUCTOR POR UNA CAPA DE ÓXIDO, COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA, SE OBTIENE EL EFECTO DE UN CAMPO BÁSICAMENTE DISTINTO. LA DISPOSICIÓN METAL-ÓXIDO-SEMICONDUCTOR (MOS) PERMITE QUE UN CAMPO BÁSICAMENTE DISTINTO AFECTE AL CANAL SI SE APLICA UNA TENSIÓN EXTERNA ENTRE PUERTA Y SUSTRATO, Y ÉSTO, TAMBIÉN POSEE UN EFECTO NEGATIVO SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL MOSFET.

Page 12: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

EN EFECTO, SI OBSERVAMOS LA FIGURA DE LA DERECHA, DONDE EN AZUL MARINO SE REPRESENTA LA CAPA DE DIÓXIDO DEL SILICIO Y EN ROJO LAS ZONAS TIPO N Y EL CANAL, VEMOS QUE AL APLICAR UNA TENSIÓN SOBRE LA PUERTA SE NECESITARÁ UN CAMPO MÍNIMO QUE INVERSIONE EL CANAL. ESTA TENSIÓN, LLAMADA TENSIÓN UMBRAL Y REPRESENTADA POR VTH ES AQUELLA QUE ACUMULA UNA CONCENTRACIÓN DE CARGAS CAPAZ DE INVERTIR EL CANAL.

ESTO DA LUGAR A QUE LOS NIVELES ENTRE LOS CIRCUITOS DIGITALES MOS Y TTL SEAN INCOMPATIBLES, PORQUE LOS MOS NO PUEDEN TRABAJAR A 5 V, PUESTO QUE QUEDARÍA UN MARGEN DE RUIDO MUY PEQUEÑO PARA SU TRABAJO.

SE PUEDE BUSCAR ENTONCES, REDUCIR ESA TENSIÓN UMBRAL PARA LA COMPATIBILIDAD DE LAS DOS FAMILIAS DE DISPOSITIVOS, Y SE ATACA ESTE PROBLEMA EN LA FASE DE FABRICACIÓN DEL DISPOSITIVO, TENIENDO EN CUENTA QUE LA TENSIÓN UMBRAL SE DEBE A:

EL ESPESOR DEL SIO2: A MÁS ESPESOR, MENOS CAMPO APLICADO.

A LOS ESPACIOS DE REGISTRO DE LA PUERTA. EL CONTACTO DE PUERTA, EN SU FABRICACIÓN, NO CUBRE EL 100% DE LA CAPA, POR LO QUE BAJA SU EFECTIVIDAD.

PARA REDUCIR LA TENSIÓN UMBRAL DEL DISPOSITIVO, HEMOS DE ATACAR ESTOS DOS CONCEPTOS, EN LA FASE DE FABRICACIÓN DE ESTOS DISPOSITIVOS, POR EJEMPLO, MEDIANTE FABRICACIÓN CON LA TÉCNICA SATO.

ADEMÁS, LOS DISPOSITIVOS MOS, PRESENTAN OTRO PROBLEMA: LAS CAPACIDADES ASOCIADAS AL CONTACTO DE PUERTA Y LOS CONTACTOS DE DRENADOR Y SURTIDOR POR EL HECHO DE ESTAR SOLAPADOS. ESTA CAPACIDAD, INTRODUCE CORTES O POLOS A ALTAS FRECUENCIAS. SI DISMINUIMOS LAS CAPACIDADES, EL TRANSISTOR, PODRÁ TRABAJAR A MÁS ALTAS FRECUENCIAS, SOBRE TODO DIRIGIDO PARA APLICACIONES DIGITALES Y COMPUTACIONALES.

Page 13: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

PUT

SIMBOLO DEL PUT

EL PUT ES UN SEMICONDUCTOR DE CUATRO CAPAS (PNPN) CUYO FUNCIONAMIENTO ES SIMILAR AL DEL UJT. ES UN TIPO DE TIRISTOR Y A VECES SE LE LLAMA “TIRISTOR DISPARADO POR ÁNODO” DEBIDO A SU CONFIGURACIÓN. AL IGUAL QUE EL UJT, SE UTILIZA COMO OSCILADOR Y BASE DE TIEMPOS, PERO ES MÁS FLEXIBLE, YA QUE LA COMPUERTA SE CONECTA A UN DIVISOR DE TENSIÓN QUE PERMITA VARIAR LA FRECUENCIA DEL OSCILADOR SIN MODIFICAR LA CONSTANTE DE TIEMPO RC.

FUNCIONAMIENTO

SI EL PUT ESTÁ POLARIZADO DIRECTAMENTE Y APLICAMOS VAG= 0.7 V, ENTRA EN CONDUCCIÓN. EL PUT PERMANECE ENCENDIDO HASTA QUE EL VOLTAJE ANÓDICO ES INSUFICIENTE, ENTONCES, SE APAGA. EL APAGADO SE DEBE A QUE LA CORRIENTE ANÓDICA LLEGA UN VALOR LIGERAMENTE MENOR A LA CORRIENTE DE SOSTENIMIENTO.

CONEXIÓN TÍPICA DEL PUT

ES UN DISPOSITIVO DE DISPARO ÁNODO-PUERTA (ÁNODO-COMPUERTA) PUESTO QUE SU DISPARO SE REALIZA CUANDO LA PUERTA TENGA UNA TENSIÓN MÁS NEGATIVA QUE EL ÁNODO, ES DECIR, LA CONDUCCIÓN DEL PUT SE REALIZA POR CONTROL DE LAS TENSIONES EN SUS TERMINALES. SI EL PUT ES UTILIZADO COMO OSCILADOR DE RELAJACION, EL VOLTAJE DE COMPUERTA VG SE MANTIENE DESDE LA ALIMENTACIÓN MEDIANTE EL DIVISOR RESISTIVO DEL VOLTAJE RB1 Y RB2, Y DETERMINA EL VOLTAJE DE DISPARO VP. EN EL CASO DEL UJT, VP ESTÁ FIJADO POR EL VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN, PERO EN UN PUT PUEDE VARIAR AL MODIFICAR EL VALOR DEL DIVISOR RESISTIVO RB1 Y RB2. SI EL VOLTAJE DEL ÁNODO VA ES MENOR QUE EL VOLTAJE DE COMPUERTA VG, SE CONSERVARA EN SU ESTADO INACTIVO, PERO SI EL VOLTAJE DE

Page 14: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

ÁNODO EXCEDE AL DE COMPUERTA MÁS EL VOLTAJE DE DIODO VAG, SE ALCANZARA EL PUNTO DE DISPARO Y EL DISPOSITIVO SE ACTIVARÁ. LA CORRIENTE DE PICO IP Y LA CORRIENTE DE VALLE IV DEPENDEN DE LA IMPEDANCIA EQUIVALENTE EN LA COMPUERTA

GRÁFICOS CORRIENTES PICOS Y VALLE VS RESISTENCIA DE COMPUERTA RG=RB1RB2/(RB1 + RB2)

Y DEL VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN EN VBB. EN GENERAL RK ESTÁ LIMITADO A UN VALOR POR DEBAJO DE 100 OHM

PARA TENER UN DISEÑO EXITOSO, LA CORRIENTE DE ÁNODO, QUE LA LLAMAREMOS I, DEBE ESTAR ENTRE LAS CORRIENTES IP E IV, DE NO ESTARLO, EL DISPOSITIVO NO OSCILARÁ. POR ELLO, SE DEBE TENER CUIDADO AL DISEÑAR LA IMPEDANCIA EQUIVALENTE RG Y EL VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN, YA QUE ESTOS PARÁMETROS MODIFICAN DIRECTAMENTE LOS VALORES DE CORRIENTE YA MENCIONADOS.

APLICACIONES

EL USO DEL PUT SE ENCUENTRA CASI LIMITADO A SU UTILIZACIÓN EN OSCILADORES DE RELAJACIÓN PARA DISPARO DE TIRISTORES DE POTENCIA EN APLICACIONES DE CONTROL DE FASE. SU ALTA SENSIBILIDAD, LES PERMITE TRABAJAR CON ELEVADOS VALORES DE RESISTENCIA DE TEMPORIZACIÓN O PEQUEÑOS VALORES DE CAPACITANCIA, EN APLICACIONES DE BAJA CORRIENTE, TALES COMO TEMPORIZACIONES MUY LARGAS O EN CIRCUITOS ALIMENTADAS CON BATERÍAS. ADICIONALMENTE, POR SU CONMUTACIÓN DEBIDO A UN PROCESO DE REALIMENTACIÓN POSITIVA DE ELEMENTOS ACTIVOS, PRESENTAN MENORES TIEMPOS DE CONMUTACIÓN QUE LOS UJT DONDE ESTE PROCESO SE DEBE A UN CAMBIO EN LA CONDUCTIVIDAD DE LA BARRA DE SILICIO POR INYECCIÓN DE PORTADORES. EN CONSECUENCIA MENORES VALORES DE CAPACITANCIA PRODUCEN PULSOS DE DISPAROS DE LA POTENCIA ADECUADA.

EJEMPLO

Page 15: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

EJEMPLO

PARA EL DISEÑO DE UN OSCILADOR DE RELAJACIÓN CON PUT, SE DEBE REALIZAR LOS SIGUIENTES PASOS: 1. AL IGUAL QUE EN LOS UJT, LA RESISTENCIA DE TEMPORIZACIÓN R DEBE SER LO SUFICIENTEMENTE BAJA PARA QUE PUEDA ALCANZAR A CIRCULAR IP Y LO SUFICIENTEMENTE ALTA PARA QUE NO PUEDA CIRCULAR LA IV EN FORMA PERMANENTE. PARA EL CASO DE LOS PUT

2.DEBE TENERSE EN CUENTA QUE LOS VALORES DE IP E IV DEPENDEN DEL VALOR DE RG. EL VALOR DE VP EN LOS PUT ES FIJADO POR EL CIRCUITO EXTERIOR, POR EJEMPLO MEDIANTE UN DIVISOR RESISTIVO COMO EL MOSTRADO. LA ECUACIÓN BÁSICA DEL PUT ES:

VP = VT + VS

SIENDO VS LA TENSIÓN DE THEVENIN VISTA DESDE LA COMPUERTA Y VT UNA TENSIÓN DE OFFSET COMPUESTA POR LA CAÍDA DIRECTA DE LA JUNTURA ÁNODO COMPUERTA VAG MÁS LA CAÍDA PRODUCIDA EN RG POR LA CORRIENTE IP JUSTO ANTES DEL DISPARO.

VOLTAJES Y CORRIENTES EN ÁNODO – CÁTODO MIENTRAS EL DISPOSITIVO OSCILA

Page 16: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

3.COMO VT = VAG + IP*RG , UN CAMBIO EN RG AFECTA A AMBOS TÉRMINOS EN FORMA OPUESTA. SI RG AUMENTA, IP DISMINUYE Y HACE DECRECER A VAG, PERO COMO IP NO SE REDUCE TAN RÁPIDO COMO RG SE INCREMENTA, EL PRODUCTO IP*RG AUMENTA, AUMENTANDO EL VALOR DE VT. COMO ESTAS VARIACIONES SON DIFÍCILES DE ESTIMAR, ES DE USO GENERALIZADO TOMAR PARA LA MAYORÍA DE LAS APLICACIONES.

VT = 0.6 V

4.EL PERIODO DE UN OSCILADOR A RELAJACIÓN BASADO EN PUT RESULTA:

VCT=VP=VT+VS

POR LO QUE RESULTA UN PERIODO

T=R*C*LN((VBB-VV)/(VBB-VT-VS))

DONDE VCC ES EL VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN DEL CIRCUITO. DESPRECIANDO VV Y VT, SE REDUCE A UNA EXPRESIÓN EQUIVALENTE A LA YA OBTENIDA PARA LOS UJT.

T=R*C*LN(1+RB1/RB2)

5.AL IGUAL QUE CON LOS UJT, LA AMPLITUD DEL PULSO DE SALIDA DEPENDE DE LA VELOCIDAD DE CONMUTACIÓN, ESPECIALMENTE PARA CAPACIDADES INFERIORES A 0.01 UF.

6.VALORES TÍPICOS DE FRECUENCIAS DE OSCILACIONES SE ENCUENTRAN COMPRENDIDAS ENTRE LOS 0.003 HZ Y 2.5 KHZ.

7. EL PUT OPERANDO COMO OSCILADOR DE RELAJACIÓN PRESENTA UNA BAJA DEPENDENCIA DE SU FRECUENCIA CON LA TEMPERATURA DEBIDO A QUE SU TENSIÓN DE COMPUERTA SE ENCUENTRA FIJADA EXTERIORMENTE. PARA APLICACIONES CRÍTICAS DEBEN IMPLEMENTARSE CIRCUITOS DE COMPENSACIÓN.

OPERACIÓN DEL PUT:

EL PUT TIENE 3 TERMINALES, UN ÁNODO (A), UN CÁTODO (K) Y UNA COMPUERTA (G). EL SÍMBOLO ELÉCTRICO DEL PUT Y SU CORRESPONDIENTE CIRCUITO EQUIVALENTE SE VEN EN LA FIGURA 1.

FIGURA 1

Page 17: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

EN LA FIGURA PUEDE VERSE QUE EL PUT ES COMO UN SCR DISPARADO POR ÁNODO, ESTO ES, SI LA COMPUERTA SE HACE NEGATIVA RESPECTO DEL ÁNODO, EL DISPOSITIVO PASARÁ DEL ESTADO DE BLOQUEO (O DE CORTE) AL ESTADO DE CONDUCCIÓN.

UNA CARACTERÍSTICA INTERESANTE QUE PRESENTA ESTE DISPOSITIVO ES QUE TIENE UNA REGIÓN O ZONA DE TRABAJO DE RESISTENCIA NEGATIVA. CUANDO LA TENSIÓN ENTRE ÁNODO Y CÁTODO, VAK, SUPERA A LA TENSIÓN DE PICO VP (LA CUAL ES PROGRAMADA MEDIANTE EL DIVISOR RESISTIVO; R1, R2), EL DISPOSITIVO ENTRA EN CONDUCCIÓN, CON LO CUAL CAE LA TENSIÓN VAK Y AUMENTA LA CORRIENTE. ESTO OCURRE HASTA QUE SE LLEGA A LA TENSIÓN DE VALLE (VV), EL CUAL ES UN PUNTO ESTABLE DE OPERACIÓN. DE ESTA FORMA, SE OBTIENE LA REGIÓN DE RESISTENCIA NEGATIVA, DELIMITADA ENTRE LOS PUNTOS DE PICO Y DE VALLE. ESTO PUEDE VERSE CLARAMENTE EN LA FIGURA 2 .

FIGURA 2

LA TENSIÓN DE PICO VP ES ESENCIALMENTE LA MISMA QUE LA TENSIÓN DE REFERENCIA DEL DIVISOR DE TENSIÓN, EXCEPTO POR LA CAÍDA DE TENSIÓN EN LA JUNTURA DE LA COMPUERTA.

UNA DE LAS APLICACIONES TÍPICAS DE ESTE DISPOSITIVO ES EN UN OSCILADOR DE RELAJACIÓN, COMO EL DE LA FIGURA 3. PARA ANALIZAR MÁS FÁCILMENTE COMO FUNCIONA ESTE CIRCUITO, ES CONVENIENTE HABLAR DEL EQUIVALENTE DE THEVENIN PARA LA FUENTE DE TENSIÓN EXTERNA Y EL DIVISOR RESISTIVO, APLICADO EN LA COMPUERTA. ESTOS PARÁMETROS QUEDAN DEFINIDOS:

Y .

Page 18: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

LAS CORRIENTES DE PICO, IP, Y DE VALLE, IV, DEPENDEN DE LA IMPEDANCIA EQUIVALENTE EN LA COMPUERTA, RG, Y DE LA TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN VS. POR LO TANTO, LA CURVA CARACTERÍSTICA DEL PUT ES SENSIBLE RESPECTO DE VARIACIONES EN RG Y VS.

FIGURA 3

LA RED RC COMPUESTA POR RT Y CT CONTROLA LA FRECUENCIA DE OSCILACIÓN JUNTO CON R1 Y R2. EL PERIODO DE OSCILACIÓN T ESTÁ DADO EN FORMA APROXIMADA POR:

CONTROL DE FASE MEDIANTE UN PUT

HACER CONTROL DE FASE UTILIZANDO TIRISTORES ES UNA DE LAS FORMAS MÁS COMUNES DE CONTROLAR FLUJO DE POTENCIA ELÉCTRICA EN MOTORES, LAMPARAS Y HORNOS. SE APLICA UNA TENSIÓN ALTERNA AL TIRISTOR (YA SEA UN SCR, UN TRIAC, ETC.) Y EL MISMO CONDUCE EN LOS INSTANTES DE TIEMPO (ÁNGULOS DE FASE) DETERMINADOS POR EL CIRCUITO DE CONTROL. CONTROLANDO EL ÁNGULO DE FASE EN EL QUE EL TIRISTOR ENTRA EN CONDUCCIÓN, SE CONTROLA LA POTENCIA MEDIA ENTREGADA A LA CARGA. LOS PUTS PERMITEN UNA FORMA SIMPLE DE OBTENER

Page 19: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

PULSOS DE DISPARO SINCRONIZADOS CON LA TENSIÓN DE LÍNEA CON UN ÁNGULO DE FASE CONTROLADO.

TODOS LOS CIRCUITOS DE CONTROL DE DISPARO CON PUT ESTÁN BASADOS EN EL OSCILADOR DE RELAJACIÓN. EN LA FIGURA 4A SE VE UN CIRCUITO DE DISPARO BÁSICO, DONDE LA RED RC COMPUESTA POR RT Y CT DETERMINA EL TIEMPO ENTRE LA APLICACIÓN DE LA TENSIÓN AL CIRCUITO (REPRESENTADA POR EL CIERRE DE LA LLAVE) Y LA APARICIÓN DEL PULSO. SI LA TENSIÓN VS APLICADA ES CONTINUA PURA, EL OSCILADOR ESTA EN EL MODO "FREE RUNNING", Y LA RED RC DETERMINA LA FRECUENCIA DE OSCILACIÓN.

LA OPERACIÓN DEL CIRCUITO PUEDE DESCRIBIRSE EN FUNCIÓN DE LA FORMA DE ONDA DE LA TENSIÓN SOBRE EL CAPACITOR CT. CUANDO APARECE LA TENSIÓN VS, CT

SE CARGA CON UNA CONSTANTE DE TIEMPO , HASTA QUE SU TENSIÓN SE HACE IGUAL A LA TENSIÓN DE PICO DEL PUT (LA CUAL ES PROGRAMADA MEDIANTE RB1 Y RB2). EN ESE INSTANTE, EL PUT ENTRA EN CONDUCCIÓN, DESCARGANDO CT A TRAVÉS DE RGK. EL PICO DE CORRIENTE QUE APARECE SOBRE RGK PRODUCE UN PICO DE TENSIÓN, QUE ES EL QUE DISPARA AL TIRISTOR (EN ESTE CASO, UN SCR). CUANDO EL CAPACITOR SE DESCARGA LO SUFICIENTE, EL PUT VUELVE A ENTRAR EN ESTADO DE CORTE Y SE REINICIA EL CICLO, CARGÁNDOSE NUEVAMENTE CT A TRAVÉS DE RT. SI VS ES UNA CONTINUA PURA, EL CICLO SE REPITE INMEDIATAMENTE, EN FORMA PERIÓDICA.

FRECUENTEMENTE ES NECESARIO SINCRONIZAR EL TEMPORIZADO DE LOS PULSOS DE SALIDA CON LOS PUNTOS DE CRUCE POR CERO DE LA TENSIÓN DE LÍNEA. UN CIRCUITO BÁSICO PARA LOGRAR LA SINCRONIZACIÓN ES EL QUE SE VE EN LA FIGURA 5A.

MEDIANTE EL PUENTE DIODOS Y EL DIODO ZENER D1, SE OBTIENE UNA TENSIÓN DE CONTROL VS COMO LA DE LA FIGURA 5B. DE ESTA MANERA, TANTO VS COMO LA TENSIÓN DE PICO DEL PUT CRUZAN POR CERO CADA VEZ QUE LA TENSIÓN DE LÍNEA CRUZA POR CERO. ESTO HACE QUE CT SE DESCARGUE AL FINAL DE CADA SEMICICLO, Y COMIENCE EL SIGUIENTE SEMICICLO DESCARGADO. POR LO TANTO, AUN SI EL PUT NO SE DISPARÓ EN UN SEMICICLO, EL CAPACITOR INICIA EL SIGUIENTE SEMICICLO DESCARGADO. EN CONSECUENCIA, LOS VALORES DE RT Y CT CONTROLAN DIRECTAMENTE EL ÁNGULO DE FASE EN EL CUAL SE PRODUCE EL PULSO EN CADA SEMICICLO. EL DIODO ZENER PROVEE ESTABILIZACIÓN DE TENSIÓN PARA QUE EL CIRCUITO DE DISPARO DÉ SIEMPRE EL MISMO PULSO INDEPENDIENTEMENTE DE LAS FLUCTUACIONES NORMALES DE LA LÍNEA.

Page 20: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

Diac

Símbolo electrónico

Configuración

EL DIAC (DIODO PARA CORRIENTE ALTERNA) ES UN DISPOSITIVO SEMICONDUCTOR DE DOS CONEXIONES. ES UN DIODO BIDIRECCIONAL DISPARABLE QUE CONDUCE LA CORRIENTE SÓLO TRAS HABERSE SUPERADO SU TENSIÓN DE DISPARO, Y MIENTRAS LA CORRIENTE CIRCULANTE NO SEA INFERIOR AL VALOR CARACTERÍSTICO PARA ESE DISPOSITIVO. EL COMPORTAMIENTO ES FUNDAMENTALMENTE EL MISMO PARA AMBAS DIRECCIONES DE LA CORRIENTE. LA MAYORÍA DE LOS DIAC TIENEN UNA TENSIÓN DE DISPARO DE ALREDEDOR DE 30 V. EN ESTE SENTIDO, SU COMPORTAMIENTO ES SIMILAR A UNA LÁMPARA DE NEÓN.

LOS DIAC SON UNA CLASE DE TIRISTOR, Y SE USAN NORMALMENTE PARA DISPARAR LOS TRIAC, OTRA CLASE DE TIRISTOR.

ES UN DISPOSITIVO SEMICONDUCTOR DE DOS TERMINALES, LLAMADOS ÁNODO Y CÁTODO. ACTÚA COMO UN INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL EL CUAL SE ACTIVA CUANDO EL VOLTAJE ENTRE SUS TERMINALES ALCANZA EL VOLTAJE DE RUPTURA, DICHO VOLTAJE PUEDE ESTAR ENTRE 20 Y 36 VOLTS SEGÚN LA REFERENCIA.

DIAC DE TRES CAPAS

EXISTEN DOS TIPOS DE DIAC:

DIAC DE TRES CAPAS: ES SIMILAR A UN TRANSISTOR BIPOLAR SIN CONEXIÓN DE BASE Y CON LAS REGIONES DE COLECTOR Y EMISOR IGUALES Y MUY DOPADAS. EL DISPOSITIVO PERMANECE BLOQUEADO HASTA QUE SE ALCANZA LA TENSIÓN DE AVALANCHA EN LA UNIÓN DEL COLECTOR. ESTO INYECTA CORRIENTE EN LA BASE QUE VUELVE EL TRANSISTOR CONDUCTOR, PRODUCIÉNDOSE UN EFECTO REGENERATIVO. AL SER UN DISPOSITIVO SIMÉTRICO, FUNCIONA IGUAL EN AMBAS POLARIDADES, INTERCAMBIANDO EL EMISOR Y COLECTOR SUS FUNCIONES.

Page 21: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

DIAC DE CUATRO CAPAS. CONSISTE EN DOS DIODOS SHOCKLEY CONECTADOS EN

ANTIPARALELO, LO QUE LE DA LA CARACTERÍSTICA BIDIRECCIONAL.

1. DEFINICIÓN.

EL DIAC (DIODE ALTERNATIVE CURRENT, FIGURA 1) ES UN DISPOSITIVO BIDIRECCIONAL SIMÉTRICO (SIN POLARIDAD) CON DOS ELECTRODOS PRINCIPALES: MT1 Y MT2, Y NINGUNO DE CONTROL. ES UN COMPONENTE ELECTRÓNICO QUE ESTÁ PREPARADO PARA CONDUCIR EN LOS DOS SENTIDOS DE SUS TERMINALES, POR ELLO SE LE DENOMINA BIDIRECCIONAL, SIEMPRE QUE SE LLEGUE A SU TENSIÓN DE CEBADO O DE DISPARO.

Figura 1: Símbolo del DIAC.

2. ESTRUCTURA.

Figura 2 : Estructura básica del DIAC.

Page 22: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

3.. AAPPPPLLEETT CCUURRVVAA CCAARRAACCTTEERRÍÍSSTTIICCAA YY FFUUNNCCIIOONNAAMMIIEENNTTOO..

En la curva característica tensión-corriente se observa que:

- V (+ ó -) < Vb0 , el elemento se comporta como un circuito abierto.

- V (+ ó -) > Vb0 , el elemento se comporta como un cortocircuito.

Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo Vb0; la

intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha tensión la

corriente aumenta bruscamente, disminuyendo como consecuencia la tensión.

4.. CCAARRAACCTTEERRÍÍSSTTIICCAASS GGEENNEERRAALLEESS YY AAPPLLIICCAACCIIOONNEESS..

Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac,

de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna.

Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable,

calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de

motores.

La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito representado en la

Figura 3, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la

tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la descarga de C, cuya corriente

alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción. Este mecanismo se produce una vez

en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser ajustado

con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por

tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz

control de potencia.

Figura 3: Disparo de TRIAC mediante un DIAC.

Page 23: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

SBS

MODELOS COMERCIALES DE SBS.

SÍMBOLO ESQUEMÁTICO DE UN SBS.

UN SBS O INTERRUPTOR BILATERAL DE SILICIO, POR SUS SIGLAS EN INGLÉS (SILICON BILATERAL SWITCH) ES UN TIRISTOR DEL TIPO BIDIRECCIONAL, QUE ESTÁ COMPUESTO POR DOS TIRISTORES UNIDIRECCIONALES O SUS CONECTADOS EN ANTIPARALELO. AL IGUAL QUE LOS TIRISTORES UJT, PUT Y SUS, EL SBS ES UTILIZADO EN CIRCUITOS OSCILADORES DE RELAJACIÓN PARA EL CONTROL DE DISPARO DE DISPOSITIVOS QUE ENTREGAN POTENCIA ELÉCTRICA A UNA CARGA, COMO LOS SCR Y LOS TRIAC; LA DIFERENCIA CONSISTE EN QUE PUEDEN DISPARARSE TANTO EN EL SEMICICLO POSITIVO COMO EN EL NEGATIVO DE UNA FUENTE DE VOLTAJE DE CORRIENTE ALTERNA, DEBIDO A QUE PUEDEN POLARIZARSE DIRECTA E INVERSAMENTE.

CONSTRUCCIÓN

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN SBS.

COMO CASI TODOS LOS FAMILIARES DE LOS TIRISTORES, EL SBS CUENTA CON TRES CONEXIONES: LA COMPUERTA (G), EL ÁNODO O TERMINAL 1 (A1 O T1) Y EL ÁNODO O TERMINAL 2 (A2 O T2). UNA CARACTERÍSTICA MUY ESPECIAL DE ESTE DISPOSITIVO ES

Page 24: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

QUE NO ES UNA VERSIÓN MODIFICADA DE UN DIODO CON SUS CAPAS NPNP, SINO MÁS BIEN ESTÁ COMPUESTO INTERNAMENTE POR TRANSISTORES, DIODOS ZENER Y RESISTENCIAS INTERNAS, Y QUE ADEMÁS VIENEN FABRICADOS COMO CIRCUITOS INTEGRADOS.

CURVA CARACTERÍSTICA DE VOLTAJE-CORRIENTE

CURVA VOLTAJE-CORRIENTE DE UN SBS CON LA COMPUERTA DESCONECTADA.

UN SBS PUEDE DISPARARSE CON LA COMPUERTA CONECTADA O DESCONECTADA; ESTA TERMINAL SOLAMENTE PROPORCIONA MAYOR FLEXIBILIDAD EN EL DISPARO Y POR TANTO ALTERA SUS CARACTERÍSTICAS DE VOLTAJE-CORRIENTE. SI SE COMPARARA ESTA CURVA CARACTERÍSTICA CON LA DE UN DIAC, SE PODRÍA OBSERVAR QUE SON MUY SIMILARES; SIN EMBARGO, LA CURVA DEL SBS TIENE UNA REGIÓN DE RESISTENCIA NEGATIVA MÁS PRONUNCIADA, LO QUE SIGNIFICA QUE SU CAÍDA DE VOLTAJE ES MUCHO MÁS DRÁSTICA DESPUÉS DE LLEGAR A SU ESTADO DE CONDUCCIÓN. USUALMENTE, EL VOLTAJE DE RUPTURA DE UN SBS SE ENCUENTRA ENTRE LOS 7 Y 9 VOLTIOS, CUYO VOLTAJE ES MUCHO MENOR QUE EL DE UN DIAC. USO DE LA COMPUERTA DEL SBS PARA MODIFICAR LA CURVA CARACTERÍSTICA DE UN SBS

MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARACTERÍSTICA DE UN SBS CON UN ZENER.

LA COMPUERTA DE UN SBS ES USADA PARA ALTERAR EL COMPORTAMIENTO MOSTRADO EN LA CURVA CARACTERÍSTICA VOLTAJE-CORRIENTE; POR EJEMPLO, SI SE DESEA TENER ÁNGULOS DE DISPARO DIFERENTES EN LOS SEMICICLOS POSITIVOS Y NEGATIVOS, SE PUEDE CONECTAR UN DIODO ZENER ENTRE LA COMPUERTA G Y LA TERMINAL T1, CON LA FINALIDAD DE QUE EL VOLTAJE DE RUPTURA DIRECTO LLEGUE

Page 25: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

HASTA EL VALOR DE VOLTAJE DEL DIODO ZENER, MIENTRAS QUE EL VOLTAJE DE RUPTURA INVERSO NO SE MODIFICA. CON ESTO, SE LOGRA MODIFICAR EL VOLTAJE DE RUPTURA ORIGINAL A UNO DETERMINADO POR EL "USUARIO" PARA UNA APLICACIÓN CUALQUIERA, AUNQUE NO ES COMÚN TENER DIFERENTES ÁNGULOS DE RUPTURA.

VENTAJAS

ADEMÁS DE SU CAÍDA DE VOLTAJE MÁS DRÁSTICA DEBIDO A SU REGIÓN DE RESISTENCIA NEGATIVA, LO CUAL PERMITE UNA CONMUTACIÓN MÁS RÁPIDA, EL SBS ES MUCHO MÁS ESTABLE TÉRMICAMENTE Y MÁS SIMÉTRICO QUE SU FAMILIAR CERCANO, EL DIAC.

ESTABILIDAD TÉRMICA: ESTO SIGNIFICA QUE ANTE INCREMENTOS DE TEMPERATURA, EL SBS MANTIENE UN VOLTAJE MUY ESTABLE; DE ACUERDO CON LA HOJA DE ESPECIFICACIONES DE LA COMPAÑÍA POWEREX,

1 EL MODELO

BS08D-T112 CUENTA CON UN COEFICIENTE DE TEMPERATURA DE 0.01%/°C. EN OTRAS PALABRAS, POR CADA GRADO CENTÍGRADO QUE VARÍE LA TEMPERATURA DEL DISPOSITIVO, SU VOLTAJE DE RUPTURA CAMBIARÁ EN UN 0.01%, CONVIRTIÉNDOLO EN UN DISPOSITIVO MUY ESTABLE TÉRMICAMENTE HABLANDO.

SIMETRÍA: CUANDO SE MENCIONA QUE EL SBS ES SIMÉTRICO, ES PORQUE LOS VOLTAJES DE RUPTURA EN LOS SEMICICLOS POSITIVOS Y NEGATIVOS SON IGUALES O CASI IGUALES. ESTO SE PUEDE VERIFICAR EN LA SEÑAL DE SALIDA DE UN SBS: SUS ÁNGULOS DE DISPARO EN LOS DOS SEMICICLOS SON PRÁCTICAMENTE IGUALES.

CIRCUITOS DE DISPARO

CONTROL DE POTENCIA DE UNA CARGA CON UN SBS. SEÑAL DE SALIDA DEL SBS.

LOS SIGUIENTES CIRCUITOS SON UTILIZADOS PARA EL CONTROL DEL DISPARO DE UN SBS. EN EL PRIMERO, CON LA SELECCIÓN ADECUADA DE DOS RESISTENCIAS SE PUEDE REGULAR LA CORRIENTE QUE CIRCULA POR LA COMPUERTA DEL SBS Y POR LO TANTO PERMITE AJUSTAR SU ÁNGULO DE DISPARO Y LA POTENCIA ENTREGADA A UNA CARGA CUALQUIERA. NÓTESE QUE LOS ÁNGULOS DE DISPARO EN LOS DOS SEMICICLOS SON IGUALES. EN EL SEGUNDO Y TERCER CIRCUITO SE CONTROLA INDIRECTAMENTE LA POTENCIA ENTREGADA A LA CARGA, AL CONTROLAR DIRECTAMENTE EL DISPARO DE UN SCR Y TRIAC, RESPECTIVAMENTE. DEPENDIENDO DE LOS VALORES DE RESISTENCIAS Y CAPACITANCIAS SELECCIONADOS, ASÍ MISMO SERÁ EL TIEMPO DE CARGA Y DESCARGA DEL CONDENSADOR (CONSTANTE RC); AL CARGARSE EL CONDENSADOR HASTA UN VOLTAJE DETERMINADO, EL SBS SE DISPARARÁ Y LE ENTREGARÁ PULSOS DE VOLTAJE AL SCR O TRIAC PARA QUE SE DISPAREN Y LE ENTREGUEN LA POTENCIA A LA CARGA. EL SEGUNDO CIRCUITO ES COMÚNMENTE UTILIZADO PARA EL CONTROL DE MOTORES DC, MIENTRAS QUE EL TERCERO ES FRECUENTEMENTE USADO PARA CONTROL DE ILUMINACIÓN (LUCES) Y CALENTADORES ELÉCTRICOS.

Page 27: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

INTERRUPTOR UNILATERAL DE SILICIO

INTERRUPTOR UNILATERAL DE SILICIO SUS EL INTERRUPTOR UNILATERAL DE SILICIO O MEJOR CONOCIDO POR SUS SIGLAS EN INGLÉS COMO SUS (SILICON UNILATERAL SWITCH), ES UN DISPOSITIVO DE TRES TERMINALES (ÁNODO, CÁTODO Y COMPUERTA) EL CUAL CONDUCE EN UNA SOLA DIRECCIÓN DE ÁNODO A CÁTODO CUANDO EL VOLTAJE EN EL PRIMERO ES MAYOR QUE EN EL SEGUNDO. PRESENTA CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS MUY SIMILARES A LA DE UN DIODO DE CUATRO CAPAS; SIN EMBARGO, LA PRESENCIA DE LA TERMINAL DE COMPUERTA LE PERMITE CONTROLAR SU VOLTAJE DE DISPARO. POR SU CARÁCTER UNIDIRECCIONAL ES UTILIZADO PARA EL CONTROL DE SCR´S Y PARA EL CONTROL DE TRIACS. .

1

ESTRUCTURA Y SIMBOLOGÍA. 1. SE PUEDE APRECIAR LAS 4 CAPAS Y LA PRESENCIA DE

LA COMPUERTA EN LA CAPA N ADEMÁS DEL ZENER ENTRE COMPUERTA Y CÁTODO. 2

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TIRISTOR DE PUERTA DE ÁNODO AL QUE SE ASOCIA EL

ZENER. 3. SIMBOLOGÍA COMÚN. 4.SUS EN EMPAQUE TO98.

ESTRUCTURA Y SIMBOLOGÍA

ESTE DISPOSITIVO PRESENTA CUATRO CAPAS DE MATERIALES SEMICONDUCTORES; EN EL ÁNODO SE TIENE LA TERMINAL DE COMPUERTA Y UN DIODO ZENER DE BAJO VOLTAJE ENTRE LOS TERMINALES DE COMPUERTA Y CÁTODO. POR ESTA RAZÓN, MUCHAS VECES ES REPRESENTADO COMO UN TIRISTOR DE PUERTA DE ÁNODO AL QUE SE ASOCIA EL ZENER.

CURVA DE COMPORTAMIENTO DE LA CORRIENTE EN TÉRMINOS DEL VOLTAJE.

Page 28: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

COMPORTAMIENTO

ESTE DISPOSITIVO COMIENZA A CONDUCIR CUANDO EL VOLTAJE ENTRE ÁNODO Y CÁTODO ALCANZA UN VALOR VS EL CUAL TÍPICAMENTE ES DE 6 A 10V. DESPUÉS DE ESTO EL VOLTAJE CAE DEPENDIENDO DE LA CORRIENTE DE CONDUCCIÓN. HAY QUE DESTACAR QUE ESTE DISPOSITIVO SEGUIRÁ CONDUCIENDO MIENTRAS SE MANTENGA UN VOLTAJE POR ENCIMA DE 0.7 Y LA CORRIENTE DE CONDUCCIÓN NO CAIGA POR DEBAJO DE LA CORRIENTE DE MANTENIMIENTO IH LA CUAL TÍPICAMENTE ES DE 1.5MA. EN EL CASO QUE SE DÉ UNA POLARIZACIÓN INVERSA ESTE DISPOSITIVO NO CONDUCE, SIN EMBARGO TIENE UN LÍMITE DE VOLTAJE INVERSO LLAMADO VR EL CUAL PUEDE ESTAR POR EL ORDEN DE LOS 30V. SI SE SUPERA ESTE VOLTAJE ENTONCES SE DESTRUYE EL DISPOSITIVO.

2

EFECTO DE LA COMPUERTA

SI APLICAMOS UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE LA COMPUERTA Y EL CÁTODO SE PUEDE MODIFICAR CONSIDERABLEMENTE LA CURVA DE OPERACIÓN DEL SUS. UNA DE LAS FORMAS MÁS CLÁSICAS DE HACER ESTO ES MEDIANTE UN DIODO ZENER, ENTRE LA COMPUERTA Y EL CÁTODO. DE ESTA FORMA, EL VOLTAJE DE DISPARO (VS) QUEDA DEFINIDO POR:

VS = VZ + 0.6 V

DE LO OBSERVADO HASTA AHORA PODRÍAMOS DECIR QUE EL SUS ES SIMILAR AL UJT, SIN EMBARGO, EL SUS SE DISPARA A UNA TENSIÓN DETERMINADA POR EL DIODO ZENER, Y SU CORRIENTE IS (CORRIENTE DE ACTIVACIÓN) RESULTA MAYOR Y MUY CERCANA A IH (CORRIENTE DE MANTENIMIENTO). ESTOS DATOS LIMITAN LA FRECUENCIA DE TRABAJO DEL ELEMENTO PARA VALORES ALTOS Y BAJOS.

3

DISPARADOR DE TIRISTORES EN GENERAL

CIRCUITO RC CON SUS PARA DISPARAR UN TIRISTOR. R1 CARGA C HASTA VS, LUEGO C SE DESCARGA POR ÉL SUS, CREADO UN PULSO EN R2, HASTA QUE I SE HACE MENOR DE IH.

POR MEDIO DE UNA CONFIGURACIÓN RC, SE PUEDE UTILIZAR ESTE DISPOSITIVO PARA DISPARAR TIRISTORES COMO EL SCR Y TAMBIÉN TRIAC. SI CARGAMOS UN CONDENSADOR POR MEDIO DE UNA RESISTENCIA VARIABLE DE TAL FORMA QUE EL CONDENSADOR ALCANCE EL VOLTAJE DE DISPARO DEL SUS EN UN TIEMPO RC, CUANDO ESTE VOLTAJE ES ALCANZADO EL CONDENSADOR SE DESCARGARÁ POR MEDIO DEL SUS. DE ESTA FORMA SE PRODUCIRÁ UN PULSO EN DE VOLTAJE EN UNA RESISTENCIA, LA CUAL ESTARÁ CONECTADA A LA COMPUERTA DE TIRISTOR. ESTE PULSO SERÁ DE MUY CORTA DURACIÓN YA QUE SOLO SE MANTIENE MIENTRAS EL

Page 29: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

CONDENSADOR ENTREGA UNA CORRIENTE MAYOR A LA DE MANTENIMIENTO Y, COMO SABEMOS, EN ESTOS DISPOSITIVOS ESTA CORRIENTE ES BASTANTE ELEVADA. LA RESISTENCIA VARIABLE NOS PERMITE VARIAR EL TIEMPO DE CARGA DEL CONDENSADOR Y CON ELLO EL TIEMPO DE DISPARO. PARA UTILIZAR ESTA CONFIGURACIÓN ES FUNDAMENTAL EL PARÁMETRO VO, QUE ES EL VOLTAJE PICO PRODUCIDO POR SUS EN LA RESISTENCIA, ESTE FACTOR ES CRUCIAL YA QUE SI NO SE TIENE LA SUFICIENTE POTENCIA NO SE PODRÁ ACTIVAR EL TIRISTOR.

4

DISPARADOR DE TRIAC

EN ESTE CIRCUITO SE CONTROLA EL TRIAC MEDIANTE LOS DISPAROS DEL SUS, QUE A SU VEZ SON CONTROLADOS POR R1, R2 Y C1

UN CIRCUITO PARA CONTROL DE TRIAC POR MEDIO DE SUS (VER FIGURA) FUNCIONA DE LA SIGUIENTE FORMA. UNA FUENTE AC CONECTADA A UN PUENTE RECTIFICADOR, ENTREGA UN VOLTAJE RECTIFICADO A UN CONDENSADOR C, ESTE VOLTAJE TENDERÁ A SEGUIR EL VOLTAJE DEL PUENTE CON UN ATRASO DE POSICIÓN, DETERMINADO POR UNA RESISTENCIA DE CARGA R2 EN SERIE CON EL CONDENSADOR. EN ALGÚN MOMENTO DEL SEMI-CICLO EL VOLTAJE DEL CONDENSADOR ALCANZARÁ EL VOLTAJE DE DISPARO DEL SUS, AL ALCANZAR ESTE VOLTAJE EL SUS SE DISPARA Y PERMITE QUE EL CONDENSADOR SE DESCARGUE A TRAVÉS DEL DEVANADO PRIMARIO DE UN TRANSFORMADOR. ESTA DESCARGA DEL CONDENSADOR C1 PRODUCE UN IMPULSO DE CORRIENTE EN EL DEVANADO PRIMARIO DEL TRANSFORMADOR HASTA QUE EL CONDENSADOR SE DESCARGUE AL PUNTO DE NO PODER ENTREGAR UNA CORRIENTE IGUAL AL DE MANTENIMIENTO SUS. EN EL SECUNDARIO SE PRODUCE UNA CORRIENTE QUE VA DIRECTO A LA COMPUERTA DEL TRIAC, LA CUAL LO ACTIVA. CABE DESTACAR QUE LA CORRIENTE VA SALIENDO DE LA COMPUERTA; ESTO SE LOGRA INVIRTIENDO EL SECUNDARIO, ESTO PERMITE QUE EL TRIAC SE DISPARE EN EL SEGUNDO Y TERCER CUADRANTE, ES DECIR PARA UNA CORRIENTE NEGATIVA Y POLARIZACIÓN DIRECTA E INVERSA DE TERMINALES. SI NO SE COLOCARA EL SUS, LOS ÁNGULOS DE DISPAROS SERIAN DIFERENTES ENTRE LOS SEMI-CICLOS POSITIVOS Y NEGATIVOS DE LA CARGA, YA QUE RECORDEMOS QUE EL TRIAC SE ENCIENDE DEPENDIENDO DE LA POLARIZACIÓN DE SUS TERMINALES Y DEL SENTIDO DE LA CORRIENTE EN SU BASE. SIN EMBARGO, COMO EL SUS GENERA UN PULSO QUE EVITA QUE EL TRIAC DETECTE UNA CURVA SUAVE DE ELEVACIÓN DE CORRIENTE Y CON ELLO QUE SE DISPARE EN ÁNGULOS DIFERENTES.

Page 30: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

DISPARO DE SCR

CONTROL DE SCR

EN ESTE CIRCUITO DE LA FIGURA “CONTROL DE SCR” SE VUELVE A OBSERVAR LA CONFIGURACIÓN RC PARA CONTROLAR EL TIEMPO DE DISPARO DEL SUS, ESTE AL DISPARASE ACTIVA EL SCR, SIN EMBARGO A DIFERENCIA DEL TRIAC ESTE SE DESACTIVA PARA EL SEMI-CICLO NEGATIVO, YA QUE POR LA PRESENCIA DE LOS DIODOS SOLO SE DISPARARA EL SUS Y CON ELLO EL SCR PARA EL SEMI-CICLO POSITIVO.

HOJA DE DATOS

A CONTINUACIÓN, SE PRESENTAN LOS CRITERIOS RELEVANTES QUE PODEMOS ENCONTRAR EN DATASHEETS DE SUS, LOS VALORES MOSTRADOS SON PARA LA FAMILIA 2N4987, 2N4989, 2N4989 Y 2N4990

5

TENSIÓN DE DISPARO VS = 6 A 10V

CORRIENTE EN EL MOMENTO DE DISPARO IS= 0.5 MA

TENSIÓN DE MANTEAMIENTO VH = APROXIMADAMENTE 0.7 A 25º C

CORRIENTE DE MANTENIMIENTO IH = 1.5 MA MAX.

CAÍDA DE TENSIÓN DIRECTA (PARA IF = 200MA) = 1.75V

TENSIÓN INVERSA VR = 30V

PICO DE LOS IMPULSOS V0=3.5 V MIN

TEMPERATURA DE JUNTURA TJ -65 A 125º C

DE ESTOS CRITERIOS SE OBSERVA QUE ESTE DISPOSITIVO OPERA PARA BAJOS VALORES DE CORRIENTE Y DE VOLTAJE, DE HECHO, LA MÁXIMA CORRIENTE QUE ESTE DISPOSITIVO MANEJA NO ES MÁS DE 1 A

TIRISTORES DE DESACTIVACIÓN POR COMPUERTA (GTO).

ENTRE LAS MEJORAS MÁS RECIENTES QUE SE LE HAN HECHO AL TIRISTOR ESTÁ EL APAGADO POR COMPUERTA (GTO). UN TIRISTOR GTO ES UN SCR QUE PUEDE APAGARSE POR UNA PULSACIÓN SUFICIENTEMENTE GRANDE EN SU COMPUERTA DE ENTRADA, AUN SI LA CORRIENTE ID EXCEDE IH. AUNQUE LOS TIRISTORES GTO SE HAN VENIDO USANDO DESDE 1960, SOLAMENTE SE VOLVIERON PRÁCTICOS PARA LAS APLICACIONES DE CONTROL DE MOTORES, AL FINAL DE LOS AÑOS SETENTA. ESTOS DISPOSITIVOS SE HAN VUELTO MÁS Y MÁS COMUNES EN LAS UNIDADES DE CONTROL DE MOTORES, PUESTO QUE ELLOS ELIMINARON LA NECESIDAD DE COMPONENTES EXTERNOS PARA APAGAR LOS SCR EN CIRCUITOS DE CC.

Page 31: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

FIGURA 4. SÍMBOLO DEL GTO.

UN TIRISTOR GTO REQUIERE UNA MAYOR CORRIENTE DE COMPUERTA PARA ENCENDIDO QUE UN SCR COMÚN. PARA GRANDES APARATOS DE ALTA POTENCIA SE NECESITAN CORRIENTES DE COMPUERTA DEL ORDEN DE 10 A O MÁS. PARA APAGARLOS SE NECESITA UNA GRAN PULSACIÓN DE CORRIENTE NEGATIVA DE ENTRE 20 Y 30 S DE DURACIÓN. LA MAGNITUD DE LA PULSACIÓN DE CORRIENTE NEGATIVA DEBE SER DE UN CUARTO A UN SEXTO DE LA CORRIENTE QUE PASA POR EL APARATO.

Page 32: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

SCS (SILICON COTROLLED SWITCH)

LA FIGURA 8.1 MUESTRA LA ESTRUCTURA, SÍMBOLO Y CURVA CARACTERÍSTICA DE UN SCS. EN ELLA SE OBSERVA QUE MANTIENE LA ESTRUCTURA DE UN TIRISTOR CONVENCIONAL, AL QUE SE HA AÑADIDO UNA PUERTA ADICIONAL CONECTADA A P2. SU FUNCIONAMIENTO ES MUY SIMILAR AL DE UN TIRISTOR CONVENCIONAL, PERO CON LAS SIGUIENTES DIFERENCIAS:

PERMITE SU DISPARO MEDIANTE UN IMPULSO DE CORRIENETE NEGATIVA (SALIENTE) EN EL TERMINAL DE PUERTA G2.

PERMITE SU BLOQUEO (APAGADO) MEDIANTE UN IMPULSO DE CORRIENTE DE PUERTA POSITIVA (ENTRANTE) EN G2.

EN LO REFERENTE A LA SENSIBILIDAD DE DISPARO, ÉSTA ES MUCHO MAYOR EN LA PUERTA DE CÁTODO (G1) QUE EN LA DE ÁNODO (G2). ASÍ, EL DISPARO POR LA PUERTA DE CÁTODO REQUIERE UNA CORRIENTE DEL ORDEN DE 2 MA, EN TANTO QUE LA DE ÁNODO NECESITA 2 MA. EL DISPARO POR LA PUERTA DE ÁNODO SE PRODUCE POR UN FENÓMENO SIMÉTRICO AL DISPARO POR LA PUERTA DE CÁTODO, EN LA QUE LOS PAPELES DE ELECTRONES Y HUECOS SE HAN INTERCAMBIADO. ASÍ, EL DISPARO POR G1

INYECTA HUECOS Y EL DIAPARO POR G2 INYECTA ELECTRONES.

EL BLOQUEO POR IMPULSO POSITIVO EN G2 SE BASA EN LA POLARIZACIÓN INVERSA A QUE QUEDA SOMETIDA LA UNIÓN P1N1, QUE DEJA AUTOMÁTICAMENTE DE CONDUCIR. TAMBIÉN ES POSIBLE EL BLOQUEO POR IMPULSO NEGATIVO EN G1, PERO SE NECESITA UNA RESISTENCIA EXTERIOR QUE LIMITE LA INTENSIDAD DE ÁNODO A UN VALOR ADECUADO. LA INTENSIDAD DE ÁNODO MÁXIMA ES ESTOS SEMICONDUCTORES NO SUELE PASAR DE 1 A.

FIGURA 8.1. ESTRUCTURA, SÍMBOLO Y CURVA CARATERÍSTICA DE UN SCS.

Page 33: Trabajo de Investigacion Electronica de Potencia

RECTIFICADORES CONTROLADOS DE SILICIO ACTIVADOS POR LUZ (LASCR).

ESTE DISPOSITIVO SE ACTIVA MEDIANTE RADIACIÓN DIRECTA SOBRE EL DISCO DE SILICIO PROVOCADA CON LUZ. LOS PARES ELECTRÓN-HUECO QUE SE CREAN DEBIDO A LA RADIACIÓN PRODUCEN LA CORRIENTE DE DISPARO BAJO LA INFLUENCIA DE UN CAMPO ELÉCTRICO. LA ESTRUCTURA DE COMPUERTA SE DISEÑA A FIN DE PROPORCIONAR LA SUFICIENTE SENSIBILIDAD PARA EL DISPARO, A PARTIR DE FUENTES LUMINOSAS PRÁCTICAS (POR EJEMPLO, LED Y PARA CUMPLIR CON ALTAS CAPACIDADES DE DI/DT Y DV/DT).

LOS LASRC SE UTILIZAN EN APLICACIONES DE ALTO VOLTAJE Y CORRIENTE [POR EJEMPLO, TRANSMISIÓN DE CD DE ALTO VOLTAJE (HVDC) Y COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA ESTÁTICA O DE VOLT-AMPERES REACTIVOS (VAR)]. UN LASCR OFRECE TOTAL AISLAMIENTO ELÉCTRICO ENTRE LA FUENTE DE DISPARO LUMINOSO Y EL DISPOSITIVO DE CONMUTACIÓN DE UN CONVERTIDOR DE POTENCIA, QUE FLOTA A UN POTENCIAL TAN ALTO COMO UNOS CUANTOS CIENTOS DE KILOVOLTIOS. LA ESPECIFICACIÓN DE VOLTAJE DE UN LASCR PUEDE LLEGAR TAN ALTO COMO 4 KV A 1500 A, CON UNA POTENCIA DE DISPARO LUMINOSO DE MENOS DE 100MW. EL DI/DT TÍPICO ES 250 A/ S Y EL DV/DT PUEDE SER TAN ALTO COMO 2000V/ S.