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 Tema 5. SCR Transparencia 7 de 15 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