ensayo tiristor

1. Introducción
Un tiristor es un dispositivo semiconductor que consta de cuatro capas
similares a las de un diodo, es decir, con estructura pn. Tiene tres uniones, una
pn, otra np, y otra pn. Así también tres terminales (ánodo, cátodo, compuerta).
Los tiristores son uno de los tipos más importantes de dispositivos
semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los
circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables,
pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas
aplicaciones se puede suponer que los Tiristores son interruptores o
conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos exhiben ciertas
características y limitaciones.
Símbolo del tiristor y tres uniones pn
Distintos tipos de tiristores

2. Funcionamiento
Cuando el voltaje del ánodo se hace positivo con respecto al del cátodo, existe
una corriente entre j1 y j3, es decir, tiene una polarización directa. J2 está en
inversa y tiene una pequeña corriente del ánodo al cátodo. Se puede decir
entonces que el tiristor está en bloqueo directo y se llama a la corriente de j2 “
corriente de estado inactivo (id)”.
Ahora, si el voltaje ánodo-cátodo (vak) se incrementa a un valor grande la
unión j2, inversamente polarizada estará en ruptura. Esto se denomina ruptura
por avalancha y el voltaje se llama voltaje de ruptura directo (vbo).
Dado que las uniones j1 y j3 están en directa los portadores tendrán un
movimiento libre a través de las 3 uniones, lo que provocará una gran corriente
directa del ánodo. Entonces el dispositivo está activado. En el estado activo la
corriente del ánodo es limitada por una impedancia o una resistencia externa
(RL).
Existe una corriente conocida como corriente de enganche (IL), que a fin de
mantener un flujo de portadores debe ser menor a la corriente del ánodo. De
otra manera al reducirse el voltaje del ánodo al cátodo el tiristor se bloqueará.
IL es la corriente del ánodo mínima que se requiere para mantener el tiristor en
estado de conducción luego de ser activado y ser retirada la señal en la
compuerta.

3. Luego de que el dispositivo está activado ya no hay control sobre el mismo, ya
que el tiristor no consta de una capa de agotamiento debida a movimientos
libres de portadores en la unión j2. Si se reduce la corriente directa del ánodo a
un nivel menor de la corriente de mantenimiento (IH), se genera una región de
agotamiento alrededor de j2; entonces se logrará un bloqueo. La corriente de
mantenimiento es menor que la corriente de enganche, es decir, es la corriente
de ánodo mínima para mantener el dispositivo en régimen permanente.
Para que la unión j2 este en directa y j1y j3 en inversa el voltaje del cátodo
debe ser positivo con respecto al ánodo. En este estado estará en estado de
bloqueo inverso y una corriente de fuga inversa denominada corriente inversa
(Ir) fluirá a través del dispositivo.
Si se activa aumentando el voltaje directo de vak mas allá de vbo el tiristor
puede quedar destruido. En la práctica el voltaje directo debe estar por debajo
de vbo y el tiristor se activa mediante la aplicación de un voltaje positivo entre
la compuerta y el cátodo. Cuando el tiristor está activado gracias a una señal
de compuerta y una vez que la corriente del ánodo es mayor que la de
mantenimiento, el dispositivo conduce, debido a una retroalimentación positiva,
aun si se elimina la señal de compuerta.

4. Activación del tiristor
Los tiristores pueden activarse, o sea incrementar su corriente de ánodo, por
diversas
formas:
Acción térmica
Si la temperatura del tiristor es alta, se incrementan las corrientes ICBO1 y
ICBO2 por generación de portadores minoritarios (electrón-huecos),
aumentando los valores de á 1 y á 2. Cuando á 1 +á 2 = 1, por acción
regenerativa el tiristor se activa.
En consecuencia es necesario limitar la temperatura máxima de
funcionamiento para evitar esta condición no deseada. Los fabricantes
suministran los valores máximos de temperatura de funcionamiento.
Acción de la luz
Si se permite que la luz llegue a las junturas del tiristor (J2), aumentaran los
portadores minoritarios electrón-huecos, aumentando las corrientes = ICBO1 y
ICBO2 , hasta provocar la activación. Este mecanismo se utiliza para activar
tiristores que trabajan en convertidores para alta tensión, utilizando fibras
ópticas para su activación y aislamiento eléctrico del circuito generador de los
pulsos de disparo. (Tiristores activados por luz LASCR).
Aumento de la tensión aplicada
Si la tensión directa aplicada Vac (ánodo-cátodo) resulta mayor que VBO,
(tensión máxima de bloqueo directo), por efecto “avalancha”, aumenta ICBO1 y
ICBO2 hasta la activación por acción regenerativa, con probabilidad de
destrucción. Esto limita la máxima tensión directa aplicada.

5. Variación de la tensión aplicada (dv/dt)
Esta acción produce un aumento de las corrientes capacitivas de las junturas
del tiristor, suficientes para activarlo. Un valor alto de estas corrientes, puede
ser destructivo. Los fabricantes establecen los límites de dv/dt
que pueden soportar los tiristores.
Acción del transistor Q2 ò por corriente de compuerta
Es el método normal para activarlo; se logra aplicando un voltaje positivo a la
compuerta respecto al cátodo, que provocara la circulación de la corriente
“IGP”, dando lugar a la acción regenerativa interna en el tiristor. La activación
para el “SCR” se logra con voltajes de bloqueo directo (ánodo positivo respecto
al cátodo).
Tipos de tiristores

6. Se clasifican dependiendo de la construcción y el comportamiento
desactivación y activación: para controlar el tiempo de activación y de
desactivación los fabricantes utilizan nuevas estructuras de compuerta.
Tiristores de control de fase (SCR)
- Opera a la frecuencia de línea
- Se desactiva por conmutación natural en un tiempo 500 micros seg.
- Se utilizan en aplicaciones de conmutación a baja velocidad.
Tiristores de conmutación rápida
- Se utilizan en aplicaciones de conmutación de alta velocidad con conmutación
forzada. Ej. Pulsadores e inversores.

7. - Tiempo corto de desactivación de (500 micro seg.)
- Tiempo de voltaje (de 1000 v/micro seg.)
- Tienen un di/dt de 1000 A/micro seg.
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.
Tiristores de conducción inversa (RTC)
En muchos circuitos pulsadores e inversores, se conecta un diodo antiparalelo
a través de un SCR, con la finalidad de permitir un flujo de corriente inversa
debido a una carga inductiva, y para mejorar el requisito de desactivación de un
circuito de conmutación. El diodo fija el voltaje de bloqueo inverso del SCR a 1
ó 2v por debajo de las condiciones de régimen permanente. Sin embargo, bajo
condiciones transitorias, el voltaje inverso puede elevarse hasta 30v debido al
voltaje inducido en la inductancia dispersa del circuito dentro del dispositivo.

8. Un RCT es un intercambio entre características del dispositivo y requisitos del
circuito; puede considerarse como un tiristor con un diodo antiparalelo
incorporado, tal y como se muestra en la figura siguiente. Un RCT se conoce
también como tiristor asimétrico (ASCR). El voltaje de bloqueo directo varía de
400 a 2000v y la especificación de corriente llega hasta 500 A. El voltaje de
bloqueo inverso es típicamente 30 a 40v. Dado que para un dispositivo
determinado está preestablecida la relación entre la corriente directa a través
de un tiristor y la corriente inversa del diodo, sus aplicaciones se limitarán a
diseños de circuitos específicos.
Tiristores de tríodo bidireccional (TRIAC)
- Este puede conducir en ambas direcciones positiva y negativa. ---Se utilizan
en el control de fase de corriente alterna.
- Son como dos SCR conectadas en antiparalelo, con una conexión común.
- Se activa con una señal de compuerta positiva entre la terminal MT1 y
compuerta G.
- Si MT2 es negativa, se activará con una señal negativa a la compuerta, entre
la compuerta G y el terminal MT1.
Tiristores de inducción estática (SITH)
Es un tiristor que se activa con un voltaje positivo en la compuerta, como las
normales, y se desactivan con un voltaje negativo en la misma. Son
dispositivos de portadores minoritarios, por lo cual tienen una baja resistencia
en estado activo así como un voltaje.
Por lo general se activa y desactiva rápidamente, de 1ª6 mi.seg. el voltaje
puede alcanzar hasta 2500v y la corriente llega hasta 500 A..
Tiristores rectificadores controlados por silicio activados por luz (LASCR)

9. Se activan mediante radiación sobre el disco de silicio provocado por luz. Los
pares electrones-huecos se crean gracias a la radiación de la luz que crea un
campo eléctrico. La compuerta se diseña para proporcionar la suficiente
sensibilidad para el disparo, a partir de la fuente de luz.
Tiristores controlados por FET (FET-CTH)
- Combinan un MOSFET y un tiristor en paralelo
- Tienen alta velocidad de conmutación
- Di/dt alto y un dv/dt alto
- Se puede activar como los tiristores convencionales, pero no desactivar
mediante control de compuerta
- Si se aplica un voltaje de 3v a la compuerta del MOSFET, se genera una
corriente de disparo para el tiristor.