El documento presenta una introducción a la electrónica de potencia. Explica que se basa en la conmutación de dispositivos semiconductores de potencia para controlar y convertir energía eléctrica. Describe algunos de los dispositivos clave como diodos, transistores, tiristores y sus aplicaciones. También resume brevemente la historia de la electrónica de potencia desde los primeros rectificadores de mercurio hasta el desarrollo de dispositivos semiconductores modernos en la década de 1970.

1. INTRODUCCIÓN A LA
ELECTRÓNICA DE
POTENCIA
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA
ING. COSME RAÚL ALVARADO MEZA
Wendy Lizbeth Espino Lucio
ELECTRÓNICA DEPOTENCIA | 09061057

3. INTRODUCCIÓN
Electrónica de potencia se puede definir como las aplicaciones de la electrónica de
estado sólido para el control y conversión de la energía eléctrica.
La electrónica de potencia se basa en primer término en la conmutación de
dispositivos semiconductores de potencia y con el desarrollo de la tecnología de
esos las capacidades del manejo de energía y la velocidad de conmutación han
mejorado considerablemente.
Los sistemas electrónicos de potencia pueden ser utilizados para regular voltaje,
adecuar las necesidades de potencia para el control de carga y muchas más
aplicaciones, para conseguir esto se requieren desarrollos futuros en componentes
de conmutación, en circuitos y sistemas de control.
La electrónica de potencia combina la energía, la electrónica y el control. El control
se encarga del régimen permanente o de estado estable, de las características
dinámicas de los sistemas de lazo cerrado. Mientras que la energía tiene que ver
con la electrónica de potencia estática y rotativa para la generación, transmisión y
distribución de la energía. Y la electrónica aporta los dispositivos de estado sólido
para el procesamiento de señales y cumplir con los objetivos de control deseado.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
El arranque de la electrónica de potencia inicia en 1900 con la introducción del
rectificador de mercurio, después de forma gradual introdujeron el rectificador de
tanque de metal, el rectificador de tubo de vacío, el ignitrón, fanatrón y el tiratrón
usados hasta el año de 1950.
La primera revolución electrónica comenzó en 1948, con la invención del transistor
en los Bell Telephone laboratorios, por Bardeen, Brattain y Schockley. La mayor
parte de las tecnologías modernas de electrónica avanzada se pueden rastrear a
partir de este invento.
El siguiente adelanto, en 1956, también fue logrado en los Bell laboratorios, el
transistor de disparo PNPN, que se definió como tiristor o rectificador controlado de
silicio (SCR).
El siguiente adelanto, se inicia en el año 1958, con el desarrollo del tiristor comercial,
por la compañía General Electric.

4. En 1970, los tiristores convencionales se habían usado para el control de potencia
en aplicaciones industriales. Y en este mismo año se inician nuevos desarrollos de
dispositivos semiconductores de potencia que se introdujeron al comercio; diodo de
potencia, tiristores, transistores bipolares de juntura de potencia, MOSFET de
potencia y los transistores bipolares de compuerta aislada y transistores de
inducción estáticos.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE
LAS VÁLVULAS
ELECTRÓNICAS
TIRATRÓN
En 1929 se introduce el tiratrón que es una
válvula termoiónica igual a un tríodo pero
llena de gas o vapor inerte de mercurio a
baja presión, el cual es usado para
controlar grandes potencias y corrientes.
Consta de tres electrodos que son; ánodo,
cátodo y rejilla de control.
El cátodo puede ser calentado de forma
directa o indirecta al igual que el tríodo. El
cátodo se encuentra rodeado por una
pantalla metálica, la cual hace imposible el
surgimiento de un campo eléctrico entre el ánodo y
el cátodo además de la rejilla. La terminal del ánodo
se encuentra en la parte superior del vidrio. Las
terminales del cátodo y de la rejilla están en el
casquillo de la parte inferior de la válvula.

5. En operación cuando se aplica un voltaje positivo al ánodo, no fluye corriente.
Cuando el electrodo de control se hace menos negativo, los electrones desde el
cátodo pueden viajar al ánodo porque la atracción positiva desde el ánodo prevalece
sobre la repulsión negativo causado por la tensión ligeramente negativa en la rejilla
de control. Los electrones se ionizan por las colisiones con el gas en el tubo y una
avalancha es el resultado de los efectos, causando una descarga de arco entre el
cátodo y el ánodo. El blindaje evita trayectorias de corriente ionizados que podrían
formar dentro de otras partes del tubo. El gas en un tiratrón es típicamente a una
fracción de la presión de aire al nivel del mar; 15 a 30 milibares es típico. Para un
tiratrón cátodo frío el voltaje de disparo en la rejilla de control será típicamente
positivo, y un flash de más de rejilla de control al cátodo iniciará la descarga de arco
en el tubo.
Ambas versiones se encuentran en caliente y en frío cátodo. Un cátodo caliente es
una ventaja, como la ionización del gas se hace más fácil, por lo que el electrodo
de control del tubo es más sensible. Una vez activada, el tiratrón permanecerá en
el tiempo que hay una corriente significativa que fluye a través de él. Cuando la
tensión de ánodo o corriente cae a cero, el dispositivo se apaga.

6. IGNITRÓN
En 1932 se introduce el ignitrón, es un
rectificador de mercurio líquido de tres
electrodos. Su nombre fue derivado
del método
del
encendido
del arco. El
ignitrón es
una válvula grande de cátodo frío que se usa para
conmutar corrientes intensas.
El ánodo es generalmente un bloque de carbono y el
cátodo una bolsa de mercurio. El electrodo activador
FANOTRÓN
El fanotrón es una válvula termoiónica
parecida a un diodo de vacío que está llena de
gas, es usada para la rectificación de la
corriente alterna de gran intensidad, lo que en
un dispositivo de vacío es muy difícil debido al
número limitado de electrones que puede
producir un cátodo termoiónico.
Su funcionamiento es similar al
del diodo de vacío y su símbolo
en los esquemas eléctricos y
electrónicos es el mostrado en la
imagen.

7. o encendedor, es una varilla de carburo de silicio especialmente conformada y
parcialmente sumergida en el mercurio. Cuando para por el interruptor una corriente
muy intensa produce una emisión electrónica en los puntos de contacto con el
mercurio que se evapora para formar un paso conductor entre los electrodos. Unas
versiones tienen cubiertas compuestas de metal y vidrio con un sistema de
enfriamiento por agua similar al de los rectificadores de arco de mercurio.
RECTIFICADOR DE ARCO DE MERCURIO
Este se utilizó durante muchos años como el único rectificador de potencias alternas
de distintos tipos de máquinas rotatorias. En la imagen observamos un rectificador
monofásico de arco de mercurio. Se inicia el arco cerrando el interruptor del
cebador, inclinando la ampolla de manera que el mercurio líquido haga contacto con
el cebador y volviendo a poner la ampolla, bruscamente, en su posición normal, con
lo que se interrumpe así la conexión por el mercurio y se forma un arco. Este arco
forma la ManchaCatódica sobre el mercurio líquido y se produce la ionización inicial
que hace que pueda circular la corriente hacia los ánodos.

8. Estos ánodos suelen ser de grafito y, se conectan al transformador de tal manera
que sean alternativamente positivos y negativos. Cuando un ánodo sea positivo,
captara electrones de vapor de mercurio ionizado y circulara por la carga una
corriente rectificada. Dicha carga se muestra en la figura de abajo representada por
una batería que está en carga. Si por cualquier causa se interrumpiera el arco de
mercurio, se produciría recombinación, se desionizaría el gas del tubo y no volvería
a formarse el arco, a menos que inclináramos el tubo tal como se ha mencionado
anteriormente. La bobina puesta en serie con la carga evita que se interrumpa el
arco cuando la onda de tensión alterna aplicada pase por el valor cero. La reactancia
inductiva evita que se extinga la corriente que circula por un ánodo hasta que se
haya establecido ya la que pasa por el otro. En los rectificadores de mayor tamaño
se instalan dos electrodos de excitación auxiliares. Teoría del arco de mercurio.- En
un principio se creyó que la temperatura de la mancha catódica era elevada y que
dicha mancha emitía electrones por emisión termoiónica. En la actualidad se
considera que la temperatura de la mancha es demasiado baja para una tal emisión.
Se sugirió el bombardeo de los iones positivos como causa de la emisión, pero
también esto se considera
inadecuado para explicar la gran
emisión que se produce durante el
proceso de rectificación. La teoría
que vamos a ver a continuación es
la que se tiene como más
aceptable.
En el interior del rectificador de
arco de mercurio se produce
ionización por choque.
Los electrones móviles así
liberados van rápidamente hacia
los ánodos, contribuyendo muy
poco a la corriente total.
Los iones positivos pesados se mueven relativamente despacio hacia el cátodo de
mercurio líquido, donde se forma una carga espacial positiva muy intensa sobre la

9. superficie del mercurio, con lo que entre dicha superficie y los iones positivos se
creará un campo eléctrico muy intenso. La presión del vapor de mercurio en la
región inmediatamente encima de la mancha catódica es grande y se supone que
los electrones recorrerán un camino muy corto antes de chocar con un átomo de
mercurio y ionizarlo. Esta acción suministra iones positivos que arranquen
electrones de la superficie del mercurio.
CLASIFICACIÓN DE LOS TIRISTORES O
SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
DIODOS DE POTENCIA
Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos,
aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones: son dispositivos
unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de
conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y
cátodo.
Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser
capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En
sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de
ánodo con una pequeña intensidad de fugas.
Un diodo tiene dos terminales: un ánodo y un cátodo; los diodos de potencia son de
tres tipos:
o De propósito general
o De alta velocidad o
De Schottky

10. APLICACIONES
• Rectificadores de red
• Baja frecuencia (50Hz)
• Conmutación a alta
frecuencia
• Inversores
• UPS
• Accionamiento de motores
AC
• Fuentes
conmutadas
• Convertidores
• Diodos de libre
circulación
• Cargadores de
baterías
• Aplicaciones de alta
tensión
• Aplicaciones de alta
corriente
TRANSISTORES

11. El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los
transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones
e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.
Un transistor bipolar tiene 3 uniones: base, emisor, colector. Mientras la base del
transistor NPN esté a mayor potencial que el emisor, y la corriente de la base tenga
el valor suficiente para activar al transistor en la región de saturación, el transistor
permanece cerrado, siempre que la unión colector a emisor tenga la polarización
correcta. Los transistores de potencia son de 4 clases: o BJT o MOSFET de
potencia o IGBT o SIT

12. TIRISTORES
Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas
(pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante
circuitos electrónicos de bajo consumo de potencia.
Un tiristor tiene 3 terminales: un ánodo, un cátodo y una compuerta. Cuando se hace
pasar una corriente pequeña por la terminal de la compuerta, hacia el cátodo, el
tiristor conduce siempre que la terminal del ánodo tenga mayor potencial que el
cátodo. Los tiristores se pueden dividir en 11 tipos:
o Tiristor conmutado forzado o Tiristor
conmutado por línea o Tiristor de abertura
de compuerta (GTO) o Tiristor de
conducción inversa (RCT) o Tiristor de

13. inducción estática (SITH) o Tiristor de
abertura de compuerta asistida (GATT) o
Rectificador foto-activado controlado de
silicio (LASCR) o Tiristor abierto por MOS
(MTO) o Tiristor abierto por emisor (ETO) o
Tiristor conmutado por compuerta
integrada (IGCT) o Tiristores controlados
por MOS (MCT)

15. DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LOS
DISPOSITIVOS
• Voltaje de ruptura en directa: BVO o VBO
• Voltaje inverso de ruptura: BVR o VBR
• Corriente de mantenimiento: IH
• Corriente inversa: IR
• Corriente máxima en directa: Ifmax
• Corriente en compuerta: IGT
• Potencia máxima: P
• Voltaje de pico máxima repetitiva en el estado bloqueo en el sentido directo:
Vdrm
• Voltaje de pico máxima repetitiva en el sentido bloqueo que soporta el tiristor:
Vrrm
• Corriente eficaz máxima: It
• Corriente media máxima: Io
• Corriente de pico máxima: Itsm
• Corriente de puerta directa máxima: Ifgm
• Potencia de pico de puerta: Pgfs
• Potencia media disipable por la puerta: Pgav
• Voltaje máximo de puerta: Vgm
• Corriente de ánodo de fuga máxima en el estado de bloqueo: Idrm
• Corriente de ánodo de fuga máxima en el sentido de bloqueo: Irrm
• Corriente de disparo de puerta: Igt
• Voltaje de disparo de puerta: Vgt
• Corriente de enganche: IL
• Voltaje ánodo-cátodo máxima: Vtm

16. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ELECTRÓNICA DE
POTENCIA
COMO VENTAJAS TENEMOS:
• Mejores características eléctricas (respuesta rápida, precisión y mejora en la
estabilidad).
• Costo y tamaño.
• Mayor fiabilidad y vida.
• Carencia de mantenimiento (no existen partes móviles que se desgasten).
• No hay vibraciones.
• No se producen arcos eléctricos (no existe desgaste de contactos ni ruido
electromagnético).
LAS DESVENTAJAS:
• Menor robustez eléctrica.
• Son de capacidad reducida para soportar voltajes y corrientes muy grandes.
• Algunos circuitos son caros.
Ventajas y Desventajas de los Semiconductores
VENTAJAS
Menor costo.
• Menor tamaño.
• Mayor rapidez de conmutación.
• Libres de mantenimiento.
• Capacidad en manejo de altas corrientes.
• Operación silenciosa.
• No necesitan de sistemas de enfriamiento.
• Fuertes resistencias a los choques y aceleraciones.
• Ausencia de vibraciones (no hay arco eléctrico).
• Insensibilidad a las sobrecargas.
DESVENTAJAS:
• No provee aislamiento eléctrico (los relevadores sí).
• Requiere de cuidado en su conexión.

17. • Les puede afectar la alta temperatura.
• Fáciles de destruir si se sobrepasan sus especificaciones.
• Requieren voltajes regulables.
CIRCUITOS DE APLICACIÓN POR SU FORMA DE
CONVETIR ENERGÍA ELÉCTRICA
Un convertidor de energía es un sistema o equipo electrónico que tiene por objetivo
la conversión de energía eléctrica entre dos formatos diferentes. Por ejemplo,
obtener corriente continua a partir de corriente alterna.
El concepto inicial de convertidor puede extenderse para incluir aspectos como:
eficiencia, reversibilidad, grado de idealidad, fiabilidad, volumen o tecnología por
citar las más importantes. En la figura 1 se muestra la estructura básica de un
convertidor.
CONVERTIDOR DE CA A CC (RECTIFICADORES NO CONTROLADOS):
Convierten la energía eléctrica de corriente alterna en energía de corriente continua.
Cuando se utilizan diodos, el valor de la tensión CC de salida, está determinada por
el valor de la tensión de entrada. A estos convertidores también se les denomina
“rectificadores no controlados.

18. CONVERTIDOR DE CA A CC (RECTIFICADORES CONTROLADOS):
En este caso, el valor de la tensión continúa de salida y la potencia eléctrica
convertida, puede ser controlada, variando el tiempo de conmutación de los
semiconductores interruptores. En el dibujo, vemos un rectificador controlado con
tiristores del tipo “SCR”.
CONVERTIDOR DE CORRIENTE ALTERNA A CORRIENTE ALTERNA
(CONTROLADORES DE VOLTAJE):

19. Estos convertidores convierten una tensión alterna de valor eficaz fijo, en una
tensión alterna de valor eficaz variable y controlable. Como ejemplo básico,
presentamos un circuito que utiliza como interruptor bidireccional un tiristor del tipo
“TRIAC”. Estos convertidores se les denominan también “controladores de voltaje”.
Aplicaciones típicas de esta conversión pueden ser como arrancadores de motores
de ca., control de iluminación, etc. El control de la tensión eficaz de salida, para este
caso, se logra variando el ángulo de conducción del interruptor semiconductor.
CONVERTIDOR DE CORRIENTE CONTINUA A CORRIENTE CONTINUA
(PULSADORES):
Estos convertidores, denominados también como “pulsadores o reguladores de
tensión continua por conmutación”, el voltaje promedio de la salida, se controla
mediante la variación del tiempo de conducción “t1” respecto al periodo “T”. El
siguiente dibujo, nos muestra un convertidor básico, realizado con un transistor
bipolar de potencia. La tensión continua de salida, dependerá del tiempo “t1”, cuya
relación con el periodo, está dado por t1= δ.T, siendo “δ”, la relación del ciclo del
convertidor. Si calculamos el valor de la tensión de salida, esta resulta:
Vo(promedio) = δ. Ve

20. CONVERTIDORES DE CORRIENTE CONTINUA A CORRIENTE ALTERNA
(INVERSORES):
Estos convertidores, convierten una fuente de tensión continua, en una fuente de
corriente alterna Se les denomina a estos convertidores, “inversores”

21. En el caso del circuito presentado, en el tiempo, desde cero a T/2, se hacen conducir
los transistores de efecto de campo (MOS) M1 y M2. a partir de T/2, se cortan M1 y
M2 y se hacen conducir a M3 y M4, obteniéndose sobre la carga “RL” una corriente
alterna. En el tiempo T nuevamente se repite el ciclo de conducción de los
interruptores “MOS”. Este convertidor tiene varias aplicaciones siendo una de ellas,
controlar la velocidad de motores de ca.
INTERRUPTORES ESTÁTICOS:
Se utilizan para interrumpir corriente alterna o corriente continua en aplicaciones
“todo o nada”, en forma similar como lo hacen los interruptores electromecánicos o
contactores.
En el circuito simplificado, tenemos dos SCR que actúan como interruptores. La
conmutación (cierre y apertura) se hace en el cruce por cero de la tensión de
entrada. La grafica muestra la tensión de entrada y salida donde hasta el tiempo t1,

22. los SCR se alternan en su conducción de manera tal que sobre la carga,
prácticamente la tensión “vo” es prácticamente igual a “ve”. A partir de t1, ambos
SCR dejan de conducir y la tensión sobre la carga pasa a valer cero volt.
CONSTRUCCIÓN DE DIAGRAMA A BLOQUES
EXPLICANDO QUE ELEMENTOS FORMAN UN SISTEMAO
EQUIPO ELECTRÓNICO.
Un equipo electrónico consta fundamentalmente de:
• Un circuito de potencia:
Compuesto de semiconductores de potencia y de elementos pasivos
(transformadores, bobinas, condensadores, etc.), que liga la fuente de alimentación
con la carga.
• Un circuito de mando:
Elabora la información proporcionada por el primero y genera unas señales de
excitación que determinan la conducción de los semiconductores controlados
(tiristores, transistores) con una fase y una secuencia convenientes. Dada la gran
amplificación de estos (cociente entre la potencia manejada por el elemento y la
potencia necesaria para su excitación) la potencia consumida por el circuito de
mando es despreciable frente a las perdidas en el circuito de potencia. Es obvio que
si este carece de semiconductores controlados el circuito de mando no existe.
El objeto de la electrónica de potencia es precisamente el estudio del circuito de
potencia y la apropiada elección de las señales de excitación que ha de proporcionar
el circuito de mando.

23. EXPLICAR LA OPERACIÓN DE CADA UNO DE LOS
TIRISTORES DE LA TABLA
 Tiristor diodo de bloqueo inverso/Diodo shottcky de 4 capas.
Es un dispositivo compuesto por cuatro capas semiconductoras NPNP.
Esencialmente es un dispositivo interruptor. Al aplicar un tensión positiva entre
ánodo y cátodo se puede observar que la unión J1 y J3 está polarizada en directa,
y la unión J2 polarizada en inversa.
En estas condiciones únicamente circula una corriente muy baja (despreciable) y el
dispositivo se encuentra cortado. Aumentando esta tensión positiva se llega a una
tensión VBO de ruptura o avalancha donde la corriente crece de forma abrupta y la
caída de tensión decrece de la misma manera.
En este momento, el diodo ha conmutado desde el estado de bloqueo a
conducción.
Una manera sencilla de entender el funcionamiento de este diodo consiste en
separar su a en dos mitades.
La mitad izquierda es un transistor NPN y la mitad derecha PNP, resultando el
circuito mostrado en la figura anterior que normalmente es referido como candado.
Las características eléctricas de un diodo de cuatro capas se muestran en la

24. gráfica de la figura 12.3. En esta gráfica, se pueden identificar dos zonas y cuatro
regiones de operación:
1.- Zona directa (V > 0)
1.a) Región de corte. El diodos e encuentra en corte con unas corrientes
muy bajas. En esta región se puede modelar como una resistencia ROFF de
valor
1.b) Región de resistencia negativa. Cuando la tensión entre ánodo y
cátodo es suficientemente alta se produce la ruptura de la unión con un
incremento muy elevado en corriente comportándose el diodo como si fuera
una resistencia negativa debido a la realimentación positiva de su estructura.
1.c) Región de saturación o conducción. En esta región, la caída de
tensión entre ánodo y cátodo está comprendida entre 0.5V y 1.5V,
prácticamente independiente de la corriente. Se mantendrá en este estado
siempre que la tensión y corriente alcancen unos valores mínimos conocidos
como niveles de mantenimiento definidos por VH e IH.
2.- Zona inversa (V < 0)
2.a) Región de ruptura. El diodo puede soportar una tensión máxima
inversa VRSM que superado ese valor entra en conducción debido a
fenómenos de ruptura por avalancha.

25. Son ideales para fuentes de alimentación de gran corriente y alto voltaje de
cd.
 Rectificador Controlado de Silicio (SCR)
El SCR está formado por cuatro capas semiconductoras, alternadamente P-N-P-N,
teniendo 3 terminales: ánodo (A) y cátodo (K), por los cuales circula la corriente
principal, y la puerta (G) que, cuando se le inyecta una corriente, hace que se
establezca una corriente en sentido ánodo-cátodo. La figura 2.4 ilustra una
estructura simplificada del dispositivo.
Si entre ánodo y cátodo tenemos una tensión positiva, las uniones J1 y J3 estarán
directamente polarizadas, en cuanto que la unión J2 estará inversamente
polarizada. No habrá conducción de corriente hasta que la tensión VAK aumente
hasta un valor que provoque la ruptura de la barrera de potencial en J2.
Si hay una tensión VGK positiva, circulará una corriente a través de J3, con
portadores negativos yendo del cátodo hacia la puerta. Por la propia construcción,
la capa P donde se conecta la puerta es suficientemente estrecha para que parte
de los electrones que atraviesen
J3 tengan energía cinética suficiente para vencer la barrera de potencial existente
en J2, siendo entonces atraídos por el ánodo.

26. De esta forma, en la unión inversamente polarizada, la diferencia de potencial
disminuye y se establece una corriente entre ánodo y cátodo, que podrá persistir
aún sin la corriente de puerta.
Cuando la tensión VAK es negativa, J1 y J3 quedarán inversamente polarizadas, en
cuanto que J2 quedará directamente polarizada. Teniendo en cuenta que la unión
J3 está entre dos regiones altamente dopadas, no es capaz de bloquear tensiones
elevadas, de modo que cabe a la unión J1 mantener el estado de bloqueo del
componente.
Existe una analogía entre el funcionamiento del tiristor y el de una asociación de
dos transistores bipolares, conforme se muestra en la figura 2.5.
Cuando se aplica una corriente de puerta IG positiva, Ic2 e IK aumentarán. Como
Ic2 = Ib1, T1 conducirá y tendremos Ib2 = Ic1 + IG, que aumentará Ic2 y así el
dispositivo evolucionará hasta la saturación, aunque se elimine la corriente de
puerta IG. Tal efecto acumulativo ocurre si las ganancias de los transistores son
mayores que 1. El componente se mantendrá en conducción desde que, después
del proceso dinámico de entrada en conducción, la corriente del ánodo haya
alcanzado un valor superior al límite IL, llamada corriente de enclavamiento
“latching current”.
Para que el SCR deje de conducir es necesario que su corriente caiga por debajo
del valor mínimo de mantenimiento (IH), permitiendo que se restablezca la barrera
de potencial en J2. Para la conmutación del dispositivo no basta con aplicar una

27. tensión negativa entre ánodo y cátodo. Dicha tensión inversa acelera el proceso de
desconexión por dislocar en los sentidos adecuados los portadores en la estructura
cristalina, pero ella sola no garantiza la desconexión.
Características tensión-corriente
En la figura 2.6 podemos ver la característica estática de un SCR. En su estado de
apagado o bloqueo (OFF), puede bloquear una tensión directa y no conducir
corriente. Así, si no hay señal aplicada a la puerta, permanecerá en bloqueo
independientemente del signo de la tensión VAK. El tiristor debe ser disparado o
encendido al estado de conducción (ON) aplicando un pulso de corriente positiva
en el terminal de puerta, durante un pequeño intervalo de tiempo, posibilitando que
pase al estado de bloqueo directo. La caída de tensión directa en el estado de
conducción (ON) es de pocos voltios (1-3 V).
Una vez que el SCR empieza a conducir, éste permanece en conducción (estado
ON), aunque la corriente de puerta desaparezca, no pudiendo ser bloqueado por
pulso de puerta.
Únicamente cuando la corriente del ánodo tiende a ser negativa, o inferior a un valor
umbral, por la influencia del circuito de potencia, el SCR pasará a estado de
bloqueo.
En
régimen
estático, dependiendo de la tensión aplicada entre ánodo y cátodo podemos
distinguir tres regiones de funcionamiento:
1. Zona de bloqueo inverso (vAK < 0): Ésta condición corresponde al
estado de no conducción en inversa, comportándose como un diodo.
2. Zona de bloqueo directo (vAK > 0 sin disparo): El SCR se comporta
como un circuito abierto hasta alcanzar la tensión de ruptura directa.
3. Zona de conducción (vAK > 0 con disparo): El SCR se comporta como
un interruptor cerrado, si una vez ha ocurrido el disparo, por el dispositivo

28. circula una corriente superior a la de enclavamiento. Una vez en conducción,
se mantendrá en dicho estado si el valor de la corriente ánodo cátodo es
superior a la corriente de mantenimiento.
 SCR activado por luz LASCR
Tienen tres terminales, y por tanto, el umbral del disparo óptico puede controlarse
electrónicamente. La ventaja principal del fototiristor es que es un excelente
conmutador, con una capacidad de gobernar potencias muy superiores a otros
fotodetectores. Con refrigeración apropiada, algunos fototiristores pueden trabajar
a unos cientos de voltios con un ampere.
La Figura 43 muestra un corte de un foto-SCR típico. Con polarización apropiada
los fotones entrantes crean pares electrón-hueco en la vecindad de la segunda
unión y estos portadores libres son atraídos a través de las uniones produciendo
una corriente ánodo-cátodo. A un cierto nivel de radiación, la ganancia neta de
corriente del dispositivo excede a la unidad y la corriente ánodo-cátodo sólo viene
limitada por la impedancia exterior. En este punto, el SCR ha cambiado de ser un
conmutador prácticamente abierto a uno casi en cortocircuito, como se ve en la
Figura 44.

29. La salida de un foto-SCR no es proporcional a la radiación incidente como en el
caso de los fotodetectores anteriores. El foto-SCR está CORTADO (baja corriente
de ánodo) antes que una irradiancia adecuada lo dispare (Figura 45) y CONDUCE
en cuanto se supera el umbral óptico.
La resistencia puerta-cátodo (RGK) determina la sensibilidad a la luz (figura 46) y a
su vez influye en los efectos de temperatura, respuesta en frecuencia y dv/dt.
Aumentando RGK aumenta la sensibilidad a la luz ya la temperatura, pero
disminuye la respuesta en el tiempo. Como puede esperarse, el nivel de disparo de
un foto-SCR depende de la temperatura de la unión, de la tensión aplicada, etc.
La Fig. 44 muestra lo esencial de un circuito con foto-SCR. Antes que se alcance
el umbral óptico, el SCR está CORTADO y solo Huye una pequeña corriente de

30. pérdida (unos µA) de ánodo a cátodo, por tanto, la carga no tiene conexión a masa.
Cuando la irradiancia alcanza el valor de disparo adecuado, el
SCR CONDUCE ≈ 0,9 A. Como el foto-SCR no se CORTA al eliminar la luz, debe
emplearse un método de conmutación. C1 es necesario para evitar que el SCR
conduzca con un falso disparo si la alimentación se aplica muy rápidamente.
 Conmutador con control de puerta (CGS)
El tiristor bloqueable puede:
• Dispararse, si se aplica un impulso positivo a su electrodo de mando.
• Bloquearse de nuevo, si se aplica un impulso negativo a este mismo
electrodo de mando.
Esta propiedad es consecuencia de que al abrir el circuito, el elemento proporciona
una ganancia de corriente.

31. La señal de puerta conmuta CGS lento en corte como en conducción se aplica en
conmutadores de cc inversores, troceadores, circuitos lógicos.  Conmutador
unilateral de silicio (SUS)
Destinado esencialmente al disparo de tiristores, el conmutador unilateral de silicio
(“sillicon unilateral switch” = SUS) está constituido por un tiristor miniatura, con
puerta de ánodo, al que se asocia, entre la puerta y cátodo, un diodo de avalancha
de baja tensión (fig. 7-2).
Algunas de las características de este elemento, tomadas de un D13D1 de general
electric, son las siguientes:
• Tensión de disparo VS=6 a 10 V.
• Corriente en el momento de disparo =0.5 mA max. ‟
• Tensión de mantenimiento VH = aproximadamente 0.7 V o 25° C.
• Corriente de mantenimiento IH= 1,5 mA lnix.
• Caída de tensión directo (para IF=200 mA)= 1.75 V.
• Tensión inversa VR = 30 V.
• Pico de los impulsos Vo=3.5 V mín.

32. Este último dato es uno
de los más
importantes, y se mide
montando el SUS en el
circuito de la figura 7-
3; se ve que, en
efecto, nos evalúa la
aptitud del SUS para
controlar tiristores.
Comparado con el UJT, el SUS se dispara a una tensión fija, determinada por su
diodo de avalancha, y su corriente IS resulta mayor, y muy cercana a IH. Estos
datos limitan la frecuencia (tanto alta como baja) de „trabajo del elemento. La
sincronización se asegura mediante los impulsos aplicados a la puerta del SUS.
Señalemos, a propósito de este elemento, que existen igualmente disparadores de
este tipo, de sensibilidad regulable.
 Conmutador controlado de silicio (SCS)
El SCS es un dispositivo de cuatro capas y cuatro terminales externos. La adición
de un cuarto terminal permite una mayor flexibilidad en sus características y
aplicaciones. La conexión ánodo-compuerta es utilizada para llevar al dispositivo de
su estado de conducción a bloqueo.
a) Estructura interna b) símbolo c) analogía d) curva corriente-voltaje
Fig. 15

33. En la figura 15 puede observarse que un pulso de polaridad negativa aplicado en
compuerta de ánodo hará conducir a T1 y por lo tanto a T2 iniciándose un proceso
regenerativo y por lo tanto una elevada circulación de corriente entre terminales
ánodo-cátodo. Si se aplica un pulso positivo en esta misma compuerta o uno
negativo en la de cátodo se obtiene el estado de circuito abierto del dispositivo. En
general, la corriente requerida en la compuerta de ánodo para el disparo es mucho
mayor que la requerida en la compuerta de cátodo. Valores típicos de corriente de
compuerta de ánodo y de cátodo son respectivamente 1.5 mA y 1 &µA.
 Diac
Es básicamente una combinación paralelo inversa de dos diodos de cuatro capas,
lo cual permite el disparo en ambas direcciones. La figura 1 muestra su
conformación física, su símbolo y su característica tensión-corriente.
La característica tensión-corriente muestra claramente un voltaje de ruptura tanto
para valores positivos como para negativos, es decir que el único camino de disparo
del dispositivo es exceder los niveles de ruptura ± VS.
Los voltajes de ruptura pueden variar entre 25 y 42 voltios.
Los niveles de corriente son de aproximadamente .2 mA
 Triac

34. El TRIAC (“Triode of Alternating Current”) es un tiristor bidireccional de tres
terminales. Permite el paso de corriente del terminal A1 al A2 y viceversa, y puede
ser disparado con tensiones de puerta de ambos signos.
El primer TRIAC fue inventado a finales de los años 60. Simplificando su
funcionamiento, podemos decir que un TRIAC se comporta como dos SCR en
antiparalelo (tiristor bidireccional). De esta forma, tenemos control en ambos
sentidos de la circulación de corriente. La figura 2.9 muestra el esquema equivalente
de un TRIAC.
La figura 2.10 muestra el símbolo utilizado para representar el TRIAC, así como su
estructura interna en dos dimensiones. Como se ha mencionado, el TRIAC permite
la conducción de corriente de ánodo a cátodo y viceversa, de ahí que los terminales
no se denominen ánodo y cátodo, sino simplemente ánodo 1 (A1) y ánodo 2 (A2).
En algunos textos dichos terminales se denominan MT1 y MT2. Como en el caso
del SCR, tenemos un terminal de control denominado puerta que nos permite la
puesta en conducción del dispositivo en ambos sentidos de circulación. Si bien el
TRIAC tiene varios mecanismos de encendido (con corrientes positivas y
negativas), lo más usual es inyectar corriente por la puerta en un sentido para
provocar la puesta en conducción.

35. La figura 2.11.muestra la característica estática I-V del TRIAC. Se puede observar
que presenta estado de conducción tanto para iA positiva como negativa, y puede
ser disparada desde el estado de corte al de conducción tanto para vA1A2 positiva
como negativa. Además, la corriente de puerta que fuerza la transición del estado
de corte al de conducción puede ser tanto positiva como negativa. En general, las
tensiones y corrientes necesarias para producir la transición del TRIAC son
diferentes según las polaridades de las tensiones aplicadas.
 Conmutador bilateral de silicio (SBS)
Un SBS o Conmutador 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 anti paralelo. Al igual que los tiristores UJT,

36. 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,
debidoa que pueden polarizarse directa e inversamente. En la figura 7.1 se muestra
su símbolo y que aparenta ser dos SUS en sentido contrario.
Fig. 7.1 símbolo del conmutador bilateral de silicio
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 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 como lo muestra la figura 7.2 en su
circuito equivalente.
Fig. 7.2 Circuito equivalente de un SBS

37. 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 (fig. 7.3). 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.
Fig. 7.3 Curva característica voltaje-corriente del SBS.
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 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

38. ruptura original a uno determinado por el "usuario" para una aplicación cualquiera,
aunque no es común tener diferentes ángulos de ruptura.
EXPLICAR LA OPERACIÓN DEL GTO Y DEL IGBT
El GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”)
Es un dispositivo con retención, pero también es un dispositivo que se puede
apagar.
Como un SCR, un GTO se puede encender aplicando una señal positiva a la
compuerta. Empero, el GTO puede abrirse con una señal negativa de compuerta.
Un GTO es un dispositivo que no retiene, y se puede construir con especificaciones
de corriente y voltaje parecidas a las de un SCR. Un GTO se enciende aplicando
un pulso positivo corto y se apaga con un pulso negativo corto a su compuerta.
Encendido: se requiere un pulso grande inicial de disparo, para activarlo. Los
valores mínimos y máximos de IGM se pueden deducir de las hojas de datos. La

39. duración del pulso no debe de ser menor que la mitad del mínimo de tiempo que
aparezca en las hojas de datos.
Estado encendido: una vez activado el GTO, debe continuar la corriente en sentido
directo de la compuerta durante todo el periodo de conducción, para asegurar que
el dispositivo permanezca en conducción. La corriente de estado de encendido en
la compuerta debe ser como mínimo, el 1% del pulso de activación, para asegurar
que la compuerta mantenga la retención.
Apagado: el proceso de apagado implica la extracción de la carga de la compuerta,
el periodo de avalancha en la compuerta y la disminución de la corriente anódica.
La cantidad de extracción de carga es un parámetro del dispositivo y su valor no
afecta en forma importante por las condiciones del circuito externo. La corriente pico
inicial de apagado y el tiempo de apagado, dependen de los componentes del
circuito externo.
El GTO tiene una larga cola de corriente de apagado, al final del apagado y en el
siguiente encendido debe esperar hasta que se haya disipado la carga residual del
ánodo, por el proceso de recombinación.
El IGBT

40. Un IGBT solo se enciende aplicándole un voltaje de compuerta positivo, para que
los portadores n formen el canal, y se apaga eliminando el voltaje de compuerta,
para que el canal desaparezca. Requiere un circuito de control muy simple.
Tiene menores perdidas de conmutación y de conducción, y al mismo tiempo
comparte muchas propiedades adecuadas de los MOSFET de potencia, como la
facilidad de excitación de compuerta, corriente pico, buenas características y
robustez.
Un IGBT es más rápido que un BJT.
La velocidad de conmutación de los IGBT es menor que las de MOSFET.
La especificaciónde corriente puede llegar hasta los 1200 V y 400 A, y la frecuencia
de conmutación puede ser hasta 20 KHz.
Los IGBT están encontrando aplicaciones crecientes en potencias intermedias,
como por ejemplo propulsores de motores de cd y de ca, fuentes de corriente,
relevadores de estado sólido y contactores.

41. REFERENCIAS
Electrónica de potencia, Wikipedia,
http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potencia Electrónica
de potencia, Juan Carlos Jiménez,
http://www.ie.itcr.ac.cr/juanjimenez/cursos/Potencia/introduccion1.pdf
Electrónica de potencia, Ecu Red,
http://www.ecured.cu/index.php/Electr%C3%B3nica_de_potencia
Tiratrón, Ecu Red,
http://www.ecured.cu/index.php/Tiratr%C3%B3n La electrónica
de potencia, E-CENTRO,
http://centrodeartigo.com/articulos-utiles/article_120079.html Electrónica
de potencia, PDF,
file:///C:/Users/Wendy/Downloads/7.automatismoelectronico153-216.pdf
Tiratrón, E-CENTRO

42. http://centrodeartigo.com/articulos-noticias-consejos/article_141006.html
Introducción a la electrónica de potencia, Scribd,
https://es.scribd.com/doc/40112008/CAPITULO-1#download Ignitrón,
Wikipedia,
http://es.wikipedia.org/wiki/Ignitr%C3%B3n Fanotrón,
Wikipedia,
http://es.wikipedia.org/wiki/Fanotr%C3%B3n Diodos
de potencia,UV,
http://www.uv.es/marinjl/electro/diodo.html#1 Diodos
de potencia, Ecu Red,
http://www.ecured.cu/index.php/Diodos_de_potencia
Transistores de potencia, UV,
http://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html#1 Electrónica
de potencia: Tiristores, Profesor molina,
http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/enica_pot.htm