Tiristores Activación apagado polarización inyección de corriente. Tipos y aplicaciones. Rectificadores controlados

1. Rectificación controlada

2. Tiristores
• Un tiristor es un dispositivo semiconductor con
cuatro capas, de estructura pnpn, con tres
uniones pn.
• Los tiristores tienen menores pérdidas por
conducción en estado encendido y mayor
especificación de manejo de potencia.

3. Modelo de los Tiristores
Estructura básica
Circuito equivalente
Modelo de dos transistores para tiristor en
estado transitorio.

4. Tiristores
• Característica v-i Conducción

5. Tiristores
• Activación del tiristor
• El tiristor se enciende, aumentando la
corriente anódica. Esto se hace de una de las
siguientes maneras.
• Un tiristor está polarizado en sentido directo,
la inyección de corriente de compuerta al
aplicar voltaje de compuerta positivo, entre
las terminales de la compuerta y el cátodo,
enciende al tiristor.

6. Encendido del Tiristor
Termica
Si la temperatura de un tiristor es alta habrá un aumento
en el número de pares electrón-hueco, lo que aumentará
las corrientes de fuga.
Luz
Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor,
aumentaran los pares electrón-hueco pudiéndose activar
el tiristor.
Alto voltaje
Si el voltaje directo ánodo a cátodo es mayor que el
voltaje de ruptura directo VBO, fluirá una corriente de
fuga suficiente para iniciar una activación regenerativa.

7. Encendido del Tiristor
Velocidad de cambio de voltaje (dv/dt)
Si la rapidez de aumento del voltaje ánodo-cátodo
es alta, la corriente de carga de las uniones
capacitivas puede bastar para activar el tiristor.
Corriente de compuerta.
Si un tiristor está polarizado en sentido directo, la
inyección de corriente de compuerta al aplicar
voltaje de compuerta positivo, entre las terminales
de la compuerta y el cátodo activará al tiristor.

8. Criterios para el diseño de circuito de
control de compuerta
• La señal de compuerta debe eliminarse después activarse el
tiristor. Una señal de control continua aumentaría la
pérdida de potencia en la unión de la compuerta.
• Mientras está polarizado en sentido inverso, no debe haber
señal de compuerta, porque de lo contrario puede fallar a
causa de un aumento en la corriente de fuga.
• El ancho del pulso en la compuerta tG debe ser mayor que
el tiempo requerido para que la corriente del ánodo
alcance el valor de la corriente de retención IH. En la
práctica, el ancho tG del pulso se hace, en el caso normal,
mayor que el tiempo de activación ton del tiristor.

9. Apagado del tiristor
• Un tiristor que está en el estado encendido se
apaga reduciendo la corriente en sentido directo
hasta un valor inferior al de la corriente de
retención IH durante un tiempo suficientemente
largo para que todo el exceso de portadores en
las cuatro capas fluyan o se recombinen.
trr: tiempo de recuperación inverso
tr: tiempo de recombinación
tq: tiempo de apagado

10. Apagado del tiristor
• Si durante el intervalo tq se aplica un voltaje directo al
tiristor, el dispositivo se podría encender
prematuramente y dañar al dispositivo y/o al circuito.
• El tiempo de apagado, tq, es el valor mínimo del
intervalo entre el momento en que la corriente en
estado de encendido ha bajado a cero, y el momento
en que el tiristor es capaz de resistir el voltaje en
sentido directo, sin encenderse. El tiempo tq depende
del valor pico de la corriente en estado encendido y el
voltaje instantáneo de encendido.

11. TIPOS DE TIRISTORES
• Tiristores controlados por fase (o SCR).
• Tiristores bidireccionales controlados por fase (BCT, de bidirectional
phase-controlled thyristors).
• Tiristores de conmutación rápida (o SCR).
• Rectificadores controlados de silicio fotoactivados (LASCR, light-activated
silicon-controlled rectifier) .
• Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC).
• Tiristores de conducción en sentido inverso (RCT, de reverse-conducting
thyristor).
• Tiristores apagados por compuerta (GTO).
• Tiristores controlados por FET (FET-CTH, de FET-controlled thyristor).
• Tiristores de apagado por MOS (MTO, de MOS turn-off).
• Tiristores de apagado (control) por emisor (ETO, de emitter turn-off).
• Tiristores conmutados por compuerta integrada (IGCT, de integrated gate-
commutated thyristors).

12. Circuitos de disparo
• Al aplicar una señal de pulso se activa un tiristor.
• Los circuitos de potencia están sujetos a altos voltajes por
lo que es necesario un circuito de aislamiento entre un
tiristor individual y su circuito generador de pulsos de
compuerta.
• El aislamiento se puede lograr mediante transformadores
de pulsos o con optoacopladores.
• Con cargas inductivas, el periodo de conducción de un
tiristor depende del factor de potencia (FP) de la carga por
tanto no está bien definido el inicio de la conducción del
tiristor. Se requiere disparar en forma continua a los
tiristores, pero esto aumentaría las pérdidas en el tiristor.
Es preferible entonces un tren de pulsos.

13. Circuitos de disparo
Aislador de foto-SCR acoplado.

14. DISPARO CON UJT
• El transistor monounión (UJT, de unijunction transistor) se
usa en forma común para generar señales de disparo para
SCR.
• Un UJT tiene tres terminales, llamadas emisor, E, base uno,
B1 y base dos, B2.

15. DISPARO CON UJT

16. DISPARO CON PUT
• El transistor monounión programable (PUT, de
programmable unijunction transistor) es un tiristor
pequeño que se puede usar como oscilador de
relajamiento (o de descarga).

17. Rectificadores controlados
• El voltaje .de salida de los rectificadores de tiristor se varía
controlando el ángulo de retardo o de disparo de los
tiristores.
• Un tiristor controlado por fase se activa aplicando un pulso
corto a su compuerta, y se desactiva por conmutación
natural o de línea.
• Para carga muy inductiva, se desactiva disparando otro
tiristor del rectificador durante el medio ciclo negativo del
voltaje de entrada.
• Estos rectificadores controlados por fase son sencillos y
menos costosos, y su eficiencia es, en general, superior al
95%.
• Se les llama también convertidores ca-cd

18. Rectificador controlado
Principio de Operación
• Cuando se dispara el tiristor Ti en ꙍt
= α, el tiristor conduce y a través de la
carga aparece el voltaje de entrada.
• Cuando el voltaje de entrada
comienza a ser negativo en ꙍt = π, el
ánodo del tiristor es negativo con
respecto a su cátodo, el tiristor se
desactiva.

19. Rectificador controlado

20. Rectificador controlado
• Ejercicio 01: Si el convertidor de la figura tiene una
carga R puramente resistiva, y el ángulo de retardo es α
= π/2, determinar a) la eficiencia de rectificación; b) el
factor de forma (FF); e) el factor de rizo (RF); d) el TUF,
y el voltaje pico inverso (PIV) del tiristor T1

21. Rectificador controlado
• Al variar el ángulo a de retardo de 0 a π, se puede
variar el voltaje promedio de salida desde Vm/π hasta
0.
• El transformador en la entrada puede conducir
corriente cd, y con ello causar un problema de
saturación magnética.
• El rendimiento de un rectificador controlado se puede
medir con los mismos parámetros que los de los diodos
rectificadores, como son el factor de distorsión (DF),
distorsión armónica total (THD), Fp, factor de
utilización de transformador (TUF) y factor armónico
(HF).

22. Rectificador controlado
Secuencia de disparo
• Generar un pulso de señal en el cruce con
cero positivo del voltaje de alimentación vs
• Retardar el pulso el ángulo α deseado y
aplicarlo entre las terminales de compuerta y
cátodo de T1 a través de un circuito de
aislamiento de compuerta.

23. Convertidor trifásico
• Los convertidores trifásicos se usan en forma
extensa en aplicaciones industriales.
• Este circuito se llama puente trifásico.
• Los tiristores se disparan a un intervalo de π/3.
• La frecuencia del rizo de voltaje en la salida es
6fs.
• Los requisitos de filtrado son menores que los
de los convertidores de media onda.

24. Convertidor trifásico

25. Convertidor trifásico

26. Convertidor trifásico