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RamosDelgadoFernandoITESI

TIRISTOR.

Untiristoresunodelostiposmsimportantesdelosdispositivossemiconductoresdepotencia.Lostiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrnicos de potencia. Se operan comoconmutadoresbiestables,pasandodeunestadonoconductoraunestadoconductor.Paramuchasaplicacionessepuedesuponerque los tiristoresson interruptoresoconmutadores ideales,aunquelostiristoresprcticosexhibenciertascaractersticasylimitaciones.Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de latemperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Sondispositivosunidireccionalesporquesolamentetransmitenlacorrienteenunanicadireccin.El dispositivo consta de un nodo y un ctodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre losmismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores tpicos PNP y NPN, por eso se dicetambinqueeltiristorfuncionacontensinrealimentada.Secreanas3uniones(denominadasJ1,J2,J3respectivamente),elterminaldepuertaestconectadoalauninJ2(uninNP).

SCR(SILICONCONTROLLEDRECTIFIER)

ElSCResundispositivodecuatrocapasqueposeetresterminales:nodo,ctodoypuerta(gate).Al igualqueeldiodoShockley,presentadosestadosdeoperacin:abiertoycerrado,comosi setratasedeuninterruptor.

Figura1.ConstruccinbsicaysmbolodelSCR

CARACTERISTICATENSIONINTENSIDAD


Figura2.CaractersticadelSCREn cuanto a la parte de polarizacin positiva, el scr no conduce hasta que se recibe un pulso detensinenelterminaldepuerta(gate).Unavezrecibido,latensinentrenodoyctodocaehastasermenorqueunvoltioylacorrienteaumentarpidamente,quedandolimitadaenlaprcticaporcomponentesexternos.Podemos ver en la curva cuatro valores importantes.Dos de ellos provocarn la destruccin delSCR si se superan: VRB e IMAX. VRB (Reverse Breakdown Voltage) es, al igual que en el diodoShockley, la tensinapartirde la cual seproduceel fenmenodeavalancha. IMAX es la corrientemximaquepuedesoportarelSCRsinsufrirdao.LosotrosdosvaloresimportantessonlatensindecebadoVBO(ForwardBreakoverVoltage)ylacorrientedemantenimientoIH.

METODOSDECONMUTACION

Paraqueeldispositivointerrumpalaconduccindelacorrientequecirculaatravsdelmismo,stadebedisminuirpordebajodelvalorIH(corrientedemantenimiento).Haydosmtodosbsicosparaprovocar la apertura el dispositivo: interrupcin de corriente andica y conmutacin forzada.Ambosmtodossepresentanenlassiguientesfiguras.


Figura3.AperturadelSCRmedianteinterrupcindelacorrienteandica

Enlafigura3,seobservacmolacorrienteandicapuedesercortadamedianteuninterruptorbienenserie(figuraizquierda),obienenparalelo(figuraderecha).Elinterruptorenseriesimplementereduce la corriente a cero y hace que el SCRdeje de conducir.El interruptor en paralelo desvapartedelacorrientedelSCR,reducindolaaunvalormenorqueIH.Enelmtododeconmutacinforzada,queaparecefigura4,seintroduceunacorrienteopuestaalaconduccinenelSCR.Estoserealizacerrandouninterruptorqueconectaunabateraenparaleloalcircuito.

Figura4.DesconexindelSCRmedianteconmutacinforzada

APLICACIONESDELSCRUna aplicacin muy frecuente de los SCR es el control de potencia en alterna en reguladores(dimmer)delmparas,calentadoreselctricosymotoreselctricos.


Enlasiguientefigurasemuestrauncircuitodecontroldefasedemediaondayresistenciavariable.Entre los terminalesA yB se aplican 120V (AC).RL representa la resistencia de la carga (porejemplounelementocalefactoroelfilamentodeunalmpara).R1esunaresistencialimitadoradelacorrienteyR2esunpotencimetroqueajustaelniveldedisparoparaelSCR.Medianteelajustedelmismo, elSCRsepuededisparar en cualquier puntodel ciclopositivode laonda en alternaentre0y180,comoseapreciaenlaFigura5.

Figura5:(a)Conduccindurante180(b)Conduccindurante90

CuandoelSCRsedisparacercadelprincipiodelciclo(aproximadamentea0),comoenlaFigura5(a),conduceduranteaproximadamente180ysetransmitemximapotenciaalacarga.Cuandosedispara cerca del pico positivo de la onda, como en la Figura 5 (b), el SCR conduce duranteaproximadamente90ysetransmitemenospotenciaalacarga.MedianteelajustedeRX,eldisparopuederetardarse,transmitiendoasunacantidadvariabledepotenciaalacarga.

CuandolaentradaenACesnegativa,elSCRseapagaynoconduceotravezhastaelsiguientedisparoduranteelciclopositivo.EsnecesariorepetireldisparoencadaciclocomoseilustraenlaFigura6.EldiodosecolocaparaevitarquevoltajenegativoenACseaaplicadoalagatedelSCR.

Figura6:Disparoscclicosparacontroldepotencia

TransistorIGBTEltransistorbipolardepuertaaislada(IGBT,delinglsInsulatedGateBipolarTransistor)esundispositivosemiconductorquegeneralmenteseaplicacomointerruptorcontroladoencircuitosdeelectrnicadepotencia.Estedispositivoposeelacaractersticasdelassealesdepuertadelostransistoresdeefectocampocon la capacidadde alta corrienteyvoltajedebaja saturacindel transistorbipolar, combinandounapuertaaisladaFETparalaentradadecontrolyuntransistorbipolarcomointerruptorenunsolo


dispositivo. El circuito de excitacin del IGBT es como el del MOSFET, mientras que lascaractersticasdeconduccinsoncomolasdelBJT.Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habian sido viables hasta entonces, enparticular en losVariadores de frecuencia as como en las aplicaciones enmaquinas elctricas yconvertidores de potencia que nos acompaan cada da y por todas partes, sin que seamosparticularmente conscientes de eso: automvil, tren, metro, autobs, avin, barco, ascensor,electrodomstico,televisin,domtica,SistemasdeAlimentacinIninterrumpidaoSAI(enInglsUPS),etc.SIMBOLOGIA:Suestructuramicroelectrnicaesbastantecomplejaesporelloquelodescribimosenbaseasuesquemaequivalente.

CURVACARACTERISTICAIGBT:

COMOFUNCIONA:

Consideremosque el IBGTse encuentra bloqueadoinicialmente. Esto significaquenoexisteningnvoltajeaplicado al gate. Si unvoltaje VGS es aplicado algate, el IGBT enciendeinmediatamente, lacorrienteIDesconducidayelvoltajeVDSsevadesdeel valor de bloqueo hastacero. LA corriente IDpersisteparaeltiempotON


en el que la seal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la terminal drain D debe serpolarizadapositivamenteconrespectoalaterminalS.LAsealdeencendidoesunvoltajepositivoVGqueesaplicadoalgateG.Estevoltaje,siesaplicadocomounpulsodemagnitudaproximadade15,puedecausarqueeltiempodeencendidoseamenora1s,despusdelocuallacorrientededrain iD es igual a la corriente de carga IL (asumida como constante). Una vez encendido, eldispositivosemantieneasporunasealdevoltajeenelgate.Sinembargo,envirtuddelcontroldevoltajeladisipacindepotenciaenelgateesmuybaja.

EL IGBT se apaga simplemente removiendo la seal de voltaje VG de la terminal gate. Latransicindelestadodeconduccinalestadodebloqueopuedetomarapenas2microsegundos,porloquelafrecuenciadeconmutacinpuedeestarenelrangodelos50kHz.ELIGBTrequiereunvalor lmiteVGS(TH)paraelestadodecambiodeencendidoaapagadoyviceversa. Este es usualmente de 4 V. Arriba de este valor el voltaje VDS cae a un valor bajocercanoalos2V.Comoelvoltajedeestadodeencendidosemantienebajo,elgatedebetenerunvoltajearribade15V,ylacorrienteiDseautolimita.

ElIGBTseaplicaencontrolesdemotoreselctricos tantodecorrientedirectacomodecorrientealterna,manejadosanivelesdepotenciaqueexcedenlos50kW.

CARACTERISTICASATENERENCUENTAENUNIGBT:IDmaxLimitadaporefectoLatchup.VGSmaxLimitadaporelespesordelxidodesilicio.SediseaparaquecuandoVGS=VGSmaxlacorrientedecortocircuitoseaentre4a10veceslanominal(zonaactivaconVDS=Vmax)ypuedasoportarladuranteunos5a10s.ypuedaactuarunaproteccinelectrnicacortandodesdepuerta.VDSmaxeslatensinderupturadeltransistorpnp.Comoesmuybaja,serVDSmax=BVCB0ExistenenelmercadoIGBTsconvaloresde600,1.200,1.700,2.100y3.300voltios.(anunciadosde6.5kV).Latemperaturamximadelauninsueleserde150C(conSiCseesperanvaloresmayores)ExistenenelmercadoIGBTsencapsuladosquesoportanhasta400o600Amp.LatensinVDSapenasvaraconlatemperaturaSepuedenconectarenparalelofcilmenteSepuedenconseguirgrandescorrientesconfacilidad,porej.1.200o1.600Amperios.EnlaactualidadeseldispositivomasusadoparapotenciasentrevarioskWyunpardeMW,trabajandoafrecuenciasdesde5kHza40kHz.

Referenciasbibliogrficas:http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/enica_pot.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_IGBThttp://ccpot.galeon.com/enlaces1737117.html

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