SCR

RECTIFICADOR CONTRALADO DE SILICIO
 

  El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. El pulso de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo. Según se atrase o adelante éste, se controla la corriente que pasa a la carga.

 Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado.

Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.

Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.

Configuración, simbología y características ideal

Permite bloquear voltajes positivos y negativos

Compuerta de control permite encender el dispositivo(inducción)

No se puede apagar (semicontrolado)

Característica real posee características similares al diodo, pero puede encenderse a voluntad con la corriente de compuerta

Conmutación (encendido y apagado)

 

TIME: tiempo ; FORWARD CURRENT: corriente directa

SWEEP OUT CURRENT: barrera de corriente

FORWARD VOLTAJE DROP OR ON-STATE VOLTAGE: caida de voltaje o  voltaje encendido- quieto

REVERSE LEAKAGE CURRENT: corriente de fuga inversa

REVERSE BLOCKING VOLTAGE: voltaje de bloqueo inverso

REVERSE BLOCKING STATE: estado de bloqueo inverso

FORWARD BLOCKING VOLTAGE: tension de bloque hacia adelante

FORWARD LEACKING CURRENT: corriente de entrada

TIME OF GATE TRIGGER: tiempo de descadenamiento de puerta

TURN-ON TIME: tiempo de activacion

FORWARD BLOCKING STATE: estado de bloqueo avanzado

TURN-OFF OR RECOVERY TIME: tiempo de apagado o de recuperacion

CONDUCTING OR ON-STATE:conduciendo o encendido

Ejemplo de funcionamiento: rectificador de media onda con carga resistiva

  

Características de la compuerta de los SCR

Un SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la compuerta. Esta corriente de compuerta (IG) fluye por la unión entre la compuerta y el cátodo, y sale del SCR por la Terminal del cátodo. La cantidad de corriente de compuerta necesaria para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT. Para dispararse, la mayoría de los SCR requieren una corriente de compuerta entre 0.1 y 50 mA (IGT = 0.1 - 50 mA). Dado que hay una unión pn estándar entre la compuerta y el cátodo, el voltaje entre estas terminales (VGK) debe ser ligeramente mayor a 0.6 V.

Una vez que un SCR ha sido disparado, no es necesario continuar el flujo de corriente de compuerta. Mientras la corriente continué fluyendo a través de las terminales principales, de ánodo a cátodo, el SCR perrnanecerá en ON. Cuando la corriente de ánodo a cátodo (IAK) caiga por debajo de un valor mínimo, llamado corriente de retención, simbolizada IHO el SCR se apagara. Esto normalmente ocurre cuando la fuente de voltaje de ca pasa por cero a su región negativa. Para la mayoría de los SCR de tamaño mediano, la IHO es alrededor de 10 mA.

CARACTERÍSTICA DEL SCR

La siguiente figura muestra la dependencia entre el voltaje de conmutación y la corriente de compuerta.

Cuando el SCR está polarizado en inversa se comporta como un diodo común (ver la corriente de fuga característica que se muestra en el gráfico).

En la región de polarización en directo el SCR se comporta también como un diodo común, siempre que el SCR ya haya sido activado (On). Ver los puntos D y E.

Para valores altos de corriente de compuerta (IG) (ver punto C), el voltaje de ánodo a cátodo es menor (VC).

Si la IG disminuye, el voltaje ánodo-cátodo aumenta. (ver el punto B y A, y el voltaje ánodo-cátodo VB y VA).

Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar antes de que el SCR conduzca (se ponga en On, esté activo)

Características

·         Interruptor casi ideal

·         Amplificador eficaz

·         Fácil controlabilidad

·         Características en función de situaciones pasadas (memorias).

·         Soportan altas tensiones

·         Capacidad para controlar Grandes Potencias

·         Relativa rapidez

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS
Corresponden a la región ánodo- cátodo y son los valores máximos que colocan al elemento en un límite de sus posibilidades
Vrwm. Vdrm, Vt, Itav, Itrms, Ir,Tj, Ih

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
Tensiones transitorias
Son valores de tensión que van superpuesto a la señal sinusoidal de la fuente de alimentación. Son de escasa duración, pero de amplitud considerable.

CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
Los tiristores necesitan un tiempo para pasar de bloqueo a conducción y viceversa. Para frecuencias inferiores a 400hz podemos ignorar estos efectos. En la mayoría de las

aplicaciones se requiere una conmutación más rápida por lo que este tiempo de tenerse en cuenta.

CARACTERÍSTICAS POR TEMPERATURA

Dependiendo de las condiciones de trabajo de un tiristor, este disipa una cantidad de energía que produce un aumento de la temperatura en las uniones del semiconductor. Este aumento de la temperatura produce un aumento de la corriente de fuga, creando un fenómeno de acumulación de calor que debe ser evitado. Para ello se colocan Disipadores de calor.

Aplicaciones del SCR

La aplicación de los tiristores se extiende desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la corriente continua en alterna. La principal ventaja que presentan frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es que su entrada en conducción estará controlada por la señal de puerta. De esta forma se podrá variar la tensión continua de salida si se hace variar el momento del disparo ya que se obtendrán diferentes ángulos de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna de entrada. Además, el tiristor se bloqueará automáticamente al cambiar la alternancia de positiva a negativa ya que en este momento empezará a recibir tensión inversa. Por lo anteriormente señalado el SCR tiene una gran variedad de aplicaciones, entre ellas están las siguientes:

· Controles de relevador.

· Circuitos de retardo de tiempo.

· Fuentes de alimentación reguladas.

· Interruptores estáticos.

· Controles de motores.

· Recortadores.

· Inversores.

· Ciclo conversores.

· Cargadores de baterías.

· Circuitos de protección.

· Controles de calefacción.

· Controles de fase.

Ventajas

·         Requiere poca corriente de gate para disparar una gran corriente directa

·         Puede bloquear ambas polaridades de una señal de A.C.

·         Bloquea altas tensiones y tiene caídas en directa pequeñas

Desventajas

·         El dispositivo no se apaga con Ig=0

·         No pueden operar a altas frecuencias

·         Pueden dispararse por ruidos de tensión

·         Tienen un rango limitado de operación con respecto a la temperatura