TIRISTORES (Thyristor)

Transcripción

1 SCR s de Potencia

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5 TIRISTORES (Thyristor) Los tiristores son dispositivos especialmente populares en Electrónica de Potencia. Son sin duda los dispositivos electrónicos que permiten alcanzar potencias mas altas, son dispositivos realmente robustos. En 1956 se desarrollo el primer Tiristor Bell Telephoned Laboratory. Inicialmente fue llamado Transistor PNPN (hoy conocido como SCR)

6 Definición y tipos - Dispositivo de 4 capas con estados estables de conducción y bloqueo - Interruptor de potencia muy alta - Potencias y tensión muy altas - Frecuencias de conmutación no superiores a 2kHz SCR GTO TRIAC DIAC. (Silicon Controlled Rectifier). Interruptor unidireccional (Gate Turn-off) Interruptor unidireccional. Apagado por puerta (Triode AC) Interruptor bidireccional (Diode AC) Interruptor bidireccional ( Control de tiristores)

7 SCR: Silicon Controlled Rectifier Siempre es de Silicio. El SCR es el tiristor por excelencia Símbolo A (Ánodo) G (Puerta) C (Cátodo) A A I A G E B C p2 n2 p1 n1 C B E J1 J2 J3 A p2 p1 I A C n2 n1 I G V B V AC K Estructura Interna y circuito equivalente Característica

8 SCR: Silicon Controlled Rectifier A A P N P N G C G C

9 SCR: Un modelo ideal sencillo Podemos decir que es un interruptor unidireccional que se cierra con un pulso de corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la corriente pasa por cero A A A G G C MODELO IDEAL DE UN SCR C G C NOTA: El disparo por tensión directa (V B ) se considera indeseable y, como norma general, debe seleccionarse el SCR para que esto no ocurra

10 SCR: Ejemplo de control de fase U E (t) U S (t) U S (t) U max A I A Carga i g t I G R g G K U AK U E (t) U AK t U max t

11 SCR: Algunos ejemplos TO 209 AD B 7 TO 200 AF B 20 TO 208 Ac B V 100A 1300 V 1800A 500 V 24A

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13 EL SCR es el dispositivo electrónico mas robusto que existe. Puede manejar tensiones y corrientes realmente impresionantes. Algunos ejemplos son realmente espectaculares. Unos de los 12 SCR para un pequeño rectificador trifásico de 500 MW y 500 KV (Inga-Shaba, ZAIRE)

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19 TRIAC: Triode AC T2 T2 G T1 Símbolo I T n4 P1 n4 T2 n1 n3 P2 n2 G T1 -V B IG I G +V B V T G T1 Estructura Interna NOTA: Se puede disparar con pulsos positivos o negativos de corriente en puerta Característica

20 TRIAC: Triode AC T2 G T1 T2 T2 G T1 G T1

21 TRIAC: Un modelo ideal sencillo Podemos decir que es un interruptor bidireccional que se cierra con un pulso de corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la corriente pasa por cero. La puerta es ahora bidireccional (2 diodos en anti-serie) T2 T2 G G T1 T1 MODELO IDEAL DE UN TRIAC

22 TRIAC: Ejemplo de control de fase U Carga R L U MAX Apagado T 2 U carga I G U T2T1 t G T 1 U e I G I G Disparo I T (RMS) = 12A V DRM = V RRM = 700 V

23 DIAC: Diode AC Dispositivo auxiliar (p.e. disparo de tiristores) Soporta picos de corrientes elevados Se debe conocer la Tensión de cebado (p.e. 33V en el DB3) DB3: Diac comercial muy popular A1 A2 I T -V B +V B V T Característica

24 DIAC: Diode AC Podemos decir que es un interruptor que se cierra por tensión (Tensión de ruptura) y permanece cerrado hasta que la corriente por el pase por cero (corriente de mantenimiento) T2 N3 P1 N3 T2 N1 N2 P2 N2 T1 T1 Estructura Interna

25 DIAC: Algunos elementos similares Recinto de descarga Gránulos de óxidos metálicos sinterizadas (Óxido de cinc, etc) DESCARGADOR DE GAS VARISTOR

26 DIAC: Uso como elemento de protección Sobretensión I F Ve Equipo a proteger TRIAC, VARISTOR, DESCARGADOR,... NOTA: Seguramente el VARISTOR es el elemento mas popular para esta aplicación

27 DIAC: Ejemplo de uso Ejemplo: Control de TRIAC con DIAC (Típico regulador de luz de salón) Carga R2 R1 R3 G A2 R1 = 0, máxima potencia R1 = Elevada, mínima potencia I G C A1 TRIAC controlado por DIAC (Montaje simplificado)

28 GTO: (Gate Turn-off) A C G La especial estructura del dispositivo permite el apagado por puerta (con un pulso negativo). G Por lo demás es similar al SCR. A C Vista desde abajo C Estructura de un GTO simétrico G

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31 MCT, tiristor controlado por MOS: Puesta en conducción por tensión negativo en puerta Apagado por tensión positiva en puerta. Ganancia elevada de tensión de control Disponibles hasta 1000V y 100A. Potencias medias bajas A Símbolo K NOTA: Tiene una funcionalidad similar a la del GTO, pero gobernado con tensión G

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33 LASCR, Tiristor controlado por luz. Son Tiristores activados por luz Utilizados en Alta tensión Frecuencias de conmutación de hasta 2KHz Tensiones elevadas 6000V y 1500A A G K NOTA: Normalmente disponen de conexiones especiales para ser disparados con fibra óptica. Son interesantes en entornos de corrientes y tensiones elevadas, permitiendo un elevado aislamiento entre el circuito de potencia y el de gobierno.

34 Algunos fabricantes de tiristores TOSHIBA

35 Condiciones de encendido Condiciones de apagado IH, IL

36 Formas de Disparo Disparo por Tensión Directa Disparo por Crecimiento de Tensión Directa Disparo por Corriente de Puerta

37 Corriente de Mantenimiento I H Corriente de Enganche I L

38 Tiempo de Encendido tgt

39 Tiempo de Apagado tq

40 Características Directa Características de Corriente Otras Características publicadas

41 Características de Puerta

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55 Tiempo de desactivación tq del tiristor: valor mínimo de intervalo de tiempo entre el instante en que la corriente IH se ha reducido a cero hasta el instante en que el tiristor es capaz de soportar una tensión directa sin activarse o saturarse. tq depende del valor pico de la corriente de saturación y la tensión instantánea antes de bloquearse.

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58 Conmutación forzada En casos en que la tensión de alimentación de CC, para desactivar el tiristor, se deberá obligar a pasar la corriente de ánodo en sentido directo, por valores debajo de la corriente de mantenimiento IH. Para esto, se deberá utilizar circuitos adicionales. Esta técnica se conoce como conmutación forzada, y por lo general se aplica en fuentes conmutadas, o troceadores de CC a CC, y en inversores, o convertidores de CC a CA. La conmutación forzada de un tiristor se puede lograr de maneras diferentes, que se pueden clasificar como: Autoconmutación Fuente inversa de tensión Fuente inversa de corriente

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68 Toff + ton

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