Download elementos de potencia 1

1. DEFINICIÓN.
2. ESTRUCTURA.
3. APPLET CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.
4.
CARACTERÍSTICAS GENERALES.
4.1 CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS.
4.2 CARACTERÍSTICAS DE CONTROL.
4.3 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS.
4.4 CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS.
5.
MÉTODOS DE DISPARO.
5.1 DISPARO POR PUERTA.
5.2 DISPARO POR MÓDULO DE TENSIÓN.
5.3 DISPARO POR GRADIENTE DE TENSIÓN (dV/dt).
5.4 DISPARO POR RADIACIÓN.
5.5 DISPARO POR TEMPERATURA.
6. CONDICIONES NECESARIAS PARA EL CONTROL DE UN
SCR.
7.
LIMITACIONES DEL TIRISTOR.
7.1 LIMITACIONES DE LA FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO.
7.2 LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE TENSIÓN dV/dt.
7.3 LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE INTENSIDAD dI/dt.
7.4 PROTECCIONES CONTRA dV/dt Y dI/dt.
7.5 LIMITACIONES DE LA TEMPERATURA.
8.
EXTINCIÓN DEL TIRISTOR. TIPOS DE CONMUTACIÓN.
9.
APLICACIONES DEL SCR.
1.
DEFINICIÓN.
El SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio,
Figura 1), es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con
la disposición pnpn (Figura 2). Está formado por tres terminales,
llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada
por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es
único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.
Figura 1: Símbolo del SCR.
2.
ESTRUCTURA.
Figura 2 : Estructura básica del SCR.
3.
CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.
La curva característica del SCR es la representada en el siguiente Applet:
En el Applet se muestra la curva característica típica de un tiristor SCR,
representándose la corriente de ánodo (Ia) en función de la tensión aplicada entre
ánodo y cátodo (Vak). Cuando la tensión Vak es nula, también lo es la intensidad de
corriente Ia. Al aumentar dicha tensión en sentido directo, con corriente de puerta
nula, si se supera la tensión Vb0, la transición de estado OFF a ON deja de ser
controlada. Si se desea que el paso al estado "ON" se realice para tensiones
Vak inferiores a Vb0, será necesario dotar al dispositivo de la corriente de puerta (Ig)
adecuada para que dicha transición se realice cuando la intensidad de ánodo supere la
intensidad de enganche (IL ). Por el contrario, si el dispositivo esta en conducción, la
transición al estado "OFF" se produce cuando la corriente de ánodo caiga por debajo
de la intensidad de corriente de mantenimiento (Ih).
Tanto para el estado de bloqueo directo, como para el estado de polarización
inversa, existen unas pequeñas corrientes de fugas. Cuando se polariza inversamente
se observa una débil corriente inversa (de fuga) hasta que alcanza el punto de tensión
inversa máxima que provoca la destrucción del mismo.
El SCR es, por tanto, un dispositivo conductor solo en el primer cuadrante, en
el cual el disparo se provoca por:
- tensión suficientemente elevada aplicada entre ánodo y cátodo,
- intensidad en la puerta. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y
cátodo para la transición OFF  ON, usando la corriente de puerta adecuada.
4.
CARACTERÍSTICAS GENERALES.
• Interruptor casi ideal.
• Soporta tensiones altas.
• Amplificador eficaz.
• Es capaz de controlar grandes potencias.
• Fácil controlabilidad.
• Relativa rapidez.
• Características en función de situaciones pasadas (memoria).
4.1
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS.
Las características estáticas corresponden a la región ánodo - cátodo y son los
valores máximos que colocan al elemento en límite de sus posibilidades:
- Tensión inversa de pico de trabajo .............................................: VRWM
- Tensión directa de pico repetitiva ...............................................: VDRM
- Tensión directa ...........................................................................: VT
- Corriente directa media ...............................................................: ITAV
- Corriente directa eficaz ................................................................: ITRMS
- Corriente directa de fugas ............................................................: IDRM
- Corriente inversa de fugas ............................................................: IRRM
- Corriente de mantenimiento ..........................................................: IH
Las características térmicas a tener en cuenta al trabajar con tiristores son:
- Temperatura de la unión ................................................................: Tj
- Temperatura de almacenamiento ...................................................: Tstg
- Resistencia térmica contenedor-disipador ......................................: Rc-d
- Resistencia térmica unión-contenedor ............................................: Rj-c
- Resistencia térmica unión-ambiente.................................................: Rj-a
- Impedancia térmica unión-contenedor.............................................: Zj-c
4.2
CARACTERÍSTICAS DE CONTROL.
Corresponden a la región puerta-cátodo y determinan las propiedades del
circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes
definen las siguientes características:
-Tensión directa máx. ....................................................................: VGFM
- Tensión inversa máx. ...................................................................: VGRM
- Corriente máxima..........................................................................: IGM
- Potencia máxima ..........................................................................: PGM
- Potencia media .............................................................................: PGAV
- Tensión puerta-cátodo para el encendido......................................: VGT
- Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento.............: VGNT
- Corriente de puerta para el encendido ...........................................: IGT
- Corriente residual máxima que no enciende ningún elemento............: IGNT
Entre los anteriores destacan:
- VGT e IGT , que determinan las condiciones de encendido del dispositivo
semiconductor.
- VGNT e IGNT, que dan los valores máximos de corriente y de tensión, para los
cuales en condiciones normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo de
dispararse de modo indeseado.
4.2.1
Área de disparo seguro.
En esta área (Figura 3) se obtienen las condiciones de disparo del SCR. Las
tensiones y corrientes admisibles para el disparo se encuentran en el interior de la
zona formada por las curvas:
• Curva A y B: límite superior e inferior de la tensión puerta-cátodo en
función de la corriente positiva de puerta, para una corriente nula de ánodo.
• Curva C: tensión directa de pico admisible VGF.
• Curva D: hipérbola de la potencia media máxima PGAV que no debemos
sobrepasar.
Figura 3. Curva características de
puerta del tiristor.
El diodo puerta (G) - cátodo (K) difiere de un diodo de rectificación en los
siguientes puntos:

Una caída de tensión en sentido directo más elevada.

Mayor dispersión para un mismo tipo de tiristor.
4.3
CARACTERÍSTICAS
DINÁMICAS.
4.3.1 Características
dinámicas.
• Tensiones transitorias:
- Valores de la tensión superpuestos a la señal de la fuente de alimentación.
Son
breves
y
de
gran
amplitud.
- La tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM) debe estar dentro de esos valores.
• Impulsos
de
corriente:
- Para cada tiristor se publican curvas que dan la cantidad de ciclos durante los cuales
puede
tolerarse
una
corriente
de
pico
dada (Figura
4).
- A mayor valor del impuso de corriente, menor es la cantidad de ciclos.
- El tiempo máximo de cada impulso está limitado por la temperatura media de la
unión.
Figura 4. Curva de limitación de impulsos de corriente.
• Ángulos de conducción:
- La corriente y tensión media de un SCR dependen del ángulo de conducción.
- A mayor ángulo de conducción, se obtiene a la salida mayor potencia.
- Un mayor ángulo de bloqueo o disparo se corresponde con un menor ángulo de
conducción (Figura 5):
ángulo de conducción = 180º - ángulo de disparo
- Conociendo la variación de la potencia disipada en función de los diferentes ángulos
de conducción podremos calcular las protecciones necesarias.
Figura 5. Ángulo de bloqueo y conducción de un tiristor.
4.3.2 Características de conmutación.
Los tiristores no son interruptores perfectos, necesitan un tiempo para pasar de
corte a conducción y viceversa. Vamos a analizar este hecho.
4.3.2.1 Tiempo de encendido
(
T
)
on
:
Es el tiempo que tarda el tiristor en pasar de corte a conducción. Se divide en
dos partes (Figura 6):
• Tiempo de retardo (td): tiempo que transcurre desde que la corriente de puerta
alcanza el 50 % de su valor final hasta que la corriente de ánodo alcanza el 10 % de
su valor máximo. Depende de la corriente de mando, de la tensión ánodo - cátodo y
de la temperatura (td disminuye si estas magnitudes aumentan).
• Tiempo de subida (tr): tiempo necesario para que la corriente de ánodo pase del 10
% al 90 % de su valor máximo, o, el paso de la caída de tensión en el tiristor del 90 %
al 10 % de su valor inicial.
Ton = td
+
tr
Figura 6. Tiempo de encendido.
4.3.2.2
Tiempo de apagado
(
T
off
)
:
Es el tiempo que tarda el tiristor en pasar de conducción a corte. Se divide en
dos
partes (Figura
7):
• Tiempo de recuperación inversa (trr): tiempo en el que las cargas acumuladas en
la conducción del SCR, por polarización inversa de este, se eliminan parcialmente.
• Tiempo de recuperación de puerta (tgr): tiempo en el que, en un número
suficiente bajo, las restantes cargas acumuladas se recombinan por difusión,
permitiendo que la puerta recupere su capacidad de gobierno.
Toff = trr + tgr
Figura 7. Tiempo de apagado.
La extinción del tiristor se producirá por dos motivos: reducción de la
corriente de ánodo por debajo de la corriente de mantenimiento y por anulación de
la corriente de ánodo.
CARACTERÍSTICAS
4.4
TÉRMICAS.
Dependiendo de las condiciones de trabajo de un tiristor, éste disipa una
cantidad de energía que produce un aumento de la temperatura en las uniones del
semiconductor. Este aumento de la temperatura provoca un aumento de la corriente
de fugas, que a su vez provoca un aumento de la temperatura, creando un fenómeno
de acumulación de calor que debe ser evitado. Para ello se colocan disipadores de
calor.
5.
MÉTODOS
DE
DISPARO.
Para que se produzca el cebado de un tiristor, la unión ánodo - cátodo debe
estar polarizada en directo y la señal de mando debe permanecer un tiempo
suficientemente larga como para permitir que el tiristor alcance un valor de corriente
de ánodo mayor que IL, corriente necesaria para permitir que el SCR comience a
conducir. Para que, una vez disparado, se mantenga en la zona de conducción deberá
circular una corriente mínima de valor IH, marcando el paso del estado de conducción
al
estado
de
bloqueo
directo.
Los distintos métodos de disparo de los tiristores son:
-
Por
módulo
Por
Por
gradiente
Disparo
Disparo
de
tensión
de
por
por
puerta.
tensión.
(dV/dt)
radiación.
temperatura.
El modo usado normalmente es el disparo por puerta. Los disparos por
módulo y gradiente de tensión son modos no deseados.
5.1
DISPARO POR PUERTA.
Es el proceso utilizado normalmente para disparar un tiristor. Consiste en la
aplicación en la puerta de un impulso positivo de intensidad, entre los terminales de
puerta y cátodo a la vez que mantenemos una tensión positiva entre ánodo y cátodo.
Figura 8. Circuito de control por puerta de un SCR.
- El valor requerido de VT necesario para disparar el SCR es:
VT = VG + IG × R
- R viene dada por la pendiente de la recta tangente a la curva de máxima disipación
de potencia para obtener la máxima seguridad en el disparo (Figura 9).
R = VFG / IFG
Figura 9. Recta tangente a la curva de máxima disipación de potencia.
5.2
DISPARO POR MÓDULO DE TENSIÓN.
Es el debido al mecanismo de multiplicación por avalancha. Esta forma de
disparo no se emplea para disparar al tiristor de manera intencionada; sin embargo
ocurre de forma fortuita provocada por sobre tensiones anormales en los equipos
electrónicos.
5.3
DISPARO POR GRADIENTE DE TENSIÓN.
Una subida brusca del potencial de ánodo en el sentido directo de conducción
provoca el disparo. Este caso más que un método, se considera un inconveniente.
Figura 10. Zona de disparo por gradiente de tensión.
5.4
DISPARO POR RADIACIÓN.
Está asociado a la creación de pares electrón-hueco por la absorción de la luz
del elemento semiconductor. El SCR activado por luz se llama LASCR.
5.5 DISPARO POR TEMPERATURA.
El disparo por temperatura está asociado al aumento de pares electrón - hueco
generados en las uniones del semiconductor. Así, la suma (1+2) tiende
rápidamente a la unidad al aumentar la temperatura. La tensión de ruptura permanece
constante hasta un cierto valor de la temperatura y disminuye al aumentar ésta.
6.
CONDICIONES NECESARIAS PARA EL CONTROL DE UN
SCR.
Para el control en el disparo:
- Ánodo positivo respecto al cátodo.
- La puerta debe recibir un pulso positivo con respecto al cátodo.
- En el momento del disparo Iak > IL.
Para el control en el corte:
- Anulamos la tensión Vak.
- Incrementamos RL hasta que Iak< IH.
7.
LIMITACIONES DEL TIRISTOR.
7.1 LIMITACIONES DE LA FRECUENCIA DE
FUNCIONAMIENTO.
- La frecuencia de trabajo en los SCR no puede superar ciertos valores.
- El límite es atribuible a la duración del proceso de apertura y cierre del dispositivo.
- La frecuencia rara vez supera los 10 Khz.
7.2
LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE TENSIÓN dV/dt.
"dV/dt" es el valor mínimo de la pendiente de tensión por debajo del cual no
se producen picos transitorios de tensión de corta duración, gran amplitud y elevada
velocidad de crecimiento.
a) Causas:
- La alimentación principal produce transitorios difíciles de prever en aparición,
duración (inversamente proporcional a su amplitud) y amplitud.
- Los contactores entre la alimentación de tensión y el equipo: cuya apertura y cierre
pueden producir transitorios de elevada relación dV/dt (hasta 1.000 V/µs)
produciendo el basculamiento del dispositivo.
- La conmutación de otros tiristores cercanos que introducen en la red picos de
tensión.
b) Efectos:
- Puede provocar el cebado del tiristor, perdiendo el control del dispositivo.
- La dV/dt admisible varia con la temperatura.
7.3
LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE INTENSIDAD dI/dt.
"dI/dt" es el valor mínimo de la pendiente de la intensidad por debajo de la
cual no se producen puntos calientes.
a) Causas:
- Durante el cebado, la zona de conducción se reduce a una parte del cátodo cerca de
la puerta, si el circuito exterior impone un crecimiento rápido de la intensidad, en esta
zona la densidad de corriente puede alcanzar un gran valor.
- Como el cristal no es homogéneo, existen zonas donde la densidad de Intensidad es
mayor (puntos calientes).
b) Efectos:
- En la conmutación de bloqueo a conducción la potencia instantánea puede alcanzar
valores muy altos.
- La energía disipada producirá un calentamiento que, de alcanzar el límite térmico
crítico, podría destruir el dispositivo.
7.4
PROTECCIONES CONTRA dV/dt Y dI/dt.
Solución: colocar una red RC en paralelo con el SCR y una L en serie.
Calculo: método de la constante de tiempo y método de la resonancia.
Figura 11. Circuito de protección contra dV/dt y dI/dt.
7.4.1
Método de la constante de tiempo.
• Cálculo de R y C:
1. Se calcula el valor mínimo de la constante de tiempo ζ de la dV/dt del dispositivo
y el valor de R y C:
ζ = ( 0,63 × VDRM ) / ( dV/dt )mín
C = ζ / RL
Rs = VA(máx) / ( ITSM - IL ) × Γ
donde:
VDRM = tensión de pico repetitiva de bloqueo directo.
IL = corriente en la carga.
RL = resistencia de carga.
ITSM = corriente directa de pico no repetitiva.
VA(máx) = tensión de ánodo máxima.
Γ = coeficiente de seguridad (de 0,4 a 0,1).
2. Hallamos el valor de Rmín que asegura la no superación de la dI/dt máxima
especificada (a partir de la ecuación de descarga de C):
R mín = ( VA(máx) / ( dI /dt ) × C )
½
• Cálculo de L:
L = VA(máx) / ( dI / dt)
7.4.2
Método de la resonancia.
- Elegimos R, L y C para entrar en resonancia.
El valor de la frecuencia es:
f = (dV / dt ) / 2 VA (máx)
En resonancia:
½
f = 1 / 2 (LC)
 C = 1 / ( 2f L
El valor de L es el que más nos interese, normalmente: L= 50 µH.
El valor de R será:
7.5
½
Rs = (L / C)
LIMITACIONES DE LA TEMPERATURA.
En los semiconductores de potencia, se producen pérdidas durante el
funcionamiento que se traducen en un calentamiento del dispositivo.
Si los períodos de bloqueo y de conducción en un tiristor son repetitivos, la
potencia media disipada en un tiristor será:
La potencia disipada en los tiristores durante la conducción, es mucho mayor que
la disipada durante el bloqueo y que la potencia disipada en la unión puerta cátodo. Podemos decir que las pérdidas con una tensión de alimentación dada y
una carga fija, aumentan con el ángulo de conducción (α).
Si la conducción se inicia en t1 y termina en t2, la potencia media de perdidas será:
Si representamos la VAK en función de la IA, tendremos la siguiente relación:
VAK = V0 + IA × R
V0 y R son valores aproximadamente constantes para una determinada familia de
tiristores y para una determinada temperatura de la unión. En éste caso nos
encontraremos dentro de la zona directa de la curva característica (Figura 12).
Figura 12.
Operando con las ecuaciones anteriores:
PAV = V0 × IA(AV) + R × ( IA(RMS))2
Esta ecuación se encuentra representada mediante curvas para distintas formas de
onda (sinusoidal, rectangular,...) y para distintos ángulos de conducción en la figura
siguiente.
La potencia que se disipa, depende del valor medio de la corriente y del valor
eficaz, entonces dependerá del factor de forma:
a = f = IA(RMS) / IA(AV)
Figura 13.
Una vez elegido el tiristor y teniendo en cuenta los parámetros más
importantes como son la potencia total disipada y temperatura, y calculada también la
potencia media que disipa el elemento en el caso más desfavorable, procederemos a
calcular el disipador o radiador más apropiado para poder evacuar el calor generado
por
el
elemento
semiconductor
al
medio
ambiente.
8. EXTINCIÓN DEL TIRISTOR. TIPOS DE CONMUTACIÓN.
Entenderemos por extinción, el proceso mediante el cual, obligaremos al
tiristor que estaba en conducción a pasar a corte. En el momento en que un tiristor
empieza a conducir, perdemos completamente el control sobre el mismo.
El tiristor debe presentar en el tiempo ciertas condiciones para pasar de
nuevo a corte. Este estado implica simultáneamente dos cosas:
1. La corriente que circula por el dispositivo debe quedar completamente bloqueada.
2. La aplicación de una tensión positiva entre ánodo y cátodo no debe provocar un
disparo indeseado del tiristor.
Existen diversas formas de conmutar un tiristor, sin embargo podemos
agruparlos en dos grandes grupos:
8.1
CONMUTACIÓN NATURAL.
a) Libre.
b) Asistida.
8.2
CONMUTACIÓN FORZADA.
a) Por contacto mecánico.
b) Por circuito resonante.
-Serie
-Paralelo
c) Por carga de condensador.
d) Por tiristor auxiliar.
9. APLICACIONES DEL SCR.
Las aplicaciones 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.
DIAC.
1.
2.
3.
4.
DEFINICIÓN.
ESTRUCTURA.
APPLET CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.
CARACTERÍSTICAS GENERALES Y APLICACIONES.
1.
DEFINICIÓN.
El DIAC (Diode Alternative Current, Figura 1) es un dispositivo bidireccional
simétrico (sin polaridad) con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno
de control. Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los
dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que
se llegue a su tensión de cebado o de disparo.
Figura 1: Símbolo del DIAC.
2.
ESTRUCTURA.
Figura 2 : Estructura básica del DIAC.
3.
APPLET CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.
En la curva característica tensión-corriente se observa que:
- V(+ ó -) < Vb0 , el elemento se comporta como un circuito abierto.
- V(+ ó -) > Vb0 , el elemento se comporta como un cortocircuito.
Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo
Vb0; la intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha
tensión la corriente aumenta bruscamente, disminuyendo como consecuencia la
tensión.
4. CARACTERÍSTICAS GENERALES Y APLICACIONES.
Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la
corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción
de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con
intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos
controles de velocidad de motores.
La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito
representado en la Figura 3, en que la resistencia variable R carga el condensador C
hasta que se alcanza la tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la
descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción.
Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El
momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como
consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión
media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia.
Figura 3: Disparo de TRIAC mediante un DIAC.
TRIAC.
1.
DEFINICIÓN.
2.
ESTRUCTURA.
3.
4.
APPLET CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.
MÉTODOS DE DISPARO.
4.1
4.2
5.
DISPARO POR CORRIENTE CONTINUA.
DISPARO POR CORRIENTE ALTERNA.
CARACTERÍSTICAS GENERALES Y APLICACIONES.
1. DEFINICIÓN.
El TRIAC (Triode for Alternative Current) es un dispositivo semiconductor
de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una
carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado
por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de
mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la
polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Figura 1: Símbolo del
TRIAC.
En la Figura 1 se muestra el símbolo esquemático e identificación de las
terminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser
reemplazados por Terminal Principal 2 (T2) y Terminal Principal 1 (T1)
respectivamente.
2.
ESTRUCTURA.
Figura 2 : Estructura básica del TRIAC.
La estructura contiene seis capas como se indica en la Figura 2, aunque
funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido T2-T1 conduce a
través de P1N1P2N2 y en sentido T1-T2 a través de P2N1P1N4. La capa N3 facilita
el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de su estructura lo
hace más delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y capacidad para soportar
sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de algunos amperios hasta
unos 200 (A) eficaces y desde 400 a 1000 (V) de tensión de pico repetitivo.
Los TRIAC son fabricados para funcionar a frecuencias bajas; los fabricados para
trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores.
El TRIAC actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en
paralelo Figura 3, este dispositivo es equivalente a dos "latchs"( transistores
conectados con realimentación positiva, donde la señal de retorno aumenta el efecto
de la señal de entrada).
Figura 3.
La diferencia más importante que se encuentra entre el funcionamiento de un
triac y el de dos tiristores es que en este último caso cada uno de los dispositivos
conducirá durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente, bloqueándose cuando
la corriente cambia de polaridad, dando como resultado una conducción completa de
la corriente alterna. El TRIAC, sin embargo, se bloquea durante el breve instante en
que la corriente de carga pasa por el valor cero, hasta que se alcanza el valor mínimo
de tensión entre T2 y T1, para volver de nuevo a conducir, suponiendo que la
excitación de la puerta sea la adecuada. Esto implica la perdida de un pequeño ángulo
de conducción, que en el caso de cargas resistivas, en las que la corriente esta en fase
con la tensión, no supone ningún problema. En el caso de cargas reactivas se debe
tener en cuenta, en el diseño del circuito, que en el momento en que la corriente pasa
por cero no coincide con la misma situación de la tensión aplicada, apareciendo en
este momento unos impulsos de tensión entre los dos terminales del componente.
3.
APPLET CURVA CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO.
La curva característica del TRIAC es la representada en el siguiente Applet:
El Applet describe la característica tensión – corriente del TRIAC entre los
ánodos T2 y T1.
La tensión Vb0 es aquella en el cual el dispositivo pasa de una resistencia alta
a una resistencia baja y la corriente, a través del TRIAC, crece con un pequeño
cambio en la tensión entre los ánodos.
El TRIAC permanece en estado ON hasta que la corriente disminuye por
debajo de la corriente de mantenimiento Ih. Esto se realiza por medio de la
disminución de la tensión de la fuente. Una vez que el TRIAC entra en conducción,
la compuerta no controla mas la conducción, por esta razón se acostumbra dar un
pulso de corriente corto y de esta manera se impide la disipación de energía sobrante
en la compuerta. El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la
tensión en el ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo T1 y obtenemos la
característica invertida. Por esto es un componente simétrico en cuanto a conducción
y estado de bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva es
igual a la del III.
4.
MÉTODOS DE DISPARO.
Como hemos dicho, el TRIAC posee dos ánodos denominados ( MT1
y MT2) y una compuerta G. La polaridad de la compuerta G y la polaridad
del ánodo 2, se miden con respecto al ánodo 1.
El triac puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y
III mediante la aplicación entre los terminales de compuerta G y MT1 de un
impulso positivo o negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y
simplifica mucho el circuito de disparo. Veamos cuáles son los fenómenos
internos que tienen lugar en los cuatro modos posibles de disparo.
1. El primer modo del primer cuadrante designado por I (+), es aquel
en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son positivas
con respecto al ánodo MT1 y este es el modo más común (Intensidad de
compuerta entrante).
La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte
por la unión P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural
inyección de electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a
la compuerta por la caída de tensión que produce en P2 la circulación lateral
de corriente de compuerta. Esta caída de tensión se simboliza en la figura
por signos + y -. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la
unión P2N1 que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella
iniciándose la conducción.
2. El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-) es
aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son
negativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente).
Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las
capas P2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más
conductora la unión P2N1. La tensión positiva de T1 polariza el área
próxima de la unión P2N1 más positivamente que la próxima a la puerta.
Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan en parte la unión
N1P1 y la hacen pasar a conducción.
3. El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que
la tensión del ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 y la tensión de
disparo de la compuerta es negativa con respecto al ánodo MT1( Intensidad de
compuerta saliente).
El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente
conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2. El disparo
de la primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 de puerta y P de
cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2 y polariza
fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo.
La unión P2N1 de la estructura principal, que soporta la tensión exterior, es invadida
por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.
4. El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en
que la tensión del ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, y la tensión de
disparo de la compuerta es positiva con respecto al ánodo MT1(Intensidad de
compuerta
entrante).
El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en
conducción
la
estructura
P2N1P1N4.
La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por
difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión, haciéndose más
conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de
unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de
huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear la
tensión
exterior
y
se
produce
la
entrada
en
conducción.
Existe un gran número de posibilidades para realizar en la práctica el
disparo del TRIAC, pudiéndose elegir aquella que más resulte adecuada para
la aplicación concreta de que se trate. Se pueden resumir en dos variantes
básicas:
1. Disparo por corriente continua,
2. Disparo por corriente alterna.
4.1 DISPARO POR CORRIENTE CONTINUA.
En este caso la tensión de disparo proviene de una fuente de tensión
continua aplicada al TRIAC a través de una resistencia limitadora de la
corriente de puerta. Es necesario disponer de un elemento interruptor en
serie con la corriente de disparo encargado de la función de control, que
puede ser un simple interruptor mecánico o un transistor trabajando en
conmutación.
Este sistema de disparo es el normalmente empleado en los
circuitos electrónicos alimentados por tensiones continuas cuya función sea
la de control de una corriente a partir de una determinada señal de
excitación, que generalmente se origina en un transductor de cualquier tipo.
4.2 DISPARO POR CORRIENTE ALTERNA.
El disparo por corriente alterna se puede realizar mediante el empleo
de un transformador que suministre la tensión de disparo, o bien
directamente a partir de la propia tensión de la red con una resistencia
limitadora de la corriente de puerta adecuada y algún elemento interruptor
que entregue la excitación a la puerta en el momento preciso.
5.
CARACTERÍSTICAS GENERALES Y APLICACIONES.
La versatibilidad del TRIAC y la simplicidad de su uso le hace ideal
para una amplia variedad de aplicaciones relacionadas con el control de
corrientes alternas. Una de ellas es su utilización como interruptor estático
ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos
convencionales, que requieren siempre el movimiento de un contacto,
siendo la principal la que se obtiene como consecuencia de que
el TRIAC siempre se dispara cada medio ciclo cuando la corriente pasa por
cero, con lo que se evitan los arcos y sobre tensiones derivadas de la
conmutación de cargas inductivas que almacenan una determinada energía
durante su funcionamiento.
Resumiendo, algunas características de los TRIACS:
- El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta
corriente a la compuerta. Después del disparo la compuerta no posee control sobre el
estado del TRIAC. Para apagar el TRIAC la corriente anódica debe reducirse por
debajo del valor de la corriente de retención Ih.
- La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y
con el aumento de la tensión de bloqueo.
- La aplicación de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se encuentra
básicamente en corriente alterna. Su curva característica refleja un funcionamiento
muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de
ejes. Esto es debido a su bidireccionalidad.
- La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia entregada a una
carga, en corriente alterna.
Atenuador para 220 volts
Este atenuador permite regular el brillo de una o varias lámparas, de un velador o la
iluminación de un ambiente.
El elemento activo de este circuito es un triac el cual es comandado por el potenciómetro a
través del diodo Diac. El Triac puede ser montado sin disipador para cargas de hasta
300w, pero pasada esa potencia se hace indispensable el uso del mismo. El potenciómetro
conviene que sea lineal, para que el brillo varíe en forma pareja a lo largo de todo el
cursor.
ATENUADOR CON POTENCIOMETRO PARA LAMPARAS INCANDESCENTES
Basicamente para no dar muchas vueltas este circuito lo que permite es que varies la
iluminacion de la lampara desde el punto de apagado pasando por varias etapas de brillo
hasta llegar al maximo brillo...
así tendría que quedar nuestro circuito pero si no se ve muy parecido no se preocupen solo
es cuestion que
empezemos.
Materiales a utilizar:
2 resistencias de 8.2 kohm
2 capacitores 1ro de 100 nanofaradios por 400 volts y el 2do de 47 nanofaradios por 400
volts
1 Potenciometro de 250 kohm
1 Diac 3202
1 TIC226D
1 LAMPARA INCANDESCENTE CON PORTALAMPARAS
4 METROS DE CABLE (VARIA SEGUN LA DISTANCIA DEL PORTALAMPARAS AL CIRCUITO y
LA DISTANCIA DEL CIRCUITO AL TOMACORRIENTES)
1 ENCHUFE MACHO
CIRCUITO IMPRESO EN PLACA DE PERTINAX ( PARA LOS QUE NO SEPAN QUE ES UNA
PLACA DE PERTINAX, ES UNA PLACA QUE TIENE MAYOR RESISTENCIA QUE LAS OTRAS
COMUNES)
PARA AQUELLOS QUE NO DESEAN PONERSE A HACER PLACAS PUEDEN IR A ALGUNA CASA
DE ELECTRONOCA QUE SE DEDIQUE A ESTO Y LE LLEVAN EL CIRCUITO DIBUJADO O
IMPRIMIDO. EN CORDOBA UNA DE ESAS CASAS SE ENCUENTRA EN LA CALLE SANTA ROSA
ENTRE AV. GENERAL PAZ Y RIVERA INDARTE. SE LLAMA ARIES.
EXPLICACION TECNICA:
El elemento activo de este proyecto es un triac el cual es comandado por el potenciómetro a
través del diodo DIAC, que es del tipo 3202. El triac puede ser montado sin disipador para
cargas de hasta 100w, pero pasada esa potencia se hace indispensable el uso de uno. El
potenciómetro conviene que sea lineal, para que el brillo varíe en forma pareja a lo largo de
todo el cursor. El uso de la llave del pote se hace para conmutar la entrada de corriente.
Recuerde ser muy precavido dado que está trabajando con la tensión de red sin aislar.
ACA LES DEJO EL CIRCUITO