. La resistencia
inversa es típicamente de 100 k
o más.
Dentro de la familia de dispositivos pnpn, el rectificador controlado de silicio (SCR) es, sin duda, el de mayor interés hoy en día, y fue presentado por primera vez en 1956 por los Bell Telephone Laboratories. Algunas de las áreas más comunes de aplicación de los SCR incluye controles de relevador, circuitos de retardo de tiempo, fuentes de alimentación reguladas, interruptores estáticos, controles de motores, recortadores, inversores, cicloconversores, cargadores de baterías, circuitos de protección, controles de calefacción y controles de fase.
En años recientes
han sido deseñados SCR para controlar potencias tan altas de hasta
10 MW y con valores individuales tan altos como de 2000 A a 1800 V. Su
rango de frecuencia de aplicación también ha sido extendido
a cerca de 50 kHz, lo que ha permitido algunas aplicaciones de alta frecuencia.
Operación Básica del Rectificador Controlado de Silicio
Como su nombre lo
indica, el SCR es un rectificador construido con material de silicio con
una tercera terminal para efecto de control. Se escogió el silicio
debido a sus capacidades de alta temperatura y potencia. La operación
básica del SCR es diferente de la del diodo semiconductor de dos
capas fundamental, en que una tercera terminal, llamada compuerta, determina
cuándo el rectificador conmuta del estado de circuito abierto al
de circuito cerrado. No es suficiente sólo la polarización
directa del ánodo al cátodo del dispositivo. En la región
de conducción la resistencia dinámica el SCR es típicamente
de 0.01 a 0.1 . La resistencia
inversa es típicamente de 100 k
o más.
El símbolo gráfico para el SCR se muestra en la figura 4.27, y las conexiones correspondientes a la estructura de semiconductor de cuatro capas en la figura 4.26.
Figura 4.26. Construcción
básica del SCR.
Figura 4.27. Símbolo
del SCR.
Características y Valores Nominales del SCR
En la figura 4.28
se proporcionan las características de un SCR para diversos valores
de corriente de compuerta. Las corrientes y voltajes más usados
se indican en las características.
Figura 4.28. Características
del SCR.
1. Voltaje de ruptura directo V(BR) F* es el voltaje por arriba del cual el SCR entra a la región de conducción. El asterisco (*) es una letra que se agregará dependiendo de la condición de la terminal de compuesta de la manera siguiente:
O = circuito
abierto de G a K
S = circuito
cerrado de G a K
R = resistencia
de G a K
V = Polarización
fija (voltaje) de G a K
2. Corriente de sostenimiento (IH) es el valor de corriente por abajo del cual el SCR cambia del estado de conducción a la región de bloqueo directo bajo las condiciones establecidas.
3. Regiones de bloqueo directo e inverso son las regiones que corresponden a la condición de circuito abierto para el rectificador controlado que bloquean el flujo de carga (corriente) del ánodo al cátodo.
4. Voltaje de ruptura
inverso es equivalente al voltaje Zener o a la región de avalancha
del diodo semiconductor de dos capas fundamental.
Aplicaciones del
SCR
Tiene variedad de
aplicaciones entre ellas están las siguientes:
En la figura 4.29a se muestra un interruptor estático es serie de medida de media onda. Si el interruptor está cerrado, como se presenta en la figura 4.29b, la corriente de compuerta fluirá durante la parte positiva de la señal de entrada, encendiendo al SCR. La resistencia R1 limita la magnitud de la corriente de compuerta.
Cuando el SCR se enciende, el voltaje ánodo a cátodo (VF) caerá al valor de conducción, dando como resultado una corriente de compuerta muy reducida y muy poca pérdida en el circuito de compuerta. Para la región negativa de la señal de entrada el SCR se apagará, debido a que el ánodo es negativo respecto al cátodo. Se incluye al diodo D1 para prevenir una inversión en la corriente de compuerta.
Las formas de onda para la corriente y voltaje de carga resultantes se muestran en la figura 4.29b. El resultado es una señal rectificada de media onda a través de la carga. Si se desea conducción a menos de 180º, el interruptor se puede cerrar en cualquier desplazamiento de fase durante la parte positiva de la señal de entrada. El interruptor puede ser electrónico, electromagnético, dependiendo de la aplicación.
a) b)
Figura 4.29. Interruptor
estático en serie de media onda.
En la figura 4.30a se muestra un circuito capaz de establecer un ángulo de conducción entre 90º y 180º. El circuito es similar al de la figura 4.29a, con excepción de la resistencia variable y la eliminación del interruptor. La combinación de las resistencias R y R1 limitará la corriente de compuerta durante la parte positiva de la señal de entrada. Si R1 está en su valor máximo, la corriente de compuerta nunca llegará a alcanzar la magnitud de ence4ndido. Conforme R1 disminuye desde el máximo, la corriente de compuerta se incrementará a partir del mismo voltaje de entrada.
De esta forma se
puede establecer la corriente de compuerta requerida para el encendido
en cualquier punto entre 0º y 90º, como se muestra en la figura
4.30b. Si R1es bajo, el SCR se disparará de inmediato y resultará
la misma acción que la obtenida del circuito de la figura 4.30b,
el control no puede extenderse más allá de un desplazamiento
de fase de 90º, debido a que la entrada está a su valor máximo
en este punto. Si falla para disparar a éste y a menores valores
del voltaje de entrada en la pendiente positiva de la entrada, se debe
esperar la misma respuesta para la parte de pendiente negativa de la forma
de onda de la señal. A esta operación se le menciona normalmente
en términos técnicos como control de fase de media onda por
resistencia variable. Es un método efectivo para controlar la corriente
rms y, por tanto, la potencia se dirige hacia la carga.
a)
b)
Figura 4.30. Control
de fase de resistencia variable de media onda.
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