SCR

DEFINICIÓN

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.

     

CONSTRUCCIÓN

     El S.C.R. está constituido por cuatro capas de silicio dopadas alternativamente con

impurezas del tipo P y del tipo N. La región terminal Pz es el ánodo (A) y la otra región terminal N¡ el cátodo (K). La puerta (G) se sitúa en la zona p¡. Las situaciones o estados en los que se puede encontrar el S.C.R. vienen determinados por la. polarización a la que esté sometido y, como su nombre indica (controlado), mediante una señal exterior se le puede cambiar de uno a otro. Con polarización inversa (A negativo respecto a K) las uniones U1 y U3 quedan polarizadas inversamente; la corriente a través del dispositivo será debida a portadores minoritarios, siendo muy pequeña y pudiéndose considerar casi nula para cualquier valor de la tensión de polarización menor que la máxima inversa aplicable VBOR, a la que se produce la ruptura por avalancha, con posibilidad de destrucción del componente. El S.C.R. se comporta como un circuito abierto  y se dice que está en estado de bloqueo inverso.

SIMBOLOGÍA

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 limite 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 mas 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 aumentó de la corriente de fuga, creando un fenómeno de acumulación de calor que debe ser evitado. Para ello se colocan Disipadores de calor.

CURVA CARACTERÍSTICA

En la figura  se muestra la dependencia entre el voltaje de conmutación y la corriente de compuerta. Cuando 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, se comporta también como un diodo común, siempre que 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 anodo-cátodo VB y VA). Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar antes de que conduzca (se ponga en On / esté activo)

FUNCIONAMIENTO

FUNCIONAMIENTO DEL SCR EN CORRIENTE CONTINUA

    Si no existe corriente en la compuerta el tristor no conduce. Lo que sucede después de ser activado el SCR, es que se queda conduciendo (activado) y se mantiene así. Si se desea que el tristor deje de conducir (desactivado), el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios.

    Si se disminuye lentamente el voltaje (tensión), el tristor seguirá conduciendo hasta que por el pase una cantidad de corriente menor a la llamada "corriente de mantenimiento o de retención", lo que causará que el SCR deje de conducir aunque la tensión VG  (voltaje de la compuerta con respecto a tierra  no sea cero.

Como se puede ver el SCR , tiene dos estados:
 1- Estado de conducción, en donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy baja
 2- Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada

  

FUNCIONAMIENTO DEL SCR EN CORRIENTE ALTERNA

Se usa principalmente para controlar la potencia que se entrega a una carga eléctrica. (Bombillo, Motor, etc.). La fuente de voltaje puede ser de 110V c.a., 120V c.a., 240V c.a. , etc.

    El circuito RC produce un corrimiento de la fase entre la tensión de entrada  y la tensión en el condensador que es la que suministra la corriente a la compuerta del SCR. Puede verse que el voltaje en el condensador (en azul) está atrasado con respecto al voltaje de alimentación (en rojo) causando que el tiristor conduzca un poco después de que el tiristor tenga la alimentación necesaria para conducir.  Durante el ciclo negativo el tiristor se abre dejando de conducir. Si se modifica el valor de la resistencia, por ejemplo si utilizamos un potenciómetro, se modifica el desfase que hay entre las dos tensiones antes mencionadas ocasionando que el SCR se active en diferentes momentos antes de que se desactive por le ciclo negativo de la señal. y deje de conducir.

APLICACIONES

    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.
•  Inverores.
•  Ciclo conversores.
•  Cargadores de baterías.
•  Circuitos de protección.
•  Controles de calefacción.
•  Controles de fase.

CONEXIONES

     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. Trabajando en corriente alterna el SCR se des excita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.