Componentes Clave en Electrónica de Potencia: Diodos Rectificadores y Tiristores (SCR, TRIAC, GTO)
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Componentes Fundamentales en Electrónica de Potencia
Diodos Rectificadores
La tensión en el estado de conducción (ON) de estos diodos es la más pequeña posible, y como consecuencia, tienen un tiempo de recuperación inverso (trr) grande, el cual es aceptable únicamente en aplicaciones de frecuencia de línea. Estos diodos son capaces de bloquear varios kilovoltios y conducir varios kiloamperios. Se pueden conectar en serie y/o paralelo para satisfacer cualquier rango de tensión o de corriente.
Tiristores
El tiristor engloba una familia de dispositivos semiconductores que trabajan en conmutación, teniendo en común una estructura de cuatro capas semiconductoras en una secuencia P-N-P-N, la cual presenta un funcionamiento biestable (dos estados estables). La conmutación desde el estado de bloqueo ("OFF") al estado de conducción ("ON") se realiza normalmente por una señal de control externa. La conmutación del estado de conducción ("ON") al estado de bloqueo ("OFF") se produce cuando la corriente que atraviesa el tiristor disminuye por debajo de un valor específico, conocido como corriente de mantenimiento ("holding current"), que es particular para cada tiristor.
Dentro de la familia de los tiristores, podemos destacar los siguientes:
- SCRs (Tiristores Unidireccionales)
- TRIACs (Tiristores Bidireccionales)
- GTOs (Tiristores de Apagado por Puerta)
SCR (Rectificador Controlado de Silicio)
Del inglés "Silicon Controlled Rectifier", es el miembro más conocido y fundamental de la familia de los tiristores. En general, y por extensión del lenguaje, es más frecuente referirse a ellos simplemente como "tiristores" en lugar de SCR.
El SCR es uno de los dispositivos más antiguos y esenciales en la Electrónica de Potencia, datando de finales de los años 50. Además, continúa siendo el dispositivo con mayor capacidad de control de potencia, soportando las mayores tensiones inversas entre sus terminales y permitiendo la mayor circulación de corriente.
El SCR está formado por cuatro capas semiconductoras alternadas (P-N-P-N) y posee tres terminales: ánodo (A) y cátodo (K), por donde circula la corriente principal, y la puerta (G), que al recibir una corriente de disparo, permite el establecimiento de una corriente en sentido ánodo-cátodo.
TRIAC (Triodo para Corriente Alterna)
El TRIAC (del inglés "Triode for Alternating Current") es un tiristor bidireccional de tres terminales. Permite el paso de corriente entre los terminales A1 y A2 en ambas direcciones, y puede ser disparado con tensiones de puerta de ambos signos.
Cuando se trabaja con corriente alterna, es crucial poder controlar los dos sentidos de circulación de la corriente. Evidentemente, con un SCR solo es posible controlar el paso de corriente en un único sentido. Por lo tanto, uno de los principales motivos por los que los fabricantes de semiconductores diseñaron el TRIAC fue precisamente para superar esta limitación.
GTO (Tiristor de Apagado por Puerta)
El GTO (del inglés "Gate Turn-Off Thyristor") es un tipo de tiristor con capacidad de bloqueo controlada externamente. Su terminal de puerta permite controlar ambas transiciones: el paso del estado de bloqueo a la conducción y viceversa.
Principio de Funcionamiento del GTO
El GTO posee una estructura de cuatro capas, característica de la familia de los tiristores. Su característica principal es la capacidad de iniciar la conducción y de bloquearse mediante señales adecuadas aplicadas en el terminal de puerta (G).