Tiristores SCR, TRIAC y DIAC: funcionamiento y control de potencia
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Resumen
El documento explica el funcionamiento de los tiristores SCR, TRIAC y DIAC, dispositivos de control de potencia. Describe su cebado, su bloqueo o descebado y los métodos de conmutación del SCR. También muestra cómo el DIAC y el TRIAC se combinan en reguladores de luminosidad y qué interferencias electromagnéticas produce el control de fase.
Puntos clave
- El SCR conduce en un único sentido y su cebado depende de la puerta cuando la tensión ánodo-cátodo alcanza la tensión de ruptura directa VBO.
- Un tiristor no se controla después del disparo: para bloquearlo, la corriente ánodo-cátodo debe caer por debajo de la corriente de mantenimiento IH.
- La conmutación natural se produce en corriente alterna, donde la corriente pasa por cero, mientras que en corriente continua se necesita conmutación forzada.
- El TRIAC es bidireccional y se usa para regular corriente alterna, por control de ángulo de conducción o por paquetes de semionda.
- El DIAC es un dispositivo de dos terminales que conduce al alcanzar VBO en cualquier sentido y se usa para disparar al TRIAC en reguladores de luminosidad.
- El control por fase genera interferencias electromagnéticas, que el método de paquetes de semionda reduce.
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Fundamentos de Dispositivos de Potencia: Tiristores, SCR, TRIAC y DIAC
El Tiristor SCR (Silicon Controlled Rectifier)
El Tiristor SCR (Silicon Controlled Rectifier) permite el paso de corriente en un único sentido de circulación (unidireccional). Se diferencia en que su conducción viene autorizada por la acción sobre uno de los tres electrodos que posee: Ánodo, Cátodo y Puerta (Gate).
Cebado del Tiristor
El cebado del tiristor, a diferencia del diodo, no deja pasar una corriente apreciable aunque esté polarizado en directa, hasta que la tensión Ánodo-Cátodo ($V_{AK}$) sea igual o superior a un valor crítico. Este valor se denomina Tensión de Ruptura Directa ($V_{BO}$), Tensión de Disparo o Tensión de Cebado. Cuando se alcanza esa tensión, el tiristor se dispara y pasa a conducción (el tiristor está cebado).
Descebado y Bloqueo
A diferencia de un transistor, donde la corriente Colector-Emisor está controlada por la corriente de Base, en un tiristor no existe ningún control sobre la corriente principal después del momento inicial del disparo. Por lo tanto, debe existir un procedimiento de bloqueo o descebado. Esto se conseguirá cuando la corriente directa Ánodo-Cátodo ($I_A$) sea cercana o igual a 0, específicamente, cuando caiga por debajo de la Corriente de Mantenimiento ($I_H$).
Métodos de Conmutación del SCR
- Conmutación Natural: Ocurre en circuitos de corriente alterna (CA). La corriente en el tiristor pasará por cero en un determinado momento de su operación, permitiendo el bloqueo.
- Conmutación Forzada: Se utiliza sobre todo en circuitos con voltaje de entrada de corriente continua (CC), donde la corriente no pasa naturalmente por cero, requiriendo un circuito auxiliar para forzar la caída de $I_A$.
Electrodos del SCR: Ánodo, Cátodo, Puerta.
Dispositivos Bidireccionales de Control de Potencia
El TRIAC (Triode for Alternating Current)
El TRIAC es un componente bidireccional que puede conducir en ambos sentidos. Se utiliza ampliamente como regulador de corriente alterna (CA) por variación del ángulo de conducción, aunque esto produce interferencias electromagnéticas (EMI).
Métodos de Control de Potencia con TRIAC
- Control por Ángulo de Conducción (Phase Control): Regula la potencia variando el punto de disparo dentro del ciclo de CA.
- Control por Paquetes de Semionda (Zero-Crossing): Controla la potencia permitiendo la conducción total durante un cierto número de ciclos, seguido de un tiempo sin conducción. Este método minimiza las EMI.
Electrodos del TRIAC: Ánodo 1 (MT1), Ánodo 2 (MT2), Puerta (Gate).
El DIAC (Diode for Alternating Current)
El DIAC es un componente de dos terminales (Ánodo 1 y Ánodo 2) que no conduce hasta que la tensión en sus bornes alcanza la Tensión de Disparo ($V_{BO}$) en cualquiera de los dos sentidos (es un dispositivo antiparalelo).
Funcionamiento y Aplicación Típica (Regulador de Luminosidad)
La disminución de su corriente por debajo de la Corriente de Mantenimiento ($I_H$) es la única manera de cortarlo. Se utiliza casi siempre acompañado de otros elementos, principalmente como elemento de disparo para el TRIAC en circuitos reguladores (dimmers).
El proceso de disparo en un regulador de fase es el siguiente:
- El condensador se carga a través de la resistencia y el potenciómetro.
- Cuando la tensión del condensador alcanza el punto de disparo del DIAC, este entra en conducción.
- El DIAC, al conducir, genera un pulso que dispara a su vez al TRIAC.
La posición del cursor del potenciómetro ajusta el tiempo de carga del condensador, lo que permite variar el ángulo de disparo del TRIAC y, por tanto, la mayor o menor luminosidad de las lámparas de incandescencia.
Consideraciones sobre Interferencias
La red RC (a menudo llamada snubber o de amortiguamiento) se utiliza para evitar que el TRIAC se dispare de forma accidental por variaciones rápidas de la tensión ($rac{dV}{dt}$) entre los dos ánodos. Sin embargo, este tipo de circuito regulador (basado en control de fase) provoca una gran cantidad de interferencias electromagnéticas.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se bloquea un tiristor SCR?
Un tiristor no se controla después de dispararse, por lo que debe bloquearse cuando la corriente ánodo-cátodo cae por debajo de la corriente de mantenimiento IH. En corriente alterna esto ocurre de forma natural al pasar la corriente por cero, y en corriente continua requiere conmutación forzada.
¿Para qué se usa el DIAC en un regulador de luminosidad?
El DIAC actúa como elemento de disparo del TRIAC. Cuando el condensador carga hasta su tensión de disparo, el DIAC conduce y genera un pulso que dispara al TRIAC, de modo que la posición del potenciómetro determina el ángulo de disparo y la luminosidad.
¿Qué diferencia hay entre el control por ángulo de conducción y el control por paquetes de semionda del TRIAC?
El control por ángulo de conducción varía el punto de disparo dentro del ciclo de corriente alterna. El control por paquetes de semionda permite conducción completa durante unos ciclos y luego un tiempo sin conducción, lo que minimiza las interferencias electromagnéticas.
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