¿Qué es un tiristor?
El tiristor es un semiconductor de potencia que se utiliza como interruptor, ya sea para conducir o interrumpir la corriente eléctrica, a este componente se le conoce como de potencia por que se utilizan para manejar grandes cantidades de corriente y voltaje, a comparación de los otros semiconductores que manejan cantidades relativamente bajas.
Cuando se habla de tiristores comúnmente se cataloga al tiristor como un SRC (silicon controlled rectifier), pero esto no es del todo correcto ya que este tipo es el más popular y conocido pero no es el único que existe.
TIPOS DE TIRISTORES
Existe una gran variedad de tiristores cada uno tiene diferentes propiedades, características ventajas y desventajas.
- De control de fase o comunicación rápida (SCR)
Este tipo es el más común y más utilizado, debido a que son capaces de conmutar rápidamente. Una de las características principales de este tiristor es que solo es capaz de conducir electricidad hacia una sola dirección (como un diodo cuando se polariza directamente), una vez activado este componente no importa si quitas la corriente de la puerta ya que este seguirá activo hasta que se cumpla una de dos condiciones posibles. Para desactivarlo tenemos que cortar el suministro de corriente o llevarla hasta un punto muy bajo que el tiristor sea incapaz de seguir conduciendo.
- Bidireccionales controlados por face (BCT)
Este tipo corresponde a dos tiristores en un mismo encapsulado, aun que están juntos no interfieren entre si cada uno tiene sus terminales puerta para ser activados.
- Fototiristor (LASCR)
Este como su nombre lo indica es un tiristor el cual se activa mediante la luz.
- Triodo bidireccional (TRIAC)
Se usa para la corriente alterna ya que contiene dos tiristores juntos en un mismo encapsulados, en este ocasión solo cuentan con una terminal puerta y esta es capaz de activar a los dos componentes al mismo tiempo. “Articulo sobre el triac”
- De conducción inversa (RCT)
Se podría decir que es un SCR con la integración de un diodo colocado en paralelo pero inversamente, esto se utiliza para evitar que corrientes parásitas generadas debido a inducciones circulen en contra flujo de la corriente.
- De desactivación por compuerta (GTO)
Este tipo es una mejora del tiristor SCR ya que puede desactivarse travez de su puerta con la única condición de aplicar voltaje negativo.
- Controlados por MOSFET (MCT)
Solo es una mejora del tiristor convencional utilizando Mosfet, solo que para encender se utiliza voltaje negativo y para apagar voltaje positivo.
FORMAS DE ACTIVAR UN TIRISTOR
Luz: si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el número de pares electrón-hueco aumentará pudiéndose activar el tiristor.
Corriente de Puerta: para un tiristor polarizado en directa, la inyección de una corriente de puerta al aplicar un voltaje positivo entre puerta y cátodo lo activará. Si aumenta esta corriente de puerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo, revirtiendo en la activación del dispositivo.
Térmica: una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares electrón-hueco, por lo que aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo, y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una fuga térmica, normalmente cuando en un diseño se establece este método como método de activación, esta fuga tiende a evitarse.
Alto Voltaje: si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hasta el punto de destruirlo.
Elevación del voltaje ánodo-cátodo: si la velocidad en la elevación de este voltaje es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este método también puede dañar el dispositivo.
FUNCIONAMIENTO BÁSICO
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio básico puede observarse también en el diodo Shockley.
El diseño del tiristor permite que este pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. Solo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de tensión, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si se polariza inversamente en el tiristor existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la destrucción del elemento (por avalancha en la unión).
Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la puerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de conducir.
A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen directamente de la tensión de puerta pero solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el tiristor conduzca.
También se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la tensión ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo.
¿DÓNDE SON USADOS?
Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o tensiones muy grandes, también son comúnmente usados para controlar corriente alterna donde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. Se puede decir que el dispositivo opera de forma síncrona cuando, una vez que el dispositivo está abierto, comienza a conducir corriente en fase con la tensión aplicada sobre la unión cátodo-ánodo sin la necesidad de replicación de la modulación de la puerta. En este momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de encendido. No se debe confundir con la operación simétrica, ya que la salida es unidireccional y va solamente del cátodo al ánodo, por tanto en sí misma es asimétrica.
Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en controladores accionados por ángulos de fase, esto es una modulación por ancho de pulsos para limitar la tensión en corriente alterna.
En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente de energía o potencial, de forma que pueden ser usados como interruptores automáticos magneto-térmicos, es decir, pueden interrumpir un circuito eléctrico, abriéndolo, cuando la intensidad que circula por él se excede de un determinado valor. De esta forma se interrumpe la corriente de entrada para evitar que los componentes en la dirección del flujo de corriente queden dañados. El tiristor también se puede usar en conjunto con un diodo Zener enganchado a su puerta, de forma que cuando la tensión de energía de la fuente supera la tensión del zener, el tiristor conduce, acortando la tensión de entrada proveniente de la fuente a tierra, fundiendo un fusible.