miércoles, 30 de noviembre de 2011

Características tensión-corriente
En la figura 2.6 podemos ver la característica estática de un SCR. En su estado de
apagado o bloqueo (OFF), puede bloquear una tensión directa y no conducir corriente. Así, si AK. El tiristor debe ser disparado o encendido al estado de conducción (ON)
no hay señal aplicada a la puerta, permanecerá en bloqueo independientemente del signo de la
tensión V
aplicando un pulso de corriente positiva en el terminal de puerta, durante un pequeño
intervalo de tiempo, posibilitando que pase al estado de bloqueo directo. La caída de tensión
directa en el estado de conducción (ON) es de pocos voltios (1-3 V).
Una vez que el SCR empieza a conducir, éste permanece en conducción (estado ON),
aunque la corriente de puerta desaparezca, no pudiendo ser bloqueado por pulso de puerta.
Únicamente cuando la corriente del ánodo tiende a ser negativa, o inferior a un valor umbral,
por la influencia del circuito de potencia, el SCR pasará a estado de bloqueo.
En régimen estático, dependiendo de la tensión aplicada entre ánodo y cátodo
podemos distinguir tres regiones de funcionamiento:
1. Zona de bloqueo inverso (v
conducción en inversa, comportándose como un diodo.
AK < 0): Ésta condición corresponde al estado de no
2. Zona de bloqueo directo (v
circuito abierto hasta alcanzar la tensión de ruptura directa.
AK > 0 sin disparo): El SCR se comporta como un
3. Zona de conducción (v
cerrado, si una vez ha ocurrido el disparo, por el dispositivo circula una corriente
superior a la de enclavamiento. Una vez en conducción, se mantendrá en dicho estado
si el valor de la corriente ánodo cátodo es superior a la corriente de mantenimiento.
La figura 2.7 muestra las características corriente-tensión (I-V) del SCR y permite ver
claramente cómo, dependiendo de la corriente de puerta (I
variar.
AK > 0 con disparo): El SCR se comporta como un interruptorG), dichas características pueden

Tiristores
El nombre de Tiristor proviene de la palabra griega “
puerta”. 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 desde el estado
“ON” al estado “OFF” se produce cuando la corriente por el tiristor es más pequeña que un
determinado valor, denominada corriente de mantenimiento, (“holding current”), específica
para cada tiristor.
Dentro de la familia de los tiristores podemos destacar los SCRs (tiristores
unidireccionales) y TRIACs (tiristores bidireccionales).

SCR (Rectificador Controlado de Silicio)
De las siglas en inglés “Silicon Controlled Rectifier”, es el miembro más conocido de
la familia de los tiristores. En general y por abuso del lenguaje es más frecuente hablar de
tiristor que de SCR.
El SCR es uno de los dispositivos más antiguos que se conocen dentro de la
Electrónica de Potencia (data de finales de los años 50). Además, continua siendo el
dispositivo que tiene mayor capacidad para controlar potencia (es el dispositivo que permite
soportar mayores tensiones inversas entre sus terminales y mayor circulación de corriente).

El SCR está formado por cuatro capas semiconductoras, alternadamente P-N-P-N,  teniendo 3 terminales: ánodo (A) y cátodo (K), por los cuales circula la corriente principal, ypuerta (G) que, cuando se le inyecta una corriente, hace que se establezca una corriente en
la
sentido ánodo-cátodo. La figura 2.4 ilustra una estructura simplificada del dispositivo.

Si entre ánodo y cátodo tenemos una tensión positiva, las uniones J1 y J3 estarán
directamente polarizadas, en cuanto que la unión J2 estará inversamente polarizada. No habrá
conducción de corriente hasta que la tensión V
ruptura de la barrera de potencial en J2.
Si hay una tensión V
negativos yendo del cátodo hacia la puerta. Por la propia construcción, la capa P donde se
conecta la puerta es suficientemente estrecha para que parte de los electrones que atraviesen
J3 tengan energía cinética suficiente para vencer la barrera de potencial existente en J2, siendo
entonces atraídos por el ánodo.
De esta forma, en la unión inversamente polarizada, la diferencia de potencial
disminuye y se establece una corriente entre ánodo y cátodo, que podrá persistir aún sin la
corriente de puerta.
AK aumente hasta un valor que provoque laGK positiva, circulará una corriente a través de J3, con portadores
Cuando la tensión V
cuanto que J2 quedará directamente polarizada. Teniendo en cuenta que la unión J3 está entre
dos regiones altamente dopadas, no es capaz de bloquear tensiones elevadas, de modo que  cabe a la unión J1 mantener el estado de bloqueo del componente.
AK es negativa, J1 y J3 quedarán inversamente polarizadas, en
ηθνρα”, que significa “una

Dependiendo de las aplicaciones, existen varios tipos de diodos:

pequeña (0,3 V típicos) para circuitos con tensiones reducidas de salida. No soportan
combinación con interruptores controlables, donde se necesitan tiempos de
recuperación pequeños. Para unos niveles de potencia de varios cientos de voltios y
varios cientos de amperios, estos diodos poseen un tiempo de recuperación inversas
(t
Diodos de recuperación rápida: Son adecuados en circuitos de frecuencia elevada enrr) de pocos nanosegundos.
(ON) de estos diodos es la más pequeña posible, y como consecuencia tienen un t
Diodos rectificadores o de frecuencia de línea: La tensión en el estado de conducciónrr
grande, el cual es únicamente aceptable en aplicaciones de la 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.

tensiones inversas superiores a 50 – 100 V.
Diodos Schottky: Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy
Como se puede observar en la figura anterior, el diodo está formado por una sola
unión PN, aunque la estructura de un diodo de potencia es algo diferente a la de un diodo de
señal, puesto que en este caso existe una región N intermediaria con un bajo dopaje. El papel
de esta región es permitir al componente soportar tensiones inversas más elevadas. Esta
región de pequeña densidad de dopaje dará al diodo una significativa característica resistiva
en polarización directa, la cual se vuelve más significativa cuanto mayor sea la tensión que ha
de soportar el componente. Las capas que hacen los contactos externos son altamente
dopadas, para obtener un contacto con características óhmicas y no del tipo semiconductor.

La figura siguiente muestra el símbolo y la característica estática corriente-tensión de
un diodo de potencia.


La tensión V
tensión cuando el diodo está conduciendo (polarización directa). Para diodos de potencia, ésta
tensión de caída en conducción directa oscila aproximadamente entre 1 y 2 Volts. Además,
esta caída depende de la corriente que circule, teniéndose una característica corriente - tensión
bastante lineal en la zona de conducción. Esta relación se conoce como la resistencia en
conducción del diodo, abreviada por
pendiente de la asíntota de la curva estática en la zona de polarización directa. La tensión V
F que se indica en la curva estática corriente-tensión se refiere a la caída deRon y que se puede obtener como el inverso de laR
representa la tensión de ruptura del dispositivo (“Breakdown Voltage”) o, lo que es lo mismo,
la máxima tensión inversa que puede soportar el diodo cuando éste está bloqueado
(polarización inversa).
Un diodo de potencia puede soportar tensiones inversas elevadas. Si se supera el valor
de tensión de ruptura especificado por el fabricante, el diodo puede llegar a destruirse por
excesiva circulación de corriente inversa y en definitiva, por excesiva disipación de potencia.
Los diodos de potencia pueden llegar a soportar tensiones de ruptura de kiloVolts (kV), y
pueden conducir corrientes de kiloAmperes (kA). Evidentemente, el tamaño del diodo
condiciona sus características eléctricas, llegándose a tener diodos con tamaños del orden de
varios cm
Como ya se ha mencionado, los diodos son interruptores unidireccionales en los
cuales no puede circular corriente en sentido contrario al de conducción. El único
procedimiento de control consiste en invertir la tensión ánodo cátodo, no disponiendo de
ningún terminal de control. En régimen transitorio cabe destacar dos fenómenos:
1) Recuperación Inversa: El paso de conducción a bloqueo no se efectúa
instantáneamente. Cuando el diodo conduce una corriente
zona central de la unión está saturada de portadores mayoritarios, y aunque un circuito
externo fuerce la anulación de la corriente aplicándole una tensión inversa, cuando la
corriente pasa por cero aún existe una cantidad de portadores que cambian su sentido
de movimiento y permiten la conducción de una corriente inversa durante un tiempo,
denominado tiempo de recuperación inverso (t
Los parámetros definidos en el proceso de bloqueo dependen de la corriente directa,
de la derivada de la corriente (di/dt) y de la tensión inversa aplicada. El tiempo de
recuperación de un diodo normal es del orden de 10
del orden de algunos nanosegundos.
2) Recuperación Directa: Es otro fenómeno de retardo de menor importancia que el
anterior, cuando el diodo pasa de bloqueo a conducción, y cuyo efecto se muestra
también en la figura 2.3.
En el proceso de puesta en conducción, la respuesta del diodo es inicialmente de
bloqueo a la corriente. Siendo esta respuesta quien provoca una sobre tensión V
ocasionada por la modulación de la conductividad del diodo durante la inyección de
portadores minoritarios. Así el diodo se asemeja a una resistencia donde su valor
decrece con el tiempo. Esta resistencia equivalente está relacionada con la
concentración de portadores minoritarios inyectados. Por tanto V
anchura y resistividad de la zona central del diodo.
rr), tal como se muestra en la figura 2.3.μs, siendo el de los diodos rápidosfp,fp depende de la
 
2.I en polarización directa, la
A continuacion se detallan las características más importantes de cada uno
de estos dispositivos.
Diodo de Potencia
Un diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus límites de tensión y
corriente, permite la circulación de corriente en un único sentido. Detalles de funcionamiento,
generalmente despreciados para los diodos de señal, pueden ser significativos para
componentes de mayor potencia, caracterizados por un área mayor (para permitir mayores
corrientes) y mayor longitud (para soportar tensiones inversas más elevadas). La figura 2.1
muestra la estructura interna de un diodo de potencia.



 
Figura 2.1. Estructura interna de un diodo de potencia


Dispositivos de Electrónica de Potencia
Los dispositivos semiconductores utilizados en Electrónica de Potencia se pueden
clasificar en tres grandes grupos, de acuerdo con su grado de controlabilidad:
1. Dispositivos no controlados: en este grupo se encuentran los Diodos. Los estados de
conducción o cierre (ON) y bloqueo o abertura (OFF) dependen del circuito de
potencia. Por tanto, estos dispositivos no disponen de ningún terminal de control
externo.
2. Dispositivos semicontrolados: en este grupo se encuentran, dentro de la familia de los
Tiristores, los SCR (“Silicon Controlled Rectifier”) y los TRIAC (“Triode of
Alternating Current”). En éste caso su puesta en conducción (paso de OFF a ON) se
debe a una señal de control externa que se aplica en uno de los terminales del
dispositivo, comúnmente denominado
OFF) lo determina el propio circuito de potencia. Es decir, se tiene control externo de
la puesta en conducción, pero no así del bloqueo del dispositivo.
3. Dispositivos totalmente controlados: en este grupo encontramos los transistores
bipolares BJT (“Bipolar Junction Transistor”), los transistores de efecto de campo
MOSFET (“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”), los transistores
bipolares de puerta aislada IGBT (“Insulated Gate Bipolar Transistor”) y los tiristores
GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”), entre otros.
puerta. Por otro lado, su bloqueo (paso de ON a