Tiristores 11r4o

TIRISTORES Familia de dispositivos semiconductores de varias capas que presentan una acción de conmutación biestable, debido a su inherente realimentación regenerativa. Tiene aptitud para controlar grandes potencias, con una potencia de control mínima. Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores que se utilizan en los circuitos conversores de potencia eléctrica controlada. Compiten en algunas aplicaciones, con los transistores de potencia. Actúan como interruptores de corriente eléctrica, con característica “biestable” por un proceso interno regenerativo, que lo hace pasar de un estado “no conductor”, a un estado “conductor”. Los tiristores tienen menores perdidas por conducción en estado “encendido” y tienen mayores especificaciones para el manejo de la potencia eléctrica a convertir Existen una gran variedad de dispositivos semiconductores denominados “tiristores”, con dos, tres y hasta cuatro terminales externos. Por ejemplo el tiristor convencional, denominado “SCR” (rectificador controlado de silicio), tiene tres terminales, dos de los cuales los emplea para conducir la corriente eléctrica a convertir, y el tercer terminal se lo utiliza para “encender” el dispositivo (pasaje al estado conductor). La operación inversa, o sea el bloqueo de la corriente controlada, solo se logra por acción natural (cruce por cero de la corriente por el cambio de polaridad del voltaje), o por acción forzada de circuitos de conmutación auxiliares. El “GTO” es un tiristor que tiene implementada la función de “encendido y apagado” mediante una compuerta que se le aplican pulsos positivos (para encendido) y pulsos negativos (para apagado), respecto al terminal “cátodo”. Previo al análisis del funcionamiento interno de estos dispositivos, veremos primero el circuito básico y funcionamiento de rectificador controlado de media onda.

En el dibujo se aprecia al “SCR” con sus tres terminales Ánodo, cátodo y compuerta (gate). La corriente principal circula entre ánodo y cátodo. La tensión de disparo o control, se aplica entre la compuerta y el cátodo. Esta última tensión, como veremos, es generalmente de tipo pulsante, generada por un circuito electrónico especial, denominado “circuito de disparo”. Para interpretación del funcionamiento, resulta conveniente graficar las tensiones eléctricas intervinientes en el circuito, en función del tiempo.

En el intervalo de tiempo entre 0 y t1, el SCR tiene aplicada una tensión positiva entre ánodo y cátodo (directa), no conduciendo corriente, por lo que: vL= 0 y vac= vs. En “t1”, el circuito de disparo aplica un pulso de corriente a la compuerta, haciendo que el SCR pase al estado de conducción. La tensión vac cae a una valor próximo a 1 volt y aparece un voltaje en la carga vL= vs- vac ≈ vs. Cuando la tensión de alimentación pasa por cero (t2) y si la corriente de carga está en fase, esta también cae a cero, lo que hace que el SCR se “apague” y deje de conducir. La tensión en sus extremos se eleva haciéndose negativa y de valor vac = vs ; vl = 0. Posteriores disparos durante el semiciclo negativo de la tensión de entrada (t3), no logran encender al SCR. En el próximo semiciclo positivo, en t4, al aplicarle otro pulso en la compuerta, nuevamente el SCR comienza a conducir corriente hasta el cruce por cero (t5). Características de los tiristores Básicamente están formados por una estructura semiconductora de cuatro capas “pnpn” con tres junturas J1 , J2 , J3, como muestra el siguiente dibujo:

Cuando al ánodo se le aplica tensión positiva respecto al cátodo, las junturas J1 y J3 se polarizan directamente y la juntura J2 inversamente. Entre ambos terminales fluye una pequeña corriente. Se dice que el tiristor está en estado de “bloqueo directo” o desactivado. Si aumentamos la tensión ánodo-cátodo (vac), la juntura “J2” entra en ruptura por avalancha (vac = VBO), denominado “voltaje de ruptura directo”. Por el tiristor circulara una gran corriente, solo limitada por la carga conectada al circuito. Se dice que el tiristor entro en estado de “conducción directo o activado”. En esta condición, vac≈1 volt. La corriente se mantendrá circulando, solo si esta supera un valor, denominado “corriente de retención o enganche”. Cuando se aplica una tensión negativa en el ánodo respecto al cátodo, J1 y J3 se polarizan inversamente, y J2 se polariza directamente. En esta condición, las junturas J1 y J3, se comportan como dos diodos conectados en serie, soportando una tensión inversa, por lo que circulara una pequeña corriente de fuga entre ánodo y cátodo (corriente inversa). Se dice que en esta condición, el tiristor está en estado de “bloqueo inverso”, similar a un diodo polarizado inversamente. La activación de un tiristor, haciendo vac > VBO, lo puede destruir. En la práctica vac < VBO y para activarlo, se le aplica un voltaje positivo a la compuerta “G”, respecto al cátodo. Una vez activado, puede quedar en esta condición (por un mecanismo de realimentación interna positiva), siempre y cuando la corriente de ánodo supere el valor de la corriente “mínima de retención o enganche” (ia> iL). Dadas estas condiciones, la tensión de compuerta se puede retirar, sin afectar el último estado “conductor” del tiristor. El tiristor, en el estado conductor, se comporta en forma similar a la de un diodo polarizado directamente y ya no hay control sobre el dispositivo. El estado de bloqueo directo se logra, como dijimos, mediante la conmutación natural de la tensión de alimentación a un valor negativo o mediante circuitos especiales de apagado del tiristor; todos ellos actuando sobre la corriente de ánodo para que su valor se haga menor a la de “mínima de mantenimiento” (ia < iH). TIPOS DE TIRISTORES Los tiristores se fabrican casi exclusivamente por el proceso de difusión. Con técnicas especiales y estructuras de compuerta, controlan los valores de di/dt, tiempo de encendido y tiempo de apagado. En gral se los activa con impulsos cortos de excitación en la compuerta. Para apagarlos, se requieren condiciones especiales de la tensión o circuitos especiales de apagado. Con el fin el tener un control más eficiente, tanto en las condiciones de activación como en la desactivación, se han desarrollado una serie de dispositivos nuevos que han mejorado notablemente al clásico tiristor “SCR” Daremos a continuación una clasificación de los diversos tiristores de potencia que tienen aplicaciones comerciales y una breve descripción de ellos.

1) Tiristores controlados por fase (SCR) 2) Tiristores bidireccionales controlados por fase ( BCT) 3) Tiristores de conmutación rápida (SCR) 4) Rectificadores controlados de silicio foto activados (LASCR) 5) Tiristores de tríodo bidireccional (TRIAC 6) Tiristores de conducción en sentido inverso (RCT) 7) Tiristores de apagado por compuerta (GTO) 8) Tiristores controlados por FET (FET-CTH) Tiristores controlados por fase (SCR) Son tiristores de bajo costo, alta eficiencia y especificaciones de alto voltaje y corriente. Se utilizan en los convertidores de de corriente alterna a corriente continua, a frecuencia industrial (50 0 60 Hz) o sea, en rectificadores controlados por el método de control por fase. Se usan en casi todas las transmisiones de CC en alto voltaje (HVDC) y control de velocidad de motores de CC. Tienen un tiempo de apagado “tq” del orden de los 50 a 100 μseg. Tienen un voltaje en sus extremos en estado activado que varia desde 1,15 V para 600 V, hasta 2,5 V para tiristores de 4000 V de tensión de bloqueo directo e inverso. Por ejemplo un tiristor SCR de 1200 V, 5500 A, el voltaje de caída suele ser de 1,25 V. Los tiristores modernos, suelen tener una compuerta amplificadora como se muestra en el siguiente esquema.

El encendido se realiza activando el tiristor auxiliar que a su vez amplifica la señal de compuerta para el tiristor principal. Con esto se logra una simplificación para el circuito generador de los pulsos de disparo, unas características dinámicas altas con tasas de “dv/dt” tipicas de 1000V/μseg. y tasas de “di/dt” de 500 A/μseg., obteniéndose con estos valores, una simplificación del inductor limitante y circuito de protección contra la dv/dt. Tiristores bidireccionales controlados por fase BCT

Es un dispositivo unico, de reciente aparicion para el control de alta potencia, que combina dos tiristores en un mismo encapsulado. Tiene la ventaja de ser mas compacto simplificando el sistema de enfiamient, mayor fiabilidad y menor costo final del convertidor. El comportamiento electrico del BCT corresponde a dos tiristres fabricados en la misma oblea y conectados en antiparalelo. Tiene dos compuertas, una para activar la corriente en sentido directo (tiristor A) y la otra, para activarla en sentido inverso (tiritor B). La desactivación se logra por disminución de la corriente anódica por debajo de la minima de mantenimiento, similar a los SCR. Tiene aplicaciones en frecuencia industrial tales como compensadores estaticos de voltamperes reactivos (VAR), arrancadores suaves y de control de motores. Tienen especificaciones maximas de tensiones de bloqueo de 6500v a 1800 A. La máxima especificación de corriente es de 3000 A a 1800 v. Tiristores de conmutación rápida (SCR) Son usados en aplicaciones de conmutación de alta velocidad, con conmutación forzada con el caso de los convertidores de cc a ca, denominados inversores. Tienen un tiempo corto de apagado, entre 5 y 50 μseg, dependiendo del intervalo de voltaje. La caída de voltaje en sus extremos, cuando están activados, es función inversa del tiempo de encendido (tq). Este tiristor, suele llamársele SCR rápido o “tiristor inversor”. Estos tiristores, tienen valores altos de dv/dt, de unos 1000 V/μseg y valores de di/dt de 1000 A/μseg. Estos valores altos de dv/dt y di/dt, son importantes para reducir el tamaño y peso de los componentes auxiliares del circuito de conmutación. Se disponen de tiristores rápidos con valores de 1800 V de bloqueo directo e inverso y corriente de 2200 A, con una caída de tensión directa de 1,7 V. Existen tiristores rápidos con bloqueo inverso (no destructivo ) de unos 10 V, con un tiempo de apagado muy corto de alrededor de 3 a 5 μseg; a estos últimos, “tiristores asimétricos”(ASCRS). Tiristores foto activados (LASCR) Estos tiristores, se activan por radiación de luz directa, en la oblea de silicio, en la zona de la juntura “J2”. La radiación de luz genera en esta zona (polarizada inversamente, con tensión de bloqueo directo, en los extremos del tiristor), generando suficiente pares electrón-huecos que, por el proceso de realimentación, activan al tiristor. La estructura de la compuerta se diseña de tal forma que proporciona suficiente sensibilidad para ser activado con fuentes luminosas normales como por ejemplo radiación luminosa provenientes de fibras ópticas o diodos emisores de luz(LEDS) Estos tiristores se usan en aplicaciones de alto voltaje y corriente, a frecuencia industrial, como las conversiones para transmisiones CC de alto voltaje (HVDC) y compensación de potencia reactiva. Los LASCR, tienen un aislamiento eléctrico completo entre la fuente de radiación de activación y el circuito conversor que trabaja a alta tensión. Las especificaciones eléctricas máximas de estos dispositivos, llegan a 4000 V a 1500 con una potencia de activación, menor de 100 mW. Soportan una dv/dt de hasta 2000 V/μseg y di/dt de unos 250 A/mseg

Tiristores de tríodo bidireccional (TRIAC) Es un dispositivo semiconductor de característica biestable, con la particularidad que puede conducir corriente controlada en ambos sentidos, con tensiones positivas y negativas, aplicadas a sus terminales principales. La activación, se realiza en forma similar a los SCR, aplicándoles una tensión eléctrica, de determinada polaridad, al terminal de compuerta. Como el triac, puede conducir en ambas direcciones, sus terminales principales, se denominan T2 y T1, en reemplazo del cátodo y ánodo de los dispositivos unidireccionales, como el SCR. Estructuralmente, esta constituido de la siguiente forma:

Como vemos tenemos en la oblea de silicio, un SCR desde el terminal 2 al terminal 1, y otro SCR en paralelo, pero conectado desde terminal 1 al terminal 2 (antiparalelo). Las compuertas de ambos SCR están unidas a una compuerta (G) común. La característica tensión corriente del triac es la siguiente:

Si tomamos al Terminal “T1” como referencia, podemos decir que el triac se activa tanto con tensión positiva o negativa del Terminal “T2” y además el pulso aplicado a la compuerta respecto al

Terminal de referencia (T1) puede ser positivo o negativo. De esta forma tendremos cuatro posibilidades de disparo a saber: 1) Terminal T2 positivo con pulso en G positivo (1º cuadrante con +VG) I+ 1) Terminal T2 positivo con pulso en G negativo (1º cuadrante con -VG) I1) Terminal T2 negativo con pulso en G negativo (3º cuadrante con -VG) III1) Terminal T2 negativo con pulso en G positivo (2º cuadrante con +VG) III+ En la práctica las sensibilidades al disparo son diferentes. En el primer cuadrante se logra activar al triac con menor corriente de compuerta, aplicándole un pulso de tensión positiva. Para el tercer cuadrante la mayor sensibilidad, se logra con un pulso de tensión negativa, en la compuerta. Esencialmente el TRIAC no presenta diferencias de funcionamiento con respecto al SCR. Los regimenes máximos que garantiza el fabricante están determinados por la temperatura máxima de funcionamiento. Los valores de tensión de bloqueo están disponibles hasta 1200 V y corrientes máximas de 300 A. La frecuencia máxima de operación es de 400Hz, con tiempos de conmutación de 200 a 400 μseg. Los TRIAC, tienen aplicaciones en los convertidores de ca a ca (modifican el valor eficaz de la tensión alterna) por el método de control por fase. Cuando trabajan con carga inductiva, debido a que la corriente circula mas allá del cruce por cero de latensión de alimentación, cuando la corriente se hace finalmente cero, el TRIAC se somete a una dv/dt alta debido a que en ese momento la tensión en sus extremos toman el valor de la tensión externa que en ese momento tiene un valor alto. Por ello es necesario protegerlo con una red pasiva RC, dado que si no se lo hace, se pierde el control de potencia y el TRIAC se reactiva inmediatamente sin pulso de disparo. Tiristores de conducción es sentido inverso (RCT) Estos tiristores se utilizan en aquellos convertidores que necesitan conducir una corriente en sentido inverso, por causa de una carga inductiva y para mejorar los requisitos de apagado del circuito de conmutación. El RCT, esta compuesto en un mismo encapsulado por SCR y un diodo en antiparalelo, como muestra la figura:

El diodo fija el voltaje de bloqueo inverso en 1 a 2 volt en estado estable; en condiciones transitorias su valor es de unos 30 volt por las inductancias parásitas internas. Se disponen de RCT con tensiones de bloque directo de 400 a 2000 V con corrientes de hasta 500 A. A este dispositivo, también se le suele llamar ASCR o tiristor asimétrico, con aplicaciones en circuitos específicos. Tiristores de apagado por compuerta(GTO) EL GTO, en forma similar a un SCR, se puede activar con una señal pulsante positiva en la compuerta, pero tiene la posibilidad de apagarlo con una señal negativa aplicada en la misma compuerta. Los GTO, se pueden construir con especificaciones de tensión y corrientes parecidas a los SCR, con las siguientes ventajas: 1) No necesitan elementos auxiliares de conmutación en convertidores que necesitan la conmutación forzada, reduciendo el costo peso y volumen del convertidor. 2) Reducción del ruido acústico y electromagnético por eliminación de los reactores de conmutación. 3) Desactivación mas rápida lo que le permite trabajar con frecuencias de conmutación mas elevada.

4) Mayor eficiencia de los convertidores. En aplicaciones de baja potencia, los GTO también tienen ventajas sobre los transistores bipolares: 1) Mayor especificación de voltaje de bloqueo. 2) Alta relación de corriente pico controlable a corriente promedio. 3) Alta relación de corriente pico de sobrecarga y la corriente promedio. (10:1) 4) Alta ganancia entre la corriente en el estado activo y la corriente de compuerta necesaria para su activación (1:600). 5) Señal pulsante de corta duración en compuerta para su activación y desactivación a diferencia del transistor bipolar que requiere señal permanente en estado activo. A continuación veremos el corte transversal del GTO, su símbolo y su circuito equivalente:

A diferencia del SCR, el GTO tiene una capa adicional “n+” cerca del ánodo, que forma un circuito de apagado entre la compuerta y el cátodo, en paralelo con la compuerta de encendido. El circuito equivalente es similar al SCR, excepto por su mecanismo de apagado interno. La activación se logra con un pulso de corriente entrante, aplicado entre la compuerta y el cátodo. Para lograr la realimentación interna que lo lleve al estado activo o encendido, el pulso de corriente entrante debe cumplir especificaciones, dadas por el fabricante, respecto al gradiente de elevación, corriente máxima y duración del impulso. El apagado se logra haciendo pasar un gran pulso de corriente entre el cátodo y la compuerta (corriente saliente de la compuerta), para apartar suficientes portadores de carga del cátodo, que correspondería al emisor del transistor Q2 (transistor npn, en el circuito equivalente) para cortarlo y de esa manera sacar al transistor Q1 de la acción regenerativa. Con esta acción, el transistor Q1 queda con la base abierta y el GTO vuelve al estado desactivado o no conductor. De la misma forma, el pulso de corriente de apagado debe cumplir con las especificaciones dadas por el fabricante. Respecto a la corriente de encendido del ánodo, esta debe ser por lo menos del 1% del pulso de activación, para asegurarse que la compuerta mantenga la retención del estado activo. Durante el apagado, la corriente de ánodo, tiene una larga “cola residual de apagado” por lo que se debe esperar un tiempo especificado, hasta que se haya disipado la carga residual del ánodo y se pueda, nuevamente activarlo. En la próxima figura se muestra las especificaciones que debe cumplir el pulso positivo de encendido, como así también la forma típica de la corriente de ánodo en función del pulso negativo de apagado.

Como el GTO necesita una corriente elevada de apagado (aprox. 1/6. IA), es común usar un capacitor para proporcionar la corriente necesaria en la compuerta para apagarlo. El inductor se coloca para limitar el valor de di/dt de la corriente de la compuerta circulando por S1, R2, R1 y L. Se debe seleccionar el voltaje de suministro VGS al circuito de compuerta para alcanzar el valor necesario de apagado. Los valores de R1 y R2 se minimizan. Durante el periodo de apagado, que comienza después que la cola de corriente de ánodo llega a cero, la compuerta en el caso ideal, debería permanecer con polarizacion inversa, para asegurar la

máxima especificación de bloqueo. Esta polarizacion inversa se puede obtener ya sea manteniendo cerrado “S1”, durante el periodo de no conducción, o usando un circuito de mayor impedancia “S2” y R3, siempre y cuando exista un voltaje negativo mínimo. En el caso de una falla de los circuitos de auxiliares de apagado, la compuerta puede permanecer en condición de polarización inversa, y el GTO podrá no bloquear la tensión. Para asegurar que se mantenga un voltaje de bloqueo en el dispositivo, de debe aplicar una resistencia mínima de compuerta “RGC” especificada por el fabricante. Para la condición de apagado, los GTO tienen baja ganancia, normalmente seis, lo que requiere un pulso de corriente elevado para desactivarlo. La caída de voltaje en sus extremos, es mayor que los SCR; por ejemplo para un GTO de 1200 V y 550 A, su caída de tensión es de 3,4 volt. En algunas aplicaciones, los GTO necesitan un diodo rápido conectado en antiparalelo; en este caso, no necesitan tener capacidades de bloqueo de voltaje inverso. Con modificaciones en la capa interna “n”, se logran “GTO asimétricos” en un solo encapsulado. Tiristores conectados por FET (FET-CTH) Un tiristor FET-CTH, esta compuesto, en un solo encapsulado, de un tiristor convencional del tipo SCR y un transistor MOSFET. Este último cuando se le aplica un voltaje en su compuerta, conduce la corriente de disparo o activación del tiristor. La tensión necesaria aplicable al MOSFET para el disparo, es de unos 3 volt. Este dispositivo, tiene alta velocidad de conmutación y altos valores de di/dt y dv/dt. La siguiente figura, muestra el circuito equivalente del FET-CTH:

El encendido es por tensión eléctrica, pero no se puede apagar, salvo por la conmutación natural o forzosa. Tiene aplicaciones cuando se debe usar disparo óptico para dar aislamiento eléctrico entre la señal de control y la del circuito convertidor. Tiristor de apagado por MOS (MTO) El MTO es una combinación de un GTO y un MOSFET, que juntos mejoran las capacidades de apagado del GTO. Vimos que en este último, necesitamos una corriente inversa considerable para cortar la corriente de emisor del transistor npn y de esta manera eliminar la realimentación con el transistor pnp para así desactivar al GTO. En el caso del MTO, el transistor MOS, que esta conectado entre la base y emisor del transistor bipolar npn, hace caer la tensión base emisor por debajo del umbral y de esta manera éste transistor deja de conducir, eliminando la realimentación. La estructura es parecida al GTO, conservando las ventajas de alto voltaje (hasta 10Kv) y elevada corriente (4000 A), con aplicaciones de gran potencia (1 a 20 MVA).El MTO se apaga mas rápidamente que el GTO y casi se eliminan las perdidas asociadas a las cargas de almacenamiento. También tienen una mayor dv/dt y en forma parecida al GTO, tienen una larga cola de corriente de apagado.

Tiristores de apagado por emisor (ETO) El ETO es un dispositivo hibrido compuesto por un MOS y un GTO, en el que se combinan las ventajas de ambos semiconductores. Tiene dos compuertas, una normal para activarlo y otra, con un MOSFET conectado en serie, para apagarlo. Su estructura y circuito equivalente, se muestra en la siguiente figura:

La activación se logra aplicando voltajes positivos a las compuertas 1 y 2; de esta manera el MOSFET de canal P se mantiene en condición de bloqueado y el MOSFET de canal N conduce, permitiendo un flujo de corriente a la compuerta del GTO. Esta corriente inicia el proceso de realimentación interna la realimentación haciendo que el GTO conduzca y asi el ETO pasa al estado de conducción o activación. El apagado se logra aplicando un voltaje negativo a la compuerta 2, apagando el MOSFET de canal N ; la corriente principal se desvía del cátodo (emisor del transistor bipolar npn del GTO) , hacia la base a través del MOSFET de canal P, deteniendo el proceso de realimentación interna y apagando o desactivando al ETO.

En forma parecida al GTO, el ETO también tiene una cola larga de la corriente de ánodo, al final del apagado, por lo que se debe esperar para el siguiente encendido, hasta que la corriente residual, del lado del ánodo, se haya disipado por el proceso de recombinación. Se disponen de estos dispositivos con tensiones de bloqueo directo e inverso de valores de hasta 6 KV y corrientes de hasta 4000 A. Tiristores conmutados por compuerta integrada (IGCT) En el IGCT, se integran un tiristor conmutado por compuerta (GCT) y un activador de compuerta en tarjeta de circuito impreso multicapa. El GCT, es un GTO de conmutación permanente con un pulso de corriente de compuerta muy rápido y de valor muy alto, prácticamente del mismo valor que toma la corriente de cátodo y la lleva a la compuerta en aproximadamente en 1 μseg para asegurar un apagado rápido. La estructura interna de GCT y su circuito equivalente, es parecido al GTO, como se muestra en la siguiente figura, que además tiene un diodo integrado en paralelo:

El encendido del IGCT es similar al GTO, aplicando una corriente de encendido a la compuerta. Para apagarlo, se recurre a una tarjeta de circuito impreso multicapa de compuerta que aplica un

pulso de apagado de subida rápida, por ejemplo una corriente de 4 KA/μsg, con solo un voltaje de 20 volt de compuerta –cátodo. Con esta variación de la corriente de compuerta, el transistor npn, del lado del cátodo, se apaga en su totalidad en menos de aprox. 1 μseg. y de hecho el transistor pnp al quedar su base abierta , también se apaga y el IGCT se desactiva. Debido a la muy corta duración del pulso, el consumo de compuerta se reduce al mínimo. Tiristores controlados por MOS (MCT) En un MCT, se combinan las propiedades de un tiristor regenerativo de cuatro capas, con una estructura de compuerta MOS. En forma similar al transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT), se logran las ventajas de los transistores bipolares con las de efecto de campo; el conjunto resulta en una mejoría respecto a un tiristor con un par de MOSFET, que lo activan y lo desactivan. Existen varios dispositivos de estas estructuras MCT; solamente analizaremos una de ellas, el MCT de canal “p” de mayor difusión. En la próxima figura representaremos su estructura interna:

El proceso de construcción de este dispositivo, es complejo, por lo que solamente nos remitiremos a su circuito eléctrico equivalente, formado por dos transistores bipolares, uno npn, el otro pnp y dos transistores de efecto de campo MOS, uno de canal n y otro de canal p, conectados como muestra la siguiente figura:

Debido a que la estructura del MCT es de tipo NPNP, diferente a un SCR normal que es del tipo PNPN, el ánodo se utiliza como Terminal de referencia, con respecto al cual se aplican las señales de compuerta para su activación y desactivación. El encendido de un MCT de canal p que esta en el estado de bloqueo directo (anodo positivo respecto al cátodo) se puede realizar aplicando un pulso negativo, respecto al ánodo. En el circuito eléctrico equivalente, vemos que esta acción, hace conducir al MOS de canal p (M1) y de esta manera, a través de sus terminales drenaje-surtidor, inyectan una corriente en la base del transistor bipolar npn que inicia la realimentación interna entre los transistores bipolares Q1 y Q2. El MCT pasa al estado activo. El MCT permanece en el estado activo, hasta que se invierta la polaridad de la tensión Ánodo-cátodo, que gaga disminuir su corriente, o aplicando un pulso de apagado en su compuerta. El proceso de apagado de un MCT, de canal p, es el siguiente: Si aplicamos un pulso positivo en la compuerta, respecto al ánodo, este pulso, hace conducir brevemente al MOS de canal n (M2), lo que hace bajar su tensión drenaje-surtidor. Como estos últimos terminales están conectados a la juntura base-emisor de Q1, cuando esta tensión cae por debajo de la tensión umbral, entonces este ultimo transistor, deja de conducir corriente, abriendo la base de Q2 y de esta manera, se anula la realimentación interna. El MCT pasa al estado desactivado. Para un MCT de canal n, la activación se hace con un pulso positivo aplicado a la compuerta, respecto al cátodo y la desactivación, se realiza aplicando un pulso a la compuerta de polaridad negativa, respecto al cátodo. El MCT puede ser operado como dispositivo controlado por compuerta si la corriente controlada, no supera el valor especificado. Para corrientes mayores, el apagado de un MCT, debe realizarse de la misma manera que un SCR normal (por conmutación de la tensión en sus extremos o conmutación forzosa). Los anchos de pulso de compuerta no son críticos, con corrientes menores a la especificada. Para corrientes mayores, el ancho del pulso, debe ser mayor. En muchos circuitos convertidores, como

por ejemplo los inversores, se aplican pulsos continuos de compuerta, tanto en el apagado como en el encendido, para evitar falsos disparos en el control del MCT. Los MCT tienen las siguientes características eléctricas: 1) Tiene baja caída de tensión en sentido directo durante su estado conductor. 2) Tienen un corto tiempo de activación, normalmente 0,4μseg. y un corto tiempo de apagado de aproximadamente 1,25 μseg, por ejemplo para un MCT de 500 V y 300 A. 3) Tiene bajas perdidas por conmutación. 4) Baja capacidad de bloqueo de la tensión inversa. 5) Alta impedancia de entrada en su compuerta lo que simplifica bastante el circuito generador de pulsos de excitación de compuerta. 6) Puede conectarse en paralelo para conmutar grandes corrientes, con pocas desviaciones de las especificadas. 7) No puede utilizarse un transformador de pulsos si se necesita un pulso continuo para evitar falsas excitaciones. La estructura del MCT se reparte en toda la superficie del dispositivo, lo que le permite el encendido y apagado rápido con bajas perdidas por conmutación. La potencia o energía para su activación y desactivación es baja y el retardo debido al almacenamiento de cargas, también es muy bajo. Todas estas condiciones, lo aproximan como el dispositivo de retención, ideal, para ser usado en los convertidores de energía eléctrica. Tiristores de inducción estatica (SITH) El SITH, llamado también diodo controlado-limado (FCD), fue introducido por Tezner en la década de 1960. Es un dispositivo de portadores minoritarios por lo cual tiene baja resistencia o baja caída de tensión en sus extremos cuando esta activo o conduciendo la corriente. Tiene grandes velocidades de conmutación de 1 a 6 μseg, co capacidades de dv/dt y di/dt elevadas. Se lo puede fabricar para soportar tensiones elevadas de hasta 2500 V con corrientes de hasta 500 A. Este dispositivo, tiene una alta sensibilidad al proceso de fabricación y pequeñas perturbaciones en su manufactura, producen grandes cambios en sus características. Con la llegad de la tecnología de carburo de silicio (SiC) se ha fabricado un SITH con una tensión de bloqueo directo de 300 V. En la siguiente figura, se representa un corte transversal de este dispositivo, su símbolo y su circuito eléctrico equivalente:

El funcionamiento de este dispositivo es el siguiente: Se enciende con un pulso de tensión positivo entre compuerta y cátodo. Esto inicia la conducción de corriente en el diodo pin (p+nn+), que inyecta electrones del cátodo (n+) a la base “n”, entre la compuerta (p+) y el cátodo (n+), que se difunden por el canal, modulando su resistividad, haciéndolo mas conductor. Cuando estos electrones llegan a la juntura “J1”, el ánodo (p+), comienza a inyectar huecos en la base, proporcionando la corriente de base del transistor Q2. Al aumentar la corriente de base, Q2 pasa a la saturación, haciendo que la juntura “J2” se polarice directamente y provocando que el SITH, se active completamente, todo esta acción, en un periodo muy breve. La compuerta (p+) y la región del canal, toma la forma de un transistor de efecto de campo de juntura (JFET), proporcionando la corriente de base del transistor Q1(p+n p+). Debido al alto contenido de dopantes de la compuerta p+, no pasan electrones a la compuerta. Una parte de la corriente de huecos pasan por la compuerta p+ y por el canal directamente al cátodo. El resto de la corriente de huecos pasa por la compuerta p+hacia el canal, como corriente de compuerta del JFET en modo bipolar (BMFET). La corta distancia entre cátodo y compuerta da como resultado una concentración uniforme y grande de portadores en esa región, haciendo que la caída de tensión sea despreciable. El apagado del SITH, se logra aplicando a la compuerta un pulso negativo de voltaje. Esto provoca una capa de agotamiento en torno a la compuerta, creando una barrera de potencial en el canal, que lo hace más angosto, eliminando el exceso de portadores. Si el voltaje, aplicado a la compuerta es suficientemente grande, el canal queda desprovisto de portadores de carga, anulando la corriente entre el ánodo y cátodo, desactivando al SITH.

Aplicaciones.    

Rectificación de corriente Carga de baterías Soldadura Generación de potencia a distancia

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Procesos electroquímicos Regulación de fuentes de alimentación Control de velocidad de motores Máquinas herramientas Vehículos de tracción Sustitución de dispositivos electromecánicos Relés Protectores de sobre carga Graduadores de iluminación Sistema de encendido de motores de explosión Control de temperatura con termopares Control de potencia Radar, Laser de impulsos Generadores de ultrasonidos Circuitos lógicos Multivibradores de potencia Control de tiempo, contadores Fines de carrera, detección de niveles Circuitos de alarma Control de alumbrado de emergencia

Familia de tiristores