Activación o bloqueo de los tiristores
abril 20, 2020Los tiristores son dispositivos de estado sólido que tiene dos estados, activación y bloqueo, de modo que emula a un relevador.
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En estado de conducción tiene impedancia muy baja que permite circular grandes niveles de corriente con tensión ánodo – cátodo del orden de IV. En estado de corte, la corriente prácticamente nula y se comporta como un circuito abierto.
Activación o disparo de un tiristor
Existen cuatro maneras de poner a un tiristor en estado de conducción:
Disparo por compuerta
El método más común para la activación de un tiristor es la aplicación de una corriente en su compuerta. Los niveles de tensión y corriente en la compuerta deben tener un rango de valores comprendidos dentro de una Zona de disparo de seguridad.
Si se sobrepasa el límite puede no dispararse el tiristor o puede deteriorarse; por ejemplo el 2N5060 tiene una potencia eficaz que puede soportar la compuesta de 0.01 W. Esta no debe superarse pues se corre el riesgo de dañar al dispositivo.
Otra condición importante es que la corriente en la compuerta se debe sostener por un tiempo mayor a 1useg para que resulte eficaz; de otro modo sería considerado como transitorio y no daría tiempo para excitar al dispositivo y comenzar a conducir corriente en sus extremos.
Activación por Luz
Un haz luminoso dirigido hacia una de las uniones del tiristor provoca su disparo. Son los dispositivos conocidos como foto-SCR o LASCR y sus derivados (foto-TRIAC, opto-TRIAC, etc).
Un ejemplo es el típico LASCR de 2A que precisa una radiación luminosa de 24mW/cm2 con una longitud de onda de 850nm para su activación. Esta radiación está conectada en la compuesta del dispositivo para poder hacer la función de control en este.
Por tensión de ruptura
Un aumento de la tensión entre el ánodo – cátodo puede provocar fenómenos de ruptura que activa el tiristor. Esta tensión de ruptura directa VBO solamente se utiliza como método para disparar diodos de cuatro capas.
Disparo por aumento de dv/dt
Un rápido aumento de la tensión directa de ánodo – cátodo puede producir una corriente transitoria de compuerta que active el tiristor. Generalmente se elimina este problema utilizando circuitos de protección basados en R, C o L. Valores típicos de dv/dt están comprendidos entre 5V/useg a 500V/useg.
Clasificación de la Activación o disparo de un tiristor
Existen numeroso circuitos de disparo de tiristores que pueden ser clasificados en tres tipos básicos en función de señal de disparo: DC, impulso o fase alterna.
Los circuitos basados en DC están basados en un interruptor mecánico o electrónico que incluyen circuitos de protección para evitar daños al tiristor. Estas señales también pueden ser generadas por un ordenador o cualquier circuito de control digital.
Los circuitos de disparo por impulso están basados generalmente en un transformador de acoplo que transmite el impulso de disparo. Este transformador permite el aislamiento eléctrico entre el tiristor y el circuito de control y precisa menor potencia de disparo.
Sin embargo son voluminosos debido al tamaño del transformado y suelen ser sustituidos por opto-acopladores luminosos.
Por último, los circuitos de disparo en alterna están diseñados para sincronizar la fase entre el suministro en alterno y el disparo que permita la regulación de potencia.
Bloqueo de los tiristores
La conmutación en corte o bloqueo es el proceso de poner en estado de corte al tiristor que puede realizarse de tres formas: conmutación natural, polarización inversa o conmutación por puerta.
Conmutación natural
Cuando la corriente del ánodo se reduce por debajo de un valor mínimo, llamado corriente de mantenimiento, el tiristor se corta. Sin embargo, hay que señalar que la corriente nominal de un tiristor es del orden de 100 veces la corriente de mantenimiento.
Para reducir esa corriente es preciso abrir la línea, aumentando la impedancia de carga o derivando parte de la corriente de carga a un circuito paralelo, es decir, cortocircuitando el dispositivo.
Corte por polarización inversa
Una tensión inversa ánodo-cátodo tenderá a interrumpir la corriente del
ánodo. La tensión se invierte en un semiperíodo de un circuito de alterna, por lo que un tiristor conectado a la línea tendrá una tensión inversa en un semiperíodo y se cortará. Esto se llama conmutación por fase o conmutación de línea alterna.
Corte por compuerta
Algunos tiristores especialmente diseñados, como los GTO, se bloquean con una corriente de puerta negativa.
El tiempo de conmutación en corte es el tiempo que tarda en bloquearse un tiristor. Con conmutación natural su valor está comprendido entre 1 a 10μseg, mientras que conmutación forzada puede ser de 0.7 a 2μseg.
Sin embargo, existen gran variedad de tiristores diseñados para tener tiempos de conmutación muy bajos.
Saludos, me gustaría saber que debo tener en cuenta para realizar los cálculos de la red snuber y cuáles serían las ecuaciones o fórmulas matemáticas.
Una red snubber se utiliza en circuitos electrónicos para reducir los transitorios de tensión (voltaje) y corriente en interruptores (como relés, transistores, tiristores, etc.) cuando se abren o cierran. Estos transitorios pueden causar interferencias electromagnéticas (EMI), dañar componentes o reducir la vida útil de los interruptores. Para calcular los componentes de una red snubber, hay algunas consideraciones clave y fórmulas que debes tener en cuenta:
Valor de la resistencia (R):
El valor de la resistencia en la red snubber generalmente se determina para limitar la corriente de pico a través del interruptor durante el conmutación.
Puede calcularse como R = (V / I), donde V es el voltaje de la fuente y I es la corriente máxima permitida a través del interruptor.
También puedes usar la fórmula R = (V^2 / P), donde P es la potencia disipada en la resistencia durante la conmutación.
Valor de la capacitancia (C):
La capacitancia en la red snubber se utiliza para absorber la energía almacenada en el campo magnético del interruptor y reducir la tensión de pico.
Puede calcularse como C = (I_peak * t) / ΔV, donde I_peak es la corriente de pico a través del interruptor, t es el tiempo de conmutación y ΔV es el cambio de voltaje permitido.
Tiempo de conmutación (t):
El tiempo de conmutación depende de la velocidad con la que el interruptor se abre o se cierra y es una consideración importante para el cálculo de la capacitancia.
Puedes medir este tiempo o estimarlo según las especificaciones del interruptor.
Voltaje de pico permitido (ΔV):
ΔV es la cantidad de caída de voltaje permitida a través del interruptor durante la conmutación.
Debe ser especificado por las características del interruptor y puede depender de la aplicación.
Potencia disipada en la resistencia (P_r):
Puedes calcular la potencia disipada en la resistencia durante la conmutación utilizando la fórmula P_r = (I_peak^2 * R).
Es importante tener en cuenta que estos cálculos son simplificados y que las redes snubber pueden ser más complejas en aplicaciones reales. Además, la elección de los valores de resistencia y capacitancia puede depender de las características específicas de tu circuito y los límites de tensión y corriente del interruptor.
En general, es una buena práctica consultar las hojas de datos del interruptor que estás utilizando, ya que a menudo proporcionan recomendaciones o valores típicos para los componentes de la red snubber. También ten en cuenta que el rendimiento de la red snubber puede requerir ajustes y optimizaciones en función de la aplicación específica.