Características de conmutación de SCR

<p>Las características de conmutación de SCR son la variación temporal del voltaje a través de sus terminales de ánodo y cátodo y la corriente a través de él durante su proceso de encendido y apagado. Esto significa que habrá dos tipos de características: una durante el proceso de encendido y otra durante el proceso de apagado del SCR. También se conoce como características dinámicas de SCR. En este artículo, primero discutiremos las características de conmutación durante el encendido y luego para el proceso de apagado del SCR. El tiempo de retardo, el tiempo de subida y el tiempo de propagación asociados con el proceso de encendido del SCR y el tiempo de recuperación inversa y el tiempo de recuperación de la puerta asociados con el proceso de apagado del SCR también se han explicado en detalle.

Características de conmutación de SCR durante el encendido

Ya somos conscientes del hecho de que un SCR comienza a conducir cuando está polarizado hacia adelante y se aplica un pulso controlado. Esto significa que, cuando aplicamos un pulso de compuerta, el SCR cambia su estado del modo de bloqueo directo al modo de conducción directa. Pero el punto en el que se debe pensar es si SCR salta inmediatamente al modo de conducción directa cuando aplicamos el pulso de puerta o hay algún tiempo de transición. De hecho, hay un tiempo de transición del estado de reenvío desactivado al estado de reenvío activado. Este tiempo de transición se llama SCR o tiristor. encender el tiempo.

Tiempo de activación de SCR o tiristor

El tiempo de activación del tiristor puede definirse como el tiempo requerido por el SCR para cambiar su estado del modo de bloqueo directo al modo de conducción directa cuando se aplica un pulso de puerta. El tiempo total de activación del SCR se compone de tres intervalos de tiempo diferentes: tiempo de retardo, tiempo de subida y tiempo de propagación.

Tiempo de retardo:

El tiempo de retardo se mide desde el instante en que la corriente de puerta alcanza 0,9 Ig hasta el instante en que la corriente anódica alcanza 0,1 Ia. Aquí Ig e Ia son los valores finales de la corriente de puerta y ánodo respectivamente.

Hay varias otras formas de definir el tiempo de retardo. También se define como el tiempo durante el cual el voltaje del ánodo cae de Va a 0,9 Va. Aquí, Va es el valor inicial del voltaje de ánodo a cátodo cuando el SCR estaba en modo de bloqueo directo. Otra forma de definirlo es el tiempo en el que la corriente del ánodo llega a 0,1 Ia de la corriente de fuga directa.

El inicio del proceso de encendido básicamente comienza en la unión de puerta a cátodo. Tan pronto como aplicamos la corriente de la puerta, se inyectan cargas en la unión de la puerta al cátodo. Esta carga inicialmente fluye en un camino estrecho debido a la distribución de carga no uniforme. Por lo tanto, la densidad de corriente cerca de la puerta es mayor y disminuye a medida que aumenta la distancia desde el cruce de la puerta. Esto significa que, durante el tiempo de retardo, la corriente del ánodo fluye en una región estrecha cerca de la puerta donde la densidad de corriente de la puerta es mayor.

Hora de levantarse:

El tiempo de subida se define como el tiempo que tarda la corriente del ánodo en subir de 0,1 Ia a 0,9 Ia. Durante este tiempo, el voltaje del ánodo al cátodo cae de 0,9 Va a 0,1 Va. El tiempo de subida es inversamente proporcional a la magnitud de la corriente de puerta y su tasa de subida. Cuanto mayor sea el valor de la corriente de puerta, menor será el tiempo de subida.

Durante el tiempo de subida, la corriente comienza a propagarse desde una región conductora estrecha en la puerta hasta la unión del cátodo. Pero como el tiempo de subida es pequeño, la corriente de los ánodos no cambia para extenderse por toda la sección transversal del cátodo. Así podemos decir que, como en el tiempo de retardo, la corriente durante el tiempo de subida también fluye en una región estrecha. Sin embargo, el área de esta estrecha región es más que eso en caso de retraso.

Dado que la corriente y el voltaje son mayores durante el tiempo de subida, las pérdidas de encendido en SCR son mayores durante el tiempo de subida.

Tiempo de propagación:

El tiempo de propagación de SCR o tiristor es el tiempo que tarda la corriente del ánodo en llegar de 0,9 Ia a Ia. Durante este período de tiempo, la corriente del ánodo se extiende por toda la sección transversal del cátodo. Después del tiempo de propagación, la corriente del ánodo alcanza un valor de estado estable y la caída de voltaje a través de los terminales SCR se vuelve igual a la caída de voltaje en la etapa del orden de 1 a 1,5 V.

De la discusión anterior, observamos que un SCR es un dispositivo controlado por carga durante el giro. Esto también es evidente por el hecho de que la corriente de puerta inyecta una cierta cantidad de carga en la unión de puerta a cátodo para llevar el SCR al modo de conducción directa desde su estado de bloqueo directo. Esto significa que cuanto mayor sea el valor de la corriente de puerta, menor será el tiempo de encendido. En general, la magnitud de la corriente de compuerta para activar el SCR es aproximadamente de 3 a 5 veces la corriente de compuerta mínima requerida para activar el SCR. Cuando la corriente de puerta es varias veces mayor que la corriente de puerta mínima requerida, se dice que un SCR está SCR de alta potencia o sobrecargado.

Características de conmutación de SCR durante el apagado

Las características de conmutación de SCR durante Turn Off es la transición de SCR del estado de conducción directa al estado de bloqueo directo. Este proceso de transición implica llevar la corriente del ánodo por debajo de la corriente de mantenimiento, barrer las cargas de las uniones p y n externas y la recombinación de huecos y electrones en la unión interior. Por lo tanto, es un proceso dinámico. Este proceso dinámico de llevar el SCR al estado de apagado se llama proceso de conmutación o apagar el proceso. Analicemos en detalle las características de conmutación de SCR durante el apagado.

Como sabemos, una vez que se enciende el SCR, la puerta no tiene control sobre él. Esto significa que el SCR continuará en estado de conducción incluso si se elimina la corriente de puerta. Ok, pero ahora queremos desactivar SCR. Entonces, ¿qué tenemos que hacer? Necesitamos llevar la corriente del ánodo por debajo de la corriente de mantenimiento. Pero simplemente llevar la corriente del ánodo por debajo de la corriente de retención no apagará el SCR. Esto se debe a que los portadores de carga, es decir, los electrones y los huecos, aún se encuentran en condiciones favorables y si aplicamos voltaje directo a través de los terminales del ánodo y el cátodo, el SCR comenzará a conducir. Esto significa que necesitamos aplicar un voltaje inverso durante un tiempo finito para dar tiempo a que los portadores de carga se eliminen de la unión exterior p y n debido al voltaje inverso. Una vez que la carga ha sido barrida y recombinada en la unión interna donde el barrido no es posible, el SCR mantendrá el voltaje directo. En la etapa de tiempo, diremos que SCR está apagado. Todo este proceso lleva algún tiempo, lo que se conoce como tiempo de apagado de SCR.

El tiempo de apagado (tq) se define como el tiempo entre el instante en que la corriente del ánodo se vuelve cero y el instante en que el SCR recupera la capacidad de bloqueo directo. Durante este tiempo, todos los acarreos en exceso de las capas p y n externas se eliminan como se discutió anteriormente. Esta eliminación del exceso de portadores consiste en barrer los agujeros de la capa p externa y los electrones de las capas n externas. Los portadores en la unión interna solo pueden ser barridos por recombinación. Por lo tanto, existen dos métodos diferentes para barrer el exceso de portadores. Esto conduce a dos tiempos diferentes. El tiempo en el que se elimina el exceso de portadores de dos capas externas p y n se denomina Tiempo de recuperación inversa trr. Mientras que el tiempo en el que se eliminan los portadores en la capa interna debido a la recombinación se denomina Tiempo de recuperación de puertatgr.

La siguiente figura muestra las características de conmutación de SCR durante el proceso de encendido y apagado.

Se pueden observar los siguientes puntos con referencia a las características de conmutación anteriores de SCR durante el proceso de apagado:

• En el instante t1, la corriente del ánodo se vuelve cero. Pero los portadores aún se encuentran en condiciones favorables, la corriente del ánodo comenzará a fluir en dirección inversa con la misma pendiente, es decir, di/dt. Esto es realmente bueno. Esta corriente inversa ayudará a barrer el exceso de agujeros de la capa exterior p y el exceso de agujeros de la capa exterior n. Esta corriente inversa primero aumenta, pero con el barrido del exceso de portadores, esta corriente comienza a disminuir. En el momento t2, cuando alrededor del 60 por ciento de los portadores han sido barridos de las capas exteriores, la corriente del ánodo inverso comienza a disminuir. La tasa de decaimiento de la corriente inversa es rápida al principio pero luego se vuelve gradual. Esta rápida disminución de la corriente inversa provoca un voltaje inverso en los terminales del SCR o del tiristor y, por lo tanto, puede dañarlo. Un elemento RC a través de la terminal SCR ayuda a proteger de este tipo de sucesos.
• En el momento t3, cuando la corriente inversa se vuelve casi cero, los portadores en exceso se han eliminado por completo y ahora el SCR puede soportar el voltaje inverso.
• El tiempo de recuperación inversa es, por tanto, (t3 – t1).
• Después del tiempo de recuperación inversa trr, los acarreos en exceso aún quedan atrapados en la unión interna J2. Por lo tanto, el SCR no puede bloquear el voltaje directo. Dado que el exceso de carga alrededor de la unión J2 no puede fluir en el circuito externo, estas cargas atrapadas deben decaer debido a la recombinación. Esta recombinación solo es posible si se mantiene un voltaje inverso a través del SCR durante un tiempo finito, aunque la magnitud de este voltaje inverso no es importante. Esto es porque; los tasa de recombinación solo depende de la temperatura de unión. Es independiente del parámetro del circuito externo. El tiempo de recombinación de carga se llama Tiempo de recuperación de puerta, tgr. Aquí el tiempo de recuperación de la puerta es (t4 – t3).
• En el instante t4, como no hay exceso de carga, el SCR puede soportar la tensión directa. Por lo tanto, decimos que SCR se ha apagado. El tiempo de apagado del SCR o tiristor está en el rango de 3-100 µs.
• El tiempo de apagado del SCR depende de la magnitud de la corriente del ánodo antes del inicio del proceso de conmutación, di/dt y la temperatura de la unión. Un aumento en la magnitud de estos factores aumenta el tiempo de apagado del tiristor. Sin embargo, el tiempo de apagado disminuye con el aumento en la magnitud del voltaje inverso. Esto es porque; El alto voltaje inverso barre rápidamente los agujeros de la capa p externa y los electrones de las capas n externas. Por lo tanto, el tiempo de apagado de SCR no es un parámetro constante del tiristor, sino que depende del parámetro del circuito externo.
• SCR forma parte del circuito externo. El tiempo de apagado proporcionado al SCR o tiristor por el circuito práctico se llama Tiempo de apagado del circuito, tc. Se define como el tiempo entre el instante en que la corriente del ánodo se vuelve cero y el instante en que el voltaje inverso a través de las terminales SCR se vuelve cero. El tiempo de apagado del circuito tc debe ser mayor que el tiempo de apagado del tiristor tq para una conmutación confiable.

Los tiristores con un tiempo de apagado lento (50-100 µs) se denominan SCR de grado de convertidor y los que tienen un tiempo de apagado rápido (3-50 µs) se denominan SCR de grado de inversor. Los SCR de grado de convertidor son más económicos y se usan para rectificadores controlados por fase, controladores de voltaje de CA, etc. Los SCR de grado de inversor son más costosos y se usan para convertidores de conmutación forzada, inversor y chopper.

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