Caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR

<p>Las caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR son la variaci贸n temporal del voltaje a trav茅s de sus terminales de 谩nodo y c谩todo y la corriente a trav茅s de 茅l durante su proceso de encendido y apagado. Esto significa que habr谩 dos tipos de caracter铆sticas: una durante el proceso de encendido y otra durante el proceso de apagado del SCR. Tambi茅n se conoce como caracter铆sticas din谩micas de SCR. En este art铆culo, primero discutiremos las caracter铆sticas de conmutaci贸n durante el encendido y luego para el proceso de apagado del SCR. El tiempo de retardo, el tiempo de subida y el tiempo de propagaci贸n asociados con el proceso de encendido del SCR y el tiempo de recuperaci贸n inversa y el tiempo de recuperaci贸n de la puerta asociados con el proceso de apagado del SCR tambi茅n se han explicado en detalle.

Índice de contenidos

Caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR durante el encendido

Ya somos conscientes del hecho de que un SCR comienza a conducir cuando est谩 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 conducci贸n directa. Pero el punto en el que se debe pensar es si SCR salta inmediatamente al modo de conducci贸n directa cuando aplicamos el pulso de puerta o hay alg煤n tiempo de transici贸n. De hecho, hay un tiempo de transici贸n del estado de reenv铆o desactivado al estado de reenv铆o activado. Este tiempo de transici贸n se llama SCR o tiristor. encender el tiempo.

Tiempo de activaci贸n de SCR o tiristor

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

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 an贸dica alcanza 0,1 Ia. Aqu铆 Ig e Ia son los valores finales de la corriente de puerta y 谩nodo respectivamente.

Hay varias otras formas de definir el tiempo de retardo. Tambi茅n se define como el tiempo durante el cual el voltaje del 谩nodo cae de Va a 0,9 Va. Aqu铆, Va es el valor inicial del voltaje de 谩nodo a c谩todo cuando el SCR estaba en modo de bloqueo directo. Otra forma de definirlo es el tiempo en el que la corriente del 谩nodo llega a 0,1 Ia de la corriente de fuga directa.

El inicio del proceso de encendido b谩sicamente comienza en la uni贸n de puerta a c谩todo. Tan pronto como aplicamos la corriente de la puerta, se inyectan cargas en la uni贸n de la puerta al c谩todo. Esta carga inicialmente fluye en un camino estrecho debido a la distribuci贸n 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 谩nodo fluye en una regi贸n 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 谩nodo en subir de 0,1 Ia a 0,9 Ia. Durante este tiempo, el voltaje del 谩nodo al c谩todo 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 ser谩 el tiempo de subida.

Durante el tiempo de subida, la corriente comienza a propagarse desde una regi贸n conductora estrecha en la puerta hasta la uni贸n del c谩todo. Pero como el tiempo de subida es peque帽o, la corriente de los 谩nodos no cambia para extenderse por toda la secci贸n transversal del c谩todo. As铆 podemos decir que, como en el tiempo de retardo, la corriente durante el tiempo de subida tambi茅n fluye en una regi贸n estrecha. Sin embargo, el 谩rea de esta estrecha regi贸n es m谩s que eso en caso de retraso.

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

Tiempo de propagaci贸n:

El tiempo de propagaci贸n de SCR o tiristor es el tiempo que tarda la corriente del 谩nodo en llegar de 0,9 Ia a Ia. Durante este per铆odo de tiempo, la corriente del 谩nodo se extiende por toda la secci贸n transversal del c谩todo. Despu茅s del tiempo de propagaci贸n, la corriente del 谩nodo alcanza un valor de estado estable y la ca铆da de voltaje a trav茅s de los terminales SCR se vuelve igual a la ca铆da de voltaje en la etapa del orden de 1 a 1,5 V.

De la discusi贸n anterior, observamos que un SCR es un dispositivo controlado por carga durante el giro. Esto tambi茅n es evidente por el hecho de que la corriente de puerta inyecta una cierta cantidad de carga en la uni贸n de puerta a c谩todo para llevar el SCR al modo de conducci贸n directa desde su estado de bloqueo directo. Esto significa que cuanto mayor sea el valor de la corriente de puerta, menor ser谩 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 m铆nima requerida para activar el SCR. Cuando la corriente de puerta es varias veces mayor que la corriente de puerta m铆nima requerida, se dice que un SCR est谩 SCR de alta potencia o sobrecargado.

Caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR durante el apagado

Las caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR durante Turn Off es la transici贸n de SCR del estado de conducci贸n directa al estado de bloqueo directo. Este proceso de transici贸n implica llevar la corriente del 谩nodo por debajo de la corriente de mantenimiento, barrer las cargas de las uniones p y n externas y la recombinaci贸n de huecos y electrones en la uni贸n interior. Por lo tanto, es un proceso din谩mico. Este proceso din谩mico de llevar el SCR al estado de apagado se llama proceso de conmutaci贸n o apagar el proceso. Analicemos en detalle las caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR durante el apagado.

Como sabemos, una vez que se enciende el SCR, la puerta no tiene control sobre 茅l. Esto significa que el SCR continuar谩 en estado de conducci贸n incluso si se elimina la corriente de puerta. Ok, pero ahora queremos desactivar SCR. Entonces, 驴qu茅 tenemos que hacer? Necesitamos llevar la corriente del 谩nodo por debajo de la corriente de mantenimiento. Pero simplemente llevar la corriente del 谩nodo por debajo de la corriente de retenci贸n no apagar谩 el SCR. Esto se debe a que los portadores de carga, es decir, los electrones y los huecos, a煤n se encuentran en condiciones favorables y si aplicamos voltaje directo a trav茅s de los terminales del 谩nodo y el c谩todo, el SCR comenzar谩 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 uni贸n exterior p y n debido al voltaje inverso. Una vez que la carga ha sido barrida y recombinada en la uni贸n interna donde el barrido no es posible, el SCR mantendr谩 el voltaje directo. En la etapa de tiempo, diremos que SCR est谩 apagado. Todo este proceso lleva alg煤n 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 谩nodo 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 discuti贸 anteriormente. Esta eliminaci贸n 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 uni贸n interna solo pueden ser barridos por recombinaci贸n. Por lo tanto, existen dos m茅todos 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 recuperaci贸n inversa trr. Mientras que el tiempo en el que se eliminan los portadores en la capa interna debido a la recombinaci贸n se denomina Tiempo de recuperaci贸n de puertatgr.

La siguiente figura muestra las caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR durante el proceso de encendido y apagado.

Caracter铆sticas de conmutaci贸n de SCR

Se pueden observar los siguientes puntos con referencia a las caracter铆sticas de conmutaci贸n anteriores de SCR durante el proceso de apagado:

  • En el instante t1, la corriente del 谩nodo se vuelve cero. Pero los portadores a煤n se encuentran en condiciones favorables, la corriente del 谩nodo comenzar谩 a fluir en direcci贸n inversa con la misma pendiente, es decir, di/dt. Esto es realmente bueno. Esta corriente inversa ayudar谩 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 谩nodo inverso comienza a disminuir. La tasa de decaimiento de la corriente inversa es r谩pida al principio pero luego se vuelve gradual. Esta r谩pida disminuci贸n de la corriente inversa provoca un voltaje inverso en los terminales del SCR o del tiristor y, por lo tanto, puede da帽arlo. Un elemento RC a trav茅s 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 recuperaci贸n inversa es, por tanto, (t3 鈥 t1).Modo de bloqueo hacia adelante de SCR
  • Despu茅s del tiempo de recuperaci贸n inversa trr, los acarreos en exceso a煤n quedan atrapados en la uni贸n interna J2. Por lo tanto, el SCR no puede bloquear el voltaje directo. Dado que el exceso de carga alrededor de la uni贸n J2 no puede fluir en el circuito externo, estas cargas atrapadas deben decaer debido a la recombinaci贸n. Esta recombinaci贸n solo es posible si se mantiene un voltaje inverso a trav茅s del SCR durante un tiempo finito, aunque la magnitud de este voltaje inverso no es importante. Esto es porque; los tasa de recombinaci贸n solo depende de la temperatura de uni贸n. Es independiente del par谩metro del circuito externo. El tiempo de recombinaci贸n de carga se llama Tiempo de recuperaci贸n de puerta, tgr. Aqu铆 el tiempo de recuperaci贸n de la puerta es (t4 鈥 t3).
  • En el instante t4, como no hay exceso de carga, el SCR puede soportar la tensi贸n directa. Por lo tanto, decimos que SCR se ha apagado. El tiempo de apagado del SCR o tiristor est谩 en el rango de 3-100 碌s.
  • El tiempo de apagado del SCR depende de la magnitud de la corriente del 谩nodo antes del inicio del proceso de conmutaci贸n, di/dt y la temperatura de la uni贸n. 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 r谩pidamente 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 par谩metro constante del tiristor, sino que depende del par谩metro del circuito externo.
  • SCR forma parte del circuito externo. El tiempo de apagado proporcionado al SCR o tiristor por el circuito pr谩ctico se llama Tiempo de apagado del circuito, tc. Se define como el tiempo entre el instante en que la corriente del 谩nodo se vuelve cero y el instante en que el voltaje inverso a trav茅s 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 conmutaci贸n confiable.

Los tiristores con un tiempo de apagado lento (50-100 碌s) se denominan SCR de grado de convertidor y los que tienen un tiempo de apagado r谩pido (3-50 碌s) se denominan SCR de grado de inversor. Los SCR de grado de convertidor son m谩s econ贸micos y se usan para rectificadores controlados por fase, controladores de voltaje de CA, etc. Los SCR de grado de inversor son m谩s costosos y se usan para convertidores de conmutaci贸n forzada, inversor y chopper.

Dejar un comentario