Métodos de activación de SCR explicados en detalle

Los métodos de activación de SCR son las técnicas para llevar un SCR al modo de conducción directa desde el modo de bloqueo directo. Un SCR en modo de conducción directa se caracteriza por baja impedancia, baja caída de voltaje en el ánodo y el cátodo y alta corriente de ánodo. El valor de la corriente del ánodo está determinado por la carga. Por lo tanto, permite el flujo de corriente. Por lo tanto, un SCR en modo de conducción directa se denomina estado ON y puede tratarse como un interruptor cerrado. SCR es un miembro popular de la familia de tiristores. Es tan popular que las palabras tiristor y SCR se utilizan como sinónimos. Por lo tanto, los métodos de encendido descritos en este artículo se aplican tanto a SCR como a tiristores.

Hay principalmente cinco métodos diferentes para activar métodos de SCR:

Disparo de voltaje directo
Activación de puerta
Activación dv/dt
Activación térmica o por temperatura
Activación de luz

Puede notar la palabra activación en el nombre de los métodos de giro SCR. De hecho, la activación en sí significa llevar el SCR o tiristor al estado ON desde su estado OFF. Ahora discutiremos cada uno de los métodos de giro SCR uno por uno.

Índice de contenidos

Disparo de voltaje directo
Activación de puerta
Activación dv/dt
Activación por temperatura
Activación de luz

Disparo de voltaje directo

Lea atentamente el nombre de este método. Dice “disparo de voltaje directo”. Esto significa que activaremos SCR aplicando voltaje directo a través de sus terminales. ¿Qué significa esto? Esto simplemente significa que lo haremos polarizado hacia adelante y aumentaremos este voltaje de polarización hasta que SCR se encienda. Veamos ahora cómo el aumento de la tensión de polarización directa activa el SCR.

En un SCR o tiristor con polarización directa, la unión J1 y J3 tienen polarización directa, mientras que la unión J2 tiene polarización inversa. Por lo tanto, aumentar este voltaje de polarización reducirá el ancho de la región de agotamiento de la unión J2 y, a un voltaje particular, esta región de agotamiento desaparecerá. En esta etapa, se dice que la unión J2 con polarización inversa tiene una ruptura de avalancha y este voltaje se denomina voltaje de ruptura directa. El nombre de voltaje de ruptura directa se da ya que a este voltaje las características VI de SCR se rompen y cambian a su posición ON. Consulte las características VI de SCR que se muestran a continuación.

Puede notar que en la tensión de ruptura directa VBO, la curva VI se rompe en el punto M y cambia a su posición de encendido N con la corriente de ruptura directa IBO. Esta es la razón; este voltaje crítico se llama voltaje de ruptura directa.

Tan pronto como ocurre la ruptura por avalancha en la unión J2, la corriente comienza a fluir del ánodo al cátodo del SCR. El valor de esta corriente de ánodo solo está limitado por la carga. Por lo tanto, SCR está ahora en su modo de conducción en dirección directa, es decir, desde el ánodo al cátodo. Este es un método de activación hacia adelante para encender SCR.

Normalmente, este método no se usa para encender el SCR, ya que puede dañarlo. En general, el voltaje de ruptura directo es menor que el voltaje de ruptura inverso y, por lo tanto, el voltaje ganado en pan inverso se considera como la clasificación de voltaje final al diseñar SCR. También hay que tener en cuenta y tener en cuenta que, una vez que se produce una rotura por avalancha en el cruce J2, se pierde la capacidad de bloqueo de J2. Por lo tanto, si el voltaje del ánodo se reduce por debajo del voltaje de ruptura directa, el SCR continuará conduciendo. El SCR ahora se puede apagar llevando su corriente de ánodo por debajo de cierto valor llamado corriente de retención.

Activación de puerta

La activación de la compuerta es el método en el que la corriente de la compuerta positiva pasa por un SCR con polarización directa para activarlo. La activación de la puerta es, de hecho, la forma más confiable, simple y eficiente de activar el SCR. En este método, el voltaje de puerta positivo entre las terminales de puerta y cátodo se aplica en un SCR con polarización directa que establece la corriente de puerta desde la terminal de puerta hasta el cátodo.

Cuando se aplica una corriente de puerta positiva, la capa p de la puerta se inunda con electrones del cátodo (lado n). Esto se debe a que la capa del cátodo n está fuertemente dopada en comparación con la capa de la puerta p. Dado que las uniones J1 y J3 ya están polarizadas hacia adelante, los electrones inyectados en la capa de la puerta p pueden llegar a la unión J2 y, por lo tanto, reducen el ancho de la región de agotamiento. Este resultado es la reducción de la tensión de ruptura directa. De hecho, cuantos más electrones se inyecten en la capa de la puerta p, más posibilidades habrá de que los electrones lleguen a J2. Esto significa que cuanto mayor sea el valor de la corriente de puerta, mayor será la reducción en el voltaje de ruptura directa. Por lo tanto, la corriente de puerta y el voltaje de ruptura directo son inversamente proporcionales.

Consulte la figura a continuación. Estas son las características VI de DSCR para diferentes valores de corriente de puerta Ig.

Los siguientes puntos se pueden observar y anotar en la curva anterior:

Cuando la corriente de puerta Ig es cero, la tensión de ruptura directa es VBO.
A medida que la corriente de puerta aumenta de cero a Ig1, la tensión de ruptura directa se reduce de VBO a V1. De manera similar, su valor se reduce de V1 a V3 a medida que la corriente de puerta aumenta de Ig1 a Ig3.

Por lo tanto, el SCR puede encenderse aplicando corriente de puerta. Cabe señalar que el SCR se enciende debido al voltaje de ruptura directa, aunque este voltaje se reduce considerablemente debido a la corriente de compuerta positiva.

Una vez que SCR comienza a conducir en dirección directa, la unión J2 de polarización inversa ya no existe. Por lo tanto, no se requiere corriente de puerta para que el SCR o el tiristor permanezcan en estado ENCENDIDO. Por lo tanto, si se elimina la corriente de puerta, la conducción de corriente del ánodo al cátodo no se ve afectada. Sin embargo, si la corriente de la puerta se reduce a cero antes de que la corriente del ánodo aumente a un valor específico llamado corriente de enganche, el SCR o tiristor se apagará nuevamente. Esto significa que no debemos apagar la corriente de la puerta hasta que la corriente del ánodo haya cruzado la corriente de enganche.

La corriente de enganche se define como el valor mínimo de la corriente del ánodo que debe alcanzarse durante el proceso de encendido del SCR para mantener la conducción incluso cuando se elimina la corriente de la puerta.

Una vez que el SCR o tiristor comienza a conducir, la puerta pierde su control. El SCR o tiristor ahora se puede apagar solo si la corriente del ánodo está por debajo de un valor específico de corriente del ánodo. Este valor de la corriente del ánodo por debajo del cual el SCR se apaga se llama corriente de mantenimiento. Como se puede ver en las características VI de SCR, el valor de la corriente de bloqueo es mayor que la corriente de mantenimiento.

La corriente de mantenimiento se define como el valor mínimo de la corriente del ánodo por debajo del cual debe caer para apagar el SCR o el tiristor.

Activación dv/dt

El disparo dv/dt es la técnica en la que el SCR se enciende cambiando el voltaje de polarización directa con respecto al tiempo. dv/dt en sí mismo significa tasa de cambio de voltaje respecto al tiempo.

Como hemos discutido anteriormente en esta publicación, la unión J2 tiene polarización inversa en un modo de bloqueo directo de SCR. Una unión con polarización inversa puede tratarse como un capacitor debido a la presencia de cargas espaciales en las proximidades de la unión con polarización inversa. Supongamos que su capacitancia es ‘C’ farad. La carga en el capacitor, el voltaje a través del capacitor y la capacitancia se relacionan de la siguiente manera:

Q = CV

Diferenciando ambos lados a la vez, obtenemos

dQ/dt = C(dV/dt)

Pero corriente I = dQ/dt

⇒ Yo = C(dV/dt)

Por tanto, la corriente a través de la unión polarizada inversamente J2 es directamente proporcional a (dv/dt). Por lo tanto, si la tasa de aumento del voltaje directo, es decir (dv/dt), es alta, la corriente de carga I también será alta. Esta corriente de carga actúa como corriente de puerta y enciende el SCR o tiristor aunque la corriente de puerta sea cero. Debe tenerse en cuenta que es la tasa de aumento de voltaje la que es responsable de encender el SCR. Es independiente de la magnitud del voltaje. El voltaje puede ser bajo, pero la tasa de aumento debe ser lo suficientemente alta como para encender el SCR.

Activación por temperatura

La activación por temperatura también se denomina activación térmica. Como sabemos que en la unión polarizada inversamente fluye una corriente de saturación inversa cuyo valor depende de la temperatura de la unión. Esto significa que, en el modo de bloqueo directo de SCR o tiristor, habrá un flujo de corriente de saturación inversa a través de la unión J2. Esta corriente aumentará la temperatura de la unión, lo que a su vez dará como resultado un mayor aumento de la corriente de fuga inversa. Esta corriente de fuga aumentada volverá a aumentar la temperatura de la unión y, por lo tanto, aumentará aún más la corriente de fuga inversa. Por lo tanto, este proceso es acumulativo y eventualmente conducirá a la desaparición de la región de empobrecimiento de la unión J2 polarizada inversamente a alguna temperatura. A esta temperatura, el SCR se encenderá.

Activación de luz

En disparo de luz, un pulso de luz de adecuada longitud de onda guiado por fibras ópticas se irradia para encender SCR. Se hace un hueco o nicho en la capa p interna para el SCR activado por luz, como se muestra en la figura a continuación.

Cuando se irradia este nicho, se generan portadores de carga libres, es decir, pares de electrones y huecos. Si la intensidad de la luz irradiada excede un cierto valor, se enciende el SCR con polarización directa. Tenga en cuenta que la luz irradiada produce acarreos de carga gratuitos, que es como en el caso de la corriente de puerta. Allí, los portadores de carga se mueven cerca de la unión polarizada inversamente J2 y reducen el voltaje de ruptura directo. Esta es la razón por la que el SCR se enciende. El SCR que se enciende mediante el uso de luz se denomina SCR activado por luz o LASCR.