Dispositivos especiales

Los tiristores son dispositivos formados por cuatro capas de material

semiconductor (pn-pn). Dentro de ellos se encuentran el Silicon-Controlled

Rectifier (SCR) en español rectificador controlado de silicio, el diode for alternating

current (DIAC) que es diodo para corriente alterna, el Triode for Alternating Current

(TRIAC) que es triodo para corriente alterna y el Silicon-Controller Switch (SCS)

que significa interruptor controlado de silicio. Todos tienen características

comunes como el actuar como circuitos abiertos capaces de soportar al ser

disparados. Cuando son disparados se activan y se convierten en caminos de baja

resistencia para la corriente y se mantienen así, incluso si el disparo es removido,

hasta que la corriente es reducida a cierto nivel o hasta que se desactivan,

dependiendo del tipo de dispositivo.

Los tiristores pueden usados para controlar la cantidad de potencia de corriente alterna a cargar y son usados en reguladores de lámparas, controladores de

velocidad de motores, ignición de sistemas y carga de circuitos por nombrar algunas.

5.1 FAMILIA DE TIRISTORES

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)

Como el diodo de cuatro capas, el SCR tiene dos posibles estados de operación.

En el estado off, actúa idealmente como un circuito abierto entre el ´ánodo y el cátodo, de hecho, en lugar de abierto, hay una alta impedancia. En el estado on, el

SCR actúa idealmente como un corto entre ´ánodo y cátodo, de hecho, hay una baja resistencia en polarización directa. El SCR es usado en varias aplicaciones incluyendo control de motores, circuidos de retraso, controles de calefactores y

controles de fase por nombrar algunos.

Características del SCR De las características más importantes del SCR son Voltaje de Quiebre en Polarización Directa, VBF: Este es el voltaje en el cual

el SCR entre en la región de conducción en polarización directa. El valor VBF es máximo cuando IG = 0. Cuando la corriente de compuerta incremente, el VBF decrementa. Corriente Estándar: Este valor de la corriente de ´ánodo debajo del cual el SCR

conmuta de la región de conduce ´on a la región de bloqueo. El valor incrementa con el decrecimiento del valor IG y es máximo cuando IG = 0. Corriente de Disparo en Compuerta: Este valor de corriente de compuerta es

el necesario para conmutar el SCR de la región de bloqueo a la región de conducción bajo condiciones específicas.

Región de Conducción en Polarización Directa: Esta región corresponde al

estado on del SCR, donde hay una corriente de ´ánodo a cátodo a través de la

baja resistencia (aproximado al corto) del SCR.

Voltaje de Quiebre en Polarización Inversa VBR: Este parámetro especifica el

valor del voltaje en polarización inversa de cátodo a ´ánodo en el cual el dispositivo quiebra en una región de avalancha y comienza a conducir (al igual

que la unión pn de un diodo).

DIODO INTERRUPTOR DE CORRIENTE ALTERNA (DIAC).

Las dos estructuras del DIAC son el diodo de disparo de AC y el diodointerruptor

bidireccional pnpn. El formador simplemente es un dispositivo de tres capas similar en

construcción a un transistor bipolar Figura 1a, excepto que las concentraciones de dopaje

en las dos uniones son aproximadamente las mismas y no hay contacto entre la región

base de en medio. El dopaje equitativo resulta simétrico, características bidireccionales

son mostradas en la Figura 1c. Cuando el voltaje sin importar la polaridad es aplicado a

un DIAC, una unión es polarizada directamente y la otra inversamente.

Figura 1.

La corriente es limitada

por la corriente

leakage provocada por la unión polarizada inversamente. Cuando el voltaje

aplicado es suficientemente alto, el quiebre ocurre en VBC B0(1−∝)1

𝑛, donde VBC B0

es el voltaje de quiebre de avalancha de una unión pn, _ es la ganancia de

corriente en configuración base común y n una constante definida anteriormente

(varia según el material semiconductor). Esta expresión es la misma para el voltaje

de quiebre para una base de transistor bipolar npn abierta. Como la corriente

incrementa después del quiebre, _ incrementar ‘a causando una reducción en el

voltaje de la terminal. Esta reducción lleva a una diferencial de resistencia

negativa.

El diodo interruptor o conmutador bidireccional pnpn se comporta como dos

diodos Shockley conectados en antiparalelo para acomodar las señales de voltaje,

Figura 1b. Usando el principio de corto-cátodo, podemos integrar este arreglo en

dos un DIAC simple de dos terminales como se muestra.

La simetría de la estructura resulta en un rendimiento idéntico para cada polaridad

de voltaje aplicado. La simetría de las características I-V y el símbolo del

dispositivo es mostrado en la Figura 1c. Similar al diodo Shockley, el DIAC puede

ser disparado a conducción superando el voltaje de quiebre o disparándolo con

dV=dt. Debido a su acción regenerativa, el diodo interruptor bidireccional tiene una

resistencia grande negativa y pequeña caída hacia adelante que en el diodo de

disparo de AC.

TRIODO INTERRUPTOR DE CORRIENTE ALTERNA (TRIAC)

EL TRIAC es un DIAC con una tercera terminal de compuerta para controlar los voltajes de conmutación tanto en voltajes de polarización M1 y M2 Figura 12. La

estructura del TRIAC es considerablemente más complicada que el convencional tiristor. En adición a las cuatro capas básicas p1n1p2n2, existe una unión de

compuerta en la región n3 y otra en la región n4 en contacto con M1. Note también que de p1 es recortado n4, de p2 es recortado n2 y también n3, entres electrodos separados. El TIAC es muy ´útil en el control de iluminación, control de velocidad

de motor, control de temperatura y otras aplicaciones para corriente alterna.

Figura 2.

Las características I-V del TRIAC son mostradas en la Figura 2b. Las operaciones de dispositivo bajo varias condiciones de polarización son explicadas en la Figura 3. Cuando la terminal principal M1 es positiva con respecto de M2 y un voltaje

positivo es aplicado a la compuerta (también con respecto de M2), el comportamiento del dispositivo es idéntico al del tiristor convencional (Figura 3a).

La unión J4 es parcialmente polarizada inversamente (debido a la caída de IR localmente) y es inactivo; la corriente de compuerta es suministrada a través del corto de compuerta. Ya que la unión J5 es también (parcialmente) polarizada

inversamente e inactiva, la corriente fluye a través del lado izquierdo de la sección p1n1p2n2.

Figura 2.

En la Figura 3b, M1 es positivo con respecto a M2, pero un voltaje negativo es aplicado a la compuerta. La unión J4 entre n3 y p2 es ahora parcialmente polarizada directamente (debido a la caída IR), y los electrones son inyectados de

n3 a p2. El transistor auxiliar p1n1p2n3 ser ‘a encendida por el flujo lateral de corriente de base en p2 hacia la compuerta n3 debido al incremento de ganancia

del transistor n3p2n1. La conducción completa del transistor auxiliar resulta en el flujo de la corriente

hacia afuera de este dispositivo y hacia la región n2. Esta corriente proveer ‘a la corriente de compuerta requerida y disparar ‘a el transistor p1n1p2n2 del lado

izquierdo en conducción.

Cuando M1 es polarizado negativamente con respecto de M2, y VG es polarizado

positivamente, la unión J3 se convierte en directamente polarizada entre M2 y la compuerta en corto (Figura 13c). Los electrones son inyectados de n2 a p2 y

difundidos a n1, resultando en un incremento de las vías directas de J2. Por la acción regenerativa, eventualmente la corriente entera fluye a través del corto en M2. La unión de compuerta J4 es polarizada inversamente y es inactiva. La

corriente del dispositivo entero es movida a través del lado derecho del transistor p2n1p1n4.

La Figura 13d muestra la condición de M1 negativo con respecto a M2 y VG es

también negativo. En esta condición, la unión J4 es polarizada directamente, y el disparo es inicializado por la inyección de electrones de n3 a n1. Esta acción baja

el potencial en n1, causando la inyección de huecos de p2 a n1. Estos huecos proveen la corriente de control de base para el transistor p2n1p1, y el lado derecho del transistor p2n1p1n4 es eventualmente encendido o activado. Debido a

que la unión J3 es polarizada inversamente, la corriente principal es movida del corte de M2 a través de la región n4.

El TRIAC es un triodo interruptor simétrico que puede controlar suministros de carga con potencia de AC. La equivalencia de integrar dos transistores en un solo

chip resulta en solo la mitad de la estructura, siendo usada en cualquier momento (Figura 3). Por lo tanto la utilización de ´área del TRIAC es pobre—

aproximadamente cerca de la que dos tiristores conectados independiente. Las principales ventajas del dispositivo son sus características perfectas de relación de salidas y la eliminación de un paquete adicional de condiciones externas. Sin

embargo, sus características de entradas son exageradamente desiguales. Los TRIAC ahora tienen abarcado un ancho rango de voltajes de operación (arriba de

1.6kV) y corrientes (sobre 300A).

5.2 UJT y PUT

Transistor Uniunion (UJT).

El nombre UJT proviene de las siglas inglesas de Unijunction Transistor (transistor uni-uníón), con las que se designa un elemento compuesto de una barra de silicio

tipo N de cuyos extremos se obtienen los terminales base 2 (B2) Y base 1 (BI). Esta barra de silicio consta de un grado de dopado característico que le

proporciona una resistencia llamada resistencia interbases (RBB). En un punto determinado de la barra, más próximo a B2 que a Bl' se incrusta un material tipo P para formar una unión P-N respecto a la barra original, dando lugar

al terminal dé emisor (E). Considerando el lugar de inserción del material tipo P, se obtiene un divisor de tensión sobre la resistencia RBB original: el formado por las

partes correspondientes de la barra N comprendidas entre B2 y E Y entre E y B1• A estas resistencias así obtenidas se las denomina Rs, Y Rsz, respectivamente. La relación existente entre ellas es de suma importancia, de manera que se define

el parámetro «1]» como:

El cual depende del proceso de fabricación, del grado de dopado, de la geometría del elemento, etc. El fabricante suele proporcionar este dato entre sus hojas de especificaciones.

La Figura 5.1a muestra la estructura interna de un UJT, siendo su circuito equivalente el de la Figura 5.1b~.El símbolo usual para este transistor se

representa en la Figura 5.1c. en el que se observa que la punta de la flecha apunta hacia el terminal B1•

En principio supondremos que el potenciómetro P es un cortocircuito. Si

inicialmente se hace VBB =0 y se aumenta progresivamente la tensión VEE> la unión E- B 1 se comporta como un diodo polarizado en directo.

El funcionamiento difiere notablemente cuando VBB es distinta de cero. En este

caso, y para una tensión VEJ;=0, circulará una corriente a través de la barra de silicio de valor tal, que en el cátodo del diodo se obtendrá una tensión.

Quedando, por tanto, la unión P-N polarizada en inverso y circulando una corriente

inversa de emisor. Conforme se aumenta la tensión VEE, disminuye la polarización inversa del diodo y, consecuentemente, la corriente de emisor, hasta

llegar a un punto en el que no circula corriente: esta tensión VEE será de valor igual a VK• Si se continúa aumentando VEE• el diodo queda polarizado en directo,

comenzando a circular una corriente de emisor, y cuando la tensión VEE alcanza el valor VK más los 0,7 voltios correspondientes a la tensión de codo del diodo, el

emisor inyecta portadores en la región N de aquél, modulando la resistencia RBt' con lo .que ésta disminuye de valor hasta prácticamente desaparecer. En ese momento, la tensión VEB1 cae bruscamente, aumentando lE con la misma

rapidez: se ha producido el cebado del UJT. A la tensión VEB, correspondiente al cebado se la conoce como tensión de pico (Vp) y tiene como valor

De la expresión anterior se deduce que la tensión de cebado del UJT depende de la tensión de alimentación (VBB), con lo que variando ésta conseguiremos igualmente variar la tensión de pico. En la Gráfica 5.1 se observa el punto de pico

del UJT para una tensión VBB dada, indicándose con línea de trazos el cebado del elemento. A esta zona

se la conoce con el nombre de zona de resistencia negativa.

Una vez cebado -el UJT, si se aumenta el valor de P la corriente lE disminuirá gradualmente, manteniéndose prácticamente constante la tensión VEB, hasta

llegar a un punto de P tal, que la corriente lE pasa por debajo del valor I", llamado de valle, momento en el que se produce un paso del UJT al estado de bloqueo,

aumentando VEB1 y disminuyendo lE hasta el valor de la corriente de fuga del

diodo.

El UJT se polariza normalmente según se vé en su curva de polarización. La

base B2 se lleva a una tensión positiva (5V≤VBB≤30V). Por la

resistencia RB1B2 circula entonces una corriente IB2=Ie:

El cátodo del diodo emisor se encuentra a una tensión:

El diodo puede presentar una polarización inversa si VE es inferior a VC por lo que

se presentará una corriente de fuga IEBO muy pequeña. Por otro lado si VE es

superior VC, el diodo queda polarizado directamente y por ende circula una

corriente IE formada por portadores minoritarios que son depositados en R1. Esta

se anula disminuyendo su valor; por esto la tensión Vo disminuye también, ahora

si bien si VE es constante, IE debe aumentar, lo que disminuye aún más a R1

.

PUT

El PUT es un semiconductor de cuatro capas (pnpn) cuyo funcionamiento es

similar al del UJT. Es un tipo de tiristor y a veces se le llama “tiristor disparado por

ánodo” debido a su configuración. Al igual que el UJT, se utiliza como oscilador y

base de tiempos, pero es más flexible, ya que la compuerta se conecta a

un divisor de tensión que permita variar la frecuencia del oscilador sin modificar la

constante de tiempo RC.

EL SIMBOLO DEL PUT

Funcionamiento

Si el PUT está polarizado directamente y aplicamos Vag= 0.7 V, entra en

conducción. El PUT permanece encendido hasta que el voltaje anódico es

insuficiente, entonces, se apaga. El apagado se debe a que la corriente anódica

llega un valor ligeramente menor a la corriente de sostenimiento.

Conexión típica del PUT

Es un dispositivo de disparo ánodo-puerta (ánodo-compuerta) puesto que su

disparo se realiza cuando la puerta tenga una tensión más negativa que el ánodo,

es decir, la conducción del PUT se realiza por control de las tensiones en sus

terminales. Si el PUT es utilizado como oscilador de relajación, el voltaje de

compuerta VG se mantiene desde la alimentación mediante el divisor resistivo del

voltaje RB1 y RB2, y determina el voltaje de disparo Vp. En el caso del UJT, Vp

está fijado por el voltaje de alimentación, pero en un PUT puede variar al modificar

el valor del divisor resistivo RB1 y RB2. Si el voltaje del ánodo Va es menor que el

voltaje de compuerta Vg, se conservara en su estado inactivo, pero si el voltaje de

ánodo excede al de compuerta más el voltaje de diodo Vag, se alcanzará el punto

de disparo y el dispositivo se activará. La corriente de pico Ip y la corriente de valle

Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta y del voltaje de

alimentación en VBB. En general Rk está limitado a un valor por debajo de

100 ohm.

Rk=RB1RB2/(RB1 + RB2)

Para tener un diseño exitoso, la corriente de ánodo, que la llamaremos I, debe

estar entre las corrientes Ip e Iv, de no estarlo, el dispositivo no oscilará. Por ello,

se debe tener cuidado al diseñar la impedancia equivalente Rg y el voltaje de

alimentación, ya que estos parámetros modifican directamente los valores de

corriente ya mencionados.

Aplicaciones

El uso del PUT se encuentra casi limitado a su utilización en osciladores de

relajación para disparo de tiristores de potencia en aplicaciones de control de fase.

Su alta sensibilidad, les permite trabajar con elevados valores de resistencia de

temporización o pequeños valores de capacitancia, en aplicaciones de baja

corriente, tales como temporizaciones muy largas o en circuitos alimentadas con

baterías. Adicionalmente, por su conmutación debido a un proceso de

realimentación positiva de elementos activos, presentan menores tiempos

deconmutación que los UJT donde este proceso se debe a un cambio en la

conductividad de la barra de silicio por inyección de portadores. En consecuencia

menores valores de capacitancia producen pulsos de disparos de la potencia

adecuada.

Programable Unijunction Transistores (PUT) Información

Programable Unijunction Transistores (PUT) Información

Transistores uni-unión programables (PUT) son tiristores de tres terminales que

se desencadenan en la conducción cuando la tensión en el ánodo excede la

tensión en la puerta. El PUT es similar a la UJT, pero su relación de reserva

intrínseca se puede ajustar por dos resistencias externas. Por lo tanto, se utiliza el

nombre "programable". Un PUT es una versión más avanzada de un transistor

monounión (UJT). En una Unijunction transistor programable, características de

funcionamiento tales como la resistencia de base a base, tensión intrínseca

enfrentamiento, corriente valle, y la corriente de pico se pueden programar

mediante el establecimiento de los valores de dos resistencias externas. Las

solicitudes de transistores monounión programables (PUT) incluyen disparadores

tiristores, osciladores, pulso y circuitos de sincronización, con frecuencias de hasta

10 kHz. Un circuito integrado puede incluir no sólo un chip de circuito integrado,

sino también un circuito de transistor, tal como un transistor Unijunction

programable.

Especificaciones

Las especificaciones de rendimiento de los transistores monounión programables

(PUT) incluyen pico de corriente (con RG de 10K ohmios y 1M ohmios), actual

valle (con RG de 10K ohmios y 1M ohmios), tensión directa puerta a cátodo, de

puerta a cátodo inversa voltaje, de puerta a ánodo tensión inversa, ánodo a cátodo

voltaje, corriente de pico no repetitivo hacia adelante, corriente directa repetitivo

pico, corriente directa de pico repetitiva, DC corriente de ánodo hacia adelante,

puerta en DC, la disipación de energía, temperatura de almacenamiento, de

funcionamiento temperatura de la unión. Transistores monounión programables

(PUT) pueden ser empaquetados individualmente o en empaque estándar para los

requisitos de alto volumen, tales como equipos de inserción automática.

Transistores monounión programables (PUT) que los Estados Unidos cumplan

con las especificaciones militares (MIL-SPEC) se fabrican de acuerdo a las

normas que se describen en la norma MIL-STD-750 (Método de prueba estándar

para Dispositivos Semiconductores) y MIL-HDBK-6100 (Manual Militar, Lista de

Caso Contornos y Dimensiones para semiconductores discretos dispositivos). Al

igual que otros componentes hechos de material semiconductor, transistores

monounión programables (PUT) que se comercializan en la Unión Europea las

naciones (UE) deben estar fabricados de conformidad con la restricción de

sustancias peligrosas (RoHS) y las directivas sobre residuos de aparatos

eléctricos y electrónicos (RAEE). RoHS exige a todos los fabricantes de equipos

eléctricos y electrónicos vendidos en Europa para demostrar que sus productos

contienen niveles sólo mínimas de las siguientes sustancias peligrosas: plomo,

mercurio, cadmio, cromo hexavalente, bifenilos polibromados y éteres difenil

polibromados. RoHS entrará en vigencia el 1 de julio de 2006. Por definición, los

dispositivos sin plomo contienen menos de 1.000 ppm de plomo en peso.

5.4 TRANSISTOR IGBT

QUE ES EL IGBT:

La sigla IGBT corresponde a las iniciales de isolated gate bipolar transistor o sea

transistor bipolar de puerta de salida

El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia híbrido que combina los atributos del TBJ y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el

MOSFET. El símbolo más comúnmente usado se muestra en la figura . Al igual que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenómeno de ruptura

secundario como el TBJ.

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia.

Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas

de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.

El IGBT de la figura es una conexión integrada de un MOSFET y un BJT. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las

características de conducción son como las del BJT. El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas

aplicaciones.

SIMBOLOGIA:

Es un componente de tres terminales que se denominan GATE (G) o puerta,

COLECTOR (C) y EMISOR (E) y su símbolo corresponde al dibujo de la figura siguiente.

Estructura El IGBT es un dispositivo semiconductor de cuatro capas que se alternan (PNPN)

que son controlados por un metal-óxido-semiconductor (MOS), estructura de la puerta sin una acción regenerativa. Un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

celular se construye de manera similar a un MOSFET de canal n vertical de poder de la construcción, excepto la n se sustituye con un drenaje + p + capa de colector, formando una línea vertical del transistor de unión bipolar de PNP.

Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los

transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo.

El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. En la figura II se observa la estructura interna de un IGBT, el mismo cuenta con tres pines Puerta (G), Emisor

(E) y Colector (C).

Su estructura microelectrónica es bastante compleja es por ello que lo describimos en base a su esquema equivalente.

CURVA CARACTERISTICA IGBT:

COMO FUNCIONA:

Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa

que no existe ningún voltaje aplicado al gate. Si un voltaje VGS es aplicado al gate, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente ID es conducida y el voltaje

VDS se va desde el valor de bloqueo hasta cero. LA corriente ID persiste para el tiempo tON en el que la señal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal S.

LA señal de encendido es un voltaje positivo VG que es aplicado al gate G. Este voltaje, si es aplicado como un pulso de magnitud aproximada de 15, puede

causar que el tiempo de encendido sea menor a 1 s, después de lo cual la corriente de drain iD es igual a la corriente de carga IL (asumida como constante). Una vez encendido, el dispositivo se mantiene así por una señal de voltaje en el

gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipación de potencia en el gate es muy baja.

EL IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG de la terminal

gate. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 micro segundos, por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz.

EL IGBT requiere un valor límite VGS(TH) para el estado de cambio de encendido a apagado y viceversa. Este es usualmente de 4 V. Arriba de este valor el voltaje

VDS cae a un valor bajo cercano a los 2 V. Como el voltaje de estado de encendido se mantiene bajo, el gate debe tener un voltaje arriba de 15 V, y la corriente iD se autolimita.

El IGBT se aplica en controles de motores eléctricos tanto de corriente directa como de corriente alterna, manejados a niveles de potencia que exceden los 50

kW.

CARACTERISTICAS A TENER EN CUENTA EN UN IGBT:

• VGSmax Limitada por el espesor del óxido de silicio. • Se diseña para que cuando VGS = VGSmax la corriente de cortocircuito sea entre

4 a 10 veces la nominal (zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla durante unos 5 a 10 μs. y pueda actuar una protección electrónica cortando desde

puerta. • VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como α es muy baja,

será

VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de 600, 1.200, 1.700, 2.100 y 3.300 voltios. (anunciados de 6.5 kV).

• La temperatura máxima de la unión suele ser de 150ºC (con SiC se esperan valores mayores) • Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 Amp.

• La tensión VDS apenas varía con la temperatura ⇒ Se pueden conectar en

paralelo fácilmente ⇒ Se pueden conseguir grandes corrientes con facilidad, p.ej. 1.200 o 1.600 Amperios.

En la actualidad es el dispositivo mas usado para potencias entre varios kW y un par de MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz.

5.5 TIRISTOR GTO

Tiristores de desactivación por compuerta (GTO).

Es un dispositivo de electrónica de potencia que puede ser encendido por un solo pulso de corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que el tiristor

normal; pero en cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el mismo terminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido

como el estado de apagado, son controlados por la corriente en la puerta (G).

CARACTERISTICAS:El disparo se realiza mediante una VGK >0El bloqueo se

realiza con una VGK < 0.La ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan

de los circuitos de bloqueo forzado que requieren los SCR.La desventaja es que la

corriente de puerta tiene que ser mucho mayor por lo que el generador debe estar

más dimensionado.El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.

FUNCIONAMIENTO

Un tiristor GTO, al igual que un SCR puede activarse mediante la aplicación de

una señal positiva de

compuerta. Sin embargo, se

puede desactivar mediante una

señal negativa de compuerta.

Un GTO es un dispositivo de

enganche y se construir con

especificaciones de corriente y

voltajes similares a las de un SCR. Un GTO se activa aplicando a su compuerta un

pulso positivo corto y se desactiva mediante un pulso negativo corto.

INTENSIDAD DE PUERTA EN EL ENCENDIDO DE UN GTO

ENCENDIDO DE UN GTO

Al igual que ocurre con un tiristor convencional, para llevar a cabo el encendido de

un GTO es necesario aplicar una determinada corriente entrante por la puerta. Sin

embargo, en el encendido de un GTO la corriente máxima por la puerta IGM y la

velocidad de variación de dicha corriente al principio de la conducción deben ser lo

suficientemente grandes como para asegurar que la corriente circula por todas las

islas cátodo (figura 6.4. Si esto no fuese así y sólo algunas islas cátodo

condujeran, la densidad de corriente en estas islas sería tan elevada que el

excesivo calentamiento en zonas localizadas podría provocar la destrucción del

dispositivo.

APAGADO

Al comenzar a circular corriente

positiva por la puerta, la corriente

de ánodo a cátodo se concentra en

las zonas situadas entre los

terminales de puerta, aumentando

la densidad de corriente en estas

zonas.

De esta forma, el GTO no

comienza a apagarse hasta que la

corriente de ánodo a cátodo ha

quedado reducida a pequeños

filamentos entre los terminales de puerta. Entonces la tensión vAK, hasta entonces

muy pequeña al estar el GTO en funcionamiento, comienza a aumentar. Como la

gran densidad de corriente que circula por estos pequeños filamentos podría

ocasionar su destrucción, se utiliza un condensador snubber en paralelo con el

GTO, que ofrece a la corriente un camino alternativo por donde circular. Así,

cuando vAK comienza a aumentar el condensador comienza a cargarse, por lo que

parte de la corriente que circulaba por el

GTO lo hace ahora por el condensador.

CARACTERISTICAS DEL DIODO:

Como se muestra en la figura se

muestran las características estáticas

corriente-voltaje del GTO. Se muestra

que si una corriente positiva pasa por la

compuerta el dispositivo pasara de un

estado de apagado aun estado de

encendido. Por lo contrario si la corriente

es negativa pasara de un estado de encendido a apagado. Con ello tenemos el

dominio del dispositivo en todo momento. No cabe aclarar que al tener las más

funciones que un SCR, este dispositivo es un poco más costoso que un SCR.

Ventajas de los GTO sobre los SCR

Eliminación de los componentes auxiliares en la conmutación forzada, que da como resultado una reducción en costo, peso y volumen.

Eliminación del ruido acústico y electromagnético debido a la eliminación de

bobinas de inducción en la conmutación. Desactivación más rápida, permitiendo frecuencias de conmutación más

altas. Una eficiencia mejorada de los convertidores.

Ventajas sobre los transistores bipolares en aplicaciones de baja potencia.

Más alta capacidad de voltaje de bloqueo. Alta relación de corriente de pico controlable a corriente promedio.

Alta relación de corriente de pulsación pico a corriente promedio, típicamente de 10:1.

Alta ganancia en estado activo típicamente de 600 Señal de compuerta

pulsada de corta duración. Bajo condiciones de pulsación de carga, un GTO pasa a una saturación más profunda debido a la acción regenerativa. Por

otra parte, un transistor bipolar tiende a salirse de saturación.

APLICACIONES:Como el GTO tiene una conducción de corriente unidireccional, y

puede ser apagado en cualquier instante, éste se aplica en circuitos chopper

(conversiones de dc- dc) y circuitos inversores (conversiones dc -ac) a niveles de

potencia en los que los MOSFET's, TBJ's e IGBT's no pueden ser utilizados. A

bajos niveles de potencia los semiconductores de conmutación rápida son

preferibles. En la conversión de AC - DC, los GTO's, son útiles porque las

estrategias de conmutación que posee, pueden ser usadas para regular la

potencia, como el factor de potencia.A nivel industrial algunos usos son:

Troceadores y convertidores.

Control de motores asíncronos.

Inversores.

Caldeo inductivo.

Rectificadores.

Soldadura al arco.

Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI).

Control de motores.

Tracción eléctrica.