Conmutación en Tiristores: Tipos, Aplicaciones y Cálculo de Redes de Amortiguamiento

Tipos de Conmutación en Tiristores

Conmutación Natural

La conmutación natural se produce gracias a la energía suministrada por la fuente de entrada. La fuente de voltaje es alterna y la carga es resistiva pura, por lo que no se genera desfase entre el voltaje y la corriente.

Conmutación Forzada

En la conmutación forzada, se obliga a la corriente a circular a través del tiristor en sentido inverso, logrando un tiempo de vaciado más corto.

Aplicaciones de la Conmutación Forzada

La conmutación forzada se utiliza en circuitos con tiristores donde el voltaje de entrada es directo (V_CD). En estos casos, el tiristor no puede pasar a corte de forma natural, por lo que se necesita un circuito auxiliar para forzar la conmutación.

Métodos para Implementar la Conmutación Forzada

Existen diversas formas de llevar a cabo la conmutación forzada, entre las que destacan:

• Contacto mecánico: Se interrumpe el circuito mediante un cortocircuito o introduciendo una corriente inversa con una fuente auxiliar, llevando al SCR a corte.
• Carga de condensador: Se aplica un impulso positivo de corriente en la compuerta mediante la conexión de un generador adecuado entre los terminales de compuerta y cátodo, mientras se mantiene un voltaje positivo entre ánodo y cátodo.

Al aplicar un voltaje V_G, se reduce el voltaje (V_AK) necesario para disparar el tiristor a un valor inferior al V_AK aplicado en ese instante.

Cálculo de Redes de Amortiguamiento para Tiristores

El proceso de cálculo de una red de amortiguamiento implica los siguientes pasos:

1. Selección de R1: Se elige R1 (ver Figura 3) para limitar la corriente de descarga pico del condensador a través del MOC3011M. Esta resistencia se calcula como:

   R1 = Vpk / Imax = 180 / 1.2 A = 150Ω

   En la práctica, se puede utilizar un valor estándar de resistencia de 180 ohmios para R1.

2. Determinación de la constante de tiempo: Se establece la constante de tiempo τ = R2C. Asumiendo que el triac se apaga rápidamente, la tasa máxima de subida en el MOC3011M se calcula como:

   dv / dt = Vto / τ = Vto / R2C

3. Cálculo de R2C: Se iguala la tasa máxima de subida al peor caso de dv/dt (estático) para el MOC3011M (obtenido de la Figura 4) y se resuelve para R2C:

   dv / dt (TJ = 70 °C) = 0.8 V / μs = 8 × 10⁵ V / s

   R2C = Vto / (dv / dt) = 180 / (8 × 10⁵) = 225 × 10^-6

4. Selección de R2 y C: Se busca el mayor valor de R2 disponible, considerando los requisitos de la compuerta del triac. Por ejemplo, usando el triac de potencia FKPF12N80 de Fairchild, con IGT = 30 mA, y asumiendo que el triac debe activarse cuando Vin ≤ 40V:

   (R1 + R2) = Vin / IGT = 40 / 0.030 ≈ 1.33 kΩ

   Si se elige R2 = 1200 Ω y C = 0.1 μF, se cumplen los requisitos de amortiguamiento. Triacs con compuertas menos sensibles requerirán un R2 más bajo y un C proporcionalmente más alto, como se ilustra en la Figura 3.