Funcionamiento y aplicaciones de tiristores: SCR, GTO, DIAC y TRIAC

Resumen

El documento explica el funcionamiento de los tiristores SCR, GTO, DIAC y TRIAC como interruptores electrónicos de semiconductor. Describe cómo se disparan, cómo se detienen y en qué se diferencian. También recoge las ventajas del GTO frente al SCR, las principales aplicaciones industriales y los factores a tener en cuenta al elegir un tiristor.

Puntos clave

El SCR es un interruptor electrónico sin piezas móviles, unidireccional, que una vez disparado sigue conduciendo aunque se retire el impulso de puerta.
Un SCR se detiene interrumpiendo la corriente, invirtiendo la polaridad o haciendo descender la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento IH.
El GTO es un tiristor totalmente controlable que se activa y desactiva mediante la señal de puerta.
El DIAC es un diodo bidireccional que conduce cuando la tensión supera un cierto valor, generalmente 30 V, y se usa para disparar TRIACs y transistores.
El TRIAC equivale a dos SCR conectados en antiparalelo y permite aprovechar ambos semiperiodos de la corriente alterna.
Al elegir un tiristor hay que considerar la tensión máxima, la intensidad máxima, la corriente de mantenimiento y los valores de disparo de la puerta.

Ponte a prueba

El Tiristor SCR (Silicon Controlled Rectifier)

El SCR es básicamente un interruptor electrónico; no tiene piezas móviles y puede realizar miles de contactos por segundo. Al ser un semiconductor, se puede comportar como aislante o como conductor. No requiere control externo del usuario una vez disparado.

La estructura de un SCR es equivalente a la unión de dos transistores (PNP y NPN). Para conectarlo, se aplica el ánodo al positivo (+), el cátodo al negativo (-) y la puerta (Gate) queda, en este caso, en el aire. Si aplicamos un impulso a la puerta (G), el dispositivo se dispara y, aunque quitemos el impulso, seguirá conduciendo.

Métodos para detener el SCR

Existen tres maneras para detener la conducción del tiristor:

Interrumpir la corriente.
Invertir la polaridad.
Hacer descender la corriente por debajo de la I_H (corriente de mantenimiento).

Si conectamos el tiristor en polarización inversa, no conducirá hasta que provoquemos la ruptura; en ese caso, el componente se destruirá. El SCR es un tiristor unidireccional.

Transistores GTO (Gate Turn-Off Thyristor)

Los GTO son interruptores electrónicos completamente controlables. Se activan o desactivan en cualquier momento mediante una señal de compuerta (Gate) positiva (+) o negativa (-). Están diseñados específicamente para aplicaciones industriales. Para desactivarlos de manera más correcta, se actúa por uno de los polos negativos; se activa o desactiva a través de la puerta (G).

Ventajas del uso de GTO frente al SCR

Eliminación de componentes auxiliares: En la conmutación de parada, esto reduce costes, peso y volumen.
Eliminación de ruido: Se suprime el ruido acústico y magnético al prescindir de bobinas.
Velocidad: Desactivación más rápida.
Eficiencia: Eficacia de los convertidores mejorada.

Ventajas sobre el transistor bipolar de baja potencia

Mayor capacidad de voltaje de bloqueo.
Saturación más profunda debido a la acción regenerativa.

Aplicaciones en la industria

Troceadores y convertidores.
Inversores y rectificadores.
Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI).
Tracción eléctrica.
Control de motores asíncronos.
Calentadores inductivos.
Soldadura por arco.
Control de motores en general.

DIAC (Diodo para Corriente Alterna)

Es un diodo bidireccional que conduce en ambos sentidos cuando la tensión supera un cierto valor (generalmente 30V). Fue diseñado originalmente para activar TRIACs y transistores.

TRIAC (Triodo para Corriente Alterna)

Equivale a utilizar dos tiristores SCR conectados en antiparalelo (uno invertido respecto al otro). Cada uno deja pasar la corriente en un sentido, lo cual permite aprovechar tanto el semiperiodo positivo como el negativo en corriente alterna.

Factores a tener en cuenta al elegir un tiristor

Tensión máxima: A la que podemos someter al ánodo y al cátodo.
Intensidad máxima (I): Que puede recorrer ese tiristor.
Corriente de mantenimiento (I_H).
Tensión e intensidad mínima: Necesaria para disparar la puerta (Gate).
Tensión e intensidad máxima: Que podemos aplicar de forma segura a la puerta (Gate).

Preguntas frecuentes

¿Cómo se detiene la conducción de un tiristor SCR?

Se puede detener interrumpiendo la corriente, invirtiendo la polaridad o haciendo que la corriente descienda por debajo de la corriente de mantenimiento IH.

¿En qué se diferencia un GTO de un SCR?

El GTO se puede activar y desactivar en cualquier momento mediante la puerta, mientras que el SCR, una vez disparado, sigue conduciendo hasta que se detiene por los métodos habituales. El GTO además es más rápido y elimina componentes auxiliares.

¿Para qué se usa un TRIAC?

El TRIAC se usa en corriente alterna, ya que está formado por dos SCR en antiparalelo y puede conducir en ambos semiperiodos.