Fundamentos de Dispositivos de Potencia: Tiristores, TRIAC y DIAC
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En el campo de la electrónica de potencia, diversos componentes semiconductores son fundamentales para el control y la gestión de la energía eléctrica. Este documento explora las características, funcionamiento y aplicaciones de algunos de los más importantes, como el tiristor, el TRIAC y el DIAC, así como otros dispositivos relacionados.
El Tiristor
El tiristor es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Se emplea principalmente para el control de la potencia eléctrica.
Trabaja de forma parecida a la de un diodo convencional, permitiendo el paso de corriente solo en un único sentido de circulación.
Está compuesto por cuatro capas PNPN y tres electrodos: el ánodo, el cátodo y la puerta.
Tensión de Ruptura Directa, Tensión de Disparo o Tensión de Cebado
Cuando la tensión aplicada alcanza este valor, el tiristor se dispara y pasa a conducción.
Diferencia con un Transistor
El tiristor se diferencia de un transistor en lo relativo al control de la corriente que circula por ellos. Mientras que con un transistor la corriente colector-emisor está controlada por la acción de la base, en un tiristor no existe ningún control sobre la misma después del momento inicial de disparo.
Bloqueo del Tiristor
Para bloquear el tiristor, se debe aplicar entre el ánodo y el cátodo una tensión inversa o hacer que la corriente del tiristor sea cercana o igual a cero. De esta manera, el tiristor pasará a bloqueo en un corto periodo de tiempo, denominado Tiempo de Apagado.
Aplicaciones del Tiristor
Sus aplicaciones pueden ser, por ejemplo, como regulador de luminosidad de lámparas de incandescencia en sistemas de alumbrado.
El TRIAC
El TRIAC (Triode for Alternating Current) es un dispositivo semiconductor de la familia de los tiristores. La principal diferencia con un tiristor convencional es que este último es unidireccional, mientras que el TRIAC es bidireccional, lo que le permite conducir en ambos sentidos.
Tiene 3 terminales: dos ánodos (A1 y A2) y una puerta (G).
Su estructura interna está compuesta por dos sistemas interruptores, uno PNPN y otro NPNP, unidos en paralelo.
Si se polariza con una tensión positiva en A2 respecto de A1, con el terminal G al aire, se observa una curva característica idéntica a la de un tiristor en polarización directa.
Aplicaciones del TRIAC
Se utiliza como regulador de la potencia media entregada a una carga en corriente alterna.
Formas de Controlar la Potencia Entregada a la Carga por un TRIAC
- Variación del ángulo de conducción: Se basa en el retardo sistemático de la señal de disparo mediante células RC.
- Paquetes de semiondas a tensión cero: Se permite la conducción total durante un cierto tiempo, seguido de otro tiempo sin conducción.
Cebar un Componente
Cebar un componente significa ponerlo en conducción y mantenerlo en este estado hasta que pase a corte.
El DIAC
El DIAC (Diode for Alternating Current) es un componente bidireccional de dos terminales que no conduce hasta que la tensión en sus bornes alcanza la tensión de disparo, en cualquiera de los dos sentidos.
Está compuesto por dos terminales y tiene la particularidad de poder conducir en ambos sentidos.
El circuito equivalente de un DIAC es un par de diodos de cuatro capas PNPN conectados en antiparalelo.
Si la tensión cambia de signo, será el diodo NPNP de la derecha el que quedará polarizado directamente, y conducirá si la tensión en los bornes supera la de disparo.
Aplicación del DIAC
Se suele utilizar para el disparo de tiristores y TRIACs.
Otros Dispositivos de Potencia
GTO (Gate Turn-Off Thyristor)
El GTO consiste en un tiristor como los estudiados, pero con la particularidad de que puede ser bloqueado mediante un impulso breve de corriente negativa en la puerta.
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
El IGBT consiste en un transistor que tiene una elevada resistencia de entrada; cuando está conduciendo, la corriente por su base es prácticamente despreciable.
Fototiristor
El Fototiristor es un dispositivo que funciona igual que un tiristor, pero que se activa por la luz y no con una tensión aplicada a la puerta.
Fototriac
El Fototriac opera como un fototiristor, pero con un TRIAC en su interior.