Curso de Electrónica de Potencia – Parte 8 – Tiristores – Otros Dispositivos (CUR2008S)

SUS

SUS es la sigla para Silicon Unilateral Switch o Llave Unilateral de Silicio.

Es un dispositivo semiconductor de la familia de los Tiristores usado en la conmutación.

En la figura 1 tenemos el símbolo utilizado para representar este componente y su circuito equivalente, que nos permite entender su funcionamiento.

 

Figura 1 – Símbolo y circuito equivalente al SUS
Figura 1 – Símbolo y circuito equivalente al SUS

 

 

Los SUS se utilizan en el disparo de los SCRs y en la producción de pulsos (formas de onda), además de otras aplicaciones.

Como los SCRs y otros dispositivos de la familia SUS se componen de llaves regenerativas con la diferencia que en su compuerta (gate) hay un diodo Zener que determina la tensión del disparo del componente.

Otro hecho que diferencia el SUS de un SCR es que su disparo es hecho por el ánodo.

En la operación, cuando la tensión entre el ánodo y el cátodo llega a ser suficientemente positiva para producir la conducción del diodo Zener, el SUS dispara, es decir, va del estado del apagado a la conducción completa, entonces fluyendo una corriente intensa entre el ánodo y el cátodo.

Normalmente el diodo Zener interno existente en el SUS tiene una tensión de 7,4 V que, teniendo en cuenta la barrera potencial entre el ánodo y la compuerta, determina una tensión de disparo del orden de 8 V.

Para los casos en que se desee una tensión de disparo menor, simplemente conecte un diodo Zener de valor apropiado entre la compuerta y el cátodo.

SUS tienen las especificaciones principales siguientes:

Disipación (PD) – es la potencia máxima que se puede disipar, usualmente expresada en miliwatts

 

Pico de tensión inversa (VDRM) – es la tensión más alta que se puede aplicar en la dirección inversa

 

Corriente máxima del ánodo (IA) – es la corriente máxima que puede conducir en el disparo

 

Corriente de pico máxima del ánodo (IAp) – es el valor pico de la corriente del ánodo

 

Corriente máxima de la compuerta (IG) – es la corriente máxima que puede fluir a través del terminal de la compuerta

 

La curva característica de este componente se muestra en la figura 2.

 

Figura 2 – Curva característica de SUS
Figura 2 – Curva característica de SUS

 

 

Tenga en cuenta que es similar a un SCR, con la diferencia de que la tensión del disparo es programada por la compuerta, o del orden de 7 V si se mantiene abierto.

Las cubiertas de SUS son similares a de los transistores. En la figura 3 tenemos un ejemplo de uno de estos componentes, el 2N4984 y el 2N4985, que no son muy comunes en estos días.

 

Figura 3 – Cubiertas típicas de SUS
Figura 3 – Cubiertas típicas de SUS

 

 

Los máximos absolutos de este componente obtenidos de la Datasheet se dan en la figura 4.

 

Figura 4 – Máximos absolutos de un SUS típico
Figura 4 – Máximos absolutos de un SUS típico

 

 

Como es un componente unilateral, es decir, conduce la corriente en una sola dirección, se indica al disparo de los circuitos con los SCRs, estando conectado a su compuerta.

En la figura 5 tenemos un circuito típico de un control de potencia con un SCR y SUS.

 

Figura 5 – Un control de potencia para el motor utilizando un SCR y un SUS
Figura 5 – Un control de potencia para el motor utilizando un SCR y un SUS

 

 

SBS

SBS significa Silicon Bilateral Switch o la llave bilateral del silicio.

Este componente, de la familia de los tiristores, consiste en un semiconductor usado principalmente en circuitos de la conmutación.

En la figura 6 tenemos el símbolo adoptado para representar SBS, así como sus circuitos equivalentes.

 

 

   Figura 6 - Símbolo y circuito equivalente a SBS
Figura 6 - Símbolo y circuito equivalente a SBS

 

 

El SBS, como podemos ver, consiste en dos SUS conectados en oposición, representados en la figura por SCRs con disparo por ánodo, o disparo programado y Zeners externos.

Así, de la misma manera que los SUS se utilizan en los circuitos de disparo de los SCRs, SBS se utilizan en el disparo de Triacs, ya que conducen corriente en ambas direcciones.

SBS funciona como un interruptor accionado por tensión, en cuyo caso la tensión del disparo es determinada por los Zener internos. Como tenemos dos Zener disparando dos SCRs la tensión de disparo puede ser positiva o negativa.

La curva característica de este componente se muestra en la figura 7.

 

 

   Figura 7 – Característica del SBS
Figura 7 – Característica del SBS

 

 

Su funcionamiento se realiza de la siguiente manera:

Si la señal aplicada a la compuerta es positiva con relación al terminal A1 es el diodo Zener 2 que conduce y por lo tanto, dispara el SCR2.

Si la señal es positiva en relación con la terminal A2, en este caso es el diodo Zener 1 que conduce y el disparo es de SCR1.

Vea que la conexión externa de diodos Zener entre la compuerta y el ánodo, con tensión menor que la del disparo interno Zener, permite cambiar las características de disparo de este componente.

Las características principales de este componente se especifican de la siguiente manera:

Disipación (PD) – es la potencia máxima que se puede disipar, usualmente expresada en miliwatts

Corriente máxima del ánodo (IA) – es la corriente máxima que puede levar al disparo

Corriente máxima de ánodo (IAp) – es el valor pico de la corriente del ánodo

Corriente máxima de la compuerta (IG) – es la corriente máxima que puede fluir a través del terminal de la compuerta

 

Los SBS se obtiene en varios tipos de cubiertas. En la figura 8 tenemos un ejemplo para la SBS 2N4992 de GE que no es un componente no muy común en la actualidad.

 

Figura 8 – El SBS 2N4992
Figura 8 – El SBS 2N4992

 

 

En la figura 9 tenemos los máximos absolutos de este componente de datasheet.

 

 

Figura 9 – máximos absolutos de 2N4992
Figura 9 – máximos absolutos de 2N4992

 

 

La tensión típica de disparo de un SBS está entre 7 y 9 V, pero puede ser alterada por la polarización conveniente de la compuerta.

Como el SBS puede conducir la corriente en ambas direcciones, cuando se dispara, se utiliza en el disparo de Triacs mientras que el SUS se utiliza en el disparo de los SCRs.

En la figura 10 disponemos de un típico circuito de aplicación en el que se utilizan SBS y un Triac en un control de potencia (Vea capítulo anterior).

 

 

Figura 10 – Control de potencia con SBS
Figura 10 – Control de potencia con SBS

 

 

DIAC

Los DIACs son dispositivos de conmutación de tres camadas con la estructura y el símbolo que se muestran en la figura 11.

 

Figura 11 – Estructura y símbolo de DIAC
Figura 11 – Estructura y símbolo de DIAC

 

 

Debido a que el dispositivo utiliza dos terminales sólo conectados en dos regiones P tiene propiedades similares cuando se polariza en ambas direcciones.

Así, en condiciones normales al aplicar a DIAC una baja tensión, polariza una de las juntas en revés de modo que la corriente muy pequeña circule a través del dispositivo.

Sin embargo, a medida que aumenta la tensión, la corriente circula por el componente aumenta poco para el momento en que se alcanza la tensión de ruptura de la junción que se polariza inversamente.

En este momento la DIAC "dispara" y su resistencia cae abruptamente ocurriendo la circulación de una corriente intensa por el dispositivo.

En la figura 12 tenemos la curva característica de este dispositivo que nos muestra que el rodaje se produce con la polarización en cualquier dirección, ya que las dos junturas tienen las mismas características.

 

Figura 12 – Característica de DIAC
Figura 12 – Característica de DIAC

 

 

Pero lo interesante de este comportamiento de DIAC es que tiene características de bloqueo (latch).

Una vez que conduce la corriente intensamente, de modo que se interrumpa, la tensión aplicada se debe reducir a cero.

Una reducción simple en el valor de esta tensión a un punto antes de que ocurra el disparo no lo apaga.

En Resumen, el DIAC puede ser utilizado como una llave de conmutación muy rápida y sensible a la tensión.

Los DIACs son ampliamente utilizados en el disparo de los Triacs en los controles de potencia y otras aplicaciones similares.

En la figura 13 se dan las características de dos Diacs comunes, así como su aspecto y característica.

 

Figura 13 – Símbolo, características y curva de dos Diacs típicos
Figura 13 – Símbolo, características y curva de dos Diacs típicos

 

 

Aprovechando las propiedades del DIACs se conectan a los Triacs como dispositivos de disparo, ya que cuando alcanza la tensión deseada, cambia rápidamente de estado causando que el Triac también dispare, como se muestra en la figura 14.

 

Figura 14 – Control de potencia mediante DIAC
Figura 14 – Control de potencia mediante DIAC

 

 

Las tensiones de disparo de los Diacs comunes son alrededor 27 a los 37 volts y las corrientes de funcionamiento típicas se extienden entre 10 y 20 mA.

Esta tensión de disparo se puede descubrir fácilmente con el circuito de prueba en la figura 15.

 

Figura 15 – Circuito para determinar la tensión de disparo de un DIAC
Figura 15 – Circuito para determinar la tensión de disparo de un DIAC

 

 

En la figura 16 se muestra otro circuito para determinar el punto de disparo de un DIAC utilizando un osciloscopio.

 

Figura 16 – Otro circuito de prueba para DIACs
Figura 16 – Otro circuito de prueba para DIACs

 

 

El DIAC es más utilizado que los otros dispositivos que accionan, y se puede encontrar en varias aplicaciones prácticas. Algunos de ellos se dan a seguir como un ejemplo.

 

a) Disparador con retardo de fase

El circuito de la figura 17 se puede utilizar para disparar un Triac o un comparador en un proyecto donde se necesita un pulso que se produce exactamente en un cierto ángulo de fase de una señal sinusoidal aplicada a la entrada.

 

 

Figura 17 – Disparador con retardo de fase usando DIAC
Figura 17 – Disparador con retardo de fase usando DIAC

 

 

El capacitor 220 nF para la red 110 V y 470 nF para la red 220 V se escala para obtener, con el ajuste del potenciómetro de 100 K ohms un retraso entre 0 y 180 grados aproximadamente.

Tenga en cuenta que el DIAC conducirá y permanecerá hasta que la señal de entrada tenga su paso a través de cero. Entre el instante del disparo y en este instante tenemos la descarga del capacitor a través de la resistencia de carga y la producción de pulso de salida.

Esto significa que si la resistencia de carga no se escala correctamente no habrá descarga completa del capacitor y con esto el disparo en el próximo semiciclo ocurre con un ángulo menor y así sucesivamente llevando el circuito a una operación de manera Indeseada.

La amplitud del pulso de salida producido por este circuito es la tensión de disparo del DIAC, ya que estará presente en el capacitor en este instante.

 

b) Sensor de tensión

El circuito que se muestra en la figura 18 está ajustado por una tensión de entrada determinada por el ajuste de P1. Por supuesto, la tensión aplicada en esta entrada debe ser igual o mayor que la requerida por el DIAC.

 

 

Figura 18 – Sensor de tensión mediante DIAC
Figura 18 – Sensor de tensión mediante DIAC

 

 

El ajuste P2 se realiza de modo que tengamos la corriente necesaria la saturación del transistor cuando el DIAC conduce, sin peligro de una corriente excesiva de la base que cause daño.

El relé dependerá de la tensión que se utilice en la alimentación y también del tipo de carga a controlar.

Recordamos una vez más la acción de cierre de este circuito lo que significa que sigue conduciendo cuando la tensión de entrada cae por debajo del umbral de disparo. Para desconectar, la tensión de entrada debe caer a cero o por debajo del umbral.

 

c) Relé con traba

La tensión de 30 V indicada en este proyecto, que se muestra en la figura 19, de hecho, depende del DIAC utilizado. Debe ser ligeramente inferior a la requerida para su disparo.

 

Figura 19 – Relé con pestillo con DIAC
Figura 19 – Relé con pestillo con DIAC

 

 

P1 ajusta la tensión de disparo. Esta tensión se agrega a la da batería para alcanzar el necesario al disparo del DIAC.

Cuando esto ocurre, hay la conducción y la polarización del transistor que tiene por carga de colector un relé.

El potenciómetro o trimpot P2 debe ajustarse para obtener la corriente de saturación del transistor según su ganancia. El relé utilizado depende de la tensión utilizada en su alimentación y de la corriente de la carga que debe controlarse.

 

PUT

PUT significa Programmable Unijunction Transistor o Transistor Programable Unijuntura. Es un dispositivo de la familia de los Tiristores también destinados al disparo de SCRs y Triacs.

En la figura 20 tenemos el símbolo adoptado para representar este componente y su estructura equivalente.

 

Figura 20 – Estructura y símbolo del PUT
Figura 20 – Estructura y símbolo del PUT

 

 

Como podemos ver, aunque es un "transistor", su símbolo se asemeja mucho más a un diodo o un SCR con un terminal de puerta al ánodo.

Este transistor o elemento de disparo conduce intensamente cuando una tensión entre sus terminales de ánodo y cátodo alcanza un cierto valor.

Este valor, como se muestra en la figura 21, puede ser programado por una red resistiva conectada a la compuerta.

 

Figura 21 – Programación de la tensión de disparo PUT
Figura 21 – Programación de la tensión de disparo PUT

 

 

Aunque todavía se pueden encontrar en algunas aplicaciones industriales, los PUTs no son componentes muy comunes en nuestros días.

En la figura 22 tenemos la curva característica del PUT.

 

Figura 23 – Características del PUT
Figura 23 – Características del PUT

 

 

Tenga en cuenta que en Vp tenemos la tensión del disparo cuando el dispositivo entra en la conducción.

A partir de ese punto, la tensión desciende y la corriente aumenta hasta alcanzar la tensión de vale. En esta sección tenemos el comportamiento inverso de una resistencia, esto es, el dispositivo presenta una resistencia negativa.

Este comportamiento permite utilizarlo en osciladores de la relajación, apenas como un transistor unijuntura o aún una lámpara neón.

Los PUTs son identificados por los números de fábrica y los datasheets se deben consultar para más información.

 

BRY39P – Transistor Programable Unijuntura

 

Este componente es un PUT de la Philips, inusual en nuestros días, pero bastante versátil en términos de aplicaciones. En la figura 24 los pines y las características.

 

Figura 24 – El BRY39, PUT de uso general
Figura 24 – El BRY39, PUT de uso general

 

 

Las características de resistencia negativa del PUT, como hemos visto, permiten su uso en osciladores y otras aplicaciones. Luego damos algunos ejemplos.

 

Generador Diente de Serra

El circuito que se muestra en la Figura 25 utiliza un transistor programable (PUT) del tipo BRY39, y puede generar frecuencias entre algunos Hertz y unos pocos cientos de kHz.

La alimentación es de 9 a 12 V y el trimpot P2 debe ajustarse al punto de disparo e incluso a la linealidad. La frecuencia debe ajustarse en P1.

 

Figura 25 – Generador  diente de Sierra
Figura 25 – Generador diente de Sierra

 

 

Oscilador con PUT

El transistor programable unijuntura del oscilador que se muestra en la figura 26 es el 2N6027 y puede utilizarse como componente básico de un oscilador unijuntura en esta configuración de carga constante.

 

Figura 26 – Oscilador con PUT
Figura 26 – Oscilador con PUT

 

 

 

Generador de Rampa controlada por Tensión con PUT

Encontramos el circuito que se muestra en la figura 27 en una documentación sobre PUTs (Transistores Programables de Unijuntura) de Motorola de 1974.

El circuito hace que el tiempo varíe entre 2 ms y 7,2 ms cuando la tensión de entrada varía entre 5 y 20 V. PUT equivalente puede ser empleado y Q1 puede ser un BC557.

 

 Figura 27 – Generador de Rampa con PUT
Figura 27 – Generador de Rampa con PUT

 

 

SIDAC

El SIDAC es un diodo (D) de silicio (SI), indicado para aplicaciones en circuitos de corriente alterna (AC). Esto es precisamente lo que indica la sigla Silicon Diode for Alternating Current.

Este dispositivo tiene una característica de la leña similar al de Diacs, pero con la capacidad de funcionar con tensiones y corrientes mucho más grandes.

En la figura 28 tenemos la curva característica de ese componente.

 

Figura 28 – Curva característica y símbolo de SIDAC
Figura 28 – Curva característica y símbolo de SIDAC

 

 

El SIDAC es un componente bilateral, como podemos observar por las curvas, lo que lo hace apropiado para aplicaciones en AC.

Cuando la tensión entre los terminales del SIDAC está por debajo de un cierto valor V(BO), está bloqueado. Si la tensión excede este valor, el dispositivo conduce y la tensión entre sus terminales caen al valor de conducción directo V (TM) del orden de 1,1 V.

La corriente que puede conducir en este estado puede llegar a 10 A para pulsos cortos (10 us, 1 kHz repetición de frecuencia).

Una vez que se ha disparado, el dispositivo permanece en esta condición hasta que se superen las condiciones de mantenimiento, es decir, la corriente cae por debajo de un determinado valor o la tensión aplicada también cae más allá de un determinado valor.

Para los SIDACs típicos, como los fabricados por ON o NTE las tensiones de ruptura pueden ir de 45 a 250 V con corrientes efectivas en el rango de 1 a 10 A.

Como pueden conducir corrientes intensas en el disparo son dispositivos ideales para el control de Tiristores (Triacs y SCRs) de pequeña sensibilidad en circuitos de potencia. Entre las aplicaciones más importantes indicadas para los SIDACs podemos citar:

 

Protectores contra sobretensiones

Intermitentes de xenón

Osciladores de relajación

Starters de las lámparas de vapor de sodio

Sistemas de ignición que utilizan gas natural o aceite

Fuentes de alimentación de alta tensión

 

En la figura 29 tenemos información sobre un SIDAC típico de su datasheet.

 

Figura 29 – Un SIDAC común (MKPV1V120RL)
Figura 29 – Un SIDAC común (MKPV1V120RL)

 

 

Note que a diferencia de los otros dispositivos de disparo que hemos estudiado, el SIDAC puede manejar corrientes relativamente intensas.

ON Semiconductor en un application note (AND8015/D presenta una aplicación práctica interesante para su SIDAC MKP1V120RL.

Como se muestra en la figura 30, este componente se puede utilizar para alargar la vida útil de las lámparas incandescentes comunes.

 

Figura 30 – Aplicación simple para un SIDAC
Figura 30 – Aplicación simple para un SIDAC

 

 

Aunque las lámparas incandescentes comunes ya no se utilizan en la iluminación doméstica todavía hay equipos de varios tipos, tales como pequeños invernaderos, criadores, fuentes de infrarrojos y secadores que hacen uso de este tipo de Dispositivo.

Un caso importante que se considera al utilizar este circuito es que en lugares de difícil acceso, principalmente instalaciones externas, el coste y el trabajo de cambiar la lámpara en caso de quemarse son significativos, y debe tenerse en cuenta la extensión de su Vida.

El dispositivo está conectado en serie con la lámpara y su propósito es disminuir la tensión RMS aplicada al filamento y así aumentar la durabilidad de la lámpara.

También debe tenerse en cuenta que una reducción de la tensión RMS aplicada a la lámpara reduce el consumo de energía.

Según se afirma, la durabilidad de la lámpara se puede aumentar entre 1,5 y 5 veces, dependiendo del tipo y de la energía. En esta aplicación, como los interruptores SICAD sólo con una cierta tensión, parte del ciclo aplicado a la lámpara se corta como se muestra en la figura 31.

 

Figura 31 – Aplicación del SIDAC cortando el punto de conducción de la tensión de red para lámparas incandescentes
Figura 31 – Aplicación del SIDAC cortando el punto de conducción de la tensión de red para lámparas incandescentes

 

 

El ángulo de conducción, utilizando un SIDAC para 120 V, puede ser entre 110 y 130 grados correspondientes a las reducciones de potencia de 10 a 30%.

 

EMI

Cabe señalar que la rápida conmutación de un SIDAC hace que este dispositivo genere interferencia electromagnética.

En el caso práctico de un circuito como el que mostramos, esta interferencia aparecerá principalmente en las radios AM que están conectadas cerca de la lámpara (Lo mismo ocurre con las modernas lámpara económicas e de LEDs).

En la figura 32 se muestra un filtro para reducir este ruido.

 

 

Figura 32 – Filtro simple contra EMI
Figura 32 – Filtro simple contra EMI

 

 

Es importante que la frecuencia de resonancia del circuito esté por encima del límite audible para que no genere ruidos audibles cuando esté en funcionamiento.

En la elección del SIDAC para una lámpara dada, el pico de corriente que se produce cuando se enciende y el filamento es frío (con menos resistencia) debe tenerse en cuenta.

 

Otros Circuitos

En la figura 33 tenemos un circuito de un Flasher Neon utilizando un SIDAC de Teccor.

 

 

Figura 33 – Disparador de xenón con SIDAC
Figura 33 – Disparador de xenón con SIDAC

 

 

Este circuito no es más que un oscilador de relajación donde la frecuencia depende del resistor de carga y del capacitor junto a lo SICAD.

El resistor de 20 M (22 M estandarizados) puede tener su valor alterado según la aplicación.

El transformador utilizado es el tipo de pulso de 4 kV para accionar lámparas de xenón comunes.

En la figura 34 tenemos un circuito de ignición de gas del tipo encontrado en cocinas de gas comunes, generando alto voltaje también de un oscilador de la relajación con un SIDAC.

 

Figura 34 – Encendedor de gas con SIDAC
Figura 34 – Encendedor de gas con SIDAC

 

 

En la figura 35 tenemos el circuito del oscilador de relajación típico con SIDAC con las fórmulas que permiten calcular los valores de sus componentes.

 

Figura 35 – Oscilador de relajación con SIDAC
Figura 35 – Oscilador de relajación con SIDAC

 

 

Vea que los valores máximos y mínimos de R son críticos dependiendo principalmente de la tensión de entrada y de las tensiones de disparo y mantenimiento del SIDAC, además de las corrientes involucradas.

 

LASCR

Los LASCRs o Light Activated SCRs son diodos controlados de silicio, es decir, SCRs, que pueden ser disparados por la luz.

Su principio de funcionamiento es simple: todas las junturas semiconductoras son sensibles a la luz, que pueden liberar los portadores de la carga y con esto, aumentar la conducción de los dispositivos.

Los SCRs común no se ve afectado por la luz porque están encerrados en cubiertas opacas.

Sin embargo, en el caso de los LASCRs, las cubiertas están equipadas con una ventana que permite la incidencia de luz en las junturas, o se fabrican en cubiertas de plástico transparente como los fotodiodos y fototransistores.

Con esto, la luz causa un aumento en la corriente del disparado hasta que ocurre la conmutación. En la figura 36 tenemos el símbolo utilizado para representar este componente.

 

Figura 36 – Símbolo y aspecto del LASCR
Figura 36 – Símbolo y aspecto del LASCR

 

 

Actualmente, estos dispositivos no son muy utilizados, y hay alternativas a los disparados por luz, por lo que no son comunes.

Una aplicación para estos dispositivos está en los relés de estado sólido ya integrados con un emisor.

 

Interruptores y llaves ópticas

Básicamente un dispositivo de esta familia de componentes consiste en un emisor de luz (un LED infrarrojo, por ejemplo) y un receptor que, dependiendo de la aplicación del dispositivo puede ser un fotodiodo, Fototransistor, Foto-diac, foto-disparador, etc. En la figura 37 se muestra el principio básico de funcionamiento de estos dispositivos.

 

Figura 37 – Principio de funcionamiento
Figura 37 – Principio de funcionamiento

 

 

En (a) tenemos un acoplamiento óptico y en (b) una llave óptica. Estos dispositivos son distinguidos por su manera de uso. Analizamos los casos principales.

 

Acoplamientos ópticos

En un acoplador óptico tenemos un LED emisor y un elemento sensor encerrados en un recinto hermético que no puede recibir luz externa, como se muestra en la figura 38.

 

 

Figura 38 – El acoplador óptico
Figura 38 – El acoplador óptico

 

 

Cuando el LED recibe una señal eléctrica, la convierte en luz y luego la transfiere a través del espacio para el fotosensor.

Como estos elementos no mantienen contacto eléctrico el aislamiento entre el emisor y el sensor es enorme, alcanzando tensiones de 7 000 V o más para los tipos comunes, con una resistencia casi infinita.

Los acopladores ópticos se pueden utilizar de dos maneras: linear y digital. De este modo se determinará el tipo de dispositivo sensor y la configuración del circuito externo.

En la aplicación lineal o analógica, la señal que debe transferirse del LED al sensor debe mantener su forma de onda y fase. Este es el caso de un sistema de aislamiento de señal en un módem donde las señales no deben tener deformaciones, como se muestra en la figura 39.

 

Figura 39 – El acoplador óptico
Figura 39 – El acoplador óptico

 

 

Vea que en este caso, el elemento utilizado como sensor debe tener características de respuesta lineal para la señal luminosa que se modulará.

Los fotodiodos y los transistores de foto están indicados para aplicaciones en frecuencias altas y medias. Para las frecuencias bajas, conseguir una sensibilidad más alta pueden ser usados foto-Darlingtons.

En la aplicación digital, el pulso de luz que produce el LED al recibir el comando externo representa un bit o simplemente un cambio del nivel lógico que controlará un circuito externo, como se muestra en la figura 40.

 

Figura 40 – Aplicación digital
Figura 40 – Aplicación digital

 

 

En el control de dispositivos de potencia y aplicaciones de disparo, podemos tener los acopladores ópticos conectados directamente a dispositivos de alimentación como los SCRs, triacs, IGBTs y Power-MOSFETs, formando relés de estado sólido, como se muestra en la figura 41 y que estudiaremos más adelante.

 

Figura 41 – Un opto-disparador u opto-relé
Figura 41 – Un opto-disparador u opto-relé

 

 

Una pequeña corriente, suficiente para activar el LED interno del acoplador puede ser utilizada para controlar cargas de alta corriente, gracias al circuito adicional en la foto receptor.

 

Llaves ópticas

Las llaves ópticas son diferentes de los acoplamientos ópticos en el sentido de que su accionamiento es hecho por algún tipo de objeto que se interpone al haz luminoso que va del elemento que transmite (LED) al elemento receptor (que puede variar dependiendo de la aplicación).

En la figura 42 tenemos la estructura típica de una llave óptica que encuentra una amplia gama de aplicaciones en sistemas de control.

 

Figura 42 – La llave óptica
Figura 42 – La llave óptica

 

 

La luz del elemento emisor (LED) se centra en el elemento sensor a través de una abertura. Cuando un objeto interrumpe el rayo de luz, se produce una señal de comando en el sensor.

 

Características

Hemos desagrupado las características en tres grupos: el emisor, el receptor y el general.

Las características del emisor son:

 

Corriente del LED para la excitación

Esa corriente depende del tipo. En tipos para aplicaciones lineales, por supuesto lo que se tiene es una corriente máxima con valores que determinan el rango de modulación.

En los interruptores, sin embargo, como el dotado de opto-Diacs, podemos tener familias de dispositivos con varias corrientes mínimas requeridas para el disparo.

Así, las corrientes de disparo necesarias para trabar la salida (LATCH) son diferentes de acuerdo con la siguiente tabla:

 

Tensión inversa máxima en el LED

Es la tensión máxima que se puede aplicar al LED cuando está polarizado en revés. Hay que tener cuidado con estas características porque son valores bajos.

 

Tensión directa en el LED

Es la tensión mínima que, aplicado al LED lo hace conductor y por lo tanto causa la emisión de la luz. Para los tipos comunes esta tensión está en el rango de 1,2 V a 1,5 V.

Características del receptor:

 

Fotos diodos y fototransistores

Para los fotodiodos y los fotos transistores tenemos la corriente máxima que proporcionan cuando están excitados. Para la foto-transistor podemos tener familias de curvas.

Los foto-Darlingtons tienen la ventaja de proporcionar corrientes de salida mucho más grandes que las fotos-transistores y los foto diodos comunes. La gran ventaja de los fotodiodos es la velocidad más rápida.

La disipación del fototransistor o fotodiodo también es importante ya que influirá en la disipación total del dispositivo. Se dará en mW a una temperatura ambiente (generalmente 20°C) y un factor de degradación que indicará cuánto disminuye para cada grado de temperatura por encima del valor tomado como referencia.

 

Foto diacs

Para los acopladores con foto-DIACs dos son las características que se especifican normalmente.

La primera es la corriente máxima del DIAC cuando dispara. Esta corriente es importante porque debe ser lo suficientemente intensa como para activar el Triac externo.

También en este caso, como segunda característica importante tenemos la máxima disipación del componente, dado en MW para una temperatura de referencia y un factor de degradación para cada elevación centígrado de grado.

 

Disparadores

Para los circuitos disparadores tenemos información sobre su compatibilidad con la lógica TTL y CMOS, la velocidad máxima, y la fuente de alimentación máxima.

 

Características generales

La característica general más importante de un aislador óptico es la tensión del aislamiento. Se suele especificar el pico de tensión máxima que puede aparecer entre cualquier punto del receptor y el del emisor soportado por el dispositivo.

Los tipos comunes pueden tener tensiones de aislamiento a partir del 5000 a 8000 V típicamente.

También se da como una característica general del dispositivo, la máxima disipación, que es la suma de la máxima disipación del emisor y del receptor, en MW a temperatura ambiente, con un factor de degradación.

 

IGCT

IGCT significa Integrated Gate Controlled Thyristor, O tiristores con puerta controlada integrada.

Es un dispositivo de la familia de los tiristores, destinado para los usos en control de energía. En la figura 43 tenemos la estructura del IGCT que tiene el mismo símbolo de SCR.

 

Figura 43 – Estructura IGCT
Figura 43 – Estructura IGCT

 

 

Como podemos observar el sistema de disparo que está formado por la compuerta (gate), contiene también el cátodo (cat) de ahí la denominación del dispositivo de "Integrated gate".

En este dispositivo, toda la corriente de cátodo se transfiere a la puerta rápidamente de modo que la juntura catódica se polarice casi instantáneamente en revés y el desligamiento del componente se reduzca al corte del transistor de NPN.

Una de las ventajas de este componente es que no requiere un circuito de amortiguación (snubber) para ser desconectado.

Otra ventaja está en el hecho de que el aumento de la compuerta es 1, ya que toda la corriente de ánodo se transfiere para la compuerta.

En la integración todavía tenemos que el IGCT y el diodo de la misma tensión de ruptura pueden integrarse sin problemas.

 

 

ESBT

El ESBT o Emitter-Switched Bipolar Transitor (Transistor Bipolar Conmutado) consiste en un dispositivo que presenta características ideales para los usos de la conmutación en los circuitos de alta tensión y de alta velocidad.

Estos nuevos dispositivos tienen una estructura combinada con una parte bipolar que permite obtener una tensión de ruptura muy alta, alcanzando el 2 500 V y una parte de MOSFET de potencia que permite una velocidad de conmutación muy alta, alcanzando 150 kHz en configuración en cascada.

La idea básica es dada por la conexión de un transistor bipolar en serie con un MOSFET de potencia, según lo demostrado en la figura 44.

 

Figura 44 – El ESBT
Figura 44 – El ESBT

 

 

En la figura 45 tenemos el símbolo adoptado para el nuevo dispositivo.

 

Figura 45 – Símbolo ESBT
Figura 45 – Símbolo ESBT

 

 

Cuando los dos transistores están conectados de la manera indicada, el disparo se realiza aplicando una tensión en la compuerta (gate) del MOSFET de potencia

Con esto, las pérdidas se obtienen en el estado ON son muy bajas debido a la baja tensión Vce(sat) dos transistores bipolares en relación de la Vds(on) de los Transistores MOSFETs.

También es posible minimizar las pérdidas de conmutación debido a la velocidad mucho más alta de conmutación de los MOSFETs de potencia en comparación con los tiempos de desligamiento largos (TS + TF) de un transistor bipolar.

Para entender cómo funciona un transistor analizamos los estados en los que está encendido y apagado, reemplazando el MOSFET de conmutación con una tecla.

En este dispositivo la señal de control, que hace la conmutación del dispositivo, no se aplica a su base, sino en el emisor. La base del transistor se polariza de manera fija para determinar la corriente principal en el dispositivo.

Debido a que esta corriente es fija, no influye en la conmutación del dispositivo.

Entonces, quién determina la velocidad de conmutación es la acción del MOSFET.

Como la caída de tensión en este dispositivo es muy baja, en comparación con el VCE (sat) del transistor bipolar más las pérdidas de entrada la saturación se produce rápidamente.

La llave es el MOSFET que es controlado por una señal externa aplicada a su compuerta

Para desconectar el dispositivo, simplemente detenga la corriente de emisor. De esta manera, como no tenemos la influencia del tiempo de respuesta del transistor bipolar, el desconectar es muy rápido.

La desconexión por el emisor tiene el mismo efecto, con una acción muy rápida. La corriente de dreno MOSFET cae prácticamente a cero instantáneamente, lo que hace que el transistor bipolar también deje de conducir.

Así que para cambiar el transistor bipolar, lo que se hace es utilizar un MOSFET que tiene una respuesta más rápida, conectada a su emisor.

 


 

Contenido 

Parte 1 - Unidades - Energía (CUR2001S)

Parte 2 – Diodos (CUR2002S) 

Parte 3 - Transistores de potencia bipolares (CUR2003S)

Parte 4 - MOSFETs de Potencia (CUR2004S)

Parte 5 - Los IGBTs (CUR2005S)

Parte 6 - Tiristores – El SCR (CUR2006S)

Parte 7 - Tiristores - El Triac (CUR2007S)

Parte 8 – Tiristores – Otros Dispositivos (CUR2008S)