Aplicaciones del SCR

Interruptor estático en serie:

En la figura 17.11a se muestra un interruptor estático en serie de media onda. Si el interruptor está cerrado como se muestra en la figura 17.11b, durante la parte positiva de la señal de entrada fluirá un corriente de compuerta y el SCR se encenderá. El resistor R1 limita la magnitud de la corriente de compuerta. Cuando el SCR se enciende, el voltaje del ánodo al cátodo (VF) se reducirá al valor de conducción, y la corriente de compuerta se reduce en gran medida con una pérdida mínima en el circuito de la compuerta. Para la región negativa de la señal de entrada, el SCR se apagará puesto que el ánodo es negativo con respecto al cátodo. Se incluye el diodo D1 para impedir una inversión en la corriente de compuerta. Las formas de onda para el voltaje y la corriente de la carga resultantes se muestran en la figura 17.11b. El resultado es una señal rectificada de media onda a través de la carga. Si se desea una conducción de menos de 180°C, el interruptor se puede cerrar a cualquier desfasamiento durante la parte positiva de la señal de entrada. El interruptor puede ser electrónico, electromagnético o mecánico, dependiendo de la aplicación.

Control de fase de resistencia variable:

   En la figura 17.12a se muestra un circuito capaz de establecer un ángulo de conducción de entre 90° y 180°C. El circuito es semejante al de la figura 17.11, excepto por la adición de un resistor variable y la eliminación del interruptor. La combinación de los resistores R y R1 limitará la corriente de compuerta durante la parte positiva de la señal de entrada. Si R1 se establece a su valor máximo, es posible que la corriente de compuerta nunca alcance una magnitud de encendido. A medida que R1 se reduce a partir de su valor máximo, la corriente de compuerta se incrementará a partir del mismo voltaje de entrada. De esta forma, se puede establecer la corriente de compuerta de encendido requerida en cualquier punto entre 0° y 90°, como se muestra en la figura 17.2b.

   Si el valor de R1 es bajo, el SCR se encenderá casi de inmediato, y el resultado será la misma acción que se obtuvo con el circuito de la figura 17.11a (conducción durante 180°C). Sin embargo, como se indicó antes, si R1 se incrementa, se requerirá un mayor voltaje de entrada (positivo) para encender el SCR. Como se muestra en la figura 17.12b, el control no se puede ampliar más allá del desfasamiento de 90° puesto que la entrada alcanza su valor máximo en este punto. Si no se enciende con éste y con valores menores de voltaje de entrada en la pendiente positiva de la entrada, se debe esperar la misma respuesta en la parte de pendiente negativa de la forma de onda de la señal. La operación en este caso normalmente se conoce en términos técnicos como control de fase de resistencia variable de media onda. Es un método efectivo de controlar la corriente RMS y por consiguiente la potencia suministradas a la carga.       

Regulador de carga de baterías:

  

      Una tercera aplicación de gran uso del SCR es un regulador de carga de baterías. En la figura 17.13 se muestran los componentes fundamentales del circuito.

    Como se indica en la figura, D1 y D2 establecen una señal rectificada de onda completa a través del SCR1 y la batería de 12 V que se va a cargar. A voltajes bajos de la batería, el SCR2 está “apagado” por razones que se explicarán en breve. Con el SCR2 abierto, el SCR1 que controla el circuito es exactamente el mismo que el control de interruptor estático en serie analizado al principio de esta sección. Cuando la entrada rectificada de onda completa es lo bastante grande para producir la corriente de encendido requerida en la compuerta (controlada por R1), el SCR1 se encenderá y la batería comenzará a cargarse. Al inicio de la carga, el bajo voltaje de la batería dará por resultado un bajo voltaje VR determinado por el sencillo circuito de divisor de voltaje. A su vez, el voltaje VR es demasiado pequeño para provocar conducción en el Zener de 11.0 V. En el estado “apagado” el Zener es efectivamente un circuito abierto, y mantiene el SCR2 en el estado “apagado” puesto que la corriente de compuerta es cero. Se incluye el capacitor C1 para impedir que cualquier voltaje transitorio en el circuito encienda accidentalmente el SCR2. (el voltaje no puede cambiar instantáneamente a través de un capacitor). De esta manera, el C1 evita que los efectos transitorios afecten al SCR. A medida que continúa la carga, el voltaje de la batería se eleva a un punto en el que VR es suficientemente alto para encender tanto el Zener de 11.0 V como el SCR2. Una vez que el SCR2 se enciende, la representación de cortocircuito de éste dará por resultado un circuito divisor de voltaje determinado por R1 y R2 que mantendrán V2 a un nivel demasiado pequeño para encender el SCR1. Cuando esto ocurre, la batería esta totalmente cargada y el estado de circuito abierto del SCR1 interrumpirán la corriente de carga. Por tanto el regulador recarga la batería siempre que el voltaje se reduce e impide que se sobrecargue cuando está totalmente cargada.

Ejercicios del SCR:

El circuito de la figura representa un circuito simple de control de potencia que utiliza un tiristor como elemento de control de una carga resistiva. Determinar el valor de V necesario para producir el disparo del tiristor. Suponiendo que se abre el interruptor, una vez disparado el tiristor, calcular el valor mínimo de tensión, VE, que provoca el apagado del mismo.

DATOS:

  

PROBLEMA 2

En el circuito de la figura, para un tiempo de apagado del tiristor, t off = 15s, determinar si se podrá producir la conmutación óptima del mismo para el valor de capacidad adoptado.

     Se puede afirmar que la tensión en el condensador, que es la misma que la que existe en extremos del tiristor, varía exponencialmente desde un valor negativo inicial hasta que se alcanza un valor nominal de la batería (+ E ).  El tiempo para el cual la tensión en el condensador es negativa se denominará tq; El valor de este intervalo de tiempo tiene una gran importancia, ya que si es lo suficientemente grande permitirá el paso de conducción a corte del tiristor, es decir, sólo si el valor del tiempo tq es mayor que el valor del tiempo t off    se producirá la conmutación del tiristor.
 Igualando a cero el valor de la tensión en el condensador para un tiempo tq.

 

Como el valor del tiempo tq es mayor que el valor de toff , el tiristor pasará a corte sin ninguna dificultad. El circuito equivalente suponiendo I A= 0 es: