TRIAC ●
El triac es
fundamentalmente un diac con una terminal de compuerta para controlar las
condiciones de encendido del dispositivo bilateral en cualquiera de las dos direcciones.
En otras palabras, para cualquier dirección la corriente de compuerta puede
controlar la acción del dispositivo de una manera muy parecida a la demostrada
para un SCR. Sin embargo, las características del triac en el primero y tercer
cuadrantes son algo diferentes de las del diac, como se muestra en la figura
17.33c. Observe que la corriente de mantenimiento en cada dirección no aparece
en las características del diac.
El símbolo gráfico del
dispositivo y la distribución de las capas semiconductoras se dan en la figura
17.33 junto con fotografías del dispositivo. Para cada una de las posibles
direcciones de conducción hay una combinación de capas semiconductoras cuyo
estado controlará la señal aplicada a la terminal de compuerta.
El triac es un dispositivo semiconductor de tres
terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una
carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser
bloqueado por inversión de
la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser
disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante
una corriente de puerta positiva o negativa.
Estructura interna del Triac:
La estructura contiene seis capas como se indica en la FIG. b,
aunque funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1
conduce a través de P1N1P2N2 y en sentido MT1-MT2 a través de P2N1P1N4. La capa
N3 facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de su
estructura lo hace mas delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y
capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de
algunos amperios hasta unos 200 A eficaces y desde 400 a 1000 V de tensión de
pico repetitivo. Los triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas,
los fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores. El Triac actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en
paralelo Fig. b , este dispositivo es equivalente a dos latchs.
METODOS DE DISPARO
Como hemos dicho, el Triac posee dos ánodos
denominados ( MT1 y MT2) y una compuerta G.
La polaridad de la compuerta G y la polaridad
del ánodo 2, se miden con respecto al ánodo 1.
El triac puede ser disparado en cualquiera de
los dos cuadrantes I y III mediante la aplicación entre los terminales de
compuerta G y MT1 de un impulso positivo o negativo. Esto le da una facilidad
de empleo grande
y simplifica mucho el circuito de disparo. Veamos cuáles son los fenómenos
internos que tienen lugar en los cuatro modos posibles de disparo.
1 – El primer modo del primer cuadrante
designado por I (+), es aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de
la compuerta son positivas con respecto al ánodo MT1 y este es el modo mas
común (Intensidad de compuerta entrante).
La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por
la union P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural
inyección de electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la
compuerta por la caida de tensión que produce en P2 la circulación lateral de
corriente de compuerta. Esta caída de tensión se simboliza en la figura por signos +
y - .
Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1
que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella iniciándose la
conducción.
2 – El Segundo modo, del
tercer cuadrante, y designado por III(-) es
aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son
negativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente). Se dispara por el procedimiento de
puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión
P2N1. La tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más
positivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de
P2 a N1 que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.
3 – El tercer modo del
cuarto cuadrante, y designado por I(-) es
aquel en que la tensión del ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 y
la tensión de disparo de la compuerta es negativa con respecto al ánodo MT1(
Intensidad de compuerta saliente).
El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión.
Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal
P1N1P2N2.
El disparo de la primera se produce como en un tiristor normal actuando
T1 de puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensión
positiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones
hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal,
que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la vecindad de
la estructura auxiliar, entrando en conducción.
4 – El cuarto modo del
Segundo cuadrante y designado por III(+) es
aquel en que la tensión del ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, y
la tensión de disparo de la compuerta es positiva con respecto al ánodo
MT1(Intensidad de compuerta entrante).
El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota.
Entra en conducción la estructura P2N1P1N4.
La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que
alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión,
haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más
positivamente el área de unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1,
provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la
unión N1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y se produce la entrada en
conducción.
El estado I(+), seguido de III(-) es aquel en que la corriente de
compuerta necesaria para el disparo es mínima. En el resto de los estados es
necesaria una corriente de disparo mayor. El modo III(+) es el de disparo más
difícil y debe evitarse su empleo en lo posible.
En general, la corriente de encendido de la compuerta, dada por el
fabricante, asegura el disparo en todos los estados.
FORMAS DE ONDA DE LOS TRIACS
La
relación en el circuito entre la fuente de voltaje, el triac y la carga se
representa en la FIG siguiente . La corriente promedio entregada a la carga puede
variarse alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el
triac permanece en el estado encendido. Si
permanece una parte pequeña del tiempo en el estado encendido, el flujo de
corriente promedio a través de muchos ciclos será pequeño, en cambio si
permanece durante una parte grande del ciclo de tiempo encendido, la corriente
promedio será alta.
Un triac no esta limitado a 180 de conducción por
ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total
de los 360 del ciclo. Por tanto proporciona control de corriente de onda completa, en lugar del control de
media onda que se logra con un SCR.
Las
formas de onda de los triacs son muy parecidas a las formas de onda de los SCR,
a excepción de que pueden dispararse durante el semiciclo negativo. En la FIG.8
se muestran las formas de onda tanto para el voltaje de carga como para el
voltaje del triac ( a través de los terminales principales) para dos
condiciones diferentes.
En la FIG.8 (a), las formas de onda muestran apagado el triac durante
los primeros 30 de cada semiciclo, durante estos 30 el triac se comporta como
un interruptor abierto, durante este tiempo el voltaje completo de línea se cae
a través de las terminales principales del triac, sin aplicar ningún voltaje a
la carga. Por tanto no hay flujo de corriente a través del triac y la carga.
La parte del semiciclo durante la cual existe seta situación se llama
ángulo de retardo de disparo.
Después de transcurrido los 30 , el triac dispara y se vuelve como un
interruptor cerrado y comienza a conducir corriente a la carga, esto lo realiza
durante el resto del semiciclo. La parte del semiciclo durante la cual el triac
esta encendido se llama ángulo de conducción.
La FIG.8 (b) muestran las mismas formas de ondas pero
con ángulo de retardo de disparo mayor.
Control de Fase (Potencia)
Una aplicación fundamental del triac se presenta en la
figura 17.34. En esta capacidad, controla la potencia de ca suministrada a la carga
encendiéndose y apagándose durante las regiones positiva y negativa de la señal senoidal de entrada. La
ventaja de esta configuración es que durante la parte negativa de la señal de entrada se obtendrá el mismo tipo de respuesta ya que
tanto el diac como el triac se pueden encender en la dirección inversa. La forma de onda resultante
de la corriente a través de la cargaaparece en la figura 17.34. Si modificamos el resistor
R, podemos controlar el ángulo de
conducción. Existen unidades disponibles capaces de manejar cargas
de más de 10 kW.
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