La terminología SCR cual significado quiere decir o significar rectificador controlado de silicio, el cual pertenece a la familia de los tiristores. Es más popular que los otros tiristores como TRIAC, DIAC, etc. Aunque algunas personas suelen identificarlos indistintamente Tiristor y SCR. Entonces, cuando una persona simplemente diga un Tiristor como referencia en general, se referirá al SCR.
Gracias a sus capacidades operativas con altos valores de corriente y voltaje, el mayor campo donde se suelen usar e implementar es en los sectores industriales. Los SCR se construyen como lo dice su nombre a base de silicio y sus aplicaciones más utilizadas comúnmente son para (rectificación) convertir la corriente CA(corriente alterna) en corriente CC(corriente continua), por eso el nombre de rectificador controlado por silicio. Aunque también se suelen utilizar para otros medios como reguladores de potencia, en circuitos de inversiones, etc.
Símbolo SCR
En la imagen superior se muestra el símbolo con el que se identifica el SCR. Lo cual es muy similar al del símbolo del diodo; pero su diferencia radica en que tiene una terminal de puerta(Gate) como se muestra en su símbolo y en su estructura más abajo. El SCR es un componente unidireccional; con el que solo permitirá que la corriente fluya en una sola dirección y se oponga al flujo en la otra dirección.
El SCR posee 3 terminales, una para el ánodo(A), otra para el cátodo(K) y la de control puerta(G); con esta última es con la que se logra encender(On) o apagar(Off) para controlar las condiciones de polarización. El símbolo del SCR es igual al símbolo del tiristor. Ya que sabemos cómo representar un SCR en un circuito, aprenderás más de su estructura interna y características del funcionamiento.
Estructura del SCR(Rectificador controlado por silicio)
El SCR es un semiconductor tiene una forma de estructura de 4 capas. Estas capas pueden ser del tipo NPNP o del tipo PNPN(el ejemplo de la imagen); con las cuales formarán 3 uniones denominadas J1, J2 y J3. Además, tener en cuenta que los 3 terminales del SCR; el ánodo(A) es un electrodo positivo(+) presente en la capa P y el cátodo(K) es un electrodo negativo(-); el cual estará presente en la capa N del SCR, la puerta(G) su principio es actuar como un terminal de control para el SCR.
Funcionamiento del SCR
Para entender el funcionamiento del SCR, debemos ver las 3 diferentes formas en que puede operar este dispositivo. Esté siempre va a depender de la polaridad del voltaje que se le aplique y de la señal que se le envía por la puerta(Gate), a continuación los modo de funcionamiento:
- Modo de bloqueo hacia adelante.
- Modo de conducción hacia adelante.
- Modo de bloqueo inverso.
Modo de bloqueo hacia adelante
En este modo de funcionamiento, el SCR(rectificador controlado por silicio) se conecta de manera que el terminal del ánodo(A) se hace positivo(+) con respecto al cátodo(K) mientras que el pin de la puerta(G) se mantiene abierto. Las uniones J1 y J3 están polarizadas hacia adelante y la unión J2 está polarizada hacia atrás.
Consecuencia, provoca una fuga de corriente muy baja fluya a través del SCR. Hasta que un voltaje superior de ruptura sea aplicado a través del SCR, este ofrecerá una resistencia muy alta al flujo de corriente. Por lo que actúa como un interruptor abierto; en este modo puede bloquear la corriente directa que fluye a través del SCR.
Modo de conducción hacia adelante
En el funcionamiento de conducción hacia adelante; es el único modo en el que el SCR estará en el estado encendido(On) y estará conduciendo corriente. Pero se puede hacer que el SCR conduzca de 2 vías diferentes; una es aumentando el voltaje de polarización directa aplicado más allá del voltaje de ruptura o bien podemos aplicar un voltaje positivo(+) al terminal de la puerta(G).
Aumentando el voltaje de polarización directa entre el ánodo(A) y el cátodo(K); la unión J2 se agotará debido a la ruptura por el efecto avalancha provocando la conducción del mismo. No podemos hacer esto para todas las funciones (esto gradualmente reduce la vida útil del SCR)
Si desea utilizar el SCR para aplicaciones de bajo voltaje, puede aplicar un voltaje positivo(+) a la puerta(G) del SCR. Esta señal aplicada ayudará al SCR a pasar al estado de conducción. Durante este modo de funcionamiento, el SCR funcionará en polarización directa y la corriente fluirá a través de él.
Modo de bloqueo inverso
En este modo de funcionamiento, el cátodo(K) se vuelve positivo(+) con respecto al ánodo(A). Provocando que las uniones J1 y J3 tengan una polarización inversa y J2 esté polarizada hacia adelante. Este voltaje inverso conduce al SCR a la región de bloqueo inverso; lo que hace que fluya una corriente muy despreciable de fuga a través de él(actuando como un interruptor abierto).En este estado ofrece una alta impedancia a menos que el voltaje aplicado sea menor que el voltaje de ruptura inversa VBR del SCR.
Si la tensión aplicada inversa aumenta más allá del VBR, entonces se produce una ruptura por avalancha en las uniones J1 y J3, lo que resulta en un aumento del flujo de corriente inversa a través del SCR. Esta corriente inversa provoca que el SCR tenga más pérdidas reflejado con un aumenta el calor del mismo. Teniendo un daño en consecuencia el SCR cuando el voltaje inverso se le aplica mayor que el VBR.
Analogía del SCR con dos Transistores
En la imagen superior se muestra que un solo SCR tiene la misma operatividad que el circuito de un transistor pnp (Q1) y un transistor npn (Q2). Donde el emisor de Q1 actúa como el terminal del ánodo(A) del SCR mientras que el emisor de Q2 será su cátodo(K). En la cual la base de Q1 está conectada al colector de Q2 y el colector de Q1 está conectado a la base de Q2. El terminal de puerta(G) del SCR también está conectado a la base de Q2.
Ventajas del Rectificador Controlado por Si
- Teniendo en cuenta la comparativa de los interruptores electromecánicos, los SCR no poseen partes móviles. Provocando un funcionamiento silencioso.
- Posee velocidad de conmutación muy alta, ya que puede realizar 1 nano operación/s.
- Funcionan con valores nominales de alto voltaje y con corriente muy pequeña a través de puerta(G).
- Más adecuado para operaciones de CA porque en cada posición 0 del ciclo de CA, el SCR se apagará automáticamente.
- Dimensiones del encapsulado pequeñas.
Aplicaciones del SCR
Las aplicaciones que tienen este componente electrónico son muchísimas. Nos son útiles en circuitos para convertidores, circuitos de control, circuitos de pulsos, relés de enclavamiento, etc. Se nos haria imposible describir todas las aplicaciones y funcionalidades que posee, pero resumiendo, se utilizan para controlar el voltaje o corriente en un elemento.
