MODULOS DE POTENCIA SEMICONDUCTORES

Semiconductores de potencia.

Variables Generales:

Modelos, Características Técnicas, Aplicaciones:

Los semiconductores de potencia son dispositivos electrónicos diseñados para controlar el flujo de grandes cantidades de energía eléctrica (alto voltaje y/o alta corriente), funcionando principalmente como interruptores o amplificadores en aplicaciones como fuentes de alimentación, variadores de frecuencia y sistemas de tracción eléctrica.

 Los modelos principales en este campo son el BJT de potencia, el MOSFET, el Tiristor (SCR/TRIAC) y el IGBT.

Principales Modelos de Semiconductores de Potencia:

Tabla Comparativa de los Principales Semiconductores de

Potencia:

Característica	BJT (Transistor Bipolar de Unión)	MOSFET (Transistor de Efecto de Campo Metal-Óxido-Semiconductor)	IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada)	Tiristor (SCR/TRIAC)
Control	Por Corriente IB en la Base	Por Voltaje VGS en la Compuerta	Por Voltaje VGE en la Compuerta	Por Pulso de Corriente en la Puerta (Gate)
Portadores de Carga	Bipolares (Electrones y Huecos)	Unipolares (Electrones o Huecos)	Híbrido: Entrada unipolar, Conducción bipolar	Bipolares
Velocidad de Conmutación	Lenta (Almacenamiento de carga)	Muy Rápido MHz	Intermedia (Más lento que MOSFET, más rápido que BJT)	Muy Lenta (Requiere que la corriente caiga a cero para apagarse)
Pérdidas en Conducción VON/RDS	Moderadas	Bajas a bajas tensiones (baja RDS(on)	Bajas a altas tensiones (mejor que MOSFET a >600V)	Muy Bajas (una vez activado)
Capacidad de Corriente	Buena (hasta decenas de Amperios)	Buena (hasta cientos de Amperios, pero RDS(on) aumenta con el tamaño)	Excelente (cientos a miles de Amperios)	Excelente (miles de Amperios)
Capacidad de Voltaje	Moderada (hasta ~1.5 kV)	Baja a Moderada (hasta ~1.2 kV, RDS(on) penaliza a voltajes altos)	Muy Alta (hasta ~6.5 kV y más)	Muy Alta (hasta ~10 kV y más)
Control de Apagado	Se controla apagando la corriente de Base	Se controla retirando el voltaje de Compuerta	Se controla retirando el voltaje de Compuerta	NO Controlable una vez disparado (se apaga cuando la corriente del ánodo/cátodo cae a cero)
Robustez	Razonable	Muy robusto frente a sobretensiones	Muy robusto	Extremadamente robusto
Rango de Frecuencia	KHz	KHz a MHz	KHz (generalmente < 20 kHz para alta potencia)	Hz a pocos KHz
Ventajas Clave	Barato, buena linealidad (amplificación).	Alta velocidad, fácil control por voltaje, bajas pérdidas a baja tensión.	Combinación de la facilidad de control del MOSFET y la baja pérdida en conducción del BJT a alta potencia.	Muy alta capacidad de corriente y voltaje, bajo costo en alta potencia.
Desventajas Clave	Lento, requiere corriente de Base significativa (pérdidas en el driver).	RDS(on) aumenta mucho con el voltaje, peor a muy alta potencia.	Más lento que MOSFET, "cola de corriente" al apagarse (pérdidas).	Lento, no controlable para apagado, ruido armónico.
Aplicaciones Típicas	Amplificadores de audio, fuentes de alimentación lineales, conmutación de baja potencia y baja frecuencia.	Fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), cargadores, inversores DC-DC de alta frecuencia, drivers de motores de baja potencia.	Variadores de velocidad para motores (VFD), trenes, vehículos eléctricos, inversores solares, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) de alta potencia.	Rectificadores controlados, control de fase AC, arrancadores suaves de motores grandes, regulación de potencia en HVDC.

Diferencias Tecnológicas y Aplicaciones Clave:

Transistor Bipolar de Unión (BJT):

• Tecnología: Controlado por corriente en la Base. La corriente de Colector (IC) es proporcional a la corriente de Base (IB) multiplicada por la ganancia β: IC = β. IB
• Limitación: Su lentitud al apagar se debe al almacenamiento de portadores minoritarios en la región base.
• Aplicaciones: Circuitos analógicos (amplificadores de audio) y conmutación simple.

Transistor de Efecto de Campo (MOSFET):

• Tecnología: Controlado por voltaje en la Compuerta (VGS). Su resistencia en estado de conducción (RDS (on) es muy baja a voltajes bajos.
• Ventaja: Conmutación extremadamente rápida (controlada por la velocidad de carga/descarga de la capacitancia de la compuerta).
• Limitación: La (RDS (on) aumenta significativamente con el voltaje de ruptura (VDS), haciéndolos menos eficientes que los IGBT en aplicaciones de alto voltaje (> 600V).
• Aplicaciones: Fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) de alta frecuencia, inversores (DC-DC) de baja tensión.

Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT):

• Tecnología: Es un híbrido que combina la entrada controlada por voltaje (tipo MOSFET) con la salida de alta capacidad de corriente (tipo BJT).
• Ventaja: Ofrece la baja resistencia en conducción (menores pérdidas) de los BJT a altos voltajes y corrientes, junto con la facilidad de control por voltaje del MOSFET.
• Limitación: Es más lento que el MOSFET (debido a los portadores minoritarios en la etapa BJT), lo que limita su frecuencia máxima de conmutación (típicamente < 20 kHz) para alta potencia).
• Aplicaciones: Motores de tracción, inversores solares, sistemas (UPS) y cualquier aplicación industrial que requiera manejo de alta potencia y alto voltaje.

Tiristor (SCR):

• Tecnología: Dispositivo de conmutación, no totalmente controlable. Una vez que se activa con un pulso en la Puerta (G), permanece encendido independientemente de la señal de (G) hasta que la corriente que lo atraviesa cae por debajo de la corriente de mantenimiento (IH).
• Ventaja: Puede manejar las corrientes y voltajes más altos de todos los dispositivos listados, y es muy robusto.
• Limitación: No se puede apagar con la señal de control (requiere conmutación natural o circuitos forzados).
• Aplicaciones: Rectificación de potencia, control de fase en AC (TRIAC), arrancadores suaves de motores grandes.

Este video es relevante porque compara directamente el BJT con el MOSFET, explicando las diferencias técnicas en el control y la conducción.

https://youtu.be/IQk-_Ydd0D8

Transistor Bipolar de Unión (BJT):

El Transistor Bipolar de Unión (BJT) es un dispositivo semiconductor fundamental, históricamente el primero en tener aplicaciones comerciales prácticas, que funciona como un interruptor o amplificador controlado por corriente.

Definición y Estructura Física:

Un BJT se compone de tres regiones de material semiconductor dopado dispuestas en tres capas, formando dos uniones PN:

1. Terminales: Posee tres terminales: Emisor (E), Base (B) y Colector (C).
2. Estructura: Está formado por dos uniones PN conectadas. Esto da lugar a dos tipos principales:
• NPN: Una capa de material tipo P (Base) está intercalada entre dos capas de material tipo N (Emisor y Colector).
• PNP: Una capa de material tipo N (Base) está intercalada entre dos capas de material tipo P (Emisor y Colector).
3. Material: Originalmente de germanio, los BJT modernos están fabricados principalmente de Silicio (Si). Algunos tipos de alta velocidad utilizan Arseniuro de Galio (GaAs).
4. Dopaje:
• Emisor: está fuertemente dopado (emite portadores de carga).
• Base: es la capa intermedia, muy delgada y ligeramente dopada.
• Colector: tiene una extensión mucho mayor.

Características Técnicas:

La operación del BJT se basa en que una pequeña corriente de entrada en la Base (IB) controla un flujo de corriente mucho mayor entre el Colector y el Emisor (IC).

Característica Técnica	Descripción
Control	Controlado por Corriente. La corriente del Colector (IC) es proporcional a la corriente de Base (IB) por la ganancia de corriente (β: IC = β.IB).
Portadores	Bipolares: La conducción depende tanto de electrones como de huecos.
Impedancia de Entrada	Baja, ya que la unión Base-Emisor debe polarizarse en directa para encenderlo.
Velocidad de Conmutación	Relativamente Lenta en comparación con los MOSFET/IGBT, debido al tiempo de almacenamiento de portadores minoritarios en la Base al intentar apagar el dispositivo.
Polarización de Encendido	Requiere una corriente mínima en la Base para que conduzca.
Polarización de Apagado	Se apaga retirando la corriente de Base (o forzando una corriente inversa).

Estados de Operación:

El BJT se puede configurar en tres regiones de trabajo principales:

• Corte: El transistor está apagado (IB = 0 o muy baja). Actúa como un circuito abierto (no fluye corriente IC).
• Saturación: El transistor está totalmente encendido (IB máxima). Actúa como un interruptor cerrado con una pequeña caída de tensión Colector-Emisor (VCE (sat)).
• Activa (o Lineal): La corriente de Base determina proporcionalmente la corriente de Colector. Se usa para amplificación.

 

Diferencias NPN vs. PNP:

La principal diferencia reside en la polaridad de voltajes y el sentido del flujo de corriente:

Característica	Transistor NPN	Transistor PNP
Flujo de IC (Convencional)	Del Colector al Emisor	Del Emisor al Colector
Portadores Mayoritarios	Electrones (por tener capas N mayoritarias)	Huecos (por tener capas P mayoritarias)
Control de Encendido	Se enciende aplicando un voltaje positivo a la Base respecto al Emisor (VBE > 0.7 V).	Se enciende aplicando un voltaje negativo a la Base respecto al Emisor (VEB > 0.7 V, o VB bajo/a tierra).
Aplicación Común	Conmutación "lado bajo" (la carga va conectada al Colector y la corriente va a tierra).	Conmutación "lado alto" (la carga va conectada al Emisor y la corriente sale de la fuente).

Aplicaciones:

Aunque han sido reemplazados por MOSFETs e IGBTs en muchas aplicaciones de potencia por su velocidad, los BJT todavía son cruciales:

• Amplificación de Señales: Su característica lineal en la región activa los hace ideales para amplificadores de audio y radiofrecuencia de baja potencia.
• Conmutación de Baja Potencia: Actuando como interruptores para controlar cargas pequeñas como LEDs, relés o pequeños motores (donde la velocidad no es crítica).
• Circuitos Digitales: Históricamente fundamentales en tecnologías como TTL (Transistor-Transistor Logic) y en la capa de salida de muchos circuitos integrados.

El video compara cómo funciona un BJT y la diferencia entre los tipos NPN y PNP. Transistores NPN y PNP:

https://youtu.be/As-_cN4JMJU

Transistor de Efecto de Campo (MOSFET):

El Transistor de Efecto de Campo de Óxido Metálico Semiconductor (MOSFET) es un tipo de transistor de efecto de campo (FET) que es la piedra angular de la electrónica moderna, especialmente en circuitos digitales y de potencia de alta frecuencia.

Definición y Estructura Física:

El MOSFET es un dispositivo controlado por voltaje (a diferencia del BJT que es controlado por corriente) que funciona manipulando un campo eléctrico para controlar la conductividad entre sus terminales de Drenador (D) y Fuente (S).

 

• Terminales: Tiene tres terminales principales:
• Gate (G - Compuerta): El terminal de control.
• Drain (D - Drenador): Por donde entra/sale la corriente principal.
• Source (S - Fuente): El otro terminal de la corriente principal.
• Estructura MOS: Su nombre proviene de su estructura: una capa de Metal (M) sobre un Óxido aislante (O), que a su vez está sobre un Semiconductor (S).
• El Óxido (SiO2) es un excelente aislante, lo que le confiere una impedancia de entrada extremadamente alta (la corriente por el Gate es casi nula, medida en nanoamperios).
• Canal: La corriente fluye a través de un canal semiconductor que se forma entre el Drenador y la Fuente solo cuando se aplica un voltaje adecuado en el Gate

Características Técnicas:

Los MOSFET se destacan por su velocidad y su control basado en voltaje:

Característica Técnica	Descripción
Control	Controlado por Voltaje. Se activa aplicando un voltaje (VGS) en el Gate que supere un voltaje umbral (Vth).
Portadores	Unipolares (Solo electrones o solo huecos), lo que reduce el ruido y simplifica el apagado.
Impedancia de Entrada	Muy Alta (prácticamente un circuito abierto), ya que el Gate está aislado por el óxido.
Velocidad de Conmutación	Muy Rápida (a menudo en nanosegundos), limitada principalmente por la capacitancia del Gate que debe cargarse/descargarse.
Pérdidas en Conducción	A bajas y medias tensiones, se comporta como una resistencia muy baja (RDS (on)), lo que significa bajas pérdidas en estado "ON".
Integración	Su estructura simple permite una alta densidad de integración, siendo la base de los circuitos CMOS y microprocesadores.
Limitación en Potencia	A voltajes muy altos (> 600V), su resistencia en conducción (RDS (on)) aumenta, haciendo que el IGBT sea más eficiente en aplicaciones de muy alta potencia/voltaje.

Tipos Canal N vs. Canal P:

Al igual que los BJT, los MOSFET se dividen en dos tipos principales según el material del canal:

MOSFET de Canal N (NMOS):

• Portadores de Carga: Electrones (más rápidos).
• Activación: Requiere un voltaje de Gate positivo (VGS > Vth).
• Conexión Típica: Se conecta al lado bajo de la carga (el Drenador se conecta a la carga y el Source a tierra) para conmutar la corriente que va a tierra.
• Ventaja: Generalmente tienen una RDS (on) menor (mejor rendimiento) que sus contrapartes de Canal P.

MOSFET de Canal P (PMOS):

• Portadores de Carga: Huecos.
• Activación: Requiere un voltaje de Gate negativo respecto a la Fuente (VGS < V, donde Vth es negativo).
• Conexión Típica: Se conecta al lado alto de la carga (el Source se conecta a la fuente de voltaje positiva y el Drenador a la carga).
• Desventaja: Tienden a tener una RDS (on) mayor.

Aplicaciones:

Los MOSFET son ubicuos en la electrónica:

1. Circuitos Integrados Digitales: Son el bloque de construcción fundamental de las tecnologías CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), que se usan en microprocesadores, memorias y lógica digital debido a su bajo consumo estático.
2. Conmutación de Potencia de Alta Velocidad: Utilizados en fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) y conversión DC-DC donde se requieren frecuencias muy altas (para reducir el tamaño de inductores y capacitores).
3. Amplificación de Señales: En amplificadores de radiofrecuencia debido a su alta velocidad.
4. Control de Motores: En controladores de motores y moduladores por ancho de pulso (PWM) de velocidad.

Este video ofrece una introducción visual a cómo funciona un MOSFET y sus ventajas sobre los BJT. Funcionamiento del transistor revolucionario | MOSFET:

https://youtu.be/-PrIvMBGEd8

Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT):

El Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT) es un dispositivo semiconductor de potencia que combina las mejores características del BJT y el MOSFET, diseñado específicamente para aplicaciones que requieren el manejo de alto voltaje y alta corriente con una frecuencia de conmutación media.

Definición y Estructura Física:

El nombre IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) describe perfectamente su naturaleza híbrida:

 

• Puerta Aislada (Gate Aislado): Heredado del MOSFET, su entrada es por voltaje gracias a una capa de óxido que aísla el Gate. Esto le da una alta impedancia de entrada y facilita el circuito de control.
• Transistor Bipolar (BJT): La sección de salida y conducción se comporta como un BJT, lo que permite una baja caída de tensión (VCE (sat)) durante la conducción, incluso a voltajes muy altos.

En esencia, el IGBT es como un MOSFET que controla la base de un BJT interno.

Características Técnicas Clave:

El IGBT ocupa un nicho entre el MOSFET (rápido, baja potencia) y el BJT/Tiristor (lento, alta potencia).

Característica Técnica	Descripción
Control	Controlado por Voltaje (como el MOSFET). Se enciende aplicando un voltaje positivo (VGE) superior al voltaje umbral (Vth).
Portadores	Bipolares en la conducción (como el BJT), gracias a la modulación de conductividad.
Capacidad de Voltaje	Muy Alta (> 600 V hasta > 6.5 kV).
Capacidad de Corriente	Muy Alta (cientos a miles de Amperios).
Pérdidas en Conducción	Bajas a altos voltajes, ya que la modulación de conductividad resulta en una VCE (sat) menor que la RDS (on) de un MOSFET de alto voltaje equivalente.
Velocidad de Conmutación	Media (típicamente entre 1 KHz y 20 KHz para alta potencia). Es más lento que el MOSFET debido a la "cola de corriente" (el tiempo que tardan en disiparse los portadores minoritarios al apagarse).
Robustez	Excelente manejo de sobrecargas de corriente transitoria.

Tipos Principales:

Aunque son menos variados que los MOSFET, la clasificación principal es:

IGBT de Canal N:

Son los más comunes, ofreciendo el mejor rendimiento y la menor resistencia en estado ON. Requieren un voltaje de Gate positivo para activarse.

 

IGBT de Canal P:

Menos comunes debido a un peor rendimiento de conducción.

Aplicaciones:

El IGBT es el componente predilecto donde se necesita conmutar grandes cantidades de potencia de forma controlada (a diferencia de los tiristores, que no se pueden apagar por Gate).

• Sistemas de Tracción: Trenes eléctricos, tranvías, autobuses y vehículos eléctricos (Control de motores de alta potencia).
• Control Industrial: Variadores de frecuencia (VFD) para motores grandes, donde la eficiencia y la capacidad de alto voltaje son cruciales.
• Fuentes de Alimentación: Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (UPS) de alta capacidad y fuentes de alimentación industriales.
• Electrodomésticos de Potencia: Inducción y aires acondicionados de alta capacidad.
• Energías Renovables: Inversores de gran escala para parques solares y eólicos.

El IGBT combina la facilidad de control de voltaje del MOSFET con la capacidad de manejar grandes corrientes del BJT, como se explica en este video comparativo. IGBT: Concepto, símbolo, estructura y aplicaciones

https://youtu.be/e7mWc7a9Asc

IGBT de Canal N:

Un IGBT de Canal N es el tipo más común de Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT), caracterizado por usar electrones como portadores de carga mayoritarios para la conducción en su estructura interna.

Características Físicas y Estructurales:

El IGBT es un dispositivo híbrido que combina una entrada tipo MOSFET con una salida tipo BJT:

 

• Control por Voltaje: Al igual que un MOSFET, tiene una puerta (Gate) aislada eléctricamente del cuerpo semiconductor por una capa de óxido. Esto le confiere una alta impedancia de entrada, facilitando su control con señales de bajo consumo (típicamente 15V en el Gate).
• Conducción Bipolar: La estructura de salida aprovecha la modulación de conductividad del BJT. Se añade una capa de p+ en el lado del drenador para inyectar huecos, lo que reduce drásticamente la resistencia en estado "ON" (VCE (sat) baja).
• Portadores Mayoritarios: Los electrones (de ahí el término "Canal N") son el portador dominante en la región de deriva, lo que contribuye a una mejor movilidad y, por lo tanto, a un mejor rendimiento en comparación con el IGBT de Canal P.

Características Técnicas:

Las especificaciones técnicas del IGBT de Canal N lo hacen superior al MOSFET en altas potencias y superior al BJT en facilidad de manejo:

Característica Técnica	Descripción
Control	Controlado por Voltaje (VGE).
Capacidad de Voltaje/Corriente	Muy Alta. Ideal para aplicaciones superiores a 600V y 50A.
Pérdidas en Conducción	Bajas. Se caracteriza por una baja caída de voltaje Colector-Emisor (VCE (sat)) gracias a la modulación de conductividad.
Velocidad de Conmutación	Media (1 KHz} a 20 KHz}. Es más lento que un MOSFET debido al tiempo que tardan los portadores minoritarios en disiparse (generando la cola de corriente al apagarse).
Ganancia/Densidad	Alta ganancia de corriente, permitiendo manejar más potencia con un área de chip menor que un MOSFET de igual capacidad de voltaje.

Aplicaciones:

El IGBT de Canal N es el caballo de batalla en la electrónica de potencia industrial y de alto rendimiento donde se requiere conmutar grandes voltajes y corrientes a frecuencias medias:

 

• Sistemas de Tracción: Propulsión de trenes, metros y vehículos eléctricos de gran potencia.
• Variadores de Frecuencia (VFD): Controladores para motores industriales grandes, optimizando la velocidad y el torque.
• Fuentes de Alimentación: UPS industriales y convertidores DC/AC de alta potencia.
• Calefacción por Inducción: Sistemas que requieren alta potencia conmutada.

IGBT de Canal P:

El IGBT de Canal P (Transistor Bipolar de Puerta Aislada de Canal P) es la contraparte menos común del IGBT de Canal N. Es un dispositivo de potencia diseñado para conmutar altas corrientes y voltajes, pero utilizando huecos como portadores de carga mayoritarios en su funcionamiento principal.

Características Físicas:

Al igual que su análogo de Canal N, la estructura física del IGBT de Canal P es un híbrido entre un MOSFET y un BJT, pero con polaridades de dopaje invertidas:

 

• Estructura Híbrida: Combina una entrada tipo MOSFET (controlado por voltaje) para la puerta (Gate) con una salida de conducción tipo BJT (bipolar) para manejar la potencia.
• Capas de Silicio: Utiliza una secuencia de capas NPNP invertida con respecto al IGBT de Canal N. El canal que se forma bajo el Gate es de tipo P, y los huecos son los portadores principales.
• Terminales: Posee los mismos tres terminales:
• Gate (G): Controla el encendido/apagado.
• Emisor (E): Conexión de referencia.
• Colector (C): Terminal de flujo de corriente principal.

Características Técnicas:

La principal diferencia técnica con el IGBT de Canal N radica en el mecanismo de activación y el rendimiento:

Característica Técnica	Descripción
Control de Activación	Se activa con un voltaje Gate-Emisor (VGE) negativo que sea más bajo que el voltaje umbral (Vth}). Es decir, se requiere una polarización negativa en el Gate.
Portadores de Carga	Huecos, que tienen una movilidad intrínseca inferior a la de los electrones.
Rendimiento	Generalmente, el IGBT de Canal P presenta una mayor caída de voltaje Colector-Emisor en conducción (VCE (sat)) que su par de Canal N.
Velocidad de Conmutación	Tiende a ser más lento que los dispositivos de Canal N, debido a la menor movilidad de los huecos.
Aplicación Típica	Utilizado a menudo en la rama alta (High Side) de los circuitos tipo "Puente H" o en circuitos complementarios, aunque su uso es menos común en la electrónica de potencia industrial debido a su menor eficiencia.

Aplicaciones:

El IGBT de Canal P, aunque menos eficiente, se utiliza en aplicaciones específicas de conmutación de potencia en las que es ventajoso tener un dispositivo de lado alto (High-Side Switch) que se active con voltaje negativo y trabaje de forma complementaria:

Circuitos Complementarios: Se usa en conjunción con IGBT de Canal N para diseñar inversores y conversores de potencia bidireccionales donde es necesario un control simétrico de la corriente de carga.

Topologías de Puente: En la etapa superior de un puente completo o medio puente para conmutar la fuente de alimentación positiva.

En la práctica, debido a la superioridad en rendimiento y velocidad del Canal N (gracias a la mayor movilidad de los electrones), el IGBT de Canal N es el tipo dominante en casi todas las aplicaciones de electrónica de potencia de alta corriente y alto voltaje (variadores de frecuencia, inversores solares, tracción ferroviaria, etc.).

Este video explica el concepto, símbolo y estructura del IGBT, que es esencial para entender la estructura del Canal P. TRANSISTORES IGBT: Concepto, símbolo, estructura y aplicaciones

https://youtu.be/e7mWc7a9Asc

Tiristor (SCR):

El Tiristor es un semiconductor de potencia de la familia de los dispositivos de cuatro capas (PNPN). El tipo más común y conocido es el Rectificador Controlado de Silicio (SCR}, Silicon Controlled Rectifier), que funciona como un interruptor electrónico unidireccional controlado ideal para manejar grandes cantidades de corriente y voltaje.

Características Físicas y Estructurales:

El SCR es un dispositivo de conmutación que se enciende aplicando una pequeña señal, pero que no se puede apagar por la misma vía de control.

 

• Estructura: Está formado por cuatro capas alternadas de material semiconductor (PNPN), lo que le permite simular el comportamiento de dos transistores bipolares acoplados ({PNP y NPN) en realimentación positiva.
• Terminales: Posee tres terminales:
• Ánodo (A): Terminal por donde entra la corriente principal (debe ser positivo respecto al Cátodo para conducir).
• Cátodo (K): Terminal de salida de la corriente principal.
• Gate (G - Puerta): Terminal de control que se utiliza para disparar (encender) el dispositivo.
• Unidireccional: El SCR solo permite el flujo de corriente en un único sentido (de Ánodo a Cátodo), actuando como un diodo rectificador, pero controlado.

Características Técnicas

El SCR es esencial en el control de potencia por su robustez y simplicidad de control de encendido:

Característica Técnica	Descripción
Control de Activación	Requiere una pequeña corriente o pulso de voltaje (IGT) en el Gate (Puerta). El disparo solo ocurre si el Ánodo está polarizado positivamente respecto al Cátodo.
Control de Apagado	No se puede apagar con la señal del Gate. Una vez encendido, permanece en estado de conducción (enganche o latching) hasta que la corriente Ánodo-Cátodo (IA) cae por debajo de un valor mínimo llamado corriente de mantenimiento (IH).
Manejo de Potencia	Diseñado para soportar altos voltajes (hasta miles de voltios) y altas corrientes (hasta miles de amperios).
Caída de Tensión	Presenta una baja caída de tensión en conducción (VAK típica de 1V a 2V), lo que minimiza las pérdidas de potencia y la generación de calor.
Frecuencia	Es relativamente lento en conmutación en comparación con los MOSFET e IGBT, limitándose a aplicaciones de baja a media frecuencia (ej. 50/60 Hz en la red eléctrica).

Principio de Funcionamiento:

El SCR tiene tres estados de operación:

 

1. Bloqueo Inverso: El Ánodo es negativo respecto al Cátodo. El SCR se comporta como un interruptor abierto.
2. Bloqueo Directo (OFF): El Ánodo es positivo respecto al Cátodo, pero la corriente de Gate es cero. El SCR permanece apagado (interruptor abierto) hasta que se dispara.
3. Conducción Directa (ON): Se alcanza al inyectar una pequeña corriente positiva en el Gate. Una vez disparado, la estructura interna PNPN colapsa, y el SCR pasa al estado de baja resistencia, permitiendo el flujo de corriente principal de Ánodo a Cátodo.

Aplicaciones:

El SCR es un componente fundamental en la electrónica de potencia, especialmente en el control de AC:

 

• Rectificación Controlada: Se utiliza para variar el punto de disparo en circuitos de AC y así controlar la potencia efectiva entregada a una carga (por ejemplo, atenuadores de luz o cargadores de baterías).
• Control de Motores DC: Arranque suave y control de velocidad en motores de corriente continua.
• Sistemas de Encendido: En sistemas de ignición de vehículos y circuitos de descarga capacitiva.
• Interruptores de Potencia: En aplicaciones de alto voltaje donde la velocidad no es crítica

Este dispositivo se utiliza ampliamente para controlar potencia eléctrica: TIRISTOR (SCR), FUNCIONAMIENTO BÁSICO Y CARACTERÍSTICAS ver video:

https://youtu.be/s-pYk9_MaLc

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