SCR

Un rectificador controlado de silicio es un dispositivo semiconductor de tres terminales que actúa como un interruptor activado electrónicamente para circuitos de alta corriente. Conduce corriente en una sola dirección (como un diodo) pero permanece apagado hasta que una pequeña señal aplicada a su terminal de puerta lo activa para la conducción. Una vez activado, continúa conduciendo hasta que la corriente directa cae por debajo de su valor de mantenimiento, lo que lo hace útil para controlar grandes cantidades de energía con una señal de entrada mínima.

Un SCR tiene tres terminales: ánodo (positivo), cátodo (negativo) y puerta (gate). La puerta es el electrodo de control; un pequeño voltaje positivo o pulso de corriente aplicado entre la puerta y el cátodo cambiará la trayectoria principal ánodo-cátodo de bloqueo a conducción. El dispositivo actúa como un interruptor de enclavamiento: una vez activado, permanece encendido incluso después de que se retira la señal de la puerta, hasta que la corriente principal se interrumpe o se invierte. Este comportamiento de enclavamiento es fundamental para su utilidad en circuitos de potencia.

Construcción y clasificaciones

Los SCR se construyen utilizando cuatro capas de silicio tipo P y N alternas, con la conexión de la puerta conectada a una de las capas internas. Vienen en varios encapsulados, desde pequeños dispositivos de plástico que transportan unos pocos amperios hasta módulos con forma de disco de hockey clasificados para cientos de amperios. Las clasificaciones de voltaje típicas varían de 50 voltios a más de 6000 voltios; las clasificaciones de corriente van desde menos de 1 amperio hasta 5000 amperios o más. La corriente de disparo de la puerta (el pulso mínimo necesario para activar el dispositivo) suele estar en el rango de los miliamperios para SCR pequeños, pero solo microamperios para tipos más grandes con puertas sensibles.

Los SCR han desplazado en gran medida a los tiratrones (tubos llenos de gas) en aplicaciones industriales porque no requieren tiempo de calentamiento, son más compactos, generan menos calor y operan a voltajes más bajos. Siguen siendo estándar en circuitos de control de potencia de CA, variadores de velocidad de motores, atenuadores de luz y cargadores de batería. En sistemas trifásicos, se pueden apilar múltiples SCR en configuraciones de puente para controlar tanto los semiciclos positivos como negativos del suministro de red.

La principal limitación es que un SCR no se puede apagar por la puerta; se apaga solo cuando la corriente principal cae naturalmente a cero (en circuitos de CA) o se fuerza a cero (en circuitos de CC, lo que requiere un circuito de conmutación separado). Las variantes modernas como los tiristores GTO y los IGBT ofrecen capacidad de apagado por puerta, pero los SCR estándar siguen siendo más baratos y robustos para muchas aplicaciones. Los modos de falla incluyen fugas en la puerta, desbordamiento térmico si no se enfría adecuadamente y ruptura de la unión si los picos de voltaje exceden la clasificación del dispositivo.