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informe scr...

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Prueba de SCR’s

Diego Andrés Monroy

Diego Felipe Pérez Báez

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Electrónica extensión Tunja Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Tunja, Boyacá - Colombia

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Electrónica extensión Tunja Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Tunja, Boyacá - Colombia

Andrea Giovana Jiménez Ramos Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Electrónica extensión Tunja Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Tunja, Boyacá - Colombia

Resumen--- El desarrollo de la práctica de laboratorio presentada en este documento está orientado a realizar las pruebas de impedancia de los dispositivos SCR con el fin de explicar el comportamiento de las junturas de los mismos. Además, se presenta el proceso de obtención de la característica de transferencia de los dispositivos y medición de parámetros como las corrientes de enganche y de sostenimiento. Abstract— The development of the laboratory practice presented in this document is oriented to carry out the tests of impedance of the SCR devices in order to explain the behavior of the joints of the same. In addition, the process of obtaining the characteristic of transfer of the devices and measurement of parameters such as the hooking and holding currents is presented. I. DESARROLLO A. PRUEBA DEL SCR Para la prueba se utilizó un SCR de potencia del laboratorio el cual es como el observado en la figura1

Figura 2. Modo de conexión para la prueba de alta impedancia.

Posteriormente se puso el multímetro en la escala de diodo en el cual se colocó la terminal positiva en el ánodo y la negativa en el cátodo del SCR como se indica en la figura. 2 la lectura sé que se obtuvo fue de alta impedancia lo cual se puede apreciar en la figura 3 esto se debe a que al no haber voltaje positivo en la compuerta este queda en bloqueo directo si llegado el caso no se hubiera observado alta impedancia se podría decir que el componente se encuentra obsoleto.

Figura 3. Prueba al SCR en bloqueo directo

Figura 1. Diodo de potencia utilizado para realizar las pruebas.

La siguiente prueba que se realizo fue la de realizar un puente entre la terminal positiva y la compuerta del SCR como se puede observar en la figura 4.

B. CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA En la figura.6 se puede observar el circuito implementado en la práctica de laboratorio para poder obtener los valores característicos del SCR que corresponden a la resistencia y corriente mínima a las cuales el SCR se dispara.

Figura 4. Puente entre la terminal positiva y la compuerta

Al realizar esta medida se obtuvo que el resultado era 0.1 voltios como se puede ver en la figura 5. El puente hace que aparezca una corriente de gate, si se aumenta el voltaje por encima del V de disparo se incrementa la cantidad de elctrones y la juntura se llena de portadores peritiendo que haya flujo de corriente entre anodo y catodo, en este casi el SCR esta en modo de conduccion. Posteriormente se retira el puente y se aprecia que luego de unos cuanto segundos retorno al estado de alta impedancia.

Figura 6. Circuito para determinar la caracteristica de transferencia de un SCR.

La resistencia utiliza como Rm fue un cable que al medir su resistencia nos arrojó una resistencia de 0,2 ohm la cual cumple con los requisitos, la resistencia de carga fue de 100 ohm y la resistencia de disparo fue de 2,91k ohm. La corriente requerida para activar el SCR es de 0.63 A Cuando se pone el Diodo 1 en corto la corriente de gate tiende a elevarse en pequeña proporción debido a que ya no está presente la caída del diodo. Al realizar la implementación de la Figura.7 con los valores anteriormente mencionados

Figura 5. Resultado obtenido al cortocircuitar el terminal positivo y la compuerta de SCR (Baja impedancia unión cátodo – gate)

Esto se debe a que el SCR tiene un comportamiento similar al de un diodo ya que la compuerta esta activada así se puede afirmar que el SCR está en correcto funcionamiento.

Figura 7. Forma de onda de Voltaje sobre el SCR

Para observar el voltaje sobre el SCR se conectó la referencia de la sonda del osciloscopio al ánodo del SCR y la punta del canal al cátodo del SCR, en la figura.7 se puede observar el voltaje sobre el SCR y en la figura.8 la corriente que circula a través del mismo, cuando el SCR se dispara el voltaje sobre

este se hace cero en el semiciclo positivo y la corriente aumenta en el mismo instante de tiempo.

disparo se encuentra en el mismo sitio y es ahí donde el tiristor comienza a conducir. C. MEDICIÓN DE CORRIENTE DE ENGANCHE Y DE SOSTENIMIENTO Se implementa el circuito de la figura 9. donde se realiza las mediciones de corriente de gate, corriente de disparo IAK y VAK.

Figura 8. Forma de onda de Voltaje y Corriente sobre el SCR. (Señal Amarilla Voltaje en el SCR – Seña azulcorriente que circula a través del SCR). Figura 10. Circuito para determinar IHold e ILatch

En la figura 8 se evidencia la conducción del SCR tomando todo el ciclo de la señal, durante el semi ciclo positivo mientras no se haya aplicado un pulso en Gate el SCR se encuentra en bloqueo directo, luego de la aplicación del pulso el SCR empieza a conducir (señal azul correspondiente a la corriente sobre el SCR diferente de 0) hasta que la corriente que pasa por el SCR sea menor a la corriente de sostenimiento que aproximadamente se da en el cruce por cero de la señal de entrada. Cuando el diodo D1 queda en corto el SCR se bloqueará automáticamente al cambiar la alternancia de positiva a negativa ya que en este momento empezará a recibir tensión inversa porque el diodo queda polarizado inversamente. En la Figura 9 se representa el voltaje sobre Rm en el eje X y la tension reflejada sobre el SCR en el eje Y.

Figura 9. Disparo del SCR, osciloscopio en modo XY

Como podemos observar en la Figura 9 cuando la onda de la alimentación se encuentra en su punto más alto la señal del

Se hizo la variación de la resistencia de compuerta hasta lograr el disparo del SCR con el fin de medir IG, IAK, VAK. Los datos obtenidos se muestran a continuación. Valores cuando el SCR se disparó. Ig= 0,6 A Iak= 150mA Vak= 0,89 V Se comenzó a variar R hasta que Iak = 0 los valores obtenidos se encuentran en la tabla.1 Tabla 1

IG (mA) 0 1 2 4 5 8 12 15 20 68 85

IAK

VAK

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.347 0.348

15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 0,75 0,745

Tomas realizadas para determinar la corriente en el gate y voltaje y corriente de disparo.

Figura 11. Característica Estática IAK vs VAK.

A medida que la corriente aumenta el voltaje presenta una diminución, ya que el potencial del SCR es menor entre más grande sea la corriente de ánodo a cátodo en este.

Figura 13. Circuito detector de cruce por cero.

Se emplea un componente electrónico de referencia 4n25, la resistencia de 220 Ω es de 20W y la resistencia de 10kΩ es de 1W en la figura 14 se observan las formas de onda tanto de la entrada como del cruce por cero.

Diagrama de bloques pwm. En la figura 12 se observa el diagrama de bloques que se utiliza en el disparo del rectificador controlado de media onda.

Figura 14. Formas de onda de voltaje de entrada y cruce por cero.

La señal de color amarillo corresponde al voltaje de entrada y la señal de color azul corresponde al cruce por cero. Comparador Figura 12. Diagrama de bloques PWM.

Cruce por cero El detector de cruce por cero indica cuando la señal de entrada cruza GND. El amplificador operacional en lazo abierto actúa como un comparador. La salida de este comparador, debido a que la ganancia es muy alta, se satura. Por lo que la salida de esta configuración es +Vsat o -Vsat. En donde Vsat es el voltaje de saturación a la salida. En este caso, el detector tiene referencia de cero en la otra terminal de la señal de entrada, puede ser detector inversor o no inversor, en la Figura 13 se observa el circuito que se empleara en la práctica número 5.

Los detectores de cruce por cero trabajan usualmente en conjunto con los comparadores, que son dispositivos eléctricos que comparan la fuerza de la señal (voltaje o corriente) y cambian la salida basada en la señal más fuerte. Mientras que los amplificadores comparadores operacionales análogos son ampliamente usados, los chips dedicados comparadores de voltaje funcionan mejor para los dispositivos digitales. Señal PWM La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal

dientes de sierra y el ciclo de trabajo está en función de la portadora. En la Figura 15 se observa la simulación con un microcontrolador que genera un PWM a partir del módulo CCP.

Dado que se está trabajando con elementos no ideales en la se puede observar la caída de tensión sobre el SCR cuando está en conducción, esta caída está sobre el orden de 1 a 1.5 voltios, además de generarse un pico de voltaje cuando la corriente que circula por el SCR es menor a la corriente de sostenimiento y el diodo deja de conducir En esta práctica se pudo evidenciar el funcionamiento de un SCR y el momento en el que este se dispara, lo cual depende de la corriente que circule por el gate del SCR, esta corriente puede variar dependiendo de las características de dopado con las que cuente el SCR. Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.

Figura 15. Forma de onda del pwm.

CONSULTA

¿Consultar diferentes circuitos discretos e integrados para el disparo de scr’s.?

Figura.12 Características importantes a tener en cuenta en el diseño de circuitos de electrónica de potencia. http://materias.fi.uba.ar/6625/Clases/Clase22_apunte.pdf

CONCLUSIONES

Las pruebas del SCR son de gran importancia ya que así se sabe si el dispositivo funciona correctamente, aunque se utilizó un SCR de potencia en algunos casos pueda que con un multímetro no se pueda llevar a cabo estas pruebas puesto que la corriente que suministra el multímetro no puede ser suficiente para encender la compuerta lo cual nos puede llevar a resultados erróneos con lo cual debemos recurrir a otros método de prueba.

Luego de encendido el scr, no es necesario que la compuerta siga recibiendo corriente porque este seguirá conduciendo hasta que el voltaje disminuya a tal punto que se desactive. La obtención de las Corrientes de enganche y corriente de sostenimiento previos al uso de los tiristores permite realizar diseños con mayor seguridad y así reducir riesgos y el daño de los dispositivos....