El tiristor es el componente formado al realizar la unión de semiconductores pnpn como se muestra en la figura 1 (izquierda), los conectores se tienen como ánodo del extremo p, cátodo del extremo n y compuerta del semiconductor intermedio p. Un apoyo útil para llevar a cabo el análisis de este elemento es dividiendo en dos secciones los segmentos intermedios n y p, de esta manera pueden verse como dos elementos separados conectados entre sí, estos nuevos fragmentos recuerdan a un transistor BJT de tipo pnp y otro npn.

Fuente: Micheloud, O y Vicini, R. (2012). Smart grid: fundamentos, tecnologías y aplicaciones. México: Cengage Learning

La conexión de estos dos nuevos elementos puede verse en la figura 1, ahora bien, se conecta una fuente y una resistencia en serie con el ánodo (el emisor del pnp) y el cátodo (el emisor del npn). En este esquema no se presenta ningún flujo de corriente pues aunque una parte permita el flujo por su polarización directa, el otro extremo permanece en inversa y bloquea el flujo.

Pero si ahora se le inyecta corriente por la compuerta, esta será amplificada por la ganancia del transistor npn, por lo que su corriente de colector será la corriente de base del pnp que también amplificará la corriente, está ultima tendrá como camino la compuerta y se inicia nuevamente el ciclo, esto se va desencadenando hasta que el componente se satura y conduce.

Es importante señalar que la corriente necesaria fue muy pequeña, además de que solo fue necesaria por un tiempo muy corto ya que después se continúa con el proceso en cadena y va demandando la corriente de la fuente.

Una desventaja clara, es que una vez que entra en conducción ya no puede cortarse la circulación de corriente. No obstante, si la fuente llegará a ser invertida, ninguno de los transistores podría conducir por lo que se abre el circuito, este hecho hizo que tuviera una fuerte aplicación en rectificadores controlados, donde la "llave" conduce en el momento que se le sea determinado de la parte positiva de una señal de alterna. Dada esta aplicación tan común se le daba el nombre anteriormente de SCR por sus siglas en ingles de Rectificador Controlado de Silicio.

Con el uso de este componente, comenzó a observarse que había lapsos en que se encendían sin un disparo intencional, por lo que se hizo un análisis y se observó que aunque el tiristor se encontrara apagado, se tenían electrones remanentes que ante un incremento súbito de voltaje suficientemente alto entre ánodo y cátodo podían provocar la activación no intencional de este.

Estos incrementos de voltaje son representados por transitorios que comúnmente suceden en la red pero que para otras aplicaciones pueden ser despreciables. Este fenómeno podría no ser considerado importante ya que aunque inicie en cualquier parte del medio ciclo se apagaría automáticamente en el siguiente, sin embargo, en aplicaciones donde la precisión es muy esencial, es necesario establecer métodos que permitan regular estos eventos.

A continuación se presentarán algunas opciones que lo evitan, la última de ellas puede ser vista como la más confiable al ser la que busca solucionar la causa del problema y no una desviación del mismo.

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Además de estas causas, existe el efecto de que cuando se tiene una carga inductiva y aunque el voltaje ya no es positivo, la carga mantiene corriente por lo que se sigue conduciendo hasta que se descarga completamente, es posible observar este evento en los rectificadores controlados y como el uso de un diodo evitará este problema.

Por lo que se hicieron modificaciones necesarias para crear otro componente denominado GTO por sus siglas en inglés de apagado de compuerta (Gate Turn Off), este presenta casi la misma estructura que un tiristor (Figura 6), salvo que permite el apagado de la conducción del mismo con la inyección de una corriente en el sentido contrario entre compuerta y cátodo.

Figura 6. GTO imagen obtenida de http://ccpot.galeon.com/enlaces1737123.html solo para fines educativos.

Las principales desventajas radican en que soporta un menor voltaje de bloque y que la corriente de apagado tiene una ganancia muy baja, por lo que debe que ser muy alta en comparación con la de inicio en un tiristor común. Regularmente se manejan razones donde si la corriente que circula son 100A, la corriente necesaria para apagarlo ronda en los 25A, lo que es mucho mayor que la pequeña cantidad de corriente necesaria en un inicio.

Una estructura alterna a la del tiristor ocurre al utilizar dos de estos conectados en anti-paralelo (ánodo de uno con cátodo de otro y viceversa) y con la compuerta unida para ambos componentes, esto lleva a la opción de que pueda regular la conducción en ambos sentidos, lo que permite su uso como controlador de voltaje de corriente alterna.

Una ventaja es que para encenderlo permite un pulso de corriente en cualquier sentido sin importar la polaridad de la fuente, solo es necesario tomar en cuenta que en algunas de estas opciones puede necesitar un pulso más grande que el que regularmente se necesita en su sentido original.

Este nuevo componente es conocido como TRIAC y al igual que sus componentes iniciales, conserva las deficiencias de un tiristor común en cuanto a disparos erráticos. Sin embargo, este no puede utilizar los circuitos de control antes mencionados para solucionarlo, ya que tendría que ser para ambos y se bloquean entre sí, es por esto que su uso es limitado en elementos domésticos donde el disparo aleatorio en un semiciclo no provoca un problema importante.

El tiristor es uno de los elementos que mantiene una capacidad de voltaje más alto, por lo que su uso seguirá siendo regular en estas aplicaciones; por ende, se necesita tener mucha precaución en el diseño del convertidor y tomar en cuenta los inconvenientes que se mencionaron y la manera de solucionarlos.

Revisa a continuación el Checkpoint: