3.3 DISPARO DEL SCR MEDIANTE UN UJT

El método de disparo del SCR consiste en la inyección de un pulso de corriente en su terminal de puerta, que activa al SCR y lo pone en conducción.

El oscilador de relajación con UJT es, de hecho, un generador de pulsos (de voltaje); de manera que viene a ser un circuito de disparo ideal para el SCR.

Además, es posible determinar con toda precisión la frecuencia con que se producen los pulsos de disparo en el oscilador de relajación (frecuencia de oscilación); mediante la variación de la constante de tiempo RC.

Al aplicar estos pulsos de disparo a la compuerta de un SCR, se implica que es posible retardar el disparo del tiristor mediante el retardo en el disparo del UJT, dentro de los límites de la frecuencia de oscilación, impuestos por la constante de tiempo RC.

A su vez, esto supone que es posible obtener un control de fase sobre el voltaje en la carga, en el circuito de potencia.

Sin embargo, todo esto será válido sólo si los circuitos de control y de potencia están sincronizados.

Si el circuito de disparo, el oscilador de relajación, se alimenta con una batería independiente del circuito de potencia, no se puede garantizar la sincronización entre el pulso de disparo del UJT y la polaridad del voltaje alterno a través del SCR.

Es decir, los pulsos producidos por el UJT tienen la misma probabilidad de ocurrencia tanto en el semiciclo positivo como en el semiciclo negativo, del voltaje alterno presente en el SCR.

Puede suceder que los pulsos de disparo se produzcan en puntos diferentes para semiciclos diferentes del voltaje alterno en el SCR, resultando en ángulos de disparo diferentes en cada semiciclo positivo. Los pulsos que se produzcan en semiciclos negativos del voltaje en el SCR no tendrán ningún efecto sobre él.

Si estos pulsos se producen muy al principio o al final de semiciclos negativos, el SCR no se dispara en los semiciclos positivos anterior o siguiente, respectivamente. Esto provocaría "saltos" de semiciclos positivos en el voltaje resultante en la carga.

Los problemas mencionados se evitan si los circuitos de control y de potencia están sincronizados.

Una manera de lograr esta sincronización consiste en alimentar el oscilador a partir de la misma fuente de voltaje alterno que alimenta al circuito de carga. De esta forma se garantiza que cada vez que el UJT entregue un

pulso, la polaridad del SCR será la correcta y hará que éste pase al estado de conducción. Además, también se asegura que los ángulos de disparo sean uniformes para todos los semiciclos positivos.

A continuación presentamos un circuito que muestra una forma de sincronizar los circuitos de control y de carga.

 

 

Figura 3.5 Circuito para sincronización.

 

La figura 3.5 que muestra un oscilador de relajación con UJT, empleado como circuito de disparo para un SCR. El circuito de disparo está sincronizado con la línea, y, al mismo tiempo, está aislado del circuito de potencia.

Analicemos la operación de este circuito. En primer lugar, nótese que la alimentación para el circuito de disparo proviene de la misma fuente de voltaje alterno (Eac) que alimenta al circuito de potencia (la carga y el SCR), a través de un transformador de aislamiento, T1. Este transformador, al mismo tiempo que proporciona la sincronización entre ambos circuitos, también aísla al circuito de control del de potencia.

En la figura 3.5 se indica que el transformador entrega en su arrollamiento secundario una quinta parte del voltaje de línea, Eac. Esta fracción del voltaje de línea es un nivel más adecuado para la alimentación del oscilador, que opera con voltajes de entre 10 y 35 Vcd.

El secundario del transformador está conectado a un puente rectificador, que entrega al punto A un voltaje rectificado de onda completa, de la forma que muestra la figura 3.6.

Más adelante, el diodo Zener engancha este voltaje rectificado a un nivel fijo, limitando y regulando los picos de tensión. De manera que el punto B se genera un voltaje directo de onda casi cuadrada, como se muestra en la figura 3.6.

 

Figura 3.6. Formas de onda del circuito de la figura 3.5

 

 

La parte del circuito hasta ahora descrita (el transformador de aislamiento, el puente rectificador y el diodo Zener) constituye la fuente de

alimentación de corriente directa que requiere el oscilador de relajación para su operación.

El capacitor de emisor, CE, se carga a través de RE hasta que la tensión de emisor alcanza el voltaje de pico del UJT, .En ese momento, el UJT se dispara y el capacitor se descarga sobre R1, produciéndose en el punto C de la figura 1 un pulso de disparo que se inyecta a la compuerta del SCR, cebándose éste y conduciendo corriente hacia la carga durante el resto del semiciclo positivo.

El tiempo de carga y descarga del capacitor, está determinado por la constante de tiempo T= RECE, que también determina en qué instante se produce el pulso de disparo, a la descarga del capacitor.

La resistencia RE variable permite controlar a voluntad el período de carga y descarga del capacitor, lo que hace posible retardar el disparo del UJT y, por consiguiente, del SCR, entre los límites de la frecuencia de oscilación del circuito.

Este hecho de poder retarda el disparo del SCR a través del retardo en el disparo del UJT, es lo que hace posible tener un control de fase sobre el voltaje en la carga.

Si la resistencia es pequeña, el UJT y el SCR se dispararán tarde en el semiciclo, y la carga recibirá una corriente pequeña.

 

3.4 CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DEL CIRCUITO

Las condiciones para el diseño del circuito de disparo con UJT, no son muy rigurosas. Generalmente se limita R1 a un valor de 100 ó menos. El valor de R1 debe ser lo suficientemente pequeño para impedir que la corriente que fluye a través de esta resistencia, aún después de disparado el UJT, pueda generar un pulsos que cebe inadvertidamente al SCR. Pero, a la vez, R1 debe ser lo suficientemente grande para que el pulso generado alcance para cebar con seguridad al SCR.

El valor de la resistencia de emisor, RE debe estar dentro del rango comprendido entre 3 k y 3M. El límite inferior lo determina el hecho de que la recta de carga de RE debe cortar la curva característica del UJT al izquierda del punto valle, de manera que el UJT regrese al estado de corte cuando el voltaje de emisor caiga por debajo del voltaje de valle.

El límite superior de RE está determinado de forma que la corriente máxima de emisor sea superior a la corriente de pico, de manera que el UJT pueda dispararse y entrar en conducción.

El voltaje de alimentación del oscilador, provisto por el diodo Zener en nuestro circuito debe situarse entre 10 y 35 Volts. Generalmente se escoge un

Zener de 20V. para ser utilizado con una fuente Ac de 120 Vrms, como es nuestro caso.

El diseño del circuito de disparo se facilita mediante el uso de curvas de diseño, como las que para el UJT 2N2646 proporciona el manual del SCR, de General Electric.

Voltaje de Interbase Máximo VBB =35V.

Razón Intrínseca de Apagado, n=0.56(mín), 0.65(típico), 0.75(máx).

Resistencia de Interbases, RBB=4.7 k (mín), 7.0 k (típico), 9.0 k (máx).

Voltaje de saturación de Emisor, VE(SAT) =3.5 V.

Corriente de Punto Valle, I V = 4.0mA(mín), 6.0mA(típico).

Voltaje de Punto Valle, V V=2V (típico)

 

Los límites de la frecuencia de oscilación del circuito de disparo, que determinan el rango de control de fase sobre el voltaje en la carga, a su vez están determinados por la constante de tiempo T=RECE del oscilador. Se desea un control de fase sobre los 180º del semiciclo positivo del voltaje alterno de alimentación, cuya frecuencia es de 60 Hz. Por lo tanto, la máxima frecuencia de oscilación, correspondiente a la máxima resistencia de emisor (RE), debe ser del orden de la mitad del período del voltaje de alimentación.

En términos de tiempo, el período de una onda de 60 Hz de frecuencia, es:

T=1/f=1/(60Hz)

T=16.67ms

Por lo tanto, la máxima frecuencia de oscilación del circuito debe tener un período de la mitad del cálculo. Esto es:

 

Tmáx=T/2=(16.67ms)/2

Tmáx=8.33ms

 

A este valor debe tender la máxima constante de tiempo RECE.

La siguiente figura muestra las formas de onda que esperamos obtener en el capacitor de emisor; de los pulsos de disparo en R1; del voltaje a través del SCR; y del voltaje en la carga; para un ángulo de disparo de 60º, de la figura 3.5.

 

Figura 3.7. Formas de onda resultantes en el circuito

 

 

 

3.