SCR (Rectificador Controlado de Silicio): Qué es, funcionamiento y aplicaciones

SCR: qué es, cómo funciona y aplicaciones en control de potencia, rectificación CA→CC, regulación de motores y transmisiones HVDC. Guía técnica y ejemplos prácticos.

El rectificador controlado por silicio (SCR) es un tipo de tiristor. Es un dispositivo de control de corriente de cuatro capas de estado sólido formado por la sucesión de regiones p‑n‑p‑n que actúan como un interruptor controlable. Los SCR son dispositivos esencialmente unidireccionales: conducen la corriente sólo en una dirección (del ánodo al cátodo) y normalmente se activan por una corriente de control aplicada en la puerta (gate).

Qué es y para qué sirve

Un rectificador convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Los SCR permiten no solo rectificar sino también controlar la cantidad de energía entregada a la carga al variar el instante de disparo dentro de cada semiciclo de la CA. Por ello se utilizan en aplicaciones de potencia como la transmisión de corriente continua de alta tensión (HVDC), en el control de máquinas de soldar y en sistemas de regulación y control de motores y lámparas.

Estructura, símbolo y conexiones

• Estructura: dispositivo p‑n‑p‑n con tres terminales: ánodo (A), cátodo (K) y puerta (G).
• Símbolo: similar al de un diodo con una terminal de puerta que permite el disparo.
• Conexión: la puerta necesita una señal de corriente respecto al cátodo para activar (disparar) el SCR.

Principio de funcionamiento

El SCR tiene tres estados básicos:

• Bloqueo directo: con ánodo positivo pero sin señal de puerta suficiente, el dispositivo bloquea y solo circula una corriente de fuga pequeña.
• Conducción (latched): si se aplica una corriente de puerta suficiente mientras el ánodo es positivo, el SCR conmuta a estado conducción y permite el paso de corriente. Una vez conmutado, permanece en conducción aunque la señal de puerta cese, hasta que la corriente por el ánodo disminuya por debajo de una corriente de mantenimiento (holding current).
• Bloqueo inverso: con ánodo negativo, el SCR se comporta como un diodo polarizado inversamente y bloquea la mayor parte de la tensión inversa hasta su tensión máxima de bloqueo inverso.

Parámetros importantes

• Tensión máxima directa repetitiva (VDRM): máxima tensión que puede soportar en bloqueo directo.
• Tensión máxima inversa repetitiva (VRRM): máxima tensión en bloqueo inverso.
• Corriente de disparo de la puerta (Igt): corriente mínima necesaria en la puerta para disparar el SCR.
• Corriente de latching (IL): corriente mínima en el ánodo para que el SCR quede “latched”.
• Corriente de mantenimiento (Ih): corriente mínima para que el SCR permanezca en conducción.
• dv/dt: velocidad máxima de cambio de tensión que puede aplicar al dispositivo sin un disparo accidental por corrientes internas.

Modos de disparo y control

El método más común de control es el disparo por puerta: introducir un pulso de corriente respecto al cátodo en el instante deseado del ciclo de CA (control por ángulo de fase). Otros mecanismos de disparo no deseados incluyen el disparo por alta tasa de cambio de tensión (dv/dt) o por temperaturas/extremos de corriente.

Topologías y ejemplos de uso

• Rectificador controlado de media onda: un único SCR en serie con la carga; permite controlar la fracción del semiciclo entregada.
• Puentes controlados (full‑wave): combinaciones de SCRs en puente para control completo de la potencia de salida.
• Variadores de velocidad y control de motores: controlan la tensión/media eficaz entregada al motor.
• HVDC y sistemas de potencia industrial: conjuntos de SCR en serie/paralelo para manejar altas tensiones y corrientes.
• Soldadura: control preciso de la corriente en máquinas de soldar.
• Regulación de iluminación y fuentes de alimentación: control por fase para ajustar brillo o tensión de salida.

Ventajas y limitaciones

• Ventajas: alta capacidad de corriente y tensión, robustez y eficiencia en aplicaciones de potencia, capacidad de control por fase.
• Limitaciones: unidireccionalidad (no conducen en ambos sentidos), necesitan que la corriente caiga por debajo de Ih para apagarse, sensibilidad a dv/dt y generación de calor que requiere disipación térmica adecuada.

Consideraciones prácticas de diseño

• Uso de radiadores (heat sinks) y montaje térmico correcto para disipar calor.
• Redes snubber (RC) para reducir efectos de dv/dt y picos transitorios.
• Gate drivers adecuados que suministren la corriente de disparo requerida y aislamientos cuando sea necesario.
• En aplicaciones de alta tensión, balanceo de tensiones y sincronización al conectar varios SCRs en serie.

Dispositivos relacionados

Los tiristores forman una familia de dispositivos: el SCR es el miembro más conocido. Otros incluyen el GTO (Gate Turn-Off Thyristor) que puede apagarse por la puerta, el TRIAC que permite conducción en ambos sentidos (útil en control de CA a baja potencia) y los módulos modernos basados en IGBT y MOSFET para aplicaciones de conmutación rápida.

En resumen, el SCR es un componente clave en electrónica de potencia cuando se requiere control de grandes corrientes y tensiones. Su uso adecuado implica comprender sus límites eléctricos y térmicos y diseñar los circuitos de control y protección que eviten disparos accidentales y garanticen fiabilidad.

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