SCR (Rectificador Controlado de Silicio)

De las siglas en inglés “Silicon Controlled Rectifier”, es el miembro más conocido de 
la familia de los tiristores. En general y por abuso del lenguaje es más frecuente hablar de 
tiristor que de SCR. 
El SCR es uno de los dispositivos más  antiguos que se conocen dentro de la 
Electrónica de Potencia (data de finales de los años 50). Además, continua siendo el 
dispositivo que tiene mayor capacidad para controlar potencia (es el dispositivo que permite 
soportar mayores tensiones inversas entre sus terminales y mayor circulación de corriente). 
El SCR está formado por cuatro capas semiconductoras, alternadamente P-N-P-N,   Dispositivos de Electrónica de Potencia 
teniendo 3 terminales: ánodo (A) y cátodo (K), por los cuales circula la corriente principal, y 
la puerta (G) que, cuando se le inyecta una corriente, hace que se establezca una corriente en 
sentido ánodo-cátodo.

Si entre ánodo y cátodo tenemos una tensión positiva, las uniones J1 y J3 estarán 
directamente polarizadas, en cuanto que la unión J2 estará inversamente polarizada. No habrá 
conducción de corriente hasta que la tensión VAK aumente hasta un valor que provoque la 
ruptura de la barrera de potencial en J2.

Para que el SCR deje de conducir es necesario que su corriente caiga por debajo del 
valor mínimo de mantenimiento (IH), permitiendo que se restablezca la barrera de potencial en 
J2. Para la conmutación del dispositivo no basta con aplicar una tensión negativa entre ánodo 
y cátodo.  Dicha tensión inversa acelera el proceso de desconexión por dislocar en los 
sentidos adecuados los portadores en la estructura cristalina, pero ella sola no garantiza la 
desconexión. 
Debido a las características constructivas del dispositivo, la aplicación de una 
polarización inversa del terminal de puerta no permite la conmutación del SCR. Este será un 
comportamiento de los GTOs.

Características tensión-corriente 


En la figura 2.6 podemos ver la característica estática de un SCR. En su estado de 
apagado o bloqueo (OFF), puede bloquear una tensión directa y no conducir corriente. Así, si   Dispositivos de Electrónica de Potencia 
no hay señal aplicada a la puerta, permanecerá en bloqueo independientemente del signo de la  tensión Vak. El tiristor debe ser disparado o encendido al estado de conducción (ON) 
aplicando un pulso de corriente positiva en el terminal de puerta, durante un pequeño 
intervalo de tiempo, posibilitando que pase al estado de bloqueo directo. La caída de tensión 
directa en el estado de conducción (ON) es de pocos voltios (1-3 V). 
Una vez que el SCR empieza a conducir, éste permanece en conducción (estado ON), 
aunque la corriente de puerta desaparezca,  no pudiendo ser bloqueado por pulso de puerta. 
Únicamente cuando la corriente del ánodo tiende a ser negativa, o inferior a un valor umbral, 
por la influencia del circuito de potencia, el SCR pasará a estado de bloqueo.





1. Zona de bloqueo inverso (vAK < 0):  Ésta condición corresponde al estado de no 
conducción en inversa, comportándose como un diodo.
2. Zona de bloqueo directo (vAK > 0 sin disparo):  El SCR se comporta como un 
circuito abierto hasta alcanzar la tensión de ruptura directa.
3. Zona de conducción (vAK > 0 con disparo): El SCR se comporta como un interruptor 
cerrado, si una vez ha ocurrido el disparo, por el dispositivo circula una corriente 
superior a la de enclavamiento. Una vez en conducción, se mantendrá en dicho estado 
si el valor de la corriente ánodo cátodo es superior a la corriente de mantenimiento.

TRIAC 


El TRIAC (“Triode of Alternating Current”) es un tiristor bidireccional de tres 
terminales. Permite el paso de corriente del  terminal A1 al A2 y vivecersa, y puede ser 
disparado con tensiones de puerta de ambos signos.  
Cuando se trabaja con corriente alterna, es interesante poder controlar los dos sentidos 
de circulación de la corriente. Evidentemente, con un SCR, sólo podemos controlar el paso de 
corriente en un sentido. Por tanto uno de los motivos por el cual los fabricantes de 
semiconductores han diseñado el TRIAC ha sido  para evitar este inconveniente. El primer 
TRIAC fue inventado a finales de los años 60. Simplificando su funcionamiento, podemos 
decir que un TRIAC se comporta como dos SCR en antiparalelo (tiristor bidireccional). De 
esta forma, tenemos control en ambos sentidos de la circulación de corriente. 


Una de las ventajas de este dispositivo es que es muy compacto, requiriendo 
únicamente un único circuito de control, dado que sólo dispone de un terminal de puerta. Sin 
embargo, tal y como está fabricado, es un dispositivo con una capacidad de control de 
potencia muy reducida. En general está pensado para aplicaciones de pequeña potencia, con 
tensiones que no superan los 1000V y corrientes máximas de 15A. Es usual el empleo de 
TRIACs en la fabricación de electrodomésticos con control  electrónico de velocidad de 
motores y aplicaciones de iluminación, con potencias que no superan los 15kW. La frecuencia 
máxima a la que pueden trabajar es también reducida, normalmente los 50-60Hz de la red 
monofásica.  

Transistores 


En Electrónica de Potencia, los transistores generalmente son utilizados como 
interruptores. Los circuitos de  excitación (disparo) de los transistores se diseñan para que 
éstos trabajen en la zona de saturación (conducción) o en la zona de corte (bloqueo). Esto 
difiere de lo que ocurre con otras aplicaciones de los transistores, como por ejemplo, un 
circuito amplificador, en el que el transistor trabaja en la zona activa o lineal.

  



Transistor Bipolar de Potencia (TBP) 


Más conocidos como BJTs (“Bipolar Junction Transistors”), básicamente se trata de 
interruptores de potencia controlados por corriente. Como el lector recordará existen dos tipos  fundamentales, los “npn” y los “pnp”, si bien en Electrónica de Potencia los más usuales y  utilizados son los primeros.


Principio de funcionamiento y estructura 



La operación normal de un transistor se hace con la unión J1 (B-E) directamente polarizada, y 
con J2 (B-C) inversamente polarizada. 
     
 En el caso de un transistor npn, los electrones son atraídos del emisor por el potencial 
positivo de la base. Esta capa central es suficientemente fina para que la mayor parte de los 
portadores tenga energía cinética suficiente para atravesar la, llegando a la región de transición  de J2, siendo entonces atraídos por el potencial positivo del colector. 



Características estáticas 


Los  transistores bipolares son fáciles de controlar por el terminal de base, aunque el 
circuito de control consume más energía que el de los SCR. Su principal ventaja es la baja 
caída de tensión en saturación. Como inconvenientes destacaremos su poca ganancia con v/i 
grandes, el tiempo de almacenamiento y el fenómeno de avalancha secundaria. 



El transistor, fundamentalmente, puede trabajar en tres zonas de funcionamiento bien 
diferenciadas, en función de la tensión que soporta y la corriente de base inyectada: 


 - Corte: no se inyecta corriente a la base del transistor. Éste se comporta como un 
interruptor abierto, que no permite la circulación de corriente entre colector y emisor. Por 
tanto, en ésta zona de funcionamiento el transistor está desactivado o la corriente de base no 
es suficiente para activarlo teniendo ambas uniones en polarización inversa. 
 - Activa: se inyecta corriente a la base del transistor, y éste soporta una determinada 
tensión entre colector y emisor. La corriente de colector es proporcional a la corriente de base,  con una constante de proporcionalidad denominada ganancia del transistor, típica mente representada por las siglas  β F  o  F h .  Por tanto, en la región activa, el transistor actúa como un  amplificador, donde la corriente del colector queda amplificada mediante la ganancia y el  voltaje vCE disminuye con la corriente de base: la unión CB tiene polarización inversa y la BE directa. 
 - Saturación: se inyecta suficiente corriente a la base para disminuir la vCE y conseguir que 
el transistor se comporte como un interruptor cuasi ideal. La tensión que soporta entre sus 
terminales es muy pequeña y depende del transistor. En éste caso ambas uniones están 
polarizadas directamente. Se suele hablar de la tensión colector-emisor en saturación.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

El transistor IGBT, de las siglas en inglés “Isolated Gate Bipolar Transistor”, es un 
dispositivo híbrido, que aprovecha las ventajas de los transistores descritos en los apartados 
anteriores, o sea, el IGBT reúne la facilidad de disparo de los MOSFET con las pequeñas 
pérdidas en conducción de los BJT de potencia. La puerta está aislada del dispositivo, con lo 
que se tiene un control por tensión relativamente sencillo. Entre el colector y el emisor se 
tiene un comportamiento tipo bipolar, con lo que el interruptor es muy cercano a lo ideal. 

Principio de funcionamiento y estructura 


La estructura del IGBT es similar a la del MOSFET, pero con la inclusión de una capa 
P+ que forma el colector del IGBT.



Gracias a la estructura interna puede soportar tensiones elevadas, típicamente 1200V  
y hasta 2000V (algo impensable  en los MOSFETs), con un control sencillo de tensión de 
puerta. La velocidad a la que pueden trabajar no es tan elevada como la de los MOSFETs, 
pero permite trabajar en rangos de frecuencias medias, controlando potencias bastante 
elevadas.

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) 


Así como podemos decir que el transistor  bipolar se controla por corriente, los 
MOSFET son transistores controlados por tensión.  Ello de debe al  aislamiento (óxido de 
Silicio) de la puerta respecto al resto del dispositivo. Existen dos tipos básicos de MOSFET, 
los de canal n y los de canal p, si bien en Electrónica de Potencia los más comunes son los 
primeros, por presentar menores pérdidas y  mayor velocidad de conmutación, debido a la 
mayor movilidad de los electrones con relación a los agujeros.

Principio de funcionamiento y estructura

El terminal de puerta G (Gate) está aislado del semiconductor por óxido de silicio 
(SiO2). La unión PN define un diodo entre la Fuente S (Source) y el Drenador D (Drain), el 
cual conduce cuando VDS < 0. El funcionamiento como transistor ocurre cuando VDS > 0.



Una pequeña corriente de  puerta es necesaria apenas para cargar y descargar las 
capacidades de entrada del transistor. La resistencia de entrada es del orden de 10
12  Ohms.


De forma análoga a los bipolares, tenemos fundamentalmente tres zonas de trabajo 
bien diferenciadas:

- Corte: La tensión entre la puerta y la fuente es más pequeña que una determinada tensión 
umbral (VT), con lo que el dispositivo se comporta como un interruptor abierto. 
- Óhmica: Si la tensión entre la puerta y la fuente (o surtidor) es suficientemente grande y la 
tensión entre el drenador y la fuente es pequeña, el transistor se comporta como un interruptor 
cerrado, modelado por una resistencia, denominada RON. 
- Saturación: Si el transistor está cerrado pero soporta una tensión drenador-surtidor elevada, 
éste se comporta como una fuente de corriente constante, controlada por la tensión entre la 
puerta y el surtidor. La disipación de potencia en este caso puede ser elevada dado que el 
producto tensión-corriente es alto.

GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”) 


A pesar de que el GTO fue  inventado en el inicio de la década de los años 60, ha sido 
poco empleado debido a sus reducidas prestaciones. Con el avance de la tecnología en el 
desarrollo de dispositivos semiconductores, se han encontrado nuevas soluciones para mejorar 
tales componentes que hacen que hoy ocupen una franja significa dentro de la electrónica de 
potencia, especialmente en aquellas aplicaciones de elevada potencia,  con dispositivos que 
alcanzan los 5000 V y los 4000 A. 

Principio de funcionamiento 


El GTO tiene una estructura de 4 capas, típica de los componentes de la familia de los 
tiristores. Su característica principal es su capacidad de entrar en conducción y bloquearse a 
través de señales adecuadas en el terminal de puerta G. 
El mecanismo de disparo es parecido al del SCR: suponiendo que está directamente 
polarizado, cuando se le inyecta corriente a la puerta, circula corriente entre puerta y cátodo. 
Como la capa de la puerta es suficientemente fina, gran parte de los portadores se mueven 
hasta la capa N adyacente, atravesando la barrera de potencial y siendo atraídos por el 
potencial del ánodo, dando inicio  a la corriente anódica. Si ésta corriente se mantiene por 
encima de la corriente de mantenimiento, el dispositivo no necesita de la señal de puerta para 
mantenerse en conducción.



Aparentemente tal comportamiento también sería posible en el SCR. Pero, en realidad,   Dispositivos de Electrónica de Potencia  las diferencias están en el nivel de construcción del componente. El funcionamiento como  GTO depende, por ejemplo, de factores como: 


• Facilidad de extracción de portadores por  el terminal de puerta – esto es posible 
debido al uso de impurezas con alta movilidad. 
• Rápida desaparición de portadores en las capas centrales – uso de impurezas con bajo 
tiempo de recombinación. Esto indica que un GTO tiene una mayor caída de tensión 
en conducción, comparado a un SCR de dimensiones iguales. 
• Soportar tensión inversa en la unión puerta-cátodo, sin entrar en avalancha – menor 
dopado en la región del cátodo. 
• Absorción de portadores de toda la superficie conductora – región de puerta-cátodo 
con gran área de contacto. 
Al contrario del SCR, un GTO puede no tener la capacidad de  bloquear tensiones 
inversas.