TRIAC

Figura 3: Operación en el cuadrante 1

Figura 4: Circuito eléctrico equivalente para un TRIAC que opera en el cuadrante 1.

La operación en el cuadrante 1 ocurre cuando la puerta y MT2 son positivas con respecto a MT1. ^{Figura 1}

El mecanismo se ilustra en la Figura 3. La corriente de puerta activa un transistor NPN equivalente, que a su vez extrae corriente de la base de un transistor PNP equivalente, activándolo también. Parte de la corriente de puerta (línea punteada) se pierde a través de la trayectoria óhmica en el silicio tipo p, fluyendo directamente hacia MT1 sin pasar por la base del transistor NPN. En este caso, la inyección de huecos en el silicio tipo p hace que las capas apiladas n, p y n debajo de MT1 se comporten como un transistor NPN, que se activa debido a la presencia de una corriente en su base. Esto, a su vez, provoca que las capas p, n y p sobre MT2 se comporten como un transistor PNP, que se activa porque su base tipo n se polariza directamente con respecto a su emisor (MT2). ​​Por lo tanto, el esquema de activación es el mismo que el de un SCR. El circuito equivalente se muestra en la Figura 4.

Sin embargo, la estructura es diferente a la de los SCR. En particular, el TRIAC siempre tiene una pequeña corriente que fluye directamente desde la puerta al MT1 a través del silicio p sin pasar por la unión pn entre la base y el emisor del transistor NPN equivalente. Esta corriente se indica en la Figura 3 mediante una línea roja punteada y es la razón por la que un TRIAC necesita más corriente de puerta para activarse que un SCR de características comparables. ^{[ 3 ]}

Generalmente, este cuadrante es el más sensible de los cuatro. Esto se debe a que es el único cuadrante donde la corriente de puerta se inyecta directamente en la base de uno de los transistores del dispositivo principal. ^{[ 4 ]}

La operación en el cuadrante 2 ocurre cuando la compuerta es negativa y MT2 es positiva con respecto a MT1. ^{Figura 1}

La figura 5 muestra el proceso de activación. El encendido del dispositivo es triple y comienza cuando la corriente de MT1 fluye hacia la compuerta a través de la unión pn debajo de la compuerta. Esto activa una estructura compuesta por un transistor NPN y un transistor PNP, que tiene la compuerta como cátodo (el encendido de esta estructura se indica con "1" en la figura). A medida que aumenta la corriente hacia la compuerta, el potencial del lado izquierdo del silicio p debajo de la compuerta aumenta hacia MT1, ya que la diferencia de potencial entre la compuerta y MT2 tiende a disminuir: esto establece una corriente entre el lado izquierdo y el lado derecho del silicio p (indicado con "2" en la figura), que a su vez activa el transistor NPN debajo del terminal MT1 y, como consecuencia, también el transistor pnp entre MT2 y el lado derecho del silicio p superior. Así, al final, la estructura que es atravesada por la mayor parte de la corriente es la misma que la operación del cuadrante I ("3" en la figura 5). ^{[ 3 ]}

La operación en el cuadrante 3 ocurre cuando la puerta y MT2 son negativas con respecto a MT1. ^{Figura 1}

Todo el proceso se describe en la Figura 6. El proceso también se desarrolla en diferentes etapas. En la primera fase, la unión pn entre el terminal MT1 y la compuerta se polariza directamente (paso 1). Dado que la polarización directa implica la inyección de portadores minoritarios en las dos capas que unen la unión, se inyectan electrones en la capa p debajo de la compuerta. Algunos de estos electrones no se recombinan y escapan a la región n subyacente (paso 2). Esto, a su vez, reduce el potencial de la región n, que actúa como la base de un transistor pnp que se activa (activar el transistor sin reducir directamente el potencial de la base se denomina control remoto de la compuerta ). La capa p inferior funciona como colector de este transistor pnp y su voltaje aumenta: esta capa p también actúa como la base de un transistor NPN formado por las últimas tres capas justo encima del terminal MT2, que, a su vez, se activa. Por lo tanto, la flecha roja con el número "3" en la Figura 6 muestra la trayectoria de conducción final de la corriente. ^{[ 3 ]}

La operación en el cuadrante 4 ocurre cuando la compuerta es positiva y MT2 es negativa con respecto a MT1. ^{Figura 1}

El disparo en este cuadrante es similar al disparo en el cuadrante III. El proceso utiliza un control de puerta remoto y se ilustra en la Figura 7. A medida que la corriente fluye desde la capa p bajo la puerta hacia la capa n bajo MT1, los portadores minoritarios en forma de electrones libres se inyectan en la región p y algunos de ellos son recolectados por la unión np subyacente y pasan a la región n adyacente sin recombinarse. Como en el caso de un disparo en el cuadrante III, esto reduce el potencial de la capa n y activa el transistor PNP formado por la capa n y las dos capas p adyacentes. La capa p inferior funciona como colector de este transistor PNP y su voltaje aumenta: esta capa p también actúa como base de un transistor NPN formado por las últimas tres capas justo encima del terminal MT2, que, a su vez, se activa. Por lo tanto, la flecha roja etiquetada con un "3" en la Figura 6 muestra la trayectoria de conducción final de la corriente. ^{[ 3 ]}

Generalmente, este cuadrante es el menos sensible de los cuatro. ^{[ 2 ]} Además, algunos modelos de TRIAC (triacs de alta conmutación de tres cuadrantes denominados por diferentes proveedores como tipos de "nivel lógico", "sin amortiguación" o "hi-com") no pueden dispararse en este cuadrante, sino solo en los otros tres.

Un TRIAC comienza a conducir cuando una corriente que entra o sale de su puerta es suficiente para activar las uniones correspondientes en el cuadrante de operación. La corriente mínima capaz de lograr esto se denomina corriente umbral de puerta y generalmente se indica por I _GT . En un TRIAC típico, la corriente umbral de puerta suele ser de unos pocos miliamperios, pero también hay que tener en cuenta que:

• La corriente de puerta (IGT ₎ depende de la temperatura: cuanto mayor sea la temperatura, mayores serán las corrientes inversas en las uniones bloqueadas. Esto implica la presencia de más portadores libres en la región de la puerta, lo que reduce la corriente de puerta necesaria.
• La sensibilidad a la _{corriente (GTA)} depende del cuadrante de operación, ya que cada cuadrante implica un método de activación distinto ( véase aquí ). Por regla general, el primer cuadrante es el más sensible (es decir, requiere la menor corriente para activarse), mientras que el cuarto cuadrante es el menos sensible.
• Al encenderse desde el estado apagado, I _GT depende de la tensión entre los terminales principales MT1 y MT2. Una mayor tensión entre MT1 y MT2 genera mayores corrientes inversas en las uniones bloqueadas, lo que requiere una menor corriente de puerta para activar el dispositivo (similar al funcionamiento a altas temperaturas). En las hojas de datos, I _GT se suele indicar para una tensión específica entre MT1 y MT2.

Cuando se interrumpe la corriente de puerta, si la corriente entre los dos terminales principales es mayor que la denominada corriente de enclavamiento , el dispositivo continúa conduciendo. La corriente de enclavamiento es la corriente mínima que mantiene la estructura interna del dispositivo enclavada en ausencia de corriente de puerta. El valor de este parámetro varía con:

• pulso de corriente de puerta (amplitud, forma y ancho)
• temperatura
• cuadrante de operación

En particular, si el ancho de pulso de la corriente de puerta es suficientemente grande (generalmente unas decenas de microsegundos), el TRIAC ha completado el proceso de activación cuando se interrumpe la señal de puerta y la corriente de enclavamiento alcanza un nivel mínimo denominado corriente de mantenimiento . La corriente de mantenimiento es la corriente mínima requerida que fluye entre los dos terminales principales para mantener el dispositivo encendido después de que haya alcanzado la conmutación en todas las partes de su estructura interna.

En las hojas de datos, la corriente de enclavamiento se indica como I _L , mientras que la corriente de mantenimiento se indica como I _H. Suelen ser del orden de unos pocos miliamperios.

Un alto${\displaystyle \operatorname {d} v \over \operatorname {d} t}$Entre MT2 y MT1 se puede activar el TRIAC cuando está apagado. Los valores típicos de d v /d t estático crítico se expresan en voltios por microsegundo.

El encendido se debe a un acoplamiento capacitivo parásito del terminal de puerta con el terminal MT2, que permite el paso de corrientes a la puerta en respuesta a una gran tasa de cambio de voltaje en MT2. Una forma de abordar esta limitación es diseñar una red de amortiguación RC o RCL adecuada . En muchos casos, esto es suficiente para reducir la impedancia de la puerta hacia MT1. Al colocar una resistencia o un pequeño condensador (o ambos en paralelo) entre estos dos terminales, la corriente capacitiva generada durante el transitorio fluye fuera del dispositivo sin activarlo. Es necesario leer atentamente las notas de aplicación proporcionadas por el fabricante y probar el modelo de dispositivo en particular para diseñar la red correcta. Los valores típicos para condensadores y resistencias entre la puerta y MT1 pueden ser de hasta 100  nF y de 10  Ω a 1  kΩ. ^{[ 5 ]} Los TRIAC normales, excepto los tipos de baja potencia comercializados como puerta sensible , ^{[ 6 ]} ya tienen dicha resistencia incorporada para protegerse contra disparos dv/dt espurios. Esto enmascarará el supuesto comportamiento de tipo diodo de la compuerta al probar un TRIAC con un multímetro .

En las hojas de datos, el d v /d t estático se suele indicar como${\displaystyle \left({\frac {\operatorname {d} v}{\operatorname {d} t}}\right)_{s}}$y, como se mencionó anteriormente, está relacionado con la tendencia de un TRIAC a encenderse desde el estado apagado después de una gran tasa de aumento de voltaje incluso sin aplicar ninguna corriente en la puerta.

Un rápido aumento de la corriente entre MT1 y MT2 (en cualquier dirección) al encender el dispositivo puede dañar o destruir el TRIAC, incluso con pulsos de corta duración. Esto se debe a que, durante la conmutación, la disipación de potencia no se distribuye uniformemente. Al encenderse, el dispositivo comienza a conducir corriente antes de que esta se extienda por toda la unión. Normalmente, el dispositivo empieza a conducir la corriente impuesta por el circuito externo tras unos nanosegundos o microsegundos, pero la activación completa de la unión requiere mucho más tiempo. Por ello, un aumento de corriente demasiado rápido puede provocar puntos calientes localizados que dañen permanentemente el TRIAC.

En las hojas de datos, este parámetro suele indicarse como${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} i}{\operatorname {d} t}}}$y suele estar en el orden de las decenas de amperios por microsegundo. ^{[ 2 ]}

La función de conmutación dv / dt se aplica cuando un TRIAC ha estado conduciendo y trata de apagarse con una carga parcialmente reactiva, como un inductor. La corriente y el voltaje están desfasados, por lo que cuando la corriente disminuye por debajo del valor de mantenimiento, el TRIAC intenta apagarse, pero debido al desfase entre la corriente y el voltaje, se produce un salto de voltaje repentino entre los dos terminales principales, lo que vuelve a encender el dispositivo.

En las hojas de datos, este parámetro suele indicarse como${\displaystyle \left({\frac {\operatorname {d} v}{\operatorname {d} t}}\right)_{c}}$y generalmente es del orden de hasta algunos voltios por microsegundo.

La razón por la que la derivada de la tensión de conmutación (dv/dt) es menor que la derivada estática es que, poco antes de que el dispositivo intente apagarse, aún existe un exceso de carga minoritaria en sus capas internas como resultado de la conducción previa. Cuando el TRIAC comienza a apagarse, estas cargas alteran el potencial interno de la región cercana a la compuerta y al MT1, lo que facilita que la corriente capacitiva debida a dv / dt vuelva a encender el dispositivo.

Otro factor importante durante la conmutación del estado encendido al estado apagado es la derivada de la corriente (d i /d t) entre MT1 y MT2. Esto es similar a la recuperación en diodos estándar: cuanto mayor sea la derivada de la corriente (d i /d t) , mayor será la corriente inversa. Debido a las resistencias parásitas presentes en el TRIAC, una corriente inversa elevada en las uniones pn internas puede provocar una caída de tensión entre la región de la compuerta y la región MT1, lo que podría mantener el TRIAC encendido.

En una hoja de datos, el d i /d t de conmutación se suele indicar como${\displaystyle \left({\frac {\operatorname {d} i}{\operatorname {d} t}}\right)_{c}}$y generalmente es del orden de algunos amperios por microsegundo.

La derivada de la tensión de conmutación ( dv /dt ) es crucial cuando el TRIAC se utiliza para controlar una carga con desfase entre corriente y tensión, como una carga inductiva. Por ejemplo, si se desea desconectar el inductor: al disminuir la corriente a cero, si la puerta no recibe corriente, el TRIAC intenta desconectarse, pero esto provoca un cambio brusco en la tensión debido al desfase mencionado. Si se supera la derivada de la tensión de conmutación ( dv /dt ) , el dispositivo no se desconectará.