TIRISTORES, Notas de estudo de Atualidades

Baixe TIRISTORES e outras Notas de estudo em PDF para Atualidades, somente na Docsity!

Prof. Matheus Ribeiro

TIRISTORES

TIRISTORES

TIRISTORESTIRISTORES

 Os tiristores são uma família de dispositivos semicondutores de

potência com 4 camadas (PNPN).

A principal vantagem é a capacidade de converter e controlar grandes

quantidades de potência, em sistemas DC ou AC, utilizando uma pequena

potência para controle.

 (^) São exemplos de tiristores:

 SCR

 TRIAC

FUNCIONAMENTO DO SCR

Pode-se explicar o funcionamento do SCR utilizando um modelo

equivalente com transistores:

 (^) Quando o modelo está reversamente polarizado (V

A

<V C

), nenhum dos

transistores conduz.

 (^) Quando o modelo está diretamente polarizado (V

A

V C

) e I B

=0, a corrente que flui

pelos transistores é apenas uma corrente de fuga, insuficiente para colocá-los em

condução.

 Quando o modelo está diretamente polarizado e é fornecido um pulso de tensão no

gatilho com corrente suficiente para acionar a base de Q 2

, este entra em condução e

“puxa” corrente da base de Q 1

, fazendo com que este também entre em estado de

condução. Ao cessar o pulso, os transistores continuam no estado de condução,

pois são complementares e um “aciona” a base do outro. Este processo só termina

se a corrente de base de Q 2

cair abaixo da corrente mínima para manutenção da

condução ou ocorrer uma polarização reversa do modelo.

CURVA CARACTERÍSTICA DO SCR

V

BR

: tensão reversa de ruptura

I

R

: corrente reversa

I

GK

: corrente no gatilho

I

L

: corrente de retenção (corrente de disparo com tensão mínima de gatilho)

I

H

: corrente de manutenção

V

BO

: tensão direta de disparo quando I GK

COMUTAÇÃO DE UM SCR

Comutar um SCR significa bloqueá-lo , ou seja, “cortar” sua corrente e

impedir que ele retorne a condução. Os processos básicos para bloqueio

são a comutação natural e a comutação forçada.

 (^) A comutação pode ser de dois tipos:

Natural: quando a corrente do anodo é reduzida a um valor abaixo

de por ação do sistema onde se encontra o SCR.

Forçada: obtida quando usamos de um circuito auxiliar para

bloquear o SCR.

COMUTAÇÃO NATURAL (OU DE LINHA AC)

 (^) Se a chave está fechada, no semi-ciclo

positivo o SCR é acionado quando V GK

atingir o valor mínimo para disparo. Na

passagem por zero, para o semi-ciclo

negativo, o SCR é bloqueado.

 (^) Quando a chave for aberta, o SCR será

desligado na primeira passagem por zero

para o semi-ciclo negativo, desde que

permaneça reversamente polarizado pelo

tempo mínimo necessário para bloqueio.

 (^) O tempo mínimo para bloqueio determina

a freqüência máxima de operação do SCR.

COMUTAÇÃO FORÇADA – BLOQUEIO POR CHAVE

Quando SW2 é acionada, a corrente entre anodo e catodo cai a zero e o

SCR é bloqueado. Em seguida a chave é aberta e a carga desligada.

COMUTAÇÃO FORÇADA – BLOQUEIO POR CAPACITOR

 Quando SW2 está desligada, o capacitor se

carrega.

 Ao acionarmos a chave SW2, o capacitor

carregado polariza inversamente o SCR, já que

é conectado ao terra da fonte.

 O SCR é bloqueado e o capacitor se

descarrega no circuito fonte-carga.

 A chave SW2 pode ser um SCR auxiliar.

Para assegurar a comutação, deve-se utilizar a capacitância conforme a equação:

onde C é o capacitor de comutação (em μF), R L

é a resistência da carga (em Ω) e

t OFF

é o tempo de desligamento do SCR (em μs).

L

OFF

R

t

C

CIRCUITOS DE ACIONAMENTO DO GATILHO – SINAL DC

 Ao fechar a chave, uma corrente é aplicada no gatilho do dispositivo que está

diretamente polarizado. Isso faz com que o SCR passe para o estado ligado. O

resistor R G

limita a corrente no gatilho e o diodo D limita a amplitude do sinal

negativo no gatilho.

 A aplicação de um sinal DC constante no gatilho não é recomendada pois gera

dissipação de potência.

 Não se deve utilizar acionamento DC em circuitos AC pois pode ocasionar

aumento demasiado de corrente inversa no SCR durante o semi-ciclo negativo,

danificando o componente.

CIRCUITOS DE ACIONAMENTO DO GATILHO – SINAL PULSADO

 Para reduzir a dissipação de potência no gatilho, os circuitos de disparo do

SCR geram um único pulso, ou um trem de pulsos, substituindo o sinal DC

contínuo.

 Além disso, é fácil obter isolamento entre o circuito de controle e o SCR usando

um transformador de pulso ou um acoplador óptico.

 O circuito ao lado apresenta o controle de um

SCR usando um transistor de unijunção – UJT e

acoplamento por transformador de pulso. Quando o

capacitor estiver carregado ao nível da tensão de

pico do UJT, este passa ao estado ligado por um

breve intervalo de tempo, gerando um pulso no

transformador.

 A largura do pulso de saída pode ser aumentada

com o acréscimo do valor de C, no entanto existem

limitações. Em alguns casos pode não haver tempo

de pulso suficiente para acionar o SCR.

CIRCUITOS DE ACIONAMENTO DO GATILHO – SINAL AC

 No circuito a seguir temos o controle de fase realizado por um circuito

RC, que provoca um atraso da fase no gatilho.

 O ângulo de fase do atraso no gatilho depende dos valores de R 1

+R

2

e

de C. Um aumento em R 2

faz com que o atraso aumente.

 (^) No semiciclo negativo o SCR é bloqueado na passagem por zero

devido à polarização reversa.

Em ambos os circuitos vistos, o diodo D impede que se tenha uma

corrente negativa no gatilho.

No controle resistivo, o disparo pode ser ajustado para um ponto entre 0

e 90º do semiciclo positivo, pois depois de 90º a tensão começa a diminuir.

No controle por circuito RC, o disparo pode ser ajustado para qualquer

ponto entre 0 e 180º, já que podemos atrasar o sinal de controle em até 90º.

CIRCUITOS DE ACIONAMENTO DO GATILHO – SINAL AC

TIRISTORES - GTOTIRISTORES - GTO

O tiristor de desligamento por porta (Gate turn-off tyristor – GTO) é uma

chave semicondutora de potência que passa para o estado ligado como um

SCR normal, isto é, com um sinal positivo no terminal porta.

Além disso, pode passar para o estado desligado por meio de uma

corrente de porta negativa. Portanto, tanto a operação no estado ligado

quanto desligado são controladas pela corrente de porta.

Outra boa característica é a velocidade de chaveamento. No disparo é

igual a de um SCR. No desligamento, o tempo gasto é menor.

Contudo, valores nominais de tensão e corrente são inferiores aos do

SCR e a perda de potência é maior devido à necessidade de corrente para o

desligamento.

TIRISTORES - DIACTIRISTORES - DIAC

O diodo AC (DIAC) é uma chave semicondutora de 3 camadas e 2

terminais. Opera como dois diodos em contraposição série.

A única maneira de disparar o DIAC é excedendo a tensão de disparo,

podendo ser chaveado para qualquer polaridade de tensão.