Eletrônica de Potência I

(1)

Tiristores

Escola SENAI “A. Jacob Lafer”

Tiristores

Eletrônica de Potência I

Tiristores

Tiristores -- SCR

SCR

Escola SENAI “A. Jacob Lafer”

Tiristores

Tiristores -- SCR

SCR

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Conteúdo da aula

0. Introdução – Tiristores

1. Retificador Controlado de Silício (SCR)

1. Introdução 2. Curva Ideal 2. Curva Ideal 3. Curva Real

4. Métodos de disparo 5. Comutação Natural 6. Comutação Forçada 7. SCR em CA

8. Exercícios

Conteúdo da aula

Retificador Controlado de Silício (SCR)

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0. Introdução

 A função de um tiristor é de controlar a potência entregue para grandes

cargas além de participar de circuitos conversores CA

 Os tiristores trabalham sempre entre dois estados de funcionamento:

 o corte

 a condução

por isso podemos dizer que são dispositivos de comutação

 Há dois grupos de tiristores:

 Controlados: SCR e TRIAC

0. Introdução - Tiristores

A função de um tiristor é de controlar a potência entregue para grandes cargas além de participar de circuitos conversores CA-CC ou CC-CA

Os tiristores trabalham sempre entre dois estados de funcionamento:

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1. SCR - Introdução

 SCR (Silicon Controlled Rectifier)

 É o principal dos tiristores pelo número e aplicações

 Permite não só retificar uma corrente alternada mas também controlar a

corrente que passa por ele e pela carga ligada em série com ele corrente que passa por ele e pela carga ligada em série com ele

Símbolo:

Introdução

É o principal dos tiristores pelo número e aplicações

Permite não só retificar uma corrente alternada mas também controlar a corrente que passa por ele e pela carga ligada em série com ele

4

(5)

1. SCR - Introdução

 Aspecto físico:

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1. SCR - Introdução

 Internamente, trata-se de um dispositivo de estado sólido

constituído de quatro camadas e três terminais, cuja função é o controle do fluxo de corrente

 Camadas: PNPN (silício)

A

K G

 Camadas: PNPN (silício)  Três junções PN

 Três terminais:  Ânodo (A)  Cátodo (K)

 Gate (G) ou Porta

Introdução

se de um dispositivo de estado sólido

constituído de quatro camadas e três terminais, cuja função é o

Camadas: PNPN (silício)

6

Camadas: PNPN (silício) Três junções PN

Três terminais: Ânodo (A) Cátodo (K)

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1. SCR - Introdução

• Um SCR pode ser considerado como

porém com um terminal de controle.

• Quando a tensão entre Gate e o Catodo SCR permite a passagem de corrente

Introdução

como um retificador convencional (Diodo),

(8)

1. SCR - Introdução

• Pode-se fazer uma analogia com a configuração

da imagem abaixo APENAS para entendimento

Introdução

configuração de transistores NPN e PNP entendimento do funcionamento

(9)

1. SCR – Curva Ideal

I

Diodo

V

Curva Ideal

I

Com pulso de gatilho

SCR

V

(10)

1. SCR – Curva Ideal

Considerações sobre a curva ideal

• Semelhante a curva ideal de um

• O SCR não conduz em polarização

• Em polarização direta, conduz apenas

– Controle do disparo!!

Eis seu princípio de funcionamento!

Curva Ideal

ideal:

um diodo;

polarização reversa;

10

polarização reversa;

apenas com pulso no gatilho;

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1. SCR – Curva Real

IL _{I …... I}

IGi > I

IL

IH

IGT

VT

IGi …... IG2

Curva Real

I

> IG2 > IG1 > 0

IA A

G2 IG1

IG VAK

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1. SCR – Curva Real

Considerações sobre a curva real do SCR: • Há três regiões:

– Polarização Reversa:

• Com VAK < 0 praticamente não há

– Polarização direta em bloqueio:

• Com IG = 0 o SCR permanece bloqueado • Quando VAK = VBO, o SCR dispara

– Polarização direta em condução:

• IL – corrente de anodo mínima de • IH – corrente de manutenção

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1. SCR – Curva Real

Considerações sobre a curva real do SCR

• Quanto maior a corrente de gatilho, disparo.

– Até o limite IG = IGT

• IGT é a mínima corrente de gatilho para

• VT é a queda de tensão típica do SCR

– Tipicamente 1,5V

• Após disparo a corrente de gatilho pode

– Se IA < IH ou de VAK < 0 – retorna

Curva Real

SCR:

gatilho, menor a tensão VAK necessária para

para disparo com VAK = VT

SCR em condução

pode ser removida!

(14)

1. SCR –

Outros métodos de disparo

• A) Por sobretensão

– Nem sempre destrutivo, pouco – Para IG = 0, tensão de condução

• B) Por variação de tensão

– Devido a capacitância formada – Pode ser evitado com um circuito

• C) Por aumento de temperatura

• D) Por luz ou radiação

– LASCR – Light Activated Silicon

Outros métodos de disparo

pouco utilizado na prática condução VBO

14

formada entre a junção do gatilho e anodo circuito Snubber

temperatura

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1. SCR – Métodos de comutação

• Bloquear ou Comutar significa cortar retorno a condução

• Formas de bloqueio:

– A) Comutação Natural – B) Comutação Forçada

Métodos de comutação

(16)

1. SCR – Comutação Natural

• Quando IA < IH o SCR entra em bloqueio

• IH é em geral 1000 vezes menor que a

• Quando aplicado em CA, a corrente sempre levando o SCR ao bloqueio

Comutação Natural

bloqueio

a corrente nominal

sempre passa por zero em algum ponto,

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1. SCR – Comutação Forçada

• Utilizado em aplicações CC (a corrente

• Realiza-se um desvio da corrente por – Logo IA < IH, provocando o bloqueio

• Pode-se também aplicar tensão reversa

• Deve-se garantir a permanência em bloqueio

Comutação Forçada

corrente não tende a passar por zero)

por um caminho de menor impedância bloqueio

reversa nos terminais do SCR bloqueio

(18)

1. SCR – Comutação Forçada

Bloqueio por capacitor:

Comutação Forçada

(19)

(20)

1. SCR – Comutação Forçada

Comutação Forçada

(21)

1. SCR –

• O SCR é semelhante a um diodo,

mais

• O terceiro terminal (gate ou porta)

SCR

• Há, além do disparo por corrente,

– Sobretensão

– Variação de tensão – Temperatura

– Luz ou irradiação

• Pode-se comutar o SCR de maneira

Revisão

diodo, porém com um terminal a

porta) provê controle do disparo do

corrente, disparos por: corrente, disparos por:

(22)

1. SCR –

Exercícios

1. Explique de forma objetiva a curva

2. Quais as três regiões que podem

de um SCR?

3. Qual o significado dos parâmetros

a) IGT

b) IH

c) IL

d) VT

e) VBO

Exercícios

curva ideal de um SCR.

podem ser destacadas na curva real

22

(23)

1. SCR –

Exercícios

4. Descreva, de forma objetiva, os

SCR que não utilizam corrente

5. No circuito a seguir, defina o

quando o SCR dispara e quando

Exercícios

os vários métodos de disparo do de gatilho.

(24)

1. SCR –

Exercícios

6. No circuito a seguir, defina o tipo

a função de CH3 e quando o SCR

Exercícios

tipo de comutação e explique qual SCR dispara e bloqueia.

(25)

1. SCR –

Exercícios

7. No circuito a seguir, defina o tipo

que forma o capacitor atua no SCR

Exercícios

(26)

1. SCR – Em Corrente Alternada

• Industrialmente o SCR pode ser

seja, para produção de tensão

(em geral da rede), a fim de controlar

• Retificadores:

– Meia-Onda – Meia-Onda

– Onda Completa

Em Corrente Alternada

ser aplicado como retificador, ou tensão DC a partir de uma fonte AC

controlar motores

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1. SCR – Em Corrente Alternada

• Exemplo de aplicação: Retificador

TIC 116B: IL = 20mA com VAK = 6VCC

Tensão da rede no disparo: IG ~= VREDE/R1

Logo:

VREDE = 20.10-3.180 = 3,6V no disparo!

Como 6V especificado, certamente ocorrerá disparo entre 3,6 e 6V, pois a

Em Corrente Alternada

(28)

1. SCR – Em Corrente Alternada

Atingido 6V, logo no início do semi-ciclo

positivo, ou seja, 2º para uma rede de tensão eficaz igual a 127V.

Logo, praticamente todo o semi-ciclo po-sitivo é aplicado a lâmpada. No semi-ciclo sitivo é aplicado a lâmpada. No semi-ciclo negativo o SCR não conduz.

E a potência?!

PL = V²/R

Sendo V, tensão eficaz em L e R sua resistência.

Em Corrente Alternada

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1. SCR – Em Corrente Alternada

a) Controle liga/desliga com carga

Em Corrente Alternada

Retificador de onda completa

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1. SCR – Em Corrente Alternada

b) Controle liga/desliga com carga

Em Corrente Alternada

carga no lado CA:

(31)

1. SCR – Em Corrente Alternada

• Observações:

- Tanto no circuito a como no circuito - Tanto no circuito a como no circuito - Em b, a corrente na lâmpada é

Em Corrente Alternada

circuito b, o SCR atua como chave circuito b, o SCR atua como chave

(32)

1. SCR – Em Corrente Alternada

É possível também associar dois

Em Corrente Alternada

SCRs, para controle de CA:

(33)

(34)

1. SCR –

Em CA, pode-se aplicar o SCR como retificador – de meia onda

– de onda completa

Como vimos em meia onda, será possível controlando a potência entregue a carga

Em onda completa é possível comandar pulsante sem filtro) com carga:

- No lado CC - No lado CA

Além disso, é possível associar SCRs e ciclo positivo como no negativo

Revisão

retificador:

possível o controle do ângulo de disparo, portanto carga

34 comandar o SCR com tensão retificada (senoidal

(35)

semi-1. SCR –

Exercícios

8. No circuito abaixo, qual o maior

disparo do SCR do Semi-ciclo positivo?

Exercícios

(36)

1. SCR –

Exercícios

9. Desenhe as formas de onda

circuitos abaixo:

a)

Exercícios

onda das tensões na lâmpada nos

(37)

1. SCR –

Exercícios

circuitos abaixo:

b)

Exercícios

(38)

1. SCR –

Exercícios

circuitos abaixo:

c)

Exercícios

onda das tensões na lâmpada nos

(39)

“De todas as coisas seguras, a mais

segura é a dúvida.”

Referências Bibliográficas:

ALMEIDA, J. L. A. Dispositivos Semicondutores: Tiristores Potência em CC e CA. Editora Érica, 2013.