SCRS - Eletronica de Potencia

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

LEANDRO FLORENCIO CANDIDO DA SILVA

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA: TIRISTORES SCR E SUAS APLICAÇÕES

CUBATÃO

2020

Sumário

1-        Introdução        3

2-        Conceito de um Tiristor        3

2.1- Modos de disparo        3

2.1.1- Injeção de Corrente de GATE.        3

2.1.2- Tensão entre Anodo e Catodo.        3

2.1.3- Taxa de subida da tensão do Anodo        3

2.1.4- Temperatura        4

2.1.5- Ondas Eletromagnéticas        4

3-        O Retificador Controlador de Silício (SCR)        4

4-        O Diodo de Corrente Alternada (DIAC)        5

5-        O Triodo de Corrente Alternada (TRIAC)        6

6-        O Circuito Amortecedor RC (RC Snubber)        8

7-        Conclusão        8

1. Introdução

O conceito de eletrônica de potência envolve três campos de estudo, sendo elas a potência, o controle e a eletrônica, as quais relacionam as aplicações de dispositivos semicondutores de potência na conversão e no controle de energia elétrica em níveis baixos, médios e altos de potência. Sendo as chaves semicondutoras de potência os elementos de suma importância em circuitos de eletrônica de potência. No decorrer do texto é explicado um pouco sobre o que são tiristores e a diversificação de seus modos de disparo, e também explanações sobre tipos de tiristores como o SCR (Retificador Controlador de Silício), o DIAC (Diodo de Corrente Alternada), o TRIAC (Triodo de Corrente Alternada) demonstrando suas características, suas curvas características e exemplos de aplicações de cada um dos casos.

1. Conceito de um Tiristor

A família dos tiristores reúne um grupo de dispositivos semicondutores multicamadas, que operam em regime de chaveamento, sendo construídos através de quatro ou mais camadas P e N (três junções semicondutoras), apresentando um comportamento funcional, eles possuem 3 terminais: cátodo, ânodo (por onde entra a corrente) e porta (ativação).

Os tiristores permitem o chaveamento do estado de bloqueio para estado de condução, e alguns outros tiristores permitem o chaveamento reverso, sendo do estado de condução para estado de bloqueio, também pelo terminal de controle. Como exemplo de tiristores, podemos citar o SCR e o TRIAC.

2.1- Modos de disparo

Existem formas que fazem com que possamos realizar a alternância de uma chave que antes estava aberta se torne fechada, permitindo o chaveamento do estado de bloqueio para estado de condução.

2.1.1- Injeção de Corrente de GATE.

Ocorre através da aplicação de uma pequena corrente no terminal de gate, por exemplo quando o tiristor está polarizado diretamente, ou seja, temos um potencial positivo no anodo e um potencial negativo no catodo, e aplico esse gatilho no gate ele irá fechar a chave.

2.1.2- Tensão entre Anodo e Catodo.

Ocorre através da aplicação de uma tensão entre anodo e catodo muito elevada, podendo fazer com que esse tiristor venha a conduzir, sendo chamada de efeito avalanche, conduzindo mesmo não recebendo a corrente no gate.

2.1.3- Taxa de subida da tensão do Anodo

Ocorre devido a taxa de subida da tensão entre anodo e catodo, a taxa da derivada dv/dt, através de uma grande variação de tensão em um curto período de tempo podendo ocasionar o disparo do tiristor, fazendo ele conduzir, mesmo não sendo o momento dele conduzir.

2.1.4- Temperatura

Ocorre em casos quando o tiristor atingir altas temperaturas, provocando um aumento na corrente de fuga que pode proporcionar o travamento dessa chave.

2.1.5- Ondas Eletromagnéticas

Ocorre em casos considerados mais específicos, que seriam quando as luzes das lacunas do semicondutor acabam provocando o disparo devido as ondas eletromagnéticas.

1. O Retificador Controlador de Silício (SCR)

O SCR (Retificador Controlador de Silício) é um dispositivo de três terminais, chamados de ando (A), catodo (K) e gatilho (G), como é apresentado na figura 1, seguindo a ordem do símbolo de um semicondutor, em seguida a estrutura e o equivalente quando utilizado transistores.

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Figura 1- Estrutura semicondutora PNPN

        O SCR pode ser considerado um diodo que é controlado pelo terminal de gatilho, sendo que apesar da tensão ser positiva, o mesmo possui corrente nula, onde apenas quando for aplicado um pulso de gatilho, será possível passar corrente, comportando-se dessa forma como um curto-circuito. Sendo que a condução, uma vez iniciada se mantém, mesmo na ausência do sinal no terminal de porta, até que a corrente que o atravessa caia abaixo de um determinado valor. Quando analisado em sentido inverso, o SCR comporta-se como um diodo normal.

        Algumas das características básicas do SCR é que eles são biestáveis, isso significa que eles operam em dois estados (ligado e desligado) tendo a possibilidade de controle, eles possuem alta capacidade de potência, capacidade de suportar altas temperaturas e também possuem alta velocidade de comutação e elevada vida útil.

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Figura 2- Curva Característica de um SCR

Como demonstrado na Figura 2, o SCR possui uma curva característica que pode ser dividida em duas regiões, a região de polarização direta (lado direito da imagem) e a região de polarização reversa (lado esquerdo da imagem). Quando polarizado de forma reversa ele se comporta muito semelhante a um diodo, bloqueando a passagem da corrente deixando a tensão em cima dele até atingir a região de ruptura, já quando analisamos a região de polarização direta se olharmos a curva podemos observar que é bem semelhante a curva do diodo, exceto pelo braço que bloqueia a tensão até que seja realizado o gatilho, proporcionando o controle em cima da carga.