TCA 785 - Projeto Construindo um kit

1. Introdução

Iremos abordar sobre os Tiristores, que é uma família de dispositivos semicondutores de potência constituídos por quatro ou mais camadas semicondutoras, tipo PNPN, apresentando um comportamento “Biestável”, que é a forma que pode ser chaveado. Em nosso trabalho vamos dar ênfase no dispositivo SCR (Retificador Controlado de Silício), que é o membro mais conhecido e importante da família. Esse componente é muito utilizado em aplicações de circuitos de potência.

Com a enorme utilização de circuitos tiristorizados para controle de carga nos últimos anos, foram criados circuitos integrados de disparo com o intuito de facilitar o projeto e se tornarem mais confiáveis e práticos. Das características dadas acima, o circuito integrado TCA 785 da Siemens será abordado.

2. Desenvolvimento

2.1 SCR

O diodo controlado de silício foi criado em 1956 por um grupo de engenheiros do Bell Telephone Laboratory. O componente tem um comportamento semelhante ao diodo, que é um dispositivo que permite a passagem de corrente em uma direção. A diferença entre os dois é a presença do terminal de gatilho, o Gate.

2.11 Estruturas de um SCR

A estrutura do SCR consiste em quatro camadas de silício, sendo duas camadas do tipo N e duas camadas do tipo P, montadas alternadamente dando origem a três junções. É formado por três terminais: ânodo (A), cátodo (C) e gate (G). Um SCR é equivalente a dois transístores complementares em que o coletor é ligado na base do outro. E uma das bases é correspondente a “porta”.

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Fig 2.11 – Estrutura de um SCR, seu símbolo, encapsulamento e circuito equivalente com Transístores.

2.12 Encapsulamento de um SCR

O SCR possui encapsulamento tipo TO aos mais comuns, enquanto alguns SCR’s com demanda de maior de potência possuem encapsulamento tipo rosca e tipo disco vistos na figura abaixo:

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Fig 2.12 – Encapsulamento tipo TO, e tipo rosca e tipo disco para altas potências.

2.13 Funcionamentos Básicos de um SCR (condução e bloqueio)

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Fig 2.13.1 – Polarização Direta e Reversa do SCR.

Formas de Disparar um SCR

VAK ≥ 0 & IG > 0 IAK > IL > IH

1. Disparo por pulso de gatilho

Forma comum de disparo no SCR, no qual está diretamente polarizado e recebe um pulso positivo de corrente de gate para catodo, ele entra em condução. E se manterá desde que a corrente no anodo seja maior a corrente de “latching” (IL).

 2. Disparo por sobretensão

À medida que aumenta a tensão entre anodo e catodo é possível a condução sem corrente no gate. É raramente utilizado.

3. Disparo por temperatura

Em altas temperaturas a corrente de fuga numa junção, pode ocorrer à polarização reversa e consequentemente a polarização. Para não ocorrer não usados dissipadores.

Formas de Comutar (bloquear) um SCR

VAK < 0 & IAK < IH

1. Comutação natural

Em circuitos CA comutação pela rede quando a tensão chega em zero. E em CC depende da carga, ocorre à comutação pela carga.

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Fig 2.13.2 – Curva Característica do SCR.

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Fig 2.13.3 – Curva Característica modelo “ideal” do SCR.

2.14 Parâmetros importantes SCR

VRRM, VDRM = tensão reversa máxima repetitiva aplicável sem produzir condução. Em outras palavras, a tensão máxima que pode aparecer nos terminais de um SCR, quando ele se encontra desligado.

VGT = tensão de Gate necessária para produzir condução.

IGT = corrente mínima de Gate para produzir condução.

IR = corrente de Fuga reversa.  

IF = corrente de Fuga reversa.

ITAV = máxima corrente contínua em condução.

ITSM = Esta é a corrente de pico máxima permitida no dispositivo em condições de pulso.

tQ: Este parâmetro é específico para as SCR. Após este tempo, uma taxa de tensão positiva pode ser aplicada através ânodo e cátodo, sem causar qualquer disparo espúrio.

dV/dt: Este é o valor máximo da taxa da voltagem crescente que pode ser aplicado através do ânodo e cátodo do RCS (ou entre A2 e A1 para um triac) sem correr o risco de ligá-lo falsamente.

dI/dt: Durante turn-on, a taxa máxima de aumento de corrente não deve exceder esse valor máximo. Acima deste limite, o SCR ou TRIAC pode ser danificado.

IL e IH – corrente de “latching” e de manutenção.

2.15 Datasheet de um SCR (TIC 106)

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2.16 Aplicações

Existem inúmeras aplicações com SCR, como por exemplo:

• Fontes de tensão regulada.
• Chaves estáticas.
• Controle de motores.
• Choppers.
•  Inversores e cicloconversores.
•  Carregadores de baterias.
•  Circuitos de proteção.

Proteção contra sobrecorrente

Este circuito é interessante, pois invés de queimar e ficar substituindo um fusível, o SCR atua sobre o relé cortando a alimentação do circuito que deve ser protegido. Quando a corrente ultrapassa certo valor que depende de R, o SCR dispara e energiza o relé K1. Observe que a carga está ligada nos contatos NF do relé, o que significa que ela se mantém alimentada quando o relé está desenergizado. Com o disparo do SCR, e consequentemente do relé, a carga é desligada e o LED 1 acionado, avisando que houve uma condição de sobrecorrente. Para rearmar o circuito basta desligar e religar a alimentação, depois de remover a causa da sobrecorrente, é claro. O SCR não precisa ser montado em radiador de calor, uma vez que a corrente no relé é muito baixa. 

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