Retificador controlado de silício, como dispará-lo e interrompê-lo? Neste artigo vou complementar um pouco mais sobre os componentes de quatro
camadas apresentado em SCR - Retificador Controlado de Silício: Funcionamento Básico. Um resumo das formas de disparo e interrupção deste componente são apresentado a seguir.
No artigo anterior apresentei os tipos de SCRs descrevendo o seu funcionamento e suas características. Falei os motivos que levam este dispositivo entrar no estado de condução ou de interrupção. Agora veremos como fazer para disparar e desligar esse componente na eletrônica.
Interrupção do SCR
Um SCR não pode ser desligado simplesmente com a remoção do sinal da porta (G), apenas alguns podem ser desligados aplicando-se um pulso negativo ao terminal da porta. Os dois métodos para desligar um SCR são classificados como interrupção da corrente do ânodo e técnica de comutação forçada [2].
Em aplicações CC a interrupção do retificador controlado de silício é feita por intermédio de um circuito externo. Nas figuras 1a e 1b temos as duas possibilidades para a interrupção de corrente. Na figura 1a a corrente Ia é levada a zero quando a chave em série é aberta. Já na figura 1b a mesma condição é obtida quando uma chave paralela ao SCR é fechada [1][3]. Na verdade o SCR é interrompido ou sai do setado de ligado quando a corrente de condução cai abaixo do valor da corrente de sustentação. Outra forma de interromper um SCR é utilizando um capacitor de comutação.
Figura 1 - Desbloqueio de um SCR [1]. |
Porem, nas aplicações em corrente alternada o bloqueio do dispositivo ocorre de forma natural devido a inversão do sentido da corrente nos semiciclos negativos da fonte. Portanto não é necessária a utilização de circuitos adicionais para desligar o componente.
Circuitos de acionamento para SCR
Para o bom funcionamento dos sistemas que utilizam SCRs os circuitos de acionamento devem proporcionar o sinal de disparo no tempo correto, de modo que garanta a passagem para o estado ligado quando desejado [2][3]. De modo geral o circuito de acionamento deve obedecer alguns pontos, que são:
- Produzir um sinal na porta de amplitude e tempo de subida curto.
- Produzir um sinal na porta com duração adequada.
- Fornecer um controle de disparo preciso na faixa requerida.
- Assegurar que o acionamento não ocorra em decorrência de ruídos.
- Para aplicações AC, assegurar que o sinal na porta seja aplicado quando o SCR estiver diretamente polarizado.
- Em circuitos trifásicos, fornecer, na porta pulsos que estejam 120° fora de fase em relação ao ponto de referencia.
Dispara do SCR com Sinais DC
Na figura 2a temos um circuito simples que proporciona um sinal CC para disparo a partir de uma fonte externa (Eg). A chave S é acionada para levar o SCR ao estado de condução [2].
O valor de Rg pode ser obtido pela formula: Rg=(Eg-0,7)/Ig. Onde Ig é dado pelo fabricante no datasheet.
Figura 2a - Disparo de um SCR com sinal CC [2]. |
Um circuito alternativo para disparar o SCR sem a utilização de uma fonte externa é apresentada na figura 2b, o sinal é obtido da fonte principal.
Figura 2b - Disparo de um SCR com sinal CC [2]. |
O resistor RL representa uma carga do circuito como uma lâmpada, por exemplo.
A presença do diodo D ligado entre a porta (G) e o cátodo (K) serve para proteger o SCR contra sinais negativos na porta. Em certos casos a aplicação de um sinal CC de disparo não é desejável, por causa da dissipação de energia que ocorreria durante todo o período de tempo.
Disparo do SCR com Sinais Pulsados
Para reduzir a dissipação de potência na porta, os circuitos de disparo do SCR podem gerar um único pulso, ou uma sequencia de pulsos, em vez de um sinal CC. Com o acionamento por pulso é fácil fornecer isolamento elétrico entre o circuito de comando e o SCR além de minimizar os sinais indesejáveis (ruídos) que poderiam disparar o SCR indevidamente. Na figura 3a e 3b temos os circuitos mais comuns usados para acionar o SCR com um oscilador a transistor de unijunção (unijunction transistor – UJT) [2].
Figura 3 - Circuito de disparo com oscilador a transistor de unijunção [2]. |
Circuito de acionamento com acoplamento óptico também pode ser usado. O disparo com acoplador óptico também evita o acionamento falso a partir de ruídos e de transitórios. Na figura 4 apresenta um exemplo de circuito.
Figura 4 - Circuito de disparo a acoplador óptico. |
Disparo do SCR com Sinais AC
A maneira mais comum de controlar um SCR em aplicações AC é utilizar o sinal de disparo a partir da mesma fonte AC, pois o domínio do ponto de acionamento está no semi-ciculo positivo (quando o SCR está diretamente polarizado) [2][1]. Um circuito de comando é apresentado nas figuras 5a e 5b.
Figura 5 - Controle de fase com SCR, Dimmer [2] |
Na figura 5 o SCR está no estado ligado durante o semi-ciclo positivo. Em um determinado valor de Vs, a corrente que circulará para a porta (G) será alta o bastante para disparar o tiristor. O momento exato do disparo é controlado pelo reostato R2. O diodo D permite somente que uma corrente positiva seja aplicada a porta.
Os circuitos da figura 5 é conhecido como controle de fase e é muito aplicado ao controle de potência entregue a cargas, pois esse circuito é capaz de estabelecer um ângulo de condução entre 0° a 90° da senoide da rede elétrica (figura 5a, 6 e 7). Ângulos de disparo maiores podem ser obtidos com a utilização de um capacitor que acrescenta um desacoplamento de 90°+ teta, onde teta esta em função da constante RC do circuito (figura 5b e 7) [1][2]. Portanto é possível obter um controle de meia onda da energia entregue a carga, esse controle é popularmente conhecido como dimmer.
Figura 6 - Controle de fase com SCR |
Figura 7 - Disparo do SCR em fase. |
Exemplos de Aplicação
Exemplos práticos de circuitos que utilizam os conceitos apresentados até aqui podem ser encontrados nos artigos:
Conclusão
Algumas noções para interrupção e disparo foram apresentadas brevemente assim como alguns circuitos para o acionamento do SCR. A compreensão do funcionamento do SCR pode ajudar entender melhor outros circuitos que utilizam desta tecnologia.
Referências
[1]-Eletrônica de Potência,Ashfaq Ahmed - 1° edição
[2]-Dispositivos Eletrônicos e teoria de circuitos, Robert L. Boylestad, 8° edição.
[3]-Tiristor SCR Retificador Controlado de Silício, Prof. Fernando Luiz Mussoi CEFET/SC, EDIÇÃO PRELIMINAR – 1.1 FLORIANÓPOLIS – MARÇO, 2002.
Gostei muito do seu blog,muito Boa explicação.
ResponderExcluirObrigado !
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