Técnicas de Comutação de Tiristores

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20/05/2019
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Capítulo 7
Técnicas de comutação de tiristores
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução
• Disparo: pulso de sinal no terminal de gatilho (forma controlada)
• Em condução, há uma pequena queda de tensão entre anodo e catodo (0,25 a 
2V)
• Comutação do tiristor: procedimento de desligamento ou corte do tiristor
• Os tiristores são amplamente utilizados em circuitos de alta corrente e/ou 
tensão, mesmo com o desenvolvimento de outras chaves eletrônicas com 
disparo e comutação mais simples (circuitos mais simples)
Obs. Antes do estudo das técnicas de comutação (desligamento) 
dos tiristores serão vistas as técnicas de disparo dos mesmos.
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Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Formas de disparo do tiristor:
1. Por pulso de gatilho
2. Por sobretensão (a ser 
evitado)
3. Por dv/dt (corrigido por um 
snubber)
4. Por aumento na temperatura
(a ser evitado)
5. Por luz (LASCR – light 
activated silicon controlled 
rectifier)
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
• Com CH1 fechada o tiristor fica diretamento polarizado
• Ao se fechar CH2: iB2↑ → iC2=iB1↑ → iC1↑ → iB2↑ → ação 
regenerativa
• Uma vez iniciada a ação regenerativa CH2 pode ser aberta 
sem que o tiristor deixe de conduzir.
Analogia com dois 
transistores BJT
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Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Mecanismo 
de disparo
Reta de carga
Reta de carga
• iG = 0
• vA1 < V(BO) → ponto 1 estável
• iG = iG1 > 0
• ponto 4 tangente à curva 
(ponto instável)
• ponto 3 estável (tiristor conduz 
corrente de aprox. VA1/RA1
• Para dado VA1 e RA1, será 
necessária uma certa corrente 
iG específica para disparo
Obs. Para iG = IGT, 
o tiristor se 
comporta como um 
diodo comum.
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Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Circuito (a):
Seja Rx = R1+Rpot e Vdisp = Vmsen(α), onde Vm é a amplitude de VCA e α o ângulo 
de disparo desejado. D força a corrente de gatilho num único sentido.
GT
qdisp
x
I
VV
R
−
≈
Vq: queda de tensão no diodo mais queda 
de tensão entre terminal de gatilho e catodo 
do tiristor (relativamente pequena)
Ângulo de controle: 0 ≤ α ≤ 90º→ Rx ≤ Vm/IGT
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Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Circuito (b):
• O circuito RxC causa um atraso adicional na tensão de gatilho, 
estendendo o disparo para além de 90º .
• D2 faz com que a tensão do capacitor acompanhe a tensão do semiciclo 
negativo da excitação, estabelecendo sempre a mesma condição inicial 
quando do início do semiciclo positivo.
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
DIAC
Justaposição de duas 
estruturas PNPN:
P1N1P2N2 e P2N1P1N3
Normalmente, para disparo, a 
tensão V deve exceder a tensão 
VBO do dispositivo (tensão de 
disparo)
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Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Acionamento CA de uma carga utilizando-se um par 
DIAC - TRIAC
Para carga resistiva
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Acionamentos por transformadores de pulso
Seja o circuito abaixo, 
analisado no cap. 6
O circuito de disparo tem um nó de 
referência, se ele for conectado aos 
catodos dos tiristores (SCRs), surgirá 
um curto-circuito. A solução poderia ser 
obtida pelo uso de transformadores de 
pulso.
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Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Acionamentos por transformadores de pulso
Obs. Pode-se ter configurações alternativas à dos dois tiristores em 
antiparalelo utilizando os circuitos das figuras 6.4 e 6.5. 
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação Natural
Em função da polarização imposta pela rede o tiristor comuta
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Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada - Autocomutação
• Em circuitos com alimentação CC a comutação natural não 
ocorre.
• Utilizam-se circuitos de comutação (usada em conversores CC-
CC (choppers) e CC-CA (inversores)
- Autocomutação (devido às características naturais do circuito) – Seja T1 disparado em t=0s :
Fig. 7.2
πωω <<= tptsen
L
C
Vti mm
I
S
p
0/)()(
321
( ) πtωtVtv mmSC <<−= 0p/ )cos(1)( ω
LC
m
1=ω
e desliga T tEm 10 LCπ= SC V)(tv 20 =
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada - Autocomutação
Fig. 7.3
Essa topologia será utilizada na 
comutação por impulso, a seguir.
0 com ,00 e 0 Seja 0 === SC V)i( -V) (v
∫ =−++= 0
1
 ,0 em disparado T Para 01 )V(idt
Cdt
di
Lst
πωω <<= ttsen
L
C
Vti mm 0p/)()( 0
πtωtVtv mmOC <<−= 0p/ )cos()( ω
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Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por impulso (ou comutação por tensão)
Fig. 7.6
Para comutar T1, o mesmo 
deve ser polarizado 
reversamente.
Circuito de comutação
• Inicialmente, supor T1 conduzindo (corrente Im) e C carregado com vC(t) = -V0 = -VS
• Quando T2 for disparado → T1 fica reversamente polarizado (é desligado)
• T2 conduzirá a corrente da carga, até C ficar carregado → vC(t) varia de -V0=-VS a VS
→ T2 é desligado (corrente cai abaixo da corrente de manutenção)
• Ao se disparar T3 ocorre o mesmo visto na figura 7.3, vC(t) → -V0=-VS
T1 é o tiristor principal
Técnicas de comutação de tiristores
Fig. 7.7
Durante a 
comutação
Circuito equivalente
Tempo de desligamento (toff):
• Até que vC(t) alcance 0V
• Deve ser maior que tq (tempo de 
desligamento do tiristor – aprox. trr
Seja a corrente de carga (Im) é constante:
C
tI
dtI
C
V
offm
t
mO
off
== ∫
0
1
q
m
O
off tI
CV
t quemaior ser deve que =
Comutação forçada – Comutação por impulso (ou comutação por tensão)
Desvantagem do procedimento:
� Tempo de comutação depende da 
carga (I
m
)
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Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.12
Para comutar T1, a corrente do 
mesmo é forçada a cair abaixo da 
corrente de manutenção.
• Seja inicialmente: T1 conduzindo (Im) e vC(t) = -V0
• Quando T2 é disparado (em t=0s): L,C,T1 e T2 formam um circuito ressonante
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.12
)(
)()( 0
tsenI
tsen
L
C
Vti
mP
m
ω
ω
=
=
)cos()( tVtv mOC ω−=
LC
m
1=ω
Em t = t1, i(t1) = Im e a corrente em T1 é nula (T1 comuta) → 







=
−
C
L
V
I
senLCt
O
m1
1
)cos()( 111 tVVtv mOC ω−=−=
A partir de t1, assumindo Im constante vC(t) cresce como uma reta
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Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.12
• Em t = t2, Dm começa a 
conduzir
• A energia no indutor será 
armazenada no capacitor
• vC(t) vai de VS a V0
Em t = t2 →
2
2
2
1
)( mL LItw = Em t = t2+t0, i(t2+t0)=0 e wL(t2+t0)=0
SC VVVVCttw −=∆∆=+∆ 0
2
02 onde ,)(
2
1
)( )()( Logo 202 twttw LC =+∆
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.12
Ao se disparar T3 vC(t) irá de V0 para -V0
22
2
1
)(
2
1
mLIVC =∆
)()( 202 twttw LC =+∆
C
L
IV m=∆
C
L
IV
VVVttv
mS
SC
+=
=∆+==+ 002 )(
De forma análoga ao já visto
m
off
I
CV
t 1=
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Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.12
Seja
L
C
I
V
I
I
x
mm
p 0==
Para reduzir a corrente 
direta de T1 p/ zero
x > 1
Na prática L e C são 
escolhidos para x=1,5
� Também denominada comutação por corrente
� toff também depende da carga (Im)
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação Complementar
Fig. 7.14
O disparo de um 
tiristor comuta o 
outro tiristor.
Seja T1 e T2 bloqueados e com vC = 0 p/ t < 0
Se em t = 0s T1 é disparado:
0p/ e-1V ve
 , 
2
2
21
SC
21
>





=






===
−
−
t
e
R
V
ii
R
V
i
CR
t
CR
t
S
RC
S
R
Se em t = t1 (ex: t1>5R2C) T2 for disparado → T1 comuta
1
)(
S
)(
SC
)(
12
p/ e-1VeV ve
2
 , 
1
1
1
1
1
1
2
tt
e
R
V
i
R
V
i
CR
tt
CR
tt
CR
tt
S
C
S
R
>





−=





−
==
−−−−
−−
Se em t =t2 (ex: (t2-t1)>5R1C) T1 for disparado 
→ T2 comuta
iR1 iR2