Unidade 4 - Tiristor

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ELETRÔNICA DE 
POTÊNCIA I
Vinícius Novicki Obadowski
Tiristor
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Reconhecer a simbologia e curva característica de um tiristor.
  Analisar as características reais dos tiristores.
  Descrever circuitos de comando e acionamento com tiristores.
Introdução
Tiristor é o primeiro termo que o estudante da área de eletrônica de 
potência deve conhecer e cujo significado deve apreender, pois todos 
os estudos da área fundamentam-se nos princípios acerca dessa família 
de componentes, cada um com sua particularidade e emprego ideais. 
Diversos equipamentos modernos são projetados utilizando tiristores: 
conversores de frequência, retificadores e chaves eletrônicas remotamente 
acionadas são alguns dos exemplos. Embora esses nomes ainda não lhe 
sejam familiares, vão ser conforme você se aprofundar nos estudos na 
área de eletrônica de potência.
Neste capítulo, você conhecerá esses componentes e suas di-
ferenças. Assim, você verá como reconhecer a simbologia e curva 
característica de um tiristor, como analisar as características reais 
dos tiristores e como descrever circuitos de comando e acionamento 
com tiristores.
Tiristor: definição
Tiristor é um termo que se refere a uma família de chaves eletrônicas de três 
terminais cujos principais representantes são: o retifi cador controlado de 
silício (SCR, Silicon Controlled Rectifi er), o tríodo para corrente alternada 
(TRIAC), o tiristor desligado pelo gatilho (GTO, Gate Turn-off Thyristor) e 
o tiristor controlado por MOS (MCT, MOS Controlled Thyristor). Cada um 
desses componentes é um tipo de tiristor e possui um emprego específi co 
dentro da área de eletrônica de potência.
Na indústria, costuma-se empregar o termo tiristor como sinônimo de SCR. Os outros 
tiristores (GTO, TRIAC, MCT) são chamados por sua sigla particular a fim de se dife-
renciarem do SCR. Neste capítulo, o SCR é o dispositivo adotado para representar o 
comportamento de toda a família de tiristores.
Você, como engenheiro, encontrará diversos problemas cujas soluções 
dependerão do emprego de um ou mais tiristores. Um sistema de con-
versão de corrente alternada para contínua para transmissão de energia, 
uma solução de servoacionamento para motores de indução trifásicos ou 
a elevação de um nível de tensão contínua para outra de forma a melhorar 
a eficiência de placas solares são algumas das possíveis aplicações que os 
tiristores possuem na área elétrica. Nas próximas seções, serão explicados 
em maiores detalhes o comportamento do SCR em termos ideais e reais, pois 
esse dispositivo serve como base para que você entenda o funcionamento 
das outras chaves eletrônicas.
SCR
O retifi cador controlado de silício é um tiristor composto por três terminais: 
anodo, catodo e gatilho. Os dois primeiros terminais são idênticos àqueles 
presentes no diodo comum, enquanto o gatilho é o terminal responsável por 
permitir a condução de corrente quando a tensão anodo-catodo for positiva 
(HART, 2012). Em outras palavras, o comportamento do SCR é idêntico ao do 
diodo comum, exceto que se caracteriza por possuir um terceiro terminal que 
pode ser empregado para permitir que o SCR entre em estado de condução. A 
Figura 1 apresenta o símbolo adotado tradicionalmente para a representação 
do SCR em circuitos elétricos.
Tiristor2
Figura 1. Símbolo tradicional do SCR, 
com indicação dos terminais de anodo 
(A), catodo (K) e gatilho (G).
Fonte: Hart (2012, p. 8).
Como você pode inferir, um circuito que possua um SCR não funciona de 
forma autônoma, como ocorre com circuitos projetados com diodo. Nesses, no 
instante em que a tensão anodo-catodo for positiva, o diodo inicia a condução 
de corrente a despeito de qualquer outro elemento externo, interrompendo 
somente quando a condição de disparo não for mais satisfeita. No SCR, por 
outro lado, somente ocorre a condução quando a tensão anodo-positiva e uma 
corrente for fornecida ao gatilho e, similar ao diodo, o SCR para de conduzir 
no instante em que a tensão anodo-catodo se tornar igual ou menor que zero. 
Para facilitar a compreensão dessa questão, observe as Figuras 2a e 2b, que 
mostram a diferença nas curvas ideias do diodo e do SCR.
Figura 2. (a) Curva ideal de um diodo comum. (b) Curva ideal de um SCR.
Fonte: Segundo e Rodrigues (2015, documento on-line).
3Tiristor
Entretanto, embora as Figuras 2a e 2b retratem a operação do diodo e do 
SCR, elas refletem parcialmente a operação real desses dispositivos — de 
fato, ambos conduzem na situação apresentada nas figuras. Porém, existem 
outros elementos que podem levar a condução — muitas vezes indesejada 
pelo projetista do circuito — que tanto o SCR quanto o diodo entrem em 
estado de condução.
Para explorar esses outros casos e compreender melhor a operação real do 
SCR, observe as Figuras 3a e 3b, que dispõem de duas curvas reais: uma do 
diodo e outra do SCR, respectivamente.
Figura 3. (a) Curva real de um diodo comum. (b) Curva real de um SCR.
Fonte: Segundo e Rodrigues (2015, documento on-line).
A Figura 3b carrega uma grande quantidade de informações e, por essa 
razão, ela será analisada de forma pormenorizada. Primeiramente, as definições 
das variáveis são as seguintes: 
Tiristor4
  IG é a corrente no gatilho;
  IA representa a corrente de anodo;
  VBR é a tensão máxima reversa que o SCR suporta antes de entrar em 
condução ao ser polarizado reversamente (este é um modo de operação 
normalmente não desejado);
  IR é o valor da corrente mínima na condução reversa;
  VBO é a tensão de breakover, que indica o ponto no qual não é necessária 
corrente no gatilho para que o SCR inicie a condução;
  VT é a queda de tensão quando em operação do SCR (equivalente à 
queda de tensão do diodo real);
  IGT é a corrente mínima de gatilho necessária para que um SCR sub-
metido à tensão VAK = VT inicie a condução de corrente;
  IH é a corrente de manutenção que deve ser mantida no gatilho para 
manter o SCR em condução;
  IL é a corrente de carga mínima necessária para dispensar a corrente 
de manutenção no gatilho.
Por meio da descrição das variáveis, é possível perceber que a corrente 
no gatilho possui um valor mínimo necessário quando o SCR está submetido 
a uma condição de baixa VAK e, ao mesmo tempo, pode não exigir corrente 
nenhuma no gatilho se a tensão for VAK for igual ou maior que VBO. E, 
assim como no diodo comum, se a tensão de polarização reversa for muito 
elevada, isto é, se , o SCR irá permitir a condução de corrente 
no sentido reverso.
Além das maneiras que você percebeu na Figura 3b, existe, ainda, a pos-
sibilidade de o SCR disparar devido a uma variação de tensão muito elevada 
(também conhecido como disparo por dV/dt); se a variação da tensão no 
tempo proceder de forma muito rápida — como no caso de um surto na rede 
ou alguma sobretensão por rejeição de carga —, o SCR irá entrar em estado 
de condução sozinho. EsSe tipo de ação é frequentemente um problema para 
o projetista do circuito, mas a solução normalmente adotada é o emprego de 
um circuito snubber, cuja função é servir de curto-circuito para as frequências 
elevadas de tensão. A Figura 4 apresenta um exemplo de como empregar um 
circuito snubber e um tiristor.
5Tiristor
Figura 4. SCR e um circuito snubber (RC série).
Fonte: Segundo e Rodrigues (2015, documento on-line).
O SCR pode disparar em função do aumento de temperatura no com-
ponente; a elevação da temperatura faz com que o módulo da tensão re-
versa máxima tenda a diminuir, ocasionando o disparo do SCR. Outra 
maneira é por meio de luz ou radiação eletromagnética de alta frequência 
(ultravioleta, raio x, nêutrons), em que a ação desses fótons tem o efeito 
similar a da presença de corrente no gatilho — um componente com esse 
tipo de disparo também é chamado de LACSR (Light Activated Sillicon 
Controlled Rectifier).
Circuitos de acionamento do tiristor
Existem diversas formas de executar o acionamento(disparo) de um tiristor. 
Para que você possa compreender mais claramente, nesta seção serão expli-
cados os principais métodos empregados que lhe fornecerão subsídios para a 
confecção de circuitos mais complexos conforme sua necessidade.
O primeiro método de acionamento que você aprenderá é o de comutação 
natural, cuja operação trata do desligamento quando a corrente do anodo IA se 
torna menor que a corrente de manutenção IH. A Figura 5 ilustra um circuito 
no qual este tipo de situação ocorre.
Tiristor6
Figura 5. Circuito com comutação natural do SCR (TIC 106).
Fonte: Segundo e Rodrigues (2015, documento on-line).
Perceba, na Figura 5, que, ao fechar a CH2, o TIC 106 não dispara pela 
ausência de corrente no gatilho; porém, no fechamento da chave CH1, em 
função do divisor de tensão, uma corrente passa a ser fornecida ao gatilho e, 
toda vez que a tensão anodo-catodo encontrar-se em um valor superior ao VT 
do TIC 106, ele disparará. No entanto, por estar submetido a uma fonte AC, 
próximo ao cruzamento pelo zero de tensão da rede, a corrente de anodo será 
inferior à de manutenção, fazendo com que o circuito desligue naturalmente.
Outra opção é a chamada comutação forçada, em que o objetivo é inter-
romper a corrente que passa pelo tiristor. As Figuras 6 e 7 apresentam duas 
técnicas distintas para realização desta tarefa.
Figura 6. Circuito com comutação forçada do TIC 106, bloqueio por chave.
Fonte: Segundo e Rodrigues (2015, documento on-line).
7Tiristor
Figura 7. Circuito com comutação forçada por meio de capacitor.
Fonte: Segundo e Rodrigues (2015, documento on-line).
Na Figura 6, com o fechamento das chaves CH1 e CH2, o TIC 106 
permanecerá conduzindo para sempre, pois, como a fonte é de corrente 
contínua, nunca acontecerá a interrupção da corrente de anodo; mesmo 
removendo a corrente de gatilho, o TIC 106 continuará a conduzir, pois 
a corrente de anodo é superior à da de manutenção. A maneira trivial de 
fazer com o TIC 106 interrompa seu funcionamento é desligando todo o 
circuito (abertura de CH2), o que pode não ser desejado dada a aplicação, 
ou o fechamento seguido da abertura da chave CH3, pois, ao fechá-la, a 
corrente que antes passava pelo TIC 106 passará pela chave CH3, o que 
fará com que a corrente de anodo se torne inferior à da de manutenção. 
Para que o circuito volte a funcionar como antes, será necessário abrir 
CH3 e fechar CH1, para que uma nova corrente de gatilho seja fornecida 
enquanto a tensão anodo-catodo é positiva.
Por outro lado, na Figura 7, com o fechamento de CH1, ocorre o funcio-
namento do circuito (acendimento da lâmpada e condução de corrente pelo 
anodo do TIC 106). Dado que o tiristor conduz, ocorre o carregamento do 
capacitor C1, e, ao fechar a chave CH2 o capacitor fica em paralelo ao TIC 
106, aplicando sobre este uma tensão reversa, bloqueando, portanto, o tiristor 
e impedindo seu funcionamento.
Tiristor8
Outros tipos de tiristores
Na seção de introdução deste capítulo, foram apresentados outros tipos de 
tiristores além do SCR (GTO, TRIAC e MCT). Fundamentalmente, todos eles 
funcionam da mesma forma, mas cada um possui uma particularidade devido à 
sua operação. O GTO apresenta um comportamento similar ao do SCR, porém, 
ao fornecer no gatilho uma corrente reversa elevada (em torno de 2/3 da corrente 
do anodo), é possível comutar o componente da mesma forma como se uma 
chave em paralelo tivesse sido fechada. Embora essa característica permita uma 
operação mais simples, pois dispensaria o uso de uma chave externa e um segundo 
tipo de circuito de acionamento, o fato de necessitar de uma corrente reversa de 
gatilho elevada faz com que o GTO tenha seu uso bastante restringido, porque 
um circuito de acionamento que gere uma corrente reversa elevada apresenta 
uma complexidade também elevada, difi cultando o emprego em aplicações de 
grandes potências (linhas de transmissão ou estações de retifi cação/conversão 
de frequência). O MCT, por sua vez, também tem seu uso restrito por problemas 
em sua fabricação e posterior substituição por MOSFET, transistores de potência 
que empregam o conceito MOS em conjunto com transistor FET (BALIGA, 
2012). Outro componente também associado a tiristores é o tríodo de corrente 
de alternada, que, essencialmente, é um componente que integra dois SCR com 
sentidos contrários em paralelo e com o gatilho em comum. A simbologia do 
TRIAC é apresentada na Figura 8.
Figura 8. Simbologia 
padrão para TRIAC.
Fonte: Hart (2012, p. 8).
9Tiristor
BALIGA, B. J. Advanced high voltage power device concepts. New York: Springer New 
York, 2012. 
HART, D. W. Eletrônica de potência: análise e projetos de circuitos. Porto Alegre: AMGH, 2012. 
RASHID, M. Eletrônica de potência: dispositivos, circuitos e aplicações. São Paulo: Pe-
arson, 2014. 
SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. 5. ed. São Paulo: Pearson, 2007. 
SEGUNDO, A. K. R.; RODRIGUES, C. L. C. Eletrônica de potência e acionamentos elétricos. 
Ouro Preto: Instituto Federal de Minas Gerais, 2015. Disponível em: https://www.ufsm.br/
unidades-universitarias/ctism/cte/wp-content/uploads/sites/413/2018/12/02_arte_ele-
tronica_de_potencia.pdf. Acesso em: 2 ago. 2019.
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