Aula_07-ELT-313-Tiristores

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Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV
ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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Aula 07 – Tiristores
Prof. Heverton Augusto Pereira
Universidade Federal de Viçosa - UFV 
Departamento de Engenharia Elétrica - DEL 
Gerência de Especialistas em Sistemas Elétricos de Potência – Gesep
heverton.pereira@ufv.br
www.gesep.ufv.br
TEL: +55 (31) 3899-3266
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Conteúdo
Tópicos
01 - Introdução
02 - Diodos de potência e circuitos RLC chaveados
03 - Retificadores com diodos
04 - Transistores de potência
05 Conversores CC-CC
06 Tiristores
07 Retificadores controlados
08 - Controladores de tensão CA
09 - Conversores CC-CA
10 - Inversores de pulso ressonante
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• Os tiristores convencionais conseguem passar de seu estado de
condução para o de não condução somente quando sua corrente é
levada a zero por outros meios.
• Os tiristores de desligamento pela porta (GTOs) são projetados para
conseguir controle tanto de entrada em condução quanto de
desligamento.
• Em comparação aos transistores, eles têm perdas menores no estado
de condução e maior capacidade de potência. Os transistores
apresentam desempenho superior no chaveamento em termos de
maior rapidez e perdas menores por comutação.
Introdução
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� Símbolo do tiristor e três junções pn:
Características dos tiristores
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� Seção transversal de um tiristor:
Características dos tiristores
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Modelo de tiristor com dois transistores
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� Modelo de tiristor com dois transistores para o estado transitório:
Modelo de tiristor com dois transistores
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� Circuito do tiristor e curva característica υ-i:
Características dos tiristores
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Ativação do tiristor
� Térmica
� Luz
� Tensão elevada
� ��/��
� Corrente de acionamento
Características dos tiristores
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Um tiristor é ligado pelo aumento da corrente de anodo:
• Térmica: Se a temperatura de um tiristor for elevada, há um
aumento no número de pares elétrons-lacunas, o que aumenta as
correntes de fuga.
• Luz: Se for permitido que a luz atinja as junções de um tiristor, os
pares elétrons-lacunas aumentam e o tiristor pode ser ligado.
• Tensão elevada: Se a tensão direta anodo-catodo for maior do que a
tensão direta de ruptura VBO, haverá um fluxo suficiente de corrente
de fuga para iniciar o disparo regenerativo.
Ativação do tiristor
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� dv/dt: Um valor elevado da corrente de carga talvez danifique o tiristor,
e o dispositivo deve ser protegido contra uma alta dv/dt.
� Corrente de acionamento: Se um tiristor estiver diretamente
polarizado, a injeção de corrente de acionamento pela aplicação de
tensão positiva entre os terminais da porta e do catodo o ligará.
Os seguintes pontos devem ser considerados:
� O sinal de acionamento deve ser removido após o tiristor ser ligado.
Enquanto o tiristor estiver inversamente polarizado, não deve haver
sinal de acionamento.
Ativação do tiristor
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� Um tiristor pode ser desligado pela redução da corrente direta para um
nível abaixo da corrente de manutenção IH.
� Em todas as técnicas de comutação, a corrente de anodo é mantida
abaixo da corrente de manutenção por um tempo suficientemente
longo para que todos os portadores em excesso nas quatro camadas
sejam eliminados ou recombinados.
� O tempo de desligamento, tq, é o valor mínimo do intervalo de tempo
entre o instante em que a corrente no estado ligado vai a zero e aquele
em que o tiristor é capaz de suportar uma tensão direta sem ligar e
depende do valor de pico da corrente e da tensão instantânea no
estado ligado.
Desligamento do tiristor
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Dependendo da constituição física e do comportamento de ligar e desligar,
os tiristores podem ser genericamente classificados em 13 categorias:
1. Tiristores controlados por fase (SCRs)
2. Tiristores bidirecionais controlados por fase (BCTs)
3. Tiristores assimétricos de chaveamento rápido (ASCRs)
4. Retificadores controlados de silício ativados por luz (LASCRs)
5. Tiristores tríodos bidirecionais (TRIACs)
6. Tiristores de condução reversa (RCTs)
Tipos de tiristor
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7. Tiristores de desligamento pela porta (GTOs)
8. Tiristores controlados por FET (FET-CTHs)
9. Tiristores desligados por MOS (MTOs)
10. Tiristores de desligamento (controle) pelo emissor (ETOs)
11. Tiristores de comutação por porta integrada (IGCTs)
12. Tiristores controlados por MOS (MCTs)
13. Tiristores de indução estática (SITHs)
Tipos de tiristor
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Tiristores controlados por fase (SCRs)
• Controle de porta: corrente para ligar.
sem controle de desligamento
• Controle: Liga com um sinal de pulso.
Desliga com comutação natural
• Frequência de chaveamento: 60 Hz
• Queda de tensão no estado ligado: baixa
• Faixa de tensão: 1500V
• Faixa de corrente: 1000A
Tipos de tiristor
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Tiristores bidirecionais controlados por fase (BCTs)
• Controle de porta: Tem duas portas
corrente para ligar.
sem controle de desligamento
• Controle:
Liga com um sinal de pulso.
Desliga com comutação natural
• Frequência de chaveamento: 60 Hz
• Queda de tensão no estado ligado: baixa
• Faixa de tensão: 6500V
• Faixa de corrente: 3000A
Tipos de tiristor
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Retificadores controlados de silício ativados por luz (LASCRs)
• Controle de porta: sinal de luz para ligar.
sem controle de desligamento
• Controle:
Liga com um sinal de pulso.
Desliga com comutação natural
• Frequência de chaveamento: 60 Hz
• Queda de tensão no estado ligado: baixa
Tipos de tiristor
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Tiristores tríodos bidirecionais (TRIACs)
• Controle de porta: corrente para ligar.
sem controle de desligamento
• Controle:
Liga com um sinal de pulso. Vantagem de conduzir nos dois
sentidos.
Desliga com comutação natural
• Frequência de chaveamento: 60 Hz
• Queda de tensão no estado ligado: baixa
Tipos de tiristor
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Tiristores assimétricos de chaveamento rápido (ASCRs)
• Controle de porta: corrente para ligar.
sem controle de desligamento
• Controle:
Liga com um sinal de pulso. Vantagem de conduzir nos dois
sentidos.
Desliga com comutação natural
• Frequência de chaveamento: 5000 Hz
• Queda de tensão no estado ligado: baixa
Tipos de tiristor
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Tiristores de desligamento pela porta (GTOs)
• Controle de porta: corrente para ligar.
corrente para desligar.
• Controle:
Liga com um sinal de pulso.
Desliga com sinal de pulso negativo.
• Frequência de chaveamento: 5000 Hz
• Queda de tensão no estado ligado: baixa
Tipos de tiristor
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Tiristores desligados por MOS (MTOs)
• Controle de porta: Duas portas
corrente para ligar.
tensão para desligar.
• Controle:
Liga com um sinal de pulso positivo de corrente na porta de
acionamento.
Desliga com sinal de tensão positiva na portaMOS.
• Frequência de chaveamento: 5 kHz
• Queda de tensão no estado ligado: baixa
• Faixa de tensão: 10 kV
• Faixa de corrente: 4 kA
Tipos de tiristor
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� Características no estado desligado de dois tiristores:
Operação em série de tiristores
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� Três tiristores conectados em série:
Operação em série de tiristores
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� Correntes diretas de fuga com divisão igual de tensão:
Operação em série de tiristores
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� Tempo de recuperação reversa e divisão de tensão:
Operação em série de tiristores
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� Quando tiristores são conectados em paralelo, a corrente
de carga não é compartilhada igualmente por conta das
diferenças em suas características.
� Divisão de correntes em tiristores:
Operação em paralelo de tiristores
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� Circuito de chaveamento de tiristor com indutor limitador de di/dt:
Proteção contra di/dt
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� Circuito de proteção contra dv/dt:
Proteção contra dv/dt
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• “Diodo para Corrente Alternada”
• Sem terminal de porta
• Condução bidirecional
DIAC - Introdução
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• Terminais arbitrários
• Camadas semicondutoras (PNPN - NP)
Figura 1 – Seção transversal do DIAC Figura 2 – Seção de um tiristor
comum
Estrutura interna
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Estrutura interna
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Curva característica
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v,i
t
Alimentação CA
Corrente do 
DIAC
Ativação do DIAC
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• “Tríodo de Corrente Alternada”
• Semelhança ao DIAC
• Gate
TRIAC - Introdução
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• Terminais arbitrários
• Camadas (PNPN – NP)
• Gate
Estrutura Interna
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Estrutura Interna
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Curva característica
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Ativação do TRIAC
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TRIAC:
• Apresenta terminal de porta
• Com controle de disparo
• Baixa frequência de chaveamento
• Principal Vantagem: bidirecionalidade
• Principal Desvantagem: corrente máxima inferior a outros 
tiristores
DIAC:
• Sem terminal de porta
• Sem controle de disparo
• Baixa frequência de chaveamento
• Principal Vantagem: bidirecionalidade
• Principal Desvantagem: sem controle do disparo
Comparação
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Aplicação
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Tiristores de desligamento por porta 
GTO E MCT
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GTO – Tiristor de desligamento pela porta
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Principais características:
● Ligado por pulso positivo de curta duração na porta.
● Desligado por pulso negativo de curta duração na porta.
● Requer 1% da corrente de porta do pulso de ligação durante o estado ligado.
● Não necessita circuito de comutação forçada.
● Altas frequências de chaveamento.
● Retenção de estado ligado e desligado.
GTO – Tiristor de desligamento pela porta
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GTO – Tiristor de desligamento pela porta
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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
GTO – Tiristor de desligamento pela porta
0 1
2 3
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GTO – Tiristor de desligamento pela porta
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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
GTO – Tiristor de desligamento pela porta
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R3 > R2
GTO – Tiristor de desligamento pela porta
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● O MCT reúne as características de um tiristor regenerativo de quatro camadas
com uma estrutura de porta MOS.
● Sinal de porta referenciado ao anodo.
● Perdas de chaveamento menores se comparado ao GTO.
MCT – Tiristor de desligamento pela porta controlado por MOSFET
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Principais características:
● Ligado por pulso negativo/positivo de curta duração na porta.
● Desligado por pulso positivo/negativo de curta duração na porta.
● Alta impedância na porta
● Não necessita circuito de comutação forçada.
● Altas frequências de chaveamento.
● Baixa tensão de bloqueio reversa.
MCT – Tiristor de desligamento pela porta controlado por MOSFET
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MCT – Tiristor de desligamento pela porta controlado por MOSFET
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• GTOs e MCTs são tipos de tiristores com possibilidade de desligamento
por sinal de porta.
• Esse tipo de dispositivo simplifica muito o circuito de comutação e o
manejo do sinal de controle quando comparado a tiristores comuns.
• O MOSFET presente na porta do MCT aumenta a impedância de entrada,
a frequência de chaveamento, reduz as perdas de comutação e tornam o
dispositivo competitivo para aplicações de chaveamento de potencia.
Conclusões