Tiristores

Prévia do material em texto

TiristoresTiristores
Nikolas Libert
Aula 5A
Eletrônica de Potência ET53B
Tecnologia em Automação Industrial
DAELT ● Nikolas Libert ● 2
Tiristores
 Dispositivos semicondutores que operam como 
chaves.
 Dois estados: corte e condução.
 Utilizados para controlar grandes quantidades de 
potência em sistemas CA e CC.
 Tipos:
– SCR (Silicon Controlled Rectifier). Chave unidirecional.
– GTO (Gate Turn-Off). Chave unidirecional com controle 
de corte.
– TRIAC (Triode AC). Chave bidirecional.
– DIAC (Diode AC). Chave bidirecional utilizada para 
controle de outros tiristores.
DAELT ● Nikolas Libert ● 3
Retificador controlado de Silício (SCR)
 Um dos dispositivos de potência mais utilizados.
 Funciona como um diodo com uma porta adicional 
para controle do início de condução.
 Opera em baixas frequências
 Estrutura PNPN A
K
G
P
N
P
N
A (ânodo)
K (cátodo)
G (porta)
DAELT ● Nikolas Libert ● 4
Chave Aberta
SCR Conduzindo
Chave Fechada
SCR Conduzindo
Chave Aberta
SCR Bloqueado
Retificador controlado de Silício (SCR)
P
N
P
N
A
K
G
P
N
P P
N
N
A
K
G
 Modelo Equivalente
A
K
G
RR I=0 RR
0,7
+
-
0,7
+
- RR
0,7
+
-
0,7
+
-
1 2 3
DAELT ● Nikolas Libert ● 5
Retificador controlado de Silício (SCR)
 Aplicações
– Fontes de tensão reguladas.
– Controle de motores.
– Conversores de frequência.
– Controle de iluminação e de aquecedores.
– Conversão de alta potência em sistemas CC e CA.
DAELT ● Nikolas Libert ● 6
Retificador controlado de Silício (SCR)
 Exemplos de encapsulamento:
500V
100A
5300V
1800A
500V
24A
TO209
TO200 TO208
DAELT ● Nikolas Libert ● 7
Retificador controlado de Silício (SCR)
 Exemplos de encapsulamento:
200V
0,5A
700V
12A
K G
A
TO92
K A
G
TO220
DAELT ● Nikolas Libert ● 8
Retificador Controlado de Silício
 SCR Ideal
A
K
G
+
-
VAK
IA
VAK(V)
IA(A)
Região de
bloqueio reverso
Região de
bloqueio direto
Região de
condução direta
Estado ligado
Estado desligado Estado desligado
Mudança de estado 
(IG aplicado)
Condições para início de condução:
- Aplicação de corrente de gatilho na porta.
- Tensão positiva entre ânodo e cátodo.
Condições para fim de condução:
- Passagem da corrente por zero (mesmo
que a corrente de gatilho seja removida!).
- Corte é sempre natural.
DAELT ● Nikolas Libert ● 9
Retificador Controlado de Silício
 O que ocorre com a lâmpada em cada etapa?
Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
Etapa 4 Etapa 5
4k
7
1k
12V
4k
7
1k
12V
4k
7
1k
12V
4k
7
1k
12V
4k
7
1k
12V
DAELT ● Nikolas Libert ● 10
Retificador Controlado de Silício
IL
+
-
Vo
+
-
Vi IG
Vi
ωt
ωt
ωt
IG
Vo
- O pulso de corrente controla o início da condução, mas não 
controla a interrupção.
- O pulso de corrente pode ser de curta duração (isso reduz 
perdas).
 E com fonte CA?
DAELT ● Nikolas Libert ● 11
Retificador Controlado de Silício
A
K
G
+
-
VAK
IA
VAK(V)
IA(A)
Corrente de
fuga reversa (IR)
Região de
Bloqueio reverso
Tensão reversa
Máxima (VBR)
Ruptura reversa
Corrente de
sustentação (IH)
Tensão de disparo
Direta (VDRM)
Região de bloqueio
direto (estado desligado)
Região de condução
direta (estado ligado)
IG0
IG1IG2
IG2>IG1>IG0
1/r0
VT0
 SCR Real
DAELT ● Nikolas Libert ● 12
Retificador Controlado de Silício
 Principais parâmetros:
– VDRM: Tensão de disparo direto
– IT(RMS): Máxima corrente RMS de condução.
– ITSM: Máxima corrente de surto.
– IGT: Máxima corrente de porta.
– VGT: Máxima tensão na porta.
– IH: Corrente de ânodo de sustentação.
– IL: Corrente mínima de ânodo para início de condução.
– VT0: Queda mínima de tensão na condução.
– r0: Resistência interna na condução.
DAELT ● Nikolas Libert ● 13
Retificador Controlado de Silicio
A
K
G
+
-
VAK
IA O SCR em condução
VAK(V)
IA(A)
Região de condução
direta (estado ligado)
1/r0
VT0
VT0
r0
A K
IA
Perdas no SCR: PSCR=I A (med)⋅VT 0+r0⋅I A (rms)
2
devido à queda
de tensão VT0
devido à resistência
interna r0
DAELT ● Nikolas Libert ● 14
Retificador Controlado de Silício
 Variação abrupta de corrente pode queimar o tiristor.
– Inserção de indutor para retardar aumento de corrente.
 Fatores que podem levar um tiristor ao disparo:
– Corrente de Gatilho.
– Aquecimento (Indesejado).
– Tensão elevada (Indesejado).
– Variação abrupta de tensão (Indesejado).
L
R
L≥
v p
(di /dt )max
v p :
(di /dt )max :
Máxima tensão de entrada
Máxima variação de corrente
aceitável (parâmetro do datasheet).
DAELT ● Nikolas Libert ● 15
Retificador Controlado de Silício
 Circuito Snubber.
– Para evitar disparo por variação abrupta de tensão.
– Capacitor se opõe à variação de tensão.
RL
R S
C≥
vDRM
RL⋅(dv /dt )max
RS≥√ vDRM(di /dt )max
Capacitor: evita disparo por variação de tensão.
Resistor: evita queima por sobrecorrente devido à descarga do 
capacitor quando o SCR entra em condução.
DAELT ● Nikolas Libert ● 16
Característica de transição do SCR
rG
+
-
vT
iG
R
E
V iG
t
Disparo Rápido (rG menor)
Disparo Lento (rG menor)
 Características de Transição do SCR.
DAELT ● Nikolas Libert ● 17
Característica de transição do SCR
iG
vG
vT
10% IG
IG
90% E
10% E
t
t
ttd tr
ton
ton depende da corrente de gatilho
ton = td + tr
1 μs < ton < 5 μs
td: tempo de retardo do crescimento da corrente de anodo.
tr: tempo de crescimento da corrente de anodo.
DAELT ● Nikolas Libert ● 18
TRIAC
 Um TRIAC funciona como dois SCRs em
antiparalelo.
 Pode conduzir independente da polaridade da tensão 
entre os terminais T1 e T2.
 Disparo por pulsos negativos e positivos.
T2
T1
G
T2
T1
G
DAELT ● Nikolas Libert ● 19
TRIAC
 O sentido da corrente de porta do TRIAC em relação 
à polaridade da tensão entre os terminais T1 e T2 
define o quadrante de operação.
 Os parâmetros do TRIAC, presentes no datasheet, 
podem mudar dependendo do quadrante utilizado.
T2
T1
G
DAELT ● Nikolas Libert ● 20
TRIAC
Quadrantes de
operação do TRIAC
DAELT ● Nikolas Libert ● 21
TRIAC
+-
vL
RL
T2
T1
G
iG
vE+
-
t
vL
π 2π
iG
t
α
DAELT ● Nikolas Libert ● 22
DIAC
 Como um Triac, porém sem pino de gatilho.
 A tensão de disparo direto é bem definida.
 Quando VDRM é extrapolada, o DIAC conduz.
 Utilizado como dispositivo de disparo para TRIACS.
A1
A2
DAELT ● Nikolas Libert ● 23
Referências
 BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do 
Autor, Florianópolis, 2006.
 AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência, Prentice 
Hall, 1ª ed., São Paulo, 2000
 ALMEIDA, José Luiz Antunes de. Dispositivos 
Semicondutores: Tiristores - Controle de Potência em 
CC e CA, 13ª ed., Érica, São Paulo, 2013.
 Datasheet: BTA08-600CW3G, Semiconductor 
Components Industries, LLC, 2012
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23