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Introduo a tiristores
Eletrnica de Potncia
Prof. Alceu Andr Badin
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Tiristores
Dispositivo semicondutor que controla a potncia entregue para
cargas, como motores, aquecedores etc, tanto em CA-CC como
CC-CA. Operam entre 2 estados: corte e conduo.
Tipos:
SCR (Silicon Controlled Rectifier). Interruptor unidireccional GTO (Gate Turn-off) Interruptor unidireccional (Corte pelo
gate)
TRIAC (Triode AC) Interruptor bidireccional DIAC. (Diode AC) Interruptor bidireccional (Controle de
tiristores)
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Tiristores Potncia para um nico dispositivo (aproximado)
SCR
GTO - IGCT
IGBT
MOSFET
Potncia (W)
Frequncia (Hz)
10M
1M
100k
10k
1k
100 60 1k 10k 100 k 1M
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Introduo tiristor SCR
Inveno 1957 (GE)
Uso Comercial desde 1962
Potncia:
SCR (Silicon Controlled Rectifier): 8.5kV / 3kA
LTT (Light Triggered Thyristor): 8kV / 3.5kA
iA
iG
G
A
K
Smbolo
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Introduo tiristor SCR
So largamente utilizados em circuitos de eletrnica de
potncia - um dos dispositivos semicondutores de
potncia mais utilizados;
So considerados chaves biestveis, estado de no-
conduo para o estado de conduo controlado, e de
conduo para no-conduo de forma natural;
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Introduo tiristor SCR
Dispositivo semicondutor de quatro camadas, de
estrutura pnpn, com trs junes pn
Disparo Controlado
Corte Natural
Fcil Conexo em Srie
Opera em frequncia baixa (50/60 Hz)
Disparo Controlado
Corte Natural
Fcil Conexo em Srie
Opera em frequncia baixa (50/60 Hz)
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Aplicaes
Fontes de tenso reguladas, controle de
motores, inversores, ciclo-conversores (conversores de
frequncia) carregadores de baterias, circuitos de
proteo, controles de iluminao e de aquecedores.
Converso de alta potncia em sistemas CC e CA Ex:
Mquinas e HVDC.
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Aplicaes: linha HVDC - Itaipu
Potncia de 6.300 MW
2 bipolos de +/- 600 kV / 2625 A
Comprimento 800 km
Total de tiristores = 18432 (Cada valvula tem 96 tiristores ligados
em srie)
HVDC Transmission line
765 kV AC Transmission
lines
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Aplicaes: linha HVDC
Retificador trifsico de 500 MW
e 500 kV em Inga-Shaba, ZAIRE.
Um dos 12 conjuntos de SCRs do retificador.
Um dos 12 conjuntos de SCRs do retificador.
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Exemplos de encapsulamento
500 V
24A
1300 V
1800A 500 V
100A
TO 200 TO 209
TO 208
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Exemplos de encapsulamento
200 V
0,5 A
TO 220 TO 92
K G
A
K
G A
700 V
12 A
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Caractersticas do tiristor - SCR
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Caractersticas do tiristor - SCR
VDRM: Tenso mxima repetitiva em estado de no conduo.
ITRMS: Corrente eficaz mxima em conduo.
IGT: Corrente mxima de disparo no gate.
VGT: Tenso mxima de disparo no gate.
VTM: Queda de tenso mxima em conduo.
IH: Corrente de manuteno.
ITSM: Corrente mxima transitria.
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Caractersticas do tiristor - SCR
Disparo e Corte
t
~
iA vS
vAK iG
R
iA vS
vAK 0 T/2 T
Corte
sempre natural
Quando o tirstor entra em conduo a tenso da fonte vai praticamente ficar aplicada integralmente na carga do circuito.
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Caractersticas dos tiristores - SCR
Um tiristor disparado:
aumentando-se a corrente de anodo;
Trmica;
Tenso elevada ou sobre-tenso;
dv/dt;
Corrente de gatilho;
Obs: Remover corrente de gatilho aps o
disparo, reduz perdas
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Caractersticas dos tiristores - SCR
Quando a tenso de anodo positiva em relao ao catodo, as
junes J1 e J3 esto polarizadas diretamente.
- tiristor est na condio de bloqueio direto ou estado
desligado;
- A corrente de fuga conhecida como corrente de
estado desligado ID.
- Se a tenso VAK for aumentada a um valor
suficientemente grande, a juno J2 reversamente
polarizada romper.
- Essa tenso a tenso de ruptura direta, (ruptura por
avalanche)
- tiristor est na condio de bloqueio direto ou estado
desligado;
- A corrente de fuga conhecida como corrente de
estado desligado ID.
- Se a tenso VAK for aumentada a um valor
suficientemente grande, a juno J2 reversamente
polarizada romper.
- Essa tenso a tenso de ruptura direta, (ruptura por
avalanche)
+
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Caractersticas dos tiristores - SCR
A corrente de travamento IL (latching current) a mnima corrente
de anodo necessria para manter o tiristor no estado de conduo;
Se a corrente de anodo for reduzida abaixo de um determinado
nvel conhecido como corrente de manuteno (holding current - IH),
uma regio de depleo se desenvolver em torno da juno J2;
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Caractersticas de um TRIAC
P1
P2
n1
n2n3
n4 n4
T2
T1G
T2
T1
G
Estrutura interna
Caracterstica
Smbolo
T2
T1 G
IT
VT +VB
IG
-VB IG
NOTA: Disparo por pulso positivo e negativo
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Caractersticas de um TRIAC T2
T1
G
UMAX
UCarga
t
IG
T2
T1
G
IG
Ue
RL
Ucarga
UT2T1
IG
Disparo
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Caractersticas do DIAC
Caracterstica
IT
VT +VB -VB A1 A2
Dispositivo auxiliar de disparo para tiristores
Suporta elevados picos de corrente Apresenta tenso de avalanche especificada (VB)
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Circuito equivalente do SCR
Perdas por conduo:
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Caracterstica da transio - SCR
No instante to a chave S fechada.
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Caracterstica da transio - SCR
ton depende da corrente de gatilho ton depende da corrente de gatilho
td: tempo de retardo do crescimento da corrente de anodo. tr : tempo de crescimento da corrente de anodo.
td: tempo de retardo do crescimento da corrente de anodo. tr : tempo de crescimento da corrente de anodo.