O SCR

Eletrnica Industrial

INTRODUO

Como do conhecimento de todos, os recursos naturais no so inesgotveis, o que nos leva a crer que ao transformarmos estes recursos na mais nobre forma de energia a Energia Eltrica, devemos utiliz-la da maneira mais proveitosa e racional possvel com base neste conceito que a engenharia eltrica est fundamentada, de forma a aplicar os conhecimentos cientficos converso tima dos recursos naturais.

De forma genrica podemos subdividir toda a engenharia eltrica nas seguintes reas:

Eletrnica - Trata os dispositivos e circuitos para o processamento das informaes em formas de sinais analgicos ou digitais, que d origem a eletrnica analgica e a eletrnica digital.

Eletrotcnica - Trata dos equipamentos rotativos e estticos (mquinas eltricas, transformadores, linhas de transmisso) com o propsito de gerar, transmitir e distribuir a energia eltrica.

Controle Automtico - Trata das tcnicas de anlise da estabilidade de sistemas contnuos e discretos no tempo, que originam o controle linear e controle discreto.

Podemos imaginar a Eletrnica Industrial como um elo de ligao entre estas reas.

So vastas as aplicaes da Eletrnica Industrial no nosso cotidiano e na indstria, entre estas aplicaes podemos citar:

Iluminao;

Aparelhos eletrnicos (computadores, televises, videocassetes, etc.);

Aquecedores;

Ventiladores;

No-Breaks;

Elevadores;

Bombas dgua;

Robs;

Mquinas de Soldas;

Locomotivas;

Automveis eltricos;

Reatores eletrnicos;

Carregadores de bateria;

Gerao de energia (elica, fotovoltica, etc.);

Suprimento de energia (aeronaves, navios, trens, satlites, etc.);

Acionamento de motores AC e DC.

1 - CONVERSORES

Os conversores de energia eltrica ou simplesmente conversores so equipamentos empregados para o controle do fluxo de energia eltrica entre dois ou mais sistemas eltricos, realizando o tratamento eletrnico da energia eltrica atravs de elementos passivos (resistores, capacitores e indutores) e de elementos ativos (diodos, transistores e tiristores) associados segundo uma topologia pr-estabelecida.

Cada aplicao requer um tipo de conversor, pois uma forma de alimentao AC ou DC necessria.

Os quatro tipos bsicos de converso de energia eltrica so:

Fig. 1- Tipos bsicos de converso de energia eltrica.

2 - O SCR

Tiristor o nome genrico de uma famlia de componentes de estado slido de quatro camadas PNPN. Face sua grande utilizao, o SCR (Retificador controlado de silcio), freqentemente chamado de tiristor.

De todos os tiristores, o SCR o que consegui dissipar maiores quantidades de calor. Por esse motivo utilizado em inmeras aplicaes que envolvem elevadas correntes e/ou elevadas tenses.

Fig. 2 - Estrutura e smbolo do SCR.

O SCR um retificador que pode ser controlado. Deste modo, a caracterstica de um SCR deve ser semelhante de um diodo. Esse comportamento pode ser observado nas curvas a seguir.

Fig. 3 - Grficos da corrente em funo da tenso de um diodo e um SCR.

Se fizermos uma anlise idealizado do diodo podemos dizer que para VAK < 0, o diodo no conduz, sua corrente nula e o dispositivo comporta-se como uma chave aberta. Quando a tenso VAK tende a tornar-se positiva, o diodo conduz, mantendo VAK = 0. Nesta situao, que corresponde a uma chave fechada, a corrente do diodo somente ser limitada atravs de alguma resistncia que o conecte fonte de alimentao.

Fazendo a mesma anlise idealizada para o SCR nota-se que para um VAK < 0, o seu comportamento semelhante ao de um diodo, impedindo a passagem de corrente. Em VAK = 0, diferente do diodo, o SCR no comea a conduzir, mantendo ainda uma impedncia elevada nos seus terminais. Somente a partir do instante em que aplicado um pulso de corrente no terminal de disparo chamado gatilho, que o SCR passar conduo, exibindo uma resistncia virtualmente nula nos seus terminais. Nesta condio, a corrente ser, como no caso de um diodo, limitada por uma resistncia que estiver em srie com o SCR.

Analogia com dois transistores

Fig. 4 - Estrutura simplificada do SCR e analogia com dois transistores.

A Figura 4 mostra a estrutura simplificada de um SCR e a maneira como esta estrutura pode ser alterada de modo a transform-lo em uma associao de dois transistores complementares, um PNP e outro NPN.

Esta configurao pode nos ajudar a analisar algumas possibilidades de disparo do SCR.

Mtodos de disparo de um SCR

Disparo por pulso de gatilho

Esta a forma usual de disparo. A seguir estudaremos outros mtodos de disparo que na maioria das aplicao so indesejveis. Se no circuito da figura abaixo mantivermos fixo VS em um dado valor, determinamos uma reta do carga par ao mesmo. Se aplicarmos em sinal no gate, de tal modo que o gate seja positivo em relao ao catodo, iremos disparar o SCR.

Fig. 5 - Circuito simplificado de disparo de um SCR.

Ao fecharmos a chave S, mesmo por um breve perodo de tempo, injetaremos uma corrente de base em T2 fazendo com que IB2 aumente. Em conseqncia, IC2 aumentar, acontecendo o mesmo com IB1 e IC1, acarretando em novo aumento de IB2. Esse processo continua, com as correntes aumentando de valor at que ambos os transistores saturem. A partir desse instante, podemos retirar a excitao de gate, abrindo a chave S, que o processo se mantm com um transistor alimentando o outro. O SCR passa ento ao estado de conduo.

A influncia do sinal de gate est mostrada na Figura 6.

Fig. 6 - Caracterstica tenso-corrente do SCR com reta de carga.

Vemos que existem diferentes curvas VAK x IA para diferentes valores da corrente injetada no gate. Vemos tambm que se aumentarmos o nvel da corrente de gate Ig, a tenso VBO cada vez mais decresce.

O SCR permanecer no estado de bloqueio direto, determinado pelo ponto ( sobre a reta de carga assinalada na figura, se a corrente de gate Ig0 for mantida.

Se aplicarmos ao gate a corrente Ig2, o ponto de operao sobre a reta de carga ser o (. Nesse ponto a tenso de disparo VBO2 atingida. A transio ser feita do ponto ( para o ponto ( sobre a reta de carga.

Devemos manter o sinal de gate durante todo o perodo de tempo da transio.

Ao final da transio a corrente IA deve atingir um valor igual ou superior a IL - corrente de Latching (partida). Que seria a corrente mnima de anodo, no momento da partida, para garantir a conduo do tiristor.

Se uma dessas condies anteriores no for obedecida o SCR no permanece em conduo e volta ao estado de bloqueio (ponto ().

Disparo por sobretenso

medida que se aumenta a tenso VAK, entre anodo e catodo, este aumento reflete-se totalmente na juno J2 uma vez que as junes J1 e J3 esto polarizadas diretamente.

Haver um ponto em que o campo eltrico da juno reversamente polarizada, acelera os portadores minoritrios que a cruzam, a tal ponto que um fenmeno de avalanche se estabelece, provocando um aumento da corrente de anodo. Esta corrente ser limitada apenas pela resistncia de carga, entrando o mesmo em conduo.

Este procedimento, nem sempre destrutivo, raramente utilizado na prtica. Para o gatilho em aberto, ou seja, Ig = 0, a tenso na qual o SCR passa ao estado de conduo chamado tenso de breakover VBO.

Este disparo pode ser observado a partir da curva caracterstica VAK x IA do SCR.

Se a tenso fornecida pela fonte de alimentao for VS2 a tenso sobre o SCR ser VBO, resultando uma operao no ponto (. A corrente no SCR comea a crescer. Ao aumentar a corrente estaremos indo em direo ao ponto (, sob a reta de carga. Se mantivermos VS fixo em VS2, o ponto de operao final ser o ponto (. Esse procedimento, nem sempre destrutivo, mas raramente utilizado na prtica.

Fig. 7 - Disparo por sobretenso num SCR.

Disparo por dV/dt

Quando o SCR est polarizado diretamente, sem aplicaes de pulso de disparo no gate, verificamos que a juno J2 est reversamente polarizada, havendo portanto uma distribuio de cargas nas proximidades da juno, a qual se associa um efeito capacitivo.

Logo ao haver um dV/dt entre anodo e catodo, aparece uma corrente capacitiva pela juno J2 igual a:

(1.1)

que pode provocar a ao regenerativa do SCR, tal como quando o SCR excitado com uma corrente de gate.

Esse disparo normalmente no desejado, e evitado pela ao de um circuito de proteo conhecido como Snubber. Este circuito utilizado individualmente em cada SCR e utilizando um elemento que se ope as variaes de tenso.

Mtodos de comutao de um Tiristor

Comutar um Tiristor, significa lev-lo do estado de conduo ao estado de bloqueio. A comutao se completa quando, cessada a conduo no sentido direto, a reaplicao de tenso direta entre anodo e catodo no faz com que o Tiristor volte a conduzir. Naturalmente, como no disparo, leva um certo tempo para que o Tiristor possa assumir esta condio de bloqueio.

Comutao Natural em um SCR

Quando se reduz a corrente de anodo IA abaixo de um valor mnimo IH, chamado de corrente de manuteno (holding current) o SCR comuta, normalmente esta corrente cerca de mil vezes menor que a corrente nominal do SCR.

Em um circuito AC, a corrente normalmente passa pelo zero em algum ponto, levando o SCR ao bloqueio. Entretanto, em circuitos DC, uma vez que a tenso entre anodo e catodo permanece positiva, a corrente de anodo s pode ser reduzida pela abertura de uma chave, pelo aumento da impedncia de carga ou desviando parte da corrente de carga atravs de um circuito em paralelo com o tiristor, ou seja, curto-circuitando o SCR.

Comutao por polarizao reversa em um SCR

Em um circuito AC, quando a fonte passa pelo semiciclo negativo, possvel que uma tenso reversa seja aplicada a um SCR. Este tipo de comutao chamada comutao por fase ou comutao pela rede.

Em um circuito DC, deve-se aplicar uma tenso reversa entre os terminais do tiristor, de modo a lev-lo ao bloqueio. Normalmente o que se faz, colocar um capacitor, carregado previamente com uma tenso reversa, em relao aos terminais do dispositivo, e faz-lo descarregar pelo mesmo. Este mtodo chamado de comutao forada.

Comutao por pulso de corrente em um GTO

No caso dos GTOs, a aplicao de um pulso negativo de corrente no gate faz com que o valor da corrente de manuteno IH aumente a ponto de superar a corrente de anodo. Assim o GTO comuta.

3 - PROTEES

O efeito di/dt

Quando um SCR disparado, atravs da injeo de corrente no gate, inicialmente o fluxo da corrente de anodo IA se concentra em uma rea prxima ao gate. A rea de concentrao da corrente se espalha por toda a rea do catodo a uma taxa aproximada de 0,1 mm/s.

Se a corrente de anodo aumentar muito rapidamente, haver um aquecimento localizado nessa rea preferencial, face elevada densidade de corrente resultando em um aquecimento localizado (hot spot) capaz de destruir o SCR.

Em alguns casos, embora no necessariamente, um di/dt elevado ocorre no instante do chaveamento. Nesses casos, a simples aplicao de um indutor em srie no circuito de anodo, limita o crescimento da corrente.

O efeito dV/dt

Uma maneira de prevenir o disparo por dV/dt consiste na colocao de um capacitor em paralelo com o SCR (uma vez que o capacitor no permite que a tenso varie instantaneamente entre seus terminais). Mas esse arranjo no satisfatrio, pois no disparo do SCR se o capacitor se carregou durante algum transitrio, haver uma descarga rpida do capacitor pelo SCR, eventualmente ultrapassando a taxa crtica di/dt, causando dano ao SCR.

Para resolver esse problema, coloca-se um resistor em srie com o capacitor, que limita a corrente de descarga do capacitor.

O clculo do snubber algo complicado, pois depende muito das caractersticas da carga e do SCR nem sempre acessveis. Os valores tpicos so:

Surtos de corrente

Os SCRs, como os diodos retificadores, tm baixa capacidade trmica, ou seja, a temperatura dos mesmos cresce rapidamente a medida que a corrente aumenta. Para que os mesmos no sejam danificados, a corrente deve ser interrompida.

Se a corrente do SCR atingir valores intolerveis em menos de meio ciclo, devemos interromp-la atravs de fusveis especiais, ultra-rpidos que evitam a destruio do SCR.

Em termos de uma corrente de curto a capacidade I2t (dado fornecido pelo fabricante) do SCR nunca dever ser atingida, sob pena do SCR ser danificado.

O valor de I2t usado para definir a capacidade trmica de fusveis. Na proteo dos tiristores interessante fazer com que a especificao de I2t dos mesmos, seja superior a especificao de I2t do fusvel. Esta especificao presume que o fusvel ir eliminar uma falha em menos do que meio ciclo.

Agora, podemos mostrar na figura abaixo um SCR com suas protees de I2t, di/dt e dV/dt.

Fig. 8 - SCR com protees de I2t, di/dt e dV/dt.

4 - TIPOS DE DISPARO

Disparo por corrente contnua

Este tipo de disparo gerado por circuitos de gatilhamento simples, alm de assegurar o gatilhamento para cargas indutivas. Porm deve-se observar os limites de tenso, corrente e potncia no gate. Este disparo no permite o desacoplamento entre o circuito de disparo e o circuito de potncia, atravs de transformador de pulso. Entretanto pode-se utilizar um acoplador tico para que haja isolamento.

Disparo por pulso de corrente

Disparo por pulso de corrente o meio mais eficiente de se conseguir o disparo de um SCR, particularmente porque poder proporcionar uma pequena dissipao na juno gate-catodo, embora se utilize de uma potncia de pico elevada.

As principais vantagens na utilizao do disparo por pulsos de corrente, em lugar do disparo com corrente contnua so:

Reduo da potncia dissipada na juno gate-catodo;

Possibilidade de se obter isolao eltrica entre o circuito de disparo e o dispositivo, atravs do uso de transformadores de pulso.

Aqui tambm poder ser utilizado o acoplador tico no isolamento.

Fig. 9 - Acoplamento com transformador de pulso e acoplador tico.

Disparo por trem de pulsos

Dependendo da natureza da carga, por vezes se faz necessria a aplicao de um trem de pulsos de corrente, ao invs de um nico pulso de corrente de curta durao, afim de garantir o disparo e diminuir a potncia mdia dissipada no gate.

5 - ASSOCIAO DE SCRs

Associao em srie

aplicada na utilizao de altas tenses. Como as caractersticas no so em geral idnticas, h necessidade de circuitos externos que imponham uma diviso equitativa da tenso total aplicada.

Fig. 10 - Associao de SCRs em srie.Associao em paralelo

Em aplicaes que requerem corrente elevada, pode ser necessria a associao de dois um mais tiristores semelhantes, que dividem entre si a corrente de carga. O principal problema associado com este arranjo que diferentes nas capacidades de conduo dos dispositivos, fazem com que as correntes sejam diferentes. Esta configurao pode ser vista na Figura 11.

Fig. 11 - Associao de SCRs em paralelo.

6 - O TRIAC

TRIAC um tiristor bidirecional. Sua caracterstica esttica e seu smbolo so mostrados abaixo.

Fig. 12 - Curva caracterstica e smbolo do TRIAC.

Como pode ser visto, o TRIAC conduz nos dois sentidos de polarizao, entretanto em conduo de modo anlogo ao SCR, seja pela ultrapassagem da tenso de breakover, seja por aplicao de pulso de gatilho. O interessante no TRIAC que, alm de conduzir nos dois sentidos, o mesmo pode ser disparado tanto por pulso positivo como por pulso negativo.

Uma viso simplista do TRIAC, a de uma associao de dois SCRs em anti-paralelo, como mostra a figura abaixo.

Fig. 13 - Representao do TRIAC atravs de dois SCRs.

Existem duas falhas neste circuito equivalente. A primeira que, desta maneira, no conseguimos explicar o disparo do TRIAC com tenso negativa no gatilho. A segunda que, em um SCR, precisamos referenciar os sinais de gatilho ao catodo do mesmo. Assim, se os gatilhos dos SCRs fossem unidos para formar um nico terminal de gatilho do TRIAC, para fixarmos uma referncia nica para este gatilho, teramos que curto-circuitar os catodos dos SCRs, eliminando o TRIAC.

7 - O GTO

O GTO um tiristor de funcionamento anlogo ao do SCR, com a vantagem de poder ser disparado e bloqueado atravs de pulsos adequados, aplicados a um nico terminal de gatilho. Sua estrutura interna semelhante do SCR. Seus smbolos mais usuais so apresentados na figura abaixo.

Fig. 14 - Smbolos mais usuais para o GTO.

8 - O DIAC

O DIAC um dispositivo semicondutor de cinco camadas e dois terminais. um dispositivo bidirecional. O valor da tenso de disparo deste dispositivos esta na faixa de 20 a 40 V. Sua caracterstica VA2A1 x IA e seu smbolo mais usual so mostrados na Figura 15.

Fig. 15 - Caracterstica e smbolo do DIAC.

9 - O UJT

O UJT um dispositivo semicondutor de trs terminais com apenas uma juno PN. Um destes terminais chamado de emissor e os outros dois terminais so chamados de base 1 (B1) e base 2 (B2). O esquema abaixo ilustra suas camadas e seu smbolo mais usual.

Fig. 16 - Estrutura simplificada e smbolo do UJT.

Em relao aos terminais B1 e B2, a barra nada mais que um simples resistor cuja resistncia depende de valores construtivos, ou seja, das dimenses e da dopagem. Essa resistncia denominada de resistncia interbases rbb, que varia entre 4 k a 10 k. A figura abaixo mostra a curva caracterstica VE x IE do UJT.

Fig. 17 - Caracterstica tenso-corrente do UJT.

A operao normal do UJT consiste em aumentar VE at que seja atingido o valor da tenso de pico VP. Nesse valor da tenso de emissor, o diodo de emissor passa a ficar diretamente polarizado, e dito que o UJT foi disparado.

O UJT um dispositivo com diferentes propriedades em relao aos demais dispositivos semicondutores, entre as quais podemos destacar:

sua tenso de disparo aproximadamente uma frao fixa da tenso de alimentao;

possui uma regio de resistncia negativa bastante estvel;

sua resistncia interna interbases na condio desativado relativamente elevada (4 k a 10 k);

necessita de baixos valores de corrente de disparo (2 A a 10 A);

apresentam elevada capacidade de corrente de pulso (2 A);

so disponveis a sada (B1), tenses de pico relativamente elevadas (2 V a 5 V), que podem ser usadas no disparo de tiristores.

10 - O PUT

O PUT um dispositivo de quatro camadas e trs terminais, com o gate colocado na camada N central.

A figura abaixo mostra a estrutura fsica simplificada e o smbolo do PUT.

Fig. 18 - Estrutura simplificada e smbolo do PUT.

Fig. 19 - Caracterstica tenso-corrente do PUT.

Apesar de sua semelhana com o SCR, o PUT chamado de transistor de unijuno, uma vez que o mesmo usado em circuitos onde poderiam ser usados UJTs convencionais. As caractersticas de ambos os dispositivos so semelhantes. Veja Figura 19.

A tenso de disparo do PUT programvel, podendo ser fixada atravs da escolha de um divisor resistivo adequado.

Fig. 20 - Divisor resistivo para determinar a tenso de disparo do PUT.

Pode-se utilizar um divisor de tenso para calcular a tenso de disparo uma vez que a corrente de gate muito pequena.

(1.2)

Onde VD a queda de tenso no diodo intrnseco ao componente. Este valor (( 0,7 V) pode ser desprezado na maioria dos casos.

Alm disso o PUT mais rpido e mais sensvel que o UJT e, embora encontre aplicaes limitadas como elemento de controle de fase, em circuitos de tempo de longa durao, seu desempenho superior face a sua menor corrente de pico no disparo.

11 - CIRCUITOS DE DISPARO

O fato de um tiristor de potncia permitir o fluxo de alguns milhares de Watts em resposta aplicao sobre o seu gate de um sinal de fraes de Watts e poucos micro segundos de durao, o tornam um amplificador de potncia de extraordinrio ganho.

No entanto, embora relativamente simples, a realizao de um circuito de comando para gerar um pulso adequado ao disparo de um tiristor dever observar as seguintes condies bsicas:

as caractersticas de gate do tiristor, de modo a gerar um pulso capaz de provocar o seu disparo, porm sem coloc-lo em risco de dano;

a organizao da seqncia de aplicao de pulsos sobre os tiristores da topologia, de modo a observar as funes desejadas relativas ao tipo de converso e aos critrios de regulao do sistema.

Alm dessas funes bsicas - disparo e organizao - existem outras funes que devem ser cumpridas pelo circuito de comando, como por exemplo, a supresso dos pulsos, a limitao do deslocamento de fase, etc.

A correta operao de disparo de um tiristor depende no somente do envio ao gate de um pulso adequado no momento exato, mas tambm depende da ausncia de qualquer sinal esprio que provoque o seu disparo indesejado. Desse modo, como consideraes prticas, prudente, e mesmo recomendvel, tomar-se algumas precaues com relao ao posicionamento do circuito de comando na montagem do armrio do conversor. Os fios que alimentam o gate-catodo do tiristor devem ser tranados; apresentarem um menor comprimento possvel; um bom distanciamento dos cabos de potncia, de chaves mecnicas de comutao, de controladores de potncia, etc.

Afim de produzir uma isolao eltrica entre o circuito de comando e o de potncia recomendvel a utilizao de transformadores de pulsos ou acopladores ticos nos circuitos de comando mesmo para conversores de baixa potncia, sendo indispensvel nos de elevada potncia.

Circuitos especiais devem ainda ser tomados na captao dos sinais para os circuitos de regulao que iro acionar os de comando de gate, de modo a manter uma isolao eltrica entre esses circuitos e os de potncia.

Modos de comando

O ponto de interseo entre um sinal de comando Vc e um sinal de referncia Vr define o instante de disparo dos tiristores.

O sinal Vr normalmente uma tenso de referncia tomada em relao alimentao do conversor.

O sinal Vc um sinal de comando resultante da comparao entre uma grandeza tomada como referncia pr ajustada no sistema de controle e o seu valor real.

Existem dois modos de se fazer a comparao entre Vc e Vr, que originam os seguintes tipos de comando:

Comando horizontal;

Comando vertical.

Comando horizontal

O sinal Vc, uma tenso alternada senoidal, progressivamente defasada em relao ao sinal Vr, tambm uma tenso alternada senoidal. O instante de disparo dado pela passagem por zero de Vc em relao origem de Vr. O defasamento conseguido por meio de circuitos RC ou RL.

Geralmente esse tipo de comando s utilizado em circuitos de baixa potncia, como o controle de intensidade luminosa de pequenas potncias e de velocidade de pequenos motores.

Fig. 21 - Formas de onda para comando horizontal.

Comando vertical

O sinal Vc uma tenso contnua, enquanto Vr uma tenso dente de serra ou uma tenso cossenoidal. O instante do disparo determinado pela comparao entre Vr e Vc, originando um pulso que enviado ao gate do tiristor.

Comando vertical linear

A tenso Vr uma onda dente de serra e Vc uma tenso contnua. O disparo do tiristor gerado no instante em que Vr = Vc.

Fig. 22 - Formas de onda para comando vertical linear.

Variando-se a tenso de comando Vc de 0 a Vm, o ngulo de disparo ir variar de 0 a .

Da figura acima podemos obter a relao:

ou

(1.3)

onde o ngulo de disparo uma funo linear da tenso de comando Vc.

Comando vertical cossenoidal

O pulso de disparo ser gerado no ponto de cruzamento de uma tenso cossenoidal Vr, obtida da tenso da rede (ou tenso de sincronizao), com uma tenso contnua Vc, isto , quando Vr = Vc.

Variando-se a tenso de comando Vc de Vm a -Vm, o ngulo de disparo ir variar de 0 a .

O ngulo de disparo em funo da tenso de comando Vc dado pela relao:

(1.4)

Fig. 23 - Formas de onda para comando vertical cossenoidal.

12 - CIRCUITOS BSICOS DE COMANDO

Circuitos de disparo com UJT

A figura abaixo mostra um circuito de disparo com UJT, onde a fonte de alimentao do UJT obtida da prpria fonte que alimenta o circuito de potncia, facilitando o sincronismo entre os dois circuitos.

Fig. 24 - Circuito de disparo de um SCR utilizando UJT.

A tenso Vac inicialmente retificada em onda completa. A tenso retificada limitada pelo diodo zener em seu valor Vz, responsvel pela alimentao do UJT, sincronizada com Vac.

Aps o zener vem o oscilador de relaxao a UJT responsvel pelos pulsos de gatilhamento do SCR, e o transformador de pulsos, responsvel pela isolao entre o circuito de disparo e o de potncia. O diodo evita o aparecimento de pulsos negativos no gate do SCR.

O funcionamento do circuito pode ser observado a partir das formas de onda das tenses de interesse dadas na figura abaixo.

Fig. 25 - Formas de onda do circuito de disparo utilizando UJT.

Como podemos observar da figura anterior, ao final de cada semiciclo, a tenso de alimentao do UJT (Vz) cai a zero e o mesmo dispara, ficando o capacitor descarregado para o prximo semiciclo.

O intervalo entre o incio do semiciclo e o aparecimento do primeiro pulso constante.

Tambm podemos concluir que apenas o primeiro pulso ser til, j que os demais encontraro o SCR j disparado pelo primeiro pulso. Ao variarmos P, variamos e o nmero de pulsos por semiciclo.

Para um correto funcionamento do circuito, o ngulo de disparo deve estar entre os limites:

(1.5)

Circuito de disparo com DIAC

O circuito da figura abaixo mostra um circuito de disparo com DIAC.

Fig. 26 - Circuito de disparo de um TRIAC utilizando DIAC.

O capacitor se carrega com uma tenso atrasada em relao a tenso Vac. Ao atingir a tenso de disparo do DIAC, este conduz aplicando um pulso de corrente no gate do TRIAC que tambm conduz. Mediante o controle da defasagem da rede RC controla-se o ponto em que o disparo do DIAC ocorrer e, portanto, controla-se a tenso aplicada carga.

Um problema que surge quando o TRIAC disparado inicialmente em baixos valores de ngulo de disparo, o chamado efeito de histerese. Esse efeito caracterizado por uma diferena no ajuste do potencimetro P de controle quando se est aumentando ou diminuindo a potncia entregue carga.

Circuito de disparo com o circuito integrado TCA 780

O circuito integrado monoltico analgico TCA 780 com 16 pinos disponveis. Entre vrias aplicaes gerais dedicado aplicao de controle de ngulo de disparo de tiristores (TRIACs e SCRs) continuamente de 0 a 180. Sua configurao interna possibilita uma simplificada seleo de componentes externos para chaveamento (veja Figura 27), sem tornar muito volumoso o circuito final. Devido a sua versatilidade, permite inmeras aplicaes dentro da eletrnica, apesar de se tratar de um componente dedicado construo de circuitos de disparos para tiristores em geral.

Principais caractersticas:

Compatvel com LSI (lgica digital altamente imune a rudo);

Consumo interno de corrente, apenas 5 miliamperes;

Possibilidades de inibio simultnea de todas as sadas;

Operao em circuitos polifsicos, utilizando mais de um TCA 780 ligados em paralelo, ligao esta j prevista pelo fabricante;

Duas sadas principais (corrente at 55 miliamperes) e duas em coletor aberto (corrente at 1,5 miliamperes);

Uma sada para controle de TRIACs;

Durao dos pulsos de sada determinada pela colocao de um capacitor externo;

Sada de tenso regulada em 3,1 V.

Fig. 27 - Diagrama de blocos interno do TCA 780.

BLOCO 1 - Detetor de zero.

BLOCO 2 - Memria de sincronismo.

BLOCO 3 - Unidade lgica.

BLOCO 4 - Monitor de descarga de C10.

BLOCO 5 - Regulador de tenso (3,1 V).

BLOCO 6 - Comparador de controle.

Funes resumidas pino a pino:PINO 1 - Terra.

PINO 2 - Sada complementar do pino 15, em coletor aberto.

PINO 3 - Sada do pulso positivo, em coletor aberto.

PINO 4 - Sada complementar do pino 14, em coletor aberto.

PINO 5 - Entrada de sincronismo (diodos em antiparalelo).

PINO 6 - Inibe todas as sadas (quando aterrado).

PINO 7 - Sada em coletor aberto para acionar TRIACs.

PINO 8 - Fornece 3,1 V estabilizado.

PINO 9 - Potencimetro de ajuste de rampa (20 < R9 < 500K).

PINO 10 - Capacitor de formao de rampa (C10 ( 0,5 F).

PINO 11 - Entrada da tenso de controle (nvel DC).

PINO 12 - Controla a largura dos pulsos das sadas 14 e 15.

PINO 13 - Controla a largura dos pulsos das sadas 2 e 4.

PINO 14 - Sada de pulso positivo no semiciclo positivo.

PINO 15 - Sada de pulso positivo no semiciclo negativo.

PINO 16 - Alimentao DC, no necessariamente estabilizada.

Aplicaes:

Veja nos diagramas abaixo duas aplicaes com o TCA 780 no controle de potncia de uma ponte semicontrolada e uma ponte totalmente controlada.

Fig. 28 - Circuito completo para controle de potncia em uma ponte semicontrolada.

Fig. 29 - Circuito completo para controle de potncia em uma ponte totalmente controlada.

SENAI

22Servio Nacional de Aprendizagem Industrial

SENAI

Servio Nacional de Aprendizagem Industrial21

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