quarta-feira, 7 de agosto de 2013

SCR - Retificador Controlado de Silício: Disparo e Interrupção do SCR


Retificador controlado de silício, como dispará-lo e interrompê-lo? Neste artigo vou complementar um pouco mais sobre os componentes de quatro camadas apresentado em SCR - Retificador Controlado de Silício: Funcionamento Básico.  Um resumo das formas de disparo e interrupção deste componente são apresentado a seguir.  






No artigo anterior apresentei os tipos de SCRs descrevendo o seu funcionamento e suas características. Falei os motivos que levam este dispositivo entrar no estado de condução ou de interrupção. Agora veremos como fazer para disparar e desligar esse componente na eletrônica.


Interrupção do SCR


Um SCR não pode ser desligado simplesmente com a remoção do sinal da porta (G), apenas alguns podem ser desligados aplicando-se um pulso negativo ao terminal da porta. Os dois métodos para desligar um SCR são classificados como interrupção da corrente do ânodo e técnica de comutação forçada [2].

Em aplicações CC a interrupção do retificador controlado de silício é feita por intermédio de um circuito externo. Nas figuras 1a e 1b temos as duas possibilidades para a interrupção de corrente. Na figura 1a a corrente Ia é levada a zero quando a chave em série é aberta. Já na figura 1b a mesma condição é obtida quando uma chave paralela ao SCR é fechada [1][3]. Na verdade o SCR é interrompido ou sai do setado de ligado quando a corrente de condução cai abaixo do valor da corrente de sustentação. Outra forma de interromper um SCR é utilizando um capacitor de comutação.

Desbloqueio de um SCR
Figura 1 - Desbloqueio de um SCR [1].

Porem, nas aplicações em corrente alternada o bloqueio do dispositivo ocorre de forma natural devido a inversão do sentido da corrente nos semiciclos negativos da fonte. Portanto não é necessária a utilização de circuitos adicionais para desligar o componente.


Circuitos de acionamento para SCR


Para o bom funcionamento dos sistemas que utilizam SCRs os circuitos de acionamento devem proporcionar o sinal de disparo no tempo correto, de modo que garanta a passagem para o estado ligado quando desejado [2][3]. De modo geral o circuito de acionamento deve obedecer alguns pontos, que são:
  • Produzir um sinal na porta de amplitude e tempo de subida curto.
  • Produzir um sinal na porta com duração adequada.
  • Fornecer um controle de disparo preciso na faixa requerida.
  • Assegurar que o acionamento não ocorra em decorrência de ruídos.
  • Para aplicações AC, assegurar que o sinal na porta seja aplicado quando o SCR estiver diretamente polarizado.
  • Em circuitos trifásicos, fornecer, na porta pulsos que estejam 120° fora de fase em relação ao ponto de referencia.
Existem, basicamente, três tipos de sinais para disparo, que são: Sinais DC, sinais pulsados e sinais AC.


Dispara do SCR com Sinais DC


Na figura 2a temos um circuito simples que proporciona um sinal CC para disparo a partir de uma fonte externa (Eg). A chave S é acionada para levar o SCR ao estado de condução [2]. 
O valor de Rg pode ser obtido pela formula: Rg=(Eg-0,7)/Ig. Onde Ig é dado pelo fabricante no datasheet.

Disparo de um SCR modo DC
Figura 2a - Disparo de um SCR com sinal CC [2].

Um circuito alternativo para disparar o SCR sem a utilização de uma fonte externa é apresentada na figura 2b, o sinal é obtido da fonte principal.

Disparo de um SCR, condução de um SCR
Figura 2b - Disparo de um SCR com sinal CC [2].

O resistor RL representa uma carga do circuito como uma lâmpada, por exemplo.
A presença do diodo D ligado entre a porta (G) e o cátodo (K) serve para proteger o SCR contra sinais negativos na porta. Em certos casos a aplicação de um sinal CC de disparo não é desejável, por causa da dissipação de energia que ocorreria durante todo o período de tempo.

 

Disparo do SCR com Sinais Pulsados


Para reduzir a dissipação de potência na porta, os circuitos de disparo do SCR podem gerar um único pulso, ou uma sequencia de pulsos, em vez de um sinal CC. Com o acionamento por pulso é fácil fornecer isolamento elétrico entre o circuito de comando e o SCR além de minimizar os sinais indesejáveis (ruídos) que poderiam disparar o SCR indevidamente. Na figura 3a e 3b temos os circuitos mais comuns usados para acionar o SCR com um oscilador a transistor de unijunção (unijunction transistor – UJT) [2].

Circuito de disparo de um SCR com transistor de unijunção UJT
Figura 3 - Circuito de disparo com oscilador a transistor de unijunção [2].

Circuito de acionamento com acoplamento óptico também pode ser usado. O disparo com acoplador óptico também evita o acionamento falso a partir de ruídos e de transitórios. Na figura 4 apresenta um exemplo de circuito.

Circuito de dispara de um SCR com acoplador optico
Figura 4 - Circuito de disparo a acoplador óptico.


Disparo do SCR com Sinais AC


A maneira mais comum de controlar um SCR em aplicações AC é utilizar o sinal de disparo a partir da mesma fonte AC, pois o domínio do ponto de acionamento está no semi-ciculo positivo (quando o SCR está diretamente polarizado) [2][1]. Um circuito de comando é apresentado nas figuras 5a e 5b.

Figura 5 - Controle de fase com SCR, Dimmer [2]

Na figura 5 o SCR está no estado ligado durante o semi-ciclo positivo. Em um determinado valor de Vs, a corrente que circulará para a porta (G) será alta o bastante para disparar o tiristor. O momento exato do disparo é controlado pelo reostato R2. O diodo D permite somente que uma corrente positiva seja aplicada a porta.

Os circuitos da figura 5 é conhecido como controle de fase e é muito aplicado ao controle de potência entregue a cargas, pois esse circuito é capaz de estabelecer um ângulo de condução entre 0° a 90° da senoide da rede elétrica (figura 5a, 6 e 7). Ângulos de disparo maiores podem ser obtidos com a utilização de um capacitor que acrescenta um desacoplamento de 90°+ teta, onde teta esta em função da constante RC do circuito (figura 5b e 7) [1][2]. Portanto é possível obter um controle de meia onda da energia entregue a carga, esse controle é popularmente conhecido como dimmer. 

Figura 6 - Controle de fase com SCR


Figura 7 - Disparo do SCR em fase.


Exemplos de Aplicação


Exemplos práticos de circuitos que utilizam os conceitos apresentados até aqui podem ser encontrados nos artigos: 


Conclusão


Algumas noções para interrupção e disparo foram apresentadas brevemente assim como alguns circuitos para o acionamento do SCR. A compreensão do funcionamento  do SCR pode ajudar entender melhor outros circuitos que utilizam desta tecnologia.


Referências


[1]-Eletrônica de Potência,Ashfaq Ahmed - 1° edição
[2]-Dispositivos Eletrônicos e teoria de circuitos, Robert L. Boylestad, 8° edição.
[3]-Tiristor SCR Retificador Controlado de Silício, Prof. Fernando Luiz Mussoi CEFET/SC, EDIÇÃO PRELIMINAR – 1.1 FLORIANÓPOLIS – MARÇO, 2002.






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