Introdução ao componentes Tiristores, Notas de estudo de Eletrônica de Potência

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6 - Tiristores

Tiristores

• (^) Tiristores são dispositivos que podem ser considerados como diodos

controláveis. Tiristores, assim como diodos, estão disponíveis para tensões

e correntes nominais muito elevadas, o que os torna atraentes para uso

em aplicações que requerem altos níveis de potência.

• (^) O nome tiristor se aplica a qualquer chave de estado sólido construída a

partir de quatro camadas alternadas PNPN, podendo ter dois, três ou

quatro terminais e conduzir em uma ou duas direções.

Diodo de Quatro Camadas

Unilateral

• (^) O estudo dos tiristores deve começar pelo dispositivo que

origina toda a família, o diodo de quatro camadas ou diodo

Shockley (não confundir com o diodo Schottky, com duas

camadas e usado para altas frequências). A Figura mostra

estrutura, e curva característica.

• (^) Com polarização reversa o diodo comporta-se como um

diodo comum, apresentando altíssima resistência. Se a

tensão reversa exceder a tensão de breakdown (U BK

), o diodo

será́ destruído. destruído.

• (^) Com polarização direta o diodo apresenta alta resistência

enquanto a tensão for menor do que um valor chamado de

tensão de breakover (U BO

• (^) Quando a tensão no dispositivo atingir esse valor, o

dispositivo conduz bruscamente, dizemos então que houve o

disparo. Após disparar, a tensão cai para aproximadamente

1V e voltando a cortar quando a tensão (corrente) de anodo

cair abaixo de um valor chamado de tensão (corrente) de

manutenção, U H

(I

H

• (^) A corrente de anodo pode ser determinada em função dos

ganhos de corrente dos transistores da, resultando a expressão

a seguir:

em que α1 e α 2 são os ganhos de corrente dos transistores e I CBO

a corrente de fuga com o emissor aberto.

• (^) Da expressão anterior concluímos que, para baixos valores de

corrente (corte), como os valores dos ganhos são também

baixos, a corrente de anodo tem valor próximo da corrente de

fuga; dizemos que o dispositivo está cortado (comportamento

de chave aberta).

• (^) Quando a tensão aplicada se aproxima da tensão de disparo

(U

BO

), os valores dos ganhos aumentam e exatamente para U

= U

BO

a soma tende para 1, ocorrendo o disparo. Esse

mecanismo de disparo é por tensão. Caso seja injetada uma

corrente em um terceiro terminal, o disparo pode ocorrer com

valores de tensão bem abaixo da tensão de breakover (U BO

• (^) Qualquer mecanismo que provoque um aumento interno de

corrente pode disparar a estrutura de quatro camadas, dentre

eles temos:

Aumento de temperatura

Incidência de radiação luminosa (LASCR - SCR ativado por luz)

Taxa de variação de tensão (dv/dt)

Injeção de corrente (SCR)

As Regiões de Operação

• (^) O SCR tem três regiões de operação, consideradas a seguir, com

I

G

• (^) O anodo é negativo em relação ao catodo, e nessas condições o

SCR com- porta-se exatamente como um diodo comum. Se a

tensão reversa aumentar além da tensão de breakdown (UBK), o

SCR ser á́ destruído. destruído pelo efeito avalanche.

Quando a tensão de anodo atingir o valor U

BO

, o SCR dispara,

isto é, a corrente de anodo passa bruscamente de zero para

um valor determinado pela resistência em serie com o SCR. A

tensão no SCR cai para um valor baixo (0,5V a 2V dependendo

da corrente), e nessas condições o SCR tem comportamento

de chave fechada, mas com dissipação de potencia. A

intensidade da corrente é dada por:

• (^) O SCR s ó́ destruído. volta a cortar quando a tensão de anodo (corrente de

anodo) cair abaixo de um valor chamado de tensão (corrente)

de manutenção, U H

(I) H

cujo valor depende do SCR.

• (^) Por exemplo:

 TIC106 tem I H

 0,5mA,

 TIC116 tem I H

 15mA.

• (^) O disparo pode ser justificado da mesma forma feita para o

diodo de quatro camadas através do modelo com dois

transistores. A diferença é que, com a presença do gate, a

injeção de corrente permitirá controlar o disparo da estrutura

de quatro camadas, maior a corrente injetada, menor a tensão

de anodo necessária para disparar a estrutura de quatro

camadas.

Exemplo de SCR Comercial

• (^) Após o disparo, o gate perde o controle sobre o SCR, isto é, após

o disparo o gate pode ser aberto ou curto-circuitado ao catodo

que o SCR continua conduzindo. O SCR s ó́ destruído. volta ao corte quando

a corrente de anodo cair abaixo da corrente de manutenção (I H

).

• (^) A tensão máxima que pode ser aplicada entre anodo e catodo no

sentido direto com I

G

= 0, como vimos, é chamada de U

BO

, mas

muitas vezes é designada de V

DRM

. Essa informação muitas vezes

vem codificada no corpo do SCR, por exemplo:

• Outra informação importante é a máxima tensão reversa que pode ser

aplicada sem que ocorra breakdown. Ela é designada por V RRM

,

tipicamente tem o mesmo valor de V DRM

.

• (^) Os valores de corrente também devem ser conhecidos, IT, é a máxima

corrente que o SCR pode manipular e pode ser especificada em termos

de valor continuo ou eficaz (RMS) e depende da temperatura e do

angulo de condução (ϴ F

). Por exemplo, o TIC 106 pode conduzir uma

corrente uma corrente contínua de até 5A.

• A corrente de gate necessária para disparar o SCR é designada I GT

e

pode ser da ordem de μA no caso do TIC 106. Os SCRs são encontrados

em diversos tipos de encapsulamento, dependendo da corrente. No

caso mais comum o SCR tem encapsulamento TO-220.

Tipos de Disparos:

Disparo CC e Carga CC

• (^) Disparo por CC com Carga CA
• (^) Disparo CA - Carga CA

Exercícios: