Tiristores

É um dispositivo semicondutor, aqueles dispositivos que se comportam ora como condutor ora como isolantes e possui quatro camadas(PNPN). A principal vantagem de usar um tiristor que ele pode controla cargas de potencias elevada, aqueles que consomem grande quantidade de corrente. Existem dois tipos de tiristores que falarei agora.

SCR

Silicon controlled rectifier ou rectificador controlado de silício, usado em controle de grandes potencias. É um tiristor unidiricional com quatro camadas e três terminais:Ânodo(A),Gate(G) e Cátodo(K).

O gate(G) também chamado de gatilho controla a corrente entre o ânodo e o cátodo,ou seja , podemos controlar grandes potencias com baixa corrente no gate.

Funcionamento

Funciona com um disparo feito pelo gate e com isso haverá uma circulação de corrente entre o ânodo e cátodo(IAK).

Para que o SCR para de conduzir IAK deve esta abaixo da corrente de manutenção(IH) ou quando VAK(tensão ânodo-cátodo) estiver próximo de zero.

Podemos explicar o processo de disparo do SCR com analogia de dois transistor complementares(PNP e NPN) onde o gate(G) é polarizado na junção base-emissor do NPN e ficando saturado. Desse modo passará corrente no coletor NPN ou base PNP. Quando o anodo estiver positivo (emissor PNP) , a junção emissor-base PNP será polarizada e irá saturar o PNP.

Por causa deste ciclo que os transistores fazem , dizemos que o SCR conduz e quando a corrente do ânodo-cátodo diminui levará os transistores a corte , e em analogia levará o SCR a bloqueio.

O bloqueio do SCR pode ser chamado de comutação natural e ocorre quando:

• Quando a tensão de ânodo-catado(VAK) é zerada.
• Quando a corrente ânodo-cátodo(IAK) estiver menor que a corrente de manutenção(IH).

Outra forma de analisar seu funcionamento e como um diodo rectificador e uma lâmpada como carga. Na verdade o SCR é um diodo só que controlado, com um estado de bloqueio e outro de condução

Quando ânodo tiver com uma tensão negativa e positiva no cátodo ou tensão reversa , o SCR ficará bloqueado e não acetenra a lâmpada.

Quando a polarização for direta , continua bloqueado , mas até uma corrente passar pelo gate(G) que desbloqueia o SCR e acende a lâmpada.

Desse modo dizemos que podemos controlar a condução

Comutação do SCR

A comutação do SCR acontece quando anulamos a corrente que conduz e impedimos que ela volte, ou seja , para ter uma comutação completa IAK deve ser zerada e que fique em zero.

Comutação Natural

Ocorre quando IAK esta abaixo de IH e deixando o SCR bloqueado. O SCR será bloqueado em AC quando a passagem pelo zero dos semiciclos positivos, mas depois que passar pelo zero volta a conduzir

Após se bloqueado levara um tempo para o SCR voltar a conduzir e ao voltar a conduzir o restante do semiciclo positivo será todo aplicado na carga

Podemos calcular a tensão de rede no qual ocorre o disparo

Fórmula

IGT(corrente de Gate) senΘ= ângulo que ocorre o disparo IGT= Vrede/R1 Vrede=IGTxR1 V=VMÁXxSen(Θ) Vmáx=127raiz 2 Potencia na carga p=V²/2RL

Outros métodos de disparo

Disparo por sobretesão

O aumento de VAK pode leva a disparos acidentais ,pois o gate esta em aberto e essa tensão é chamada de tensão breakover(VBO)

Disparo por variação de tensão

Mesmo não havendo pulsos no gatilho , poderá ter surtos de tensões (Spikes) que pode leva acedentalmente o SCR a condução.Para evitarmos isso usamos o circuito abaixo

Podemos fazer o SCR dispará em instantes diferentes em AC, e desse modo podemos controlar a potencia na carga

Um exemplo e o circuito de Controle de fase numa carga resistiva

Fórmula

RX =RGK(Vrede-VGT)/VGT+RGKxIGT
Vrede=Vmaxsen
Vmáx=127raiz2

Com o potenciometro podemos ajusta o disparo e controlar a potencia na carga. Desse modo temos a tensão eficaz na carga e a potencia na carga pela fórmula

vVeficaz=Vmaxraiz 1/4 - Θ/4π +sen(2Θ)/8π
E para a potencia P=V²/Rl

TRIAC

É a sigla para Triodo de corrente alternada e diferente do SCR que conduz só nos semiciclo positivos ,já o Triac conduz em ambos os sentidos.Desse modo é chamado de Bidimensional

Seu principio de funcionamento é baseado em dois SCR em antiparalelo, e com isso ele poderá operar em ambos os sentidos.

O Triac entra em condução igual ao SCR e ao entrar em condução o Triac assemelha-se com um curto-circuito e com uma queda de tensão entre os terminais T1 e T2 que está entre 1V e 2V.

OBS: os terminais T1 e T2 não levam a denominação de anodo e catodo. Os terminais T1 e T2 não podem ser invertidos , apesar de ser dois SCR antiparalelo , na construção eles se diferem. O terminal T1 serve de referencia para o pulso na gate(G).

Modo de disparo do Triac

Como o terminal T1 é referencia , a polaridade do terminal T2 irá defini em que quadrante estamos trabalhando e o nosso disparo será o gate.(G)

O circuito abaixo mostra como disparar em todos os quadrantes

Controle de fase em uma carga resistiva

OBS:Valor do cap 0.1uF

Como vimos nesse circuito necessitamos de um valor de RX para disparar o Triac nos quadrantes , entao usamos as fórmulas

RX-R1+RP
RX=(Vmáx XsenΘ-VGT)/IGT
IGT e VGT são fornecidos no Datasheet
Vmáx=vrefraiz2
vrede=vmaxsen
E para o valor eficaz da onda e a potencia na carga usamos as fórmulas
Veficaz=Vmaxraiz1/2 - a/2π +sen(2Θ)/4π e potencia na carga P=V²/RL