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Prof. Renato M. Pedrosa 1

UNIPBrasília

Engenharia Elétrica – Modalidade Eletrônica


SCR


Valores nominais de um SCR

TESTE DE SCR

com

MULTIMETRO

Valores nominais de um dispositivo semicondutor indicam as diversas condições recomendadas pelo fabricante para que a operação se dê de maneira confiável. Quando estes limites são ultrapassados, acabarão danificando o componente. Portanto um componente semicondutor nunca deve ser usado além dos limites estabelecidos pelos valores nominais dados pelo fabricante.

São relacionados à corrente e à tensão


Valores nominais de corrente um SCR

•Máxima corrente entre Anodo e Catodo – depende da temperatura máxima das junções (Tj). O fator que mais afeta esta temperatura é a corrente repetitiva RMS no estado ligado IT(RMS).

•Porém a IT(RMS) é usada para rotular a máxima corrente do componente, o que não reflete a real parcela de corrente que circula pela carga e que realmente produz aquecimento das junções. Esta parcela é a corrente média no estado ligado IT(avg). Este valor de corrente indica o valor máximo de corrente média (constante) que o dispositivo pode suportar no estado ligado.

•O valor da corrente média de um pulso é muito abaixo do valor RMS, ou seja, como um SCR pode conduzir parcelas de um semi-ciclo AC, o valor médio será muito menor que o valor RMS.

•Lembre-se o SCR é um retificador controlado, ou seja só conduz em um dos semi-ciclos e depende do pulso no gate x tensão Anodo/catodo


Como vimos o valor RMS é dado pelo fabricante e indica a máxima corrente suportável entre anodo e catodo em um SCR.

Imagine que você tenha que projetar um circuito com SCR e precisa determinar qual o SCR para o circuito. Como fazer?

Aí entra o conceito de fator de forma, que nos permite encontrar o valor RMS, a partir do valor médio que circula pela carga.

Faça os cálculos da retificação, encontre o valor médio da tensão, divida pela resistência da carga e encontre o valor médio da corrente.

De posse deste valor use a fórmula de correlação entre o valor médio e o valor RMS para especificar o SCR. Isto é tabelado, ou pode ser calculado e é conhecido como fator de forma (f0).

FATOR DE FORMA – VALOR RMS x VALOR MÉDIO


IT(RMS)=f0*IT(AVG)

Exercício:

Encontre um SCR que vá trabalhar controlando o fluxo de corrente em um circuito, cuja a corrente média máxima será de 200A e o ângulo de condução θ é de 200.


Valores nominais de corrente do SCR

•Corrente de surto;

•Corrente de disparo;

•Corrente de sustentação.

Valores nominais de tensão do SCR

•Tensão de bloqueio repetitivo em polarização direta ;

•Tensão de pico repetitiva inversa;

•Tensão de pico não repetitiva inversa (transitório) >20%


Exercício:

Encontre o valor máximo para a resistência de carga que vá assegurar a condução do SCR no circuito na figura acima. Para conduzir, ele necessita de uma corrente de sustentação de 200mA. No estado de condução ele apresenta entre o Anodo e o Catodo uma queda de 0,9V.

Vs=208V


Freqüência e velocidade de chaveamento nos SCR

Os SCRs são classificados em:

•Chaveamento lento ou controle de fase;

•Chaveamento rápido ou inversor.

Os fabricantes fornecem os valores nominais associados à velocidade e a freqüência máxima (fmax), bem como os tempos relacionados ao ligamento (corte a condução) TON e o desligamento (condução ao corte) TOFF


Valores nominais de taxas de variação dos SCR

Quando um SCR conduz, devemos nos preocupar com a taxa de variação da corrente. Se ela for muito rápida pode levar ao super aquecimento do dispositivo e consequentemente a sua danificação. Dado em A/µsPara minimizar esta variação usa-se indutor em série com o SCR

Variação da Corrente no estado ligado – condução - (di/dt)

Variação da tensão no estado desligado – corte – (dv/dt)

Uma taxa alta de subida de tensão direta (dv/dt), como resultado de chaveamento ou de surtos de tensão, pode causar um disparo não programado do SCR. Dado em V/µs.Para minimizar esta variação usa-se circuito snubber.


Exercício:

Para o circuito abaixo, encontre o valor do indutor que limite a taxa de subida da corrente em 20 A/µs, conforme dados do fabricante hipotético para um SCR também hipotético.

MAX

P

dtdi

VL

)/(

0707*2 EF

EFMAXP

VVVV

VS=208V

Resposta: 14,7μH


Quando o SCR está no estado desligado, o capacitor Cs se carrega até VMAX através de Ds. Quando o SCR vai para o estado ligado, o capacitor se descarrega através de Rs, somando sua corrente a di/dt da fonte. Esta ação do capacitor amortiza picos de tensão sobre o SCR.

Podemos determinar os valores mínimos para Cs e Rs através de:

MAXL

DRMS dtdvR

VC

)/(*

MAX

DRMS dtdi

VR

)/(


Exercício

Para o circuito abaixo, encontre os valores para C, RS e as características de D para o circuito snubber.

Apresente o valor para o capacitor em μF, nF e pF.

Não se esqueça que Vs deve ser alterado para VDRM

Vs= 120VRL=10Ω

di/dt do snuber= 3A

dv/dt= 40Vμs


Parâmetros máximos do terminal PORTA (GATE)

São seis:

•Tensão de pico inversa máxima entre porta e catodo(Vgrm);

•Máxima corrente de acionamento do gate (sem danificar junção gate x catodo (IGTM);

•Máxima tensão de acionamento no gate (VGTM);

•Dissipação máxima de potência na porta (Pgm) – (VGM x IGTM);

•Tensão mínima de porta (VGM);

•Corrente mínima para acionamento da gate (IGT).


Circuitos de disparo dos SCRComo sabemos, os SCR necessitam de um pulso de disparo no tempo correto na porta (gate) para conduzir. Um circuito para propiciar estas condições deve observar:

•Produzir um sinal de amplitude adequada e tempo de subida curto

•Ter duração adequada

Existem três tipos básicos de circuitos que fornecem os sinais de disparo, a saber:

•DC

•AC

•PULSADO


A aplicação de sinal DC constantemente na porta não é desejável, por causa da dissipação de potência que estaria presente durante o tempo todo.Também não se usa este tipo de circuito de acionamento na presença de tensão AC entre Anodo e Catodo, pois os semi-ciclos negativos podem provocar um sobre aquecimento das junções devido a corrente de fuga, o que pode danificar o componente

Disparo DC


Disparo por pulso

Para reduzir a dissipação de potência na porta, os circuitos de disparo do SCR geram um único pulso, ou vários em vez de uma tensão DC.

Neste tipo de disparo pode-se provêr também um isolamento elétrico entre o circuito de disparo e o gate, através de transformador de pulso ou por um acoplador ótico. Alguns casos podem não prever este isolamento e o acoplamento do pulso pode se dar através de um diac ou um diodo etc.

Os pulsos podem ser gerados por várias técnicas, sendo algumas:•Uso de UJT•Através de um circuito RC e acoplamento por DIAC•Circuitos integrados dedicados, etc.


Disparo por sinais AC

O método mais comum de controle dos SCRs em aplicações AC é derivar o sinal de disparo a partir da mesma fonte AC.Em um semiciclo positivo o SCR inicia no estado cortado e dependendo da regulagem do reostato, em um menor ou maior tempo, a tensão de gatilho será suficiente para conduzir o SCR, bem como possibilitar o fornecimento das correntes necessárias à porta. O diodo apenas garante que chegue ao gatilho o nível de tensão apropriado.


Acionamento de SCR em série ou em paraleloEm ambas as situações, os SCRs devem ser acionados

simultaneamente e por uma mesma fonte. Um transformador de pulso garante isto


Circuitos de desligamento de SCR (COMUTAÇÃO)Uma vez em condução, os SCR´s necessitam de condições especiais para entrarem no estado desligado, pois não adianta retirar o pulso do gatilho, já que uma vez conduzindo, assim permanecera, enquanto a corrente de Anodo estiver acima do valor de sustentação.O processo de passar para o estado desligado é chamado de comutação.A comutação ocorrerá se:•A corrente de anodo for desviada;•O anodo e o catodo forem curto-circuitados; •Tornar o Anodo mais negativo que o catodo;•Levar a corrente de anodo a zero por um período de tempo;•Retirar a tensão de anodo•Retirar a tensão de alimentação por um período de tempo.


Alguns métodos de se realizar a comutação

Uso de transistor em paralelo

Pouco usual, pois é lento e quando o transistor voltar ao corte, o SCR poderá voltar a conduzir expontâneamente, ocasionando uma situação de condução indesejável


Uso de polarização reversaInicialmente SCR2 cortado e SCR1 conduzindo. Assim C estará com a polaridade indicada. Ao se forçar o SCR2 a conduzir, a tensão de C será aplicada sobre o SCR1 através do SCR2. Se esta tensão reversa se mantiver por um determinado tempo suficiente, o SCR1 cortará.


Exercício

Se Vs igual a 220V e RL igual a 10Ω, determine o valor de C para que aconteça a comutação do SCR1. O tempo necessário para que haja a comutação é Toff =10μs

L

OFF

R

TC

*0693,0 Resposta: 1,5 μF


Comutação por fonte externaNeste tipo de circuito de comutação, a energia é obtida a partir de uma fonte externa, na forma de pulso. Sendo assim, o gerador de pulso polariza reversamente o SCR através do transformador de pulso, forçando ao SCR ir para o estado desligado e a conseqüente carga do capacitor C. Portanto este pulso deve ter um tempo mínimo de duração, para que a comutação aconteça


Comutação de linha ACÉ o metodo mais utilizado em circuitos com fonte AC. O SCR só conduz nos semiciclos positivos e após receber um pulso no gate. Isto determina o ângulo de condução e portanto o tempo em condução no semi-período positivo

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