Aula 39 - Conversores CA/CC

Os Conversores CA/CC, são alimentadores e reguladores eletrônicos para controle de tensão de armadura dos motores de corrente contínua.

Muitos processos industriais necessitam operar com velocidade de rotação variável. Dentre os tipos de motores, o motor de corrente contínua foi o primeiro a ser utilizado na indústria e destaca-se pela simplicidade em se controlar a velocidade de rotação e o torque.

Pode-se dividir o motor de corrente contínua em duas partes distintas: Estator ou Campo – É a parte fixa, possui sapatas polares formadas por pacotes de lâminas de aço silício justapostas. Em torno das sapatas polares se enrolam fios condutores, formando bobinas.

Rotor ou Armadura – O rotor é a parte móvel do motor, ligada ao eixo de transmissão de movimento. O rotor possui um pacote de lâminas de aço silício apresentando ranhuras onde são instaladas as bobinas do rotor. 

Os terminais destas bobinas são conectados eletricamente ao coletor (comutador) que conecta eletricamente as bobinas do rotor através de escovas de carvão à fonte de energia elétrica, de modo a permitir a movimentação do rotor sem causar curto-circuitos. As escovas conduzem a energia da fonte externa para os contatos do comutador e as bobinas do rotor. Devido ao permanente atrito das escovas com o anel coletor do rotor, torna-se necessária a manutenção periódica com a substituição do par de escovas.

Uma maneira de realizar o controle de velocidade e torque em motores CC com excitação independente é através do controle pela tensão aplicada na armadura (V).

No controle pela armadura mantém-se a tensão e a corrente no campo constantes, desta forma o fluxo magnético produzido no campo também é constante.

Varia-se a tensão aplicada na armadura (V) e por conseqüência a rotação da máquina, seguindo uma relação direta entre a tensão da armadura e a rotação da máquina. Neste método o torque permanece constante e a potência varia proporcionalmente com a velocidade. Os motores CC com excitação independente e controle pela tensão aplicada na armadura são utilizados normalmente em acionamentos de máquinas operatrizes, tais como: ferramentas de avanço, bombas a pistão, compressores, etc. Aplicações onde é necessário um torque constante em toda a faixa de rotação.

A corrente contínua (CC) para alimentação dor motores é obtida a partir da corrente alternada (CA). As pontes retificadoras controladas realizam a conversão de potência de corrente alternada para corrente contínua. Estas pontes podem ser monofásicas ou trifásicas, semi-controladas ou totalmente controladas.

A Ponte Monofásica Semi-Controlada é formada por dois SCRs e dois diodos retificadores, com aplicação em acionamentos de baixa potência, por motivos econômicos.

A Ponte Monofásica Totalmente Controlada é formada por quatro SCRs com aplicação em acionamentos de baixa potência, onde é necessária a frenagem do motor CC.

Já a Ponte Trifásica Totalmente Controlada é formada por seis SCRs. Com aplicação em acionamentos de potência superior a 10kW onde é necessária a aceleração e frenagem do motor CC em um sentido de rotação. Para aplicações onde é necessário a aceleração e frenagem nos dois sentidos de rotação deve-se utilizar duas pontes totalmente controladas em anti-paralelo.

Os conversores CA - CC estáticos consistem basicamente de duas pontes retificadoras controladas, que convertem a corrente alternada fornecida pela rede de energia elétrica em corrente contínua. O valor médio da tensão contínua retificada deve variar de um valor mínimo até um valor máximo conforme a necessidade do circuito de controle. O campo e a armadura do motor CC são alimentados independentemente pelos circuitos retificadores possibilitando a ação de controle sobre a rotação e torque do motor.

O principal objetivo de um conversor CA/CC como um todo é regular a velocidade de um motor CC, tornando-o insensível a variações de carga. Para garantir esta operação deve-se aplicar um sistema de controle em malha fechada.

O sinal de referência de velocidade é feito através de um nível de tensão contínua de (0...10V) ou corrente (4...20mA) que representará uma determinada velocidade no eixo do motor. Para garantir uma alta precisão é necessário o uso de um sensor de velocidade (ex. tacogerador ou encoder) no eixo do motor para fins de realimentação de velocidade. Em aplicações menos críticas pode-se dispensar o uso do transdutor realimentando-se para o comando eletrônico a própria tensão de armadura. Neste caso costuma-se compensar através de ajuste proporcional a corrente de armadura e a queda na resistência de armadura. 

Aula 38 - CI de controle de fase TCA785

O circuito integrado TCA785 da Siemens é projetado para fazer o controle de Tiristores, Triacs e transistores em circuitos de alta potência. Os pulsos de disparo podem ser deslocados em ângulos de fase de 0 a 180 graus o que garante uma faixa total de controle em circuitos AC. Dentre as principais aplicações sugeridas pelo fabricante temos conversores, controles de potência AC, controles de potência trifásicos, etc. 

O circuito integrado TCA785 é fornecido em invólucro DIP de 16 pinos e seus destaques funcionais são: circuito de reconhecimento de passagem por zero e fornece uma corrente de saída de até 250 mA. A identificação dos pinos e mostrado a seguir.

O diagrama de blocos do TCA785 é mostrado na figura 2. O sinal de sincronização é obtido através de uma resistência ohmica de alto valor a partir da linha de alimentação. Um detector de passagem por zero transfere esse sinal para um registrador de sincronização. 

O registrador de sincronização controla um gerador de rampa. Neste registrador o capacitor C10 carrega-se com uma corrente constante (determinada por R9). Se a tensão da rampa V10 excede a tensão de controle V11, um sinal é processado pela lógica interna. Dependendo da tensão de controle V11 o ângulo de disparo pode ser deslocado numa faixa de 0 a 180 graus.

Para cada meio ciclo, um pulso positivo de aproximadamente 30 us de duração aparece nas saídas Q1 e Q2. A duração do pulso pode ser prolongada até 180 graus por meio do capacitor C12. Se o pino 12 for conectado à terra. teremos pulsos com duração entre o ângulo de disparo e 180 graus.

As saídas Q1\ e Q2\ fornecem pulsos invertidos em relação a Q1 e Q2.

Um sinal com o ângulo de disparo mais 180 graus, que pode ser usado para controle de lógica externa, é disponível no pino 3. Um sinal que corresponde ao link NOR entre Q1 e Q2 é disponível na saída QZ que corresponde ao pino 7.

A entrada de inibição (pino 6) pode ser usada para desabilitar as saídas Q1 e Q2 assim como as complementares.

O pino 13 pode ser usado para estender os pulsos das saídas Q1\ e Q2\ para um pulso completo cujo comprimento é a diferença entre 180 graus e o ângulo de disparo.

Os circuitos práticos que fornecemos a seguir foram desenvolvidos pela própria Siemens constando do folheto de dados do TCA785. Controle de Triac para correntes de disparo (comporta) até 50 mA.

Na figura temos um circuito de controle de fase que atua diretamente sobre a comporta de um Triac e que pode ser ajustado continuamente na faixa de 0 a 180 graus, por meio de um potenciômetro comum de 10 k.

Este circuito pode ser usado, por exemplo, para controlar a temperatura linearmente de um chuveiro elétrico, aquecedor de ambiente ou para controlar o brilho de um sistema de lâmpadas incandescentes de alta potência (dimmer).

Uma característica interessante deste projeto é que mesmo durante o semiciclo negativo da alimentação, o triac recebe um pulso de disparo positivo pelo pino 14, o que permite ao controle ter o funcionamento em onda completa mesmo sem um sistema retificador para isso que atue sobre o controle. A largura dos pulsos de disparo é de aproximadamente 100 us.

Aula 37 - Chave Controlada de Silício

A Chave Controlada de Silício ( SCS de Switch Silicon-Controlled) é uma semicondutor similar ao circuito de um SCR onde é adicionado outro terminal externo, ligado à base do transistor doe topo e o colector do transistor inferior, temos um dispositivo conhecido como um interruptor de silício controlado, ou SCS.

Este terminal extra permite um controle para desligar o dispositivo, quando a corrente principal através do dispositivo não tenha ainda descido abaixo do valor corrente de retenção. O Gate Ânodo é o terminal usado para desligar Chave Controlada de Silício. O Gate Cathodo é o terminal usado para ligar Chave Controlada de Silício.  Por conseguinte, o motor não pode estar em série com o ânodo.

Quando o botão "on" é atuado, a voltagem aplicada entre o Gate Catodo polariza a junção base-emissor, e o SCS irá ligar. O transistor de topo do SCS está pronto para conduzir, após ter sido fornecido com um caminho para fluir corrente a partir do seu terminal emissor (terminal anodo do SCS) através da resistência R2 para o polo positivo da fonte de alimentação. Tal como no caso do SCR, ambos os transistores ligam e mantém no modo ligado (auto polarização). Quando o transistor inferior liga, ele conduz uma corrente de carga do motor, e o motor começa a girar. 

O motor poderá ser parado através da interrupção do fornecimento de energia, como acontece com um SCR, e isto chama-se a comutação natural. No entanto, a SCS nos fornece outra forma de desligar: comutação forçada por curto-circuito no terminal anodo para o catodo. Isto é feito acionando o botão "off". O transistor superior dentro dos SCS irá perder a sua corrente de emissor, assim, travar a corrente através da base do transistor inferior. Quando o menor transistor desliga, ele quebra o circuito de base de corrente através do transistor superior e o motor para. Os SCS permanecerá na condição desligado até ao momento em que o botão "on" é acionado novamente.

A Chave Controlada de Silício, ou SCS, é essencialmente um SCR com um terminal de porta suplementar.

Tipicamente, a corrente de carga através de um servidor SCS é transportado pelos terminais Gate Anodo e Cátodo, o terminal Gate Cátodo e Ânodo são terminais de controle com baixa corrente. O SCS é ligado através da aplicação de uma tensão positiva entre o Gate cátodo e o terminal de Cátodo. Ela pode ser desligado (comutação forçada) pela aplicação de uma voltagem negativa entre o ânodo e o cátodo ou, simplesmente, por curto-circuito os dois terminais em conjunto. O terminal do ânodo deve ser mantido positivo em relação ao Cátodo, a fim de o SCS manter a condução.








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Aula 36 - Triac Óptico

O Triac Óptico é construído em um circuito integrado onde a parte do disparo ocorre em corrente contínua através de um led que controla um Triac que dispara através da luz. Os materiais utilizados no fabricação de SCRs e Triacs, como qualquer outro dispositivo semicondutor, são sensíveis à luz.

Sua condução é alterada pela presença de luz, é por isso que eles são normalmente encapsulados em plástico preto. No entanto, se um LED é incluída no interior do encapsulamento, é possível ligar o dispositivo de saída de alta tensão, em resposta a uma entrada de sinal elétrico muito pequena através do LED.

Este é o princípio usado na Opto-Triacs e Opto-SCRs, que estão disponíveis em circuito integrado (IC) a construção do circuito torna muito mais simples. Basta fornecer um pequeno impulso, na hora certa para poder disparar o Triac. A principal vantagem destes dispositivos opticamente ativados é a excelente isolamento entre o circuito de baixa potência e alta potência, (tipicamente vários milhares de volts). Isto proporciona isolamento seguro entre a entrada de baixa tensão e a saída de alta tensão.



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Aula 35 - Transistor de Unijunção Programável

O PUT (Transistor de Unijunção Programável) é um dispositivo de quatro camadas, semelhante ao SCR. A diferença é que no PUT, o terminal de gatilho situa-se na região N, próxima ao anodo.

Apesar de sua semelhança física com o SCR, o PUT é chamado transistor de unijunção, por ser utilizado em circuitos, onde poderiam ser utilizados UJT’s convencionais. As características elétricas do PUT e do UJT são semelhantes, mas a tensão de disparo do PUT é programável. Além disso, o PUT é mais rápido e mais sensível do que o UJT. O PUT é chamado de programável, pois, enquanto no UJT o parâmetro η (divisor resistivo) é uma característica construtiva, no PUT ele é fixado por resistores externos.

Seu funcionamento é igual ao do UJT, porém se difere do mesmo em algumas características, podendo ser utilizado em osciladores de baixa freqüência, disparadores, estabilizadores, geradores de sinais, dentes de serra e em sistemas temporizados. Sua instrutura interna e constituida de Base 1, Base 2 e Gate.

Através da fórmula, imposta pelo fabricante, é possível determinar a tensão de disparo do PUT atráves da fórmula: VP = VBB + η , donde: VP representa a tensão de disparo, VBB a tensão de alimentação ou tensão entre as bases do PUT (a ser regulada pelo projetista) e η a relação intrínseca de espera imposta pelo projetista, através de resistores externos, podendo ser calculado também pela fórmula η= RB1/(RB1=RB2) (resistor da Base 1 e resistor da Base 2). O valor determinado pela fórmula, corresponde a tensão necessária para que o Gate começe a conduzir o PUT.




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Aula 34 - Tríodo para corrente alternada

O funcionamento será explicado após a introdução do DIAC. Quando a tensão através do diac excede cerca de 30 volts a corrente flui, e um aumento na corrente é acompanhada por uma queda da tensão através do DIAC. O DIAC é utilizada para disparar um Triac pelo método de "Controle de Fase".

A rede de alimentação AC formada pelo circuito RC gera um atraso na tensão de disparo. Como essa onda atinge a ruptura sobre a tensão do Diac, ele conduz e o Capacitor descarrega no Gate do Triac, que inicia a condução. O Triac conduz então o restante do ciclo da rede, e quando a tensão de rede passa por zero, ele para de conduzir. No meio ciclo seguinte (negativo), a tensão atinge o valor de disparo do DIAC que conduz novamente, proporcionando um impulso de disparo adequado para ligar o Triac. Fazendo R um valor variável, o valor de atraso de fase da forma de onda através de C podem ser variados, permitindo que o tempo durante cada meio ciclo possa variar para disparar o Triac a ser controlado. Desta forma, a quantidade de energia fornecida à carga pode ser variada.

Observe que em circuitos de controle práticos utilizando Triacs e Diacs, grandes tensões são trocados rapidamente. Isto pode dar origem a interferências graves chamados de harmônicas, e devem ser tomadas medidas para minimizar este problema. Também como rede está presente no circuito, deve haver alguma forma de isolamento de segurança entre os componentes de baixa tensão utilizados no controle e o terminais de alimentação (vivo) dos componentes de potência (Triac) e a carga. Isto pode ser facilmente conseguido por "acoplamento óptico" com circuito de controle em baixa tensão para o controle de potência de alta tensão.

Um SCR pode ser comparado a um diodo comum controlado pela entrada "gate". Sem sinal no gate, ele não conduz. Com uma tensão adequada no gate, ele é disparado e passa a conduzir em uma unica direção como um diodo comum. O TRIAC opera de forma similar, mas a condução é bidirecional. Tanto o SCR quanto o TRIAC, uma vez disparado, a condução se mantém enquanto houver corrente circulando, independente do sinal no gate. 

O teste deve começar pela medição da resistência, que deve ser alta nos dois sentidos.  Para verificar o disparo, mantendo as pontas conectadas ao dispositivo, provocar um breve curto entre o lado de tensão positiva e o gate. Isso provoca o disparo do SCR ou TRIAC e ele passa a conduzir, o que é observado pela baixa resistência indicada no instrumento. Estando o componente em boas condições e continuando as pontas conectadas, o estado de condução deve permanecer mesmo após a remoção do curto.

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Aula 33 - Diodo para Corrente Alternada

O Diodo para corrente alternada (DIAC) é um comutador de onda completa que dispara nos dois sentidos e ambas as polaridades. DIAC significa (diode AC switch – diodo comutador AC).

O diac é usado normalmente para ativar um Tiristor. É composto por três camadas (PNP), a sua construção assemelha-se a de um transistor bipolar, porém difere na dopagem do cristal N. O circuito equivalente de um diac é um par de díodos de quatro camadas em paralelo. O diac é colocado tipicamente em série com a porta (GATE) de um TRIAC.

Funcionamento e aplicação: Os Diacs são usados frequentemente em conjunto com TRIAC porque estes dispositivos não disparam simetricamente em consequência das ligeiras diferenças entre as duas partes do dispositivo.

Figura 02 - Circuito de teste de DIAC

Para passar do estado de bloqueio para o estado de condução, é preciso ultrapassar a tensão de ruptura (VR), rompendo assim, a junção polarizada inversamente, podendo a corrente fluir em ambos sentidos. Para voltar ao estado de bloqueio, basta remover a tensão por alguns instantes. Para interromper a condução de um diac, reduz-se a corrente para um valor abaixo do valor de manutenção, especifico do componente. Uma das aplicações do diac (D1) são nos circuitos Dimmer (regulação de intensidade luminosa).

O DIAC é um diodo de disparo (avalanche) bidireccional que pode ser comutado (ligado) dependendo da voltagem aplicada. A comutação é alcançada com tensão superior ao valor de disparo em qualquer direção. Uma vez em condução, a resistência cai rapidamente (resistência negativa, isto é, a voltagem diminui com o aumento da corrente).

A maioria dos DIACs têm uma estrutura de três camadas com a tensão de ruptura de cerca de 30 V. 

DIACs também são chamados diodos de gatilho simétricos devido à simetria da sua curva característica. Como os DIACs são dispositivos bidirecionais, os terminais são rotulados MT1 e MT2 ("Terminal Principal").

Com o Multímetro na função de Continuidade podemos verificar se o DIAC está em curto, no entanto não há certeza se está bom. Para realmente verificar um DIAC é preciso aplicar uma tensão e observar onde o DIAC conduz e desliga.

Neste circuito da figura 02 o instrumento é um multímetro comum em escala apropriada de tensões DC. A fonte de tensão deve ser ajustável (variac) partindo-se de zero volt. Ligue o diac no circuito de prova. Ligue o instrumento de prova na saída do circuito. Aumente a tensão gradualmente observando a tensão indicada.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/03/2014.

Aula 32 - Aplicações com Retificador Controlado de Silício (SCR)

1 - Chave Liga Desliga com SCR
Com o bloco ilustrado na figura, é possível ligar e desligar uma carga de corrente contínua a partir de dois interruptores ou sensores separados.

Cargas até 3 A podem ser controladas por este circuito. Quando S1 é fechado por um instante o SCR dispara, permanecendo em condução mesmo depois que S1 abra. Para desligar o circuito é preciso fechar S2 por um instante. Observe que a corrente de disparo deste circuito (através de S1) é muito baixa, dependendo apenas de R1, mas a corrente de desligamento (através de S2) é a corrente da carga.
Quando escolher os sensores para esta aplicação, leve em conta este fato. Deve ser considerada ainda a queda de tensão através do SCR, da ordem de 2 V. Assim, se a carga precisar receber 6 V, a alimentação do circuito deverá ser feita com pelo menos 2 V a mais. No circuito dado como exemplo, que opera com tensões de 6 a 150 V, o SCR deve ser dotado de dissipador de calor, e R1/R2 são selecionados pela seguinte tabela 1 (valores sugeridos).
2 - SCR com Cargas AC e CC
A inconveniência de se controlar apenas metade dos semiciclos da tensão alternada da rede de energia que ocorre com um SCR num circuito de controle comum, como o mostrado no bloco anterior, pode ser contornada com o circuito apresentado no bloco da figura.
Usamos uma ponte de diodos para obter uma tensão alternada pulsante que só tenha pulsos positivos de tensão e, com isso, tenha dois semiciclos em cada ciclo para controlar. Os diodos utilizados nesta ponte devem ser capazes de trabalhar com a corrente da carga e ter tensões de acordo com a alimentação. Os valores de componentes mostrados na figura são para a rede de 110 V. Alterações devem ser feitas proporcionalmente se a tensão do circuito for outra. O SCR deverá ser dotado de um radiador de calor. Veja que S1 pode ser um sensor de baixa corrente. Observamos ainda que se o circuito for alimentado pela rede, não existindo isolamento, precauções contra choques devem ser tomadas.
Uma outra forma de se obter um controle de onda completa, com a conexão da carga antes da ponte de diodos, é a ilustrada na figura.
O princípio de operação deste bloco é exatamente o mesmo do bloco anterior, assim como as especificações dos componentes usados. O SCR também deve ser montado em radiador de calor.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/08/2014

Aula 31 - Retificador Controlado de Silício

Retificador controlado de silício (SCR) é o nome de um semicondutores de quatro camadas da família dos Tiristores. Na prática, ele se comporta como um diodo retificador controlado pela porta. Mas o controle da porta não é total. Se está diretamente polarizado, ao fechar a chave ele irá conduzir pois houve um impulso positivo no Gate em relação ao catodo, com isso o SCR passa a conduzir de forma permanente, independente da porta. Para deixar de conduzir, a corrente na junção deve cair a zero, o que ocorre com correntes alternadas. Esse tipo de controle funciona devido a uma realimentação positiva, como pode ser deduzida pelo circuito equivalente.
SCRs são componentes de baixo custo, mas o controle parcial pela porta e o trabalho com apenas um semiciclo limitam as aplicações. Podem ser usados, por exemplo, para retificar e controlar uma tensão AC que alimenta um motor de corrente contínua.

No circuito, com o interruptor SW1 e SW2 aberto, nenhuma corrente circula e a lâmpada está apagada. Quando o interruptor SW1 e SW2 está fechado, o SCR começa a conduzir do anodo para o catodo. Mesmo se o interruptor SW2 for aberto, corrente continua a fluir. A condução de corrente elétrica só pode ser parada por eliminação da tensão catodo/ânodo (comutação forçada) através da chave SW1. Outro método de interrupção de fluxo de corrente é a inversão de polaridade do cátodo / ânodo por corrente alternada (comutação natural) ou por capacitor. Se o Tiristor é usado com uma fonte AC ele só irá conduzir somente o ciclo positivo, no ciclo negativo será desligado (comutação natural).

A resistência em série com o Gate (porta) limita a corrente de disparo (baixa) para um valor seguro. Um tiristor é funcionalmente diferente de um diodo porque mesmo quando o dispositivo está diretamente polarizado ele não irá conduzir enquanto não ocorrer um pulso no Gate. Ao invés de precisar de um sinal continuamente na porta como nos Transistores, os tiristores são ligados por um pulso.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/08/2014

Aula 30 - Semicondutores de 04 Camadas

A figura abaixo mostra o diagrama simplificado do tiristor que é composto de 4 camadas e junções pn empilhadas. Para compreender o funcionamento de um tiristor, veja 0 modelo de dois transistor (NPN e PNP).

Quando há um impulso positivo na base de TR2 (G) em relação ao K, Tr2 liga e a sua tensão de coletor cairá rapidamente. Isto irá fazer com que o transistor pnp TR1 seja tornar polarizado diretamente, ligando Tr1. Uma grande corrente agora fluir entre A e K.

Como o coletor de TR1 está ligado a base de TR2, a ação de comutação polariza a base de TR2 com tensão positiva. Isto assegura que TR2 (e, portanto, TR1) permaneça em condução, mesmo quando o pulso Gate seja removido. Para que os transistores sejam desligados, a tensão através de A e K tem de ser invertida, ou a corrente que flui através dos transistores deve ser reduzida para um nível muito baixo, de modo que as junções de emissor-base já não têm suficiente para manter a tensão de condução.

Aula 29 - Diodo Schottky

Os Diodo Schottky são construídos através da junção um metal e uma região semicondutora com densidade de dopante relativamente baixa, o efeito dominante deixa de ser o resistivo, passando a haver também um efeito retificador. 

O diodo Schottky é formado colocando-se um filme metálico em contato direto com um semicondutor. O metal é usualmente depositado sobre um material tipo N, por causa da maior mobilidade dos portadores neste tipo de material. A parte metálica será o anodo e o semicondutor, o catodo.

O seu chaveamento é muito mais rápido do que o dos diodos bipolares, uma vez que não existe carga espacial armazenada no material tipo N, sendo necessário apenas refazer a barreira de potencial (tipicamente de 0,3V).

A região N tem uma dopagem relativamente alta, a fim de reduzir as perda de condução, com isso, a máxima tensão suportável por estes diodos é de cerca de 100V.

A aplicação deste tipo de diodos ocorre principalmente em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os retificadores são significativas. Os Diodo Schottky apresentam um tempo de recuperação reversa muito pequeno e com uma tensão de polarização direta VD de aproximadamente 0,25V. Opera em uma faixa de tensão de até 100V e de corrente de até 300A. São ideais para fontes CC de alta corrente e baixa tensão, computadores digitais ( alta velocidade ), etc.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/02/2014.

Aula 28 - Diodo de Recuperação Rápida

Os diodos retificadores de recuperação rápida e ultra-rápida são necessários nas aplicações em que correntes de frequências elevadas devam ser retificadas, como ocorre nas fontes chaveadas.

Os Diodo de Recuperação Rápida tem um tempo de recuperação baixo ( >5µs ). São utilizados em conversores CC/CC e CC/CA, onde a velocidade de recuperação é importante. Estes diodos operam em uma faixa desde 1A até centenas de ampères e de 50V até 3000V.

No entanto estes diodos de recuperação abrupta, além da subida rápida da resistência no sentido inverso, ela não se estabiliza de imediato ocorrendo uma oscilação amortecida que dura um certo intervalo de tempo.

Essas características exigem cuidados especiais com o circuito que está sendo alimentado, pois ele pode ser sensível ao fenômeno, ocorrendo instabilidades e até mesmo falhas de funcionamento, podem ser necessários circuitos snubbers.

Em muitos retificadores, em particular os bidirecionais, coloca-se um diodo rápido em paralelo com a carga, ilustrado na figura.

Esse diodo, denominado diodo de retorno, de circulação ou de comutação, evita que a tensão média na carga fique negativa durante o semiciclo negativo da tensão CA na entrada, mantendo a corrente do retificador na carga.
Esse diodo tem, portanto, duas funções básicas: Evitar a tensão média negativa na carga e manter a corrente em circulação na carga, mesmo com os tiristores do conversor bloqueados.

Folha de Dados - Diodo Rápido 1N4933

Veja a folha de Dados - Diodo Rápido 1N4933

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 03/02/2014

Aula 27 - Retificadores não-controlados com entrada trifásica

Quando a potência da carga alimentada se eleva, via de regra são utilizados retificadores trifásicos, como mostra a figura , a fim de, distribuindo a corrente entre as 3 fases, evitar desequilíbrios que poderiam ocorrer caso a corrente fosse consumida de apenas 1 ou 2 fases. 

Neste caso a corrente é fornecida, a cada intervalo de 60 graus, por apenas 2 das 3 fases. Poderão conduzir aquelas fases que tiverem, em módulo, as 2 maiores tensões. Ou seja, a fase que for mais positiva, poderá levar o diodo a ela conectado, na semi-ponte superior, à condução. Na semi-ponte inferior poderá conduzir o diodo conectado às fase com tensão mais negativa. Pela fase com tensão intermediária não haverá corrente. 

 A figura mostra formas de onda típicas considerando que o lado CC é composto, dominantemente, por uma carga resistiva, indutiva ou capacitiva. No primeiro caso a corrente segue a mesma forma da tensão sobre a carga, ou seja, uma retificação de 6 pulsos. Quando um filtro indutivo é utilizado, tem-se um alisamento da corrente, de modo que a onda apresenta-se praticamente retangular. Já com um filtro capacitivo (mantendo ainda uma pequena indutância série), tem-se os picos de corrente. Com o aumento da indutância tem-se uma redução dos picos e, eventualmente, a corrente não chega a se anular. A figura ao lado mostra a folha de Dados do Retificador Trifásico DBI 15.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 27/01/2014

Aula 26 - Retificadores 1/2 onda não-controlados com entrada trifásica

O fornecimento de energia elétrica é feito, essencialmente, a partir de uma rede de distribuição em corrente alternada, devido, principalmente, à facilidade de adaptação do nível de tensão por meio de transformadores. Em muitas aplicações, no entanto, a carga alimentada exige uma tensão contínua. A conversão CA-CC é realizada por conversores chamados retificadores. 

Os retificadores podem ser classificados segundo a sua capacidade de ajustar o valor da tensão de saída (controlados x não controlados); de acordo com o número de fases da tensão alternada de entrada (monofásico, trifásico, hexafásico, etc.); em função do tipo de conexão dos elementos retificadores (meia ponte x ponte completa).

Os retificadores não-controlados são aqueles que utilizam diodos como elementos de retificação. Os diodos de potência diferem dos diodos de sinal por terem uma capacidade superior em termos de nível de tensão de bloqueio (podendo atingir até alguns kV, num único dispositivo), e poderem conduzir correntes de até alguns kA. 

Nas aplicações em que a tensão alternada é a da rede, tais diodos não precisam ter seu processo de desligamento muito rápido, uma vez que a freqüência da rede é baixa (50 ou 60 Hz).

Quando a potência da carga alimentada se eleva, via de regra são utilizados retificadores trifásicos, a fim de, distribuindo a corrente entra as 3 fases, evitar desequilíbrios que poderiam ocorrer caso a corrente fosse consumida de apenas 1 ou 2 fases. 

Neste caso a corrente é fornecida, a cada intervalo de 60 graus, por apenas 1 das 3 fases. Poderão conduzir aquelas fases que tiverem, em módulo, as maiores tensões. Ou seja, a fase que for mais positiva, poderá levar o diodo a ela conectado, na semi-ponte à condução.
As formas de onda da tensão sobre os diodos são iguais entre si e defasadas de 120º uma da outra. Na figura 12 ( b ) está desenhada a tensão sobre D1. Quando D1 conduz, a tensão sobre ele é praticamente zero; daí entra em condução D2, que aplica em D1 a tensão de linha V12; após D2, entra em condução D3, que aplica em D1 a tensão de linha V13. Então D1 volta a conduzir, repetindo o ciclo. A tensão reversa máxima sobre os diodos é o valor máximo da tensão de linha, 1,733 Vmax de fase.
O valor médio da tensão na carga pode ser dado pela equação ao lado.

Aula 25 - Diodo de Potência

Um diodo é um dos mais simples dispositivos semicondutores, que tem a característica de passagem de corrente em apenas um sentido. No entanto, ao contrário de um resistor, um diodo não se comporta linearmente com respeito à tensão aplicada, como o díodo tem uma relação exponencial IV e, portanto, não podemos descrever o seu funcionamento utilizando apenas uma equação como a lei de Ohm.
O diodo de potência são utilizados em circuitos eletrônicos de potência como retificadores (conversor CA/CC), como diodo de retorno para transferência de energia (freewheeling diode), isolador de tensão, etc.
A corrente direta máxima é limitada pela temperatura máxima da junção, acima da qual a junção é destruída. A junção também pode ser danificada por uma tensão inversa maior que a máxima (Vrm). Quando diodo comum está conduzindo, se a tensão é bruscamente invertida, as regiões p e n ainda terão portadores minoritários de carga e o diodo se comporta como um curto-circuito por um breve período de tempo. Este tempo é chamado de tempo de recuperação reversa ( trr ) do diodo. Assim, há uma corrente no sentido inverso, que pode provocar interferências e perdas. Diodos rápidos ou ultra-rápidos e têm esse fenômeno menos pronunciado, mas em geral a máxima tensão inversa é menor.

Dependendo das características de recuperação reversa e das técnicas de fabricação, os diodos de potência podem ser classificados em três categorias : Diodo de uso geral; Diodo de recuperação rápida e Diodo Schottky.
Diodo de Potência de Uso Geral
Estes diodo de uso geral apresentam um tempo de recuperação reversa relativamente alta ( ≈ 25µs ) e, são utilizados em aplicações de baixa velocidade, onde o tempo de recuperação do componente não é crítico (retificadores, conversores de baixa frequência - 1kHz , conversores com comutação pela linha). Estes diodos trabalham dentro de uma faixa que varia de 1A até milhares de ampères e de 50V até 5000V.

Os diodos de potência de uso geral apresentam além das duas camadas P e N, uma terceira camada. A camada N extra e intermediaria às duas convencionais é de baixa dopagem (N-) e sua função é aumentar a capacidade do componente quando aplicado em tensões elevadas.

Essa camada acrescenta uma parcela resistiva ao diodo quando em condução. Além disso, a área da seção transversal das junções é maior do que a de um diodo normal, pois a corrente circulante também é maior e isso agrega urna parcela capacitiva ao diodo quando em bloqueio. Essas características são indesejáveis porque introduzem distorções na forma de onda da comutação de um diodo de potência. Entretanto, como o dispositivo é suficientemente robusto, essas características não deverão afetar o seu funcionamento. Mesmo assim, é recomendável utilizar-se algumas técnicas de filtragem e amortecimento dos transientes provocados pela comutação dos diodos de potência.

Para realizar o teste de diodos com um multímetro devemos utilizar na escala de resistência, usa-se a escala Rx10 ou Rx1. Um diodo retificador ou de sinal (rápido) deve apresentar uma baixa resistência quando polarizado diretamente (cabo negativo no cátodo, pólo positivo no ânodo) e resistências quase infinitas na direção de polarização reversa. Um diodo ruim vai mostrar quase zero ohms (curto) ou abrir em ambas as direções.

Multímetros analógico tem a polaridade de suas pontas de prova nas cores invertidas sendo o fio vermelho negativo em relação ao preto. Correntes de fuga pequenas em diodo na polarização reversa, passam despercebidas. Para garantir que o diodo está bom, você deve fazer uma medição a mais: usando a escala de alta resistência (2 Mohm ou superior). Um diodo de Si bom normalmente apresentará resistência infinita. Quando estiver em dúvida, tente comparar a leitura com medições feitas em um diodo novo do mesmo tipo. 

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