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