sexta-feira, 4 de dezembro de 2009
quarta-feira, 2 de dezembro de 2009
Aprendendo o que é Mulher
Um dia o pai chegou para o filho e disse:
__filho você tem que aprender o que é mulher! pegue esse dinheiro vá para a cidade, na casa da minha mãe, e procure uma mulher para te ensinar a ser homem!
Chegando na cidade, a avô do garoto pergunta:
__Neto, o que veio fazer na cidade?
o garoto disse:
__meu pai me deu esse dinheiro e disse que era pra mim aprender o que é mulher.
a avô disse:
__não precisa procurar ninguém! eu te ensino!
voltando pra casa, o pai muito feliz reencontra com o filho e pergunta:
voltando pra casa, o pai muito feliz reencontra com o filho e pergunta:
__filho, você aprendeu o que é mulher?
o garoto:
__sim papai! minha avô me ensinou!
o pai:
__você é louco? você comeu minha mãe!!!!
o garoto:
__tá reclamando de quê? o senhor come a minha todos os dias!!!
quinta-feira, 26 de novembro de 2009
Nova Era no Fundão Detona
Buscando atender melhor nossos bloggeros estamos passando por um processo de transformação:
Dentro de dias O Fundão Detona trará a vocês posts semanais tratando de assuntos como Entrenimento, Esporte, Notícias e para os profissionais do futuro os posts Técnicos.
Agora você irá se sentir em casa.
Como quem realmente se sente em casa você tem a completa liberdade para opnar e reclamar sobre tudo que estiver ao alcance de seus olhos. Envie-nos sujestões através dos comentários e saiba que faremos o possível para atendê-lo.
O nosso Blogg é feito por você.
sexta-feira, 23 de outubro de 2009
quinta-feira, 22 de outubro de 2009
Efeito Peltier
Efeito Peltier
Suponhamos um par termoelétrico formado por dois metais de naturezas diferentes, a e b, ligados a um gerador G de-modo a formar um circuito fechado (fig. 157). A experiência mostra que, quando passa corrente pelo par, a junção dos metais sofre aumento de temperatura quando a corrente passa num certo sentido, e diminuição de temperatura, quando a corrente passa em sentido oposto. Esse fenômeno é chamado efeito Peltier.
Figura 157 - efeito Peltier
O sentido em que a corrente deve passar para produzir aumento de temperatura na junção depende do par considerado. Assim, num par formado por uma barra de bismuto e uma de antimônio, quando a corrente passa do antimônio para o bismuto há elevação de temperatura da junção; quando passa do bismuto para o antimônio há queda de temperatura na junção.
Demonstração experimental
Com duas barras de antimônio, Sb, e uma de bismuto, Bi, formam-se dois pares termoelétricos: coloca-se a barra de bismuto no meio e uma de antimônio de cada lado (fig. 158).
Figura 158
As uniões e ficam situadas em dois globos de vidro iguais e que estão unidos por um tubo em U. Nesse tubo se coloca um líquido qualquer. Quando o ar tem igual temperatura nos dois globos, também tem a mesma pressão, e o líquido tem o mesmo nível nos dois ramos.
Depois se ligam as extremidades do antimônio aos polos de um gerador G de maneira que passe corrente no sentido indicado na figura. Observa-se então que o líquido desce no ramo esquerdo e sobe no direito. Isso porque aumentou a pressão do ar no globo esquerdo, o que indica que houve aumento de temperatura em ; e diminuiu a pressão do ar no globo direito, o que indica que baixou temperatura em . A figura 159 é uma fotografia do aparelho que acabamos de descrever.
Fonte: http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/termo/efeito_peltier/
domingo, 13 de setembro de 2009
quarta-feira, 9 de setembro de 2009
Tiristores - Aula 5 - Ricardo Pelisson
Notas de aula de Eletrônica de Potência - Ricardo Pelisson
Aula 5
Pode ser entendido como dois diodos Schokley em antiparalelo. O seu disparo ocorre quando se atinge a tensão de bloqueio em qualquer sentido, da ordem de 25 a 40 V. É usado em geral para disparar o TRIAC, em circuitos de controle de tensão CA por ângulo de disparo. Sua estrutura é PNP, e quando se atinge a tensão de ruptura, o que leva à saturação, a tensão nos terminais cai para aproximadamente 0.2 V.
O DIAC tem uma estrutura semelhante a do TRIAC, exceto que, não possui o terminal do gate (da abreviação inglesa DIODE AC)
Basicamente possui cinco camadas P e N. A figura a seguir ilustra sua estrutura interna e respectivos símbolos.
O termo anodo e catodo não se aplica ao DIAC, pois seus terminais são identificados como terminal 2 e terminal 1. Cada terminal opera como anodo ou catodo, de acordo com a polaridade da tensão aplicada.
Se T1 for mais positivo do que T2, a região N é ignorada e T1 operará como anodo; evidentemente T2 terá a região P ignorada e operará como catodo. Invertendo-se as polaridades, T1 passará a ser o catodo e T2 o anodo.
A figura a seguir mostra a curva característica de um DIAC.
VBO é a tensão de disparo do DIAC (break-over) e IBO é a corrente de disparo. Observa-se na curva característica uma simetria entre os valores positivos e negativos de tensão (1º e 3º quadrantes).
IH e VH representam a corrente de manutenção e tensão de manutenção respectivamente. Abaixo desses valores o DIAC entra no estado de não condução.
Acima de IH temos a operação permitida para o DIAC, onde o fabricante especifica como IP ou IFRM que é a corrente de pico máxima que ele pode suportar durante a condução (normalmente especificada para pulsos de duração da ordem de ms).
A figura a seguir mostra um DIAC BR100/03 fabricado pela Philips, com encapsulamento SOD27.
Especificações:
IFRM = 2ª ; VBO = 28 a 36V ; IBO = 50mA
TRIAC:
É o equivalente ao SCR, para operação em CA. A sua estrutura é a mais complexa entre os tiristores, contendo diversas regiões PNPN que atuam como travas ideais interligadas, o que permite que o disparo seja feito com tensão + ou -, e a polarização entre terminais principais 1 e 2 (análogos ao K e A do SCR) + ou - , o que é chamado operação em 4 quadrantes. A corrente de disparo é menor no quadrante 1 (gatilho e terminal principal 2 - MT2 - positivos em relação ao terminal principal 1- MT1) e maior no quadrante 4, (G + e MT2 -).
O TRIAC seria mais comum em aplicações CA se não fosse menos robusto e sensível (exige bem maior corrente de disparo), além de mais caro que 2 SCR’s ou GTO’s em antiparalelo de grandes correntes. É usado em controle de lâmpadas e motores universais, e chaveamento de cargas até uns 50A.
O TRIAC é um componente semicondutor que nasceu da necessidade de se dispor de um interruptor controlado, que apresentasse as características funcionais de um SCR, mas que permitisse o controle do ciclo completo da corrente alternada.
A palavra TRIAC é uma abreviação da denominação inglesa Triode AC que significa triodo para corrente alternada. Como o próprio nome indica, o componente dispõe de três eletrodos.
O circuito equivalente é mostrado na figura a seguir.
Para se conseguir a operação em AC, utiliza-se dois SCRs em ligação anti-paralela.
MT2 = terminal principal 2 (Main Terminal 2)
MT1 = terminal principal 1 (Main Terminal 1)
G = gate ou porta
Veja na figura a seguir a estrutura interna de um TRIAC.
Sua estrutura compõe-se de dois sistemas interruptores, sendo um PNPN e outro NPNP, ligados em paralelo. Seu circuito equivalente é composto de dois SCRs complementares, ou seja, ligados em paralelo com polaridade invertida.
Observa-se no desenho os dois eletrodos principais MT2 e MT1, que neste caso não são denominados anodo e catodo, pois trabalham com dupla polaridade na tensão alternada.
As curvas características assemelham-se as dos SCRs exceto que o TRIAC conduz nos quadrantes I e III.
A simbologia normalmente utilizada para o TRIAC é mostrada a seguir.
A figura a seguir mostra o aspecto físico de um TRIAC largamente utilizado, o TIC 226.
ESPECIFICAÇÕES PARA O TIC 226
Corrente de operação RMS = 8A
TIC 226D = tensão de trabalho: 400V
TIC 226M = tensão de trabalho: 600V
TIC 226S = tensão de trabalho: 700V
TIC 226N = tensão de trabalho: 800V
OBS: o terminal MT2 para esse tipo de TRIAC é interligado à base metálica do mesmo, a qual deve ser acoplada a um dissipador de calor, caso o mesmo opere com correntes e potências elevadas.
A figura a seguir mostra uma forma de ligar um TRIAC.
Usa-se apenas em corrente alternada (AC), e sua forma clássica de disparo é aplicando-se uma tensão positiva ou negativa no gate, o que permite fazer com que o mesmo dispare em qualquer dos semiciclos.
Tensão típica de disparo: 2V
Corrente de disparo: entre 10 e 200mA
FORMAS DE DISPARO:
Existem 4 modos diferentes para disparo de um TRIAC, levando-se em conta que o referencial é sempre o MT1.
1) Neste caso o terminal MT2 estará positivo em relação a MT1: tensão de gate positiva, provocando a entrada de corrente através deste terminal cujo sentido é considerado positivo;
2) Neste caso o terminal MT2 estará positivo em relação a MT1: a corrente de gate sai do componente e neste caso temos uma tensão de gate negativa;
3) Neste caso o terminal MT2 estará negativo em relação a MT1: e a tensão de gate positiva, ou seja, com a corrente entrando no componente;
4) Neste caso o terminal MT2 estará negativo em relação a MT1: e a tensão de disparo será através de um pulso negativo.
Nas modalidades 1 e 4 obtém maior sensibilidade de disparo para o TRIAC em relação às outras possibilidades.
Na modalidade 3 a sensibilidade é decididamente menor e na modalidade 2 é ainda mais reduzida. Na modalidade 2 somente deverá ser utilizada em TRIACs concebidos especialmente para esse fim.
ESPECIFICAÇÕES MAIS COMUNS PARA OS TRIACs:
Da mesma forma que nos SCRs precisamos conhecer alguns parâmetros dos TRIACs para o desenvolvimento de projetos:
Tensão máxima de trabalho (VDRM):
É máxima tensão que pode aparecer nos terminais de um TRIAC, quando ele se encontra no estado de não condução (desligado). Para a maioria dos casos esse valor refere-se à tensão de pico de uma tensão senoidal, já que a aplicação principal do dispositivo é em tensões alternadas.
Corrente máxima (ITRMS):
Trata-se do valor eficaz da corrente alternada
Corrente de disparo (IGT):
É a corrente necessária para disparar o TRIAC. É muito importante saber o máximo valor dessa corrente, geralmente especificada pelo fabricante, para evitar danos ao mesmo.
DIFERENÇA IMPORTANTE ENTRE SCRs E TRIACs:
A diferença mais importante entre o funcionamento de um TRIAC e de um SCR é que o SCR somente conduzirá pelo período de meio ciclo, quando for corretamente disparado, bloqueando-se quando a corrente muda de polaridade; no TRIAC essa condução se dá nos dois semiciclos e somente ocorrerá o bloqueio quando a corrente passa pelo valor zero (ou muito próximo a ele).
Isto implica numa pequena perda do ângulo de condução, mas não acarreta problemas se a carga for resistiva, onde temos a corrente em fase com a tensão.
No caso de cargas reativas (enrolamento de um motor, por exemplo), é preciso levar em conta no esquema do circuito que, no momento em que a corrente passa pelo zero, não coincide com a mesma situação da tensão aplicada. Isto acontece porque nesses momentos ocorrem impulsos de tensão entre os dois terminais do TRIAC.
es I e III. os
GTO - Gate Turn-Off Thyristor
O GTO, embora tenha sido criado no início da década de 60 [3.7], por problemas de fraco desempenho foi pouco utilizado. Com o avanço da tecnologia de construção de dispositivos semicondutores, novas soluções foram encontradas para aprimorar tais componentes, que hoje ocupam significativa faixa de aplicação, especialmente naquelas de elevada potência, uma vez que estão disponíveis dispositivos para 5000V, 4000A.
Princípio de funcionamento
O GTO possui uma estrutura de 4 camadas, típica dos componentes da família dos tiristores. Sua característica principal é sua capacidade de entrar em condução e bloquear através de comandos adequados no terminal de gate.
O mecanismo de disparo é semelhante ao do SCR: supondo-o diretamente polarizado, quando a corrente de gate é injetada, circula corrente entre gate e catodo. Grande parte de tais portadores, como a camada de gate é suficientemente fina, desloca-se até a camada N adjacente, atravessando a barreira de potencial e sendo atraídos pelo potencial do anodo, dando início à corrente anódica. Se esta corrente se mantiver acima da corrente de manutenção, o dispositivo não necessita do sinal de gate para manter-se conduzindo.
A figura abaixo mostra o símbolo do GTO e uma representação simplificada dos processos de entrada e saída de condução do componente.
A aplicação de uma polarização reversa na junção gate-catodo pode levar ao desligamento do GTO. Portadores livres (lacunas) presentes nas camadas centrais do dispositivo são atraídos pelo gate, fazendo com que seja possível o reestabelecimento da barreira de potencial na junção J2.
Aparentemente seria possível tal comportamento também no SCR. As diferenças, no entanto, estão no nível da construção do componente. O funcionamento como GTO depende, por exemplo, de fatores como:
facilidade de extração de portadores pelo terminal de gate - isto é possibilitado pelo uso de dopantes com alta mobilidade
desaparecimento rápido de portadores nas camadas centrais - uso de dopante com baixo tempo de recombinação. Isto implica que um GTO tem uma maior queda de tensão quando em condução, comparado a um SCR de mesmas dimensões.
suportar tensão reversa na junção porta-catodo, sem entrar em avalanche - menor dopagem na camada de catodo
absorção de portadores de toda superfície condutora - região de gate e catodo muito interdigitada, com grande área de contato.
Diferentemente do SCR, um GTO pode não ter capacidade de bloquear tensões reversas.
Existem 2 possibilidades de construir a região de anodo: uma delas é utilizando apenas uma camada p+, como nos SCR. Neste caso o GTO apresentará uma característica lenta de comutação, devido à maior dificuldade de extração dos portadores, mas suportará tensões reversas na junção J3.
A outra alternativa, mostrada na figura abaixo, é introduzir regiões n+ que penetrem na região p+ do anodo, fazendo contato entre a região intermediária n- e o terminal de anodo. Isto, virtualmente, curto-circuita a junção J1 quando o GTO é polarizado reversamente. No entanto, torna-o muito mais rápido no desligamento (com polarização direta). Como a junção J3 é formada por regiões muito dopadas, ela não consegue suportar tensões reversas elevadas. Caso um GTO deste tipo deva ser utilizado em circuitos nos quais fique sujeito a tensão reversa, ele deve ser associado em série com um diodo, o qual bloqueará a tensão.
Os símbolos utilizados pelos diversos fabricantes diferem [3.8], embora as grandezas representadas sejam, quase sempre, as mesmas.
Vdrxm - Tensão de pico, repetitiva, de estado desligado: sob condições dadas, é a máxima tensão instantânea permissível, em estado desligado, que não ultrapasse o dv/dt máximo, aplicável repetidamente ao GTO.
It - Corrente (RMS) de condução: máxima corrente (valor RMS) que pode circular continuamente pelo GTO.
Itcm - Corrente de condução repetitiva controlável: máxima corrente repetitiva, cujo valor instantâneo ainda permite o desligamento do GTO, sob determinadas condições.
I2t: escala para expressar a capacidade de sobrecorrente não-repetitiva, com respeito a um pulso de curta duração. É utilizado no dimensionamento dos fusíveis de proteção.
di/dt: taxa de crescimento máxima da corrente de anodo.
Vgrm - Tensão reversa de pico de gate repetitiva: máxima tensão instantânea permissível aplicável à junção gate-catodo.
dv/dt: máxima taxa de crescimento da tensão direta de anodo para catodo.
IH - corrente de manutenção: Corrente de anodo que mantém o GTO em condução mesmo na ausência de corrente de porta.
IL - corrente de disparo: corrente de anodo necessária para que o GTO entre em condução com o desligamento da corrente de gate.
tgt - tempo de disparo: tempo entre a aplicação da corrente de gate e a queda da tensão Vak.
tgq - tempo de desligamento: tempo entre a aplicação de uma corrente negativa de gate e a queda da corrente de anodo (tgq=ts+tf)
ts - tempo de armazenamento
SCS:
·É um tiristor semelhante ao SCR, mas com dois terminais de disparo, gatilho de Anodo, Ga, e gatilho de catodo, Gc, permitindo disparo por pulsos negativo ou positivo, respectivamente.
·Não é muito comum, sendo geralmente de baixa potência. A sigla significa:
Aula 5
Outros Tiristores
Pode ser entendido como dois diodos Schokley em antiparalelo. O seu disparo ocorre quando se atinge a tensão de bloqueio em qualquer sentido, da ordem de 25 a 40 V. É usado em geral para disparar o TRIAC, em circuitos de controle de tensão CA por ângulo de disparo. Sua estrutura é PNP, e quando se atinge a tensão de ruptura, o que leva à saturação, a tensão nos terminais cai para aproximadamente 0.2 V.
O DIAC tem uma estrutura semelhante a do TRIAC, exceto que, não possui o terminal do gate (da abreviação inglesa DIODE AC)
Basicamente possui cinco camadas P e N. A figura a seguir ilustra sua estrutura interna e respectivos símbolos.
O termo anodo e catodo não se aplica ao DIAC, pois seus terminais são identificados como terminal 2 e terminal 1. Cada terminal opera como anodo ou catodo, de acordo com a polaridade da tensão aplicada.
Se T1 for mais positivo do que T2, a região N é ignorada e T1 operará como anodo; evidentemente T2 terá a região P ignorada e operará como catodo. Invertendo-se as polaridades, T1 passará a ser o catodo e T2 o anodo.
A figura a seguir mostra a curva característica de um DIAC.
VBO é a tensão de disparo do DIAC (break-over) e IBO é a corrente de disparo. Observa-se na curva característica uma simetria entre os valores positivos e negativos de tensão (1º e 3º quadrantes).
IH e VH representam a corrente de manutenção e tensão de manutenção respectivamente. Abaixo desses valores o DIAC entra no estado de não condução.
Acima de IH temos a operação permitida para o DIAC, onde o fabricante especifica como IP ou IFRM que é a corrente de pico máxima que ele pode suportar durante a condução (normalmente especificada para pulsos de duração da ordem de ms).
A figura a seguir mostra um DIAC BR100/03 fabricado pela Philips, com encapsulamento SOD27.
Especificações:
IFRM = 2ª ; VBO = 28 a 36V ; IBO = 50mA
TRIAC:
É o equivalente ao SCR, para operação em CA. A sua estrutura é a mais complexa entre os tiristores, contendo diversas regiões PNPN que atuam como travas ideais interligadas, o que permite que o disparo seja feito com tensão + ou -, e a polarização entre terminais principais 1 e 2 (análogos ao K e A do SCR) + ou - , o que é chamado operação em 4 quadrantes. A corrente de disparo é menor no quadrante 1 (gatilho e terminal principal 2 - MT2 - positivos em relação ao terminal principal 1- MT1) e maior no quadrante 4, (G + e MT2 -).
O TRIAC seria mais comum em aplicações CA se não fosse menos robusto e sensível (exige bem maior corrente de disparo), além de mais caro que 2 SCR’s ou GTO’s em antiparalelo de grandes correntes. É usado em controle de lâmpadas e motores universais, e chaveamento de cargas até uns 50A.
O TRIAC é um componente semicondutor que nasceu da necessidade de se dispor de um interruptor controlado, que apresentasse as características funcionais de um SCR, mas que permitisse o controle do ciclo completo da corrente alternada.
A palavra TRIAC é uma abreviação da denominação inglesa Triode AC que significa triodo para corrente alternada. Como o próprio nome indica, o componente dispõe de três eletrodos.
O circuito equivalente é mostrado na figura a seguir.
Para se conseguir a operação em AC, utiliza-se dois SCRs em ligação anti-paralela.
MT2 = terminal principal 2 (Main Terminal 2)
MT1 = terminal principal 1 (Main Terminal 1)
G = gate ou porta
Veja na figura a seguir a estrutura interna de um TRIAC.
Sua estrutura compõe-se de dois sistemas interruptores, sendo um PNPN e outro NPNP, ligados em paralelo. Seu circuito equivalente é composto de dois SCRs complementares, ou seja, ligados em paralelo com polaridade invertida.
Observa-se no desenho os dois eletrodos principais MT2 e MT1, que neste caso não são denominados anodo e catodo, pois trabalham com dupla polaridade na tensão alternada.
As curvas características assemelham-se as dos SCRs exceto que o TRIAC conduz nos quadrantes I e III.
A simbologia normalmente utilizada para o TRIAC é mostrada a seguir.
A figura a seguir mostra o aspecto físico de um TRIAC largamente utilizado, o TIC 226.
ESPECIFICAÇÕES PARA O TIC 226
Corrente de operação RMS = 8A
TIC 226D = tensão de trabalho: 400V
TIC 226M = tensão de trabalho: 600V
TIC 226S = tensão de trabalho: 700V
TIC 226N = tensão de trabalho: 800V
OBS: o terminal MT2 para esse tipo de TRIAC é interligado à base metálica do mesmo, a qual deve ser acoplada a um dissipador de calor, caso o mesmo opere com correntes e potências elevadas.
A figura a seguir mostra uma forma de ligar um TRIAC.
Usa-se apenas em corrente alternada (AC), e sua forma clássica de disparo é aplicando-se uma tensão positiva ou negativa no gate, o que permite fazer com que o mesmo dispare em qualquer dos semiciclos.
Tensão típica de disparo: 2V
Corrente de disparo: entre 10 e 200mA
FORMAS DE DISPARO:
Existem 4 modos diferentes para disparo de um TRIAC, levando-se em conta que o referencial é sempre o MT1.
1) Neste caso o terminal MT2 estará positivo em relação a MT1: tensão de gate positiva, provocando a entrada de corrente através deste terminal cujo sentido é considerado positivo;
2) Neste caso o terminal MT2 estará positivo em relação a MT1: a corrente de gate sai do componente e neste caso temos uma tensão de gate negativa;
3) Neste caso o terminal MT2 estará negativo em relação a MT1: e a tensão de gate positiva, ou seja, com a corrente entrando no componente;
4) Neste caso o terminal MT2 estará negativo em relação a MT1: e a tensão de disparo será através de um pulso negativo.
Nas modalidades 1 e 4 obtém maior sensibilidade de disparo para o TRIAC em relação às outras possibilidades.
Na modalidade 3 a sensibilidade é decididamente menor e na modalidade 2 é ainda mais reduzida. Na modalidade 2 somente deverá ser utilizada em TRIACs concebidos especialmente para esse fim.
ESPECIFICAÇÕES MAIS COMUNS PARA OS TRIACs:
Da mesma forma que nos SCRs precisamos conhecer alguns parâmetros dos TRIACs para o desenvolvimento de projetos:
Tensão máxima de trabalho (VDRM):
É máxima tensão que pode aparecer nos terminais de um TRIAC, quando ele se encontra no estado de não condução (desligado). Para a maioria dos casos esse valor refere-se à tensão de pico de uma tensão senoidal, já que a aplicação principal do dispositivo é em tensões alternadas.
Corrente máxima (ITRMS):
Trata-se do valor eficaz da corrente alternada
Corrente de disparo (IGT):
É a corrente necessária para disparar o TRIAC. É muito importante saber o máximo valor dessa corrente, geralmente especificada pelo fabricante, para evitar danos ao mesmo.
DIFERENÇA IMPORTANTE ENTRE SCRs E TRIACs:
A diferença mais importante entre o funcionamento de um TRIAC e de um SCR é que o SCR somente conduzirá pelo período de meio ciclo, quando for corretamente disparado, bloqueando-se quando a corrente muda de polaridade; no TRIAC essa condução se dá nos dois semiciclos e somente ocorrerá o bloqueio quando a corrente passa pelo valor zero (ou muito próximo a ele).
Isto implica numa pequena perda do ângulo de condução, mas não acarreta problemas se a carga for resistiva, onde temos a corrente em fase com a tensão.
No caso de cargas reativas (enrolamento de um motor, por exemplo), é preciso levar em conta no esquema do circuito que, no momento em que a corrente passa pelo zero, não coincide com a mesma situação da tensão aplicada. Isto acontece porque nesses momentos ocorrem impulsos de tensão entre os dois terminais do TRIAC.
es I e III. os
GTO - Gate Turn-Off Thyristor
O GTO, embora tenha sido criado no início da década de 60 [3.7], por problemas de fraco desempenho foi pouco utilizado. Com o avanço da tecnologia de construção de dispositivos semicondutores, novas soluções foram encontradas para aprimorar tais componentes, que hoje ocupam significativa faixa de aplicação, especialmente naquelas de elevada potência, uma vez que estão disponíveis dispositivos para 5000V, 4000A.
Princípio de funcionamento
O GTO possui uma estrutura de 4 camadas, típica dos componentes da família dos tiristores. Sua característica principal é sua capacidade de entrar em condução e bloquear através de comandos adequados no terminal de gate.
O mecanismo de disparo é semelhante ao do SCR: supondo-o diretamente polarizado, quando a corrente de gate é injetada, circula corrente entre gate e catodo. Grande parte de tais portadores, como a camada de gate é suficientemente fina, desloca-se até a camada N adjacente, atravessando a barreira de potencial e sendo atraídos pelo potencial do anodo, dando início à corrente anódica. Se esta corrente se mantiver acima da corrente de manutenção, o dispositivo não necessita do sinal de gate para manter-se conduzindo.
A figura abaixo mostra o símbolo do GTO e uma representação simplificada dos processos de entrada e saída de condução do componente.
A aplicação de uma polarização reversa na junção gate-catodo pode levar ao desligamento do GTO. Portadores livres (lacunas) presentes nas camadas centrais do dispositivo são atraídos pelo gate, fazendo com que seja possível o reestabelecimento da barreira de potencial na junção J2.
Aparentemente seria possível tal comportamento também no SCR. As diferenças, no entanto, estão no nível da construção do componente. O funcionamento como GTO depende, por exemplo, de fatores como:
facilidade de extração de portadores pelo terminal de gate - isto é possibilitado pelo uso de dopantes com alta mobilidade
desaparecimento rápido de portadores nas camadas centrais - uso de dopante com baixo tempo de recombinação. Isto implica que um GTO tem uma maior queda de tensão quando em condução, comparado a um SCR de mesmas dimensões.
suportar tensão reversa na junção porta-catodo, sem entrar em avalanche - menor dopagem na camada de catodo
absorção de portadores de toda superfície condutora - região de gate e catodo muito interdigitada, com grande área de contato.
Diferentemente do SCR, um GTO pode não ter capacidade de bloquear tensões reversas.
Existem 2 possibilidades de construir a região de anodo: uma delas é utilizando apenas uma camada p+, como nos SCR. Neste caso o GTO apresentará uma característica lenta de comutação, devido à maior dificuldade de extração dos portadores, mas suportará tensões reversas na junção J3.
A outra alternativa, mostrada na figura abaixo, é introduzir regiões n+ que penetrem na região p+ do anodo, fazendo contato entre a região intermediária n- e o terminal de anodo. Isto, virtualmente, curto-circuita a junção J1 quando o GTO é polarizado reversamente. No entanto, torna-o muito mais rápido no desligamento (com polarização direta). Como a junção J3 é formada por regiões muito dopadas, ela não consegue suportar tensões reversas elevadas. Caso um GTO deste tipo deva ser utilizado em circuitos nos quais fique sujeito a tensão reversa, ele deve ser associado em série com um diodo, o qual bloqueará a tensão.
Os símbolos utilizados pelos diversos fabricantes diferem [3.8], embora as grandezas representadas sejam, quase sempre, as mesmas.
Vdrxm - Tensão de pico, repetitiva, de estado desligado: sob condições dadas, é a máxima tensão instantânea permissível, em estado desligado, que não ultrapasse o dv/dt máximo, aplicável repetidamente ao GTO.
It - Corrente (RMS) de condução: máxima corrente (valor RMS) que pode circular continuamente pelo GTO.
Itcm - Corrente de condução repetitiva controlável: máxima corrente repetitiva, cujo valor instantâneo ainda permite o desligamento do GTO, sob determinadas condições.
I2t: escala para expressar a capacidade de sobrecorrente não-repetitiva, com respeito a um pulso de curta duração. É utilizado no dimensionamento dos fusíveis de proteção.
di/dt: taxa de crescimento máxima da corrente de anodo.
Vgrm - Tensão reversa de pico de gate repetitiva: máxima tensão instantânea permissível aplicável à junção gate-catodo.
dv/dt: máxima taxa de crescimento da tensão direta de anodo para catodo.
IH - corrente de manutenção: Corrente de anodo que mantém o GTO em condução mesmo na ausência de corrente de porta.
IL - corrente de disparo: corrente de anodo necessária para que o GTO entre em condução com o desligamento da corrente de gate.
tgt - tempo de disparo: tempo entre a aplicação da corrente de gate e a queda da tensão Vak.
tgq - tempo de desligamento: tempo entre a aplicação de uma corrente negativa de gate e a queda da corrente de anodo (tgq=ts+tf)
ts - tempo de armazenamento
SCS:
·É um tiristor semelhante ao SCR, mas com dois terminais de disparo, gatilho de Anodo, Ga, e gatilho de catodo, Gc, permitindo disparo por pulsos negativo ou positivo, respectivamente.
·Não é muito comum, sendo geralmente de baixa potência. A sigla significa:
Tiristores - Aula 4 - Ricardo Pelisson
Notas de aula de Eletrônica de Potência - Rocardo Pelisson
Aula 4
CIRCUITOS DE DISPARO
REQUISITOS BÁSICOS PARA OS CIRCUITOS DE DISPARO
Os circuitos de disparo devem proporcionar ao SCR o sinal adequado e no instante desejado para que o componente entre em condução corretamente. São, portanto, requisitos fundamentais no projeto de um circuito de disparo de SCR:
a) O sinal de gatilho deverá ter amplitude adequada e tempo de subida suficientemente curto;
b) A largura do pulso de gatilho (o tempo de duração do pulso tG) deve ser maior que o tempo necessário para a corrente ânodo-cátodo passar o valor da corrente de retenção IL. Na prática: tG > ton.
c) Evitar ocorrência de disparos indesejados por sinais falsos ou ruídos;
d) O sinal de gatilho deve ser removido após o disparo. Sinal contínuo aumenta as perdas de potência, levando ao sobre-aquecimento o que reduz a vida útil do componente.
e) Quando reversamente polarizado é desaconselhável haver sinal de gatilho, pois o componente pode queimar pelo aumento da corrente de fuga reversa.
f) O controle deverá ser suficientemente preciso;
g) Em circuitos trifásicos, garantir a defasagem de 120o nos sinais dos gatilhos.
h) Em associações de SCR, garantir o acionamento simultâneo.
Basicamente, existem 3 tipos usuais de sinais de disparo:
Sinais CC;
Sinais AC.
Sinais Pulsados;
CIRCUITOS DE DISPARO COM SINAIS CC
Geralmente os parâmetros de acionamento de um SCR são fornecidos em relação à tensão e corrente médias CC.
Os circuitos de disparo com sinais CC podem fazer uso da própria fonte de tensão que alimenta a carga, se ela for CC, ou ter uma fonte própria, como mostra as figuras abaixo.
Ao fecharmos a chave Ch1 o SCR entra em condução pois uma corrente CC é aplicada no gatilho, que está diretamente polarizado pela fonte VCC. Uma vez conduzindo, o sinal de gatilho pode ser removido pela abertura da chave Ch1. O resistor Rg limita a corrente no gatilho e o diodo D limita a amplitude de um possível sinal negativo no gatilho em aproximadamente 1V. Em alguns casos, o diodo D pode ser substituído por um resistor RGK com a função de proteção do gatilho, como estudado no item sobre proteção do SCR.
Não é recomendado o uso de sinal de gatilho CC para disparar SCR em aplicações CA porque um sinal positivo durante o semiciclo negativo aumenta a corrente de fuga reversa IR e pode danificar o componente.
CIRCUITOS DE DISPARO COM SINAIS CA – CONTROLE DE FASE
Um circuito de disparo sincronizado para o controle de fase é capaz de gerar e injetar uma corrente no gatilho do SCR para dispará-lo, quando polarizado diretamente, com a possibilidade de controlar o instante em que essa corrente será injetada no gatilho.
O método mais comum em aplicações de corrente alternada é derivar o sinal de disparo a partir da própria fonte principal CA. A grande vantagem é que este processo mantém o sinal de gatilho sincronizado com o ciclo de acionamento do SCR, propiciando o controle do ângulo de fase a onde o SCR dispara.
É o chamado CONTROLE DE FASE.
A figura abaixo mostra um circuito bastante simples para o controle de fase a partir do sinal CA e de uma rede resistiva no gatilho. Durante o semiciclo positivo o SCR está em bloqueio direto.
Num dado instante a tensão VCA proporciona uma tensão e, conseqüentemente, uma corrente no gatilho suficiente para disparar o SCR. Esse instante pode ser controlado pelo potenciômetro R1.
Circuito de Disparo CA com Rede Defasadora RC
No circuito RC da figura abaixo a tensão no gatilho está atrasada da tensão de alimentação devido o capacitor e as resistências do resistor e do potenciômetro. O potenciômetro controla a defasagem e o tempo em que a tensão no capacitor leva para atingir o valor suficiente para disparar o SCR. O objetivo é atrasar a tensão que irá comandar o disparo do tiristor. A tensão de disparo ocorrerá mais tarde no semiciclo positivo.
Durante o semiciclo negativo o SCR se mantém em bloqueio reverso. O diodo em série com o gatilho garante a unidirecionalidade do sinal de disparo evitando assim, sinais no gatilho no semiciclo negativo.
A tensão de disparo, sobre o capacitor, está atrasada em relação à tensão da rede, por um ângulo f. O valor dessa defasagem depende da constante de tempo de carga do capacitor: t = R.C = (R1 + R2).C1.
Variando R2 varia o ângulo f e portanto varia também o ângulo de disparo a’ do SCR.
D1 garante que só haverá corrente no gatilho no semiciclo positivo, preservando o SCR.
D2 conduz no semiciclo negativo, carregando C1 com tensão negativa. Isso garante que no início de cada semiciclo positivo, o capacitor sempre esteja carregado com uma tensão fixa (negativa), mantendo a regularidade do disparo.
Circuito de Disparo CA com Diodo Schokley ou Diac
O Diodo Schokley é um componente semicondutor de quatro camadas (PNPN). Seu comportamento é de um SCR sem gatilho preparado para disparar por sobretensão direta. Ou seja, reversamente polarizado não conduz. Diretamente polarizado só entra em condução quando a tensão atingir um determinado valor, a chamada Tensão Schokley, como indica a sua curva característica na figura abaixo. Quando conduzindo sua tensão é bem menor que a tensão de disparo, como podemos observar na curva característica da figura abaixo.
Abaixo pode ser verificado um circuito de disparo com sinal CA usando um diodo Schokley. Enquanto a tensão no capacitor for menor que a tensão Schokley, o diodo estará cortado e o SCR não entrará em condução.
Quando a tensão no capacitor atingir a tensão Schokley, o diodo entrará em condução e proporcionará um caminho de baixa impedância para a descarga do capacitor através do gatilho do SCR. O capacitor provocará um pulso de corrente suficiente para disparar o SCR. Controlando a defasagem t entre a tensão da rede e a tensão no capacitor, varia-se o ângulo de disparo a.
quinta-feira, 27 de agosto de 2009
Tiristores - Aula 3 - Ricardo Pelisson
Notas de Aula de Eletrônica de Potência - Ricardo Pelisson
Aula3
Proteções do SCR
Um SCR exige uma adequada proteção contra sobretensões e sobrecorrentes para oferecer uma operação segura e confiável.
Sob condições anormais, sobrecargas por exemplo, o SCR poderá ser percorrido por uma sobrecorrente suficiente para danificá-lo. Operações inadequadas e transitórios podem provocar sobretensões que ultrapassem os seus limites nominais de tensão.
O dimensionamento do SCR deverá ser feito para as condições normais de operação, levando-se em conta uma certa margem de segurança. Superdimensioná-lo para as possíveis condições anormais seria antieconômico.
Proteção contra Degrau de Corrente di/dt
Quando o SCR começa a conduzir, a corrente de ânodo fica concentrada em uma área relativamente pequena próxima ao gatilho. É necessário um certo tempo para que a condução se espalhe por igual em toda a pastilha semicondutora.
Entretanto, se ocorrer um Degrau de Corrente, rápido crescimento da corrente de ânodo IA, poderão formar-se pontos quentes (hot spots) no semicondutor e queimar o componente por sobre-temperatura. Este Degrau de Corrente é dado pela taxa com que a corrente varia no tempo, ou di/dt (di/dt) e é expresso em Ampères por microssegundos (A/ms).
Limita-se o di/dt com uma pequena indutância em série com o SCR, pois esta se opõe às variações bruscas de corrente, amortecendo a subida da corrente no ânodo. A Indutância requerida pode ser determinada pela equação:
A sobrecorrente ocorre, em geral, por sobrecarga ou curto-circuito e o dispositivo de proteção deverá abrir o circuito antes do superaquecimento do SCR.
As proteções contra sobrecorrente mais usuais são:
Aula3
Proteções do SCR
Um SCR exige uma adequada proteção contra sobretensões e sobrecorrentes para oferecer uma operação segura e confiável.
Sob condições anormais, sobrecargas por exemplo, o SCR poderá ser percorrido por uma sobrecorrente suficiente para danificá-lo. Operações inadequadas e transitórios podem provocar sobretensões que ultrapassem os seus limites nominais de tensão.
O dimensionamento do SCR deverá ser feito para as condições normais de operação, levando-se em conta uma certa margem de segurança. Superdimensioná-lo para as possíveis condições anormais seria antieconômico.
Proteção contra Degrau de Corrente di/dt
Quando o SCR começa a conduzir, a corrente de ânodo fica concentrada em uma área relativamente pequena próxima ao gatilho. É necessário um certo tempo para que a condução se espalhe por igual em toda a pastilha semicondutora.
Entretanto, se ocorrer um Degrau de Corrente, rápido crescimento da corrente de ânodo IA, poderão formar-se pontos quentes (hot spots) no semicondutor e queimar o componente por sobre-temperatura. Este Degrau de Corrente é dado pela taxa com que a corrente varia no tempo, ou di/dt (di/dt) e é expresso em Ampères por microssegundos (A/ms).
Limita-se o di/dt com uma pequena indutância em série com o SCR, pois esta se opõe às variações bruscas de corrente, amortecendo a subida da corrente no ânodo. A Indutância requerida pode ser determinada pela equação:
Onde:
L – indutância (ìH0
(di/dt)max – degrau de corrente máximo admissível (A/ìs)
VP – tensão de pico (V)
Proteção contra Degrau de Tensão dv/dt
O Degrau de Tensão, rápido crescimento da tensão VAK, pode disparar indesejavelmente o SCR. Para proteger contra o disparo intempestivo utiliza-se uma rede RC (resistor em série com capacitor) conectada aos terminais de ânodo e cátodo do SCR. Este circuito de proteção, apresentado na Figura 12.1, é chamado de Snubber.
A capacitância é uma oposição à variação de tensão e, portanto, o capacitor CS conectado aos terminais do SCR reduz a taxa na qual a tensão no dispositivo varia.
Quando o SCR estiver bloqueado, o capacitor CS se carregará até o instante em que o dispositivo entrar em condução.
Quando o SCR for acionado, o capacitor descarregará e sua corrente se somará ao di/dt apresentado pelo circuito original. Portanto, uma resistência RS deve ser colocada em série com o capacitor para amortecer a descarga e limitar a corrente transitória no disparo.
Para aumentar a eficiência do Snubber, um diodo DS pode ser ligado em paralelo com RS.
Quando o dv/dt for grande, o diodo curto-circuitará RS, mas quando o di/dt for grande, o diodo estará desligado.
Proteção contra Sobretensão
As sobretensões geralmente são causadas por distúrbios no chaveamento devidos à energia armazenada em componentes indutivos. A sobretensão transitória resultante pode exceder os limites de tensão do SCR podendo causar disparo intempestivo ou queimá-lo por ruptura reversa.
Algumas maneiras de proteger um SCR contra sobretensão:
• Diodo em série com o SCR: para que ambos os componentes compartilhem a tensão inversa. Devido à queda de tensão no diodo, este método pode introduzir perdas de potência significativas em certos circuitos.
• SCR com alto valor de tensão nominal: como margem de segurança, porém, isto pode implicar maiores custos.
• Circuito Snubber RC: em paralelo com a fonte geradora de sobretensão.
• Varistor (resistor não linear): em paralelo com o SCR, fornece um caminho de baixa resistência para o transitório de tensão.
Proteção contra Sobrecorrente
A sobrecorrente ocorre, em geral, por sobrecarga ou curto-circuito e o dispositivo de proteção deverá abrir o circuito antes do superaquecimento do SCR.
As proteções contra sobrecorrente mais usuais são:
- Fusíveis de Ação Rápida: escolhidos através do parâmetro I2t, relativo ao tempo do
ação, fornecido em catálogos de SCR e de fusíveis. - Disjuntores de Alta Velocidade.
- Relés de Sobrecorrente.
Proteção do Circuito de Disparo do Gatilho
O circuito de disparo do gatilho deve ser protegido contra transitórios de tensão e, preferencialmente, ser eletricamente isolado do circuito de alta potência que o SCR controla. Isso pode ser feito com Transformadores de Pulso e de Acopladores Ópticos (Opto-acopladores).
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